付　剛（撫順市技師學院，遼寧　撫順　113123）

對CA6150車床控制系統(tǒng)的數(shù)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(xiàn)CA6150普通車床數(shù)控化，對機床的控制系統(tǒng)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(shù)控功能的要求。

關鍵詞：CA6150車床；控制系統(tǒng)；改造設計

1　引言

對CA6150車床進行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改造為用數(shù)控裝置控制的、能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)，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(tǒng)又叫伺服機構，它是一種反饋控制系統(tǒng)，它的受控變量是機械運動或者位置。在數(shù)控機床的控制系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與整形后，由電動機和機械傳動機構驅(qū)動機床坐標軸、主軸等運動，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種機械運動，完成復雜形狀零件的加工。

2　改造的內(nèi)容

2.1伺服驅(qū)動元件種類的選擇

永磁式交流伺服電動機結(jié)構簡單、運行可靠、效率較高。在結(jié)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(zhuǎn)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(shù)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(shù)控機床進給驅(qū)動中多采用永磁式同步交流伺服電動機作為伺服系統(tǒng)的驅(qū)動裝置。

2.2伺服驅(qū)動元件的選擇計算

2.2.1負載轉(zhuǎn)動慣量的估算

折算的電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算

式中：

JL—折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；

J1—齒輪1的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；

J2—齒輪2的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；

J3—絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；

mj—各直線運動件的質(zhì)量（kg）；

vj—各直線運動件的速度（m/min）；

nm—電動機的轉(zhuǎn)動速度（r/min）；

JM—電動機的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；

J—傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動慣量（4）

式中：

J4—工作臺折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩計算

外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩TF（N·m）

滾珠絲杠副預加載荷FP產(chǎn)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(zhuǎn)矩時，包括導軌摩擦力和工作轉(zhuǎn)矩；

最大加速轉(zhuǎn)矩Tam

當電動機從靜止升速到nmax時：

式中：

nmax—電動機最高轉(zhuǎn)速（r/min）；

ta—加速時間約為3至4倍tm；

tm—電動機時間常數(shù)。

電動機最大啟動轉(zhuǎn)矩Tr（N·m）

TR=Tam+（TF+TP）i（8）式中：

i—傳動比；

將各參數(shù)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(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩TM

TM=（TF+TP）i=（1.31+0.17）×2=2.96（N·m）

查閱武漢華大新型電機科技有限公司提供的交流永磁同步伺服電機ST系列產(chǎn)品樣本，選擇110ST-M06020LFB電機作為改造后的CA6150車床的伺服驅(qū)動元

中圖分類號：TG511

文獻標識碼：A