凯达加工中心增加第四轴的改造

1、 常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别： 机电工程学院 专 业： 数控技术 班 号： 数控 133* 学 生 姓 名： 李 森 学 生 学 号： 1304033330 设计（论文）题目： 凯达加工中心 KVDM1000L增加第 4 轴的改造 指 导 教 师： 朱 俊 设 计 地 点： 机电工程学院 起 迄 日 期： 2015.6.152015.11.2 常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书专业专业 数控技术 班级班级 数控 133 姓名姓名 李森 一、课题名称： 凯达加工中心 KVDM1000L 增加第 4 轴的改造 二、主要技术指标

2、：1.数控回转台中心高：160mm 2.工作台面直径 250mm 3.气压刹紧，压力 0.5MPa0.8MPa 4.工作台最高转速 11.1r/min 5.设定最小分度单位 0.001 度。 三、工作内容和要求：1. 完成数控回转台、伺服电机、气动元器件的选型； 2. 完成电路改造电气原理图、电气布局图、电气接线图的设计； 3. 完成数控回转台、伺服电机的机械连接，完成数控回转台的安装，完成气动回路的连接，完成电气线路的连接； 4. 完成 FANUC 0i-MC 数控回转台控制 PMC 程序的编制，并联机调试完成； 5. 完成增加第 4 轴改造 FANUC 0i-MC 数控系统参数的准备，并输

3、入至数控系统，联调完成；四、主要参考文献： 1.北京发那科公司 0i-C 简明安装调试 北京：北京 FANUC 有限公司 2003 2.北京发那科公司 0i-C 子程序库说明 北京：北京 FANUC 有限公司 2003 3.彭二宝，王宏颖. 利用 PLC 状态显示信息诊断机床故障 4 例J.木工机床 2007 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告设计（论文）设计（论文）题目题目凯达加工中心凯达加工中心 KVDM1000

4、LKVDM1000L 增加第增加第 4 4 轴的改造轴的改造一、选题的背景和意义：在三轴加工中心上，一套夹具只能一面加工工件，操作人员频繁更换夹具，影响工件的定位精度。在承接外加工任务时，除了要在数控机床上进行正常的轮廓、孔的加工，有时还需加工曲线、曲面类零件。如在法兰盘上加工均匀分布的孔、在细长的棒料上铣出定位槽、在圆柱面上加工曲线槽等。而这些加工在普通的三坐标数控铣床上是很难完成的，如果需要购置高精度的四轴联动的配置高档 CNC 系统的加工中心，机床性能的增强必然导致成本的增长。此时可在数控机床上安装第四轴，扩展机床功能，使之成本投入较前者大幅度降低。还提高了机床的加工能力和产品的加工精度

5、。二、课题研究的主要内容：1. 完成数控回转台、伺服电机、气动元器件的选型； 2. 完成电路改造电气原理图、电气布局图、电气接线图的设计； 3. 完成数控回转台、伺服电机的机械连接，完成数控回转台的安装，完成气动回路的连接，完成电气线路的连接； 4. 完成 FANUC 0i-MC 数控回转台控制 PMC 程序的编制，并联机调试完成； 5. 完成增加第 4 轴改造 FANUC 0i-MC 数控系统参数的准备，并输入至数控系统，联调完成；常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计三、主要研究（设计）方法论述：1.上网和到图书馆查找相关的资料，综合分析。2.对硬件的选用，采取了比较论证的方法。3.根

6、据对电路原理图的分析，了解电路控制的过程和方法。4.根据对机械部分的理解，以及机械部分的选用，去了解机械部分的工作过程以及方法。5.在对伺服电机和分度转台的论述中我们采取了因果论述法四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容6.157.15收集、整理相关的资料7.167.22理清思路，确定总方案，并撰写开题报告7.238.1凯达加工中心 KVDM1000L 增加第 4 轴的改造的设计方案的比较、论证8.28.15对增加第 4 轴的改造的数控回转台、伺服电机、气动元器件的选型8.168.24对增加第 4 轴的改造电路改造电气原理图、电气布局图、电气接线图的分析与设计8.259.3对

7、增加第 4 轴的改造数控回转台、伺服电机的机械连接，完成数控回转台的安装，完成气动回路的连接，完成电气线路的连接与调试9.49.20对增加第 4 轴的改造完成 FANUC 0i-MC 数控回转台控制 PMC 程序的编制，并联机调试完成9.219.26完成增加第 4 轴改造 FANUC 0i-MC 数控系统参数的准备，并输入至数控系统，联调完成9.2710.16整理并撰写论文初稿10.1711.6审核，定稿11.1711.19答辩常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日 常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业

8、设计凯达加工中心凯达加工中心 KVDM1000LKVDM1000L 增加第增加第 4 4 轴的改造轴的改造目录目录摘摘 要要 .I IABSTRACTABSTRACT .IIII第第 1 1 章章 数控技术及其发展状况数控技术及其发展状况 .1 11.1 数控机床的概念 .11.1.1 国外数控机床的发展 .11.1.2 我国数控技术的现状 .21.2 加工中心的概述 .21.2.1 加工中心的概述 .21.3 数控技术的发展趋势 .3第第 2 2 章章 增加第四轴的意义增加第四轴的意义 .4 4第第 3 3 章章 凯达加工中心凯达加工中心 KDVM1000LKDVM1000L 设计改造设计改

9、造 .6 63.1 现有数控机床的功能分析 .63.1.1 现有的设备功能.63.1.2 需要改造的部分.73.2 第四轴的设计改造方案 .83.2.1 第四轴的类型选择.83.2.2 四轴控制单元的连接图.93.2.3 PMC 改造设计方案 .11常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计第第 4 4 章章 数控分度头的设计数控分度头的设计 .13134.1 数控分度头的概述 .134.2 数控分度头的功能分析和选型 .134.3 数控分度头的结构设计和实现 .144.3.1 数控分度头安装尺寸图 .144.3.2 主要规格及其参数 .164.3.3 数控分度头的结构 .174.3.4 数控

10、分度头的工作原理 .174.4 数控分度头的回零（A 轴回零）.18第第 5 5 章章 伺服的选用伺服的选用 .19195.1 伺服系统简介 .195.2 伺服系统的选型 .195.3 伺服安装接线 .23第第 6 6 章章 PMCPMC 程序的设计程序的设计.24246.1 PMC.246.2 PMC 的程序设计 .24第第 7 7 章章 机床调试机床调试 .29297.1 机床参数设定 .297.2 伺服系统的调试 .297.2.1 FANUC 0i MC 系统添加四轴的调试 .30第第 8 8 章章 四轴的试切削四轴的试切削 .3232第第 9 9 章章 结束语结束语 .4040参考文献

11、参考文献 .4141答谢词答谢词 .4242常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计摘摘 要要数控机床以高效率生产和稳定的精度质量逐渐成为现代制造类领域的基础装备，以数控技术为核心的数控系统装配和制造水平已经成为衡量一个国家制造水平的标准。而机床的改造是以成本低、时间短，成为现在许多中、小型企业的必选方式。因此，对原先的机床进行改造，变成新型数控机床，成为当前的趋势，具有非常重要的现实意义。本设计制定了改造的总体方案，根据机床的实际情况，选择了数控分度头的型号，安装数控分度头的方法，对机床参数进行了设定，最后是对机床的安装调试。经过一系列的改造，终于把老旧数控机床改造成现在可以完成的精度要求

12、，经过机床总体调试，该数控机床终于满足了各类的加工条件。关键词：关键词：数控机床；改造；数控分度头常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计IIAbstractNumerical control machine tool with high efficiency production and stability of the accuracy of the quality of modern manufacturing has gradually become the basic equipment in the field of modern manufacturing, numerical

13、 control technology as the core of the assembly and manufacturing level has become a measure of a countrys manufacturing standards. The machine transformation is based on low cost, short time, now many medium and small enterprises, mandatory way. Therefore, the transformation of the original machine

14、 tool, into a new type of CNC machine tools, become the current trend, has a very important practical significance.The design and development of the overall program, according to the actual situation of the machine tool, select the model of the NC dividing head, the method of the installation of NC

15、dividing head, the machine parameters are set, and finally the installation and commissioning of the machine tool. After a series of transformation, finally the old CNC machine tool can be transformed into the accuracy of the present requirements, after the machine tool overall debugging, the numeri

16、cal control machine tool finally meet all kinds of processing conditions.Keywords: CNC；transform；NC dividing hea常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计III常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文1第第 1 1 章章 数控技术及其发展状况数控技术及其发展状况1.1 数控机床的概念数控系统是一种控制系统，能控制机床的运动加工过程，是装备了数控系统的机床，数字控制机床，简称 NC 机床。计算机数控机床，简称 CNC 机床。是利用具有专门存储程序的计算机来实现对机床的全部或部分控

17、制功能。1.1.1 国外数控机床的发展国外数控机床的发展数控机床的制造距离现在已经有 62 年了，世界上第一台数控机床是在美国诞生的，距离现在已经经过了两个重要发展阶段。第一阶段：数控（NC）阶段，采用的数字控制的一台数字机床，用计算机作为数控系统，进入了数字机床的时代，简称 NC。第二阶段：计算机数控（CNC）阶段，采用大规模集成电路技术缩放在一块很小的一块芯片上，用小型计算机作为数控系统的核心部件，从此就进入了计算机数控阶段，简称 CNC。目前数控技术的机床研发、系统、技术和使用上是美、德、日三国最为先进、经验最多的国家。但也都是各自有各自的特点。美国数控市场是政府重视机床工业，国防部也在

18、不断的提出数控机床的各种发展方向，故其在高性能的数控机床的技术上也是在世界上一直处于领先的状态，美国不仅研发高端数控机床，也为中小型企业研发中低高端实用的数控机床。德国数控市场是政府一贯重视机床工业，也它作为重要战略地位。德国的数控机床无论质量还是性能都可以说是世界闻名，尤其是大型、重型、精密数控机床让世界为之疯狂，例如：西门子的数控系统和 Heidenhain 最为出色。日本也是对数控机床工业尤为重视，就目前产量、出口量都是为世界排名第一位，日本的机床工业主要研发高、中、低端的数控系统，例如：FANCU 最为突出，产量居世界第一。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文21.1.2 我

19、国数控技术的现状我国数控技术的现状一直以来我国的数控系统以封闭式为基本结构的，CNC 只能作为非智能型的机床运动控制器，而加工时候的变量都是一边在实际加工过程中，一边手工方式通过 CAD/CAM 来进行系统的编程，属于封闭式的开环执行结构，一般的在加工复杂的环境下，刀具的组合、工件的材料性能、主轴的转速、进给率的大小、刀具的加工轨迹、背吃刀量、加工的余量等加工工艺参数。都是无法在现场环境下根据外部的干扰和税金因数去进行动态的调节。所以说国内的数控机床严重的限制了向多变量智能化发展的。因此国内的数控机床变革主要在以下几个特点进行：（1）研发型的产品，具有很大的市场前景，技术含量高的产品占主要地位

20、（2）数控机床的产量将是井喷式的增长，数控智能化显著提高（3）数控机床的关键配套产品能有所突破1.2 加工中心的概述1.2.1 加工中心的概述加工中心的概述加工中心是指带有刀库和自动换刀装置的数控机床。他的这加工性能强，加工精度高，能在一尺装夹后进行膛、铣、车、钻、扩、绞、攻丝等多种加工工序的加工，特别的是它能加工完成普通机床所不能加工的工件，对形状复杂、精度要求高的单件加工或者中、小批量多品生产更为合适。加工效率高，就中等加工的批量工件，其加工效率一般是普通机床的 510 倍的生产效率。它适用于箱体类的零件，盘、套、板类的零件，异形件和复杂曲面的零件如：型面、叶片、螺旋桨、模具等数控加工。因

21、此它是目前世界上产量最高的、应用最广的数控机床之一，可从一个方面来判断一个国家的或者企业的技能和工艺水平的高低。（1）卧式加工中心：是指主轴中心线为水平状态，最适合加工简单的箱体类零件。（2）立式加工中心：是指主轴中心线位于垂直状态，主要适用于加工箱体类复杂的小型零件。（3）龙门加工中心：是指具有能加工 5 面加工功能的加工中心。主要用于加工复杂的工件。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文3加工中心的工艺特点：（1）加工精度高（2）表面质量好（3）加工生产质量高（4）工艺适应性强（5）劳动强度低，劳动条件好（6）具有良好的经济效益（7）有利于生产管理的现代化1.3 数控技术的发展趋势

22、数控技术和数控设备是各国工业现代化的重要基础。我国数控技术与世界先进国家之间仍存在差距，数控技术的发展是我国制造业发展的重要战略问题。现在我国正在转型改革中，所以数控机床的使用功能在不断扩大，并正在不断的研发中，以满足生产加工的需要。其发展趋势是高速、高精度、复杂、智能、开放、网络、多轴、绿色等。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文4第第 2 2 章章 增加第四轴的意义增加第四轴的意义在我国改革开放以来就开始注重技术、设备、和生产线的数控机床改造，在对这些数控机床的改造中，很大一部分为我国的经济建设作出了巨大的贡献。由于现在的工件对精度的要求也日益增加，老一批的数控机床加工不到现在的

23、精度要求，但要是舍弃这些老一批的数控机床的话，那就意味着我国有将近一半的数控车床走下工作岗位，这也是那些中小型企业所不能承受的，也是对国内的数控加工的一个大的打击，对国内的经济建设将会造成重创。所以这些老一批的数控机床是很大一批的存量资产，改造好了就是一笔财富，只要找到机床对精度的影响因素，攻克难关，解决技术难题，就可以以最小的财富代价去争取到最大的经济利益和社会利益，所以说是一个巨大的发展空间。我国家的数控机床业也提出了“以旧换新”的概念，但我们国家的数控机床也都高低不同，其中中、低档数控机床是在实际应用中占得比例比较大,所以对中、低档的数控机床进行全面或部分“以旧换新”的难度是比较大。目前

24、,多轴联动化复合加工是数控机床发展的主要趋势。虽然制造业对多轴联动数控机床的需求量较大。但是，发展数控技术的最大的阻碍就是购买比较高档数控机床投资比较大，这使得许多商家都难以承受。如果淘汰掉大量的中低档数控机床，而去购买昂贵的数控机床或者加工中心机床，势必造成巨大的资源浪费。一般的老旧数控车床只能加工单一的工作面，不能加工多个面，所以 ，就需要反复的装夹，从而影响了加工精度。在一些必要的加工工件时，除了要在数控机床上进行正常的轮廓、孔的加工，有时还需加工曲线、曲面类零件。如：图 2-1 卡盘类工件 图 2-2 圆柱曲面工件 常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文5在加工这样的工件时，可

25、以考虑在数控机床的工作台面上增加一个第四轴。此时可在数控机床上安装第四轴，当普通三轴联动数控机床加上数控分度工作台后便可以实现四轴联动。四轴联动化改造后的数控机床,避免了对工件的反复装夹，影响加工精度,可以通过数控分度工作台的转动而实现工件单次装夹的多工序、多表面复合加工。扩展机床功能，使之成本投入较前者大幅度降低。还提高了机床的加工能力和产品的加工精度。通过对凯达加工中心增加第四轴的改造，使其加工范围变得广泛，定位更加的精准，操作起来简单，总体性价比高。本次改造主要针对凯达加工中心的增加第四轴、分度头的选用、伺服器的选型、可变控制器的设计及联机调试、试切削进行了改造，方法简单，改造步骤便于实

26、施。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文6第第 3 3 章章 凯达加工中心凯达加工中心 KDVM1000LKDVM1000L 设计改造设计改造3.1 现有数控机床的功能分析3.1.1 现有的设备功能现有的设备功能如图 3-1 凯达加工中心 KDVM1000L 外观凯达加工中心性能的主要技术参数：表 3-2 所示项 目KDVM1000L行程工作台行程(X)1000 mm滑鞍行程(Y)500 mm主轴箱行程(Z)510 mm主轴中心线至立柱导轨面的距离550 mm主轴端面至工作台的距离155-665 mm工作台工作台尺寸1130510 mm工作台承重600 Kg常州信息职业技术学院机电工

27、程学院 毕业设计论文7T 型槽（宽槽数间距）183160mm主轴主轴锥孔B-T40主轴转速8000 rpm主电机功率7.5/11KW主轴卸刀方式气动进给X、Y 轴移动速度Z 轴移动速度0-20m/minX、Y、Z 轴电机扭矩0-20m/min重复定位精度(X/Y/Z)12Nm换刀系统刀库容量圆盘式：24 把80 mm（圆盘式）相邻刀具最大直径90 mm（斗笠式）130 mm（圆盘式）无相邻刀具最大直径150mm（斗笠式）300mm（圆盘式）最大刀具长度250mm（斗笠式）7kg（圆盘式）刀具最大重量8kg（斗笠式）换刀时间（刀对刀）2s（圆盘式）其他 最小移动单位(X/Y/Z)0.001mm最

28、小输入单位(X/Y/Z)0.001 mm机床外形尺寸(长宽高)395021002600mm(带排屑器)机床净重5480产品特点：底座设计，X、Y、Z 向采用精密直线导轨滚珠轴承采用预拉伸即适合强切削，也适合精密加工可加配第四轴3.1.2 需要改造的需要改造的部分部分需要改造的部分如下：常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文8（1）数控分度头的安装、调试；（2）对数控机床机械、电气、液压以及电气原理图的设计、选型，保证其扩展功能达到加工要求。（3）修改机床 PMC 程序。利用 FANUC 0i 数控系统内置的 PMC 进行逻辑控制及信息处理，机床各部分能协调工作。3.2 第四轴的设计改造

29、方案3.2.1 第四轴的类型选择第四轴的类型选择数控机床的各种零件配套的性能，从而使得机床的加工范围变得宽广。现在我们国家在数控机床行业的迅猛发展，从而带动了与数控机床相配套的零件产业，已形成了专业化、系列化的格局。一般的老旧数控车床只能加工单一的工作面，不能加工多个面，所以就需要反复的装夹，从而影响了加工精度。在一些必要的加工工件时，除了要在数控机床上进行正常的轮廓、孔的加工，有时还需加工曲线、曲面类零件。本设计正是基于这种情况，在改造好的凯达加工中心上，通过安装旋转轴(即第四轴（A 轴）)，增加了机床的自由度，扩展其功能，不仅使工件能一次装夹成功，而且提高了加工精度、质量和效益。改造后的加

30、工中心能实现四轴三联动，改造性价比较高。一般的我们国家选用的第四轴的话，都是在数控分度头和数控回转工作台二选一。通过市场调查后，和性价比的基础上，本设计在数控回转工作台和数控分度头中选择数控分度头作为本设计的第四轴，即为 A 轴。数控分度头是加工复杂形状零件的最佳辅助产品，也需要更稳定。主传动轴系统的气动或液压制动装置。通过主传动轴的放松，通过对主水平和伺服电机的数字化控制，编码器反馈，完成任意角度或连续旋转坐标的高精度。可以安装在一个垂直或水平轴的工作台，作为数控机床的第四个回轴，并能达到很高的精度要求。根据研究最终确定本设计选择烟台环球机床附件集团有限公司生产的数控分度头，FKl4160D

31、 数控分度头，使用标准的短锥法兰轴端，与回转工作台和短型卡盘，5C或 3J 型卡盘和尾座，主要适合加工复杂的零件，大型、小型细长轴型棒料。加工工件在分度头上找正，要在主轴刹紧后进行。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文93.2.2 四轴控制单元的连接图四轴控制单元的连接图常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文10图 3 -3 四轴控制单元的连接图常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文113.2.3 PMC 改造设计方案改造设计方案PMC 程序相关的型号有 X、Y、F、G 四种功能，其中 X、Y 主要是机床的输入、输出符号，这个定义是有厂家决定的 F、G 信号是数控系统

32、的制造商决定的，F 信号是指 CNC 到 PMC，而 G 信号是指 PMC 到 CNC。在编制程序时主要依靠这四类信号。否否否否是是图 3-4 PMC 编程流程图FANUC 0i 系统具有内装型 PMC。机床 IO 信号是将机床的开关信号送到 PMC，经过运算后，再次输入到机床内，输入的信号有控制、行程、接近、夹紧、放松等开关机构控制的，机床 IO 是执行数控辅助功能的主要通道。（1）输入相关的代码信号，户口机床经过运算后，执行相关的运动动作（2）机床的 CN 柜后面有个 IO 信号转接板子，所有的机床 IO 信号都在这边进行转接。开始确定 I/O 点数制定控制方案设计梯形图编辑程序是否正确传

33、程序模拟程序是否正确联机调试是否正确存盘结束常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文12改造后的加工中心主要功能的 PMC 程序设计内容：表 3-5 PMC 程序设计表单常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文13第第 4 4 章章 数控分度头的设计数控分度头的设计生产中有些产品需在回转体曲面上进行加工，这些产品出于质量的需要，常要求一次装夹加工完成，像这类回转体若用普通的三轴数控机床加工是无法完成的。所以像这种情况下如果购买高档的数控机床，那样在资金方面肯定造成很大程度上的浪费，但如果在原有的机床的基础上进行改造，那就可以说是大大的减少资金浪费，而且时间上也是比较富裕的。本设计改

34、造是在凯达加工中心机床工作台上安装数控分度头作为第四轴(A 轴)。4.1 数控分度头的概述数控分度头是一个比较精确的分度设备，他可以和数控铣床、数控车床、机床等三轴数控车床完成相应的配套，使用更广泛，他可以与系统连接，输入相应的信号，他可以准确的向哪个方向移动，加工更复杂的工件，数控系统直接与旋转轴连接，从而大大提高机床的使用和使用。主要性能指标有以下几个方面：（1）分度精度和重复定位精度。（2）制动力矩的大小。（3）密封性能。（4）旋转速度。（5）运载能力。（6）精度保持性。4.2 数控分度头的功能分析和选型通过数控铣床、加工中心加工工件，经常遇到的就是加工产品的圆柱表面上的旋转曲线，而且一

35、部分的零件必须在水平方向加工，如箱体类，叶片零件，现在我们没有设备。所以在数控机床设备上安装数控分度头，以解决缺乏水平方向加工和加工圆柱表面上的旋转曲线，以满足迫切的加工需求。数控分度的精度、夹紧力和夹紧工件的直径是选择数控分度头的关键。根据加工精度和工件的最大质量，以满足对 0.001 度的最小单位值得分度头的精度要求，最大切向力矩 M 300N 以上，高的中心是 160 毫米：对工作台直径为 250mm 的常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文14要求。通过向市场调查和比较，结合分度头的厂商数据，烟台环球机床附件集团有限公司生产，FKl4160D 数控分度头，更适合于主体的变换，主

36、轴端采用标准的短锥法兰与旋转工作台和短型卡盘，5C 或 3J 型卡盘和尾座，更复杂的零件加工，大型和小型细长圆柱型轴零件。产品质量保证，且价格低于国外产品，因此 FKl4160D 的选择是这一设计改造选用数控分度头的最佳选择。4.3 数控分度头的结构设计和实现4.3.1 数控分度头安装尺寸图数控分度头安装尺寸图图 4-1 FKl4160D 实图常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文151圆工作台定位套 2圆工作台 3定位键4弹簧夹头拉管 5伺服电机罩 6主轴端部 7吊钩部图 4-2 FKl4160D 安装尺寸图常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文164.3.2 主要规格及其参

37、数主要规格及其参数本设计选用的数控分度头是烟台环球机床附件集团有限公司生产的 FKl4160D 数控分度头。其主要规格及其参数见：FKl4160D 主要规格及其参数表 4-3 所示No项目 ItemsFK14160D1中心高Center height mm1602圆工作台直径Diameter of on face plate mm2003圆工作台 T 型槽宽度T-slot Width on face plate mm10H104圆工作台 T 型槽相邻角度Angle of T-slot in the table surface9005台面定位孔直径Diameter of center bushi

38、ng mm25H76分度头主轴找正定位孔直径Diameter of indexer tram bushing mm10H77底座定位键宽度Width of locating key mm188主轴端连接尺寸(美国标准)Connecting dimensions of the spindle nose5 1NCH NOSE9主轴孔所配带弹簧夹头Celt3J10总传动比Total reduction ratio1：18011主轴刹紧、松开供气（液）压力 Air(hydraulic)pressure Pa5l0512伺服电机功率Servo power Kw(扭矩 Nm)0.8(6)13切向最大允许力

39、矩Tangent Max torque N.m30014重复定位精度Repeatability accuracy5”15总分度误差Dividing accuracy3016分度头最大转速Max speedr/min11.117毛重Gross weight Kg14718净重132常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文17NET weight Kg19气（液）管路接口尺寸Air(hydraulic)inlet21/420最大承载Max workload Kg12021标准电机接口FANUC-5M4.3.3 数控分度头的结构数控分度头的结构1螺母 2蜗轮 3气缸 4传感器 5蜗杆图 4-4

40、 FKl4160D 结构图4.3.4 数控分度头的工作原理数控分度头的工作原理FKl4160D 型数控分度头是用压缩空气使主轴刹紧松开，压缩空气必须经过严格过滤，在系列雾化装置最好的过滤器，它不仅可以润滑防锈。数控分度头由交流伺服电机驱动，控制系统由控制系统传递。角位移和速度引入机械传动部分。1:180 的蜗轮蜗杆减速器的运动传递到分度头，实现分度头的分度准确。数控分度头主轴一般依靠弹簧处于紧密状态，不转动蜗轮 5，以避免应变，如果要转动主轴，通过压缩空气，通过常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文18气缸 3 带动活塞运动，从而使凸轮机构松开蜗轮，然后将传感器 4 连接，伺服电机接收

41、信号，主轴转动。4.4 数控分度头的回零（A 轴回零）根据数控机床的回零信号控制，数控机床要建立坐标系，一般必须返回到参考点，发出信号是的数控机床返回参考点。图 4-5 第四轴回零信号原理图如图 4-5 所示，9.3 为 A 轴回零信号，直接连接到数控系统，使中间继电器 ka20处于常闭状态，感应开关输出相应的信号，使 ka20 断开，输入轴回零信号，实现回零。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文19第第 5 5 章章 伺服的选用伺服的选用5.1 伺服系统简介伺服系统是 CNC 装置和机床的联系环节，主要由电机、驱动、位置检测与反馈装置组成。数控机床的伺服系统是指数控机床移动部件的位

42、置和速度作为控制器量的自动控制系统，也就是随动系统。他的作用就是接受其他部件产生的脉冲，经过转化，放大为数控机床的移动部位的位移信号保证位移的速度和准确性数控分度头的技术指标如果发生故障，位移量不准确等等，最主要的就是伺服系统的动、静态决定的，因此，成功正确的选用伺服系统是对本次设计而言至关重要的。因为本次设计的数控机床的改造所选用的数控分度头，所以要以最小单位值来确定伺服系统的选型。要求选择的伺服系统具有以下的技术要求：（1）可反转运行。电机能反转运动。在实际过程中，转向随时随地的都了能 发生变化，说以要确保转向的稳定性（2）调速范围大。要求电机具有很好的调速范围且范围宽广。（3）超快的响应

43、。为了加工一些特定的零件精度要求，肯定会频繁的去改变 转速以及转向，这就需要伺服系统有很好的反应效果并且没有反超或者延时。（4）高精度。为了满足分度的精度要求，满足数控分度头的重复定位和分度 精度。（5）在外界干扰下的稳定性。伺服系统由伺服驱动器装置和驱动控制线路构成。其中驱动控制系统按控制分为开环、闭环、半闭环伺服系统。5.2 伺服系统的选型伺服系统按照有没有控制测量的反馈环节，来分为闭环和开环和半闭环三类。开环控制系统是由执行部件、驱动装置和数控机床三部分组成的。它的功能是输入一个信号源，步进电机就会转动相应的角度数，步进电机的旋转速度在于脉冲频率，转过角度的大小是脉冲决定的，因为位置的检

44、测装置，所以他的精度可能会稍微差点。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文20图 5-1 开环控制器的原理图该系统简单，容易做出调整，但是一般都用在精度不是太高的数控系统上，应用是比较广泛的。闭环控制系统是由电机、光栅、路线和放大器组成的。他的功能是自己具有检测装置和位置的控制器，一般的都是应用在高精密的数控机床上，因为它能自己检测机床的运动位置，从而反馈到伺服系统，所以他的精度是要比开环伺服系统的精度要高上许多。5-2 闭环控制系统原理图该系统主要应用于精度比较高的数控系统上。半闭环控制系统是伺服电机或丝杆上安装旋转编码器（角位移检测装置） ，采样旋转角度来间接检测工作台的实际位置进

45、行反馈。因此，丝杠的螺距误差和同步带轮等引起的误差都难已消除，但大部分都可用误差补偿法提高运动精度。因为半闭环控制系统调试维修方便，稳定性好，所以目前应用的比较广泛，适用于中小型（普及型）数控机床。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文215-3 半闭环控制系统原理图结合本次设计改造的主要内容，所以选用闭环控制系统，因为数控分度头的主要是加工一些需要等均或不等均分布的圆孔，和叶片之类的精度要求高的工件。伺服系统是由伺服驱动和伺服电机（包括检测位置和速度的编码器）组成，一般的是需要配套使用的。所以本设计选用的是伺服系统是安川伺服系统，其安川伺服驱动器选用的型号是 SGDV-2R8A01A

46、。安川伺服电机选用的型号是 SGMJV-04A（自带编码器）图 5-4 安川伺服系统常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文22图 5 -5 安川伺服电机平常看到的那种普通的电机，断电后它还会因为自身的惯性再转一会儿，然后停下。而伺服电机和步进电机是说停就停，说走就走，反应极快。但步进电机存在失步现象。所以现在伺服电机的应用比较广泛。特点：（1）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）转速：高速性能好，一般额定转速能达到 20003000 转。（3）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）稳定：

47、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）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）舒适性：发热和噪音明显降低。旋转轴功率计算：速度功率的计算：常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文23（1）伺服、主轴电机的选择：FANUCai 系列伺服系统，电机的性能参数见表 5-5。（2）轴伺服模块选择：X、Y 轴伺服电机共用一个模块，z、A 轴伺服电机各用一个模块，主轴单独一个驱动器。（3）电源模块的选择：在基于连续额定输出功率的额定输出容量电源模块选择 FANUC 选择符合大于或等于 主轴电机为 1.15 +伺服电机额定

48、输出功率 x 0.6 = 1.15 常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文24+（3 x 5.5 3 + 1.6 x 0.6） = 12.685kw。电源模块：PSM 15，额定输出功率为 15KW。5.3 伺服安装接线图 5-6 伺服电路接线图第第 6 6 章章 PMCPMC 程序的设计程序的设计6.1 PMCPMC 是一个可编程机床控制器。PMC 是数控机床的核心部分，PMC 和 PLC 是非常相似的，因为都是用计算机控制其数控机床，所以称为可编程机床控制器。无论是数控机床可以运行或运行不好，很大程度上取决于 PMC 程序的设计，如果 PMC 设计好，然后机床上实验，完全可以达到你

49、想要的精度要求，否则会经常出现死机现象。PMC 程序设计应尽可能简单，出现数控机床无法正常运动等问题时会出现在报警程序。PMC 进行 O /I 的控制，这是逻辑的相关操作和行动顺序。FANUC 系统有一个内置的PMC，而西门子 PLC 系统内部也有一个内装系统。机床 I/ 0 电路和装置是用来实现输出/输入的元件，是一个组成的逻辑电路。它们共同完成以下任务：（1）由数控机床接收到的指令，被解码并转换为相应的控制信号，并控制该机床常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文25的相应的开关操作。（2）I 模块信号从操作面板和机床侧接收，其处理后，输出指令控制的数控系统的工作状态和机床的动作。该

50、机床的辅助装置包括：冷却系统，润滑系统，芯片系统，夹紧装置和自动工件交换（APC）系统等等。它打破了以继电器来控制领域的机械、电气设备和工业过程控制领域的模式，相比继电器控制系统，PMC 以克服了继电器控制领域的“大尺寸，低可靠性，故障率高，难以找到，过程中变化的适应性差”等相关问题。6.2 PMC 的程序设计（1）四轴回零报警功能如图 6 -1 所示，有阴影部分为修改部分。图中 F120.3 为第四轴回零已完成信号。若未回零，则 A06 接通，则在显示屏上显示：“Z、ANO ZERO”。A、Z 轴回零结束，常闭触点 F120.2、F120.3 断开，报警消除。图 6 -1 回零报警 PMC（

51、2）四轴手动(JOG)功能如图 6-2 所示，有阴影部分为修改部分。X7.6、X10.0 分别为第四轴正、负方向选择信号，当 G100.3=1 时，第四轴向正方向运动，当 G102.3=l 时，第四轴向负方向运动。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文26图 6-2 四轴手动功能 PMC（3）四轴手轮功能如图 6-3 所示，有阴影部分为修改部分。图中 X06、X1.2、X1.5、X2.1 分别为x、y、z 及第四轴手轮选通信号。当 G18#0、撑 1、舵符合表 3 所示条件，并且满足其他手轮设定条件时，相应轴可以手轮动作。图 6-3 第四轴手轮功能 PMC图 6-4 G18 对应轴的关

52、系常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文27按照以上步骤设定完成后，并完成相应的第四轴控制信号连接，数控机床第四轴即可以正常工作。其实很多机床已经考虑了 4 轴功能，直接通过读取 PMC 程序明确转台的输入输出点。法道机床，PMC 程序没有添加任何一行代码，都是齐全的，直接使用即可。法道，PMC 输入 X9.3 原点减速开关 X9.6 夹紧反馈开关 X9.7 放松反馈开关。 PMC 输出 Y3.3 M11，Y3.3 得电， 放松 Y3.3 M10，Y3.3 失电， 夹紧。凯达，PMC 输入 X23.6 夹紧开关 X23.7 放松开关 X24.1 原点开关原点减速开关也可以自由分配至其他

53、的 X 地址，只要重新设定 3008#2=1 即可。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文28其实凯达加工中心他自己也加了几行程序常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文29常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文30第第 7 7 章章 机床调试机床调试7.1 机床参数设定数控机床的调试过程，首先是接线，按照接线图和 FANUC 公司提供系统的连接手册，按照步骤，然后要上电，进行无故障排除，在这一点上，系统会有各种各样的# 401 报警。这是因为系统没有输入参数，伺服和主轴控制都没有初始化。数控机床是数控系统的核心，机床的参数是外部设备，它决定了数控机床的功能、控制精度、正

54、确执行的指令，只有正确、合理的设置这些参数，数控机床工作正常。FANUC 0i MC 系统参数根据数据的型式可分为以下几类：(见表 7-1)在凯达加工中心机床上调试第 4 轴时，发现第 4 轴无法运行，后来观察 G100.3 得电了，但轴不动，所以怀疑 G130.3（轴锁住）变量没有被置 1，后来修改相关 PMC 程序，使得 G130.3 为 1，第 4 轴就可以正常的运动。在回参考点时，一开始是无法返回参考点，在仔细查看了 PMC 程序，发现是一个K 变量导致 G100.3 不得电，修改 PMC 相关参数后，就可以正常返回参考点了。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文317.2 伺

55、服系统的调试伺服系统引导是指迸给伺服系统的参数初始化，没有进行伺服引导前显示屏上出现 417报警。按伺服控制放大器的说明书操作，若有参数设定不合理，即出现报警，则需按照参数手册作相应的调整。7.2.1 FANUC 0i MC 系统添加四轴的调试系统添加四轴的调试（1）先关机，断电，接线（包括电器箱内线与转台部分的信号线与动力线）；（2）检查一遍，看接线是否有误，认真检查无误后，上电、开机。（3）设定参数 8130=4；（4）设定系统参数 N9900=4(控制轴数) N9943#1(制御扩张) N9944#=1(轴取出) 关机、开机。（5）设定伺服电机参数 NO2020(2/2000=46 2/

56、3000 3/3000=15 6/2000=16 6/3000=17)（6）设定初始化参数 NO1023：第四轴设定 4，NO2000#1=0 关/开机（7）依次设定下参数见表 7-2表 7-2 FANUC 0i MC 系统添加四轴参数设定表号码参数说明设定值12#7第四轴(0：使用 1：不使用) (NO1005#7=1 有效)01005#7解除控制轴11006#1，#00,0 第四轴为直线轴 0,1 为旋转轴0，11006#5原点复归(0：正向 1：负向)01008#0旋转轴转过机能(0，无效 1，有效)11010CNC 控制轴数41020名称(65 为 A，66 为 B )661023各轴

57、伺服轴号码41260旋转轴一回转移动量(NO1008#0=1 有效3600001420各轴快速进给的速度(F100%)依规格1421各轴快速进给的速度 F0400常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文321422所有轴最大切削进给率100001423各轴手动最快速进给速度依规格1424各轴手动快速进给速度(F100%)同 14201425各轴原点复归减速度3001430各轴最大切削进给率同 14231620各轴快速进给线性或钟型加、减速时间常数1501621各轴快速进给钟型加、减速时间常数501622各轴切削慢速进给加，减速时间常数601624各轴手动慢速进给加，减速时间常数60182

58、0各轴 CMR 指令倍率21821各轴参考计数器容量依规格1825各轴位置回路增益30001826各轴定位宽度201827各轴切削进给定位宽度(NO1801#4=1 时有效)201828各轴移动中位置偏差极限值依规格1829各轴停止中位置偏差极限值5001850各轴栅格飘移量依规格1851各轴慢速进给(G01)背隙量依规格1852各轴快速进给(G00)背隙量 NO1800#4=1 时有效依规格2001AMR00000002021各轴负载惯量比2562022各轴马达旋转方向(CW-111，CCW111)-1112023各轴速度回授脉波数81922024各轴位置回授脉波数125002084各轴混合

59、齿数比之分子(N)依规格2085各轴混合齿数比之分母(M)依规格需要修改的 K 参数：K6.0=0第四轴动作时电磁阀为 0：松开 1：夹紧)K8.2=0第四轴夹紧时是否伺服 OFF。0：不 OFF 1：OFF)常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文33K8.6=0切至手动模式时，第四轴是否自动松开0:自动松 1：夹紧第第 8 8 章章 四轴的试切削四轴的试切削圆柱凸轮是机械设备最常用的零件，种类比较多，需求量比较大。又因为圆柱凸轮在普通的加工中心机床上是无法加工的，必须需要有安装第四轴的数控车床才能加工的，所以本设计改造就把圆柱凸轮作为第四轴的试切削验证，看下改造的凯达加工中心上增加第

60、四轴的功能是否齐全。图 8-1 圆柱凸轮的设计图纸第一步：在 UG 软件程序上，建模设计制造出一个圆柱凸轮的模型。常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文34图 8-2 UG 建模第二步：根据自己所学的专业知识来完成圆柱凸轮的刀轨加工行进路线。图 8-3 刀轨加工行进路线常州信息职业技术学院机电工程学院 毕业设计论文35第三步：做完刀轨加工工艺路线后，进行建模仿真的 3D 动态模拟加工。图 8-4 仿真 3D 动态模拟加工第四步：建模的 3D 动态仿真模拟无误后，进行建模的后处理工序，就是导出加工步骤顺序程序，选中 MILL-4-AXIS 导出四轴联动加工顺序程序。图 8-5 导出四轴联