《普通车床(C616)的经济型数控化改造-数控加工专业毕业设计论文.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普通车床(C616)的经济型数控化改造-数控加工专业毕业设计论文.pdf（47页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 目录 第 1 章 前言.1 1.1 问题的提出.1 1.2 普通车床数控化改造的意义.1 第 2 章 改造总体方案.3 2.1 C616 车床介绍.3 2.1.1 C616 车床组成图.3 2.1.2 C616 改造参数.3 2.2 数控化改造要求和内容.4 第 3 章 机械部分改造.6 3.1 主传动系统.6 3.1.1 主传动系统的介绍.6 3.1.2 电机的功率计算.6 3.1.3 主轴编码器.7 3.1.4 变频器.7 3.2 进给传动系统.10 3.2.1 纵向进给的改造与计算.10 3.2.2 横向进给的改造与计算.13 3.2.3 导轨.15 第 4 章 刀架部分的改造.16
2、第 5 章 电气部分改造.19 5.1 数控系统的选择.19 5.2 数控系统的介绍.20 5.2.1 操作面板.20 5.2.2 软件操作界面.21 5.3 伺服驱动.22 5.4 伺服电机.23 第 6 章 机床的安装与调试.26 6.1 数控系统的调试.26 6.1.1 参数设置.26 6.1.2 外部状态检查.29 6.1.4 接通伺服电源.30 6.1.5 连接机床调试.30 6.1.6 参数的设置与系统的调试.33 6.1.7 其他参数设置及传动链注意事项.34 6.2 电气 PLC 的调试.34 6.3 安装调试的注意事项.35 元器件清单.36 致谢.37 参考文献.38 附
3、图.39 摘要 数控车床作为机电液气一体化的典型产品，是现代机械制造业中不可缺少的加工设备，在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造业中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率高。由于普通机床加工精度相对较低，不能批量生产，生产的自动化不高，生产自适应性差，但考虑投资成本，产业的连接性和转型周期，又不能马上淘汰，而改造现有旧机床，设备与之相对应的数控系统，把普通机床改装成数控机床，是当前许多企业对现有设备改造换代的首选办法，也是提高机床数控化率的一条有效途径，不失为一条投资少，提升产品加工精度及质量，提高生产效率的捷径，使企业提高竞争力，在我国成为世界制造
4、业中心及制造强国的进程中，占有一席之地。论文是对 C616 普通车床进行数控化改造，包括对机床改造的可行性分析，普通机床改造原理，主传动系统改造，进给传动系统的改造，自动回转刀架的选择与安装，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述，并介绍了将华中数控系统应用于普通机床数字化改造的设计思想与方法。论文还对经济型数控机床进给伺服系统设计进行计算，阐述了 C616 普通车床的主轴系统的改造及机床控制系统的改造，并进行了数控化改造后的机床安装与调试工作。关键字关键字：C616；数控改造；滚珠丝杠；步进电机 1 第第 1 章章 前言前言 1.1 问题的提出 数控车床作为机电液气一体化的典型产品，是现
5、代机械制造业中不可缺少的加工设备，在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造业中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率高。企业要在激烈的市场竞争中获得生存，求得发展，就必须在最短时间内以优异的质量，低廉的成本，制作出合乎市场需要的，性能合适的产品。而产品质量的优劣，制造周期的快慢，生产成本的高低，又往往受工厂现有的加工设备的直接影响。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径，但是成本太高，很多工厂在短时间内都无法有那么多的资金，这严重阻碍企业的设备更新和设备改造的步伐，同时目前大多数企业还有数量众多，而且还具有较长使用寿命的普通机床，由于普通机床加工精度相
6、对较低，不能批量生产，生产的自动化不高，生产自适应性差，但考虑投资成本，产业的连接性和转型周期，又不能马上淘汰，而改造现有旧机床，设备与之相对应的数控系统，把普通机床改装成数控机床，是当前许多企业对现有设备改造换代的首选办法，也是提高机床数控化率的一条有效途径，不失为一条投资少，提升产品加工精度及质量，提高生产效率的捷径，使企业提高竞争力，在我国成为世界制造业中心及制造强国的进程中，占有一席之地。所以，针对普通车床 C616 存在以下几个问题（1）车床整体太破旧，机床磨损严重，加工精度达不到要求。（2）车床电气元件老化，连接线不稳固。（3）普通车床加工存在局限性，不能实现现代多种零件的加工。（
7、4）随着机床的发展，机床也变成了数控化，人性化，效益化。而，普通车床实现一人操作多台机床，不能自动化控制。所以，据问题普通上述车床即将面临淘汰，因此，普通车床的改造势在必行。1.2 普通车床数控化改造的意义(1)有利于普通车床的再次利用经改造后的车床能够再次利用，能够达到生产要求，实现数控化，人性化，效益化。(2)有利于企业技术的提高，成本的节约 数控机床与普通机床相比，有很大的优势，数控机床具有高度柔性，加工精度高，加工质量稳定，可靠，生产率高，改善劳动条件，利于生产管理现代化;而普通机床精度低，效率低，适合批量较小，精度要求不高，灵活类零件。它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此
8、工人工资水平高。这样会大大的加大企业的支出，对企业的收入也是有影响的。(3)有利于企业经济开支的节约 数控化改造一般用户都能承担的起，这为资金紧张的中小型企业的技术改造开辟了新路，2 也对实力雄厚的大型企业生产产生了较大吸引力。由于新型机床价格昂贵，一次性投资大，如果把旧机床设备全部用新型机床替换。要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成巨大浪费，若采用数控技术旧对机床加以改造和购买机床相比，则可省 50%以上的资金，一套经济型数控装置的价格仅为全功能装置的 1/3 到 1/5。(4)有利于数控化市场的扩大 订购新的数控机床的交货日期一般较长，往往不能满足用户的需要，而改造的数控机床能
9、够适应市场对产品多样化和高精度的要求。因此得到了用户广泛的应用，机床的数控化改造已成为满足市场需要的主要补充手段，对中小型企业来说是十分理想的选择。(5)节约资金。机床数控改造同购置新机床相比一般可节省 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置新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。(6)性能稳定可靠。因为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。(7)提高生产效率。机床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。对复杂零件而言难度越高功效提高得越快。并且可以
10、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 第第 2 章章 改造总体方案改造总体方案 2.1 C616 车床介绍 2.1.1 C616 车床组成图 1、C616 车床的基本组成 C616 车床的基本组成如图 2.1 所示。图图 2.1 C6162.1 C616 车床的基本组成车床的基本组成 2、车床的参数 普通 C616 车床的主要参数如表 2.1 所示。表表 2.12.1 机床主要参数机床主要参数 床身上最大回转直径(mm)630 刀架上最大工件回转直径(mm)220 最大工件长度(mm)1000 主轴内孔(通孔)直径(mm)52 主轴孔前端锥度(mm)模氏 5 号 刀架纵向
11、的快速移动速度(mm)4.5m/min 刀架横向的移动速度(mm)1.9m/min 床身导轨长度(mm)550 主轴转速的范围(r/min)8.5-800 电动机功率(kw)7.5 2.1.2 C616 改造参数 C616 数控化改造后应达到的参数如表 2.2。4 表表 2.22.2 数控化改造后应达到的参数数控化改造后应达到的参数 2.2 数控化改造要求和内容 1、改造要求 车床 c616 主要用于对中小型轴类，盘类及螺纹零件的加工，加工这些零件工艺上要求机床应该满足以下要求：(1)能够控制主轴正反转，实现不同切削速度的主轴变速。(2)刀架能够实现纵向和横向的进给运动，并具有在换刀点自动改变
12、四个刀位完成选择刀具的功能。(3)加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个加工螺纹的螺距或导程。所以，根据以上要求，普通车床 c616 数控化改造后数控系统需要完成的任务。2、改造内容 普通车床改造的目的是利用数控系统控制车床自动完成机械加工任务，提高车床的加工精度和生产效率。因此，在思考机床的数控化改造具体方案时，所遵循的原则是在满足需要的前提下，对原有机床尽可能的减少改动，以降低改造成本。根据 c616 车床有关数据改造内容如下：(1)机械部分 精度恢复和机械传动部分的改造。随着机床使用的役龄的增加，机床的机械传动部件，如导轨，丝杠，轴承等都有不同程度的磨损。因此，机床改造过程中的首要任
13、务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副，为实现机床所要求的分辨率，伺服电机与滚珠丝杠之间的传动采用连轴器连接。最大加工直径：床面上 400 床鞍上 210 最大加工长度：1000mm 快进速度：纵向 12m/min 横向 8m/min 最大切削进给速度：纵向 0.5m/min 横向 0.25m/min 溜板及刀架重力：纵向 800N 横向 600N 主电机功率：7.5KW 主轴最高转速：2800r/min 额定转速：1400r/min 最小指令值(脉冲)纵向 0.01mm/脉冲 横向 0.00
14、5mm/脉冲 最大行程 1000mm 210mm 定位精度 最小 2 个丝 最小 2 个丝 重复定位精度 12 个丝 12 个丝 5 1)主传动系统 保留原有的主传动系统，由于添加了自动加工螺纹功能，因此，在主传动轴上安装了一个主轴编码器，这样既保留了机床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自动改变切削速度，可采用交流变频调速。2)进给传动系统 为保证进给伺服系统的传动精度，运转平稳性和机床加工精度，取消原机床的滑动丝杠螺母副，选用摩擦小，传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应用预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。丝杠的改造承受径向载荷和轴向载荷，更重要的是能消除由于安装误差，导轨直线误差，加工过
15、程中的切削变形而引起的轴和轴承之间的干涉，我们采用双列向心球面轴承，采用垫片消除齿轮间隙。3)导轨 当机床加工精度要求不是很高，一般不做导轨改造调整改造，可大为减少改造成本。(2)辅助装置 辅助装置指的是数控机床的一些必须的配套部件。如冷却系统，排屑装置(采用原有的冷却和排屑装置)，自动换刀装置，传动装置等。1)对刀架部分的改造，通过将原机床的手动转位刀架替换成自动转位刀架来实现换刀切削，自动转位刀架最常见的形式是螺旋型四工位刀架，由数控系统直接控制，效率高，工艺性能可靠。2)对传动机构的改造，拆除原机床的机械传动机构，用伺服电机经联轴器连接滚珠丝杆，带动刀架纵向或横向运动。在伺服电机转矩足够
16、大，构件许可时，可以不用减速驱动机构，由伺服电机直接与丝杆副相连。(3)电气部分 在这里我使用电控柜装置，在进行机床数控化改造时，原机床的电器控制部分一般只能报废，重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。(4)控制部分 1)数控系统 数控系统是机床数控化改造中心。数控改造的目的是要求机床稳定可靠，运转故障率低。在这里我采用 HNC-21T 数控控制。2)伺服驱动 伺服驱动系统用于控制 X 和 Z 轴的伺服电机的转速，从而控制进给量，达到高精度的加工零件，这里我们采用和华中数控系统
17、匹配的驱动器HSV-160B和CK6系列交流永磁伺服电机。（5）整体调试 整机连接调试。改造过程完成后，就可对组装后改造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试，看单个动作是否正常，然后在进行联机调试阶段。6 第第 3 章章 机械部分改造机械部分改造 3.1 主传动系统 3.1.1 主传动系统的介绍 主轴电机采用车床原有的三相异步电动机。在主传动轴上安装一个主轴编码器，这样既保留了机床的原有的功能，又降低了机床的改造工作量，本次改造主轴换成变频主轴，对于主轴箱内原有的齿轮去除不要。为了保证车螺纹时严格的运动关系，在主轴箱上安装主轴编码器，通过主轴 到主轴编码器到数控系统到伺服电机的信
18、息转换系统，实现主轴转一圈，刀架纵向进给一个螺纹导程的车螺纹运动。3.1.2 电机的功率计算 计算主轴的电机功率离不开切削力(Fr)的计算，Fr 可分解为互相垂直的 Fx，Fy 和 Fz 三个分力。在切削时：Fz 切削力或径向进给力，Fx 进给力，轴向力或走刀力，Fy 切深抗力，或背向力，径向力或吃刀力。消耗在切削过程中的功率成为切削功率 Pm 切削功率为力 Fz 和 Fx 所消耗的功率之和，因 Fy 方向没有位移，所以不消耗功率，于是：Pm=3101000fnFVFwxZ （公式 3-1）其中：pm-切削功率(KW)Fz-切削力(N)V-切削速度(m/min)Fx-进给力(N)Nw-工件转速
19、(r/s)f-进给量(mm/s)式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率，它相对于 F 所消耗的功率来说，一般很小(1%2%)，可以省略不计，于是310VFPmZ 按上式求得切削功率后，如要计算机床电动机的功率(EP)以便选择机床电动机时，还应考虑到机床传动效率。mmEPP式中：m-机床的传动效率，一般取为 0.750.85。大值适用于新机床，小值适用于旧机床。由经验可计算出 Pm5.86KW 由此可以计算出主轴电机的功率为：取 Pm=5.86，m=0.8，则KWKWPPmmE325.78.086.5 YVF132M-4 型号的三相交流异步电动机，其主要参数如下表 3.1 所示 表表 3.
20、1 YVF132M3.1 YVF132M-4 4 型号的三相交流异步电动机的主要参型号的三相交流异步电动机的主要参数数 额定功率(KW)额定转(r/min)额定转矩(N/m)恒转矩调速范(Hz)额定电压(V)7.5 1400 47.7 0-100 380 7 即同步转矩min/1500250606010rpfn 转差率 S=%1000%1507)14001500(%10000nnn7%所以电机最高转速min/28002%)71(10060/)1(60maxmaxrpsfn 传动比5/72000/2800/maxmax主轴电机nni 综合考虑，我们选用普通机床的电机，既可满足车削又能节约成本。同
21、时主轴通过同步齿轮带进行连接传动。3.1.3 主轴编码器 为了加工螺纹或丝杠，需要配置主轴及编码器作为车床位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动，发出主轴转角位置变化信号，输送给数控系统。数控系统按照所需要加工的螺距进行计算处理，从而控制机床纵向横向伺服电机运转，实现加工螺纹的目的。根据实际需要，在这里我选用海德 ISC5815-0021 增量编码器。ISC5815-0021 增量编码器技术参数如表 3.2 所示。表表 3.2 ISC58153.2 ISC5815-00210021 增量编码器技术参数增量编码器技术参数 输出波形 方波 电源电压 DC=5 或 512V/+1224V 消耗电流
22、 mA150 工作湿度 3085 无结霜 响应频率 0120KHZ 电源电压 980，6ms 载 空 比 TT1.05.0 冲 击 力 50，10 最大转速 6000rmp 抗 震 力 MTBF3000h 防 护 防水 油 尘 输出电压 高电平 Vh，低电平 Vh 质 量 0.8Kg 输出脉冲数 1024p/r 3.1.4 变频器 变频器是把工频交流电(50Hz 或 60Hz)变成各种频率的交流电，实现电动机的变速运行的设备，变频器一般由整流，滤波器，驱动电路，逆变器以及控制器(MUC/DSP)等部分组成，其中控制器完成对主轴脉冲编码器通过同步齿轮带与主轴联系起来(1：1 连接)，由于主轴要求
23、与编码器同步旋转，所以次联系必须做到无任何缝隙。主电路的控制，整流器将交流电变换为直流电，滤波器对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变器将直流电再逆变成交流电。下图 3.1 为变频器控制原理图。8 图图 3.1 3.1 变频器控制原理图变频器控制原理图 随着变频器技术的不断发展，通用变频器已经广泛的用于数控机床主轴电机的调速控制。所以我们选用安川(YASKAWA)变频器。图图 3.23.2 安川变频器安川变频器 数字操作器的面板功能键说明如表 3.3 所示：表表 3.33.3 数字操作面板功能数字操作面板功能键说明键说明 按键 名称 功能 LOCAL/RENOTE 运行方式选择键 数字操作器控制运
24、行(LOCAL)与控制回路端子控制运行(REMOTE)切换键 MENU 运行方式选择键 选择各种方式 ESC 菜单键 返回前一状态 JOG 点动键 操作器控制运行时点动 9 交流电机的转速表达式为：psfN/)1(60 （公式 3-2）式中 n-电动机的转速(r/min)P-磁极对数 s-转差率 f-交流变频率(Hz)安川变频器的主要参数如表 3.4 所示。表表 3.43.4 安川变频器主要参数安川变频器主要参数 图 3.3 为数控车床的主轴驱动装置的接线图。FWD/REV 正转 反转 操作器控制运行时，切换旋转方向 RESET 复位键 故障发生时作为复位键使用 减少 设定值减少 DATA/E
25、NTER 数据。输入 参数值输入 RUN 运行键 变频器输入 STOP 停止键 变频器停止 型号 CIMA-G7A 最大适用电机功率(KW)变频器容量(KVA)额定电流(A)容许电压波动 容许频率波动 最大输出频率 27P5 7.5 13 34+10%-15%5%400Hz(参数设定)10 图图 3.3 3.3 数控车床的主轴驱动装置接线图数控车床的主轴驱动装置接线图 3.2 进给传动系统 3.2.1 纵向进给的改造与计算 1、纵向进给的改造 纵向进给滚珠丝杠必须采用三点式支撑形式。伺服电机的布置，可放在丝杠的任一端。由于拆除了进给箱，可在原安装进给箱处布置伺服电机的减速齿轮，也可以在滚珠丝杠
26、的左端设计一个专用轴承支撑座，而在塑钢托架处布置伺服电机，机床改造后采用一种布置方案。在丝杠左端设计一个专用轴承座，采用一个轴套式滑动轴承作为径向支撑，在滑动轴承的两侧分别布置一对推力球轴承承受两个方向的轴向力，支撑短轴与滚轴丝杠通过连轴套连接起来，滚轴丝杠可放在托架上，滚轴丝杠的中间支撑为滚轴丝杠螺母与床鞍直接连接。图图 3.4 3.4 纵向进给传动示意图纵向进给传动示意图 1、4-推力球轴承 2、10-径向滑动轴承 3-左端轴承座 5-左接拉杆 6、9-联轴套 7-滚珠丝杠螺母副 8-螺母座 11-丝杠托架 12-消隙减速箱 13-步进电动机 滚轴丝杠纵向进给滚轴丝杠的相关参数如下表 3.
27、5 所示。表表 3.53.5 纵向进给滚轴丝杠的相关参数纵向进给滚轴丝杠的相关参数 名称 符号 公式 35061LW 公称直径 0d 38 导程 0L 8 接触角 .73 钢球直径(mm)qd 3.969 轨道法面半径 R qdR52.0 2.064 偏心距 e sin)2/(qdRe 0.056 螺纹升角 00.dLarctg 7.3 螺杆外径 d qddd)25.02.0(0 40 螺杆内径 1d Redd2201 36.125 11螺杆纹接触直径 zd cos0qzddd 37.258 螺母螺纹直径 D RedD220 45.365 螺母内径 1D ddD)25.02.0(01 42.1
28、25 滚珠丝杠长度 L 1000 2、纵向进给的计算：纵向进给滚珠丝杠必须采用三点一式支撑形式。伺服电机的布置，可放在丝杠的任一端。在左端设计一个专用轴承支撑座，而在丝杠托架处布置伺服电机和减速齿轮。(1)已知条件：工作台重量 W=800N，加速时间常数 t=25s，滚珠丝杠基本导程mmL60，快速进给速度 v=12m/min。由可知，切削功率 kppc （公式 3-3）式中 P-电动机功率，查机床说明书，P=4kw -主传动系统总效率，一般为 0。750。85，8.0;K-进给系统功率系数，取 k=0。96。则kwkpPc072.396.08.04 切削功率应按在各种情况下经常遇到的最大切削
29、力(或转矩)和最大切削转速(或转速)来计算，即 95501060c3TNPVFpZc或 （公式 3-4）式中 ZF-主切削力(N)V-切削速度(m/min)T-切削转矩(N。m)N-主轴转速(r/min)设按最大切削来计算，取 V=12m/min，则主切削力 NVPFCZ1536012/1000072.36010603 由可知，在外圆车削时 ZXFF)55.01.0(取NNFFZX7680153605.05.0（2）滚珠丝杠设计计算 滚珠丝杠副已经标准化，因此，滚珠丝杠副有设计归结为滚珠丝杠副型号的选择 计算作用在丝杆上的最大动负荷首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给抗力，计算出丝杠的轴向
30、载荷，再根据要求的寿命值计算猪丝杠副应能承受的最大动载荷。PHwqFffGF3 （公式 3-5）式中pF-工作负载(N)，指数控机床工作时实际作用在滚轴丝杠上的轴向力 wf-运转系数，一般运转系数wf 取 1。21。5，有冲击的运转wf 取 1.52.5 Hf-硬度系数，为 60HRC 时，Hf为 1，当为60000 次 2.4s 3.1s 3.7s 5、电动刀架的安装(1)电动刀架实物图和安装尺寸图 图图 4.34.3 电动刀架实物图和安装尺寸图电动刀架实物图和安装尺寸图 (2)刀架尺寸 刀架尺寸如下表 4.3 所示。表表 4.3 4.3 刀架尺寸刀架尺寸 H1 328mm B 230mm
31、H2 140mm B1 115mm H3 80mm A 90mm H4 20mm L1 379mm(3)电动刀架的安装步骤 1)拆下原手动刀架 2)在小拖板上钻 4 个安装孔，并攻丝 3)手动抬起电动刀架，将刀架安装在小拖板上 4)安装后，试用 MID 功能换刀，观察三相电源有无连接 19第第 5 章章 电气部分改造电气部分改造 5.1 数控系统的选择 1、C616 的数控化改造 1)将纵向和横向进给系统改造为用数控装置控制的，能独立运动的进给伺服系统，2)刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动进行调节和更换。3)再加上纵向和横向联动的功能，数
32、控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削。2、数控系统选择 数控机床的价格主要由数控系统来决定，数控系统从功能上可分为低中高三档，中高档系统(如：Fanuc，LBNC-2T 型，FAGOR，STEMENS，华中 HNC-2T/2M 等)功能齐全，性能优良，但价格偏高。结合实际，从使用家督出发，在这里选择了华中 HNC-21T 型数控车床系统，该系统采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业 PC，配置 7。5 彩色液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口，主轴接口，手持单元接口，内嵌式 PLC 接口于一体，支持硬盘，电子盘等程序存储方式及软驱，DNC，以太网等程序
33、交换功能，具有价格低廉，高性能，配置灵活，结构紧凑，易于使用可靠性高的特点，编程格式符合 ISO 国际代码标准，两轴动态坐标，具有自动加工，自动换刀，车螺纹和 MDI 等功能。图图 5.15.1 系统连接图系统连接图 20数控系统连接图：图图 5.2 5.2 数控系统连接图数控系统连接图 5.2 数控系统的介绍 5.2.1 操作面板 华中世纪星 HNC-21T 是一基于嵌入式工业 PC 的开放式数控系统，配备高性能 32 位微处理器，内装式 PLC 及彩色 LCD 显示器。采用国际标准 G 代码编程，与各种流行的 CAD/CAM 自动编程系统兼容。1)操作面板 HNC-21T 车床数控装置操作
34、台为标准固定结构，外形尺寸为 420*310*110 毫米(W*H*D)：图图 5.3 HNC5.3 HNC-21T21T 车床数控装置操作面板车床数控装置操作面板 1）显示器 21操作台的左上部为 7.5 寸彩色液晶显示器，分辨率为 640*480 2）NC 键盘 NC 键盘包括精简型 MDI 键盘和 F1F10 十个功能键。标准化字母数字式的字母数字式键盘的大部分键具有上档键功能，当 UPPER 键有效时，指示灯亮，输入的是上档键。NC 键盘用于零件程序的编制，参数编制，MDI 及系统管理操作等。3）机床控制面板 标准机床控制面板的大部分按键(除 急停 按钮外)位于操作台的下部。机床控制面
35、板用于直接控制机床的动作或加工过程。5.2.2 软件操作界面 1、HNC-21T 的软件操作界面：图图 5.4 HND5.4 HND-21T21T 的软件操作界面的软件操作界面 其界面组成部分有：1)图形显示窗口 2)菜单命令条 3)运行程序索引 4)选定坐标系下的坐标值，坐标系可在机床坐标系/工件坐标系/相对坐标系之间切换;显示值可在指令位置/实际位置/跟踪误差/负载流量/补偿值之间切换。5)工件坐标零点在机床坐标系下的坐标 6)辅助功能 M，S，T;当前刀位 CT，选择刀位 ST;7)当前加工程序行 8)当前加工方式，系统运行状态及当前时间 9)当前坐标，剩余进给 2210)直径/半径编程
36、，公制/英制编程/每分钟进给/每转进给，快速修调，进给修调，主轴修调倍率 5.3 伺服驱动 1、驱动器 在这里采用和华中数控系统匹配的驱动器 HSV-16 如图 5-2 所示，HSV-160B 是采用专用运动控制数字信号处理器(DSP)和智能化功率模块(IPM)等当今最新技术设计，操作简单，可靠性高，体积小巧，易于安装。驱动器的示意图：图图 5.5 HSV5.5 HSV-1616 驱动器驱动器 2.、HVS-160 驱动器的相关参数如表 5.2 所示：表表 5.2 HVS5.2 HVS-160160 驱动器的相关参数驱动器的相关参数 输入电源 三相 AC220V(-15+10%50/60HZ)
37、温度 工作湿度(050 度)存储温度(-2065 度)湿度 小于 90%(无结露)使用环境 振动 小于 0.5G(4.9 米/平方)，1060HZ(非连续运行)控制方法 采用数字化交流正弦波控制方式及应用最优先 PID 算法完成 PWM 完成 再生制动 内置 外接 制动电阻连接与选用 速度频率响应 200HZ 或更高 速度波动率%)1015(02.0%);1000(03.0电源负载 调速比 1：6000 特性 脉冲频率 KHZ500 控制输入(1)伺服开启(2)报警清除(3)偏差计数器清零(4)指令脉冲禁止 23(5)CCW 驱动禁止(6)CW 驱动禁止 控制输出(1)伺服准备好输出(2)伺服
38、报警输出(3)定位完成输出/速度到达输出 输入方式(1)指令脉冲+脉冲(2)正转脉冲/反转脉冲(3)两相正交指令脉冲 电子齿轮-327671-1/132767 位置控制 反馈脉冲 10000 脉冲/r 加减速功能 参数设置 110000ms 1000r/min 监视功能 转速，当前位置，指令脉冲积累，位置偏差，电机转矩，电机电流，转子位置，指令脉冲频率，运行状态，输入输出端子信号等 保护功能 超速，主电源过压，欠压，过流，过载，制动异常，编码器异常，控制电源欠压，过热，位置超差等 操作 6 位 LED 数码管，5 个按键 试用负载惯量 小于电机惯量的 5 倍 5.4 伺服电机 1、Z 轴伺服电
39、机 在对制动系统电机的改造，这里选择了与华中数控系统 HNC-21T 及驱动器 HSV-160B匹配的登奇 GK6062-6AC31 交流永磁伺服电机。关于登奇 GK6032 交流永磁伺服电机参数如表 5.3：表表 5.35.3 登奇登奇 GK6032GK6032 交流永磁伺服电机参数交流永磁伺服电机参数 型号 登奇 GK6032-6AC31 额定功率 4(KW)额定电压 220(V)额定电流 6.5A 额定转矩 N/m 7.5 静转矩 N/m 4.3 额定转速 r/min 2000 转动惯 107 千克/平方米 12.9 控制伺服电动机的工作连接：图图 5.65.6 伺服电动机的工作连接图伺
40、服电动机的工作连接图 力矩的计算(1)计算切削负载力矩cT 已知在切削状态下进给轴的轴向负载力,5.5416maxNFFa电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离,006.06mmmPh进给传动系统的总效率,90.0得：24 mNPFThac/8.59.014.32/006.05.54612(2)计算摩擦负载力矩uT 已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力(即为空载时的导轨摩擦力),5.160uF得：mNmNPPThuu/018.0.)9.014.32(006.05.1620(3)计算由滚珠丝杠得预紧力而产生的附加负载力矩fT 已知滚珠丝杠螺母副的预紧力,5.1289 NFp滚珠丝杠螺母副的
41、基本导程,006.05mmmPh滚珠丝杠螺母副的效率,953.00得：)1(202hpfPFT mNmNTf.11.0.)953.0953.01()14.32/006.05.1289(总切削力矩：Tm=mNTTTcfu.928.511.0018.08.5 2、X 轴伺服电机 在这里选择了与华中数控系统HNC-21T及驱动器HSV-160B匹配的登奇GK6041交流永磁伺服电机。关于登奇 GK6061 交流永磁伺服电机参数如下表 5.4 所示：表表 5.4 5.4 伺服电机参数伺服电机参数 型号 登奇 GK6061-6AC31 额定功率 4KW 额定电压 220(V)额定电流 5.5A 额定转矩
42、 N/m 6 静转矩 N/m 2.5 额定转速r/min 2000 转动 107 千克/平方米 8.7 如上所示，Z 轴的总切削力矩：mNTTTTmcfu.552.408.0012.046.4 3、伺服电机与系统的连接：伺服电机驱动装置与华中 HNC-21T 世纪星数控装置是通过 XS30-XS33 脉冲系统口控制伺服电机驱动装置，在这里采用了伺服电机(登奇 GK6062)，驱动器(HSV-160B)与数控系统(HNV-21T)连接。4、伺服调试 1)再次确认 PLC 对伺服部分的控制逻辑主要包括上电使能禁止和电路准确无误。2)松开急停按钮使中间继电器 KA 通电 3)检查抱闸电机的抱闸已经打
43、开可测试量控制电源 DC24V 或在系统通电时仔细聆听抱 25闸打开时发出的哒声来的判断是否打开。4)若伺服驱动器带有手持编程器可用该手持编程器直接控制电机运行以检颜伺服与电机连接的正确性。5)将逐个轴的轴类性设为 1 是数控装置对伺服驱动器的控制使能有效逐步调试各进给轴的伺服驱动器及电机。6)所有进给轴调试好后可检查各轴的回参考点功能。26第第 6 章章 机床的安装与调试机床的安装与调试 6.1 数控系统的调试 6.1.1 参数设置 HNC-21 数控装置通电后经自检进入主控制画面进入参数设置菜单请对照现场硬件检查系统参数是否正确建议按以下顺序检查设置参数(带*号项是用户可随机调整项)表表
44、6.16.1 系统参数系统参数 参数名 值 说明 差补周期 8 差补周期为 8 毫米 刀具寿命管理 0 刀具寿命管理禁止 移动轴脉冲当量分母 1 移动轴内部脉冲当量为 1 毫米 旋转轴脉冲当分母 1 旋转轴内部脉冲当量为 0.001 度 表表 6.2 6.2 系统参数系统参数 参数号 参数定义 单位 初始值 范围 P01 Z 轴正限位 mm 8000.00 08000.00 P02 Z 轴负限位 mm-8000.00-8000.000 P03 X 轴正限位值 mm 8000.00 08000.00 P04 X 轴负限位值 mm-8000.00-8000.000 P05 Z 轴最快速度值 mm
45、6000.00 015000 P06 X 轴最快速度值 mm 6000.00 015000 P07 Z 轴反向间隙 mm 00.00 065.535 P08 X 轴反向间隙 mm 00.00 065.535 P09 主轴抵挡转速 转/min 1500 06000.00 P10 主轴高档转速 转/min 3000.00 06000.00 P11 位参考数 1 000000000 011111111 P12 位参考数 2 000000000 011111111 P13 最大刀位数 4 14 P14 刀架反转时间 0.1S 10 0.199.9 P15 M 代码时间 0.1S 10 0.199.9
46、P16 主轴制动时间 0.1S 10 0.199.9 P17 Z 轴最低起始速度 mm/min 50 81000 P18 X 轴最低起始速度 mm/min 50 81000 P19 Z 轴加速时间 ms 600 89999 27P20 X 轴加速时间 ms 600 89999 P21 切削进给起始速度 mm/min 50 86000 P22 切削进给加减速时间 ms 600 89999 P23 顺序号间距 10 1255 P24 主轴中档转速 转/min 2000 06000 P25 位参数 3 00000000 011111111 表表 6.36.3 通道参数通道参数 参数名 值 说明 通道
47、使能 1“0 通道”使能 X 轴轴号 0 X 轴部件号 Z 轴轴号 2 Z 轴部件号 主轴编码器部件号-1 或 23 根据实际设定 主轴编码器每转脉冲数 0 根据实际设定 移动轴拐角误差 1000 禁止更改 旋转轴拐角误差 1000 禁止更改 通道内部参数 0 禁止更改 注：标准设置选 0 通道 其余通道不用 表表 6.4 6.4 坐标轴参数坐标轴参数 值 参数名 轴 0 轴 1 轴名 X Z 所属通道号 0 轴类型 0 1 外部脉冲当量分子 1 外部脉冲当量分母 1 正软极限位置*2000000 负软极限位置*-2000000 回参考点方式 2 回参考点方向+参考点位置 0 参考点开关偏差
48、0 回参考点快移速度 500 回参考点定位速度 200 28单项定位偏移量 1000 最高快移速度*1000 最高加工速度*500 快移加减速时间常数 100 快移加减速捷度时间常数 60 加工加减速时间常数 100 加工加减速捷度时间常数 60 定位允差 20 串行接口式 49 脉冲接口式 45 伺服驱动器型号 模拟接口式 41 伺服驱动器部件号 0 1 位置环开环增益 3000 位置环前馈系数 0 速度环比例系数 2000 速度环积分时间常数 100 最大力矩值 150 额定力矩值 100 最大跟踪误差 12000 电机每转脉冲数 2500 表表 6.5 6.5 轴补偿参数轴补偿参数 值
49、参数名 X 轴 Z 轴 反向间隙 0 螺补类型 0 表表 6.6 6.6 硬件配置参数硬件配置参数 参数名 型号 标识 地址 配置(0)配置(1)部件 0 0 0 部件 1 1 0 部件 2 2 0 部件 3 串行式49 伺服电机46 脉冲式 45模拟式 41/42 3 0 部件 20 5301 13 0 0 0 29部件 21 13 1 0 部件 22 15 4 0 部件 23 32 4 0 部件 24 31 5 0 6.1.2 外部状态检查 1、开关量输入输出状态的显示 通过查看 PLC 状态用户可以检查机床输入输出开关量信号的状态(X。Z)另外用户还通过查看 PLC 编程用的中间继电器(
50、R 继电器不是指控制柜中的实际继电器)的状态信息调试 PLC程序，在图 7-1 所示的主操作界面下按 F5 键进入 PLC 功能子菜单命令行与菜单条的显示：图图 6.16.1 主控菜单主控菜单 图图 6.2 PLC6.2 PLC 功能子菜单功能子菜单 在 PLC 功能子菜单中选择 F4，弹出状态选择子菜单在状态选择子菜单中可以用键选择要查看的状态例如按 F1，选择机床输入到 PMC X 则显示的输入点状态窗口。X.Z 默认为二进制显示每 8 位一组每一位代表外部一位开关量输入或输出信号例如通常X(00)的 8 位数字量从右往左依次代表开关量输入的 I0-17X(01)代表开关量输入的 18-1