CA6140 普通车床数控化改造
数控系统与外部器件总体连线图
3.2 Z轴数控化改造的具体方案（本次设计的中心课题）
对Z轴进行数控化改造，主要考虑传动精度及改造后的自动性本课题拟用伺服装置通过数控系统对伺服装置的控制达到纵向自动插补进给，用滚珠丝杠更换原来的丝杠和光杆。主要操作如下，第一，拆去原机床的溜板箱、进给箱、挂轮箱、光杆、丝杠及安装座，配上滚珠丝杠及相应的安装装置；第二，选电动机，确定减速比和保持转矩（采用无间隙联轴器）；第三，滚珠丝杠采用可预紧安装方式；第四，安装电动机及相应的伺服控制装置，并完成外部接线；最后，设置系统参数并进行加工精度的调整。
本方案全面考虑了改造后的零件加工精度要求，决定采用半闭环控制。半闭环控制数控机床的特点是在伺服电机轴或数控机床的传动丝杠上装有角度检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接的检测移动部件的实际位移，然
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后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。半闭环数控系统的调试比较简单方便，并具有很好的稳定性。
机床进给系统改造主要是数控系统的选择，滚珠丝杠的选型，伺服电机的选型，驱动装置的选配和系统参数的设置等。
Z轴进给传动数控化改造的示意图
3.2.1 数控化改造所需设备的选型
1、CNC数控系统的选择
在选择数控系统的型号时，考虑CA6140机床适合于各类机械厂的单件、中小批量生产使用，加工精度要求不算太高，但要求数控改造后能进行复杂零件的加工，所以数控系统选择连续性数控系统，以满足数控化改造后机床的定位、插补、循环加工和螺纹加工等功能。
综合考虑性价比，在充分调研比较的基础上，根据改造的要求，本方案选用广州数控公司生产的GSK980TD车床系统，广州数控公司同时生产与该数控系统相匹配的伺服驱动器，从而有利于维修和管理。GSK980TD数控系统采用先进的开放体系结构，性价比高，且属于连续切割控制系统。具有以下特点： 1）X、Z轴联动，μm级插补精度，最高速度10m/min（可选配两轴联动、μm级插补精度、最高速度20m/min；两轴联动、μm级插补精度、最高速度30m/min），内置PLC可实现各自动刀架、主轴自动换挡等控制，梯形图可编辑、上传、下载；
2）I/O口可扩展（选配功能），具有螺距误差补偿、刀尖半径补偿、反间隙补偿功能，采用S型、指数型加减速控制，适应高速、精加工；
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3）具有攻丝功能，可车削公英制单头、多头直螺纹，锥螺纹，端面螺纹，变螺纹距螺纹，螺纹退尾长度、角度和速度特性可设定；
4）集成中文、英文显示界面，零件程序全屏幕编辑，可存储6144KB、384个零件程序，提供多级密码操作功能，方便设备管理；
5）CNC软件支持CNC与PC、CNC与PLC间的双向通信，软件程序可通信升级； 6）安装尺寸、电器接口、指令系统、操作界面显示与GSK980TA兼容； 7）可靠性高。软、硬件中两方面都采取了面向工业的抗干扰措施，因此具有很高的可靠性。
GSK980TD车床数控系统的重要技术参数见下表。
GSK980TD车床数控系统的技术参数 控制轴数：X、Z两轴 最小指令单位：0.001mm 插补方式：X、Z两轴直线插补、圆弧插补 位置指令范围：-9999.999mm—+9999.999mm 最高快速移动速度：X轴：3825000mm/min Z轴：7650000mm/min X、Z轴切削进给上限速度：10—80000mm/min 运动控制 功能 每转进给：0.001—500mm/min（需安装1024P/r主轴编码器） 轴快速移动倍率为F0时的快速移动速度。 设定值为：6—4000mm/min 主轴模拟电压输出为10v时，主轴的最高转速。 设定值为10—9999mm/min 电子齿轮比（0—255） 电子手轮功能：有 加减速方式：直线型快速加减速，直线型快速加减速，参数可调。 主轴点动时速度。设定范围：1—8000r/min 显示界面 显示器类型：320x240点阵式白底液晶（LCD）,CCFL背光 显示方式：中/英文菜单 图形显示功能：有 31种G指令：G00、G01、G02、G03、G04、G05、G08、G09、G功能 G28、G32、G33、G34、G40、G41、G42、G50、G65、G70、G71、G72、G73、G74、G75、G76、G90、G92、G94、G96、G97、G98、2009机电一体化技术（3）班
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G99，宏指令G65可完成27中算术、逻辑运算及跳转。 米制/英制单头直螺纹、锥螺纹及米制/英制端面螺纹。 螺纹功能 螺纹退尾长度可设定（通过参数设定） 螺纹螺距：0.001—500.000mm（米制） 主轴编码器：1024P/r增量式编码器 反向间隙补偿：X、Z轴 补偿功能 螺纹误差补偿：X、Z轴 刀尖半径补偿：X、Z轴 刀具补偿：16组刀具长度补偿 适配四工位电动刀架，可选配0—32工位刀架功能； （T01○○—T32○○），换刀控制时序由PLC程序控制。 无卡盘、尾座控制功能 刀具功能 刀位信号输入方式：直接输入 换刀方式：MDI自动绝对换刀或手动相对换刀。 （正转选刀，反转锁紧） 对刀方式：定点对刀，试切对刀 刀补执行方式：移动刀具，坐标偏移 控制方式：可设置为四档位控制或模拟电压控制 档位控制：S1、S2、S3、S4直接输出 主轴功能 模拟控制：可设置四档主轴自动或手动换挡。 （输出0—10V模拟电压） 恒线速切削功能：有（模拟电压控制方式下有效） 辅助功能 通信功能 程序编辑 手动/MDI方式控制主轴正转、反转、停止；切削液起停； 润滑起停；MDI/自动方式可控制主轴自动换挡 RS232通信接口为标准配置，可选配通信功能。 程序容量：40KB 可编辑子程序 抗干扰能力 符合GB/T17626.2—2006要求 适配部件 开关电源：GSK PB(配套提供，已安装连接 2009机电一体化技术（3）班
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