對CA6150車床控制系統的數控化改造設計

付　剛（撫順市技師學院，遼寧　撫順　113123）

對CA6150車床控制系統的數控化改造設計

付剛
（撫順市技師學院，遼寧撫順113123）

摘要：為實現CA6150普通車床數控化，對機床的控制系統進行了設計、改造，改造后的普通車床能夠滿足具有準確定位、直線插補、圓弧插補、暫停等數控功能的要求。

關鍵詞：CA6150車床；控制系統；改造設計

1　引言

對CA6150車床進行數控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統改造為用數控裝置控制的、能獨立運動的進給伺服系統，保證改造后的車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停等控制功能。伺服系統又叫伺服機構，它是一種反饋控制系統，它的受控變量是機械運動或者位置。在數控機床的控制系統中，伺服系統接收數控系統發出的位移、速度指令，經變換、放大與整形后，由電動機和機械傳動機構驅動機床坐標軸、主軸等運動，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯動使刀具相對工件產生各種機械運動，完成復雜形狀零件的加工。

2　改造的內容

2.1伺服驅動元件種類的選擇

永磁式交流伺服電動機結構簡單、運行可靠、效率較高。在結構上采取改進措施后，可使其外形尺寸比直流電動機減小1/2左右、重量減輕60%、轉子慣量減到直流電動機的1/5。與異步電動機相比，由于采用永磁鐵勵磁消除了勵磁損耗及相關的雜散損耗，因而效率提高，而且無換向器、電刷等，其機械可靠性與感應電動機相同而功率因數大大提高，所以永磁同步電動機的體積比異步電動機小些，在數控機床進給驅動中多采用永磁式同步交流伺服電動機作為伺服系統的驅動裝置。

2.2伺服驅動元件的選擇計算

2.2.1負載轉動慣量的估算

折算的電動機軸上的轉動慣量可按下式估算

式中：

JL—折算到電動機軸上的轉動慣量（kg·cm2）；

J1—齒輪1的轉動慣量（kg·cm2）；

J2—齒輪2的轉動慣量（kg·cm2）；

J3—絲杠的轉動慣量（kg·cm2）；

mj—各直線運動件的質量（kg）；

vj—各直線運動件的速度（m/min）；

nm—電動機的轉動速度（r/min）；

JM—電動機的轉動慣量（kg·cm2）；

J—傳動系統的轉動慣量（kg·cm2）；

J=JL+JM（2）

對于材料為鋼的圓柱體可近似計算如下：

J=7.8×D4×L×10-4（kg·cm2）（3）

式中：

D—零件的直徑（cm）；

L—零件的軸向長度（cm）；

則：

J1=7.8×4.84×1×10-4=0.414（kg·cm2）

J2=7.8×64×1×10-4=1.01（kg·cm2）

J3=7.8×44×150×10-4=29.95（kg·cm2）

工作臺折算到電動機軸上的轉動慣量（4）

式中：

J4—工作臺折算到電動機軸上的轉動慣量；

v—工作臺運動速度；

ω—電動機的角速度；

w—工作臺重量（N）；

B—絲杠螺距（mm）；

i—傳動比。

J4=0.1863×10-4kg·cm2

JL=0.8341×10-3kg·cm2

初選JM=1.0×10-3kg·cm2

得J=1.8341×10-3kg·cm2。

2.2.2作用在滾珠絲杠副上的各種轉矩計算

外加載荷產生的摩擦力矩TF（N·m）

滾珠絲杠副預加載荷FP產生的預緊力矩TP

式中：

L0—滾珠絲杠螺距；

η—未預緊的滾珠絲杠副效率。

1、2、3級精度的絲杠取0.9；4級以下取0.85；

F—作用在滾珠絲杠副上的外加軸向載荷，不同情況取值不同。在計算電動機啟動時是導軌摩擦力；若計算電動機工作轉矩時，包括導軌摩擦力和工作轉矩；

最大加速轉矩Tam

當電動機從靜止升速到nmax時：

式中：

nmax—電動機最高轉速（r/min）；

ta—加速時間約為3至4倍tm；

tm—電動機時間常數。

電動機最大啟動轉矩Tr（N·m）

TR=Tam+（TF+TP）i（8）式中：

i—傳動比；

將各參數代入得：

TF=0.14（N·m）

TR=Tam+（TF+TP）i=10.24+ （0.14+0.17）×2=10.86（N·m）

電動機連續工作的最大轉矩TM

TM=（TF+TP）i=（1.31+0.17）×2=2.96（N·m）

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中圖分類號：TG511

文獻標識碼：A