ck5116a立式车床数控的数控化改造本科论文.doc

四 川 工 程 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文目 录摘要2ABSTRACT2引言3第1章 总体方案的设计51.1 设计任务51.2 总方案的论证51.2.1 机械部分的改造设计81.2.2 伺服进给系统的改造设计91.2.3 数控系统的硬件电路设计91.3 总体方案的确定10第二章 机械部分的改造102.1 主轴转动的改造设计102.1.1 主轴驱动单元112.1.2 主轴的传动连接122.1.3 主轴的检测装置122.2 纵向进给系统的改造设计122.2.1 纵向滚珠丝杆螺母副的选用132.2.2 伺服电机的选用192.3 横向进给系统的改造设计192.3.1 横向进给系统滚珠丝杆螺母副的选用20第三章 数控系统的改造设计253.1 数控系统的选择253.2 SINUMERIK 802C base line263.2.1 操作面板结构263.2.2 系统接口布局283.2.3 数字输入/输出接口X100X105，X200和X20129结论30参考文献31致谢32CK5116A立式车床数控的数控化改造摘要针对现有常规CK5116A立式车床数控的缺点提出数控改造方案和西门子802CBL系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通机床的数控化改造的设计过程，较详细地介绍了CK5116A机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以西门子802CBL的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出模拟信号，经伺服驱动器驱动伺服电机，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。改造过程如下：（1）机械部分的改造，包括纵向进给方向和横向进给的改造。主要包括对滚珠丝杠螺母副及反应式伺服电机的计算选择及纵向、横向机构装配图方案的制定。（2）电气控制部分的设计，主要包括西门子802CBL 内置PLC I/O接口的分配和电气控制图的设计。关键字：数控 西门子802CBL 伺服电机 滚珠丝杠 改造ABSTRACTTo remedy the defects of ordinary lather CK5116A,a design of data processing system and its SINUMERIK 802C base line system program is put forward to raise the processing precision and extend she machines usage ,and to improve production rate. This paper pressnts the process of designing numerical control reform, and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control systems reforms. We adopt control system which has SINUMERIK 802C base line to cope with the signal, and output the stepf pulse through the I/O interface. After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll. Thus achieve the verticalmovement and the crosswise movement.Reform process as follows:The reformation of machine part,include to enter lengthways to the reformation of the direction with horizontal enter to direction of reformation . Mainly include to roll the ball screw shaft nut and the calculation choice of reaction stepping motor and the establishment of lengthways,horizontal organization assemble diagram project.The reformation of electricity part, mainly include the choice of and expand chip and the design of electric control chart. Key words:numerical control SINUMERIK 802C base line servo motor ball screw haft reform引言毕业设计是机械设计制造及其自动化专业教学计划的一个重要组成部分，是各教学环节的继续深化和检验，其实践性和综合性是其他教学环节所不能替代的，通过毕业设计使学生获得综合训练，对培养学生的实际工作能力具有十分重要的作用。毕业设计还是高等学校工科学院学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节，是学生在校获得的最后训练机会，也是对学生在校期间所获得知识的检验。这次设计的题目是：用802C base line系统进行CK5116A立式车床数控设计现代工业技术的发展，特别是能源部门的需求，是高温高压环境广泛的出现在相关的领域中，对国民生产和人民的生活起着越来越重要的作用。例如：机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置、机床电机的启动和停止、主轴变速、工件松开和夹紧、刀具的选择、冷却泵的启停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码、运算、发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1. 适应性高，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。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机床近几年的产业化开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进国家的1/10左右，差距太大，系带改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标，随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。第1章 总体方案的设计 1.1 设计任务本设计任务是对CK5116A普通车床进行数控改造。利用西门子802CBL对纵、横向进给系统进行控制，驱动元件采用伺服驱动器，执行元件采用伺服电机，传动系统采用滚珠丝杠副。1.2 总方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。一般数控系统应包括以下五大要素和功能，其图如下：此五个要素的工作结构示意图如下：1、 输入、输出设备主要作用：编制程序、输入数据、程序输出、显示器2、 微机控制设备可选用专用计算机PC、数控系统、PLC、或者单片机功能：完成零件的测量及精度的保证，产生控制信号。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是西门子系列CPU，主要是因为它们的价格便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计是以西门子802CBL为数控系统，802CBL相对802S指令更丰富，相对802D价格更便宜。 SINUMERIK 802C base line 是在SINUMERIK 802C 基础上新开发的全功能数控系统。它可以控制2到3个伺服电机进给轴和一个伺服主轴或变频主轴，连接SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line。当系统匹配SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line时，连接1FK7系列伺服电机。SINUMERIK 802C base line系统组成：集成式、紧凑型CNC控制器，配置液晶显示器，全功能操作键盘、机床操作键面。本设计以SINUMERIK 802C base line为控制系统。3、 伺服系统包括：伺服驱动器、伺服电机、伺服控制系统线路、驱动电路、执行机构功能：将微机控制设备产生的控制信号转化为电机执行机构的速度和位移。伺服驱动器有：松下A4系列伺服驱动器、 。Panasonic MINAS A4 SERIES 松下全数字交流伺服系统 DIGITAL AC SERVO MOTOR & DRIVER松下伺服电机 1.松下伺服电机智能化的调整根据负载惯量的变化与自适应滤波器配合，从低刚性到高刚性都可以自动的调整增益。在因旋转方向不同而产生的不同负载转矩的垂直轴情况下，也可以进行自动调整，具备异常速度检测功能，因此可以将增益调整过程中产生的异常速度调整到正常。 2松下伺服电机高速高响应响应频率最高可达1khz。内置瞬时速度观测器。可以快速高分辨率的检测出电机转速。无论是易震动的传送带驱动机械还是高刚性的丝杆传动机械，都可以用自动调整功能实现高速定位. 3松下伺服电机超低振动内置自适应滤波器，可根据机械振动频率不同而自动的调整滤波器频率。可以控制由于机械不稳定以及共振频率变化而发生的噪音。内置两个通道的振动抑制滤波器，可以以0.1hz为单位.分别设置振动频率，也可以抑制刚性较低的机械在启动和停止时产生的振动。两个通道的振动频率可以根据旋转方向的不同而自动切换，或者也可以分别对应由于外部输入信号切换而产生的机械位置变化而导致的振动频率。 Panasonic MINAS A4 SERIES 松下全数字交流伺服系统实现了以下特点： 1、松下伺服电机精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题； 2、松下伺服电机 转速：高速性能好，一般额定转速能达到20003000转； 3、松下伺服电机 适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用； 4、松下伺服电机 稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象，适用于有高速响应要求的场合； 5、松下伺服电机 及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内； 6、松下伺服电机 舒适性：发热和噪音明显降低。本设计选用松下A4系列伺服驱动器为驱动元件，松下伺服电机作拖动元件。因为数控系统发出的指令仅使床鞍运动而需要检测和信号反馈，故而提高零件加工时的加工精度。4、 测量反馈装置测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，将执行机构的速度、位置信号测量出来反馈到控制装置中。根据测量结果修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。本次车床的改造，要求加工螺纹，进给系统半闭环控制，则需用使用测量反馈装置。5、 机械传动包括传动机构、工作台、床身、支柱等。6、 辅助控制、手动（点动）、限位、紧急停车的实现。1.2.1 机械部分的改造设计数控机床的机械部分在刚度、精度、速度、摩擦磨损等方面较普通机床有更高的要求。因此，不能简单地认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了机床数控改造的目的。而是应该从机床自身的价值考虑，分析改造要达到的目标和所需投入。从本机床在本单位产品制造中的地位和现实生产中的重要程度来分析改造价值。对被改造机床的结构、性能、精度等技术现状作全面的分析。其中包括机床原来的结构设计是否符合改造要求，部件结构是否仍然完好，是否影响改造后的生产要求，各进给轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用，各种精度是否满足改造要求，机床在加工生产中是否出现重大故障维修记录和存在无解决的故障。从本机床的投入产出率估算，最终确定改造方案。为了实现机床所要求的分辨率，采用交流伺服电机经联轴器再传动丝杆。为了保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为了提高传动精度和消除间隙，采用联轴器作为导向结构。此设计过程主要是纵向进给和横向进给的改造，关键是交流伺服电机和滚珠丝杆的选用。1.2.2 伺服进给系统的改造设计伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。数控机床的伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。因为半闭环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度高、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用半闭环控制系统。1.2.3 数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，数控系统CPU的选择是关键，选择数控系统CPU应考虑一下要素：1、时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2、可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3、I/O口扩展的能力与对外控制的能力相关。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是西门子系列的数控系统，主要是因为它的价格较便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计以西门子802CBL为控制系统。1.3 总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定CK5116A车床经济型数控改造方案。CK5116A车床的主轴采用西门子G110驱动，实现无级变速；车床的纵向（Z）和横向（X轴）进给采用伺服驱动器和伺服电机驱动；将原来机床的普通丝杆改为滚珠丝杆以减小摩擦力；并将以西门子802CBL作为数控控制系统，控制变频器和伺服驱动器，进而驱动电机，经联轴器带动滚珠丝杆转动，从而实现车床主轴的转动、纵向和横向进给运动。第二章 机械部分的改造2.1 主轴转动的改造设计在对主轴传动系统进行改造时，一般都应该把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。根据改造设计的要求，主轴采用变频驱动并实现无级变速。结合机床的总体改造要求，机床改造后的技能要求以及经济计算。此次主轴改造使用西门子G110变频器，为了节约成本，原主轴电机保持不变。2.1.1 主轴驱动单元本次设计使用西门子G110变频器，其优点：便于安装，进行参数设置和调试。牢固的EMC 设计。参数涉及的范围全面而具有综合性，经过适当地配置，其适用范围非常广泛。电缆连接简便。可以通过模拟方式进行控制，也可以通过USS串行通讯方式进行控制。采用较高的调制脉冲频率时，电动机运行的噪声很小。装有基本操作板(BOP，选件)时，可以显示变频器运行的状态信息和报警信息。利用基本操作板(BOP，选件)在变频器之间复制参数时，可以节省大量调试时间。具有完备的外部选件，可以实现与PC机的通讯和与基本操作板(BOP)的连接。在驱动装置要求具有快速响应特性的情况下，变频器具有快速的,并可重复的开关量输入响应时间。采用高分辨率(10位二进制数)的模拟输入(仅指模拟控制方式),因而可实现速度的精调用)。LED(发光二极管)显示变频器的状态信息。变频器可以带有内置的A级或B级EMC滤波器。DIP开关使变频器的电源频率设置(50Hz或60Hz)非常方便。采用RS485串行通讯(USS)控制方式的情况下，DIP开关使总线终。RS485串行通讯接口(仅指USS控制方式)便于与其他驱动系统联网。应用：SINAMICS G110变频器特别适合用于风机和水泵的驱动，或者作为各种工业设备的驱动装置，例如，食品工业、纺织工业和包装工业,以及传送带驱动系统，工厂大门和车库大门传动链的驱动，还可以作为移动式广告牌的通用驱动装置。 2.1.2 主轴的传动连接主轴电机保持使用原机床主轴电机，拆除原机床的齿轮变速箱。改造后，主轴电机与工作台的传动轴之间使用带传动，使用带传动能够满足此次改造的要求，并且带传动成本低、安装调试简单、便于维修和更换。2.1.3 主轴的检测装置主轴使用编码器ROTARY ENCOOER ZSF6.215-107CW 1024BZ 2/05L1 2 3 4 5 6 7 8 95V Z B 0V A B- A- Z- N.C2.2 纵向进给系统的改造设计在对进给传动系统进行改造时，一般都应该把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。而每个方向的进给传动都改由各自独立的伺服电机，经联轴器直接与带动滑板移动的丝杆连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。例如普通机床的简易化数控改装，通常都是把原来由主轴箱到进给箱的传动路线切断，且将溜板箱拆除，直接把联轴器和驱动电机安装在纵向丝杆的右端（卧车）或上端（立车）和横向丝杆的外端（卧车）或右端（立车）。在对机床进给传动系统改装的同时，也要对此传动系统中的传动装置元件进行相应的改造。具体如下：（1）丝杆。丝杆是将回转运动转换为直线运动的传动装置。改造时，为了满足数控机床上较高精度零件的加工要求，应该用滚珠丝杆螺母副替换原普通机床上的梯形丝杆螺母副。滚珠丝杆螺母副把传动丝杆与螺母之间的滑动摩擦变为了滚动摩擦，使摩擦损失减小，精度保持性、传动平稳性、传动效率等都得以提高。其传动效率可达到92%98%，是普通丝杆螺母副的34倍。（2）机床导轨。为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，应充分考虑机床的耐磨性。当前国内普通机床床身等大件多采用普通铸铁，其摩擦系数较大，改造中，在对达不到预订要求的原机床导轨进行摩擦、刮研后，要在上面贴上耐磨、吸振的聚四氟飞烯软带。（3）拖板。拖板是数控系统直接控制的对象。无论是点位控制、直线控制，还是轮廓控制，被加工零件的最终坐标精度都将受到拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。除拖板及配件精度要高外，由驱动电机到丝杆间的传动机构也要采用间隙消除结构，以满足传动精度和灵敏度的要求。常用的消隙方法有刚度调整法和柔性调整法两种。刚性调整法传动刚度较好、结构简单，但调整起来很费时；柔性调整法，一般用弹簧弹力自动消除传动机构间隙，传动刚度较低，传动平稳性差，结构复杂。改造中，可根据机床加工目标选用。具体选用可参考有关资料。2.2.1 纵向滚珠丝杆螺母副的选用滚珠螺旋传动是在丝杆和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦，丝杆转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上没有设返向器，与螺纹滚到构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置，为了延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。滚珠螺旋传功与滑动螺旋传动或其它直线运动副相比，有下列特点：（1）传动效率高，一般滚珠丝杆螺母副的传动效率达到90%95%，耗费能量仅为滑动丝杆的1/3。（2）运动平稳，滚珠摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，预紧后可消除间隙产生的过盈，提高接触刚度和传动精度。（3）工作寿命长，滚珠丝杆螺母副的摩擦表面为高硬度（HRC5862）、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杆副的410倍以上。（4）定位精度和重复定位精度高，由于滚珠丝杆副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。（5）同步性好，用几套相同的滚珠丝杆副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。（6）可靠性高，润滑密封装置结构简单，维修方便。（7）不能自锁，用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（8）制造工艺复杂，滚珠丝杆和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本较高。2.2.1.1 确定进给系统的分辨率在数控机床中，分辨率是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数，通常用表示，按机床设计的加工精度选定。本设计所要求的CK5116A的分辨率为：纵向（Z向）分辨率为0.01mm，横向（X向）分辨率为0.005mm。2.2.1.2 车削力的计算在设计机床进给伺服系统时，计算传动和导向元件，选用伺服电机等都要用到切削力。现在我们利用经验公式计算主切削力。车床的主切削力Fz（N）可用下式计算：Fz=067Dmax15式中Dmax车床床身加工的最大直径单位为mm。因CK5116A床身纵向加工的最大直径410mm，则：Fz=0.6741015=5562.3N按以下比例分别求出分力Fz：Fx：Fy=1:0.25:0.4则：Fx=1391N，Fy=2226N2.2.1.3 滚珠丝杆螺母副的设计、计算和选型滚珠丝杆螺母副的设计首先要选择机构类型，确定滚轴循环方式，滚珠丝杆副的预紧方式。结构类型确定后，再计算和确定其他参数，包括：公称直径d、导程L0、滚珠的工作圈数j、列数k、精度等级等。本设计中选择滚珠循环方式为内循环方式中的固定式。滚珠丝杆副的预紧方法选择双螺母螺纹预紧。（1）计算进给率牵引力Fm作用在滚珠丝杆上的进给率牵引力主要包括切削力时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因此其数值大小和导轨的形式有关。Fm的计算公式如下：纵向进给导轨为三角行则：Fm=KFx+f（Fz+G） =（1.1513910.15（5562.3800）N =2554N三角形导轨选取参数：K=1.15,f=0.15,G=800N（2）计算最大动负荷C选用滚珠丝杆副的直径do时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杆在回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杆能承受的最大动负荷C。计算步骤如下：丝杆转速n=其中Vs=0.75m/min,L0=6 n=125r/min寿命最大动负荷C=jwFm=1.52554=8584.13N（3）计算最大静负荷当滚珠丝杆副在静态或低速（n10r/min）情况下工作时，滚珠丝杆副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生变形，当塑性变形超时一定限度就会破坏滚珠丝杆副的正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。产生大的塑性变形量的负载称为允许的最大静负荷Co。选取静态安全系数fs=2，滚珠丝杆的最大轴向负荷Fmax=Fm=2254N故最大静负荷为：Co=fs Fmax=22554=5108N（4）选择滚珠丝杆副见表1（5）传动效率计算滚珠丝杆副的传动效率=0.943（6）刚度校核主要校核滚珠丝杆在工作负载Fm和扭矩T共同作用下引起的每导程变形量L是否符合丝杆精度要求。每导程变形量L可按以下公式计算 查表所得，所选用的D级丝杆精度允许误差为10um/m，满足要求。（7）稳定性校核机床在进给时滚珠丝杆通常是受轴向力的，若轴向力过大，将使丝杆失去稳定而产生翘曲，所以选用时必须进行稳定性校核。如果满足稳定性安全系数nk大于许用稳定性安全系数（nk），则丝杆安全，不会失稳：nk=（nk）式中（nk）许用稳定性安全系数，一般取2.54 Pk丝杆失稳时的临界负载，由：Pk= 式中l丝杆长度 丝杆轴端系数，由至诚条件定。 J截面惯性矩，对实心圆J=dl4对于水平丝杆要考虑自重影响可取（nk）4将相关数据代入上式中可得nk=45（nk）丝杆不会失稳。2.2.2 伺服电机的选用CK5116A型普通车床数控化改造，采用了一种比较简单但是较为典型的改造方案，改造后的车床进给运动由伺服电机A和B驱动，它们分别安装在床头箱内（或床身尾部）和拖板后方，通过联轴器和纵横向丝杆带动车床的纵横进给运动。为使改造后的车床能充分发挥数控车床的效能，纵横向丝杆螺母副一般调换成滚珠丝杆螺母副。当利用原丝杆螺母副时，为了减少改造工作量，纵向驱动电机及联轴器一般装在机床滑轨的上端，这时连接车床传动系统（主轴系统）和纵向丝杆传动的离合器尚未拆除，工作时应该处于脱开位置。同理，脱落蜗杆等原横向自动进给机构若未拆除，工作时应使其处于空挡位置。伺服电机的参数根据阻力矩及切削用量的大小和机床型号来选择，普通车床（如C6140、CK5116A等）的数控改造中多采用0.080.15N.m静力矩的伺服电机，本设计选0.08N.m的作为横向进给电机；选0.15N.m的作为纵向进给电机。2.2.2.1 分辨率的选择2.3 横向进给系统的改造设计1.横向进给系统的设计经济性数控改造的横向进给系统的设计比较简单，一般是伺服电机经联轴器后驱动滚珠丝杆，使刀架横向运动。伺服电机安装在大拖板上，用法兰将伺服电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。2横向滚珠丝杆横向滚珠丝杆也采用三点支承形式。保留原手动机械，丝杆的右端，布置一根支承短轴，通过一个联轴套与滚珠丝杆连接起来。利用原机床滑动轴承作为径向支承，并对原支承处进行适当改装，布置一对推力球轴承，以实现轴向支承。在丝杆的左端，用一个联轴器把滚珠丝杆与伺服电机的轴连接起来。与纵向进给一样，丝杆螺母与横向拖板间仍用螺母座联接。2.3.1 横向进给系统滚珠丝杆螺母副的选用滚珠螺旋传动是在丝杆和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦，丝杆转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上没有设返向器，与螺纹滚到构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置，为了延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。滚珠螺旋传功与滑动螺旋传动或其它直线运动副相比，有下列特点：（1）传动效率高，一般滚珠丝杆螺母副的传动效率达到90%95%，耗费能量仅为滑动丝杆的1/3。（2）运动平稳，滚珠摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，预紧后可消除间隙产生的过盈，提高接触刚度和传动精度。（3）工作寿命长，滚珠丝杆螺母副的摩擦表面为高硬度（HRC5862）、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杆副的410倍以上。（4）定位精度和重复定位精度高，由于滚珠丝杆副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。（5）同步性好，用几套相同的滚珠丝杆副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。（6）可靠性高，润滑密封装置结构简单，维修方便。（7）不能自锁，用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（8）制造工艺复杂，滚珠丝杆和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本较高。2.3.1.1 确定横向进给系统的分辨率横向（X）分辨率为0.0005mm。2.3.1.2 车削力的计算车床的主切削力Fz（N）可用下式计算：Fz=067Dmax15式中Dmax车床床身加工的最大直径单位为mm。因CK5116A床身横向加工的最大直径210mm，则：Fz=0.6721015=2039N按以下比例分别求出分力Fz：Fx：Fy=1:0.25:0.4则：Fx=510N，Fy=815.6N2.3.1.3 滚珠丝杆螺母副的设计、计算和选型滚珠丝杆螺母副的设计首先要选择机构类型，确定滚轴循环方式，滚珠丝杆副的预紧方式。结构类型确定后，再计算和确定其他参数，包括：公称直径d、导程L0、滚珠的工作圈数j、列数k、精度等级等。本设计中选择滚珠循环方式为内循环方式中的固定式。滚珠丝杆副的预紧方法选择双螺母螺纹预紧。（1）计算进给率牵引力Fm作用在滚珠丝杆上的进给率牵引力主要包括切削力时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因此其数值大小和导轨的形式有关。Fm的计算公式如下：纵向进给导轨为三角行则：Fm=KFy+f（Fz+2Fx+G） =1.4815.60.2（20392510+600）N =1873.6N三角形导轨选取参数：K=1.4,f=0.2,G=600N（2）计算最大动负荷C选用滚珠丝杆副的直径do时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杆在回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杆能承受的最大动负荷C。计算步骤如下：丝杆转速n=其中Vs=0.6m/min,L0=5 n=120r/min最大动负荷C=jwFM=1.51873.6=6212N（3）计算最大静负荷当滚珠丝杆副在静态或低速（n10r/min）情况下工作时，滚珠丝杆副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生变形，当塑性变形超时一定限度就会破坏滚珠丝杆副的正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。产生大的塑性变形量的负载称为允许的最大静负荷Co。选取静态安全系数fs=2，滚珠丝杆的最大轴向负荷Fmax=Fm=1873.6N故最大静负荷为：Co=fs Fmax=21873.6=3747.2N（4）选择滚珠丝杆副（见表2）（5）传动效率计算滚珠丝杆副的传动效率=0.965（6）刚度校核主要校核滚珠丝杆在工作负载Fm和扭矩T共同作用下引起的每导程变形量L是否符合丝杆精度要求。每导程变形量L可按以下公式计算查表所得，所选用的D级丝杆精度允许误差为60um/m，满足要求。（7）稳定性校核机床在进给时滚珠丝杆通常是受轴向力的，若轴向力过大，将使丝杆失去稳定而产生翘曲，所以选用时必须进行稳定性校核。如果满足稳定性安全系数nk大于许用稳定性安全系数（nk），则丝杆安全，不会失稳：nk=（nk）式中（nk）许用稳定性安全系数，一般取2.54 Pk丝杆失稳时的临界负载，由：Pk= 式中l丝杆长度 丝杆轴端系数，由至诚条件定。 J截面惯性矩，对实心圆J=dl4对于水平丝杆要考虑自重影响可取（nk）4将相关数据代入上式中可得丝杆不会失稳。2.3.2 横向伺服电机的选用第三章 数控系统的改造设计3.1 数控系统的选择本设计选用SINUMERIK 802C base line。1、SINUMERIK 802C base line 是在SINUMERIK 802C 基础上新开发的全功能数控系统。它可以控制2到3个伺服电机进给轴和一个伺服主轴或变频主轴，连接SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line。当系统匹配SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line时，连接1FK7系列伺服电机。2、SINUMERIK 802C base line系统组成l CNC控制器集成式、紧凑型CNC控制器，配置液晶显示器，全功能操作键盘、机床操作键面；l 驱动器和电机伺服进给驱动SIMODRIVE 611U或SIMODRIVE base line带1KF7系列伺服电机。目前SIMODRIVE base line带1KF7的配置有3种：3Nm+6Nm、6Nm+8Nm、11Nm，光轴，带/不带抱闸；使用SIMODRIVE 611U与1KF7的配置为：3Nm、6Nm、8Nm、11 Nm，光轴，带/不带抱闸；l 电缆连接CNC控制器到驱动器的电缆为速度给定值电缆和位置反馈值电缆；连接驱动器到电机的电缆为编码器电缆和电机动力电缆。3.2 SINUMERIK 802C base line3.2.1 操作面板结构SINUMERIK 802C base line具有集成式操作面板，分为三大区：LCD显示区、NC键盘区和机床控制面板区域。 操作面板NC键盘机床控制面板区域3.2.2 系统接口布局系统的接口位于机箱的背面，SINUMERIK 802C base line 的接口布置见下图：SINUMERIK 802C base line 接口布置3.2.3 数字输入/输出接口X100X105，X200和X201系统共有48个数字输入和16个数字输出接线端子。1、数字输入接口X100X105引脚分配注：上表中信号的高电平为1530VDC，耗电流为215mA，低电平为-35VDC。2、数字输出接