ca6140车床的数控改造.doc

1前言 1.1数控技术与数控机床 数控技术简称数控(Numerical Control——NC)，是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控（Computer Numerical Control ——CNC)[1]。 采用数控技术控制的机床，或者说装备了数控系统的机床即可被称为数控机床。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术等技术的典型的机电一体化产品。它是现代制造技术的基础，不但可以很好地解决了形状结构复杂、高精度、小批量、多变形状零件的加工问题，而且还能稳定产品的加工质量和提高生产效率。与普通机床相比，数控机床具有自动换刀、自动变更切削参数的功能，还可以完成平面、回旋面、平面曲线的加工，且加工精度和生产效率都较高等优点，因而数控机床在出现的短期内就得到了广泛的应用。 1.2机床数控改造的历史背景 （1）（2）普通车床数控化改造总体方案的确定CA6140车床，主要用于对小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工。这些零件的加工工艺要求机床：控制主轴的正反转和实现主轴的；刀架实现纵向和横向的进给运动，并具有自动换刀功能；冷却液和润滑的启停；加工螺纹时，应保证主轴每转一转，刀架就移动一个被加工螺纹的螺距或者导程。这些就是数控化改造的数控系统控制的对象。查阅CA6140车床及相关的资料，并且借鉴一些车床数控化改造的经验，确定总体的改造方案。主传动系统的设计与改造保留原有的主传动系统和变速机构，这样可以减少改造量，节省改造费用。但是，车床数控化改造的主要目的是提高车床的数控化程度，便于在机械加工过程中实现自动控制。 主轴部分选用长春禹衡光学有限公司生产的增量式实心轴编码器ZGD-44-3000BM-G05L-10m，用于解决螺纹加工起点定位和分度等问题；简化机床原有的传动系统，达到多当调速范围的确定。 数控系统的设计数控系统是机床数控化改造的中心环节，它通过对加工程序处理，发出控制信号，实现对教工过程的自动化控制。 数控系统采用闭环控制方式，核心采用C8051F020单片机作为主控芯片，进行数控系统的设计。自动转位刀架的选择数控机床的刀架是机床的主要组成部分，它的结构性能直接到机床质量。CA6140车床的数控化改造将原来带有的手动转位刀架换成自动转位刀架常州武进数控设备厂生产的LDB4-6140四工位螺旋转位刀架。驱动系统改造由于改造设计的是经济型的CA6140车床，所以考虑具体方案时，在满足的前提下，对车床的改动尽可能的小，从而降低成本。控制方式类型的选择数控车床的伺服进给系统有开环控制、闭环控制和半闭环控制。 开环控制系统：0.01～0.02mm，因此不能满足普通数控车床横向最小运动单位0.005mm/脉冲的基本要求。 闭环控制系统：控制的结果与希望值比较，并根据它们的调整控制系统。优点：控制精度高、性好等。缺点：价格较高。 由于改造后的数控机床对加工精度要求较高，故采用闭环控制。 伺服进给机构的改造1）纵向进给机构的改造 拆除机床原来的溜板箱、光杠、丝杠以及安装座，装上滚珠丝杠与相应的安装装置。纵向驱动的伺服电机减速箱安装在丝杠的右端。用滚珠丝杠的目的是高的精度和纵向进给整体的刚度。 2）横向进给机构的改造 拆除原来横向进给的丝杠，换上滚珠丝杠；保留原来车床带有的横向手柄，伺服电机减速箱安装在机床后侧。2.4.3伺服电机的选择 综合考虑机床的精度和经济性能本方案选用松下公司的伺服电机以及伺服驱动器。 2.4.4丝杠的螺母副的选用 CA6140进给丝杠是滑动丝杠，就是说丝杠与螺母之间的摩擦为滑动摩擦。滑动丝杠螺母副具有摩擦大和转动效率较低，故在精度要求较高的情况下，不能采用原来的螺母副。本方案采用滚珠丝杠螺母副代替机床原有的滑动丝杠螺母副。 2.4.5车床导轨的改造 CA6140上的运动部分，如刀架、工作台都是沿着导轨面运动的。导轨起支撑和导向的作用，并且可以保证部件在一定外力作用下沿规定的方向运动。导轨的导向精度、精度保持性和低速运动平稳性，直接影响机床加工精度的要求、支撑能力和使用性能。数控改造时根据机床导轨的磨损情况和加工精度的要求，来确定导轨的结构形式。由于本设计是经济性数控改造，因此在选择具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床改造部分越少越好，尽量降低改造成本。通过查阅CA6140车床相关资料和借鉴别人机床数控改造的经验，确定总体 ：以C8051F020为控制器；主轴采用闭环控制，X轴、Z轴均采用开环控制；主轴采用交流变频电动机，X轴、Z轴均采用松下公司生产的伺服电动机；为了能够加工螺纹，在主轴上安置主轴脉冲编码器，编码器采用东芝公司生产的TLP621系列的编码器；横向和纵向进给的丝杠均为滚珠丝杠。