数控 6

图6－10、6－11中为步进电机，通过变速齿轮与滚珠丝杆相连，可提高输出 转矩。 其中齿轮采用柔性调整法消除间隙（见C—C）。 丝杆螺母付采用双螺母螺纹调隙式结构
（三）数控车床的刀架
1。自动转位刀架
在经济型数控车床上大都使用自动转位刀架（4、5、6把刀），目前使用最多 的是螺旋转位刀架。其工作原理如图6－12 所示。
滑移齿轮5与主轴齿轮7脱 离。实现主轴运动。
3、主轴编码器
因为数控车床的进给运动与主运动无机械链联系，所以加工螺纹时，必须要 有脉冲编码器记录主轴转角，保证主轴每转一转，螺纹车刀移动一个导程。同时 还保证每次走刀都在工件的同一点切入，不会乱扣. 工作时，脉冲编码器与主轴同步旋转，直接装在主轴的后方，或通过1：1的 齿轮（同步齿形带）与主轴联系，分别如图6－1和6－2。
主轴每转中发1024个脉冲，累加运算1024 次，共发P/个脉冲（P为实际的螺距，单位 mm； 为脉冲当量），就保证了主轴每转一 转，刀架在Z向移动一个螺距值P。 设余数寄存器的容量为R， 则有关系式： RP/ =JV 1024 由上式可求得寄存螺距值JV （被积函数）.
书上： JV=F=P/ 则 R=1024
（6）鉴相器：该线路用来处理脉冲编码器的反馈信号，转换为一系列脉冲。
（7）DMR：实际位移值的倍乘系数。当编程的指令单位与实际机床移动单 位不一致时，用DMR进行调整，使其一致，以便进行比较。 （8）基准计数器：机床坐标回到参考点时，由该计数器产生零点信号。
（二) FANUC-6MB数控系统的主要功能（略）
图6－8、6－9中未采用变速齿轮，伺服电机通过同步齿形带或联轴器直接与 滚珠丝杆相连， 结构简单，传动误差少，但要求电机的输出转矩较大，能直接带动负载。
图6－10、6－11中为步进电机，通过变速齿轮与滚珠丝杆相连，可提高 输出转矩。 其中齿轮采用柔性调整法消除间隙（见C—C）。 丝杆螺母付采用双螺母螺纹调隙式结构。
由于数控机床常常采用了调速电机，实现了电气无级变速。所以其传动系统 比普通车床简单得多。
（一）主传动系统
1、由旧机床改装的及一些经济型的数控机床
可不要求主轴数控变速，其主传动系统与普通机床类似，依靠机械有级变速。 例如图6－1。
2、全功能型的数控车床
其主传动系统一般采用直流或交流调速主轴电机实现无级调速，通过皮带及 变速齿轮（1～2级）带动主轴旋转，以获得要求的调速范围和输出转矩。
二、进给系统
数控车床的进给系统是数字控制的主要部分，结构上与普通车床截然不同， 由步进电机或伺服电机驱动，经过0~3级的齿轮传动， 通过滚珠丝杆带动刀架完 成纵向（Z向）和横向（X向）的进给运动。 图6－8 、6－9、6－10、6－11为几种常用的进给传动装置。
图6－8、6－9中未采用变速齿轮，伺服电机通过同步齿形带或联轴器直接与 滚珠丝杆相连， 结构简单，传动误差少，但要求电机的输出转矩较大，能直接带动负载。
转塔刀架可由电机或液压马达驱动。图6－15为转位传动机构简图。
3. 动力刀架
车削中心——C轴功能
（四） 床身与导轨
数控车床的床身由四种结构形式，如图6－16。
水平的床身加工工艺性好，但床身下部空间小，排屑困难，一般只在经济型数 控车床中使用。 中小规格的现代数控车床多采用斜床身和平床身与斜滑板的结构，便于排屑， 占地面积小，便于操作，容易实现封闭式防护和便于安装机械手，可实现单机自 动化。
数控系统采用FANUC-6MB系统，适合于复杂型面零件的多工序加工。 技术参数（略）
二、机床的组成和传动系统
组成：机床部件、主轴箱、进给系统、自动换刀装置、液压系统、气动系统 外形图如图6－21 。
二、机床的组成和传动系统
图6－22为机床的传动系统原理图。
主传动：
宽调速直流电机1— 轴I、 II、 III、 IV —主轴3， 其中III轴到IV 轴由两档变速
另一组脉冲每转发一个脉冲，用于保证每次走刀是在同一切削点切入加工， 以免乱扣。
2。特殊功能模块程序设计 （1） 螺纹切削处理软件
为实现主轴每转一转，刀架在Z向移动一个螺距P（对应F个脉冲，F=P/ ) ， 可以采用数字积分法（DDA法），原理如下：
用两个存储单元，其中一个用来寄存螺距值JV（严格地说，是经过换算，正 比于实际螺距值的数）作为被积函数，另一个用来寄存余数JR（累加器）。 采用中断方式，主轴脉冲发生器每发一个脉冲，就产生一次中断，进行一次 累加运算。每当余数寄存器有溢出时，即向Z方向发送一个进给脉冲。
2、全功能型的数控车床
由于C轴功能完全不同与主轴功能，实际上是主轴的一种旋转进给运动， 需要专门的伺服电机，且与主轴电机分开 其传动有多种结构形式。 图6－6和图6－7分别为两个系统的C轴传动原理图。
采用可啮合和脱开的蜗轮副结构（蜗杆1、蜗轮3）
滑移齿轮5与主轴齿轮7可 啮合，实现C轴运动。
位置控制芯片MB8739是FANUC公司专门设计的，它包括位置测量与反馈的 全部线路，集成都非常高。其结构主要包括以下几部分： （1）DDA插补器：该插补器作细插补，它的输入是第一级软件插补一个插补 周期的信息。 （2）误差寄存器：实现指令位置与实际位置的比较，并寄存比较后的跟随误 差（实际上是多位可逆计数器） （3）位置增益调整：对位置误差乘以一定的比例系数，用来调整整个位置伺 服系统的开环增益KV。 KV是由软件根据实际系统的要求设定的。 （4）PWM脉宽调制电路：将位置误差调制成某一固定频率、且宽度与误差 值成正比的矩形脉冲波，经PWM后，输出误差指令FCMD. （5）偏移补偿控制：当无位置指令输出时，自动补偿坐标轴可能出现的移动 （如间隙等）
第六章 典型数控机械 数控车床、加工中心
§ 6－1 数控车床 经济型：用单片机或单板机、功率步进电机、功能简单、价格低
全功能型：数控系统功能齐全（如C轴、伺服电机、闭环控制等）
第六章 典型数控机械
一、数控车床的机械结构及原理
数控车床没有脱离普通车床的结构形式，包括有主传动系统、进给系统及 液 压、冷却、润滑系统。
（二）硬件结构
主机可利于进一步开发，其接口电路，其中： 8255主要用来传送数据和扫描开关量，并控制伺服驱动系统。
8253主要用来采集主轴脉冲信号和作为G00快速进给的定时控制，
8279用于中断控制。 Z80单板机的PIO接口电路用于扫描开关和强电控制，CTC接口电路用于主轴 直流调速和刀具快速移动的定时控制。 主轴脉冲发生器与主轴同步回转。它起两个作用：一方面用于进给控制，另 一方面用于主轴调速的数字反馈。
1。自动转位刀架
换刀时，微电机4正转——经离合器3 ——蜗轮蜗杆副——丝杆螺母 副——螺母上升（丝杆2固定），抬起刀架1，使定位用端齿盘的上盘与下盘分 离，带动刀架旋转。到位后，发信号使电机4反转，螺母反转，端齿盘的上盘下 降，与下盘啮合并压紧，完成刀架换位。
2。转塔刀架 利用转塔头的各刀座来安装或夹持各种刀具，通过转塔头的旋转分度定位来 实现自动换刀。转塔头的轴线与主轴轴线平行（如C轴功能）。 刀位数可多达20余种。 每当一把刀的切削工序完成后，转塔头根据指令转过 一个或几个刀位，选下一工步所需的刀具。
自动换刀的工作过程见图6－23。
在整个换刀过程中各项动作均由限位开关控制，只有前一个动作完成后，才 能进行下一个动作，从而保证运动的可靠性。
四、FANUC-6MB数控系统的基本功能 （一）概述
图6－26为FANUC系统的结构。 每个进给坐标轴都配有一套伺服驱动系统。 进给驱动电机采用直流伺服电机应用PWM晶体管脉宽调速电路。 系统的位置控制框图如图6－27所示。 CPU输出的位置指令经过专用大规模集成电路位置控制芯片MB8739处理后， 送往D/A，再经速度控制单元控制电机运动。
图6－19为DDA法
CTC常数设置法
在单片机择的软件设计
自动转位刀架的软件控制过程： 当前刀位 转动角 转动时间到 刀位与指令值比较 电机反转 结束
指令刀位
6－2 立式加工中心
以XHK716型立式加工中心为例
一、机床的用途与主要技术性能
用途：自动换刀、三坐标直线插补、任意二轴圆弧插补、闭环控制，
（四） 床身与导轨
经济型数控车床一般采用塑料粘接导轨，成本低，性能较好。 滚动导轨由于摩擦特性好，数控机床应用广泛。
二、经济型数控车床的CNC数控系统
以CKL—6132系统为例，作一介绍。
（一） 主要技术参数与功能（略） （二）硬件结构
该机的控制系统框图如图6－17所示
该机控制系统以一台16位工控机为主机，以Z80 CPU微处理器为核心的单板 机作从机，构成二级控制系统。 主机担负数据处理、插补控制及一些功能管理等任务； 从机担负辅助机能的控制任务（如调速、换刀等），还担任手动操作方面的 控制任务。 。
机械部分的有级自动变速 一般采用电磁离合器或 液压缸拨动齿轮。如前一章 所述。
全功能型的数控车床，有些包含C轴功能（严格地说，属于旋转方向的进给 运动）。以实现主轴定向停车和圆周进给，并在数控装置控制下实现C轴、Z轴 联动插补和C轴、X轴联动插补。实现圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、 攻丝及曲面铣加工。 图6－5 为C轴坐标功能的示意图。
进给运动（三个方向）： 直流伺服电机（4、7、9） — 张紧环结合子（5、6、8）— 滚珠丝杆— 工作台（十字滑台、垂向滑座）
进给运动中无传动齿轮，电机直接带动丝杆。
三、机床的自动换刀装置
自动换刀装置由单盘式刀库12、刀库底座11、液压马达10、双臂回转机械手 组成，见图6－22及图6－21。其中机械手安装在主轴箱的左侧面，换刀时可随同 主轴箱一起在立柱上运动。
（三）软件结构 1。软件的总体结构
该车床的软件总体框图如图6－18所示。
经济型，功能简单，速度不要求高，车床无刀具半径补偿计算，开环
几乎不用中断少
译码一段——加工一段