立式车床的数控化设计

１００ １ １００ １ ＝ １ ／ １２ ｉ２ ＝ ＝ １ ／ ７ ５ × × ２００ ６ １２５ ６ ５０ Ｈｚ １ １ ＝ １２５ ｒ ／ ｍｉｎ １ ５００ × ＝ ２００ ｒ ／ ｍｉｎ １ ５００ × １２ ７ ５ ｉ１ ＝
时 相 应 的 主 轴 计 算 转 速 分 别 为 ：
数 控 立 式 车 床 的 刀 架 带 有 纵 横 向 驱 动 电 机 ，纵 横 向 伺 服 电 机 通 过 滚 珠 丝 杠 带 动 滑 板 使 刀 架 进 行 各 种 运 动 ；丝 杠 为 垫 片 式 可 调 整 ，能 有 效 消 除 回 程 间 隙 ；刀 架 通 过 数 字 控 制 可 实 现 两 个 坐 标 的 单 动 或 联 动 ，实 现 圆 柱 面 、圆 锥 面 、圆 弧 面 等 的 切 削 。 ２ 数 控 系 统 的 设 计 在 详 细 了 解 国 内 外 数 控 系 统 的 特 点 及 性 能 价 格 比 等 指 标 的 基 础 上 ，根 据 立 式 车 床 的 功 能 要 求 ，选 择 比 较 适 合 的 广 州 数 控 系 统 。 广 州 数 控 研 制 的 新 一 代 普 及 型 车 床 ＣＮＣ ＧＳＫ９８０ＴＡ 的 升 级 产 品 ，采 用 了 ３２ 位 高 ＧＳＫ９８０ＴＤ 是 性 能 ＣＰＵ 和 超 大 规 模 可 编 程 器 件 ＦＰＧＡ，运 用 实 时 多
ＳＶ６３０
机 床 与 液 压
第 ４０ 卷
主 电 机 由 变 频 器 控 制 ，通 过 改 变 变 频 器 的 输 出 频 率 ，使 主 轴 实 现 无 级 变 速 ，且 传 动 链 短 、传 动 件 少 。 根 据 ＳＶ６３０ 数 控 立 式 车 床 主 传 动 系 统 的 要 求 ，设 计 了 主 传 动 系 统 减 速 器 ，把 电 机 的 高 转 速 经 过 二 级 减 速 转 化 成 车 床 主 轴 的 转 速 ，减 速 箱 经 过 两 对 斜 齿 轮 ２８ ２３ 降 速 ，其 传 动 比 为 ２ × ＝ １ ／ ６ ，其 结 构 图 如 图 １ ２ 机 床 主 传 动 系 统 的 设 计 ５６ ６９ ＳＶ６３０ 型 立 式 数 控 车 床 的 主 轴 箱 与 机 床 底 座 为 一 所 示 。
贺 平 平 ，邢 艳 辉
数 控 立 式 车 床 是 根 据 企 业 的 需 求 对 普 通 立 式 车 床 进 行 了 数 控 化 改 造 ，为 半 精 、精 加 工 轮 毂 、制 动 鼓 、制 动 盘 等 盘 套 类 及 短 轴 类 零 件 而 设 计 的 数 控 机 床 ；在 该 机 床 上 还 可 以 完 成 外 圆 、端 面 、圆 弧 面 、正 反 锥 面 的 加 工 ，适 用 于 各 种 盘 套 类 及 短 轴 类 零 件 的 中 小 批 量 生 产 ；如 果 配 上 主 轴 编 码 器 （选 配 功 能 ） ，可 以 进 行 螺 纹 加 工 。经 运 行 证 明 ：该 机 床 技 术 指 标 完 全 达 到 商 家 要 求 ，这 为 利 用 新 技 术 改 造 旧 设 备 、挖 掘 设 备 能 力 提 供 了 很 好 的 实 践 经 验 。 １ 机 床 总 体 方 案 的 确 定 １ １ 机 床 的 结 造 床 身 及 底 座 ，纵 横 向 导 轨 均 采 用 双 矩 形 导 轨 ，滑 动 面 贴 塑 ，摩 擦 因 数 小 ，运 动 灵 活 ，定 位 及 重 复 定 位 精 度 高 ；刀 架 通 过 伺 服 电 机 及 滚 珠 丝 杠 驱 动 ，可 实 现 两 坐 标 联 动 ，具 备 加 工 外 圆 、端 面 、圆 锥 面 、圆 弧 面 的 功 能 ；主 轴 采 用 变 频 调 速 ，便 于 用 户 根 据 工 件 直 径 大 小 选 择 相 应 的 主 轴 转 速 ；纵 、 横 向 进 给 采 用 交 流 伺 服 电 机 驱 动 的 广 州 数 控 系 统 ，根 据 零 件 的 不 同 加 工 工 艺 要 求 编 制 工 作 程 序 ，实 现 自 动 加 工 ；机 床 配 有 磁 性 排 屑 器 ，实 现 自 动 排 屑 ；机 床 防 护 采 用 封 闭 防 护 ，具 有 较 好 的 安 全 性 及 宜 人 性 。 机 床 整 体 造 型 如 图 １所 示 。
与 ＳＪＴ 系 驱 动 器 相 配 ，采 用 的 列 伺 服 电 机 具 有 以 下 技 术 特 点 ：（ １ ）电 机 低 速 特 性 好 ，调 速 比 大 于 １∶ １０ ０００ ；（ ２ ）介 电 强 度 和 绝 缘 电 阻 高 ，使 用 安 全 ； （ ３ ）过 载 能 力 强 ，瞬 间 转 矩 可 达 额 定 转 矩 的 ８倍 。 ４ 性 能 及 经 济 性 分 析 根 据 实 用 性 和 快 速 性 ，机 床 调 试 分 为 数 控 系 统 的 连 接 检 查 、通 电 试 车 （技 术 指 标 的 测 试 、进 给 性 能 测 试 ）和 机 床 精 度 检 验 。数 控 系 统 技 术 测 试 是 系 统 功 能 和 机 床 精 度 的 测 试 ，检 验 项 目 是 主 轴 和 导 轨 。机 床 改 造 后 ，最 大 切 削 直 径 达 到 大 加 工 高 ５５０ ｍｍ，最 度 达 到 ３５０ ｍｍ，最 大 回 转 旋 径 为 轴 转 ６５０ ｍｍ，主 速 范 围 为 ２０ ～ ８００ ｒ ／ ｍｉｎ，加 工 精 度 达 到 ＩＴ６ 级 ，粗 糙 度 达 到 Ｒａ１ ６ ，定 ０ ０１２ ｍｍ，重 位 精 度 （ｘ ／ ｚ）轴 为 复 定 位 精 度 （ｘ ／ ｚ ）轴 ０ ００５ ｍｍ。经 为 数 控 改 造 后 ， 机 床 的 技 术 性 能 得 到 了 提 升 ，确 保 设 备 高 精 度 、高 性 能 、高 效 率 地 满 足 各 种 加 工 的 需 要 。机 床 占 地 面 积 小 ，非 常 适 合 于 加 工 线 的 排 列 。最 后 进 行 试 加 工 ，发 现 加 工 范 围 扩 大 了 ，检 测 零 件 加 工 尺 寸 全 部 符 合 标 准 。说 明 ＳＶ６３０ 立 式 数 控 车 床 的 数 控 化 改 造 达 到 了 预 期 的 功 能 和 精 度 ，在 可 靠 性 和 操 作 宜 人 性 等 方 面 远 远 优 于 原 机 床 。 数 控 化 改 造 后 的 立 式 车 床 既 能 适 用 于 材 质 为 普 钢 、锻 钢 、合 金 铸 铁 、高 速 钢 、高 铬 钢 等 工 件 的 粗 、 精 加 工 ，又 能 完 成 外 圆 、内 孔 、端 面 、圆 锥 面 、内 外 螺 纹 、圆 弧 及 各 种 曲 线 复 合 轮 廓 的 高 质 量 、高 效 自 动 切 削 ，极 大 地 满 足 了 用 户 加 工 工 件 形 状 复 杂 、高 质 量 、高 效 率 、加 工 周 期 短 、应 变 能 力 强 的 要 求 ，方 便 了 操 作 ，提 高 了 生 产 效 率 ，降 低 了 生 产 成 本 。 经 用 户 使 用 证 明 ：数 控 化 改 造 后 的 立 式 数 控 车 床 运 行 良 好 ，为 利 用 新 技 术 改 造 旧 设 备 、挖 掘 现 有 设 备 能 力 提 供 了 一 个 很 好 的 途 径 ，真 正 走 出 了 一 条 “少 投 入 、快 产 出 、高 起 点 、高 效 益 ”的 技 术 改 造 路 子 。 参 考 文 献 ：
１ 机 表 床 的 主 参 数 及 动 力 参 数 最 大 切 削 直 径 ５００ ｍｍ 最 大 回 转 旋 径 ６３０ ｍｍ 主 轴 转 速 变 频 调 速 ， 无 级 主 轴 转 速 范 围 ２０ ～ ８００ ｒ ／ ｍｉｎ ９ ｍ ／ ｍｉｎ， ９ ｍ ／ ｍｉｎ 最 大 快 移 速 度 纵 向 ： 横 向 ： 最 大 行 程 纵 向 ： ５５０ ｍｍ， 横 向 ： ３００ ＋ ５０ ｍｍ 主 电 机 功 率 １１ ｋＷ， 变 频 电 机 主 轴 头 部 尺 寸 Ａ２ － １１ １３０ＳＪＴＭ１００２５ ， １５ Ｎ· ｍ， 横 向 ： 伺 服 电 机 型 号纵 向 ： １３０ＳＪＴ１００２５Ｂ（ 带 制 动 ） ， １５ Ｎ· ｍ 粗 糙 度 Ｒａ１ ６ 经 济 加 工 精 度 ＩＴ６ 机 床 外 观 尺 寸 １ ６５０ ｍｍ × ２ １００ ｍｍ × ２ ８００ ｍｍ ５ ５ ｔ 机 床 质 量 约
控 立 式 车 床 是 根 据 企 业 的 需 求 对 普 通 立 式 车 床 进 行 数 控 化 改 造 ，为 半 精 、精 加 工 轮 毂 、制 动 鼓 、制 动 摘 要 ：ＳＶ６３０ 数 盘 等 盘 套 类 及 短 轴 类 零 件 而 设 计 的 数 控 机 床 。主 要 介 绍 ＳＶ６３０ 数 控 立 式 车 床 机 床 整 体 结 构 、主 传 动 系 统 、数 控 系 统 以 及 机 床 电 气 系 统 等 。在 花 费 较 低 成 本 的 基 础 上 ，改 造 后 的 该 立 式 车 床 加 工 高 度 高 ，可 满 足 产 品 加 工 需 求 。 关 键 词 ：立 式 车 床 ；数 控 化 设 计 中 图 分 类 号 ：ＴＨ１６ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１００１ － ３８８１ （ ２０１２ ） ２０ － １７３ － ３
第 ２０ 期
贺 平 平 等 ：立 式 车 床 的 数 控 化 设 计
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螺 纹 、锥 螺 纹 、端 面 螺 纹 ，变 螺 距 螺 纹 ，螺 纹 退 尾 长 度 、角 度 和 速 度 特 性 可 设 定 ，高 速 退 尾 处 理 。 （ ６ ）集 成 中 文 、英 文 显 示 界 面 ，由 参 数 选 择 。 （ ７ ）零 件 程 序 全 屏 幕 编 辑 ，可 存 储 ６ １４４ ｋＢ、 ３８４ 个 零 件 程 序 。 （ ８ ）提 供 多 级 操 作 密 码 功 能 ，方 便 设 备 管 理 。 （ ９ ）支 持 ＣＮＣ 与 ＰＣ、ＣＮＣ 与 ＣＮＣ 间 双 向 通 讯 ， ＣＮＣ 软 件 、ＰＬＣ 程 序 可 通 讯 升 级 。 （ １０ ）安 装 尺 寸 、电 气 接 口 、指 令 系 统 、操 作 显 示 界 面 与 ９８０ＴＡ 兼 容 。 ＳＶ６３０ 型 ｘ轴 ｚ轴 立 式 车 床 的 和 为 联 动 轴 ，属 于 ２轴 ＣＮＣ。ＧＳＫ９８０ＴＤ 具 联 动 有 直 线 、圆 弧 和 螺 纹 插 补 功 能 。采 用 螺 纹 插 补 方 式 时 ，进 给 轴 跟 随 主 轴 旋 转 运 动 ，主 轴 旋 转 一 周 螺 纹 切 削 的 长 轴 移 动 一 个 螺 距 ， 短 轴 与 长 轴 进 行 直 线 插 补 。 ３ ＳＶ６３０ 数 控 立 车 电 气 系 统 的 设 计 电 气 系 统 的 优 劣 对 数 控 机 床 控 制 的 优 化 非 常 重 要 。根 据 使 用 的 目 的 和 要 求 ，ＳＶ６３０ 数 控 立 式 车 床 采 用 下 面 所 述 的 电 气 控 制 系 统 ：数 控 滑 台 移 动 由 伺 服 电 机 控 制 ，主 轴 由 ＮＣ 模 拟 电 压 输 出 端 口 提 供 的 模 拟 电 压 通 过 变 频 器 控 制 ，主 轴 速 度 设 定 范 围 为 ０ ～ ４００ 他 电 动 机 仍 为 接 触 器 、继 电 器 控 制 ，主 回 ｒ ／ ｍｉｎ。其 路 电 压 为 三 相 ＡＣ ３８０ Ｖ，５０ Ｈｚ；交 流 控 制 回 路 为 ＡＣ １１０ Ｖ；机 床 工 作 照 明 及 信 号 指 示 回 路 为 ＡＣ ２４ Ｖ， 小 按 钮 板 上 的 指 示 灯 电 源 为 稳 压 直 流 ２４ Ｖ；数 控 系 统 由 隔 离 的 交 流 ２２０ Ｖ 供 电 ；电 磁 阀 由 整 流 装 置 提 供 的 直 流 ２４ Ｖ 电 源 供 电 ；稳 压 直 流 ２４ Ｖ 电 源 用 于 电 动 刀 塔 的 信 号 回 路 、直 流 中 间 继 电 器 及 ＰＬＣ 输 入 输 出 信 号 ，由 数 控 系 统 提 供 。控 制 系 统 设 有 过 载 及 短 路 保 护 。机 床 完 整 的 电 气 线 路 图 如 图 ３所 示 。