对CA6150车床控制系统的数控化改造设计

1、对 CA6150 车床控制系统的数控化改造设计摘 要：为实现 CA6150 普通车床数控化， 对机床的控 制系统进行了设计、改造，改造后的普通车床能够满足具有 准确定位、直线插补、圆弧插补、暂停等数控功能的要求。关键词： CA6150 车床；控制系统；改造设计 中图分类号： TG511 文献标识码： A1 引言对 CA6150 车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向 进给系统改造为用数控装置控制的、能独立运动的进给伺服 系统，保证改造后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、 暂停等控制功能。伺服系统又叫伺服机构，它是一种反馈控 制系统，它的受控变量是机械运动或者位置。在数控机床的 控制系统中，

2、伺服系统接收数控系统发出的位移、 速度指令， 经变换、放大与整形后，由电动机和机械传动机构驱动机床 坐标轴、主轴等运动，带动工作台及刀架，通过轴的联动使 刀具相对工件产生各种机械运动，完成复杂形状零件的加 工。2 改造的内容2.1 伺服驱动元件种类的选择 永磁式交流伺服电动机结构简单、 运行可靠、 效率较高。 在结构上采取改进措施后，可使其外形尺寸比直流电动机减 小 1/2 左右、重量减轻 60% 、转子惯量减到直流电动机的 1/5 。 与异步电动机相比，由于采用永磁铁励磁消除了励磁损耗及 相关的杂散损耗，因而效率提高，而且无换向器、电刷等， 其机械可靠性与感应电动机相同而功率因数大大提高，所

3、以 永磁同步电动机的体积比异步电动机小些，在数控机床进给 驱动中多采用永磁式同步交流伺服电动机作为伺服系统的 驱动装置。2.2 伺服驱动元件的选择计算2.2.1 负载转动惯量的估算 查阅武汉华大新型电机科技有限公司提供的交流永磁 同步伺服电机 ST 系列产品样本， 选择 110ST-M06020LFB 电 机作为改造后的 CA6150 车床的伺服驱动元件，选用迈信公 司 EP100-3A 伺服驱动器构成伺服系统可以满足设计使用要 求。2.3 交流调速方式的选择 交流伺服电动机的调速方法很多，其中波脉宽调制 （PWM ）是交流调速方式中常用的一种方式， 选用 PWM 方 式进行调速。对于 CA6

4、150 普通车床数控化改造，选用迈信 公司 EP100-3A 伺服驱动器。 EP100-3A 伺服驱动器， 采用先 进的控制算法，能实现转矩、转速、位置精确的数字控制； 具有数字量和模拟量的接口，能方便与各种上位控制机互 联；具有多种智能化的监视功能和精巧的操作面板，方便客 户调度与故障诊断；内置华大电机公司 ST-M 全系列伺服电 机参数，达到电机与驱动器无缝联接，形成的全套产品，性 价比极佳； IPM 智能模块的使用，按国内工业环境的可靠性 设计，使产品稳定可靠。EP100 伺服驱动器功能特性及参数型号： EP100-3A输入电源：单相或三相 220VAC-15+10% 50Hz60Hz驱

5、动器在配置小转矩的伺服电机时，可采用单相AC220V 电源对驱动器供电，但驱动器驱动大转矩伺服电机 时，必须要三相 AC220V 电源对驱动器供电。2.4 进给系统的改造2.4.1 纵向进给系统 拆去原机床的溜板箱、光杠、丝杠及安装座，配上滚珠 丝杠及相应的安装装置。选用电动机，确定减速比和保持转 矩。电动机经传动比为 1 : 2的减速箱与滚珠丝杠副相连， 将拖动转矩传给滚珠丝杠副，带动拖板沿纵向往复运动。滚珠丝杠采用可预紧安装方式，减小或消除了因丝杠自 重而产生的弯曲变形，使丝杠刚度有较大提高，丝杠不会因 发热而伸长。2.4.2 横向进给系统 拆除横向丝杠，换上滚珠丝杠。确定电动机减速比、保

6、持转矩和脉冲当量、选择电动机，通过1 : 2减速箱与滚珠丝杠相连。2.4.3 伺服电动机的安装与接线 伺服电动机采用立式方形凸缘安装方式，通过法兰盘和 止口固定在机床的丝杠托架上。伺服电动机的输出轴经传动 比为 1 : 2 的减速箱减速后，通过轴套与丝杠相连。伺服电 动机的 4 芯插头应严格与驱动器的相应端口相接。结语通过对 CA6150 车床的控制系统的研究设计，使改造后 的车床具有了准确定位、直线插补、圆弧插补、暂停等数控 功能，能够加工出符合要求的复杂零件，大幅提高了生产效 率，减轻了工人劳动强度，提高了机床的加工精度。随着电 子技术、计算机技术和管理技术的不断发展，对现有设备进 行数控化改造以提高设备的数控化率，将大有作为。参考文献1 韩鸿鸾， 荣维芝.数控机床的结构与维修 M. 北京：机 械工业出版社， 2004.2 陈白宁，段智敏，刘文波 . 机电传动控制 M. 沈阳： 东北大学出版社， 2002.3 孙志永，赵砚江 . 数控与电控技术 M. 北京：机械工 业出版社， 2002.4