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G96恒线速度控制，G97取消横线速度控制光洁度要求高的产品加G96（部分车床没有这个功能）经常车大圆（比如法兰）中心光洁度会很差，那是因为转速不够高，跑过三千米的都知道，跑内圈路程短，这个道理也一样，一样的转速下，内圈刀尖接触的切削量较少，还看不懂就别做车床了。
上面的复制混分的，打字很辛苦，给个最佳。
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什么系统的?
三菱的G96好象是恒线速
G97是恒转速吧
好久没摸 不知道 是不是了
xinyang727
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xinyang727
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G96恒线速度控制，G97取消横线速度控制
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cnc加工中心编程具体是学什么,要学些什么内容?学完就业怎么样?
xuanze444的答复：
不是。加工中心，数控铣床和数控车床都不是一回事，现在编程使用的软件也是五花八门，（UG，PRO/E，MASTECAM等）学会一种软件，其他的也不见得能学会贯通。而且机器所配的系统也是五花八门的，有法那克，西门子，三菱，翰的汗等，都需要花精力去熟悉，你学会加工中心后再做数控铣床的话上手比较方便，因为数控铣床差不多就是加工中心的简化版本。首先要爱这个行业，要有科学家的头脑（思维敏捷）、运动员的体魄（能够加班和夜班）、艺术家的想象（能画出有创意的产品图）。一开始接受工作任务，编程，将NC给车间。&br/&&br/& 如你有意学习，建议阅读《工厂数控编程技术实例特训（UG NX6)》，作者博客http://blog.sina.com.cn/ugbook可以供你参考。了解一下。济南数控模具科技研究所培训中心，锏惧害鍦板浘。普通车床的数控化改造
普通车床的数控化改造
19:01:50 阅读2584 评论1 &&字号：大中小&订阅
第一章 绪 论
1.1本文选题的背景及意义
1.1.1金属切削机床及其在国民经济中的地位
金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，他是制造机器的机器，所以又被称为“工作母机”或“工具机”。
机床的母机属性决定了它在国民经济中的地位。机床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术与优质高效的机床设备，促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，即为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种机器、仪器和工具。为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。可见，机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础，而机床则是机械制造工业的基础。一个国际机床工业的技术水平在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。
1.1.2数控机床的优越性
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。
1.1.3数控机床在我国的发展现状
我国是世界上机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势,一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求,而另一方面却有不少国产机床滞销积压,国外机床产品充斥市场。90年国外数控机床在我国市场的占有率仅达15%左右,而95年已达77%。严重影响我国数控机床自主发展的势头。
这种现象的出现,除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外,一个主要的原因是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进,新产品(包括基型、变型和专用机床)的开发周期长,从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。具体地说,这个问题反映在下列五个方面:
我国机床厂目前开发基型产品的周期约为15～18个月,其中设计时间约为5～8个月,占总周期的40%左右。而国外一些先进机床厂同类基型产品的开发周期为6～9个月,其中设计约1.5～2个月,只占25%。因此无论是产品开发的总周期还是设计所占的时间比例均与国外先进水平有很大的差距。
我国工厂由于缺乏设计的科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法以及机床性能测试装置等),自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计,使设计一次成功的把握性降低,往往需要反复试制才能定型,从而可能错过新产品推向市场的良机。
用户根据使用需要,在订货时往往提出一些特殊要求,甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求,这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。在国外,这项修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周,而在我国机床厂用手工操作就至少需1～2个月,且由于这些图纸和文件涉及多个部门,常会出现漏改和失误的现象,影响了产品的质量和交货期。
(4) 现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数,他们的专业知识和实际经验不足,
又担负着开发的重任。
(5)由于长期以来形成的设计、工艺和制造部门分立,缺乏有效的协同开发的模式,不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见,容易造成产品的反复修改,延长了开发的周期。
为解决这些问题,必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术,发展优化和仿真技术,提高产品结构性能,并建立起基于并行工程(Concurrent
Engineering)的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境,使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面,使企业取得良好的经济效益。
1.1.4机床数控化改造的必要性
我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3%。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6%。我国机床役龄10年以上的占60%以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60%以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备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。&
经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，可以为企业带来可观的经济效益。
1.2机床数控技术的基本概念
数控技术，简称数控(NumericalControl)。它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控机床。
数控系统包括：数控装置、可编程序控制器、主轴驱动及进给装置等部分。
要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数，如：进给速度、主轴转速、主轴正反转、换刀、冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工程序，通过数控系统的译码，从而使机床准确地动作和加工出优质的零件。
1.2.2数控机床的工作流程
数控机床工作时根据所输入的数控加工程序，由数控装里控制机床部件的运动零件加工轮廓，从而满足零件形状的要求。
数控加工程序的编制：在零件加工前，首先根据被加工零件图样所规定的零件形状、尺寸、材料及技术要求等，确定零件的工艺过程、工艺参数、几何参数以及切削用量等，然后根据数控机床编程手册规定的代码和程序格式编写零件加工程序。对于比较简单的零件，通常采用手工编程；对于形状复杂的零件，则在编程机上进行自动编程，或者在计算机上用CAD/CAM软件自动生成零件加工程序。
译码：数控装置接受程序，译码程序按照一定的语法规则将信息解释成计算机能够识别的数据形式。
刀具补偿：零件加工程序通常是按零件轮廓轨迹编制的。刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹运动加工出所要求的零件轮廓。
插补：插补的目的是控制加工运动，使刀具相对于工件作出符合零件轮廓轨迹的相对运动。
位置控制和机床加工：位置控制的任务是在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电机，电动机使机床的运动部件带动刀具相对于工件按规定的轨迹和速度进行加工。
1.3数控机床的组成和分类
1.3.1数控机床的组成
数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成，见图1-1：
图1-1 数控机床的组成
(1)输入输出设备
输入输出设备主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印 。
(2)数控装置
数控装置是数控机床的核心。它接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
(3)伺服系统
伺服系统是接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驭动部件。它包括伺服电路和伺服电机组成。一般来说，数控机床的伺服驱动要求有好的快速响应性能，能灵敏而准确地跟踪由数控装置发出的指令信号。
(4)测量反馈装置
该装置由测量部件和响应的测量电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
(5)机床本体
机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。
1.3.2数控机床的分类
按伺服系统的控制原理可分为：开环控制的数控机床、半闭环控制的数控机床和闭环控制的数控机床。
(1)开环控制的数控机床
这类数控机床不带有位置检测装置，数控装置将零件程序处理后，输出数字信号给伺服系统.驱动机床运动。指令信号的流程是单向的。如图1-2所示。
图1-2 开环控制的数控机床
(2)闭环控制的数控机床
这类机床带有检测装置。它随时接受在工作台端测得的实际位置反馈信号，将其与数控装置发来的指令位置信号相比较，由其差值控制进给轴运动，直到差值为零，进给轴停止运动。如图1-3。
图1-3 闭环控制的数控机床
闭环控制可以消除包括工作台传动链带在内的误差，从而定位精度高、速度调节快，但由于工作台惯量大，给系统的设计和调整带来很大的困难，主要是系统的稳定性受到不利影响。
(3)半闭环控制的数控机床
半闭环控制的数控机床与闭环控制得到数控机床的区别在于检测反馈信号不是来自工作台。而是来自电动机端或丝杠端连接的测量元件。如图1-4。
图1-4 半闭环控制的数控机床
实际位置的反馈是通过间接测得的伺服电动机的角位移算出来的，因而控制精度没有闭环高，但机床工作的稳定性却由于大惯盆工作台被排除在控制环外，调试方便，因而广泛用于数控机床中。
1.4数控机床的特点
(1)加工零件的适应性强，灵活性好。
(2)加工精度高，产品质皿稳定。
(3)生产率高。
(4)减少工人的劳动强度。
(5)生产管理水平高。
CA6140车床数控改造技术参数
最大工件直径/mm&&&&&&&&&
最大工件长度/mm&&&&&&&&&
溜板及刀架重力/N&&&&&&&&
纵向（z轴）800；横向（x轴）600
刀架快速移动速度/m/min&& 纵向2.4；横向1.2
最大进给速度/m/min&&&&&&
纵向0.6；横向0.3
定位精度/mm&&&&&&
&&&&&&&±0.015
主电动机功率/kw&&&&&&&&&&
启动加速时间/ms&&&&&&&&&&
第二章 车床的总体改造和设计
2.1 CA6140车床改造的总休方案
图2-1 数控系统的总体框架
总体框架说明:
(1) PC机：可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
(2)运动控制卡：采用PCL运动控制卡，该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴联动。因此，它可以满足车床X、Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
(3)光电耦合电路的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
(4)机床本体是由CA6140改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等。
(5)步进电机及其驱动器要能够达到0.005mm的加工精度要求。
(6)各种限位开关：减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关起着硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
2.2进给系统的设计
考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本车床的X、Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了步进电机+刚性联轴器+滚珠丝杆的传动方案。拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。
2.3控制系统的软件部分
该车床控制系统采用GSK980T系统。其功能主要有读取零件的加工G代码，编辑和编译G代码，仿真加工(包括加工前仿真和与加工同步仿真)，回参考点，手工对刀，加工中断，超程软限位等功能。它可处理进给速度，主轴速度及转速方向，刀具信息，M功能等多种加工信息。加工过程中，软件界面的状态栏还可以显示出刀具当前的坐标，加工状态，加工时间等信息。
2.4改造后机床的特点
(1)具有与原机床一致的刚度与强度.
(2)具有与原机床一致的加工范围。
(3)纵向进给直线度与原机床一样，其运动精度则有数控系统和纵向电机、滚珠丝杠的精度保证。
(4)横向进给的直线度和运动精度全部有改造部分的制造和装配精度保证。
(5)可充分利用机床床身部分的已加工表面作为改造部分的定位和测量基准。
(6)改造后的机床外型将类似于国产经济型数控车床，整体较美观、大方。
第三章 机床的电气改造
3.1 数控系统的选择
机床数控系统(CNC系统)是数控机床的控制核心，随着机床数控技术的不断发展与进步，提高了数控机床的整体性能，尤其是它的加工精度和生产效率提高得更为显著，现在，数控机床已在机械工业生产中得到广泛应用。
目前市场上流行的数控系统，如FANUC、西门子、GSK980TD等都配置有车床数控系统，能够胜任车、削加工的大部分工作，并具有价格低廉、可靠性强、功能强大等特点。在对多家数控系统进行比较后!我们选择了GSK980TD型数控系统。数控机床应能长期连续加工，其数控系统必须能够长期无故降连续运行。为保证机床长期可靠地运行，数控系统必须有抵抗恶劣环境的高可靠运行特性。
常年的工作考脸证明GSK980TD系统是最可靠的数控系统之一，它能在一般车间环境下运行。其工作场地的室温为0-45℃，相对湿度75%短时可达95%,抗震为0.5g
，电网电压波动为10%-15%,经对使用中系统的实际统计，GSK980TD系统的故障率为0.008，比较好地满足了我国市场的要求。
GSK980TD系统之所以有非常高的可靠性，主要源自以下因素：
(1)可靠的高质量的元器件及良好的老化筛选工艺。
(2)大规模及超大规模的专用集成电路芯片：GSK980TD系统采用了许多由富士通公司制造的高度集成的专用功能芯片。
(3)全自动化工厂生产制造：多层印刷板的制板、元件的插装、焊接、印刷板的检查、系统的组装、电机投料、冲片、精铸、机械加工、装配、成品的包装出厂全部为自动化，这就使得在生产过程中避免了外界(人)的不稳定因素的干预。所以产品的一致性好，增加了可靠性。
&(4)良好的控制软件设计：GSK980TD系统经过在国内各地数年的运行，积累了丰富的数据，因此在软件设计时考虑了可能出现的各种故障情况，加入了许多保护和提高可靠性的措施，如开机和状态切换时的层层检侧、过压、过流、反馈断线等报警，使得机床运行中出现故障时，系统能及时处理，从而进免了元部件的损坏。
(5)数字式进给伺服和数字式主轴驱动：数字控制、数据的串行传输大大提高了运行的可靠性。主轴控制信号的传送使用光缆，使信号免受外界干扰。
3.1.1 硬件结构
采用CISC（超大规模集成电路）技术的GSP主板，主板上连接可插接(分离的)小模板。
对于数控系统，由于其是弱电电路，如果采用十24VDC为电源输入，可以大大降低其热源和不稳定因素。用户可以把+24V稳压电源放在电气柜内，从而大大提高了整个数控系统的可命性能。
GSK980TD系统的可靠性好，性能/价格比高，在全国各地己销售10余万台。随着大规棋集成电路芯片的发展，GSK980TD系统的破件结构已经改进过多次。目前销售的TA和TD，其硬件结构基本一样，只是控制轴数不同，所配置的进给轴驱动电机不同。
GSK980TD系统的CNC单元为大板结构。基本配置有主板、存储器板、I/O板、伺服轴控制板和电源。各板插在主板上，与CPU的总线相连。
主CPU在该板上。主CPU用于系统主控，原来用80386，从1998年起改用
80486/DX2。此外，显示的CRT控制也在该板上。
(2)存储器板
该板上有：①系统的控制软件ROM(共5片)。GSK980TD系统可控制车床。不同类型的机床控制软件不同；②伺服控制软件ROM
I片；③PMC-L的ROM芯片2片，用于存储机床的强电控制逻辑程序；④RAM芯片，用于寄存CPU的中间运算数据，根据需安装；⑤COMSRAM，用于存储系统和机床参数、零件加工程序，根据用户要求配置，最大可为128K字节。CMOSRAM与4.5V
电池相连，关机时保存信息。
该板是CNC单元与机床强电柜的接口，接收或输出24V直流信号，由PMC实施输入/输出控制，I/O点数可根据机床的复杂程度选择，标准配置为104个输入点，72个输出点。
(4)进给伺服控制板
GSK980TD系统全部用数字式交流伺服控制。其控制板装在CNC单元内，插在主板上，即CNC单元与进给伺服为一体化设计。伺服板上有2个CPU(TMS320)，用于伺服的数字控制。每个CPU控制2个轴，一块板可控制4个轴。该板接受主CPU分配的伺服控制指令，输出6个相位各差60°的脉宽调制信号(每轴)，加于各轴的伺服驱动的功率放大器上。TD系统为4轴(最大配里)控制，2轴联动，只用一块伺服板。
主要有5V直流电，用于各板的供电。24V直流电，用于单元内各继电器控制。除上述这些板外，还有图形控制板、PMC-M板、远程缓冲器(REMOTE
BUFFER)板，这些板用户可根据自身要求选订。
(6)PLC功能的内部集成
PLC功能的内部集成化，提高了PLC和CNC的内部通讯能力，增强了机床的逻辑控制，PLC的32输入和24输出模块，阳M的32输入和24输出模块，可以和外围的电路相连接，而这种模块，通过阳M提供的电缆和刚M数控系统连接。这就提高了整个机床的可靠性。同时又提高了数控系统的保护(如果有间题，只能损坏这种模块，不会对数控系统造成破坏)。光纤技术的通讯，可以扩展PLC输入输出点，通过光纤进行连接，简化和线路的连接。
(7)轴转接模块
GSK980TD提供了轴转接模块，机床的编码器和到伺服的线路可以直接联到此模块，通过它再和数控系统的轴板进行连接。提高了数控系统的可靠性，如果机床的轴有问题，可以直接把轴模块上的插头相对换，就能很快的查出问皿所在(系统内部或外部)。
3.1.2 软件功能
(1)CNC功能
系统软件的开放性和友好界面，帮助性的编程方式。定义的固定循环并使用户很方便地根据其加工特性进行编写自己的固定循环，用户集成的G代码功能。M功能和PLC功能的调用子程序，E参数(用户可以通过E参数来读取或改变CNC的数值)。
强大的通讯功能(RS232IRS)
，边加工边传输功能。提高了计算机的CAD/CAM程序的加工能力。
完善的丝杠螺距补偿。FANUC的螺距补偿为线性补偿，补偿中仅把相应的拐点坐标值输入即可。并且没有固定的距离和补偿值的限制。
(2)PLC功能
梯形图的PLC程序，多任务的PLC程序的编程结构，提高了PLC程序的编写和可读性。梯形图PLC程序在屏幕上的动态显示，方便了最终用户的维修。丰富的PLC和CNC交换信息量,
PLC图形界面的管理。
(3)强大的编程软件
&GSKCC软件。Windows环境下并运行在PC计算机上，PLC程序的编写工具，方便的机床程序管理。简便的通讯能力(PCIONC间为主从关系，所有操作均在PC侧完成)，动态的PLC程序显示(PC侧)。
&GSKCC软件Windows环境并运行在PC计算机。调整NC的机床参数和伺服系统，图形的动态响应，强大的优化功能，方便地调整系统参数。
3.1.3 显示
GSK980TD系统的显示器320 &
240点阵，用单色液晶显示器(LCD),标准为
5.7&P,也可配彩色显示器。
GSK980TD系统有图形显示功能：①对编制的加工程序进行加工前的图形模拟，模拟刀尖的轨迹或加工件的三维实体形状:②在加工过程中显示刀尖的轨迹，使操作员能够监视切削过程。图形可局部放大，以便观察细部。显示图形必须用图形控制板，该板为专用微机，CPU用80186。
3.1.4 PMC控制
PMC就是可编程序机床控制器，是专门用于控制机床的PLC。GSK980TD系统的PMC只有47条指令〔基本指令有12条，功能指令有35条)。基本指令为2进制位的逻辑运算，功能指令主要有数据定义、数据变换、译码和代数运算。
GSK980TD系统用梯形图编制PMC顺序逻辑程序。由于有功能指令，使得PMC程序编制非常容易，简捷。
梯形图可用下述两种方法编制：①用专用的编辑卡利用LCD液晶显示画面在系统上现场编制。②在计算机上装入专用软件用计算机编制，然后经RS-232C口将梯形图程序传送到数控系统。调试好的程序要用写入器写入EPROM。
GSK980TD系统PMC控制有FMC-L和PMC-M2种。PMC-L的处理机与主机共用，其处理时间为6
/步，最大步数为5000步。PMC-M为专用处理机，徽处理器为80186，专用一块板，插在主板上，处理时间为2us步，最大步数为8000步。2种PMC的扫描周期均为I6ms。
3.1.5 进给伺服驱动
GSK980TD系统进给轴的驱动使用交流同步电动机，目前为a系列。根据其负载特性和快速性分为:a(标准型)、am(高加速特性)、ac(经济型)和aL(低惯量型)。最大力矩为400N'm。
0-C配a型;0-D配置ac型。am加速特性好，从0至最高转速的启动过程为24ms，故用于高速加工。
电机轴上装有脉冲编码器，每转发出65536个脉冲(经电路倍频)，用做位置反馈和速度反馈。这种位置反馈，是间接测量工作台的直线位移，所以称为半闭环伺服系统。但是，只要设定相应的参数GSK980TD系统可以使用直线光栅尺，使系统接成全闭环。除此之外，还可接成双位置反馈，即同时具有上述2个闭环。这样，既可以提高系统的稳定性，还可以提高系统的快逮性和加工精度。
进给伺服单元的控制用前述的轴控制板，该板输出控制指令信号到功率放大器。功率放大器为模块化结构，分为整流模块和逆变模块，使用IPM元件。
LSI是专用位置控制大规模集成电路芯片。ROM中存储的控制程序主要有同步电机的快速响应矢量控制、IP调节器、速度和位里的反馈控制、前馈和提前前馈控制和状态观测器。此外，还有许多非线性补偿与控制，如单脉冲抑制、超调抑制、反向间隙加速补偿、机床的速度反馈等。还有运行过程的监测及保护。由于有这些控制，使GSK980TD系统运行可靠、快速、平稳、精度高。
3.1.6 主轴驱动
GSK980TD系统可以同时控制2个主轴电动机，可以是2个数字式控制的电机，也可以一个为数字式，另一个为模拟式控制电机。模拟控制指令是0-10V的直流电压。
该系统的主轴电机为异步电机，目前为a系列。有以下品种;a:标准型，恒功率调速范围4:1; aP：恒功率宽调速范围型(8:1);
aC经济型;aT：与主轴直连型。主轴电机的最大功率为37kW，最高转速可达15000r/min，用数字式矢量控制。
主轴驱动有速度控制和位置控制2种工作方式，普通加工为速度控制。主轴电机轴上装有圆型的磁性传感器，用做速度反馈。位置控制用于主轴同步、主轴定向、刚性攻丝、Cs轴轮廓控制。因此需要控制主轴的转角或转位，轮廓控制时要与其它轴插补。此时需在机床的主轴上装位置编码器，位置编码器有光电式和磁性传感器。普通为每转发出1024个脉冲，高精度的发出360000个脉冲/转。
主轴控制用单独的CPU控制，处理器为TMS-320。从CNC单元输出的控制指令用一条光缆送到主轴的控制单元，数据为串行传送，因此可靠性比较高。
3.1.7 RS-232C口及数据通讯
GSK980TD系统有2个串口(RS-232C)，分4个通道，用于系统与外部设备的数据交换。交换的数据包括:系统及机床的设定参数、PMC参数、零件加工程序、刀具补偿值、设定的工件坐标系、丝杠的螺补值等。与计算机相连时，计算机内必须装有数据传送软件。最快的传送速率为9600bps。
除上述的信息交换外，利用串行通讯还可实现下列方式的在线加工与机床的DNC管理:
(1)纸带方式的加工:加工复杂零件时，加工程序非常长，CNC的内存容量不够用，可将程序存于外设，如计算机的软盘。用电缆将PC机与CNC经串口连接后，启动自动加工，CNC预读15个程序段，开始加工。此后加工一段读入一段，直至结束。
(2)远程缓冲(REMOTEBUFFER):上述方式虽然解决了长程序的存储问题，但由于数据的边读入、边处理、边加工，所以加工速度慢。对于小程序段、快速加工，走刀有停顿现象，为此，开发了REMOTEBUFFER功能。
该功能可实现数据块的传送，有2种工作方式:①计算机存储的加工程序是通常的加工代码指令方式。缓冲器接受后变为2进制，然后送到CNC执行。②计算机存储的加工程序是按2进制编制的。缓冲器收到后不经转换即送往CNC执行。这2种方式都比纸带方式的加工速度快，数据传送速率最快为77900bps.最诀加工速度为15m/s，电缆最长可达100m(无调制解调器时)。
(3)DNC2:它可使8台CNC机床与主计算机远程相连，实现多台机床的加工监控与管理。连接方式为点—点式，数据传输协议为LVS2，传送速率最高为19200bps。CNC与主计算机交换的信息除了系统和机床的参数、加工程序、加工的设定值外，还可传送机床的工作状态，如自动加工启动、停止、加工中暂停、报警等。DNC2
共设计了60多条指令。主计算机必须根据这些指令格式编制相应的处理程序，编程语言用C。为方便用户，可提供宏指令库。
3.1.8 调机、维护与故障诊断
(1)伺服参数设定与调整:为了方便调机，系统的CRT有进给伺服参数设定画面和调整画面。在参数的设定画面上，只需设定初始化位、电机代码等参数即可设定好所用电机的标准参数，使电机稳定运行。其中的柔性变速比可设定电机与滚珠丝杠及位置反馈传感器(脉冲编码器)之间的齿轮传动比。该变比可以不为整数。在伺服调整画面上可以定量地读出机床工作台移动时各轴的伺服增益、伺服误差及其变动情况。据此，可判断系统运行是否稳定、有无爬行以及跟随精度等，根据情况进行适当的调整。有故降时该画面还显示伺服的报警。
(2)主轴参数设定:输入主轴电机的代码及初始化位即可设定好主轴电机的标准参数，电机即可稳定运行。主轴运行有监视画面，在该画面上可读出主轴电机的转速、负载百分比及主轴的转速，从而可以省去通常的转速表和负载表。
(3)加工程序错误显示:程序出错时，CRT上显示报警号。根据报警号可由说明书中查出错误原因，报警表是多年经验的积累，几乎所有的编程错误都可从该表中查出。
(4)运行故障显示:CNC控制软件的运行、硬件的各主要元件、伺服控制、主轴控制等出现故障时，CRT上均显示相应的报警号。GSK980TD系统对这些故障有较好的保护。例如，伺服反馈断线形成大开环时，既不会撞车，也不会损坏元件。
(5)I/O信号诊断。CRT可显示梯形图，在该图上可以检查机床强电信号的工作。CRT还有诊断画面，通过该画面，根据信号的地址检查0/1状态变化，可判断其是否正常工作。
3.1.9 系统的功能
GSK980TD系统为全功能型，下列一些功能增加了系统的应用范围和操作的方便:
①Cs轴轮廓控制:可以省掉Cf轴，用主轴的转动作为回转坐标与其它直线轴插补，加工轮廓曲线。②刚性攻丝:Z轴进给与主轴转动同步，不用弹簧卡头实现攻丝，从而提高了螺纹的加工精度。③PMC轴控制:用梯形图程序控制伺服进给轴，用于回转轴分度或定量位置进给。0-C系统PMC可控制2个进给轴。④主轴双刀架。&#um分辨率:系统分辨率标准设定为1urn。可用参数设定为其1/10.⑥加工程序的后台编辑:自动切削过程中可以编辑新的程序。⑦菜单编程。⑧图形会话在线自动编程:有多种形式，最新的是符号指令形式，易学，易操作。有工艺参数语句。⑨用户宏程序:一种参量编程软件包，用来编制加工程序(适合于成组工艺)或者用其接口变量编制PMC程序，控制CNC的运行状态。
CNC是本系统的核心部分，用以完成人机对话与通讯，解释机械加工语言，分配加工任务，以及协调各功能模块的工作等。进给控制部分选用NUMDRIVE交流伺服系统，根据计算以及参考同类型机床，纵向(Z轴)选36N.m交流何服电机，横向(X轴)选用22N.m电机，实现位置、速度双闭环控制，以实现机床精确的进给运动。辅助控制部分包括机床的冷却系统、润滑系统与主轴运动等方面的控制。同时在主轴箱内安装编码器，以构成加工螺纹所需的主输系统(c轴)。选用IOO
Opmr的编码器，由于主轴大齿轮为128齿(m=5)，故编码器前端齿轮选用20齿，其速比为6.4:1,则主轴每转一转，编码器将返回6400个脉冲，经四分频后，每转计数脉冲为25600，分辨率为50.625秒/脉冲，完全满足数控系统对C轴的反馈精度要求。
3.2 数控系统电气控制线的连接
原机床已有一个电控柜，里面放置了开关、继电器、接触器等。根据改造后的电气原理图，设计制作电控柜，淘汰了原有的电控柜。
GSK980TD数控系统外围接口棋块如下:
(1)RS-232通讯接口。
(2)X轴,Z轴及主轴控制接口:用来控制X轴、Z轴伺服电机的运动及主轴的转速。
(3)编码器反馈信号接口:用于与主轴电机的编码器的连接，编码器的作用是将转速信号转换为脉冲信号，从而实现了对主轴转速的检测，这在螺纹加工的时候是不可缺少的。
(4)手摇脉冲发生器接口:实现手动、联动切削。
(5)开关量输入输出接口:输入信号主要用于X、Z方向是否超程的检测，刀架的位置检测，坐标原点位置检测等。输出信号主要用于主轴的转速控制，主轴的正、反转或停止控制，主轴的冷却液的开、闭控制，刀架正、反控制等，另外，输入模块除接受一般的24VDC开关量外，还可以接三线式的接近传感器信号。这样对该机床的一些三线式接近开关，提供了方便可靠的连接。
(6)机床操作面板接口，FANUC机床操作面板有多达39个自定义键。面板与系统采用光纤连接，结合该机床控制操作的自身特点要求，在机床立板上定义了一些操作键，完全满足了机床控制的要求。
(7)模拟输入输出及外部中断接口.此接口为机床提供了一个灵活的模拟输出口，便于与其它模块相连。
(8)密集型面板接口。可通过密集型面板进行参数设定。输入零件加工程序，实时跟踪加工情况。
3.3 数控系统内部总线上数据信息的传输
数控系统与功能模块间的数据交换可方便地利用总线进行，系统中总线上的数据信息传递是通过公共数据区进行的，如数控系统将数据写入进给控制模块的公共数据区，供模块内CPU随时读取，同样进给控制模块CPU发出数据信息也要写入公共数据区，供数控系统随时读取。
为了保证系统的高效运行，要求所传输的每个数据信息都应选用最有效率的信息，即是必须传输的，意义准确完整的，和尽量选用使用频率高的信息，这有助于提高系统的可靠性，运行效率和减少信息传输费用。以下为机床数控系统内部总线上传输的各种信息。
3.3.1数控系统与进给控制模块间信息传输
数控系统发出:设定值。
控制参数 :PID调节参数，行程极限，速度极限。
控制字 : 进给控制运行(运行、停止等)。
进给控制给定:位置进给量、速度进给量
进给控制模块发出:
运行状态: 正常运行，加工受阻，停止加工。
运行参数: 实测位置，实测转速。
3.3.2数控系统与输入输出模块间信息传输
数控系统发出:主轴转速设定值。
逻辑控制 :控制刀架，冷却泵，冷却阀等。
输入输出模块发出:实测主轴转速值。
运动逻辑状态:刀具到位识别，气动卡盘夹紧，主轴超速，机床原点，越位限制等。
对上列数据信息，根据其表示方式与内容要求，在控制系统中为它们各自分配存储空间，设计传输通道。
第四章 可编程控制器PLC的控制及设计
4.1 PLC的基本结构及工作原理
PLC采用的是典型的计算机结构，主要包括CPU,RAM,ROM和输入、输出接口电路等。其内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-&PLC-&输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入变量:它们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端子，他们是PLC的输出变量。由这些输出变量对外围设备进行各种控制。这里可将PLC看作一个中间处理器或变换器，以将输入变量变换为输出变量。
4.1.1 PLC控制系统组成
(1)输入部分:如按钮开关、限位开关等，直接与PLC输入端子相连接，用以产生输入控制信号，这些信号来自操作台上的人工指令。
(2)控制部分Z反复执行根据被控对象的实际控制要求所编制的用户程序，并产生各种输出控制信号。
(3)输出部分z如接触器、电磁阀等，它们直接与PLC输出端子相连接，用以控制被控对象的动作。
4.1.2 PLC工作过程分三段进行
(1)输入处理:PLC以重复扫描方式执行用户程序，在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态(输入信号)读入输入映象寄存器中，然后开始执行用户程序，在执行过程中，即使输入信号发生变化，输入映象寄存器的内容也不变，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才重新读取输入状态。
(2)程序控制:在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序，每执行一条程序所需要的信息都从输入映象寄存器和其他内部寄存器中读出并参与计算，然后将执行结果写入有关物出映象寄存器中。
)输出处理:当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，构成PLC的实际物出并有输出端子送出。
4.2 PLC与CNC机床的联接方式
CNC数控系统的控制信号有两类:一类是高速信号,主要用于各个坐标轴的插补运动;另一类是低速信号，主要用于控制主轴电机的正、反运转、接触器、电磁阀的通断等开关t，低速信号的控制对象主要一些商电压或大电流的强电设备，其控制采用可编程序控制器，具有可靠性高，柔性好等特点，而且随粉可编程控制器本身性能价格比不断提高，在现代CNC,
FMS系统中的应用有不断上升的趋势。目前，数控机床PLC的形式有两种:一种是采用单独的CPU完成PLC功能，即配有
专门的PLC,
PLC在CPU外部，称为外装型PLC;第二种是采用数控氛统与PLC合用一个CPU的方法.PLC在CPU内部，称为内装型PLC.
FANUC数控系统采用内装型PLC。
可编程控制器与CNC机床的联接方式本质上是外电路联接方法，系统I/0口发出控制指令，使可编程控制器输入端无触点开关通断，通过CNC数控完成可编程控制器对机床强电的逻辑控制。CNC机床的被控对象有带动主轴旋转的主电机、大量开关量、伺服电机等，可编程控制器与CNC机床的强电、CNC数控装里1/0口的联接可归纳为三部分。
4.2.1 PLC输入输出端与机床面板信号联接
FANUC机床操作面板有多达39个自定义键。面板与系统采用光纤连接。结合该机床控制操作的自身特点要求，在机床面板上定义了一些操作键，完全满足了机床控制的要求。
CNC数控机床操作面板上有按钮、旋钮开关、波段开关和指示灯等.按钮、旋钮开关和波段开关直接与可编程控制器的愉入端接线柱相连，指示灯接线直按与PLC输出端接线柱相连，指示灯的亮暗取决于相应的PLC输入端的开关状态及固化在PCROM卡中的梯形圈程序。
4.2.2 PLC输出端与机床强电信号联接
PLC在CNC机床中的主要作用是控制强电部分.如:主控电源、伺服电源、刀架电机正反转、主轴风扇、润滑电机势。由于流过强电电路的电流很大，在PLC输出瑞都接有保护用继电器。在每一个交流缘圈两侧并联阻容电路以吸收由于线圈通断时产生的浪涌电流.为了提商电机运行的可非性，在接触移线翻电路中加有互锁
保护触点。同理，每个电机的运行程序控制逻辑都固化在PCROM卡中，受机床操作面板开关和数控系统软件的控制。
4.2.3 PLC输入端与CNC机床数控装盆I/O接口的联接
可编程控制器物出端的通断是由其物入端通断状态及梯形图程序决定的，CNC机床数控装I与可编程控制器的联接是通过软开关直接控制PLC粕入端的通断.以决定PLC输出端的状态.从数控装置I/0口的信息流向分析，可以分为两种情况:一是数控装!从1/0口输出指令，控制PLC完成相应的动作;另一种是检测PLC输入口的开关状态，数控装里的I/0口是输入信号，数控装登根据输入信号的性质做出相应的控制。
4.3 CNC加工代码在PLC上的实现方法
目前，数控机床程序中，有关机床坐标系约定、准备功能、辅助功能、刀具功能及程序格式等方面已趋于统一，形成了统一的标准，即所谓的CNC机床ISO代码，在一个加工程序中包含许多程序段，每个段又由若干字组成，每I个字表示一种功能，归纳起来有4种:一种是准备功能，即所谓的O代码;第二种是辅助功能，即所谓的M代码:第三种是刀具功能，即所谓的T代码:第四种是转速功能即所谓的S代码。根据数控机床性能的不同能执行这4种功能多少的程度也不同。在数控机床内部4种功能中，O功能主要与联动坐标轴驱动有关，是通过CPU控制数控装置的I/0接口实现;M功能主要控制机床强电部分，包括主轴换向、冷却液开关等功能;T功能与刀具的选择和补偿有关。
4.3.1 T功能代码的实现方法
T功能代码包含两部分，一是刀具选择;二是刀具位里补偿.在PLC上实现的是第1部分功能:刀具选择。换刀过程如下:运行数控程序，发出某个刀具号的换刀指令，对应的数控装里I/0口变为商电平，使PLC输入端的软开关接通，换刀电机正转，当在刀架上的干赞管触点开关接通后换刀电机反转，使刀架下落压紧，当压紧力足够大时，徽动开关接通，换刀电机停止运转。
4.3.2 M功能代码实现方法
ISO数控加工代码标准中辅助功能很多，对于不同的数控机床，所能实现的辅助功能也不尽相同，但是各种数控机床都具有一些荃本的辅助功能，如M00程序停止)，M03(主轴正转)，M05(主轴停止)等，M功能的一部分是由数控系统本身的硬件和软件实现，还有一部分需要数控装2与PLC相结合来完成，如主轴的正转与停止功能，M功能的实现与T功能的实现方法类似，同样是数控装21/0接口发出指令，由PLC输入端状态和PLC内部ROM中的梯形图程序决定PLC愉出端的状态.进而完成M功能，
4.4 P LC程序的模块化设计
4.4.1模块的划分
一个应用程序包括一套在PLCTOOL编程工具下产生的模块。把它装入NC去控制相应的系统，本次设计中，我们利用PLCTOOL软件，综合管子车床的特点，开发了该机床的PLC控制程序。将PLC程序划分为5个模块，即公共信号模块、荃本控制模块、刀架模块、主轴模块、报警模块。
(1)公共信号模块:主要处理PLC与NC之间的接口信号。
(2)荃本控制模块:主要用来处理紧急停止、润滑、冷却、方式选择、手动进给、程序启停等信号。
(3)刀架模块:用于对转塔刀架的选刀、定位等过程进行逻辑控制。
(4)主制模块:对主轴正反转、主轴定向、主轴变速等动作过程进行控制。模块中包括伺服主轴和变频主轴两种控制逻辑，可通过修改PLC参数进行切换。
(5)报等模块:对机床故陈误操作等状态进行监测并触发相应的报誉文本信息同时产生各种安全互锁信号，防止对机床或人身造成伤害。以上5个模块的功能可通过1个主程序和12个子程序完成，主程序主要完成系统初始化工作，然后调用子程序，实现对机床的各种控制。程序结构如表4-1：
表4—1程序结构如表
JITING.XLA
LENGQUE.XLA
DGRUNHUA.XLA
SPINDLE.XLA
DAOJIA.XLA
4.4.2模块的构成
每个模块都分为输入部分、主体逻辑部分和输出部分，输入部分将输入信号的物理地址转化为PLC的中可逻辑地址，以保持主体逻辑部分相对于翰入地址的独立性，主体逻辑部分是模块的主要构成部分，完成控制过程的逻辑和算术运算。并将运算结果暂存于中间逻辑地址。输出部分有两个作用:一是将主体逻辑部分的运算结果传送给输出信号的物理地址，实现机床各功能部件的动作，并保持主体逻辑部分相对于输出地址的独立性;二是向其它模块提供接口信号，以实现各种顺序或连锁控制功能。
4.5变量说明
:自动控制功能和NC功能之间的交换是通过一个双方功能指令都能存取的存储器空间作为数据交换区来实现的。数据的交换不需要经过输入输出卡，而是山自动控制功能直接进行的。这里所说的输入和输出是相对于自动控制功能定义的，输入是由自动控制功能读的一个变t，而输出是由自动控制功能写的一个变量。
变量可分为:内部变量、端子板输入输出变量、配置和诊断变量、CNC接口变量、公共字变量以及局部变量。
本次设计所编制的梯形图程序所用变量有内部变量、端子板输入输出变量、CNC接口变量。详细如表4-2:
表4—2输入/输出(I/O)卡接口变量
主轴电源无故障
主轴伺服准备好
主轴转速过低
伺服电源准备好
X轴模块准备好
Z轴模块准备好
主轴伺服电源
Z和！1使能
主轴电源使能
低泊位显示
NC输入/输出变量
程序段跳过使能
CNC复位在进行中
循环在进行中
轴运动恢复
*08手轮进给
=0自动1单段2输入3空运行6试验7手动方式
加工停请求
发出循环脉冲
轴恢复选择
紧急返回请求
程序段跳过使能
选择停使能
允许在所有轴组上进给
程序结束时不停止运行
操作方式选择
=0自动1单段2输入3空运行6试验7手动方式
4.6梯形图程序实例
4.6.1 主程序TSO-模块1
主程序主要完成一组进给授权、一组使能、选择轴、读入进给倍率及主轴倍率、从CNC中读出主轴参考速度等系统初始化工作，然后调用子程序，实现对机床的各种控制。
4.6.2程序启停子程序SP12-模块2
图4-1 程序起停控制梯形图
当按下CYCLE START键，且三轴(X,Z ,C
)使能都加上时，发出循环脉冲，CYCLE=1,当循环灯没亮，且循环在进行时，CYCLE START灯亮。
当按下CYCLE STOP键，且三轴(X,Z ,C
)使能都加上时，则发出加工停
请求，CARVS=1;当循环停显示，则循环停止。
4.6.3自动换刀控制程序SP10-模块3
刀架有刀架电机驱动，刀具盘上有4个均匀分布的刀具位，程序完成对刀架正(图4-2)、反转及换刀(图4-3)等控制。
图4-2 刀架正转梯形图
图4-3 换刀梯形图
4.6.4报誉控制程序SP24-模块4
报警等控制程序主要有CNC状态报警、一般故障报警、低油位报警、伺服报警、主轴报警等(图4-4)。
图4-4 CNC状态报警梯形图
4.6.5主轴控制程序SP6-模块5
主轴控制主要包括对主轴正反转、主轴风扇、主轴使能等的控制(图4-5)。
图4-5 主轴正反转控制梯形图
定位（快速移动）
精加工循环
直线插补（切削进给）
内外圆粗车复合循环
顺时针圆弧插补（后刀座）
端面粗车复合循环
逆时针圆弧插补（后刀座）
封闭切削复合循环
暂停、准停
轴向切槽循环
返回机械零点
径向切槽循环
螺纹切削复合循环
内外圆切削循环
变螺距螺纹切削
螺纹切削循环
取消刀尖半径补偿
端面切削循环
刀尖半径左补偿（后刀座）
恒线速控制
刀尖半径右补偿（后刀座）
恒转速控制
坐标系设定
主运动传动系统总体方案的确定
5.1主运动传动系统的设计
主传动系统的设计主要是根据变速传动系统的不同类型而决定的，而变速系统的类型应兼顾缩短变速所需的时间并能简化传动系统机构等因素综合来选择、设计。
变速系统的类型主要有三种：
5.1.1无级变速传动系统
无级变速传动系统是指执行件的转速（或速度）在一定的范围内连续地变化，这样可以使执行件获得最有利的速度，能在系统运转中变速，也便于实现自动化等。机械系统中常用的无级变速装置有以下三种。
（1）机械无级变速器
机械无级变速器有钢球式（科普型）、宽带式等多种结构，它们是依靠摩擦力来传递转矩，通过连续地改变摩擦传动副的工作半径来实现无级变速。由于其结构简单、传动平稳、噪声小、使用维修方便、效率高，所以在各类机械（如机床、印刷机械、电工机械、钟表机械、轻工机械、纺织机械、塑料机械、化工机械等）中得到了广泛的应用。但由于摩擦副的弹性滑动，存在转速损失，故不能用于调速精度高的场合。另外，它的变速范围小，通常变速范围Rb为4～6，少数可达10～15，因此，为了满足执行件变速范围的需要，常串联有级变速机构（如齿轮变速箱）。
（2）液压无级变速装置
液压无级变速装置是利用油液为介质来传递动力，通过连续改变输入液动机（或油缸）的油液流量来实现无级变速。它的传动平稳、运动换向冲击小、易于实现直线运动。因此，常用于执行件要求直线运动的机械系统中。如刨床、拉床的主运动以及组合机床的动力滑台等。
（3）电气无级变速装置
电气无级变速装置是以直流并励电动机、交流变频电动机或交、直流伺服电动机、步进电动机等为动力源，通过连续地变换这些电动机的转速来实现无级调速。
机械系统中的执行件在工作过程中,要求在整个变速范围内为功率、转矩特性不同，而电动机的功率、转矩特性必须与之适应，但是，不论是直流并励电动机、交流变频电动机或是交、直流伺服电动机，只是在额定转速以上至最高转速之间为恒功率调速，变速范围小，而在额定转速以下为恒转矩的，变速范围很宽。如果执行件要求在整个变速范围内为恒功率调速，上述的无级调速器均不能适应，则须串联一个有级变速装置来扩大恒功率调速范围，如一些大型机床（立式车床、龙门刨床、镗床等）和数控机床以及数控纤维缠绕机，数控布带缠绕机等的主运动。而对于数控机床的直线进给运动，则要求在整个变速范围内为恒转矩，此时可通过简单的固定传动链与执行件相连来满足要求。
5.1.2 有级变速传动系统
&&由滑移齿轮、交换齿轮、交换皮带轮等变速传动副组成的传动系统可使执行件得到若干个所需要的转速，这种变速在范围内不能连续地变速，属于有级变速。它传递的功率大，变速范围宽，传动比准确，工作可靠，但有转速损失。有级变速较广泛地应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中。
5.1.3固定传动比的传动系统
如果机械系统的执行件要求以某一固定的转速（速度）工作，则连接动力源与执行件的传动系统属于固定传动比的传动系统，既该系统是由若干个固定传动比串联组成。
经过调研、查阅资料可知，大部分数控机床采用分级变速机构，并采用电磁离合器进行自动变速，而经济型数控机床大多数是在原有普通机床的基础上进行改进，并采用简单的数控系统变速进给机构，自动刀架，具有经济的突出特点，现在这种机床在小型、私营企业正被大量使用，但也存在一些如在加工过程中不能自动变速等缺点，为了使能设计的机床在时常上更具竞争力，因此采用无级变速传动系统中的机械无级变速器。
但是光靠机械无级变速器变速范围较窄，不能满足100～4000r/min的设计要求，为了扩大机床的变速范围，常在无级变速系统后面串联分级变速机构。
在本设计中，我采用的是无级变速与分级变速综合的分级变速系统。这种变速方式是在大、中型数控机床中采用较多的一种变速方式，常通过几对齿轮降速，增大输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。部分小型数控机床也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需的扭矩。其传动原理如下图2.1所示：
5.2电动机的选择
5.2.1.电动机工作方式的确定
电动机工作时会发热，它不仅取决于负载的大小，也和负载持续的时间的长短密切相关，这是选择额定功率时必须考虑的。按电动机的不同发热情况，可以分为三种工作方式（或称工作制），即连续工作方式、短时工作方式和断续周期性工作方式。
我设计的数控仪表车床其工作时间一般较长，温升可以达到稳定值，电机的负载可能是恒定或大小基本恒定的常值负载或变化负载，因此属于连续工作方式。
5.2.2电动机类型的确定
&由于电动机为连续工作方式，负载平稳，且经常启动、制动和正反转，因此因优先采用鼠笼式异步电动机。
5.2.3电动机型号的选择.
根据设计要求主电动机功率为7.5kw，且电动机类型为异步电动机，根据参考书籍《机械零件设计手册》，选择电动机型号为Y132M－4的电动机。
其主要技术数据为：额定功率P=7.5kw，转速1440/min，电流15.4A，效率为87%，功率因素0.85cosφ，最大额定转矩2.2N·m，堵转转矩额定转矩2.2，转子转动惯量0.296GD²/N.m²，重量81kg。
5.3箱体的结构设计
箱体材料选用中等强度的灰铸铁HT200。箱体铸造时的最小壁厚根据其外形轮廓尺寸而定，其外形尺寸为长 宽
高&500 500 300mm。
为了减少材料、减轻重量，应选择较小尺寸。而为了减小箱体的传声作用，降低噪声，则应适当增加箱壁厚度，以增加阻尼系数。为此，选取壁厚为14mm。由于箱体轴承孔的影响，将使扭转刚度下降，弯曲刚度也将下降。为了使其有足够的刚度，凸台厚度为16mm。
箱体在床身上的安装方式，采用固定式安装。用箱体底部平面与底部突起的两个小垂直面定位，并用螺钉和压板固定。
第六章 机床进给传动系统的总体设计
车床的进给系统由横向和纵向运动组成，横向进给系统如图所示
设计和选用进给系统应注意充分减少摩擦阻力，提高传动精度和刚度，消除传动间隙以及减小运动件的惯性。摩擦阻力主要来自丝杠和导轨，因此，丝杠的导轨的滚动化是减小摩擦的重要措施之一。
&6.1传动方式的选择
丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。因此，滑动丝杠常用在加工精度要求不是很高的普通车床中。
滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。在数控化改造的车床中，应把原来的滑动丝杠换为滚珠丝杠，以降低摩擦力，提高加工精度。
6.2滚珠丝杠的支承方式
数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。通常都适当加大和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触强度，新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。
为了提高支承的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的。国内目前主要采用两种组合方式。一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用，其结构虽简单，但轴向刚度不足。另一种是把推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合使用，其轴向刚度有了提高，但增大了轴承的摩擦阻力和发热而且增加了轴承支架的结构尺寸。在设计中，采用推力轴承和向心轴承组合使用。
6.3．电机与丝杠的联接
在满足机床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，我们多将电机与丝杠副通过联轴器直接联接，这要根据改造中实际情况来定。一般对于小型车床如C6116型，由于空间尺寸有限，特别是X轴，电机与丝杠副不能直联，多采用齿轮副或同步带论来传动；对于大型车床如CA6140，由于丝杠较长，直径较大，除了要考虑传动力的问题，还要考虑其低速性能及加减速惯量匹配的问题，往往电机都要通过几级减速来传动。无论是采用齿轮还是同步带论来传动，其传动间隙的消除是比较关键的。齿轮传动中常用的方法有错齿消隙法、偏心轴调整法等等，同步带论传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。
由步进电机到丝杠传动过程的工作原理如下：
步进电机发生一个脉冲→转过α角度为1.5°→（如果通过联轴器则为1：1）→丝杠转过1.5°→横托板脉冲当量0.005mm
即丝杠转过β角，拖板移动0.005mm,所以该丝杠螺距为t，则
所选择的滚珠丝杆为FF型1604，其螺距为4
由此可见，由步进电机到丝杠1：1传动不能同步，必须通过一对齿轮传动，使两者都转角一致，其传动比为
i=1.5/0.45=3.3333&&&&&&
步进电机转过1.5°，则通过一对齿轮传动使丝杠转过0.45°，拖板前进0.005mm，因而这对齿轮是降速运动。选择Z1=21,Z2=70,m=1.5&
选择一级传动。
6.4．齿轮传动的消除间隙
采用齿轮传动时，齿侧间隙会造成开环或半闭环伺服系统的死区误差，影响定位精度。为了消除齿侧间隙并获得强刚性，必须采用各种具有消除间隙或预紧措施的齿轮副。
对于直齿圆柱齿轮传动，常用的方法有双片齿轮错齿法，a．两个完全相同的薄片齿轮套装在一起与另一个宽齿轮啮合。当两个薄片齿轮的齿完全对齐时，相当于一个齿轮在工作。正转时，它们贴向宽齿轮轮齿的一侧；一旦反向，它们会一起走过一段侧隙后贴向轮齿的另一侧。设想：若将两个薄片齿轮的轮齿错开一定的距离，使它们分别贴向宽齿轮轮齿的两侧，正向时一个齿轮起作用，反向时另一个齿轮起作用。则当运动反向时，马上会带动从动轮工作，每一个薄片齿轮与宽齿轮间虽然分别都存在侧隙，但它们的共同作用却消除了侧隙对传动的影响。
一方面是由于结构的需要，另一方面由于偏心套调整法只能补偿齿厚误差与中心距误差引起的齿隙，不能补偿偏心误差引起的齿隙，采用周向弹簧的双片齿轮错齿法比较简单，但应保证弹簧力产生的预紧扭矩M不应过大或过小。如果M过小起不到消隙的作用，M过大会加大齿面的摩擦力而加剧磨损。
6.5．进给系统的润滑
机床在运行过程中，各运动件之间存在摩擦，必须采用一定的润滑及防护措施来减小其相对摩擦，从而提高机床的使用寿命。使用润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑脂的特点是黏度大，不易流失，因此不需经常加换，使用方便，密封也较简单。但其摩擦阻力大，机械效率低；流动性差，导热系数小。因此仅适用于转速不高的轴承，外露的齿轮和某些不易密封的主轴件等。润滑油一般为全损耗系统用油。
在此进给系统中，齿轮的转速比较低，因此不能使油飞溅润滑，在齿轮和轴承处采用润滑脂来润滑。在滚珠丝杠副中，也只能采用润滑脂。
6.6．进给系统的一些其它要求
滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。
另外，对滚珠丝杠的安装处应进行削边。
第七章& 机床进给部件的设计与选择
7.1伺服驱动系统的选择
早期的数控机床采用电液伺服驱动的较多，而现代数控机床基本上都采用全电气伺服驱动系统。它可分为步进电机、直流伺服电动机和交流伺服电动机伺服驱动系统三类。
7.1.1步进驱动系统
步进驱动系统一般与脉冲增量插补算法相配合，目前均选用功率型步进电机作为驱动元件。它主要有反应式和混合式两类。反应式价格较低，混合式价格较高，但混合式步进电机的输出力矩大，运行频率及升降速度快，因而性能更好。为克服步进电机低频共振的缺点，进一步提高精度，出现了性能更好的带细分功能的步进电机驱动装置，并得到了广泛的应用。步进驱动系统在我国经济型数控领域和老式机床改造中起到了极其重要的作用。
7.1.2直流伺服驱动系统
直流伺服驱动系统从20世纪70年代到20世纪80年代中期，在数控机床领域占据了主导地位。大惯量直流电动机具有具有良好的宽调速特性，其输出转矩大，过载能力强。由于电动机自身惯量较大，与机床传动部件的惯量相当，因此，所构成的闭环系统安装到机床上。此类电动机大多配有晶闸管全控或半控桥SCR-D调速装置。为适于部分数控机床频繁启动、制动及快速定位的要求，又开发了直流中，小惯量伺服电动机以及大功率晶体管脉宽调制(PWM)驱动装置。
7.1.3交流伺服驱动系统
由于直流伺服电动机使用机械换向，因此存在许多缺点。而直流伺服电动机优良的调速特性正是通过机械换向得到的，因而这些缺点无法克服。多年来，人们一直试图用交流电动机代替直流电动机，其困难在于交流电动机很难达到直流电动机的调速性能。进入20世纪80年代之后，由于交流伺服电动机的材料、结构以及控制理论与方法的突破性进展，以及微电子技术和功率半导体器件的发展，使交流驱动装置发展很快，目前已逐渐取代了直流伺服电动机。交流伺服电动机的最大优点在于不需要维护，制造简单，适合于在恶劣环境下工作。
7.1.4驱动电动机型号的选择.
取 ，附加摩擦力矩 ；
摩擦力矩 ； （式中， = =510N）；
故， ，即 。查初选步进电机的运行矩频特性曲线，对应工进频率
查到的允许工进运行力矩 值应大于步进电机工进时所需力矩 ，否则，步进电机在驱动工作台工进时会丢失步。根据查得的 =
，故选步进电机75BF004完全满足要求。
7.2导轨的类型及选取
导轨副是数控机床的重要部件之一，导轨的作用是使运动部件能沿一定轨迹运动，并承受运动部件及工件的重量和切削力。它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。数控机床导轨必需具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性，机床在高速进给时不振动、低速进给时不爬行等特性。目前数控机床使用的导轨主要有3种：塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。
7.2.1、塑料滑动导轨
目前，数控机床所使用的滑动导轨材料为铸铁对塑料或镶钢对塑料滑动导轨。导轨塑料常用聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐磨导轨涂层两类。
(1)聚四氟乙烯导轨软带的特点
1)摩擦特性好：金属—聚四氟乙烯导轨软带的动静摩擦因数基本不变。
2)耐磨特性好：聚四氟乙烯导轨软带材料中含有青铜、二硫化铜和石墨，因此其本身即具有自润滑作用，对润滑油的要求不高。此外，塑料质地较软，即使嵌入金属碎屑、灰尘等，也不致损伤金属导轨面和软带本身，可延长导轨副的使用寿命。
3)减振性好：塑料的阻尼性能好，其减振效果、消声的性能较好，有利于提高运动速度。
4)工艺性好：可降低对粘贴塑料的金属基体的硬度和表面质量要求，而且塑料易于加工(铣、刨、磨、刮)，使导轨副接触面获得优良的表面质量。聚四氟乙烯导轨软带被广泛用于中小型数控机床的运动导轨中。
&作为移动部件的工作台导轨面(包括下压板和镶条)都粘贴有聚四氟乙烯导轨软带。
&导轨软带使用工艺简单。首先将导轨粘贴面加工至表面粗糙度Rα3.2μm左右。用汽油或丙酮清洗粘结面后，用胶粘剂粘合。加压初固化1~2h后合拢到配对的固定导轨或专用夹具上，施加一定的压力，并在室温固化24h后，取下清除余胶，即可开油槽和精加工。
(2)环氧型耐磨涂层&
环氧型耐磨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份和固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。德国生产的SKC3和我国生产的HNT环氧型耐磨涂层都具有以下特点：
1)良好的加工性：可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削。
2)良好的摩擦性。
3)耐磨性好。
4)使用工艺简单。
7.2.2．滚动导轨
&(1)直线滚动导轨副的结构和特点&
滚动导轨作为滚动摩擦副的一类，具有以下特点：①摩擦因数小(0.003~0.005)，运动灵活；②动、静摩擦因数基本相同，因而起动阻力小，而不易产生爬行；③可以预紧，刚度高；④寿命长；⑤精度高；⑥润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用；⑦由专业厂生产，可以外购选用。因此滚动导轨副被广泛应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器上。滚动导轨副的主要缺点是抗冲击载荷的能力较差，且滚动导轨副对灰尘屑末等较敏感，应有良好的防护罩。
滚动导轨有多种形式，目前数控机床常用的滚动导轨为直线滚动导轨，这种导轨的外形和结构
&直线滚动导轨主要由导轨体、滑块、滚柱或滚珠、保持器、端盖等组成。
&当滑块与导轨体相对移动时，滚动体在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动回工作负荷区，不断循环，从而把导轨体和滑块之间的移动变成滚动体的滚动。为防止灰尘和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块上还有润滑油杯。最近新出现的一种在滑块两端装有自动润滑的滚动导轨，使用时无须再配润滑装置。
&(2)直线滚动导轨的安装&
直线滚动导轨的安装形式可以水平、竖直或倾斜，可以两根或多根平行安装，也可以把两根或多根短导轨接长，以适应各种行程和用途的需要。采用直线滚动导轨副，可以简化机床导轨部分的设计、制造和装配工作。滚动导轨副安装基面的精度要求不太高，通常只要精铣或精刨。由于直线滚动导轨对误差有均化作用，安装基面的误差不会完全反映到滑座的运动上来；通常滑座的运动误差约为基面误差的1/3。
导轨和滑块座与侧基面靠上定位台阶后，应先从另一面顶紧然后再固定。
&导轨安装步骤如下：
1)将导轨基准面紧靠机床装配表面的侧基面，对准螺孔，将导轨轻轻地用螺栓予以固定。
2)上紧导轨侧面的顶紧装置，使导轨基准侧面紧紧靠贴床身的侧面。
3)按《机械设计手册》参考值，用力矩扳手拧紧导轨的安装螺钉；从中间开始按交叉顺序向两端拧紧。
滑块座安装步骤如下：
1)将工作台置于滑块座的平面上，并对准安装螺钉孔，轻轻地压紧。
2)拧紧基准侧滑块座侧面的压紧装置，使滑块座基准侧面紧紧靠贴工作台的侧基面。
3)按对角线顺序拧紧基准侧和非基准侧滑块座上各个螺钉。
安装完毕后，检查其全行程内运行是否轻便、灵活，有无打顿、阻滞现象；摩擦阻力在全行程内不应有明显的变化。达到上述要求后，检查工作台的运行直线度、平行度是否符合要求。
7.2.3．液体静压导轨
　液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔，形成承载油膜，将相互接触的金属表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦因数小(约0.0005)，机械效率高：由于导轨面间有一层油膜，吸振性好；导轨面不相互接触，不会磨损，寿命长，而且在低速下运行也不易产生爬行。但静压导轨结构复杂，制造成本较高。静压导轨按导轨形式可分为开式和闭式两种；按供油方式分为恒压(即定压)供油和恒流(即定量)供油两种。
　　通过以上的类比，本次设计采用聚四氟乙烯滑动导轨。滑动导轨是最常用的导轨，其他类型的导轨都是在滑动导轨的基础上逐步发展起来的，由于滑动导轨结构简单、具有良好的工艺性、刚度和精度易于保证，所以在一般机床上仍然得到广泛应用。
7.3导轨的材料
　　对导轨材料的主要要求是耐磨性好、工艺性好、成本低。常用的导轨材料有铸铁、钢、有色金属和塑料，其中以铸铁应用最为普遍。
　　为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应尽量采用不同的材料。如果选用相同的材料，也一定要采取不同的热处理方式以使其具有不同的硬度。
　　材料以铸铁为例，铸铁是一种成本低，良好减震性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。导轨常用的铸铁材料有灰铸铁、孕育铸铁和耐磨铸铁等。
　　灰铸铁常用的牌号是HT200。在较好的润滑与防护条件下，具有一定的耐磨性。适用于不经常工作且对精度保持性要求不高的导轨。
　　孕育铸铁常用的牌号是HT300。耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬，不易刮研，且成本较高。常用于较精密的机床导轨。
耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、磷铜钛铸铁及钒钛铸铁。与孕育铸铁相比，其耐磨性提高1~2倍，但成本较高，常用于精密机床导轨。
通过对材料的类比，由于我设计的是经济型仪表车床，考虑经济性等原因，选用灰铸铁作为导轨材料。
7.4导轨的热处理
　　为了提高铸铁导轨的硬度，以增强抗硬粒磨损的能力和防止撕裂，铸铁导轨经常采用高频淬火、中频淬火机电皆出自冷淬火等表面淬火方法。
　　高频淬火是借助200~300kHz的高频电流对导轨面加热，淬火温度一般为900~950℃，淬火深度可达1.5～2倍，硬度达HRC48～55，可使普通铸铁耐磨性提高2倍左右。
　　中频淬火可采用8kHz左右的中频电流进行，淬火温度一般为950℃左右，淬硬层可达2～3mm，表面硬度可达HRC40～50。高频及中频淬火的优点是淬火质量稳定，生产效率高，缺点是淬火后必须进行磨削加工。
　　电接触自冷淬火表面硬度可达HRC55～60，淬硬深度可达0.2～0.4
mm。这种淬火方法具有设备简单、操作方便、成本低、淬火变形小等优点，但由于淬硬深度较浅等原因，对导轨耐磨性提高幅度不大，目前主要用于维修。
综上所述，本次设计的导轨采用灰铸铁作为材料的滑动导轨，并通过高频淬火作为热处理，以提高导轨的硬度和耐磨性。
7.5导轨的间隙调整
为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力，而且会加速导轨磨损；间隙过大，会降低导向精度，还容易产生振动。导轨的间隙如果依靠刮研来保证，要废很大的劳动量，而且导轨经过长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应有间隙调整装置。常用的间隙调整方式有压板和镶条。
压板用于调整间隙和承受颠覆力矩，如图所示是常用的几种压板装置：
a图所示的压板装置用磨削或刮压板3与动导轨1相接触的d面，或磨、刮与支承导轨2相接触的e面来调整垂直方向的间隙。间隙过大时磨、刮d面；间隙过小则磨、刮e面。压板上的d、e面需用空刀槽分开。这种方式结构简单，但调整比较麻烦。
b图所示是在压板与支承导轨间用平镶条5来调整间隙。只要拧动带有锁紧螺母的螺钉6即可调整间隙，故调整方便。但由于镶条下面只与几只螺钉接触，因此刚度较差。
c图所示是采用在压板与动导轨接处放几层薄垫片4来调整垂直方向的间隙。随着摩擦表面的不断磨损，逐次取下一层垫片。这种方法比磨、刮省力，但调整量受垫片厚度限制。
镶条用来调整矩形和燕尾形导轨的侧面间隙，以保证导轨面的正常接触。常用的镶条有平镶条和斜镶条两种。
a图所示的平镶条制造容易，调整方便，但因各螺钉单独分别拧紧，难以保证镶条受力均匀，因此容易变形，刚度较低。
b图所示的斜镶条两侧面分别与动导轨及支承导轨均匀接触，故刚度比平镶条高，但制造困难。
&&综上所述，我们设计的车床导轨一端采用图5.1中压板与支承导轨间用平镶条调整间隙。只要拧动带有锁紧螺母的螺钉就可调整间隙，另一端采用在压板与动导轨接触处放几层薄垫片来调整垂直方向的间隙。
7.6滚珠丝杠副的选择
7.6.1滚珠丝杠传动的优点
传动效率高，以极小的滚动摩擦代替了传统的滑动摩擦，大大减小的摩擦使滚珠丝杠副的传动效率获得极大地提高，传动效率达90%以上。进而，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠副的1/3左右。因此，滚珠丝杠能够顺滑地实现两种传动方式——将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。但应注意，由于滚珠丝杠副不能自锁，有可逆性，丝杠立式和倾斜使用时，应增加制动装置或平衡装置。
精度高，由于滚珠丝杠副传动效率达到90%以上，因而发热率大大降低，热变形就小，若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，使设备获得很高的定位精度和重复定位精度。
摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；
磨损小、寿命长。滚珠丝杠副中的主要零件，均经热处理，具有很高的硬度及表面光洁度，再加上滚动摩擦的摩损很小，因而具有良好的耐磨性，实际寿命往往大于理论寿命。
7.6.2纵向进给系统的设计计算
7.6.2.1切削力计算
&&最大切削功率
&&&&&&&&&&&&&&
&式中 ——主电动机功率，CA6140车床
——主传动系统的总效率，一般0.7~0.85，取 =0.8
切削功率应在各种加工情况下经常遇到的最大切削力（或转矩）和最大切削速度（或速）来计算，即
&&&&&&&&&&&&&&&
式中 ——主切削力， ；
& ——最大切削速度，按用硬质合金刀具半精车钢件时的速度取 =100m/min.
在一般外圆车削时
=（0.1~0.55） ， =（0.15~0.65）
=0.48 =1728N， =0.58 =2088N；
式中 、 ——纵向、横向切削力分力。
7.6.2．2滚珠丝杠副的选型和验算
滚珠丝杠副的选型和验算主要是型号的选择和性能验算。
&滚珠丝杠的选用设计，一般必须已知下列条件：丝杠的最大轴向载荷 （或平均工作载荷
）、使用寿命T、丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）、丝杠的转速
（或平均转速）、丝杠的运转状态等，以纵向为例，可按以下步骤计算：（1）滚珠丝杠轴向进给切削力的计算
&纵向进给为综合型导轨，滚珠丝杠轴向进给切削力
=K + （ +W）=2691.2N
W——移动部件的质量，N；
——导轨上的摩擦因数，取 =0.16；
K——考虑颠覆力矩影响的实验系数，K=1.15。
（2）滚珠丝杠平均转速的计算
& 最大切削力下的进给速度
（r/min），可取最高进给速度的1/2~1/3（取为1/2），纵向最大进给速度为0.6m/min，丝杠导程选
=6mm，则滚珠丝杠平均转速
（3）滚珠丝杠寿命的计算
丝杠使用寿命取T=20000h（2班工作制10a），则丝杠的计算寿命
&&&&&&&&&&&&&&
（4）滚珠丝杠副承受的最大当量动载荷的计算
根据工作负载荷 、寿命L，滚珠丝杠副承受的最大当量动载荷
&&&&&&&&&&&&&
&&& ——运转系数，取
——精度系数，滚珠丝杠副精度取为3级，则取 =1
（5）从滚珠丝杠尺寸系列表（或产品样本）中找出额定动载荷 略大于当量动载荷
，同时考虑刚度要求，初选滚珠丝杠副的型号及有关参数。
（6）根据机床结构和工作要求（即循环方式、预紧方式、传动精度、传动效率等方面）从初选的几个型号中挑选比较合适的公称直径、导程、负荷滚珠列数和滚珠圈数，确定某一型号。参照山东济宁博特精密丝杠制造有限公司的产品样本，CA6140纵向进给滚珠丝杠副的型号选为：CDM—P3，是外循环插管埋入式双螺母垫片预紧丝杠副，其额定动载荷为14820N，强度足够，刚球循环列数为1x2.5x2，精度等级为3级。其几何参数如下：公称直径
= 40mm，导程 = 6mm，刚球直径 = 3.969mm，丝杠底径 = 35.2mm，预紧力 =2006N。
7.6.2．3刚度验算的计算
滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算丝杠的拉伸或压缩变形量
、滚珠与螺纹滚道接触变形量 和支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形
之和应不大于机床精度所允许变形量的1/2。否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。滚珠丝杠的变形量计算步骤如下：
（1）丝杠的拉伸或压缩变形量&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
式中 ——工作负载 引起导程 的变化量，
&由于两端均采用角接触球轴承，且丝杠又进行了预紧，故其拉压刚度可比一端固定的丝杠提高4倍。其实际变形量为
&&&&&&&&&&&&
=1/4 =0.494x mm
（2）滚珠与螺纹滚道间接触变形
&滚珠丝杠副及轴承均进行预紧，滚珠与螺纹滚道接触变形
式中 ——滚珠数量， ；
& ——圈数；
——列数；
——每圈螺纹滚道内的滚珠数。
对于CDM4006C—2.5， ，取整为158个。
因丝杠加有预紧力， 可减少1/2，因此实际变形量
= 0..295x mm
（3）支承滚珠丝杠的轴承轴向接触变形
&支承滚珠丝杠的轴承为8107型推力球轴承，几何参数为 =3.5mm，滚动体直径
=6.35mm，滚动体数量 =18，轴承的轴向接触变形
因施加预紧力，故实际变形量
= /2=0.0039mm
根据以上计算，总变形量&&
= + + 11.8
三级精度滚珠丝杠允许的螺距误差为15 /m，故刚度足够。
&因为滚珠丝杠两端都采用推力球轴承并预紧，因此不会产生失稳现象，故不需稳定性校核。
通过以上的计算，或得CDM—P3纵向进给系统的滚珠丝杠副，在数控改造CA6140车床应用后，机床工作台运转平稳、灵活、精度高、噪音低，可以满足实际生产加工要求。
7.6.3滚珠丝杠副及预紧方式的选择
滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，所以很容易损坏而出现卡死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，不存在卡死和脱落现象。由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好，所以只要结构和机床空间满足要求，在普通机床数控化改造中多选内循环式双螺母结构。
按预加负载形式分，可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧，其预紧力一般为轴向载荷的1/3。
&在本设计中，我们采用双螺母内循环的形式，用双螺母垫片预紧。
7.6.4滚珠丝杠的材料及热处理
根据《金属切削机床设计简明手册》P298表4-156，选择的材料为CrWMn，所选热处理为整体淬火。
7.7刀架的选择
选用选用LD4-6132型电动刀架
因为设计要求刀架的最大回转直径为400mm，而最小的三角刀架的设计高度大大超过60mm，故选用LD4-6132刀架型号，因刀架为外购件，其尺寸已成定值，故选用四方刀架。即LD4-6132。该刀架可以夹持4把刀，采用鼠牙盘为分度定位，利用步进电机实现自动转位。
第八章 普车数控化改造的经济性评估
8.1 改造所需的费用
因为本次改造是采用，自己购买零配件，自己改造，所以费用主要是改造中所需零配件的费用为主以及一些相关的运输费用。下面以列表的形式罗列相关各项所需费用，详见表8-1
纵向进给丝杠
横向进给丝杠
光电编码器
改造所需总费用
从上面的表8-1中可以看出改造一台CA6140只需要不到3万元的费用，而购买一台新的CK6140则需要11万多，由此比较，我们可以知道改造一台比新买一台要远远减少很多费用。当然，改造的机床也有优缺点。
减少投资额、交货期短
同购置新机床相比，一般可以节省60％～80％的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50％左右。
机械性能稳定可靠，结构受限
所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。
熟悉了解设备、便于操作维修
购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。
可充分利用现有的条件
可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。
可以采用最新的控制技术
可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。
综上所述，从经济性方面考虑改造一台旧的车床要比新买一台节省很多费用，但也不是所有车床都适合数控化改造，在改造之前我们应该做一个经济性的评估，如果改造所需费用高于新购买一台，那么我么则无需花大量时间精力去改造，可以直接从厂家购买，这样会更加省事。当然有些情况则是改造要有优势，比如厂家有若干台旧的车床，而又需数控车床，这种情况下，厂家就可以考虑一下是否改造成数控车床。总之，普通车床数控化改造有很多优势，但也要根据情况而定！
本次设计于日开始，经过20来天的努力，于日完成，经过20天的时间完成了CA6140车床的数控改造设计。本课题的主要任务是完成对普通车床的数控化改造，当然，数控化改造并不是简单的装上数控装置就行了，它是一项繁琐的工作。我们的设计和改造任务主要包括主运动和进给运动的改造设计，通过改造使其具有数控机床的一般特性。
应该来说，对普通车床的数控化改造具有一定的经济性和可行性。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不到3％。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。
在设计过程中，我们也学到了很多东西，我们通过查阅大量的资料，把所学的知识应用到设计中，这样既温故了我们在大学期间所学的专业知识，又培养了我们一种独立思考问题、解决问题的能力，对今后的工作必将产生深远的影响。
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