数控设备改造2.6普通车床数控改造教学设计

普通车床数控化改造《》教案章节名称学时安排普通车床数控化改造8H【目标要求】1．掌握普通车床数控改造的主要内容和实施过程。2．学习数控设备改造的基本方法和要求。【任务内容】1．普通车床数控改造的方案制定。教学目标2．普通车床数控改造的系统选择。3．普通车床数控改造的伺服选择。4．普通车床数控改造的机械配件设计。5.普通车床数控改造的控制电路设计。6.普通车床数控改造的机电装调。重点：普通车床数控改造的系统选择重点难点难点：普通车床数控改造的机械配件设计1、普通车床数控改造机械设计图参考2、普通车床数控改造教学指导录像资料3、普通车床数控改造视频普通车床数控改造的主要内容和实施过程60%；工作态度（20%）；团队协作10%；工作规范（10%）。考核评价主体：教师评价（40%）+小组互评（50%）+学生自评（10%）（每次小与评价组互评时，90分以上限10%以内）；课程成绩：（每一单元考核成绩单元学时数）/课程总学时。备注注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25倍行距，居中）一、教学内容与教学方法（一）教学内容为达到教学目标的要求，根据学生现有状况和实训设备条件，设定如下表所示的教学内容。序号教学内容重/难点学时分配(H)普通车床数控改造的方案制定普通车床数控改造的系统选择普通车床数控改造的伺服选择普通车床数控改造的机械配件设计普通车床数控改造的控制电路设计普通车床数控改造的机电装调123456重点10.50.53重点难点难点21（二）教学方法为发挥学生的主体作用，激发学习兴趣，培养职业技能，养成职业素养，做到“理实一体、学做合一”，本节课采用理实一体教学法，运用多媒体演示、实践操作、讨论、讲解等多种教学方法来达成目标。二、教学过程2.1总体改造方案的设计数控车床由机床机械本体、数控系统、伺服装置和外围设备四部分组成。卧式车床改造的目的是利用数控系统控制原有车床自动完成机械加工任务，提高车床的产率。在考虑车床经济型数控改造的具体方案时，所遵循的原则是，在满足需要的下，对原有车床尽可能减少改动量，以降低改造成中需要解决的问题是：微机控制装置或选用的数控系统；将现有机械传动的进给控制装置改造成数控控制的无级自动变速的进给系统；将丝杠换成滚珠丝杠，提高；手动控制的刀架转位装置改造成数控装置控制的自动转位刀架；加装脉冲编码器，实现螺纹的自动切削。若对改造后机床的要求较高，则要改造主轴，重新设计主轴箱，使用主轴伺服电动机或电主轴。加工精度和生前提本。改造增加数控装置，设计性价比高传动精度2.2数控化改造内容1）控制系统的选定。目前市场上数控系统的的卧式车床自身功能有一个充分的了解，可根据价格合理、技术先进、服务方面的原则选择数控系统。机床的改造，首先就是数控系统的改造，根据机床的现有控制等级、工件加工要求、企业资金状况，选择相应的低、中、高档次的数控系统。选择数控系统时需要考虑首选主品，例如，国外数控系统可选择FANUC、西门子系统等，内数控系统可选择华中、凯恩帝系统等。还应尽可能与机床用户现有其它数控机床的数；较集中的数控系统也便追求高一档次而浪费资金。类型比较多，选择前首先应对拟改造流厂家产国控系统选择一致，这样做的好处是便于维修人员日常维修机床于缩减备件种类。数控系统选择时以实用为原则，没必要为2）机械部分的改造（1)精密十字滑台。随着技术的发展，在机床数控化改造的我们可以根据用户的要求决定是否给机床本体加装精密十字滑台，精密十字滑台是一种外加装置，可以通过螺钉、销与机床本体紧密的连接在一起，使机床成为具有斜床身的数控车床，见图2-1图2-1精密十字滑台身具有以下优点：a、加及改造的机床斜床工精度高。数控机床的拖板传动丝杆都是高精度的滚珠丝杆，丝杆与螺母之间的传动间隙很小，但也不是说没有间隙，而只要有间隙，当丝杆向着一个方向运动后再反向传动时，难免会产生反向间隙，有反向间隙就会影响加工精度，而这种45度床身的机床由于有重力的作用，重力直接作用于丝杆的轴向，传动时的反向间隙几乎为零。b、机床刚性好，切削时不易引起振动。因为这种机床的刀具是在工件的斜上方切削，切削力与主轴工件产生的重力相一致，所以主轴运转相对平稳，不易引起切削振动，而普通数控车床在切削时，刀具与工件产生的切削力是向上的，与主轴工件产生的重力不一致，所以就容易引起振动。c、铁屑由于重力的关系不易产生緾绕刀具，利于排屑。目前，给机床外加斜十字滑台已经能够获得较好地刚性与稳定性，在国内，广州数控公司生产的斜十字滑台比较常用于改造中。常用的有GSK的CT-L系列。在改造的过程中我们可以根据实际情况决定是否采用这种方案。图2-2精密十字滑台装配示意图来说，导轨除了应该具有卧式车床性外，还要有良好的耐磨性，并减少因摩擦力而致死区。同时还要有足够的少导轨变形对加工精度的影响；合理的导轨防护和润滑。一般卧式车床的导轨材料为(2)滑动导轨副。对数控车床导轨的精度和工艺刚度，以减HT2OO，机床改造时可在原床鞍下滑面经机械加工后贴一层聚四氟乙烯软带。聚四氟乙烯软带与铸铁配合时，具有良好的减磨性能，动摩擦因数约为铸铁的1/8~1/3，有效地防止机床的爬行。此外，床鞍与床身、中滑板与小滑板应接触均匀，接触面积不应小于70%，接触点数不应小于10点/cm2，这是保证加工精度和尺寸一致性的关键之一。(3)丝杠传动副。一般数控车床或数控系统要求采用滚珠丝杠副传动，目的是为了提高机床的进给精度，减小传动副的摩擦阻力。①滚珠丝杠副传动的优点。滚珠丝杠副传动与滑动丝杠传动相比有以下优点：a)传动效率高。一般可达95%以上，是滑动丝杠传动的2-4倍。b)运动平稳，摩娜力小，灵敏度高，低速无爬行。c)可以预紧、消除丝杠附的间隙，提高d)定位精度和重复定位精度高。e)使用寿命为普通4一10倍，f)同步性好，用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性。g)使用可靠，润滑简单，维修方便。h)不自锁，可逆向传动，即螺母为主动，丝杠为轴向接触刚度。滑动丝杠的甚至更高。被动。旋转运动变为直线运动。i)有专业厂生产，选用配套方便。②滚珠丝杠副精度等级确定。表2-3为滚珠丝杠推荐应用精度等级。表2-3滚珠丝杠推荐应用精度等级精度等级机床类型坐标12345710XZ数控车床③滚珠丝杠的a)润滑：滚珠丝杠必须润滑。滚动轴承用的各种润滑剂原则上都可以用。种润滑剂和润滑方式都可用于精密滚珠丝杠。一般情况下采用锂基润滑脂，在高速和要严格控制温升时，可用L-AN32全损耗系统用油、汽轮机油循环润滑或喷雾润滑。护和密封：丝杠防护套有伸缩套管式、折叠套管式和燎旋钢带保护套。后者由专业厂生产，应用较广，所以选用螺旋钢带保护套。润滑、防护和密封主轴的各需b)防图2-2X轴滚珠丝杠④如何对滚珠丝杠副进行选型a)确定滚珠丝杠导程Ph根据工作台最高移动速度Vmax,电机最高转速nmax,传动比等确定Ph。按下式计算，取较大圆整值。确定预期额定动载荷确定滚珠丝杠副规格代号(4)拖板系统。拖板的运动是数控系统直接控制的对象，不论是点位控制还是连续控制，被加工零件的最后坐标精度将受拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响，尤其是对于用步进电动机作为拖动元件的开环系统。因为数控系统发出的指令仅使拖板运动，而没有位置检测和反馈，故实际移动值和系统指令值的差别造成加工误差。Z轴电机丝与杠连接的两种方案。第一种是利用机床原来的箱体作为支承，其特点是安装调试方便。第二种是重新制作箱体，其特点是结构紧凑，节省空间。但是安装时要用“桥板”调整丝杠上母线和侧母线。如图2-4所示。图2-4Z轴电机安装图X轴一般都是用的第二种连接方案。如图2-5所示：图2-5X轴电机安装图(5)主轴脉冲传感器的安装。主轴脉冲传感器的作用就是传递信息给数控装置，保持主轴的速度和刀架进给量的一致。安装时要求保证机床主轴转一圈，传感器也要转一圈，或者整数倍（把这个数输入系统相关参数）。这样才能保证发给数控装置的信号准确，车削螺纹时不乱扣。传感器安装示意如图2-3所示。图2-3传感器安装示意图1-主轴2-II轴(中间轴)3-传动齿轮4-传感器5-齿轮(6)数控车床刀架的改造数控车床的电动刀架是机床的重要组成部分。机床数控化改造之后，将原来的小滑板拆掉，改用电动刀架。一般数控系统最多能控制4~12把车刀。刀架用于夹持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的结构和性能会影响机床的整体改造水平，所以有如下要求：①转准位确可靠，工作平稳安全。②按最短线路就近选择，转时位间短。③应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。④防水、防屑，密封性能优良。⑤夹紧刚性高，适宜重负荷切削，回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度。以承受机床在切削加工时的切削抗力。LD4-CK6132立式四工位电动刀架的外形和尺寸如图2-12和表2-4所示。图2-12自动转位刀架尺寸图表2-4立式转位刀架参数H1H2H3AEE1DD1B型号17470381611212126L4Φ’126171FCΦL2L3LD4-CK613212146133601522190刀架的安装方式如图2-13所示。该刀架安装时，需先拆除原机床上的小滑板和刀架。然后把电动刀架置于中滑板上。此时，刀架高度应使车刀前面基本通过车床主轴轴心线，否则要在刀架下面加垫板，调整其高度。然后，手动逆时针方向转动电动机，使上刀体相对于下刀体转动45o左右。打安装螺孔，内六角螺栓将刀架与中滑板固定。进给方向平行，用垫板来调整固定时应注意，将刀架的两侧面分别与车床纵向和横向的其中心高。使用前应试运转，运转时要达到轻松灵活、无噪声的要求。图2-13刀架的安装方式3)电气控制部分的改造电气改造包括：NC控制系统的强电供电电路和弱电控制电路；主轴伺服驱动的强电电路和弱电控制电路；X、Z轴伺服驱动的强电电路和弱电控制电路；自动刀架的强电电路和弱电控制电路。具体电路在改造案例中结合改造的要求给出。4）附件的选择数控机床常用的附件有：冷却泵，其作用是带动冷却系统，给机床加工提供冷却；液压泵，其作用是给机床的动作提供液压使能。润滑泵，其作用是给机床提供润滑，一般改造中使用手压式注油器图2-6所示。图2-6手压式注油图2-7编码器编码器，其作用是增加机床的车螺纹的功能图2-7；排屑器，作用是排出机床加工所产生的废屑(一般用在高档机床的改造中)图2-8；图2-8排屑器3.改造案例下面我们以图2-7所示CY6140为例讲解改造的具体内容。图2-7CY6140普通车床CY6140车床改造属于经济型数控车床的改造，主要针对进给系统进行数控化改造，利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机，通过步进电动机带动滚珠丝杠转动。数控化改造后的机床，能对纵向、横向进给运动进行数字控制，并要求达到纵向最小运动单位为0.001mm/脉冲，横向最小运动单位0.0005mm/脉冲，刀架为自动转位刀架，经改造后的机床能实现加工外圆、锥度螺纹、端面等的自动控制。数控化改造提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度.同时缩短了生产周期，提高了产品质量和劳动生产率。3.1总体设计方案拟定改造方案的内容主要包括:①数控系统的选择②伺服装置的选择③控制电路设计及电柜制作④机械部分的改造⑤电动刀架、主CY6140车床总体改造方案为为滚珠丝杠传动，采用混合式步进电动机驱动进给轴运动，加装编码器，配置四工位电动刀架实现自动换刀功能。数控系统方面，考虑到交流伺服电动机的成本较高，对于精度和性能要求不高的机床，采用混合式步进电动机驱动的开环控制系统，而在机械系统一滚珠丝杠螺母副一小滑板的传动方式。从数控系统的选择、伺服系统的改造设计，机械结构的改造设计、电气系统的改造设计、自动回转刀架的盘的选用和安装、液压系统的洁与维护等几个方面来进行，通过改造使其具有数控机床的一般特性。下面就从各个部分来具体阐述这次的设计方案。轴编码器等附件的选择：增配车床数控系统，更换进给运动的传动丝杠传动的改造方面，采用步进电动机具体的改造主要选择设计、编码清普通车床数控化改造一般选用较经济的两轴系统，在满足使用要求及可靠性的前提下，主要考虑系统的性能价格比。目前这样的系统较多，如：FANUCoi-MateTD、GSK980TA、KND1TBⅢ等。这些系统的控制精度为0.001mm。表2-2常用数控系统一览表系统（含伺服）性能可靠性价格FANUC0iMate-TD满足使用高(βi伺服)5万左右西门子802DslK1Ti-As满足使用高5万左右满足使用较高满足使用较高1.8万左右1.8万左右GSK980THNC18XP-T满足使用较高1.5万左右a)GSK980TAb)KND1Ti-ASc)HNC18XP-Td)FANUCoi-MateTD图2-8几款常用数控系统本次改造考虑CY6140机床主要用于各类单件、中小批量生产使用，加工精度IT7级，且要求CY6140车床加工复杂零件，所以数控系统选择普及型数控系统，以满足数控化改造后机床的定位、插补、循环加工和螺纹加工等功能。综合考虑性价比，在充分调研比较的基础上，选用北京KND公司的K1Ti-As数控系统，K1Ti-As数控系统采用开放体系结构，性价比高.属于连续切削控制系统，具有如下特点：(1)采用分辨率为800×480的7英寸数字式TFT彩色液晶显示器。(2)系统配置U盘和RS232接口，可存储/备份程序、参数等数据，利用U盘能升级系统软件。(3)X、Z两轴联动，可实现μm级插补精度，快速速度上限15米/分，进给速度上限12米/分。(4)27种G代码，26种M代码，满足多种加工需要。(5)具有刀尖半径补偿、反向间隙补偿、刀具长度补偿功能。(6)具有直线型和指数型加减速控制和程序预读功能，适应高速、高精加工。(7)具有攻丝功能，可车削公英制单头/多头直螺纹、锥螺纹，螺纹退尾长度、角度和速度特性可设定。(8)完善的自诊断功能，内部、外部状态实时显示，现出异常立即报警。(9)刀具轨迹图形显示，全中文操作界面，完整的帮助信息，操作更方便。K1Ti-As车床数控系统技术参数见表2-3表2-3K1Ti-As车床数控系统技术参数功能控制轴名称规格2轴(X，Z)控制轴数同时控制轴数2轴0.001毫米最小设定单位输入指令最小移动单位最大指令值0.001毫米±9999.999毫米15000毫米/分快速进给速度每分进给1～12000毫米/分进给速度范围每转进给（1024线编码器）0.0001～500.0000毫米/转0.0001～500.0000毫米有(直线，指数)进给螺纹导程自动加减速进给速度倍率0～150%手动连续进给，手动返回参考点，单步进给手轮机能同时一轴，×1，×10，×100手动有插补定位，直线插补，圆弧插补试运行，单程序段外圆、内圆车削循环螺纹车削循环G00，G01，G02/G03调试机能有G90G92G93G94G71G72G73G74单一型固定循环攻丝固定循环端面车削循环外圆粗车循环端面粗车循环封闭切削循环端面深孔加工循环外圆、内圆切槽循环复合型螺纹切削循环增强型螺纹切削循环G75G76G78复合型固定循环暂停(秒)G04坐标系及暂停坐标系设定G50自动坐标系设定MDI，自动，手动，单步，编辑存储型行程检查存储行程检查机能屏蔽或各轴屏蔽紧急停有运转方式安全机能有有有有程序存储容量，存储程序个数程序编辑32K，63个插入、修改、删除、复制程序存储及编辑程序号，顺序号，地址，字检索小数点编程有有电子盘有，6个区液晶显示器800×480点阵，7英寸真彩屏显示位置，程序，刀补，报警，调试，诊断，参数有图形，加工件数输入/输出：20/16点辅助功能有输入：面板4点，机床16点M2位数主轴功能S2位数（档位）或S4位数（模M，S，T拟主轴）机能模拟主轴（S4位），恒线速切削刀具功能有（8位D/A输出）T01～08刀架信号定时扫描检查机能刀具补偿存储器有±6位8组刀具补偿值计数方式输入刀具补偿值测量方式输入刀尖半径补偿(刀补C)反向间隙补偿有有有有补偿机能软开关程序开关，参数开关，中英文界面开关有RS232接口U盘接口有有有有有有有有有有有通讯功能其它机能圆弧半径R指定电子齿轮比后刀架选择任意位置启动程序机能旋转轴设置功能加工时间，时钟台尾功能自动润滑功能自动手轮功能配套驱动器附加面板KND步进驱动器选配3.3伺服系统的改造设计普通车床数控化改造主要选择的伺服装置有:混合式步进电机驱动装置和交流伺服驱动装置，在选择伺服装置的时候，主要考虑电机的功率、扭矩、转子惯量等与机床的匹配问题。交流伺服电动机调速方便，体积小，目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比，其精度高、价格较高。近年来，混合式步进电动机及驱动技术也有较快的提高，在数控车床上仍有较多使用。混合式步进电机采用稀土永磁材料制造，与反应式步进电机相比具有电磁损耗小、转换频率高、动态特性好等优点。混合式电机运行时相对平稳、噪音小、输出力矩大。混合式步进电机取代反应式电机是经济型数控系统的发展趋势。BD3H-C三相伺服混合式步进电机驱动器，具有以下特点：①采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全数字式电流环控制，三相正弦电流驱动输，出使三相混合式电机低速无爬行，无共振区，噪音小。②驱动器功放级的电压达到DC325伏，步进电机高速运转仍然有高转距输。出③功放采用智能模块（IPM），具备短路、过压、欠压、过热等完善保护功能，可靠性大大提高。④具有细分和半流功能。有多种细分选择，最小步距角可设为0.03°。⑤适用面广，通过设置不同相电流配置各种电机。本次改造X轴、Z轴驱动均采用混合式步进电机及驱动器，在满足要求的前提下，使控制系统简单，降低改造成本。主要考虑以下原统的性价比。本次改造是已使用十多年的旧机床，几何精度及刚性尚可，但不是太高；加工零件的精度要求也不算太高(尺寸公差0.03mm左右)，为了简化结构、降低成本，故选择步进电动机驱动的开环控制系统。因：机床本体的精度；加工零件的精度要求；系统的可维修性；系图2-9混合式步进电机及驱动器表2—3车床电机选取经验数据伺服电机步进电机Ф400mm车床1-1.2Kw,5-8Nm15Nm(启动静扭矩)表2—4电气技术参数输入电源AC220V-15%～+10%50/60HZ5.5A（MAX）输出相电1.0A~6.8A流适配电机三相混合式步进电机工作环境0℃～50℃15～85%RH、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-25℃～70℃15～85%RH、不结露。驱动方式PWM（脉宽调制）恒流斩波，三相正弦波电流输出。步距角0.03°每转脉冲120001000080000.036°0.045°0.06°0.072°0.09°0.12°0.18°60005000400030002000步距角设DIP开关（SW1－3，5，6、）设定定输入信号CP+/CP-；DIR+/DIR-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。位置脉冲单脉冲方式：CP（脉冲）+DIR（方向）输入方式脉冲宽度≥2.5μS;脉冲频率≤200KHZ（10000P/r时）：输出信号RDY1/RDY2（准备好）：常开触点，无报警时接通，负载30V、0.5A(MAX)。状态指示绿色LEDRDY：正常指，示无故障时亮；红色LEDALM1：故障；ALM2：过热；ALM3：过压；ALM4：欠压外形尺寸213×112×145mm(参见外观尺寸)重量3Kg表2-5三相混合式步进电机参数表型号相保持步距角相电流电机空载运行空载起动转动重量数转距(°)为△接法频率KHZ频率Hz惯量KgKgcm2FHB31115FHB31118FHB31122FHB31316FHB313193333311Nm15Nm19Nm20Nm28Nm0.6/1.20.6/1.20.6/1.20.63.8A4.5A5.1A6.8A6.8A3030303030160016001600160016009.728.410.71313.5617.426.7160.633.9718.2本次改造选取电机型号为FHB31118伺服电机选用时可以根据同类规格机床类比进行经验选取，也可根据相关计算进行选取，有关计算方法可以参考相关资料，这里不再介绍。3.4机械改造结构的设计机械部分的改造主要是主传动系统的改造和两个进给传动部分的改造。主传动可以采用变频主轴，也可以保留原来的传动路线不变，即：采用手动变速。本次改造采用保留原来的传动路线不变，手动变速。纵向运动的改造是利用原丝杠安装基准，安装滚珠丝杠，丝杠左置，然后与相应的步进电动机直连。图2-30纵向改造机械结构图横向运动的改造是在原车床中拖板方向增加平面轴承，丝杠换成滚珠丝杠，设计制作机械配套件，然后与相应的步进电动机相连。图2-30横向改造机械结构图进给传动机构如图2-31所示，纵向和横向均采用步进电动机一滚珠丝杠螺母副一(或中滑板)的传动方式。改装时先拆除原机床的进给箱、溜板箱、光杠和丝杠。再(安装在原丝杠的部位)。在本设计中滚珠丝杠采用循环插管式、双螺母垫管埋入式、精度等级为3级，型号为JCS-CDM系列滚珠丝杠副。床鞍换上滚珠丝杠片预紧、导珠3.5电气设计在电气控制系统的改造设计中，应该遵循：在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济，不宜盲目迫求自动化和高指标，力求控制系统操作简单、使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。CY6140车床改路等构成。改造时更换同一型号的老化电件包括变压器、X/Z轴驱动器、主轴编码器、电动刀架控制器件以及必继电器等。改可以保留机床原电做必要的改动。改造制后作的电控柜一般安装在床头箱后边，安装还需电修人员共同进行通电调试。数控机床中电气控制系统除了对机床进给运动和辅助动作控制外，还包括关、各种行程、极限开关的控制，以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的造的后电气控制线路由电源电路、主电路、控制电路和CNC控制回器元件断路器、接触器等，主要增加的电要的控制开关、器元造时气箱，完成后气、机对保护开控制。改造的后电气控制系统，不仅保留了传统控制系统的优点，同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方矛廷等特点。CY6140车床的控制系统主要由四个基本部分组成分、检测和显示部分。电器元件可保留原机床中的等，主要增加器元件包括X、Z轴驱动器、电动刀架，继电器等。改造拆后除原电造的后电控柜。卧式车床的动般是由三相异步电动机来实现。三相异步电动机点的接触器、继电器、按钮、行程开关等电器组成的电来进行控制的。电：主机部分、驱动部分、控制部断路器、要的控制开关、气改造中，电变压器、自动接触器的电以及必控箱，原位安装改力控制系统一是由各种有触器线路气控制线路一般应由电源电路、主电路、控制电路和CNC控制回路等构成。在改造中，选用K1Ti-As数控系统时，同时配置了与该数控系统相配套的电源电路。主电路分析。主电路与强电控制电路如图2-16所示。电电路中有三台电动机M1、M2和M3。其中M1为主轴电动机、M2为冷却泵电机、M3为刀架电机。电路中熔断器FU1~FU5起到短路保护作用。1)电源到CNC数控系统的路线为：电源空气开关QF1隔离变压器TC2开关电隔离变压器和开关电源的作用是为CNC系统及源由空气开关QS1引入。源+V-TC1CNC系统。其中，主电路图中其驱动提供稳定的电源。2)电源到M1主轴电动机的路线：电源空气开关QF1热继电器FR1主轴电动机。M1主轴电动机的运转和停止有接触器KM1的触点控制。热继电器FR1对电动机、继电器KA4、KA5、KA6起过载保护，当主轴电动机M1，电流过大时，FR1双金属片发热，从而使其变形、位移，顶开保护触点，接触器控制回路断开，从而使主电路断电，过后温度降低，双金属片冷却，恢复电路接需重新按开始按钮才能重新工作。通，但主电路的自保控制回路已断开.3)电源到M2冷却泵电动机的路线：电源空气开关QF1熔断器FU3热继电器FR3冷却泵电动机。冷却泵电动机的运转和停止由接触器KM3来控制，热继电器FR3起过载保护的作用。4)电源到M3冷却泵电动机的路线：电源空气开关QF1熔断器FU2冷却泵电动机。刀架电动机的正、反转和停止由接触器KM4、KM5来控制，熔断去FU2起过载保护的作用。5)主电路中控制变压器TC1提供了安全电压，其二次侧输出36V和220V电压，分别作为机床照明灯和控制电路的电源。(2)控制电路和CNC控制回路分析。控制电路是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制电路，其主要作用是接收数控装置输出的主运动、刀具选择交换、冷却泵启停、辅助装置动作等指令信号，经必要的功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，以完成指令所规定的动作。如图所示，控制电路采用220V交流电压供电，该电压由380V电源电压经控制变压器TC1降压后得到，即TC1二次侧端口1输出220V交流电面结合图2-16和图2-17分析K1Ti-As数控系统和控制电路的动作原理。编译、逻辑判断、压作为控制回路的电源。下4AK1RF1K1MK2M轴主311701却冷84S3M3F3B79ABR)))OOOUVW(((111123XXXK1S1K2SB52QS511QS2D1UF5FU34FU1D211CT3UFU3~V3W32M33RF3MKU1V1W1~1M31MK1RFU0V0W01FQEP-XPC-ZPCR1R2R3R4R5R6KA1KA1K05K06K01K02K03K04T04ESP1T01T02T03DECX+XPCDECZ+ZPC0VXS50-5XS50-18XS50-6XS50-19XS50-7XS50-21XS50-20403KNDK1Ti-AsXS50DV24VXS50-14XS50-17XS50-4TL-M03M04XS50-1SPZDXS50-3XS50-2TL+M08402404KA2405KA3406KA4407KA5Z01Z02Z03KA6KA7Z04Z05Z06401限位开关刀架正转刀架反转主轴正转主轴反转主轴停冷却泵图2-171)、主轴电动机M1的控制电路路线：TC二次侧(220端口)常闭按钮SB4常开按钮SB3热继电器常闭按钮FR1继电器KM1主轴电机。其具体过程为：按下起动按钮开关SB3，接触器KM1线圈通电，KM1常开触点闭合自锁，同时KM1主触点KM1闭合，电动机得电运转。按下停止按钮开关SB4，接触器KM1线圈因断电而释放，电动机M1停转。热继电器FR1的常闭触点串联在KM1线圈的电路中，当主轴点动及M1过载时，FR1的常闭触点断开，KM1因线圈断电而释放，电动机M1便停止运转。该电路有零压保护功能，在电源断电后，接触器KM1释放，当电源电压再次恢复正常时，若不按下起动按钮SB3，则电动机不会自行起动，以免发生事故。该电路也有欠电压保护，当电源电压太低时，接触器KM1线圈因磁力不足而自行释放，电动机M1自行停止，以避免欠电压时电动机M1回流过大而烧坏。2)冷却泵电机M2的控制路线：TC1二次侧常闭按钮SB4常开按钮SB3选择按钮SB2继电器KA7热继电器FR3继电器KM3冷却泵电机。其具体控制过程为：当主轴电机运转时，选择开关SB2打到选择档位，需要冷却液时，数控系统由KA7发出信号，KA7常开触点闭合，KM3线圈通电，KM3的主触点闭合，冷却泵电机M2起动运行，给加工提供切削液。当主轴电动机停车时，按钮SB4断开，接触器KM3释放，其常开触点断开，同时冷却泵电动机M2也因电源断开而停止转动。可见，只有当主轴电机运转时，冷却泵电机才能起动。热继电器FR3冷却泵电机起过载保护作用。电路全部电机过载时，FR3的常闭触点断开，接触器KM3因断电而释放，电动机M2便停止，实现过载保护。3)刀架正反转电机M3的控制线路正转时：数控系统通过XS50控制KA2继电器线圈得电，KA2常开触点闭合，接触器KM4的线圈得电，接触器KM4的主触点闭合，刀架正转起动。X31X21X11FU2TC2X12X22X32X24X14KM5X25KM4KM6X17X27X16X26+T-VC1X28X18DC24V0VX13X23X333~M3K1Ti-As图2-18反转时：当CNC检测到刀架的到位信号之后，CNC通过XS50控制KA3继电器线圈得电，KA3常开触点闭合，常闭触点打开，KM5线圈得电，切断正转电路的同时，KM5的主触点闭合，刀架的感觉反转。熔断器FU2对刀架电动机起过载保护作用。(3)连线时应注意的问题1)要避免大功率起动、停止频繁的设备和电火花设备与数控机床位于同一供电线路上，最好采用独立的动力线供电。2)供电电网与数控机床之间应加自动调压器或电子稳压器，以减少电网电压的波动。3)动力线与信号线尽可能分开，且不在同一线槽中;信号线用屏蔽线(绞合线);控制电路配线与主电路配线相交时要成直角相交，以减少和防止磁场耦合和电场耦合的干扰。4)驱动器与电动机之间最好直连。5)必须具有良好的接地，接地线截面积A>6mm2。3.6.自动回转刀架的选择与安装的设计自动换刀装置因数控车床的形式、工艺范围和刀具的种类与数量不同而具有不同的位电动刀架。自动回转刀架也称为形式。目前常用的有立式四工位电动刀架和卧式六工转塔式刀架，它是数控车床上最常用，也是最简单的一种自动换刀装置，通过回转头的旋转分度定位来实现车床的自动换刀动作。自动回转刀架由数控系统控制，效率高，工艺性能可靠。在本改造中，根据所加工零件的工艺要求采用立式四工位电动刀架。在CY6140车床数控改造中。将原机床的普通手动回转刀架替换成自动回转刀架，拆除原刀架和小滑板，换上由常州宏达机床数控设备厂生产的LD4-CK6132四工位自动回转刀架。3.7脉冲编码器的选用和安装机床能否进行螺纹加工是主轴部分数控化改造的重要部分，所以在原来车床上需加装一个脉冲编码器，才能实现自动加工螺纹的目的。机床能否进行螺纹加工是主轴部分数控化改造的重要内容。传统车床加工螺纹时，往往是通过交换齿轮组来完成的，加工不同的螺纹则需不同的交换齿轮组，操作起来十分麻烦。改造后的车床已拆掉原交换齿轮系统，将主轴箱与进给箱之间的传动链切断，车床主运动和进给运动相独立，但是为了使改造后的车床能适应加工螺纹的工艺要求，必须把主轴运动和进给运动联系起来，光电编码器(即光电码盘)就是起这种联系作用的。在经济型置信号的反馈元件。它与车床主轴同步转动，发出主轴转角位置变化信号愉送到数控系统，数控系统按照所需加工的级距进行计算处理，从而控制机床步进电动机，实现准确数控车床上加工螺纹或丝杠时，需要配置光电编码器作为车床主轴位加工螺纹的目的。所以在CY6140数控化改造设计中，主传动系统中加装一个光电编码器。1）光根据前面所选择的车床数控系统GSK980TA的技术参数可知，主轴应加装1024P/r光电编码器。结合脉冲编码器每转进给脉冲数(即分辨率)对姗纹加工范围、加工精度和电编码器的选用车螺纹时步进电动机运行频率及主轴转速的影响，以及加工常见多头螺纹的需要，脉冲编码器每转进给脉冲数应尽可能取较大值，再结合环境特性，最后根据机床主轴转速不允许超过主轴脉冲发生器的最高许用转速的原则，选择长春三峰传感技术有限公司生产的常规型实心轴光电编码器PIE-1024-G05C编码器，其分辨率为b=1024P/r。该编码器经济适用，力矩小，多规格，适应多种数控设备，其最高许用转速为5000r/min，远大于车床主轴最高转速2000r/min。2）编码器的安装由于同轴安装后不能加工穿出主轴孔的较长的工件的缺陷，所以本改造为使改造设计的车床具有较大的通用性，决定采用异轴安装的方式来安装编码器。异轴安装如图2-15所示，通过无间隙柔性连接传动方式，编码器的引出轴通过传动比为1：1的同步齿形带与主轴联系起来主轴电动机通过带轮把运动传给主轴，主轴的运动经过两个同步带轮以及同步带带动脉冲编码器，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉固定在主轴箱体上。图2-15增量式编码盘安装示意图1-编码器2-带轮3-主轴工作时，编码器与主轴同步旋转，数控装置控制进给步进电动机准确地配合主轴的旋转而产生进给运动。保证主轴每转一转，螺纹车刀移动一个螺纹导程，同时还保证每次进给都在工作的同一点切入，而不乱扣。编码器安装注意事项：主轴脉冲发生器属光学元件，安装摆放时应小心轻放，不能有较大的冲击和振动，以防损坏玻璃光栅盘，造成报废。车床主轴的转速必须小于主轴脉冲发生器的最高允许转速，以免损坏脉冲发生器安装完成图3.8液压系统的消洁与维护在车床数控化改造中一般不需要对机床原来的切削液系统进行改造。用数控系统上的切削液接口与液压系统的电路连接。通过CNC控制，实现切削液的自动开关。此外，液压系统的清洁程度对液压元件和液压系统的平稳、准确运行有着非常重要的影响。对CY6140车床进行数控化改造后，还要仔细检查液压元件器、密封圈等，则需要更换，确保液压元件能正常工能正常运作.在检查、更换、维护后对液压系统循环过滤，，如果发现有已经磨损、老化的元件，如过滤器、空气滤清作。从而保证整个机床系统清洗整个系统。在车床数控化改造中，一般不需要对机床原来的切削液系统进行改变。液压系统方接口，通过CNC控制来实现切削液的自动开关。这些在电气改造中有详细的说明，这里不再赘述。下面主要研究的是液压系统的清洁与维护。面，用数控系统上的切削液液压系统的清洁程度对液压元件和液压系统的平稳、准确运行有着非常重要的影响。在实际应用中，往往由于选购时未能合理选用过滤器和其他元件，在使用时没有注意维护保养，使液压介质受到污染，由此引起了表现各异的