CA6140机床的数控化改造

CA6140 机床的数控化改造一、市场研究与需求分析 目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率比较低。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。 机床数控改造的意义： 1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 3） 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3 至 5 倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。二、CA6140 车床数控系统总体设计方案数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。1、设计任务对 CA6140 普通车床进行数控化改造的车床能进行生产加工，其加工质量和精度(误差万o03ram)达到或超过改造前车床出厂时的水平，接近同档次数控车床的水平，数控改造的车床其生产效率、安全性超过改造前普通车床出厂时的水平。2.2 总体方案确定2.2.1 系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控铣床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，由于在铣削加工中，要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定的函数关系，即刀具以给定的速率相对于工件沿加工路径运动，所以不能选用点位系统，因为点位控制系统要求工件相对于刀具移动过程中不进行切削。因此，应选用连续控制系统。1.确定伺服系统1）小型机床都采用步进电机驱动系统。这种系统价格低，结构简单，安装调试和维修都非常方便，但控制精度和速度较低。2）大、中型机床则都采用可控硅直流伺服系统和 PWM 直流伺服系统。这两种系统控制精度高、调速范围宽、快速性好，容易实现半闭环控制，但价格较高，维修较困难。2.数控系统数控系统的控制方式有三种： 开环、闭环和半闭环方式。选择哪种控制方式，需根据具情况确定。1）一般小型机床的数控化改造多半采用开环控制方式。数控系统多数为以单板机为主控制单元的简易数控系统。因该类机床本身价格低廉，而该控制方式投资少，安装调试方便，但控制精度和速度较低。2）大、小型机床的数控化改造多半采用半闭环控制方式。数控系统有北京数控设备厂研究生产得 BS03 经济型数控系统，如 FANUC System3、DYNAPATH System10 等中档数控系统。该控制方式虽然改造费用较大但该类机床本身价格较贵，特别是大型、重型机床，价格更昂贵，且该控制方式多以直流伺服电机为驱动元件，控制精度和速度比开环控制方式高，安装调试也比较方便。3）闭环控制由于需直接测出移动部件的实际位置，因此要在机床的相应部位安装直线测量元件，工作量大，费时多而且闭环控制的调试相当麻烦，它的稳定性与机械部分的各种非线性因素有很大关系。在机床数控化改造中一般不采用这种控制方式。CA6140 型车床改造属于经济型数控机床，加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机控制系统，因闭环控制系统适用于精度要求较高的机床设计，且闭环控制系统的造价昂贵。2.2.2 机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机齿轮减速再传动丝杠，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副以及滚动导轨。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副机构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的消隙齿轮结构。 三、CA6140 车床进给系统的改造设计本章主要完成纵向和横向进给系统的设计与计算、滚珠丝杠螺母副的选型、步进电机的型号选择计算等，该部分设计的总体方案见图3-1纵向和横向进给系统图所示。要使进给系统的部分改造与数控装置系统的配合达到好的效果，在后面的章节中还将涉及到步进电动机相关的驱动电源、功率放大电路、辅助电路；与滚珠丝杠副相关的机床导轨的贴塑等内容的设计。图3-1 纵向和横向进给系统图3.1 脉冲当量的选择一个进给脉冲，使机床运动部件产生位移量，也称为机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床铣床常采用的脉冲当量是0.010.005mm/脉冲。根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/脉冲，横向：0.005mm/脉冲。3.2 切削力的计算在设计机床进给伺服系统时，计算传动和导向元件，选用伺服电机等都需要用到切削力，下面介绍数控车床中的切削力的计算。3.2.1 纵车外圆主切削力 F (N)按经验公式估算:z=0.67DZ5.1max=0.67400 =5360.按切削力各分力比例：4.0:251:YXZF=53600.25=1340=53600.4=2144Y3.2.2 横切端面主切削力 可取纵切的 1/2.)(NFZ26801 ZF此时走刀抗力为 (N),吃刀抗力为 (N).仍按上述比例粗略计算:Y: : =1:0.25:0.4ZYX=26800.25=670F=26800.4=1072X3.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择结构类型：确定滚珠循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式。结构类型确定之后，再计算和确定其他技术参数，包括：公称直径 d0（丝杠外径 d） 、导程 L0、滚珠的工作圈数 j、列数 K、精度等级等。滚珠循环方式可分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。我们在此选用螺旋槽式外循环：在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔，同螺母的螺纹滚道相切，形成滚珠返回通道。为防止滚珠脱落，螺旋槽用钢套盖住。在通孔口设有挡珠器，引导滚珠进入通孔。挡珠器用圆钢弯成弧形杆，并焊上螺栓，用螺帽固定在螺母上。它的优点是：工艺简单，螺母外径尺寸较小。缺点是：螺旋槽同通孔不易连接准确，挡珠器钢性差、耐磨性差。滚珠丝杠副的预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧、单螺母变导程预紧以及过盈滚珠预紧等。本设计采用双螺母螺纹式预紧结构，它通过调整端部的圆螺母，使螺母产生轴向位移。其特点是结构较紧凑，工作可靠，滚道磨损时可随时调整，预紧量不很准确，应用较普遍。3.3.1 纵向进给丝杠1.计算进给率引力 (N)mF作用在滚珠丝杠上的进给率引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动部件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。纵向进给为综合型导轨由前所知：=1340 NXF=5360 NZ=1000 NG=1.15K=0.16f得：(N)=mFGFfKZX=1.151340+0.16(5360+1000)=2559 N式中 考虑颠复力矩影响的实验系数,综合导轨取 K=1.15；K-滑动导轨摩擦系数:0.150.18；f-溜板及刀架重力: =1000 N.GG2.计算最大动负载 c利用滚珠丝杠副的直径 d0时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转 100 万转（10 6转）后在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C，可以用下式计算：=cmwFfL3= 610Tn0Lus式中 -滚珠丝杠导程,初选 =6;0L -最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的( ),此处su 213=0.6m/mins-使用寿命,按 15000h;T-运转系数，按一般运转取 =1.21.5；wf wf-寿命，以 10 转为 1 个单位。L6将数据分别带入上式得：= =50r/min0Luns65.0= = =4561T1= 1.22559=10799 NcmwFf33453.滚珠丝杠螺母副的选型查阅附录 表 3,可采用 W L3506 外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副,1 列 2.5A1圈,其额定动负载为 16400 N,精确等级按表 4-15 选为 3 级(大致相当于老标准 级).E4.传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为：= )(tg式中 螺旋升角, W L3506 =3391-摩擦角取 10滚动摩擦系数 0.0030.004将各数据带入上式得：= =)(tg94.0)173(0tgo5.刚度验算滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性因此应考虑以下引起轴向变形的因素：丝杠的拉伸或压缩变形量；滚珠与螺纹滚道间的接触变形；支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形；滚珠丝杠的扭转变形引起导程的变化量；和螺母座及轴承支座的变形。最后一种常为滚珠丝杠副系统刚度的薄弱环节，但变形量计算较为困难，一般根据其精度要求，在结构上尽量增强其刚度而不作计算。因此滚珠丝杠副刚度的验算，主要是前三种变形量，他们的和应不大于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。先画出纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图 3-2 所示。最大牵引力为 2559 N.轴承支撑间距 =1500，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的 。L 31图 3-2（1）丝杠的拉伸或压缩变形量 1查图 4-6，根据 =2559 N， =35，*查出 = ，可算出：mPODL/5102.1500=1.610 1500=2.410 （）.L15由于两断均采用向心推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸,故其刚度可以提高 4 倍。其实际变形量 ()为:1= =0.610212(2)滚珠与螺纹滚道接触变形 2查图 4-7, 系列 1 列 2.5 圈滚珠和螺纹滚道接触变形量 :WQ=7.1mQ因进行了预紧, = = 7.1=3.35m2(3)支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 2采用 8107 型推力球轴承， =35,滚珠体直径 =6.35,滚动体数量 =18, 1dQdz=0.0024 =0.0024 0.0075()cd32ZdFQm3285.6注意,此公式中 单位应为 kgf因施加预紧力,故 = = 0.0076=0.0038321c根据以上计算:= + + =0.006+0.00355+0.0038123=0.01335 nm15784Kn(一般 =2.54)Kn此滚珠丝杠不会产生失稳。3.4 齿轮传动比的计算3.4.1 纵向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量 =0.01 滚珠丝杠导程 =6，初选步进电机步距角P0L0.75。可计算出传动比 i= = =0.8i036Lbp675.1可选定齿轮齿数为:= = 或i21Z43.4.2 横向进给齿轮箱传动比计算已确定横向进给脉冲当量 =0.005 ,滚珠丝杠导程 =5,初选步进电机步距角P0L0.75可计算传动比 :i= = =0.48036Lbp57.考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程,故此处可采用两级齿轮降速:= = = i21Z435025=24、 =40、 =20、 =25134Z因进给运动齿轮受力不大，模数 取 2。有关参数如下:m表 2-1齿数 32 40 24 40 20 25分度圆 zd64 80 48 80 40 50齿顶圆 ma268 84 52 84 44 54齿根圆 f 5.1*59 75 43 75 35 45齿宽 （610） 20 20 20 20 20 20中心距 2/)(1dA72 64 453.5步进电机的计算和选型选用步进电机时，必须首先根据机械结构草图计算机械传动装置及负载折算到电机轴上的等效转动惯量，分别计算各种工况下所需的等效力矩，在根据步进电机最大静转矩和起动、运行矩频特性选择合适的步进电机。3.5.1 纵向进给步进电机计算1.等效转动惯量计算计算见图 3-2，传动系统折算到电机轴上的总的惯量 （ ）可由下式计算：J2= + +JM12)(Z0LgGS式中 -步进电机转子转动惯量（ ）;MJ 2、 -齿轮 、 的传动惯量（ ）;121z2-滚珠丝杠转动惯量（ ） 。sJ2参考同类型机床，初选反应式步进电机 150BF，起转子转动惯量 =10 。MJ2=0.7810 =0.7810 6.4 2=2.621J341dL342=0.7810 =0.78*10 8 2=6.3922=0.7810 4 150=29.952sJ342=1000 NG代入上式：= + +JM12)(Z20LgGJS=10+2.62+2403 26.8915.9.6=36.474 2考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题/ =10/36.474=0.274MJ基本满足匹配的要求。2.电机力矩的计算机床在不同的工况下，其所需转距不同，下面按个阶段计算：（1） 快速空载起动力矩 起 。在快速空载起动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下：起 = + +Mmaxf0M= = 10 = maxJatn260mx2Jatn60122mx= maxnpv036b将前面数据代入，式中各符号意义同前。= = =500 。maxpv0b36075.1.24minr起动加速时间 =30ats= =36.474 10maxMJatn*602mx03.*6522=636.6 N折算到电机轴上的摩擦力矩 ：f= =fiLF20120/)(zLGPfZ= =94 N5.186)3(6.0附加摩擦力矩 ：0M= =020iLFp 120/3zLFm2= =805.30.19=153 N)9.1(5.826312上述三项合计：起 = + +Mmaxf0M=636.6+94+153=881.5 N（2）快速移动时所需力矩 快快= + =94+153=247 Nf0（3）最大切削负载时所需力矩 切M切= + + = + +f0xf0iLFx2=94+153+ =94+153+127.965.182634=375 N从上面的计算可以看出， 起、 快和 切三种工况下，以快速空载起动所需力M矩最大，以次作为初选步进电机的依据。从表中查出，当步进电机为五相十拍时， = =0.951。maxjqM最大静力矩 =881.5/0.951=927 N 。maxj按此最大静转距从表查出， 型最大静转距为 13.72 N 。大于所需最大0215BF静转距，可作为初选型号，但还必须进一步考核步进电机起动距频特性和运行距频特性。3.计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率= = =4000 HZkfpv60max01.4= = =1000 HZefps1.6从表中查出 型步进电机允许的最高空载起动频率为 2800 HZ 运行频率为025BF8000 HZ ， 130BF001 步进电机的起动矩频特性和运行矩频特性曲线如图 3-4，3-5 所示，可以看出，当步进电机起动时，f 起 =2500Hz 时，M=100 ，远远不能满足此机床所要cmN求的空载起动力矩（881.5 ）直接使用将会产生失步现象，所以必须采取升降速控cmN制（用软件实现） ，将起动频率将到 1000Hz 时，起动力矩可增到 588.4 ，然后在电c路上再采用高低压驱动电路，还可以将步进电机输出力矩扩大一倍左右。图3-4 130BF001步进电机的起动矩频特性图3-5 130BF001步进电机的运行矩频特性当快速运动和切削进给时，130BF001 型步进电机运行矩频特性（图 3-5）完全可以满足要求。3.5.2 横向进给步进电机计算和选型电机选为 计算步骤如上所述，经计算满足要求，此处计算略。029BF4.CA6140 车床数控化改造数控系统设计4.1 数控装置系统数控系统作为车床的核心部分也正向多样化、多层次化方向发展。先期由单板机开发的经济型数控系统多数存在通用性差、不易于用户进行功能扩展的问题，可靠性与稳定性也较差，主要表现为抗干扰能力差，经常会由于外界干扰出现误动作，这种现象以单板机z一80为CPU的数控系统尤为突出。为此，所选择数控系统应克服以上问题，而具有通用性强、抗干扰能力强等特点，还应考虑下一步的升级到信息化、网络化制造的需要。4.1.1数控装置系统选型根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统，进口数控装置系统常用的有FANUC公司系统、SIEMENS公司系统、MITSUBISHI公司系统、A-B公司系统、FAGOR公司系统等，这些系统有多个系列，每一系列有多种可选择的功能，适用于多种机床使用，但价格较贵，而国产数控系统中有珠峰数控公司的CME988(中华I型)系统、北京航天数控集团的cAsNuc9llMc(航天I型)系统、华中理工大学的HNCI(华中I型)系统、中科院的1060型系统、广州数控设备有限公司的GSK980、GSK928系统等，这些系统也提供了多种可选择的功能，适用于多种机床使用，价格较低，一般为进口系统的1/3左右，而且配置容易安装方便，性能与精度指标能满足一般机械加工的要求，其性价比高，通常为普通机床数控化改造所选配。根据对国内生产的经济性数控系统市场的调研，从性能和价格上进行综合比较评判，CA6140数控化改造的数控装置系统选择广州数控CSK928TC-I车床数控系统。它的性能特点、参数见表4-1所示。图4-1 SK928TC-I车床数控系统表41 GSK 928TC一1车床数控系统特点、参数特点：CPLD硬件插补、p m级精度；国际标准ISO代码， 24种G代码，可满足多种加工需要；主轴编码器可选1024pr或1200pr增量式编码器： 加减速时间参数可调，可适配步进驱动、交流伺服构成不同档次车床数控系统，具有更高性能价格比； 192 x 64点阵LCD显示，中文菜单，全屏幕编辑；操作更直观、简单、方便；功能参数控制轴：X、Z两轴最小指令单位：0.001mm插补方式：X、Z二轴直线、圆弧插补位置指令范围8000000mm最高移动速度： 15000mmmin最高进给速度：直线6000mmmin、圆弧3000mmmin进给倍率：0150十六级实时调节快速倍率： 25、50、75、100四级(手动方式自动方式有效)运动控制功能电子齿轮比：无 电子手轮功能：1、10、100显示器类型： 192 X 64点阵图形式LCD显示界面 显示方式：中文菜单操作图形显示功能：无G代码 供24种G代码，包括同定复合循环加1=、z轴钻孔攻丝等代码公制英制单头多头直螺纹、锥螺纹，螺纹退尾长度可设定螺纹螺距：0.250-100.000mm (公制)牙英寸牙英寸(英螺纹功能制)螺纹功能具有刚性攻丝功能主轴编码器：1024p/r或1200p/r；增量式编码器（与主轴1：1传动)反向间隙补偿： (x、z轴)065.535mm补偿功能切具补偿： 8组刀具长度补偿适配刀架：四工位八工位电动刀架、排刀刀位信号输入方式：1号4号刀位信号直接输入，5号8号刀位编码输入刀具功能 换刀方式： T代码绝对换刀或手动相对换刀，正转选刀、到位反转锁紧对刀方式：定点对刀、试切对刀刀补执行方式：移动刀具修改坐标、参数选定控制方式：可设置档位控制或模拟控制档位控制：s1、s2、s3、s4直接输出或BCD编码输出S0-S15主轴功能模拟控制：可设置三档主轴，输出OV10V控制主轴转速辅助功能 主轴正转、反转、停止、制动；冷却启停；润滑启停；卡盘夹紧放松；进给保持；2点用户输入、2点用户输出程序容量： 24KB、100个程序 格式： ISO代码、相对绝对混合编程程序编辑子程序：可编辑 用户程序、参数断电保护通讯 RS232通讯接口为标准配置；可选配通讯功能，提供通讯软件及通讯电缆，与PC机双向传送程序开关电源： GSK PC(配套提供，已安装连接)驱动装置：DF 3A三相反应式、DY3B三相混合式、DA98交流伺服适配部件刀架控制器： GSK TC(可配4工位8工位电动刀架，仅供改造用户)标准面板、箱式装配形式 一体化(配DF 3A或DY3B驱动装置)下出线、一体化后出线程度格式 标准ISO代码、小数点编程、相对绝对混合编程、圆弧可用R或I、K外形尺寸 75mm200ram118mm420ram260ram1235mm(小大)重量 3.8kg通过表5-1可知广州数控CSK928TC-1车床数控系统，精度la m级，所控制轴X、 Z两轴的最小指令单位：0001mm=l u m，最高移动速度：15000mm/min；进给速度：直线6000mm/min、圆弧3000mmmin，能实现X、Z二轴直线、圆弧插补，24种G代码，包括固定复合循环加工、Z轴钻孔攻丝等代码，程序容量： 24KB、100个程序。具有刚性攻丝功能、螺纹螺距：0250mm100000mm(公制)100000牙英寸O250牙英寸(英制)，8组刀具长度补偿、1号4号刀位信号直接输入、T代码绝对换刀或手动相对换刀，正转选刀、到位反转锁紧、定点对刀、试切对刀、移动刀具修改坐标、参数选定，可设置档位控制或模拟控制，可设置三档主轴，输出OVlOV控制主轴转速，主轴正转、反转、停止、制动，冷却启停、润滑启停、卡盘夹紧放松、进给保持等。满足经济性数控装置对纵向进给系统、横向进给系统等伺服进给步进电机开环控制，达到经济型一般为分辨率10um，进给快移速度8000-15000mmmin，能控制3个坐标轴，具有设定单位、插补类型、绝对和增量(相对)坐标编程，G、M、S、T功能、刀补功能、间隙补偿功能及循环功能、中文菜单操作显示方式，通讯功能，可手工编程和自动编程、在线编程和离线编程，实现网络化加工。符合设计要求。4.1.2数控(CNC)装置安装根据设计方案，将CSK928TC-1车床数控系统装置安装在车床的右上方，高度和宽度符合正常操作位置，与车床整体结构相协调。4.2 步进电机驱动器选型根据设计方案，保留主轴箱、床身导轨、溜板、尾座，即主传动的主轴电动机驱动保持原有设备。纵向和横向进给传动的设计已在第2章完成，已确定了滚珠丝杠的型号、步进电机的型号等，本节主要选择纵向和横向进给传动步进电机的驱动器。步进电机的驱动器主要由环形分配器和功率驱动电路两个部分组成功率驱动电路将环形分配器输出的微弱电流进行放大，满足步进电机的驱动，因此选择步进电机驱动器的良好性能是保证普通车床数控化改造的精度之一。常见的步进电机驱动器的功率驱动电路有血种，其中细分驱动电路是通过控制绕组中的电流数值来调整步进电机步距角的大小，控制精度高。根据第2章已选择的纵向进给传动和横向进给传动选择的步进电机分别为：iIOBYG 350C、1IOBYG 350B，查阅相关资料以及产品可知，广州数控DY3B系列三相混合式步进电机驱动器，采用DC310V驱动电压。高速高转矩输出。产品特点：正弦波驱动，数字技术实现矢量细分，电机旋转定位精度高、运行平稳、噪音低。用户可设置十五种电机步距角(00360 75)，应用灵活、适合精密控制。选用三菱公司第四代智能模块(IPM)，耐电压冲击力强，稳定性好，具有过载、短路、过压、过热等完善的保护措施。控制线路集成度高，可靠性好，整机结构紧凑、台理。具有外部电流可调功能，用户可根据负载情况灵活调节。采用DC310V驱动电压，高速高转矩输出。采用机外风冷散热设计，防护好。结构如图4-3所示，技术参数见表42所示。综合以上产品特点和技术参数，步进电机lIOBYG 350C、lIOBYG 350B的驱动器选择为：广州数控DY3B一30、DY3B一28三相混合式步进电机驱动器。表4-2 广州数控DY3B系列三相混合式步进电机驱动器技术参数驱动器型号 DY3B-13 DY3B-24 DY3B-28 DY3B-30输出相电流 13A 2.4A 2.8A 3.0A适配电机 90BYG350B 1lOBYG350A 11OBYG350B 11OBYG350C保持转矩 4Nm 8Nm 12Nm 16Nm工作环境 0C-45C 10-85RH不结露：无腐蚀性易燃易爆导电性气体液体和粉尘存放环境 lO一85RH不结露输入电源 AC220V-1 5-+1 05060HZ 3A(Max)驱动方式 三相正弦波电流输出可设定步距角 0036 0045 006 0072 0075 009 012 0144 018 O3 O36 O45 06 O72 O75电机每转脉冲 10000 8000 6000 5000 4800 4000 3000 25000 2000 1200 l000 800 600 500 480pr步距角设定方式DIP开关(SWlSW2SW3SW5)设定电机最高转速 不低于1200rpm脉冲输入方式 但脉冲方式：CP(脉冲)+DIR(方向) 脉冲宽度2us：脉冲频率IOOKHZ输入信号 CPCP：DIRDIR：ENEN(使能)输入电平 5V，5-10mA，12V时串入1K电阻，24V时串入2.2K电阻，输入回路有电流时输入有效电流可调动功能DIP开关(SW4SW6)设置，406080100满电流保护功能 制动欠压超压过载短路过热IPM模块异常输出信号 RDYlRDY2(准备好)正常工作输出闭合信号状态指示 绿色LED RDY：正常指示，无故障时亮相序指示ABC： 红色LED RDY：报警指示外形尺寸 220*95*165单位：mm 220*130*165(带风扇) 单位：mm重量 2.7kg4.3 脉冲发生器为保持切削螺纹的功能，必须在主轴上安装脉冲发生器，采用脉冲发生器直接与主轴由无间隙传动联轴器连接，达到传动系统结构简化，传动链短，传动刚度提高。主轴与脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路阻及IO接口送给数控装置(CNC)。4.3.1脉冲发生器光栅编码器选型按照经济性改造方案，查阅脉冲发生器的相关产品，最后选定HEDSS公司生产的光栅编码器，型号记为：HKY2508一WOOIGSl2BZ35E。该公司是国际著名的编码器模块、光栅、码盘及延伸产品的研发、制造商，采用德国技术，模块化生产。光栅编码器HKT-w是一种高性能、经济的两通道光电增量编码器。在与光栅盘一起使用时，这个模块可以检测旋转角度(位置)，具有体积小，安装方便，分辨率范围宽，不要求信号调节，兼容TTL，具有两通道或者三通道正交输出。光栅编码器HKTw基本参数见表4-3。表4-3 光栅编码器HKT-W基本参数名称 参数 名称 参数 名称 参数输出波形 方波 电路特征 E-电压L-长线驱动器储存温度 -40100消耗电流 40Ma 工作湿度 3085无结露工作温度 -40100电压输出 E 轴径 8mm 光栅外径 25mm电源电压 DC5V 脉冲数 512p/r A、B、Z信号4.3.2脉冲发生器光栅编码器装配设计根据车床主轴右端直径=24mm，选择及设计弹性柱销联轴器，它的左部分结构见图4-5所示，用紧盯螺钉与车床主轴固定，它的右部分结构见图4-6光栅编码器装配图所示，用弹性轴套套在左右两轴上，再用紧盯螺钉与之固定，又将弹性柱销联轴器装在套筒内，套筒的结构见图4-7所示。弹性柱销联轴器将光栅编码器HKTw直接与主轴无间隙连接，由于弹性柱销联轴器具有一定的缓冲、减振能力，且弹性柱销为圆柱状，因此既保证了传动的稳定性，又保证了传动的精度。光栅编码器装配要求见图5-9。图4-5 联轴器图4-6 光栅编码器装配图4-7 套筒的结构4.4数控系统功能CA6140车床数控化改造的数控系统装置选择广州数控CSK928TC一1车床数控系统，采用高速CPU、超大规模可编程门阵列集成电路芯片构成控制核心，国际标准数控语言一IS0代码编写零件程序，u级精度，全屏幕编辑，配有中文操作界面，加工零件图形实时跟踪显示，操作简单直观。将普通车床CA6140数控化改造，主轴采用有级变速(正转32级、反转16级)，可实现直线插补、圆弧插补、固定循环、复合循环、恒线速度车削、刀尖半径自动补偿功能，刀具功能，进给编变速功能，并能实现冷却液压控制辅助功能和手动工作方式等。通过编程可以完成外圆、端面、切槽、锥度、圆弧、螺纹等加工，具有较高的性能价格比。4.4.1系统工作方式本系统操作面板采用320240分辨率点阵显示器，具有09数据输入和英文字母地址输入，16个功能键，11个编辑键状态选择键，12个手动轴控制键(X轴、Z轴正负向和手轮选择，快速进给，手动步长，单步，主轴正传反转停止)，还有换刀键、冷却液控制键、系统复位键和状态指示灯。本系统可采用工作方式键直接选择相应的工作方式，常用的有编辑工作方式、手动工作方式、参数工作方式、刀偏工作方式、诊断工作方式；各种工作方式之间可以直接转换，操作简便、直观。(1)辑工作方式通过键盘新建、选择和删除零件程序，可以对选择的零件程序的内容进行插入、修改和删除等编辑操作。还可以通过RS232通讯接口与通同用个人的计算机的串行接口连接，将系统内零件程序传送到外部计算机中或外部计算机内编辑好的零件程序传送到数控系统中。(2)手动工作方式通过键盘来完成车床拖板的移动，主轴及冷却液的启动，手动换刀，X、Z轴回程序参考点和回机械零点等功能。手动工作方式有手动单步和手动点动两种方式。手动点动按住手动进给方向键不放开，车床拖板按照所选定的坐标轴连续移动，按键放开，车床拖板减速停止。手动单步按照设定的步长，每按一次键，移动一个步长。手轮控制通过转到手摇脉冲发生器来控制车床拖板的微量移动。手动进给速度选择有 25%、50%、75%、100%四档可选择，大小等于快速移动速度与快速倍率的乘积。(3)设置工作坐标系和程序参考点采用工件坐标系，它是对刀及相关尺寸的基准，在系统安装完毕，调试时首先设置工件坐标系，对因特殊原因造成实际位置与工件坐标系统不符时也应重新设置工件坐标系。程序参考点可以是车床上任意一点，在没有重新设置坐标系的前提下，回程序参考点指令(G26，G27，G29)及系统面板上按键回程序参考点的造作，均回到此点，同时撤销刀补及系统偏置。(4)换刀控制和对刀操作数控系统控制四工位刀架，T1-T4的刀位信号按编码方式输入，实现换刀控制。加工一个零件常需要几把不同的刀具，由于刀具安装及刀具偏差，每把刀转到切削位置时，其刀尖所处位置并不完全重合。采用试切对刀和定点对刀两种方式，消除以上偏差。(5)自动工作方式系统按照选定的零件程序逐段自动执行，其工作方式有车床锁住运行和加工运行及单程序段加工运行和连续加工运行方式。(6)参数设置工作方式本系统有P01-P23共23个参数，主要包括xz轴正负方向行程限位值、快速移动速度、到位数、刀架反转时间等，每个参数对应有确定的意义，控制相应机床的工作方式。在车床安装调试时根据需要对应的进行修改。(7)刀偏设置工作方式本系统有9组刀偏值，每组刀偏有Z轴、X轴方向两个数值，可通过手动对刀操作自动生成的刀偏