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1、-毕业设计（论文）正文-第 35 页正文1 绪论1.1 前言大学四年的学习生活即将结束，大学学习生活中的最后一个环节也是最重要一个环节毕业设计，是对所学知识和技能的综合运用和检验。本人的毕业设计课题是对CA6140普通车床进行数控化改造，其内容包括：总体方案设计、机械改装设计、伺服驱动元件选择、电动转位刀架的选择和CNC系统的选型。对普通车床进行经济型数控化改造符合我国国情，即适合我国目前的经济水平和生产水平，又是国内许多企业提高生产设备自动化水平和精密程度的主要途径，在我国有着广阔的市场。从另一个角度来说，该设计既有机床结构方面内容，又有机械加工方面内容，还有数控技术方面的内容，有利于将大学
2、所学的知识进行综合运用。虽然设计者未曾系统的学习过机床设计的课程，但通过该设计拓宽了知识面，增强了实践能力，对普通机床和数控机床都有了进一步的了解。毕业设计作为我们在大学校园里的最后一堂课、最后一项测试，它既是一次锻炼，也是一次检验，在整个设计过程中，我获益匪浅。由于毕业设计是我的第一次综合性设计，无论是设计本人的纰漏还是经验上的缺乏都难免导致设计的一些失误和不足，在此，恳请老师和同学们给以指正。 摘要 以CA6140型普通车床的数控化改造为例,阐述车床数控化改造的方案、工作原理,说明如何改造现有的普通车床,指出设计数控系统的方法和步骤,为企业进行数控化技术改造提供了一种途径。分析了机械制造行
3、业车削零件的切削特性，介绍了在CA6140车床上加工铸铁、硬质合金切削力的计算方法；同时较详细地阐述了CA6140车床数控化改造中步进电动机负载转矩的设计计算和机械改装设计。成功地解决了机床数控化改造中的难题。关键词：普通车床;数控化改造; 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 la
4、the. 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 pa
5、rts 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
6、Reformation;cutting force2. 数控机床简介2.1数控车床机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。 普通机床经经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。 数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企
7、业综合实力的体现。 数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。 因此，必须首先具有普通车工工艺学知识然后才能从掌握人工控制转移到数字控制方面来，另一方面，若没有学好有关数学、电工学、公差与配合及机械制造等内容，要学好数控原理和程序编制等，也会感到十分困难。熟悉零件工艺要求，正确处理工艺问题。2.2数控车床的分类数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和
8、润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。数控车床品种繁多，规格不一，可按如下方法进行分类。 2.2.1 按车床主轴位置分类 (1)立式数控车床 立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。(2)卧式数控车床 卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。 2.2.2
9、按加工零件的基本类型分类(1)卡盘式数控车床 这类车床没有尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。(2)顶尖式数控车床 这类车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。 2.2.3 按刀架数量分类(1)单刀架数控车床 数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。(2)双刀架数控车床 这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。 2.2.4 按功能分类（1）经济型数控车床 采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本
10、较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。（2）普通数控车床 根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。（3）车削加工中心 在普通数控车床
11、的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。 2.2.5 其它分类方法按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可以分很多种类，如直线控制数控车床，两主轴控制数控车床等;按特殊或专门工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等多种。3.老设备数控化改造意义及现状3.1机床数控化改造的作用1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比一
12、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。对于附加价值很高的普通机床或数控机床，通过数控化改造，平均可比购置同样性能级别的新机床节约成本6080，且可基本达到原有新机床的性能水平。同时，用户还可灵活选取所需要的功能。 由于机床是耐用品，其钢铁材料价值和机械零部件的制造成本价值等附加值较大，具有较高的回收利用价值。专家指出，机床既可以进行整机的数控化改造，也可以进行零部件的数控化改造。 在整机的综合数控化改造方面，可提高普通机床、数控机床、大（重）型机床等的
13、整机数控化、自动化、绿色化水平，实现功能恢复及提升。零部件数控化改造则是指对主要零部件及元件可以通过修复等方法恢复其性能。 可以说，机床零部件的数控化改造空间更大，如床身、导轨、工作台、立柱、底座、涡轮蜗杆等零部件可利用高新表面处理技术或刮研、精刨、磨削等机械方法进行处理，恢复其表面性能。这些旧件时效越长稳定性越好，数控化改造后的机床性能稳定，可靠性好。据了解，机床重量的75%以上都可以进行数控化改造。而轴承、液气压系统及冷却润滑系统零部件、离合器及制动装置（闸）、密封圈及垫圈等零部件如果损坏则需要用同种类的新零部件进行替代。同时，机床的数控化改造很有典型性，因为机床属于标准化产品，功能部件互
14、换性好，可以大大简化数控化改造工艺。 从经济性角度来看，机床数控化改造投入资金少，周期短。其成本主要包括机械部分修复费用、电气及数控部分改装费用、购置及安装新功能部件费用、数控化改造设计及调试费用等。据统计，对于附加价值很高的普通机床或数控机床，通过数控化改造充分利用机床的原有零部件，节约制造这些零部件的成本，平均可比购置同样性能级别的新机床节约成本6080，且数控化改造后的机床可基本达到原有新机床的性能水平。同时，用户可以根据机床的状态及工艺要求来选择数控系统或其他功能，进一步节省成本。另外，精密机床及大（重）型机床的数控化改造比制造新机床的周期要短的多，如一台镗杆直径250mm的数控落地铣
15、镗床，如果购买新机床，从下订单到交货至少需要18个月的时间。而如果利用旧机床进行数控化改造，只需要810个月。这期间节省的时间往往可以收回成本。而且，一般大型机床的数控化改造费用只占新机床购置费用的三分之一。 综合来看，数控化改造的机床无论是加工精度、加工效率都大大提高，而加工时间，特别是各种辅助时间也将大大减少，加工效率提高30%以上。同时，数控化改造后的数控机床也可以批量加工精密复杂机床，大大降低加工成本。 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
16、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。 3.2：国内外的现状和发展趋势等情况(文献综述)，尚待解决的问题众所周知，企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出满足市场需求、性能合适的产品。目前,采用先进的数控机床已成为我国制造技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的另一条有效途径。机床数控化改造的市场目前在我国有很大的发展空间，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、
17、档次低、成本高等不良因素，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。3.2.1日本机床发展走向 日本机械工业协会已制定2010至2025年机床 技术革新战略，重点在强调网络连接加工型态、信息化/智能化对应技术、远距离诊断/控制、三维电脑辅助设计/电脑辅助制造（3DCAD/CAM）、环境调和、省能源、微小化、高精度、高速化对应技术等。日本虽经历十年不景气，但机床厂对未来十年市场仍乐观。各厂纷纷加强信息科技技术及网络应用、环境保护、人材培养、经营弹性、顾客满意度、收益能力等。 3.2.2 美国机床发展趋势 1美国企业通过网络企业对企业（B2B）的服务
18、有效整合供应商与客户的采购和存货系统；大型汽车公司（通用、福特、戴姆勒/克莱斯勒）和航天航空公司（波音、洛克希德）都通过B2B在全球范围内与相关体系同步设计开发。机床业的制程管理、远端监控、故障排除和售后服务日渐普及。 2铣床主轴采用液压轴成模具，运用非接触式取代滚珠轴承；线性马达摆脱应用限制，进入商品化。 3精密测量的应用，如扫描设备附加于加工设备，可短时间收集大量信息，加以分析、解读，可使使用者快速调整步伐。 4各类刀具加工及应用软件有较大发展。一是电脑辅助设计软件可进行立体曲面加工，满足客户特殊需求；二是模具行业可通过网络连接。可见，电子化、高速化、精密化已明显成为美国机床业发展的主轴。
19、3.2.3 韩国机床发展规划 韩国已制定机械工业十大发展计划，包括：机械园区、尖端生产系统、设计技术、研究技术革新中心、高速/智能加工、机械零件设计、纺织机械研究、模具技术综合支援中心、电子商务系统等，总计投入约8790亿韩元（1美元约合1307韩元）。预期到2010年韩国机械产业的自给率达到80%，2005年则定为机械工业贸易平衡的第一年。3.2.4 中国“十五”发展思路 中国已成为世界最大的机床消费市场，目前机床保有量近700万台。若按3%的年机床报废淘汰率进行估算，每年将有近20万台机床进入数控化改造行列，约占每年生产新机床产量的一半左右。 机床是机械制造业的基本加工设备，而机械工业是国
20、民经济持续发展的重要基础和支撑，为国民经济各部门提供技术装备的能力和水平，在很大程度上取决于机床的水平。2001年以来，随着我国重大工程的不断建设，机械行业整体都出现了较快的发展，机床行业也迅速发展。 按国家统计局机床工具大行业数据，2007年4291家企业合计完成工业总产值2747.7亿元，同比增长35.5%。金切机床产量606835台，同比增长11.7%，其中，数控金切机床产量123257台，同比增长32.6%。中国机床产值继续保持世界第三，出口上升为世界第八，消费和进口连续6年保持世界第一。中国成为世界最大的机床消费市场，消费了世界机床产值的五分之一。 近几年来，高精度机床、数控机床和大
21、型机床虽然产量增长迅速，但由于基数太小而在机床产品中所占的份额依然不高。专家指出，普通型机床仍是我国的主导机床产品，这一比例在短时间内不会发生巨大变化。 与此同时，我国机床的数控化率还很低。根据中国机床工具协会提供的统计资料，20002006年，我国设备生产厂共生产数控设备29.04万台，出口约3万台，销售到国内为26.04万台；共进口数控设备2.2万台。2007年生产数控机床超过12万台。另外，在“十五”期间更新改造约10万台数控设备，再加上2000年前我国约保有数控设备近9万台，由此估计我国目前数控设备保有量约77万台左右。 目前，我国数控化率整体呈逐年递增趋势，据统计，我国的数控化率已由
22、1992年的3.2递增到2005年13.3。不过，这与日本、美国、德国等发达国家6070的产量数控化率和8090的产值数控化率相比，我国设备产品的数控化率水平还显得太低。虽然我国是世界上机床保有量最大的国家。据统计，目前我国机床保有量近700万台。但我国机床整体水平仍然比较落后，很多20世纪80年代以前的产品，仍在超期服役，带病操作，存在不同程度的磨损、划伤，精度显著下降，已难以满足加工精度的要求。目前役龄10年以上的机床占60以上，这些机床在未来510年都可能陆续面临大修提升甚至功能性报废或技术性淘汰，从而形成一笔相当规模的可循环利用的数控化改造潜在资源。若按3%的年机床报废淘汰率进行估算，
23、每年将有近20万台机床以报废、闲置、技术性或功能性淘汰等形式对数控化改造和提升提出需求，约占每年生产新机床产量（4050万台）的一半左右。在“十一五”期间将有接近100万台机床面临各种形式的报废。此外，我国的许多精密机床及大（重）型机床主要依赖于进口，我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从19791988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。这些重大机床设备的价格极其昂贵，从2001年开始陆续面临报废。面对我国从制造大国转变为制造强国的发展趋势，这些各种形式的报废及老旧机床都必将转入机床数控化改造的行列。机床数控
24、化改造在我国的发展和兴起不仅可以实现量大面广的老旧机床设备资源的回收循环再利用，节约资源能源，减少环境污染，还将形成新兴的机床数控化改造与服务产业，具有重要的经济、社会和环境效益。中国21世纪初期机械工业战略定位为：从机械产品生产大国变成以市场竞争力为标志的机械工业强国；从机械设备进口大国变成机械产品贸易大国；从侧重于以出口为导向生产转为向生产和消费双重领域拓展。在此定位下，到2005年，培育成50个具有国际竞争力的大型企业，争取一至二个企业进入世界前500名，前100个企业集中度达30%以上。组织结构由“橄榄型”向“哑铃形”转变，建立以大带小，以小保大的组织体系。电力设备、NC机床 、机械基
25、础设备、轿车等重点领域的大型企业具备自主开发能力，扭转主力产品技术过分依赖国外的局面。我国中档数控机床的技术水平、整体质量和可靠性等不断提高,市场竞争力越来越强;以整机为龙头,带动了数控系统、伺服驱动、刀具等功能部件的快速发展;一大批多轴联动高精尖数控设备的成功研制和应用,打破了国外的技术封锁。 机械行业随着改革的推进和经济的发展，已经发生了翻天覆地的变化。但是，我国的机械行业与西方发达国家相比还有一定的差距。在我国的一些中小企业还是以普通车床或组合车床为主要的加工设备。随着数控技术的广泛应用，普通车床的劣势越来越明显。于是，一些中小企业在资金有限的情况下，对现有的普通车床进行数控化改造，这样
26、及可以降低生产成本又提高了生产率。回转刀架是车床上的主要零件，合理的选配刀架，并正确实施控制，能够有效地提高劳动生产率，缩短加工精度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高；尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，很重要的一点是车床配有易于控制的刀架，以便一次装夹所需各种刀具，灵活，方便地完成各种几何形状的加工。所以，在普通车床的数控化改造中，对于普通车床的回转刀架的数控化改造是非常重要的。因为，数控回转刀架是数控车床重要部件之一, 它在一定程度上标志着数控车床的技术水平, 并且与加工精度和生产效率密切相关。因此, 国内外都在不断地提高数控回转刀架的重复定位精度和
27、转位速度, 以适应高质量、高效率生产的要求。所以，我国在现有条件下应该对普通车床的回转刀架进行数控化改造，以缩小与发达国家的差距。这样有利于我国机械行业的更新换代，并且提高了工作效率和减少了操作者的劳动强度4原CA6140普通车床的数控化改造4.1 CA6140普通车床基本结构和技术参数简介4.1.1 CA6140普通车床的主要结构部件主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则
28、机床的使用价值就会降低。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架、尾架和床身。4.1.
29、2 CA6140车床具有以下技术参数床身上最大工件回转直径： 400 mm刀架上最大工件回转直径： 210 mm最大工件长度： 750-2000 mm主轴转速等级： 24级主轴的正转转速(RPM)： 10-1400进给的等级： 64纵向进给量： 0.028-6.33mm/rev.横向进给量： 0.014-3.16mm/rev.车削螺纹范围：米制螺纹 1-192 mm英制螺纹： 2-24 TPI径节螺纹： 1-96 D.P.模数螺纹： 0.25-48 MOD.孔通过主轴： 50mm圆锥主轴： 6 Morse主电机功率： 7.5KW4.2 改造总体方案设计4.2.1 CA6140数控化改造主要有以
30、下几点（1） 恢复精度：通过中小修，首先对CA6140车床存在的故障部分进行诊断并恢复,再对X ，Z方向导轨、主轴承精度进行恢复。（2） 数字控制化：在CA6140普通车床上增加数控系统，电动刀架，主轴脉冲发生器，步进电动机，将其改造成NC车床。（3） CA6140车床的控制方式：控制系统的控制方式通常分为开环、闭环、半闭环3种。1） 半闭环控制方式：虽然控制精度较高，但改造费用较大。且多以直流、交流伺服电动机为驱动元件。不符合CA6140车床数控化改造的经济要求。所以不予采用。2） 闭环控制方式：由于需要直接测量出移动部件的实际位置，要在机床的相应部位安装直线检测元件，工作量大、费用高、调试
31、困难。因此，在机床数控化改造中一般不采用这种控制方式。3） 开环控制方式：无位置检测反馈装置，其加工精度由执行元件和传动机构的精度来保证，定位精度较低（一般只能达到0.02/300mm），并且这种控制方式多以步进电动机为驱动元件，受步进电动机性能的影响，CA6140的进给速度一般不高。但这种控制方式投资少，安装调试方便，因此，适用于精度要求一般的CA6140机床改造，也是目前车床数控化改造中应用最为普遍的一种。在这次CA6140车床数控化改造中选用开环控制方式。（4） 主传动变速：普通机床的主传动一般都采用普通交流电动机拖动，主运动变速由变速箱内各滑移齿轮位置的转换来实现。如果要求主运动实现自
32、动变速，则需采用液压拨叉和电磁离合器实现，但这往往需重新设计和制造主轴箱；也可用直流电动机代替原普通交流电动机，并配置相应的直流调速装置，实现宽范围无极平滑调速，但这种方法所需投资较大。在CA6140数控化改造中，如果进行主运动自动变速的改造，必然使机床改造的费用大幅度上升，改造周期也将延长。因此，在这次改造中，对原机床的主传动系统，变速部分均维持不变。主轴箱保留。（5） 导轨副：普通CA6140车床的导轨多采用滑动导轨。若把滑动导轨改为滚动导轨或静压导轨，要求工艺复杂，许多相关零件组需进行更换或加工，改造工作量大、周期长，改造费用高，实现起来比较困难。所以在这次CA6140车床数控化改造中保
33、留原滑动导轨。但要进行修理，如铲、刮或磨削。（6） 传动元件：CA6140普通车床通常采用普通滑动丝杠副。而在数控车床中由于要求移动部件灵敏、精度高、反应快、无爬行，多采用滚珠丝杠副来满足要求。但滚珠丝杠制造工艺复杂，加工精度要求高，因此价格要比普通滑动丝杠副高出许多。在这次CA6140车床数控化改造中。原有的滑动丝杠螺母副仅在车削螺纹时才使用，所以磨损小，精度保持性较好；为了使改造方案容易实现，降低改造费用，仍使用原有的普通滑动丝杠。进给传动部分：一般CA6140车床的齿轮主要集中在主轴箱。进给变速箱拆除，以减小转动惯量。这次数控化改造中采用原主轴箱。（7） 刀架部分：在对CA6140普通车
34、床进行改造时，主要应该解决的问题是，如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位改造成由数控系统控制的刀架实现自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。快速准确地换刀是每一台数控机床所必须具备的功能，在经济型数控车床上通常采用四方、五方或六方自动转位刀架。按照工作原理的不同，自动转位刀架可分为螺旋转位刀架、十字槽转位刀架、凸台棘爪式转位刀架、电磁式转位刀架和液压式转位刀架。在这次CA6140车床数控化改造中选用四工位电动刀架。（8） 螺纹加工：增加主轴脉冲发生器，可实现主轴转速与进给速度成不同比例，用于加工螺纹。所以，在这次CA6140数控化改造中，主要是将手动刀架换为电动回转刀架、增
35、加CNC数控系统、X、Z进给改为步进电动机驱动。以下是对这三方面进行改造的详细介绍。4.2.2 CA6140车床数控化改造原理图CNC系统电动刀架原CA6140车床X方向步进电动机Z方向步进电动机脉冲发生器4.3 CNC系统选型我国常用数控系统分为华中数控系统，广州数控系统，FANUC数控系统，西门子数控系统等。 FANUC系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。FANUC系统进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，使用较为广泛的产品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在这些型号中，使用最为广泛的是FANUC0系列。系统在设计中大量采用
36、模块化结构。这种结构易于拆装、各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。PMC信号和PMC功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。系统提供串行RS232C接口，以太网接口，能够完成PC和机床之间的数据传输。FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。但FANUC的缺点是复杂曲面上的 算法 稍微差一点，一般的曲面是看不出什么的。偶尔有机床补偿失败现象，一
37、般一2个月出现1-2次。这个是对大型企业询问了解到的，我也遇到1次，补偿了30丝都没有起作用，关机以后又好了。这对于数控化改造中却是致命伤！稳定性算一般，编程方便点。但对于其他数控系统这并不能算是什么优势。再加上它的价格并不便宜。所以我决定放弃选用FANUC系统。而对于这次CA6140数控化改造，对于经济性有着较高的要求。广州数控目前在市面上的价格比FANUC还要低。而且他也具备了FANUC数控系统的基本功能。能满足一般的零件加工要求。所以在这次CA6140数控化改造中，我选用广州数控系统。4.3.1 广州数控系统的介绍广州数控型号繁多，有GSK980TA1车床数控系统 GSK 983T-H/
38、V车床数控系统 GSK 980TDa车床数控系统 GSK980TB/GSK980TB1车床数控系统 GSK 980TD1车床数控系统 GSK 980TD车床数控系统 GSK 928TEa车床数控系统 GSK 928TC-2车床数控系统GSK 928TC车床数控系统 GSK 928TB车床数控系统 GSK 928TA车床数控系统等等。其中，GSK980TD新一代的普及型车床数控系统,采用32位高性能CPU和超大规模可编程器件FPGA，运用实时多任务控制技术和硬件插补技术，实现m级精度运动控制和PLC逻辑控制。GSK980TD1车床CNC是GSK980TD的升级产品，采用7.4英寸LCD显示器，具
39、备PLC梯形图显示、实时监控功能，提供操作面板I/O接口，可由用户设计、选配独立的操作面板。GSK980TD1具有卓越的性价比，是中档数控车床的最佳选择。4.3.1.1 GSK980TD1操作面板示意图4.3.1.2 GSK980TD1具有以下特点 X、Y、Z三轴控制，X、Z两轴联动 进给轴可定义为PLC控制轴（PLC轴控功能） 具有螺距误差补偿、刀尖半径补偿、刀具磨损补偿、反向间隙补偿功能 支持公制/英制编程，具有自动倒角功能、刀具寿命管理功能 具有实时时钟、报警日志和多级操作权限管理功能 7.4单色LCD显示器，支持中文、英文、西班牙文显示和轨迹图形显示 内嵌式PLC，梯形图在线实时监控；
40、 4.3.1.3 GSK980TD1 G代码表指令名 功 能 指令名 功 能 G00 快速定位 G50 设置工件坐标系 G01 直线插补 G65 宏指令 G02 顺时针圆弧插补 G70 精加工循环 G03 逆时针圆弧插补 G71 轴向粗车循环 G04 暂停、准停 G72 径向粗车循环 G10 数据输入方式有效 G73 封闭切削循环 G11 取消数据输入方式 G74 轴向切槽循环 G20 英制单位选择 G75 径向切槽循环 G21 公制单位选择 G76 多重螺纹切削循环 G28 自动返回机械零点 G90 轴向切削循环 G30 回机床第 2 、 3 、 4 参考点 G92 螺纹切削循环 G32 等
41、螺距螺纹切削 G94 径向切削循环 G33 Z 轴攻丝循环 G96 恒线速控制 G34 变螺距螺纹切削 G97 取消恒线速控制 G40 取消刀尖半径补偿 G98 每分进给 G41 刀尖半径左补偿 G99 每转进给 G42 刀尖半径右补偿 4.3.1.4 GSK980TD1主要技术参数图X、Y、Z三轴控制，X、Z两轴联动,m级插补精度，最高速度30m/min 进给轴可定义为PLC控制轴（PLC轴控功能） 具有螺距误差补偿、刀尖半径补偿、刀具磨损补偿、反向间隙补偿功能 支持公制/英制编程，具有自动倒角功能、刀具寿命管理功能 输出0V10V或10V主轴转速信号，可适配伺服主轴或主轴变频器 具有实时时
42、钟、报警日志和多级操作权限管理功能 7.4单色LCD显示器，支持中文、英文、西班牙文显示和轨迹图形显示 内嵌式PLC，梯形图在线实时监控； 40/32点通用I/O，可选配CAN-Bus远程I/O； 64/64点操作面板I/O，用户可自由配置操作面板； X、Y、Z三轴控制，X、Z两轴联动,m级插补精度，最高速度30m/min 进给轴可定义为PLC控制轴（PLC轴控功能） 具有螺距误差补偿、刀尖半径补偿、刀具磨损补偿、反向间隙补偿功能 支持公制/英制编程，具有自动倒角功能、刀具寿命管理功能 输出0V10V或10V主轴转速信号，可适配伺服主轴或主轴变频器 具有实时时钟、报警日志和多级操作权限管理功能
43、 7.4单色LCD显示器，支持中文、英文、西班牙文显示和轨迹图形显示 内嵌式PLC，梯形图在线实时监控； 40/32点通用I/O，可选配CAN-Bus远程I/O； 64/64点操作面板I/O，用户可自由配置操作面板；由于在功能上能满足此次数控化改造的要求，价格便宜。指令和FANUC差不多。所以在此次CA6140车床数控化改造中我选用广州数控的GSK980TD1系统。44 伺服驱动电机选型4.4.1 伺服驱动电机的类型有开环伺服系统由步进电动机和步进电动机驱动线路组成。数控装置根据输入指令，经过运算发出脉冲指令给步进电动机驱动线路，从而驱动工作台移动一定距离。这种伺服系统比较简单，工作稳定，容易
44、掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。只用于经济型数控机床。 闭环伺服系统由伺服电动机、比较线路、伺服放大线路、速度检测器和安装在工作台上的位置检测器组成。这种系统对工作台实际位移量进行自动检测并与指令值进行比较，用差值进行控制。这种系统定位精度高，但系统复杂，调试和维修困难，价格较贵，主要用于高精度和大型数控机床。 半闭环伺服系统的工作原理和闭环伺服系统相似，只是位置检测器不是安装在工作台上，而是安装在伺服电动机的轴上。这种伺服系统所能达以的精度、速度和动太特性优于开环伺服系统，其复杂性和成本低于闭环伺系统，主要用于大多数中小型数控机床。在这次CA6140车床数控化改造中我采用开环伺服系统的
45、步进电动机。符合这次改造的经济性要求，且能满足零件的加工要求。 4.4.2 CA6140车床加工特征及切削用量分析CA6140普通车床多用于机械制造行业铸铁、碳素钢、合金钢零件材料的加工外径尺寸一般为50mm150mm。从上可知，其外形轮廓并不十分复杂，尺寸公差也不十分严格。由于车床车削用铸铁、碳素钢或合金钢零件材料制成，表面硬度一般在2530HRC之间，存在加工表面硬度较高、刀具磨损较快、切削力较大和切削过程让刀等问题。根据车床车削材料硬度较高、加工中切削力较大、刀具磨损较快等特点，其加工中的切削用量一般选为:主轴转速n=400r/min，进给量f=0.10.5mm/r，车外圆的背吃刀量ap=0.53.5mm。从上述分析可知，CA6140普通车床工作过程中的高速下的扭矩、硬度、低进给量的强力切削，是我们这次数控化改造的重点和难点。再从改造的经济性和周期性考虑，我们选用了开环伺服系统的步进电动机。