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车床/数控车床 |
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CK6130小型数控车床的研制 |
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作者：新疆石河子大学 张立新 王卫兵 吴杰 |
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摘要：用普通PC机作为徽机数控系统的主机，步进电动机驱动电源采用脉冲调宽电路和平滑细分线路，数控车床本体利用旧普通车床改造并加装收信4工位电动刀架，从而实现车床的多功能低成本自动化。
目前，经济型数控机床仍然是我国市场需要量最大，销售量最高的数控机床。利用现有闲置的旧机床，通过数控化改造，使其成为1台新的高效、多能的经济型数控机床，则是一种盘活存量资金的有效方法，也是低成本实现自动化的道路之一。我们研制的CK6130小型数控车床正是这个思路的探索和实践。
1 工作原理
CK6130小型数控车床由微机数控系统和机床本体两大部分组成。加工工件时，先编制工件的数控程序，然后将校核可行的数控程序键人到数控装置，再由数控装置根据程序指令计算出进给脉冲序列，接着多功能NC板进行脉冲分配，经功放或驱动电源进行功率放大后，形成驱动装置的控制信号，从而控制机床主轴的转速、启停，进给系统的运动方向、速度和位移大小，以及刀具的选择、冷却润滑的启停等动作。使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、行程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸、精度符合要求的零件。
2 微机数控系统
本机床采用控制X轴、Z轴实现两轴联动的开环经济型控制系统，能完成两坐标的直线插补。它主要由微机、步进电动机驱动电源、步进电动机、多功能NC接口板、控制电路等组成(图1)。微机可选用IBMPC-286以上任何一种微机及兼容机，在其总线槽内插上数控卡，利用开发的车床数控软件包，将工件加工程序通过键盘键人，存贮在具有掉电保护功能的工件程序存贮器中，从而提高系统运行的可靠性，完成工件的数控加工。
图1 数控机床控制系统总体方案
步进电动机驱动电源采用脉冲调宽电路和平滑细分线路，以大力提高高频时步进电动机的愉出转矩，改善系统的快速性能，同时可降低低频时步进电动机的振动，使运行更稳定。此外还具有超温、超压、过流及欠压等保护功能。
在系统中还采用了光电祸合器进行隔离，以提高系统的抗干扰性。
3 机床本体
CK6130数控车床的机床本体由小型普通车床C615改进而来，主要包括进给传动系统的改造，主传动系统的改造及刀架结构的改造3个部分。
1）进给系统的改造
Z轴(纵向)进给系统如图2所示，拆除原机床的进给箱、溜板箱、光杠和丝杠，将步进电动机布置在原丝杠的左端，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装减速齿轮箱。步进电动机采用一级齿轮减速、传动齿轮采用双薄片齿轮以消除间隙。用滚珠丝杠代替原丝杠安置在原丝杠位置。滚珠丝杠采用可预紧安装方式，以减少或消除因丝杠自重产生的弯曲变形，使丝杠拉压刚度有较大提高。工作时，步进电动机经无间隙联轴器与减速箱相联，将拖动扭矩传给滚珠丝杠副，带动大拖板沿纵向往复运动。
图2 2轴进给系统改造示意图
X轴(横向)进给系统将步进电动机安装在大拖板上，经一级齿轮减速驱动滚珠丝杠。
2）主变速系统的改造
在主轴后端部安装光电编码器，采用电磁离合器与滑移齿轮相结合，将C615车床的手动分级变速改造为自动分级变速，使之具有操作方便结构简单的特点，同时采用双速电动机，以进一步增加变速级数。
3）刀架结构的改造
采用收信4工位电动刀架取代原C615车床的普通手动转位刀架，并由数控系统控制。工作时刀架在收到微机发来的信号后，在执行过程中，刀架每一次转位、换刀均由刀架上的霍尔元件电路向微机回送当前刀位的信号，由微机进行判断，当现刀位满足微机要求后，再向微机回送刀架锁紧而执行完毕的信号(图3)。
图3 刀架工作流程框图
4 车床的功能特点
本机床数控系统采用通用PC机，机床本体采用普通C615车床，编程采用彩色全屏幕显示和人机对话方式。机床可完成数控加工在线编程、程序检验、语法纠错、图形显示、仿真加工、运行参数自动设置，并控制机床整个自动加工过程。具有加工圆柱、圆锥、圆弧、端面、成形面、螺纹等复杂形状及组合面的功能。数控软件包为开放型，预留有接口，可扩展功能和实现软件升级，具有低成本自动化的显著特点。(end)
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(12/8/2007) |
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