沖床旁置自動送料機

沖床旁置自動送料機,沖床,自動,送料機 l圈 。墼墾j 肌 一種簡易的自動送料機構(gòu) 中科大擎天數(shù)碼公司 (安徽合肥230088) 劉榮仲 【摘耍l】 本文介紹了沖壓生產(chǎn)中一種簡易的自動送料機構(gòu)，并討論了送料的精度和改進措施， 提高 一 0 疊等鬻 囂 蘿 沖壓生產(chǎn)效率和安全性，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化有一定的參考和借鑒價值。 。 飄 。0 為提高沖壓生產(chǎn)的效率和安全，常采用自動送料機 構(gòu)，下面介紹一種在開式壓力機上使用的簡易的單邊輥 軸送料裝置。 1機構(gòu)簡圖及原理 裝在沖頭支臂上的調(diào)節(jié)桿7和杠桿5把上輥抬起，使壓 在兩輥軸之間的條料松開，這樣，可以避免在條料上張 力的影響下?lián)p壞模具，同時也有利于用定位銷將條料精 確定位和對條料進行拉緊。 圖l是該送料裝置，送料輥2和3固定在壓機工作 2輥軸和單向離合器 臺上，通過偏心輪8、連桿6和單向離合器l等驅(qū)動下輥 單向離合器是這個送料裝置的關(guān)鍵，負責(zé)把連桿傳遞 軸3做周期性的轉(zhuǎn)動，按一定速度間歇地把條料送進。 過來的連續(xù)運動轉(zhuǎn)化為間歇的進給運動。它有很多種結(jié)構(gòu)形 上輥軸2除轉(zhuǎn)動外，可以豎向移動，送料時借彈簧4的 式，如棘輪機構(gòu)、超越離合器等。圖2是一種最簡單的滾柱 力量緊壓在條料和下輥軸上。當插入條料時用特備的手 式超越離合器示意。它利用滾柱2被楔人斜槽而帶動從動件 柄將上輥抬起。值得注意的是，任沖壓開始之前，借助 (星輪3)轉(zhuǎn)動，當主動桿(外圈4)回擺時，滾柱松脫， -。 -Il一-。l - l i q,111I 1 Ii1,o111_II1,1111I ， l。 l ?！綺【l i,r)rI 部應(yīng)鼓凸34mm。考慮到卸載后，零件鼓l rLI段回彈，會 時，應(yīng)從現(xiàn)有生產(chǎn)條件出發(fā)，對各種不同的工藝方法加 導(dǎo)致底部直線段一定量的伸長，將最終影響到零件開擋 以具體的分析和比較，從中選出更好的方案，并盡量采 尺寸。因此，模具開檔的尺寸也適當放大(經(jīng)試驗，模 用先進技術(shù)。這方面的工作做細做精了，實際生產(chǎn)中就 具開檔放大后的值為812mm較為合適)壓型得到的半成 會少走彎路。 品如圖6所示。 (2)對已有經(jīng)驗應(yīng)依具體情況進行借鑒吸收。從減 l ! 笙 塑塑絲 塑 堡堂 WWWmetalworking 7950corn 參磊 工熱加工 s 一 LE 2 J 卜 T I l I 9 圖1 單邊輥送料裝置簡圖 1單向離合器2、3送料輥4彈簧5杠桿 6連桿7調(diào)節(jié)桿8偏心輪9模具10板料 星輪不動，即實現(xiàn)間歇。為使?jié)L柱能被擠住，且反向時能夠 脫開，其楔入角OZ和相應(yīng)的滾柱直徑d應(yīng)符合一定的條件。 如圖3所示，D和d分別為外圈內(nèi)徑和滾柱直徑，h表示缺 口尺寸，則 ：fD_ 1。 2 一導(dǎo)。根據(jù)實踐，一般 ：7。 8。，但為可靠，設(shè)計時取4。5。注意： 取值過小反而 不易以楔緊狀態(tài)脫出。 圖2超越離合器 1彈簧2滾柱3星輪4外圈 圖3幾何關(guān)系 3送料精度 送料精度與傳動機構(gòu)的間隙、材料厚度、曲柄半徑 與送料進距的比值、材料的光滑程度，以及壓機速度等 一系列因素有關(guān)。一次送料裝置的送料精度主要取決于 送料速度。送料速度=送料進距每分鐘送進次數(shù)，這 ? m 塑 星 只表示平均送料速度，而在壓機工作期內(nèi)，送料所占的 時間一般只占180。曲軸轉(zhuǎn)角，且送料過程中送料速度也 不是常數(shù)，實際最大送料速度約為平均速度的3倍。增 大送料速度，則降低了送料精度?，F(xiàn)在沖壓生產(chǎn)迅速向 高速化發(fā)展，壓力機行程次數(shù)大大提高，為保證一定的 送料精度，大體上可采用以下的辦法。 (1)防止或減少送料輥與材料之間的相對滑動。 (2)在送料行程終點準確定位。 (3)防止送料開始和終止時加速的沖擊。 為防止送料輥與材料之間的滑動，可以采取如下措 施：提高輥軸對材料的接觸壓力，但比壓太高會壓壞 材料，一般情況下取P=05o ，6r 為材料的屈服強度。 除了在加壓裝置上調(diào)節(jié)壓力外，從結(jié)構(gòu)上增大輥徑，有 利于提高輥軸的壓力，一般取R15h(h為材料厚度)。 但是，提高輥徑會導(dǎo)致慣量的增大，因此不能過分增大 輥徑。提高輥軸與材料之間的摩擦系數(shù)，可以在輥軸 表面上滾花、銑槽，但是這會損傷材料的表面質(zhì)量，特 別是在送軟金屬材料時。 為了在行程終點準確定位，通常采用的措施如下： 第一，減少送料裝置的轉(zhuǎn)動慣性，為此，對于高速 送料輥軸可以做成空心結(jié)構(gòu)，輥軸材料采用輕金屬。單 向離合器采用結(jié)構(gòu)小巧的異型輥子摩擦離合器。 第二，安裝可靠的制動器。 第三，在模具上裝設(shè)定位銷，控制板料的最后位置。 為防止高速沖裁送料開始和終止時加速的沖擊造成 的送料精度嚴重惡化，對于送料速度很高的情況往往就 不采用單向摩擦離合器了，而采用所謂的“弗格森”機 構(gòu)，這里不再多述。 4結(jié)語 單面送料機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，占地面積也小，送料時既 可以拉料，也可以推料。生產(chǎn)中基本上都采用推式，很 少采用拉式，因為拉著廢料送進時，為保證廢料有一定 的拉力，常要增加搭邊尺寸，且沖壓廢料表面不規(guī)則并 帶有毛刺，會影響送料精度。但是，單面輥送料要求條 料必須有一定的剛度，且在送進時有-b段不能實現(xiàn)自 動送料，因此它適用在送進一定厚度的卷料。對于薄料 或條料，應(yīng)采用雙面輥送料裝置。常用的坯料尺寸為： 厚度032mm、寬度一般不超過250mm。MW (20081125) 磊 工熱加工 熱處 緞 鑄造2009年第7期疊暑 WWWmetalworking 7950com 1 2 3 4 Re$fingand nfenance改裝與維修 眾為興CNC在普通沖床改造數(shù)控沖床中的應(yīng)用 楊基鵬 (深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司工程三部，廣東深圳518052) 摘要：介紹了用眾為興數(shù)控系統(tǒng)+伺服方案對普通沖床進行的數(shù)控化改造，并就眾為興CNCA220MC沖床 控制系統(tǒng)作了詳細說明。是一個性價比較好的普通沖床數(shù)控化改造方案。 關(guān)鍵詞：運動控制系統(tǒng)沖壓加工數(shù)控沖床伺服沖床改造 自動送料 The Application of ADTECH CNC on Changing Traditional Punch to CNC Punch YANG Jipeng (ADTECH(Shenzhen)CNC Technology Co，Ltd，Shenzhen 5 1 8052，CHN) Abstract：This paper mainly introduces the application of ADTECH CNC System&Servo in retrofit traditional punch to CNC punching machineThe CNC punching machine(CNC4220MC)is described in details The excellent numerical control improvement method is proposed Keywords：Motion Control System；Stamping；CNC Punching Machine；Servo；Punch Retrofit；Auto Feeding 1 中床在中國目前的產(chǎn)業(yè)狀況 霎 11 沖壓件的廣泛使用 制品等產(chǎn)品中采用大量的沖壓件。汽車的車身、底盤、 金屬板材的大部分是經(jīng)過沖壓加工制成成品。沖 油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器 GMIGM4來自光電編碼盤的反饋輸入信號。PLC 的X0X35為操作和工藝控制的輸入信號端，輸出端 Y0Y5控制橫梁升降、刀架進給及銑、磨頭用變頻 器。 龍門刨床工作臺的工藝流程由PLC控制主變頻 器驅(qū)動交流電動機來實現(xiàn)。刨床工作臺自動、手動進 (退)、點動、換向、速度變換，垂直刀架和左右刀架的 自動進給及人工快速移動的控制，橫梁升降和夾緊控 制，以及互相的聯(lián)鎖和顯示等功能都由PLC軟件來實 現(xiàn) J。前進和后退速度及加、減速時間可以任意調(diào) 節(jié)。為方便操作，在控制柜面板上裝有床身運動速度 顯示及各種運行指示及報警信號，并且操作箱完全符 合原操作習(xí)慣。工作臺控制的主程序流程圖如圖8所 不。 4結(jié)語 與直流發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)相比較，改造后的變頻 調(diào)速系統(tǒng)主傳動裝機容量比原來節(jié)省300 kW；傳動效 率提高一倍；調(diào)速范圍為1：35；靜差度3；吃刀時 進線電流為122 A，是原來的15；可靠性、經(jīng)濟性都 IU 1籌 ； zu 平帚I刪 有很大提高。 在整個機床的改造過程中涉及到了許多測試、調(diào) 試的問題，在硬件設(shè)備安裝好后又進行了許多調(diào)試工 作。PLC程序的編制綜合考慮了工藝與加工要求的問 題，變頻器參數(shù)設(shè)置也需考慮具體的加工要求。經(jīng)過 如此改造，能大大簡化拖動系統(tǒng)，減小維護工作量，提 高運行可靠性。 參考文獻 1蘭蓉，李斌貴變流變頻調(diào)速技術(shù)在龍門刨床電氣改造中的應(yīng)用 J機械研究與應(yīng)用，2007，20(1)：5658 2劉小春龍門刨床主拖動系統(tǒng)變頻調(diào)速改造J電氣開關(guān)，2004 (6)：2527 3劉東龍門刨床變頻調(diào)速系統(tǒng)的研制J洛陽工學(xué)院學(xué)報，2000，21 (3)：1719 4廖常初可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M重慶：重慶大學(xué)出版社， 2007 第一作者：金燕，女，1981年生，講師，碩士研究 生，教師，主要研究方向為機電液控制技術(shù)及其應(yīng)用。 (編輯孫德茂) (收稿日期：20100312) 文章編號：101133 如果您惹發(fā)表對本文的看法。請將文章編號填入讀者意見調(diào)查表中的相應(yīng)位置。 改裝與維修R ngand nfenance 的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工而成的。 12沖床jn-r的發(fā)展 沖床加工是指為薄片加工，沖壓，模壓，壓紋等強 迫金屬進入模具的活動部分。 沖床按加工自動化程度可分為普通沖床和數(shù)控沖 床。沖床具有一次成型、維護簡單、操作方便等特點， 作為一種歷史悠久的加工設(shè)備，在經(jīng)歷了20多年的制 造業(yè)高速發(fā)展的今天，我們依然能夠經(jīng)?？匆娺@種設(shè) 備的原型還在廣泛應(yīng)用，可見這種設(shè)備由高到低都有 著廣泛的需求。沖床常見的沖壓裝置有液壓，轉(zhuǎn)塔；制 動有氣壓剎車，電剎車片，離合擋塊；沖頭模分上下組 合模具，有單工位，多工位之分；一些高端沖床模具還 可控制旋轉(zhuǎn)方向等。 普通沖床沖壓生產(chǎn)既滿足不了其高速生產(chǎn)要求， 對設(shè)備和人員的數(shù)量需求大，對于小批量生產(chǎn)來說成 本太高，又大量發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。隨著科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展，各種數(shù)控設(shè)備大量涌現(xiàn)。數(shù)控設(shè)備的出 現(xiàn)，不僅提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，而且提高 了加工精度，也就提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，無疑是給企業(yè)增 加了強大的生命力。 13普通沖床改造為數(shù)控沖床的強大需求 數(shù)控設(shè)備的普及應(yīng)用常受到一定條件的限制，如 數(shù)控設(shè)備價格昂貴，特別是小企業(yè)想徹底更新?lián)Q代，資 金上受到限制；再者企業(yè)現(xiàn)有的舊設(shè)備一下子棄之不 用，也是對資源的一種浪費。 如果把現(xiàn)有的機加工設(shè)備通過一些數(shù)控技術(shù)改 造，提高其自動化能力，則既給企業(yè)節(jié)約了資金，又能 充分利用現(xiàn)有資源，做到兩全其美。數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在 沖床設(shè)備領(lǐng)域，使普通沖床得以升級，通過數(shù)控技術(shù)的 自動控制完成沖壓的功能。 14常見的沖床數(shù)控控制技術(shù)比較 目前比較常見的沖床運動控制系統(tǒng)主要有兩種架 構(gòu)，一種是電腦+運動控制卡，這種方案可以讓沖床編 程便捷，在電腦里面完成編程運動一體化的操作，但是 由于龐大的主機，顯示器和鍵盤，需要有一個專門的電 柜來安裝；另外PC主板的抗干擾性能差，windows系 統(tǒng)的脆弱性，也讓系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性大打折扣。第二 種就是國外主推的嵌入式運動控制器，由于一體化的 控制器設(shè)備在結(jié)構(gòu)和設(shè)計上對干擾的過濾能有效保 證，所以幾乎是清一色進口設(shè)備的不二選擇，但由于嵌 入式上性能的不足，所以在復(fù)雜的沖床編程操作上顯 得不那么便捷。但這個缺點在數(shù)控飛躍發(fā)展的今天已 經(jīng)不復(fù)存在了，特別是國產(chǎn)一些民族品牌廠家，在有效 分析了國人操作風(fēng)格的基礎(chǔ)上，提供了一些很不錯的 116 解決方案。今天帶給大家的是深圳眾為興開發(fā)的 CNC4220MC運動控制系統(tǒng)，就是一套典型方案。 2沖床改造數(shù)控系統(tǒng)方案 21改造方案概述 本數(shù)控沖床改造是集中了眾為興CNC4220MC運 動控制系統(tǒng)以及JaBao伺服產(chǎn)品于一體的綜合應(yīng)用系 統(tǒng)，使整個機床能實現(xiàn)整張鈑料上機，自動排料，自動 進給，自動沖壓等功能，能最大限度地利用原材料，提 高生產(chǎn)效率，并能加工各種復(fù)雜圖形孑L，同時還具有人 工離機操作，確保安全，改善勞動條件等優(yōu)點，廣泛適 用于機械、電器、儀表、制罐、篩網(wǎng)、瓶蓋、電控柜、五金 等行業(yè)的沖壓加工。 改造數(shù)控沖床通常由機床本體(沖壓部)、上料裝 置(物料夾鉗)、送料裝置(XY軸送料機構(gòu))、自動化數(shù) 控硬件和運動控制軟件五大部分組成。 22改造系統(tǒng)配置(如需配圖還可配硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖) CNC4220MC數(shù)控系統(tǒng)一套：整個沖床送料系統(tǒng)控 制中心，完成對送料伺服軸的聯(lián)動定位動作控制；回 零，手動及自動等操作；畫面顯示及參數(shù)設(shè)定；沖孔，上 定位等輸入輸出信號的邏輯控制。CNC4220MC是開 環(huán)運動控制系統(tǒng)，和伺服采用位置控制模式，也就是脈 沖控制。能夠和國內(nèi)外的眾多伺服產(chǎn)品進行配套。 控制電柜一個：用來安裝常規(guī)電路、伺服驅(qū)動器和 控制系統(tǒng)。 伺服驅(qū)動+電動機2套：兩軸帶動鈑材快速準確 聯(lián)動定位，對伺服電動機的快速響應(yīng)性及整定時間有 較高要求。國產(chǎn)伺服可采用我公司JaBao系列伺服 1 200 W產(chǎn)品，性能完全滿足客戶要求；進口可以選用 750 W產(chǎn)品。 減速箱2套：減速機的選配能夠延長電動機的使 用壽命，可根據(jù)需要選配。伺服電動機部分建議增加 減速箱。減速箱可能會讓沖床速度有所下降，但是以 筆者改造幾十套系統(tǒng)積累的經(jīng)驗顯示，減速箱能夠延 長伺服使用壽命，主要是能夠?qū)_床沖壓瞬間的電動 機竄動吸收掉。 23眾為興沖床數(shù)控系統(tǒng)性能與功能實現(xiàn) CNC4220MC沖床系統(tǒng)是在銑床系統(tǒng)基礎(chǔ)上延伸 出來的，完全依據(jù)目前國內(nèi)沖床市場控制來定位，是眾 為興十年數(shù)控品牌打造出的一款嵌入式控制系統(tǒng)。產(chǎn) 品外形緊湊小巧，功能完備，和傳統(tǒng)的沖床送料系統(tǒng)比 較，省卻了龐大的電腦主機，可以嵌入到主電柜面板 上，非常美觀?？垢蓴_方面由于是嵌入式工業(yè)主板，所 謦 簍耋 以在業(yè)界一直有著不俗的口碑。 CNC4220MC為沖床定制了若干的特性，讓沖壓變 得更加簡單高效。主要有： (1)高效沖孑L 系統(tǒng)能夠智能地判斷孔距和進給 速度，利用對飛輪的“十二刻鐘”定點監(jiān)測，來自動控 制離合開關(guān)，實現(xiàn)連續(xù)沖壓，充分發(fā)揮沖床的沖孔效 率。 (2)G代碼編程編程方式是CNC4220MC和其 他沖床系統(tǒng)比較最為優(yōu)勢的地方。CNC4220MC沖床 系統(tǒng)是遵循國際標準的G代碼加工控制器，并擴展了 十多條沖壓專用G代碼用來輔助編寫沖孔軌跡，大大 提高編程效率。CNC4220MC還支持B類宏功能，利 用宏的邏輯設(shè)計功能，可以自由編寫規(guī)律軌跡。 (3)CAD圖紙加工這是CNC4220MC的又一力 創(chuàng)功能。CAD作為國內(nèi)非常普及的設(shè)計輔助軟件，相 信大家都非常熟悉。CNC4220MC能夠識別CAD創(chuàng)建 的DXF文檔，讀入原始軌跡，并通過一個內(nèi)置的腳本 語言轉(zhuǎn)換為G代碼進行加工，讓編程更加可視化。 (4)圖例加工 作為一款經(jīng)濟低端的單色屏產(chǎn) 品，依然提供了直觀的圖例界面供一些喜歡圖形化操 作的用戶使用；這是一種傻瓜化操作界面，用戶在圖形 提示下，輸入?yún)?shù)，就可以完成和圖例一樣的沖孔效 果。CNC4220MC內(nèi)置了幾十種圖例程序，但出于經(jīng)濟 型的考慮，出廠只配備十幾種，用戶可以進行選配，也 可以根據(jù)不同的產(chǎn)業(yè)需求進行定制。 (5)MaterCAM，UG等CAM的支持CAM有專門 的沖床版，不過一般價格都不菲。CNC4220MC提供了 “G代碼宏替換”功能，可以將生成的G代碼指令換為 沖孔指令，實現(xiàn)無縫結(jié)合。 (6)安全性檢查CNC4220MC繼承了銑床操作 圖形加工錄人槿式程序號001 D舶“ 圖形加工錄人模式程序號00001聃削 固壤一 圖1 圖2 圖形加工自動模式程序號0oi D_洲 圖形加工錄入模式程序號。l D融u 潘固鷹 oLo-o_0 一 ： l l 絕對位置 狀態(tài)：運行 棋盤式加工 絕對位置 狀態(tài)停止 直線式加工 x+。0 409行：l列：1 L余投：99 X95明7總間距：0 e 孔余數(shù)：0 Y+00l00加工時間：舯：00：oz Y堋3。00起點絕對坐標x(帥) 亙 日_ l堡 圣壁壅量圍塹I I堡 塾 ! 圣堡 墮墮堡f 圖3 圖4 ZU ：q- = 聲 Iu 用【l刪 R ngand nfenance改裝與維修 系統(tǒng)的安全性能檢查，并增加了沖床特殊的安全檢測， 有夾料報警，安全門報警，氣壓報警，定時油泵輸出、潤 滑油路報警等等。 24數(shù)控系統(tǒng)主要加工畫面(圖1一圖4) 25數(shù)控沖床送料系統(tǒng)部分GM指令(表1) 表I G代碼 M代碼 Goo 快速定位 M3O 程序停止 G800 點位沖孑L M98 呼叫子程序 主程序循環(huán)(跳出子程 G801 直線沖孔 M99 序) 順圓弧等分(等距) 檢測系統(tǒng)指定輸入端口 G802 M88 沖孔 電平 逆圓弧等分(等距) G8O3 M89 輸出系統(tǒng)指定端口電平 沖孔 G808 y 棋盤孔 G8O9 y棋盤孔 26 沖床改造全自動送料系統(tǒng)的方案組合 由于本沖床送料系統(tǒng)方案采用了眾為興 CNC4220MC，組成開環(huán)的運動控制系統(tǒng)，和伺服采用 位置控制模式，也就是脈沖控制。 安裝方面由兩個電動機組成XY平面，實現(xiàn)送料 控制；轉(zhuǎn)塔沖飛輪的“十二刻鐘”是對飛輪的圓周運動 的一個形象的稱謂。根據(jù)這個描述，在模具抬起的安 全高度對應(yīng)的刻度安裝一個監(jiān)測開關(guān)，做安全高度監(jiān) 測，另外在離合松開時需要對轉(zhuǎn)盤有個監(jiān)測點來感應(yīng) 是否脫扣，這有助于一些響應(yīng)比較慢的離合器例如氣 動離合，能夠有效判斷是否離合操作到位。基本安裝 這些就可以讓沖床正常工作了。剩余的安全監(jiān)測等 等，根據(jù)需要再一個一個加入系統(tǒng)，系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)留了很 多安全報警在里面，可以根據(jù)需要啟用。 3 沖床系統(tǒng)編程操作實例 下面利用幾個實例來演示一下CNC4220MC系統(tǒng) 的強大功能： 用戶提供的CAD圖稿截圖如圖5。該形狀是一 個SIN曲線的沖孑L圖樣，要求按照軌跡均勻分布即可。 這種屬于非常見圖案，但符合某種數(shù)學(xué)表達式關(guān)系，所 以利用B類宏可以輕松實現(xiàn)。 方式1：標準G代碼+B類宏功能 00001 #500=0初始角度為0度 #501=360結(jié)束角度為360度 #502=IO0SIN曲線的幅度 改裝與維修R硎ng and Ma Jnfenance #1=#5o0 #2=#50l 粥=#5O2 WHI1 El#l LE#2 J DO #101=桕 SIN#1； G90G800X#1 Y#1 0 #1=#1+1O ENDl M30 點評：B類宏支持多種數(shù)學(xué)表達式，可以直接加減 乘除，還提供很多數(shù)學(xué)函數(shù)供用戶使用。例如圖5的 SIN函數(shù)，這種語言是國際通用的擴展G代碼，可以在 各大車銑床系統(tǒng)內(nèi)見到一些實例，用在沖床上可以極 大程度靈活用戶編程。CNC4220MC在此基礎(chǔ)上還增 加一個特色的人性化功能，就是給一些廠家提供參數(shù) 自定義名稱字段功能，可以自己定義#500參數(shù)顯示為 “初始角度”，#501顯示為“結(jié)束角度”，這樣在終端用 戶操作就直接對對應(yīng)的參數(shù)進行設(shè)置即可，不用關(guān)心 內(nèi)部G代碼的實現(xiàn)了。 圖5 方式2：DXF直接加工 將用戶提供的圖稿用AutoCAD打開，然后指定當 前層為ADTLAYER1，存儲為DXF格式文件。將該文 件拷貝到控制系統(tǒng)內(nèi)，直接在文件操作畫面下加載，系 統(tǒng)會提示加載成功，然后進行對刀，啟動即刻馬上加 工。 點評：一切就是這么簡單。CAD是CNC4220MC 力創(chuàng)的一項主打功能，在簡單的操作后面，由讓各種加 工需要兼顧得到，這一切得益于我們的一個CAD腳本 配置文件。如果您對這種理念還比較陌生，不要緊，利 用我們默認的腳本，您只要按照我們的幾點要求對您 的CAD進行修改，例如上面的修改當前層名稱，您就 可以直接使用了。 圖6 4改造后的經(jīng)濟效益 數(shù)控沖床的改造意義相信很多人都明白，普通沖 床最大的一個特點就是耗人力，一人一天十二小時操 作加工出的產(chǎn)品，CNC4220MC一個小時就能夠完成， 而且一個人可以同時維護l0臺機器。這個在制作產(chǎn) 業(yè)13益升級的今天，意義是非常大的。在用工條件日 益沖突的今天，主要還能夠避免招工荒的尷尬境地，同 時也可縮減不少管理成本，極大地提高了制造效率和 降低成本。對于安裝人員的要求，只要求有電工基礎(chǔ)， 編程和操作一天內(nèi)就可上手。本沖床改造方案相比客 戶以前方案，不但在沖孔精度及效率方面有較大提升， 且圓周孔、棋盤孔、角度孑L、圓弧孔等多種規(guī)律孔對話 框式填寫參數(shù)自動生成程序的方式及多種專用沖孔編 程代碼的開發(fā)，使整個系統(tǒng)的操作及編程更加簡單方 便。自推出后受到不少廠家的咨詢和使用。加工產(chǎn)品 種類繁多，如圖6所示是其中的一些改造圖例和加工 產(chǎn)品。 (編輯孫德茂) (收稿Et期：20100304) 文章編號：101134 如果您想發(fā)表對本文的看法。請將文童編號填入讀者意見調(diào)查表中的相應(yīng)位置。 征訂啟事 包裝與食品機械 由中國機械工程學(xué)會主辦，是中國機械工程學(xué)會包裝與食品工程分會會刊。主要報道國內(nèi)外包裝機械 與食品機械的設(shè)計與制造、包裝工藝、包裝工藝設(shè)備、包裝材料及食品加工技術(shù)、食品生物技術(shù)、微生物發(fā)酵工程、食品品質(zhì)無損檢 測、食品機械以及食品包裝、食品貯藏等方面的最新研究成果以及應(yīng)用技術(shù)。本刊主要欄目有：試驗研究、設(shè)計計算、專家論壇、產(chǎn) 品開發(fā)、技術(shù)綜述、工藝設(shè)備、應(yīng)用技術(shù)、國外技術(shù)、標準規(guī)范、專利技術(shù)、技術(shù)信息等。 雙月刊，大16開，定價1000元，全年6000元。郵發(fā)代號26111；國外發(fā)行代號BM4791，或直接由本刊郵購(另加郵費2元 本)。地址：合肥高新區(qū)天湖路29號，郵編：230088，電話：(0551)5335565，5311880，傳真：5335818，http：wwwpfml14COnl，E mail：bjzzsmailhfahcn。 莖 t ； uIu平弗ll卅I 正文1 緒論1.1 前言大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，大學(xué)學(xué)習(xí)生活中的最后一個環(huán)節(jié)也是最重要一個環(huán)節(jié)畢業(yè)設(shè)計，是對所學(xué)知識和技能的綜合運用和檢驗。本人的畢業(yè)設(shè)計課題是對CA6140普通車床進行數(shù)控化改造，其內(nèi)容包括：總體方案設(shè)計、機械改裝設(shè)計、伺服驅(qū)動元件選擇、電動轉(zhuǎn)位刀架的選擇和CNC系統(tǒng)的選型。對普通車床進行經(jīng)濟型數(shù)控化改造符合我國國情，即適合我國目前的經(jīng)濟水平和生產(chǎn)水平，又是國內(nèi)許多企業(yè)提高生產(chǎn)設(shè)備自動化水平和精密程度的主要途徑，在我國有著廣闊的市場。從另一個角度來說，該設(shè)計既有機床結(jié)構(gòu)方面內(nèi)容，又有機械加工方面內(nèi)容，還有數(shù)控技術(shù)方面的內(nèi)容，有利于將大學(xué)所學(xué)的知識進行綜合運用。雖然設(shè)計者未曾系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過機床設(shè)計的課程，但通過該設(shè)計拓寬了知識面，增強了實踐能力，對普通機床和數(shù)控機床都有了進一步的了解。畢業(yè)設(shè)計作為我們在大學(xué)校園里的最后一堂課、最后一項測試，它既是一次鍛煉，也是一次檢驗，在整個設(shè)計過程中，我獲益匪淺。由于畢業(yè)設(shè)計是我的第一次綜合性設(shè)計，無論是設(shè)計本人的紕漏還是經(jīng)驗上的缺乏都難免導(dǎo)致設(shè)計的一些失誤和不足，在此，懇請老師和同學(xué)們給以指正。 摘要 以CA6140型普通車床的數(shù)控化改造為例,闡述車床數(shù)控化改造的方案、工作原理,說明如何改造現(xiàn)有的普通車床,指出設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)的方法和步驟,為企業(yè)進行數(shù)控化技術(shù)改造提供了一種途徑。分析了機械制造行業(yè)車削零件的切削特性，介紹了在CA6140車床上加工鑄鐵、硬質(zhì)合金切削力的計算方法；同時較詳細地闡述了CA6140車床數(shù)控化改造中步進電動機負載轉(zhuǎn)矩的設(shè)計計算和機械改裝設(shè)計。成功地解決了機床數(shù)控化改造中的難題。關(guān)鍵詞：普通車床;數(shù)控化改造; 切削力AbstractIn this paper,taking example for CA6140 common lathe,we represented the scheme and operating principle of the NC reforming of lathe and how to reform existing common lathe. We showed method and process of NC system design,and offered a way of NC reforming for corporations. The characteristic of machinery manufacturing industry in the field of metallurgy and steelrolling is analyzed, the calculation method of cutting force when processing cast iron or hard alloy parts on lathe CA6140 was illustrated in this paper. Moreover, the method of NC reformation of lathe CA6140,design calculation and mechanical reformation design of step motor load torque were also introduced. The difficulties in NC reformation of lathe were solved successfully.Keyword：Common lathe;NC Reformation;cutting force2. 數(shù)控機床簡介2.1數(shù)控車床機床是人類進行生產(chǎn)勞動的重要工具，也是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志。 普通機床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)及自動化，精密機械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用，生產(chǎn)了機電一體化的新型機床一一數(shù)控機床。數(shù)控機床一經(jīng)使用就顯示出了它獨特的優(yōu)越性和強大生命力，使原來不能解決的許多問題，找到了科學(xué)解決的途徑。 數(shù)控機床是一種通過數(shù)字信息，控制機床按給定的運動軌跡，進行自動加工的機電一體化的加工裝備，經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，數(shù)控機床已是現(xiàn)代制造業(yè)的重要標志之一，在我國制造業(yè)中，數(shù)控機床的應(yīng)用也越來越廣泛，是一個企業(yè)綜合實力的體現(xiàn)。 數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的萬能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點于一身，是國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床。要學(xué)好數(shù)控車床理論和操作，就必須勤學(xué)苦練，從機械制圖，普通車床的工藝和操作等方面打好基礎(chǔ)。 因此，必須首先具有普通車工工藝學(xué)知識然后才能從掌握人工控制轉(zhuǎn)移到數(shù)字控制方面來，另一方面，若沒有學(xué)好有關(guān)數(shù)學(xué)、電工學(xué)、公差與配合及機械制造等內(nèi)容，要學(xué)好數(shù)控原理和程序編制等，也會感到十分困難。熟悉零件工藝要求，正確處理工藝問題。2.2數(shù)控車床的分類數(shù)控車床的外形與普通車床相似，即由床身、主軸箱、刀架、進給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控車床的進給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)普通車床有進給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車床是直接用伺服電機通過滾珠絲杠驅(qū)動溜板和刀架實現(xiàn)進給運動，因而進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡化。數(shù)控車床品種繁多，規(guī)格不一，可按如下方法進行分類。 2.2.1 按車床主軸位置分類 (1)立式數(shù)控車床 立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控立車，其車床主軸垂直于水平面，一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復(fù)雜零件。(2)臥式數(shù)控車床 臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床。其傾斜導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。 2.2.2 按加工零件的基本類型分類(1)卡盤式數(shù)控車床 這類車床沒有尾座，適合車削盤類(含短軸類)零件。夾緊方式多為電動或液動控制，卡盤結(jié)構(gòu)多具有可調(diào)卡爪或不淬火卡爪(即軟卡爪)。(2)頂尖式數(shù)控車床 這類車床配有普通尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長的零件及直徑不太大的盤類零件。 2.2.3 按刀架數(shù)量分類(1)單刀架數(shù)控車床 數(shù)控車床一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥動轉(zhuǎn)位刀架或多工位轉(zhuǎn)塔式自動轉(zhuǎn)位刀架。(2)雙刀架數(shù)控車床 這類車床的雙刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。 2.2.4 按功能分類（1）經(jīng)濟型數(shù)控車床 采用步進電動機和單片機對普通車床的進給系統(tǒng)進行改造后形成的簡易型數(shù)控車床，成本較低，但自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。其主要有以下的優(yōu)點：1.適應(yīng)性強，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。2.加工精度高；3.生產(chǎn)效率高；4.減輕勞動強度，改善勞動條件；5.良好的經(jīng)濟效益；6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。（2）普通數(shù)控車床 根據(jù)車削加工要求在結(jié)構(gòu)上進行專門設(shè)計并配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車床，數(shù)控系統(tǒng)功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。這種數(shù)控車床可同時控制兩個坐標軸，即X軸和Z軸。（3）車削加工中心 在普通數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增加了C軸和動力頭，更高級的數(shù)控車床帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標軸，聯(lián)動控制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和銑削動力頭，這種數(shù)控車床的加工功能大大增強，除可以進行一般車削外可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。 2.2.5 其它分類方法按數(shù)控系統(tǒng)的不同控制方式等指標，數(shù)控車床可以分很多種類，如直線控制數(shù)控車床，兩主軸控制數(shù)控車床等;按特殊或?qū)ｉT工藝性能可分為螺紋數(shù)控車床、活塞數(shù)控車床、曲軸數(shù)控車床等多種。3.老設(shè)備數(shù)控化改造意義及現(xiàn)狀3.1機床數(shù)控化改造的作用1）節(jié)省資金。 機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。對于附加價值很高的普通機床或數(shù)控機床，通過數(shù)控化改造，平均可比購置同樣性能級別的新機床節(jié)約成本6080，且可基本達到原有新機床的性能水平。同時，用戶還可靈活選取所需要的功能。 由于機床是耐用品，其鋼鐵材料價值和機械零部件的制造成本價值等附加值較大，具有較高的回收利用價值。專家指出，機床既可以進行整機的數(shù)控化改造，也可以進行零部件的數(shù)控化改造。 在整機的綜合數(shù)控化改造方面，可提高普通機床、數(shù)控機床、大（重）型機床等的整機數(shù)控化、自動化、綠色化水平，實現(xiàn)功能恢復(fù)及提升。零部件數(shù)控化改造則是指對主要零部件及元件可以通過修復(fù)等方法恢復(fù)其性能。 可以說，機床零部件的數(shù)控化改造空間更大，如床身、導(dǎo)軌、工作臺、立柱、底座、渦輪蝸桿等零部件可利用高新表面處理技術(shù)或刮研、精刨、磨削等機械方法進行處理，恢復(fù)其表面性能。這些舊件時效越長穩(wěn)定性越好，數(shù)控化改造后的機床性能穩(wěn)定，可靠性好。據(jù)了解，機床重量的75%以上都可以進行數(shù)控化改造。而軸承、液氣壓系統(tǒng)及冷卻潤滑系統(tǒng)零部件、離合器及制動裝置（閘）、密封圈及墊圈等零部件如果損壞則需要用同種類的新零部件進行替代。同時，機床的數(shù)控化改造很有典型性，因為機床屬于標準化產(chǎn)品，功能部件互換性好，可以大大簡化數(shù)控化改造工藝。 從經(jīng)濟性角度來看，機床數(shù)控化改造投入資金少，周期短。其成本主要包括機械部分修復(fù)費用、電氣及數(shù)控部分改裝費用、購置及安裝新功能部件費用、數(shù)控化改造設(shè)計及調(diào)試費用等。據(jù)統(tǒng)計，對于附加價值很高的普通機床或數(shù)控機床，通過數(shù)控化改造充分利用機床的原有零部件，節(jié)約制造這些零部件的成本，平均可比購置同樣性能級別的新機床節(jié)約成本6080，且數(shù)控化改造后的機床可基本達到原有新機床的性能水平。同時，用戶可以根據(jù)機床的狀態(tài)及工藝要求來選擇數(shù)控系統(tǒng)或其他功能，進一步節(jié)省成本。另外，精密機床及大（重）型機床的數(shù)控化改造比制造新機床的周期要短的多，如一臺鏜桿直徑250mm的數(shù)控落地銑鏜床，如果購買新機床，從下訂單到交貨至少需要18個月的時間。而如果利用舊機床進行數(shù)控化改造，只需要810個月。這期間節(jié)省的時間往往可以收回成本。而且，一般大型機床的數(shù)控化改造費用只占新機床購置費用的三分之一。 綜合來看，數(shù)控化改造的機床無論是加工精度、加工效率都大大提高，而加工時間，特別是各種輔助時間也將大大減少，加工效率提高30%以上。同時，數(shù)控化改造后的數(shù)控機床也可以批量加工精密復(fù)雜機床，大大降低加工成本。 2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 3） 提高生產(chǎn)效率。 機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至5倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。 3.2：國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等情況(文獻綜述)，尚待解決的問題眾所周知，企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、得到發(fā)展,就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出滿足市場需求、性能合適的產(chǎn)品。目前,采用先進的數(shù)控機床已成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。購買新的數(shù)控機床是提高數(shù)控化率的主要途徑,而改造舊機床、配備數(shù)控系統(tǒng)把普通機床改裝成數(shù)控機床也是提高機床數(shù)控化率的另一條有效途徑。機床數(shù)控化改造的市場目前在我國有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高等不良因素，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。3.2.1日本機床發(fā)展走向 日本機械工業(yè)協(xié)會已制定2010至2025年機床 技術(shù)革新戰(zhàn)略，重點在強調(diào)網(wǎng)絡(luò)連接加工型態(tài)、信息化/智能化對應(yīng)技術(shù)、遠距離診斷/控制、三維電腦輔助設(shè)計/電腦輔助制造（3DCAD/CAM）、環(huán)境調(diào)和、省能源、微小化、高精度、高速化對應(yīng)技術(shù)等。日本雖經(jīng)歷十年不景氣，但機床廠對未來十年市場仍樂觀。各廠紛紛加強信息科技技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、環(huán)境保護、人材培養(yǎng)、經(jīng)營彈性、顧客滿意度、收益能力等。 3.2.2 美國機床發(fā)展趨勢 1美國企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)企業(yè)對企業(yè)（B2B）的服務(wù)有效整合供應(yīng)商與客戶的采購和存貨系統(tǒng)；大型汽車公司（通用、福特、戴姆勒/克萊斯勒）和航天航空公司（波音、洛克希德）都通過B2B在全球范圍內(nèi)與相關(guān)體系同步設(shè)計開發(fā)。機床業(yè)的制程管理、遠端監(jiān)控、故障排除和售后服務(wù)日漸普及。 2銑床主軸采用液壓軸成模具，運用非接觸式取代滾珠軸承；線性馬達擺脫應(yīng)用限制，進入商品化。 3精密測量的應(yīng)用，如掃描設(shè)備附加于加工設(shè)備，可短時間收集大量信息，加以分析、解讀，可使使用者快速調(diào)整步伐。 4各類刀具加工及應(yīng)用軟件有較大發(fā)展。一是電腦輔助設(shè)計軟件可進行立體曲面加工，滿足客戶特殊需求；二是模具行業(yè)可通過網(wǎng)絡(luò)連接。可見，電子化、高速化、精密化已明顯成為美國機床業(yè)發(fā)展的主軸。3.2.3 韓國機床發(fā)展規(guī)劃 韓國已制定機械工業(yè)十大發(fā)展計劃，包括：機械園區(qū)、尖端生產(chǎn)系統(tǒng)、設(shè)計技術(shù)、研究技術(shù)革新中心、高速/智能加工、機械零件設(shè)計、紡織機械研究、模具技術(shù)綜合支援中心、電子商務(wù)系統(tǒng)等，總計投入約8790億韓元（1美元約合1307韓元）。預(yù)期到2010年韓國機械產(chǎn)業(yè)的自給率達到80%，2005年則定為機械工業(yè)貿(mào)易平衡的第一年。3.2.4 中國“十五”發(fā)展思路 中國已成為世界最大的機床消費市場，目前機床保有量近700萬臺。若按3%的年機床報廢淘汰率進行估算，每年將有近20萬臺機床進入數(shù)控化改造行列，約占每年生產(chǎn)新機床產(chǎn)量的一半左右。 機床是機械制造業(yè)的基本加工設(shè)備，而機械工業(yè)是國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和支撐，為國民經(jīng)濟各部門提供技術(shù)裝備的能力和水平，在很大程度上取決于機床的水平。2001年以來，隨著我國重大工程的不斷建設(shè)，機械行業(yè)整體都出現(xiàn)了較快的發(fā)展，機床行業(yè)也迅速發(fā)展。 按國家統(tǒng)計局機床工具大行業(yè)數(shù)據(jù)，2007年4291家企業(yè)合計完成工業(yè)總產(chǎn)值2747.7億元，同比增長35.5%。金切機床產(chǎn)量606835臺，同比增長11.7%，其中，數(shù)控金切機床產(chǎn)量123257臺，同比增長32.6%。中國機床產(chǎn)值繼續(xù)保持世界第三，出口上升為世界第八，消費和進口連續(xù)6年保持世界第一。中國成為世界最大的機床消費市場，消費了世界機床產(chǎn)值的五分之一。 近幾年來，高精度機床、數(shù)控機床和大型機床雖然產(chǎn)量增長迅速，但由于基數(shù)太小而在機床產(chǎn)品中所占的份額依然不高。專家指出，普通型機床仍是我國的主導(dǎo)機床產(chǎn)品，這一比例在短時間內(nèi)不會發(fā)生巨大變化。 與此同時，我國機床的數(shù)控化率還很低。根據(jù)中國機床工具協(xié)會提供的統(tǒng)計資料，20002006年，我國設(shè)備生產(chǎn)廠共生產(chǎn)數(shù)控設(shè)備29.04萬臺，出口約3萬臺，銷售到國內(nèi)為26.04萬臺；共進口數(shù)控設(shè)備2.2萬臺。2007年生產(chǎn)數(shù)控機床超過12萬臺。另外，在“十五”期間更新改造約10萬臺數(shù)控設(shè)備，再加上2000年前我國約保有數(shù)控設(shè)備近9萬臺，由此估計我國目前數(shù)控設(shè)備保有量約77萬臺左右。 目前，我國數(shù)控化率整體呈逐年遞增趨勢，據(jù)統(tǒng)計，我國的數(shù)控化率已由1992年的3.2遞增到2005年13.3。不過，這與日本、美國、德國等發(fā)達國家6070的產(chǎn)量數(shù)控化率和8090的產(chǎn)值數(shù)控化率相比，我國設(shè)備產(chǎn)品的數(shù)控化率水平還顯得太低。雖然我國是世界上機床保有量最大的國家。據(jù)統(tǒng)計，目前我國機床保有量近700萬臺。但我國機床整體水平仍然比較落后，很多20世紀80年代以前的產(chǎn)品，仍在超期服役，帶病操作，存在不同程度的磨損、劃傷，精度顯著下降，已難以滿足加工精度的要求。目前役齡10年以上的機床占60以上，這些機床在未來510年都可能陸續(xù)面臨大修提升甚至功能性報廢或技術(shù)性淘汰，從而形成一筆相當規(guī)模的可循環(huán)利用的數(shù)控化改造潛在資源。若按3%的年機床報廢淘汰率進行估算，每年將有近20萬臺機床以報廢、閑置、技術(shù)性或功能性淘汰等形式對數(shù)控化改造和提升提出需求，約占每年生產(chǎn)新機床產(chǎn)量（4050萬臺）的一半左右。在“十一五”期間將有接近100萬臺機床面臨各種形式的報廢。此外，我國的許多精密機床及大（重）型機床主要依賴于進口，我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從19791988年10年間，全國引進技術(shù)改造項目就有18446項，大約165.8億美元。這些重大機床設(shè)備的價格極其昂貴，從2001年開始陸續(xù)面臨報廢。面對我國從制造大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆妵陌l(fā)展趨勢，這些各種形式的報廢及老舊機床都必將轉(zhuǎn)入機床數(shù)控化改造的行列。機床數(shù)控化改造在我國的發(fā)展和興起不僅可以實現(xiàn)量大面廣的老舊機床設(shè)備資源的回收循環(huán)再利用，節(jié)約資源能源，減少環(huán)境污染，還將形成新興的機床數(shù)控化改造與服務(wù)產(chǎn)業(yè)，具有重要的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。中國21世紀初期機械工業(yè)戰(zhàn)略定位為：從機械產(chǎn)品生產(chǎn)大國變成以市場競爭力為標志的機械工業(yè)強國；從機械設(shè)備進口大國變成機械產(chǎn)品貿(mào)易大國；從側(cè)重于以出口為導(dǎo)向生產(chǎn)轉(zhuǎn)為向生產(chǎn)和消費雙重領(lǐng)域拓展。在此定位下，到2005年，培育成50個具有國際競爭力的大型企業(yè)，爭取一至二個企業(yè)進入世界前500名，前100個企業(yè)集中度達30%以上。組織結(jié)構(gòu)由“橄欖型”向“啞鈴形”轉(zhuǎn)變，建立以大帶小，以小保大的組織體系。電力設(shè)備、NC機床 、機械基礎(chǔ)設(shè)備、轎車等重點領(lǐng)域的大型企業(yè)具備自主開發(fā)能力，扭轉(zhuǎn)主力產(chǎn)品技術(shù)過分依賴國外的局面。我國中檔數(shù)控機床的技術(shù)水平、整體質(zhì)量和可靠性等不斷提高,市場競爭力越來越強;以整機為龍頭,帶動了數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、刀具等功能部件的快速發(fā)展;一大批多軸聯(lián)動高精尖數(shù)控設(shè)備的成功研制和應(yīng)用,打破了國外的技術(shù)封鎖。 機械行業(yè)隨著改革的推進和經(jīng)濟的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。但是，我國的機械行業(yè)與西方發(fā)達國家相比還有一定的差距。在我國的一些中小企業(yè)還是以普通車床或組合車床為主要的加工設(shè)備。隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，普通車床的劣勢越來越明顯。于是，一些中小企業(yè)在資金有限的情況下，對現(xiàn)有的普通車床進行數(shù)控化改造，這樣及可以降低生產(chǎn)成本又提高了生產(chǎn)率。回轉(zhuǎn)刀架是車床上的主要零件，合理的選配刀架，并正確實施控制，能夠有效地提高勞動生產(chǎn)率，縮短加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高；尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時，很重要的一點是車床配有易于控制的刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活，方便地完成各種幾何形狀的加工。所以，在普通車床的數(shù)控化改造中，對于普通車床的回轉(zhuǎn)刀架的數(shù)控化改造是非常重要的。因為，數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床重要部件之一, 它在一定程度上標志著數(shù)控車床的技術(shù)水平, 并且與加工精度和生產(chǎn)效率密切相關(guān)。因此, 國內(nèi)外都在不斷地提高數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的重復(fù)定位精度和轉(zhuǎn)位速度, 以適應(yīng)高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)的要求。所以，我國在現(xiàn)有條件下應(yīng)該對普通車床的回轉(zhuǎn)刀架進行數(shù)控化改造，以縮小與發(fā)達國家的差距。這樣有利于我國機械行業(yè)的更新?lián)Q代，并且提高了工作效率和減少了操作者的勞動強度4原CA6140普通車床的數(shù)控化改造4.1 CA6140普通車床基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)簡介4.1.1 CA6140普通車床的主要結(jié)構(gòu)部件主軸箱：又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機傳來的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過一系列的變速機構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時主軸箱分出部分動力將運動傳給進給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機床的使用價值就會降低。進給箱：又稱走刀箱，進給箱中裝有進給運動的變速機構(gòu)，調(diào)整其變速機構(gòu)，可得到所需的進給量或螺距，通過光杠或絲杠將運動傳至刀架以進行切削。絲杠與光杠：用以聯(lián)接進給箱與溜板箱，并把進給箱的運動和動力傳給溜板箱，使溜板箱獲得縱向直線運動。絲杠是專門用來車削各種螺紋而設(shè)置的，在進行工件的其他表面車削時，只用光杠，不用絲杠。同學(xué)們要結(jié)合溜板箱的內(nèi)容區(qū)分光杠與絲杠的區(qū)別。溜板箱：是車床進給運動的操縱箱，內(nèi)裝有將光杠和絲杠的旋轉(zhuǎn)運動變成刀架直線運動的機構(gòu)，通過光杠傳動實現(xiàn)刀架的縱向進給運動、橫向進給運動和快速移動，通過絲杠帶動刀架作縱向直線運動，以便車削螺紋。刀架、尾架和床身。4.1.2 CA6140車床具有以下技術(shù)參數(shù)床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑： 400 mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑： 210 mm最大工件長度： 750-2000 mm主軸轉(zhuǎn)速等級： 24級主軸的正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(RPM)： 10-1400進給的等級： 64縱向進給量： 0.028-6.33mm/rev.橫向進給量： 0.014-3.16mm/rev.車削螺紋范圍：米制螺紋 1-192 mm英制螺紋： 2-24 TPI徑節(jié)螺紋： 1-96 D.P.模數(shù)螺紋： 0.25-48 MOD.孔通過主軸： 50mm圓錐主軸： 6 Morse主電機功率： 7.5KW4.2 改造總體方案設(shè)計4.2.1 CA6140數(shù)控化改造主要有以下幾點（1） 恢復(fù)精度：通過中小修，首先對CA6140車床存在的故障部分進行診斷并恢復(fù),再對X ，Z方向?qū)к墶⒅鬏S承精度進行恢復(fù)。（2） 數(shù)字控制化：在CA6140普通車床上增加數(shù)控系統(tǒng)，電動刀架，主軸脈沖發(fā)生器，步進電動機，將其改造成NC車床。（3） CA6140車床的控制方式：控制系統(tǒng)的控制方式通常分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)3種。1） 半閉環(huán)控制方式：雖然控制精度較高，但改造費用較大。且多以直流、交流伺服電動機為驅(qū)動元件。不符合CA6140車床數(shù)控化改造的經(jīng)濟要求。所以不予采用。2） 閉環(huán)控制方式：由于需要直接測量出移動部件的實際位置，要在機床的相應(yīng)部位安裝直線檢測元件，工作量大、費用高、調(diào)試困難。因此，在機床數(shù)控化改造中一般不采用這種控制方式。3） 開環(huán)控制方式：無位置檢測反饋裝置，其加工精度由執(zhí)行元件和傳動機構(gòu)的精度來保證，定位精度較低（一般只能達到0.02/300mm），并且這種控制方式多以步進電動機為驅(qū)動元件，受步進電動機性能的影響，CA6140的進給速度一般不高。但這種控制方式投資少，安裝調(diào)試方便，因此，適用于精度要求一般的CA6140機床改造，也是目前車床數(shù)控化改造中應(yīng)用最為普遍的一種。在這次CA6140車床數(shù)控化改造中選用開環(huán)控制方式。（4） 主傳動變速：普通機床的主傳動一般都采用普通交流電動機拖動，主運動變速由變速箱內(nèi)各滑移齒輪位置的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。如果要求主運動實現(xiàn)自動變速，則需采用液壓撥叉和電磁離合器實現(xiàn)，但這往往需重新設(shè)計和制造主軸箱；也可用直流電動機代替原普通交流電動機，并配置相應(yīng)的直流調(diào)速裝置，實現(xiàn)寬范圍無極平滑調(diào)速，但這種方法所需投資較大。在CA6140數(shù)控化改造中，如果進行主運動自動變速的改造，必然使機床改造的費用大幅度上升，改造周期也將延長。因此，在這次改造中，對原機床的主傳動系統(tǒng)，變速部分均維持不變。主軸箱保留。（5） 導(dǎo)軌副：普通CA6140車床的導(dǎo)軌多采用滑動導(dǎo)軌。若把滑動導(dǎo)軌改為滾動導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，要求工藝復(fù)雜，許多相關(guān)零件組需進行更換或加工，改造工作量大、周期長，改造費用高，實現(xiàn)起來比較困難。所以在這次CA6140車床數(shù)控化改造中保留原滑動導(dǎo)軌。但要進行修理，如鏟、刮或磨削。（6） 傳動元件：CA6140普通車床通常采用普通滑動絲杠副。而在數(shù)控車床中由于要求移動部件靈敏、精度高、反應(yīng)快、無爬行，多采用滾珠絲杠副來滿足要求。但滾珠絲杠制造工藝復(fù)雜，加工精度要求高，因此價格要比普通滑動絲杠副高出許多。在這次CA6140車床數(shù)控化改造中。原有的滑動絲杠螺母副僅在車削螺紋時才使用，所以磨損小，精度保持性較好；為了使改造方案容易實現(xiàn)，降低改造費用，仍使用原有的普通滑動絲杠。進給傳動部分：一般CA6140車床的齒輪主要集中在主軸箱。進給變速箱拆除，以減小轉(zhuǎn)動慣量。這次數(shù)控化改造中采用原主軸箱。（7） 刀架部分：在對CA6140普通車床進行改造時，主要應(yīng)該解決的問題是，如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位改造成由數(shù)控系統(tǒng)控制的刀架實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)位以及自動進給的自動加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床?？焖贉蚀_地換刀是每一臺數(shù)控機床所必須具備的功能，在經(jīng)濟型數(shù)控車床上通常采用四方、五方或六方自動轉(zhuǎn)位刀架。按照工作原理的不同，自動轉(zhuǎn)位刀架可分為螺旋轉(zhuǎn)位刀架、十字槽轉(zhuǎn)位刀架、凸臺棘爪式轉(zhuǎn)位刀架、電磁式轉(zhuǎn)位刀架和液壓式轉(zhuǎn)位刀架。在這次CA6140車床數(shù)控化改造中選用四工位電動刀架。（8） 螺紋加工：增加主軸脈沖發(fā)生器，可實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速與進給速度成不同比例，用于加工螺紋。所以，在這次CA6140數(shù)控化改造中，主要是將手動刀架換為電動回轉(zhuǎn)刀架、增加CNC數(shù)控系統(tǒng)、X、Z進給改為步進電動機驅(qū)動。以下是對這三方面進行改造的詳細介紹。4.2.2 CA6140車床數(shù)控化改造原理圖CNC系統(tǒng)電動刀架原CA6140車床X方向步進電動機Z方向步進電動機脈沖發(fā)生器4.3 CNC系統(tǒng)選型我國常用數(shù)控系統(tǒng)分為華中數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控系統(tǒng)，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)，西門子數(shù)控系統(tǒng)等。 FANUC系統(tǒng)是日本富士通公司的產(chǎn)品，通常其中文譯名為發(fā)那科。FANUC系統(tǒng)進入中國市場有非常悠久的歷史，有多種型號的產(chǎn)品在使用，使用較為廣泛的產(chǎn)品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在這些型號中，使用最為廣泛的是FANUC0系列。系統(tǒng)在設(shè)計中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易于拆裝、各個控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC系統(tǒng)設(shè)計了比較健全的自我保護電路。PMC信號和PMC功能指令極為豐富，便于工具機廠商編制PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。系統(tǒng)提供串行RS232C接口，以太網(wǎng)接口，能夠完成PC和機床之間的數(shù)據(jù)傳輸。FANUC系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作界面友好，系統(tǒng)各系列總體結(jié)構(gòu)非常的類似，具有基本統(tǒng)一的操作界面。FANUC系統(tǒng)可以在較為寬泛的環(huán)境中使用，對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應(yīng)性很強。但FANUC的缺點是復(fù)雜曲面上的 算法 稍微差一點，一般的曲面是看不出什么的。偶爾有機床補償失敗現(xiàn)象，一般一2個月出現(xiàn)1-2次。這個是對大型企業(yè)詢問了解到的，我也遇到1次，補償了30絲都沒有起作用，關(guān)機以后又好了。這對于數(shù)控化改造中卻是致命傷！穩(wěn)定性算一般，編程方便點。但對于其他數(shù)控系統(tǒng)這并不能算是什么優(yōu)勢。再加上它的價格并不便宜。所以我決定放棄選用FANUC系統(tǒng)。而對于這次CA6140數(shù)控化改造，對于經(jīng)濟性有著較高的要求。廣州數(shù)控目前在市面上的價格比FANUC還要低。而且他也具備了FANUC數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。能滿足一般的零件加工要求。所以在這次CA6140數(shù)控化改造中，我選用廣州數(shù)控系統(tǒng)。4.3.1 廣州數(shù)控系統(tǒng)的介紹廣州數(shù)控型號繁多，有GSK980TA1車床數(shù)控系統(tǒng) GSK 983T-H/V車床數(shù)控系統(tǒng) GSK 980TDa車床數(shù)控系統(tǒng) GSK980TB/GSK980TB1車床數(shù)控系統(tǒng) GSK 980TD1車床數(shù)控系統(tǒng) GSK 980TD車床數(shù)控系統(tǒng) GSK 928TEa車床數(shù)控系統(tǒng) GSK 928TC-2車床數(shù)控系統(tǒng)GSK 928TC車床數(shù)控系統(tǒng) GSK 928TB車床數(shù)控系統(tǒng) GSK 928TA車床數(shù)控系統(tǒng)等等。其中，GSK980TD新一代的普及型車床數(shù)控系統(tǒng),采用32位高性能CPU和超大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA，運用實時多任務(wù)控制技術(shù)和硬件插補技術(shù)，實現(xiàn)m級精度運動控制和PLC邏輯控制。GSK980TD1車床CNC是GSK980TD的升級產(chǎn)品，采用7.4英寸LCD顯示器，具備PLC梯形圖顯示、實時監(jiān)控功能，提供操作面板I/O接口，可由用戶設(shè)計、選配獨立的操作面板。GSK980TD1具有卓越的性價比，是中檔數(shù)控車床的最佳選擇。4.3.1.1 GSK980TD1操作面板示意圖4.3.1.2 GSK980TD1具有以下特點 X、Y、Z三軸控制，X、Z兩軸聯(lián)動 進給軸可定義為PLC控制軸（PLC軸控功能） 具有螺距誤差補償、刀尖半徑補償、刀具磨損補償、反向間隙補償功能 支持公制/英制編程，具有自動倒角功能、刀具壽命管理功能 具有實時時鐘、報警日志和多級操作權(quán)限管理功能 7.4單色LCD顯示器，支持中文、英文、西班牙文顯示和軌跡圖形顯示 內(nèi)嵌式PLC，梯形圖在線實時監(jiān)控； 4.3.1.3 GSK980TD1 G代碼表指令名 功 能 指令名 功 能 G00 快速定位 G50 設(shè)置工件坐標系 G01 直線插補 G65 宏指令 G02 順時針圓弧插補 G70 精加工循環(huán) G03 逆時針圓弧插補 G71 軸向粗車循環(huán) G04 暫停、準停 G72 徑向粗車循環(huán) G10 數(shù)據(jù)輸入方式有效 G73 封閉切削循環(huán) G11 取消數(shù)據(jù)輸入方式 G74 軸向切槽循環(huán) G20 英制單位選擇 G75 徑向切槽循環(huán) G21 公制單位選擇 G76 多重螺紋切削循環(huán) G28 自動返回機械零點 G90 軸向切削循環(huán) G30 回機床第 2 、 3 、 4 參考點 G92 螺紋切削循環(huán) G32 等螺距螺紋切削 G94 徑向切削循環(huán) G33 Z 軸攻絲循環(huán) G96 恒線速控制 G34 變螺距螺紋切削 G97 取消恒線速控制 G40 取消刀尖半徑補償 G98 每分進給 G41 刀尖半徑左補償 G99 每轉(zhuǎn)進給 G42 刀尖半徑右補償 4.3.1.4 GSK980TD1主要技術(shù)參數(shù)圖X、Y、Z三軸控制，X、Z兩軸聯(lián)動,m級插補精度，最高速度30m/min 進給軸可定義為PLC控制軸（PLC軸控功能） 具有螺距誤差補償、刀尖半徑補償、刀具磨損補償、反向間隙補償功能 支持公制/英制編程，具有自動倒角功能、刀具壽命管理功能 輸出0V10V或10V主軸轉(zhuǎn)速信號，可適配伺服主軸或主軸變頻器 具有實時時鐘、報警日志和多級操作權(quán)限管理功能 7.4單色LCD顯示器，支持中文、英文、西班牙文顯示和軌跡圖形顯示 內(nèi)嵌式PLC，梯形圖在線實時監(jiān)控； 40/32點通用I/O，可選配CAN-Bus遠程I/O； 64/64點操作面板I/O，用戶可自由配置操作面板； X、Y、Z三軸控制，X、Z兩軸聯(lián)動,m級插補精度，最高速度30m/min 進給軸可定義為PLC控制軸（PLC軸控功能） 具有螺距誤差補償、刀尖半徑補償、刀具磨損補償、反向間隙補償功能 支持公制/英制編程，具有自動倒角功能、刀具壽命管理功能 輸出0V10V或10V主軸轉(zhuǎn)速信號，可適配伺服主軸或主軸變頻器 具有實時時鐘、報警日志和多級操作權(quán)限管理功能 7.4單色LCD顯示器，支持中文、英文、西班牙文顯示和軌跡圖形顯示 內(nèi)嵌式PLC，梯形圖在線實時監(jiān)控； 40/32點通用I/O，可選配CAN-Bus遠程I/O； 64/64點操作面板I/O，用戶可自由配置操作面板；由于在功能上能滿足此次數(shù)控化改造的要求，價格便宜。指令和FANUC差不多。所以在此次CA6140車床數(shù)控化改造中我選用廣州數(shù)控的GSK980TD1系統(tǒng)。44 伺服驅(qū)動電機選型4.4.1 伺服驅(qū)動電機的類型有開環(huán)伺服系統(tǒng)由步進電動機和步進電動機驅(qū)動線路組成。數(shù)控裝置根據(jù)輸入指令，經(jīng)過運算發(fā)出脈沖指令給步進電動機驅(qū)動線路，從而驅(qū)動工作臺移動一定距離。這種伺服系統(tǒng)比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。只用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)由伺服電動機、比較線路、伺服放大線路、速度檢測器和安裝在工作臺上的位置檢測器組成。這種系統(tǒng)對工作臺實際位移量進行自動檢測并與指令值進行比較，用差值進行控制。這種系統(tǒng)定位精度高，但系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)試和維修困難，價格較貴，主要用于高精度和大型數(shù)控機床。 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理和閉環(huán)伺服系統(tǒng)相似，只是位置檢測器不是安裝在工作臺上，而是安裝在伺服電動機的軸上。這種伺服系統(tǒng)所能達以的精度、速度和動太特性優(yōu)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，其復(fù)雜性和成本低于閉環(huán)伺系統(tǒng)，主要用于大多數(shù)中小型數(shù)控機床。在這次CA6140車床數(shù)控化改造中我采用開環(huán)伺服系統(tǒng)的步進電動機。符合這次改造的經(jīng)濟性要求，且能滿足零件的加工要求。 4.4.2 CA6140車床加工特征及切削用量分析CA6140普通車床多用于機械制造行業(yè)鑄鐵、碳素鋼、合金鋼零件材料的加工外徑尺寸一般為50mm150mm。從上可知，其外形輪廓并不十分復(fù)雜，尺寸公差也不十分嚴格。由于車床車削用鑄鐵、碳素鋼或合金鋼零件材料制成，表面硬度一般在2530HRC之間，存在加工表面硬度較高、刀具磨損較快、切削力較大和切削過程讓刀等問題。根據(jù)車床車削材料硬度較高、加工中切削力較大、刀具磨損較快等特點，其加工中的切削用量一般選為:主軸轉(zhuǎn)速n=400r/min，進給量f=0.10.5mm/r，車外圓的背吃刀量ap=0.53.5mm。從上述分析可知，CA6140普通車床工作過程中的高速下的扭矩、硬度、低進給量的強力切削，是我們這次數(shù)控化改造的重點和難點。再從改造的經(jīng)濟性和周期性考慮，我們選用了開環(huán)伺服系統(tǒng)的步進電動機。 4.4.3 伺服驅(qū)動電動機的設(shè)計計算和選型 4.4.3.1 切削力的計算 以切削力大、移動部件質(zhì)量大的縱向為例。設(shè)使用硬質(zhì)合金車刀車削30HRC的鑄鐵，最大背吃刀量ap=3.5mm，最大進給量f=0.5mm/r，最快的切削速度v=(dn)/1000=(3.14100400)/1000=125.6m/min。計算切削力的指數(shù)公式：用指數(shù)公式計算切削力，在金屬切削中得到廣泛的應(yīng)用。常用的指數(shù)公式的形式如下：Fz=cFZapXfzfFZvnFZkFZFy=cFyapXfyfFyvnFykFyFx=cFxapXfxfFxvnFxkFx式中： Fz切削力；Fz的國標為 Fc Fy背向力；Fy的國標為Fp Fx進給力；Fx的國標為FfcFZ, cFZ,cFx 決定于被加工金屬和切削條件的系數(shù)（查陳日曜金屬切削原理機械工業(yè)出版社 中P61 表4-1得）；Xfz、FZ、 nFZ 、Xfy、Fy、nFy、Xfx、Fx、nFx 分別為三個分力公式中，背吃刀量ap、進給量f和切削速度v的指數(shù)（表4-1）kFZ、kFy、kFx分別為三個分力計算中，當實際加工條件與所求得經(jīng)驗公式的條件不符時，各種因素對切削力的修正系數(shù)的積（表4-2表4-4）。Fz=cFZapXfzfFZvnFZkFZ9.8=2703.50.50.75125.6-0.151.359.8=3600(N) 4.4.3.2 步進電動機負載轉(zhuǎn)矩的計算 步進電動機負載轉(zhuǎn)矩與切削力FZ，移動部件運動時的摩擦力有關(guān)。設(shè)縱向移動部件重量G=10kg9.8=98N，刀架導(dǎo)軌副摩擦系數(shù)=0.18,縱向絲杠導(dǎo)程S=8mm，機械傳動效率=0.6，步進電動機減速器減速比I=12/5=2.4。則步進電動機負載轉(zhuǎn)矩為TF=（Fz+G）S10-3/(2I)=（3600+0.1898）810-3/（23.140.62.4）=3.2（Nm） 4.4.3.3 步進電動機的選型步進電動機啟動時的啟動力矩TQ=TF/（0.2-0.4），取安全系數(shù)為0.3，則TQ=TF/0.3=3.2/0.3=10.67（Nm）。CA6140車床車削時是一種低速大扭矩切削加工，加工時進給速度比較低，因此，步進電動機的工作頻率一般可滿足要求。根據(jù)市場供貨情況，我們選用了常州市常鋒電機有限公司的五相十拍混合式130BYG550型步進電動機作為縱向驅(qū)動電動機。該步進電動機步距角為0.36o/0.72 o,最大靜轉(zhuǎn)矩為35 Nm，可滿足設(shè)計要求。主要參數(shù)(Electrical Specifications):型 號相數(shù)保持轉(zhuǎn)距(N.m)電壓 (V)電流 (A)電阻 ()電感 (mH)轉(zhuǎn)動慣量 (g.cm?)引出線數(shù)定位力矩 (kg.cm)130BYG55052280-15050.45.02350.6由于橫向進給需用成型刀切削CA6140車床上裝夾的工件，切削力較大，故X方向也選用130BYG550型五相十拍混合式步進電動機作為驅(qū)動電動機。 4.4.4機械改裝設(shè)計 步進電動機與CA6140機床的連接既要充分利用機床原有的結(jié)構(gòu)形式，使機械改裝簡單；又要保證裝配精度，盡量減小步進電動機輸出功率在機械傳統(tǒng)中損耗。為了滿足以上兩個條件，X、Y坐標軸方向都選用長輸出軸步進電動機，并采用連接座將步進電動機與絲杠連接在一起。4.5 電動刀架選型（通過兩種以上方案比較）4.5.1 刀架的分類 (1) 排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。這種刀架在刀具布置和機床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。這種換刀方式迅速省時，有利于提高機床的生產(chǎn)效率。(2) 回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架，通過刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)機床的自動換刀動作，根據(jù)加工要求可設(shè)計成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀架。(3) 帶刀庫的自動換刀裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制?；谝陨显?，在這次CA6140數(shù)控化改造中，我決定選用四工位回轉(zhuǎn)刀架。當原車床上的刀架拆除時，能夠方便安裝。且能夠滿足經(jīng)濟性和能基本加工所有普通零件。4.5.2 根據(jù)刀架的主要參數(shù)進行選擇1.刀尖高：刀尖高指刀具刀尖至刀架底面的垂直距離，國內(nèi)生產(chǎn)的立式數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的刀尖高一般在51245mm，共8個規(guī)格。一般可根據(jù)數(shù)控車床的規(guī)格來選用相應(yīng)刀尖高的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。CA6140普通車床的刀尖高是200MM。2.刀架的工位數(shù)：刀架的工位數(shù)是數(shù)控車床刀架的第二主參數(shù)，應(yīng)根據(jù)在數(shù)控車床上所加工零件的工序數(shù)量來選擇，加工零件越復(fù)雜，工序數(shù)量越多，一般選用刀架的工位數(shù)也越多。LD4-I型系列立式四工位電動刀架采用渦輪蝸桿傳動，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的優(yōu)點。發(fā)信轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位采用霍爾元件，使用壽命長。3.定位精度和重復(fù)定位精度：定位精度指實際位置與指令位置的一致程度，而反復(fù)定位精度則是指在同一條件下操作方法不變，進行規(guī)定次數(shù)操作所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。刀架的定位精度和重復(fù)定位精度反映了刀架技術(shù)水平的高低。應(yīng)根據(jù)在數(shù)控車床上加工零件的精度來選擇，若加工零件的精度要求高，一般應(yīng)選擇高定位精度和高重復(fù)定位精度的刀架；在這次CA6140數(shù)控化改造中，我選用的LD4-I型四方電動刀架能滿足精度上的要求。所以選用此型號的刀架。4.單工位轉(zhuǎn)位時間：單工位轉(zhuǎn)位時間指刀架轉(zhuǎn)一個工位的時間，是刀架精定位機構(gòu)一端齒盤副松開、轉(zhuǎn)一個工位和剎緊全部時間的總和。刀架單工位轉(zhuǎn)位時間往往與主軸部件及其所攜帶工具的轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)。轉(zhuǎn)位時間的縮短，能減少加工的輔助時間，提高數(shù)控車床的生產(chǎn)效率。一般情況下，應(yīng)選擇單工位轉(zhuǎn)位時間短的刀架；LD4-I型四方電動刀架的單工位轉(zhuǎn)位時間是3秒。能適應(yīng)生產(chǎn)效率。所以可以選用LD4-I型四方電動刀架。5.分度頻率：分度頻率指刀架在工作的單位時間內(nèi)（一般規(guī)定為1h）所允許的最多轉(zhuǎn)位次數(shù)。它主要取決于刀架分度電氣系統(tǒng)的性能、主軸部件、傳動部件的轉(zhuǎn)動慣量等因素。一般情況下，應(yīng)選擇單位時間內(nèi)允許分度頻率高的刀架；由于我們的CA6140普通車床的數(shù)控化改造多用于加工普通零件。所以LD4-I型四方電動刀架能滿足要求?？紤]其經(jīng)濟效益。所以選用方式不變。6. 此外根據(jù)其他因素也可以來選擇：其他因素也可以作為選擇刀架的參考，例如，驅(qū)動刀架的動力源有電動和液動兩大類；刀架的剎緊方式有機械和液壓兩大類；刀架的發(fā)信號方式有機械碰撞式微動式開關(guān)和無觸點接近開關(guān)兩大類等。由于考慮到經(jīng)濟效率，在這次CA6140數(shù)控化的刀架改造部分中不考慮這些因素。綜上所述，數(shù)控車床用刀架的使用注意事項內(nèi)容非常廣泛，規(guī)定詳細具體，各種刀架的使用注意事項大部分是類似的，但由于各種刀架內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動作原理的差異，都各有其獨特的內(nèi)容，所以在實際使用時應(yīng)注意區(qū)別。CA6140車床數(shù)控化改造中常用的刀架一般為四工位或六工位的立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。數(shù)控車床的電動刀架由專門廠家生產(chǎn)。在這次CA6140車床數(shù)控化改造中，將原刀架改為常州武進機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I型四工位電動刀架。該刀架具有重復(fù)定位精度高、剛性好、使用壽命長、工藝性好等特點。價格在1000-2000元之間。此外，LD4-I型電動刀架的選用也考慮到了他的方便安裝這一原因。因為CA6140普通車床的原來的刀架在拆下后，在小托板上留下了4個螺栓的孔的安裝位置。此安裝位置與LD4-I型電動刀架的螺栓位置正好相同。這樣就不需要再拆除和加工小托板。省時又省力，結(jié)合這次經(jīng)濟性數(shù)控化改造的特點。所以最后決定選用常州武進機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I型電動刀架。4.6機械改裝設(shè)計 4.6.1 X軸機械改裝設(shè)計 未改裝前的X向機械結(jié)構(gòu)圖如下：橫向進給機構(gòu)改造。保留原手動機構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，步進電機、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。采用了一級齒輪減速，并用雙片齒輪錯齒法消除間隙，雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙，因為彈簧的彈力很難適應(yīng)負載的變化情況。當負載較大時，彈簧彈力顯得小，起不到自動消除間隙的作用；當負載較小時，彈簧彈力又顯得大，則加速齒輪的磨損。為此采用人工定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來消除間隙。刀架的改造。拆除原刀架和小拖板，換上數(shù)控刀架。橫向齒輪箱和絲杠全部加防護罩，以保持防塵和機床整體美觀。將CA6140車床原有的橫向絲杠通過鉗工打磨，使他的直徑等于聯(lián)軸器的內(nèi)徑。同樣打磨伺服電動機的主軸，使其的主軸直徑等于聯(lián)軸器的內(nèi)徑。然后把這3個部件裝配起來，并使用2個銷釘，在兩端并且互相垂直90度的方式把聯(lián)軸器連接起來。達到穩(wěn)固安裝的效果。改造后的X向機械效果圖如下： 4.6.2 Z軸機械改裝設(shè)計 未改造前Z向機械示意圖如下：縱向進給機構(gòu)的改造。拆除原機床的進給箱，利用原機床進給箱的安裝孔和銷孔安裝齒輪箱體。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端采用原固定方式，這樣可減小改裝現(xiàn)場，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進給整體剛性略優(yōu)于以前。采用了一級齒輪減速，并用雙片齒輪錯齒法消除間隙，雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙，因為彈簧的彈力很難適應(yīng)負載的變化情況。當負載較大時，彈簧彈力顯得小，起不到自動消除間隙的作用；當負載較小時，彈簧彈力又顯得大，則加速齒輪的磨損。為此采用人工定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來消除間隙。縱向齒輪箱和絲杠全部加防護罩，以保持防塵和機床整體美觀。和CA6140車床數(shù)控化改造的橫向機械改造方法相同。將CA6140車床原有的縱向絲杠通過手工打磨，使他的直徑等于聯(lián)軸器的內(nèi)徑。同樣打磨伺服電動機的主軸，使其的主軸直徑等于聯(lián)軸器的內(nèi)徑。然后把這3個部件裝配起來，并使用2個銷釘，在兩端并且互相垂直90度的方式把聯(lián)軸器連接起來。達到穩(wěn)固安裝的效果。改造后的Z向機械示意圖如下： 4.6.3 電動刀架改裝設(shè)計電動刀架的安裝和調(diào)試：1 刀架需安裝在配套的中拖板（其安裝刀架上平面的平面度允差為0.006mm）上。安裝應(yīng)保證刀架刀盤上的刀具刀尖與機床主軸中心等高，一般可在刀架與中拖板間加墊板來調(diào)整，墊板的厚度由用戶根據(jù)實測的中心高來確定；2 刀具與機床用4個螺釘和2個圓銷連接。中間沒有過渡墊板，在刀架剎緊狀態(tài)下，應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)塔軸線與機床主軸軸線平行度在0.02mm以內(nèi)；當安裝4個螺釘?shù)臅r候，拆開電動刀架后的電動機蓋，手動轉(zhuǎn)動里面的冷卻風(fēng)扇，使刀架轉(zhuǎn)動45，使原來的4個螺釘安裝孔暴露在外面，從而方便安裝螺釘，達到安裝目的。3 在刀盤上安裝刀夾和刀具時，應(yīng)最大限度地保持重量平衡，使刀架轉(zhuǎn)動平穩(wěn)和防止刀盤過沖；4 刀架發(fā)信號裝置在出廠前已調(diào)好，一般不要隨意調(diào)整；5 數(shù)控系統(tǒng)與發(fā)信系統(tǒng)連接時，必須注意線頭標號；6 刀架安裝完畢后，首先應(yīng)接線試機。電源接通后，如果發(fā)現(xiàn)刀架不能轉(zhuǎn)動，應(yīng)立即關(guān)閉電源，調(diào)換電動機電源相序，再進行試機。 電動刀架的安裝比較方便，產(chǎn)品出廠時備有連接孔。改造時將臥式車床上的原刀架拆下，將電動刀架裝上即可。在進行CA6140數(shù)控化改造時，去掉車床小拖板，將刀架置于中拖板上，卸