华中数控自主开发XHK714立式铣床加工中心简介
华中数控自主开发HK立式铣床加工中心简介
华中数控自主开发XHK714立式铣床加工中心简介（一）XHK714加工中心进给轴控制系统我公司自主开发的XHK714加工中心进给轴控制系统是由全数字交流伺服进给驱动单元和交流永磁同步伺服电机主要部件组成的高性能交流伺服进给驱动系统。
<一>采用的全数字交流伺服进给驱动单元是由武汉华中数控股份有限公司自行研制的新产品，其单元是由HSV-20D全数字交流伺服驱动模块（具体型号：HSV-20D-025）和HSV-20P电源模块（具体型号：HSV-20P-100）组成。
HSV-20D全数字交流伺服进给驱动单元采用最新运动控制专用数字信号处理器（DPS）、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等先进的新技术，其特点有：1. 参数丰富，控制简单、灵活。
通过修改HSV-20D全数字交流伺服驱动模块的参数，可对驱动模块系统的工作方式、内部参数进行修改，以适应不同应用环境和要求。
2. 状态显示齐全。
HSV-20D全数字交流伺服驱动模块设置了一系列状态显示信息，方便用户在调试、使用过程中观察伺服驱动模块的相关状态参数（转速、当前位置、电机转矩、电机电流、输入输出端子信号等）；同时也提供了一系列的故障诊断信息（超速、主电源过压、欠压、过流、过载、编码器异常、过热、控制电源欠压等）。
3. 接口丰富，控制方式灵活多样。
HSV-20D全数字交流伺服驱动模块具有脉冲输入接口，模拟输入接口，电机码盘反馈接口，串行通讯接口及可编程I/O接口；具有多种运行控制方式；位置控制方式(脉冲量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置接收三种形式的脉冲指令(正交脉冲；脉冲+方向；正、负脉冲)。
速度控制方式(模拟量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置为速度控制方式，可接收幅值不超过10V 的模拟量(如：-10V~+10V)。
转矩控制方式(模拟量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置为转矩控制方式，可接收幅值不超过10V 的模拟量(如：-10V~+10V)。
数控加工中心机床XH714的操作
第一节数控加工中心机床XH714的操作４.１.１主要用途和特性XH714立式加工中心是一种中小规格、高效通用的自动化机床。
该机床设有可容20把刀具的自动换刀系统，并有先进的数字控制系统Sinumerik810D，通过编程，在一次装夹中可自动完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种工序的加工。
若选用数控转台，可扩大为四轴控制，实现多面加工。
XH714立式加工中心采用稠筋封闭式框架结构，刚性高、抗震性好；主传动采用交流调速电机，在45~450rpm范围内无级变速，对不同零件加工的适应力强。
三向采用镶钢——贴塑导轨副，滚珠丝杠传动，高速进给震动小，低速无爬行，精度稳定性高；间隙自动润滑系统使各主要运动部件均能得到良好的自动润滑，有效地提高了可靠性和使用寿命，因此，该机床具有刚性好、变速范围宽、精度高、柔性大等特点，特别适用于多品种生产的机器制造厂。
４.１.２主要规格参数1．主轴主轴孔锥度ISO 40#（7：24）主轴转数（电机无级调速）45~4500 rpm２．工作台工作台面积（宽×长）400×1150mmT型槽数及宽度3×18H8 mmT型槽间距125 mm工作台允许最大承重500kg３．行程工作台纵向行程（X轴）720 mm工作台横向行程（Y轴）400 mm垂向行程（Z轴）500 mm主轴端面至工作台面距离125~625 mm主轴中心至立柱导轨面距离450 mm工作台中心至立柱导轨面距离245~645 mm ４．进给速度进给速度范围1~5000mm/min快速移动速度10m/min三向滚珠丝杠直径ф40 mm５．刀库刀库容量20把换刀时间7秒６．精度分辩率0.001mm定位精度X轴0.040 mm定位精度Y、Z轴0.030 mm重复定位精度0.016 mm７．控制系统控制系统型号Sinumerik810D系统分辩率0.001mm或0.0001 inch主要参数见Sinumerik 810D系统介绍８．电机容量主轴电机5.5/7.5kw进给电机X、Y向0.9 kw进给电机Z向1.8 kw刀库电机30 kw冷泵电机125 kw润滑电机3 kw机床电源380V50Hz９．外形尺寸2300×2300×2500 mm１０．机床重量4500 kg４.１.３机床主要结构及工作原理本机床由床身部件、立柱部件、铣头部件、工作台床鞍部件、刀库部件、润滑系统、冷却系统、气动系统、电气系统等部分组成。
XK714立柱固定式立式数控铣床
XK714立柱固定式立式数控铣床总体设计及主轴系统设计专业：机械制造及其自动化学号：J06010229 姓名：杨国昭指导教师：靳岚摘要本次设计是根据设计任务要求，完成XK714的总体设计，X向、Y向、Z向传动设计，主轴设计和数控系统的选型。
进给方向的设计主要完成滚珠丝杠的选型设计和导轨的选型设计。
主轴系统的传动形式为二级齿轮变速传动，主轴电机为主轴交流伺服电机，以实现分段无级变速的来满足设计要求。
此外，主轴系统的设计还包括拨叉设计、刀具的自动装卸装置设计和润滑系统的设计。
关键字：立柱固定式；立式铣床；主轴；设计AbstractThis design is based on the design tasks required to complete the XK714's overall design, X to, Y to, Z to drive the design, shaft design and numerical control system selection. The design of the main feed direction to complete the design and selection of Ball Screws Selection and Design Guide. Spindle gear transmission in the form of two variable speed drive, the spindle motor for the spindle AC servo motor to achieve sub-CVT's to meet the design requirements. In addition, the spindle system design also includes fork design, tool design and automatic handling equipment lubrication system.Key words:column fixed; vertical milling machine; spindle; design一、概述自1952年世界上出现第一台数控机床以来，数控机床得到了极大的发展。
XH714型立式镗铣加工中心
整 机 性 能 稳定 可靠
达 到 了 国 内 九十 年 在 换 刀 机构 控制
代 初 同 类产 品 的先进 水 平 精度
、
加 工 精 度等 方 面 达 到 了 九 十年代初 国 际
。
同 类 产 品 的 先 进水平
技术 指标
:
工 作 台工 作 面 宽 工 作 台工 作面 长 工 作 台行 程
: :
:
、
即 可 连 续 自动 完 成铣
钻
、
铰
。
、
扩
、
攻丝
:
等 多种 工 序 的 精 加 工 和 半精 加 工 械
、
广泛 用 于 机
。
s kg
长
250mm 2
.
电子
、
化工
、
军工
仪器
仪 表等 加 工业
换 刀 时间
:
( 刀 具 一刀 具 )
ss e
。
工 厂名称
:
齐 齐 哈 尔 第 二 机床 厂 齐 齐 哈 尔 市 龙 沙 区 永 安大 街 4 5 号
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7
1 型 立 式 撞 铣 加4 工 中 心
该产 品 于
19 9 3
2 月 n 日至 1 2 年 1
。
日
,
由
黑 龙江 省机 械工 业 厅 组 织 进 行 了鉴定
结论 为
,
该机床 结 构 先 进 方便
先进
, ,
,
布 局 合理
, ,
,
造 型 美观
,
操作
温 升小
,
噪 声低
功 能齐全
。
控 制系 统
:
轴 轴 轴
XK714型立式数控铣床立柱设计1
XK714型立式数控铣床立柱设计1XK714型立式数控铣床立柱设计1XK714型立式数控铣床是一种多功能加工设备，适用于各种中小型零件的铣削加工。
在XK714型立式数控铣床中，立柱是一个非常关键的组件。
它负责支撑整个机床的上部结构，承受机床在加工过程中产生的各种载荷和力矩。
因此，立柱的设计非常重要，必须具备足够的刚性和稳定性，以确保加工精度和加工质量。
在XK714型立式数控铣床的立柱设计中，应该考虑以下几个方面:1.材料选择：立柱的材料应具备高强度、高刚性和良好的耐磨性能。
常用的材料包括高强度铸铁、钢板等。
对于要求更高的机床，还可以采用铸钢材料。
2.结构设计：立柱的结构应该尽量简洁合理，并且有利于提高整机的刚性和稳定性。
一般情况下，立柱采用矩形或者箱型截面设计，这种结构具有较高的刚性和抗弯扭能力。
3.支撑方式：立柱一般通过床身直接支撑或者通过床身和横梁的组合支撑。
床身支撑方式结构简单，刚性较好，适用于小型和中小型数控铣床；而床身和横梁的组合支撑方式刚性更好，适用于大型数控铣床。
4.加工精度：立柱的设计必须考虑到加工精度要求，尽量减小立柱轴向和横向的变形，尽量提高立柱的自然频率。
这样可以减小机床在加工过程中的振动和变形，提高加工精度和表面质量。
5.润滑系统：立柱上下滑动部分应设置润滑装置，以减小摩擦阻力，提高滚动性能，并且能够有效降低噪音和磨损。
总之，XK714型立式数控铣床立柱设计的目标是提高机床的刚性和稳定性，确保加工精度和表面质量。
立柱的设计应该根据加工要求，选用合适的材料和结构，同时考虑到加工精度和加工效率的平衡，以及其他因素如润滑和噪音等。
只有通过合理的设计，才能使XK714型立式数控铣床具备更好的加工性能和耐用性。
XK714数控铣床控制操作教程
XK714数控铣床控制操作教程1．机床开机步骤(1)打开电箱上的总电源控制开关。
(2)合上总电源开关(空气开关)，这时操作面板上的POWER发光二极管点亮，表示电源接通。
(3)按下操作面板上的CNC POWER ON按钮，这时CNC通电，面板上CNC POWER电源指示发光二极管点亮．(4)释放急停按钮(5)按下变频器复位按钮(RESET键)，使主轴报警灯熄灭。
2、数控铣床手动控制操作一、主轴控制1、点动在手动模式下(JOG)，按下主轴点动键,则可使主轴正转点动。
（必须先上档）2、连续运转在手动模式下(JOG)，按下主轴正、反转键，主轴按设定的速度旋转，按停止键主轴则停止，也可以按复位键停止主轴。
在自动和MDI 方式下编入M03 、M04和M05 可实现如上的连续控制。
二、坐标轴的运动控制1、微调操作（1 ）首先进入微调操作模式，再选择移动量和要移动的坐标轴。
（2 ）然后按正确的方向摇动手动脉冲发生器手轮。
（3 ）根据坐标显示确定是否达到目标位置。
2、连续进给选择手动模式，则按下任意坐标轴运动键即可实现该轴的连续进给（进给速度可以设定），释放该键，运动停止。
3、快速移动同时按下坐标轴和快速移动键，则可实现该轴的快速移动，运动速度为G00 。
三、常见故障及处理在手动控制机床移动（或自动加工）时，若机床移动部件超出其运动的极限位置( 软件行程限位或机械限位) ，则系统出现超程报警，蜂鸣器尖叫或报警灯亮，机床锁住。
处理方法一般为：1、手动将超程部件移至安全行程内；2、解除报警。
3、手动回机床原点（参考点）：开机后首先应回机床原点。
1、将模式选择开关选到回原点模式(REF键)上；2、再选择快速移动倍率开关到合适倍率上；3、选择各轴依次回原点。
（1）按下手动操作面板上的操作方式开关，（2）先将手动轴选择为Z轴，再按下“+”移动方向键，则Z轴将向参考点方向移动，一直至回零指示灯亮。
根据自己的需要选择适合的速度；（3）然后分别选择Y、X轴进行同样的操作。
立式加工中心
立式加工中心立式加工中心是一种常见的数控机床，也被称为立式数控铣床。
它的工作原理是通过在工作台上固定工件，然后使用旋转刀具在工件上进行铣削、钻孔、镗孔和螺纹加工等操作。
立式加工中心通常用于加工平面、曲面和复杂形状的工件。
立式加工中心的主要组成部分包括机床主体、主轴、刀库、工作台、控制系统和润滑系统。
机床主体是立式加工中心的基础结构，承载着各个组件的定位和固定。
主轴是立式加工中心的核心部件，负责传动刀具的旋转，拥有较高的转速和扭矩。
刀库是用来存放刀具的装置，一般配备多个刀位，可以实现刀具的自动换装。
工作台是安放工件的平台，具有可调节和固定的功能，使工件能够在加工过程中保持稳定的位置。
控制系统是立式加工中心的智能核心，通过预先编程的程序指令，实现自动化和精确的加工过程。
润滑系统用于给机床各个部件提供润滑和冷却，保证机床的正常运行。
立式加工中心的操作过程是先通过CAD（计算机辅助设计）软件将产品的三维模型转换成二维的加工程序，然后通过CAM（计算机辅助制造）软件进行程序优化，最后将优化后的程序上传到控制系统中。
控制系统通过指令控制主轴和工作台的运动，实现对工件的精确加工。
操作人员只需要进行简单的设置和监控工作，不需要直接干涉加工过程。
立式加工中心具有许多优点。
首先，由于刀库具备自动换刀功能，可实现多种不同的加工操作，提高了加工的灵活性和效率。
其次，立式加工中心具有较高的加工精度和加工质量，能够进行高精度的定位和磨削。
此外，立式加工中心还具有较高的自动化水平，能够实现连续加工和无人化操作，大大减少了人工成本。
在工业生产中，立式加工中心广泛应用于航空航天、汽车、电子、模具、医疗器械等行业。
例如，在航空航天领域，立式加工中心可以用来加工飞机发动机部件、导弹和卫星零部件等。
在汽车行业，立式加工中心可以用来加工汽车发动机、底盘和车身零部件等。
在电子领域，立式加工中心可以用来加工电子元器件、PCB板和电路板等。
在模具行业，立式加工中心可以用来加工塑料模具、金属模具和模具配件等。
XK714型数控立式床身铣床说明书(FANUC-0I-MATE)解析
2.主轴箱的升降及工作台的纵、横向进给运动。（见图五“传动系统图”）
各坐标的拖动电机通过涨套式联轴节连接将运动传给滚珠丝杠，驱动运动部件，以获得1~15000mm/min的进给运动和4000mm/min的快速运动。
安装千分表用表杆
检棒
T型槽定位块
3.3主轴转矩特性（见“主轴转矩特性图”）
4.吊运及安装
4.1吊运前的准备
4. 1.1气源~气源要求、联接、压力调节
气源压力：0.7~1Mpa
气压管路安装在机床立柱左侧下部，打开护罩有过滤减压阀，对压缩空气进行过滤并调整压力，其输入端应当用内径8mm的软管联接。
4. 1.2环境条件
用水平仪粗调机床的安装水平。然后按以下步骤重新组装机床各部：
（1）将冷却液箱吊放到机床左侧，按图一“机床外观图”位置放置接好冷却液管及冷却电机线。
（2）安装好工作台护罩及床身导轨后端的斜防护罩。
（3）接通电源，并将工作台、滑座、主轴箱等移动部件分别至于各行程的中间位置，对机床的安装水平进行精调，水平仪在纵向、横向的读数均不应超过0.04/1000。
共23页
机床床使用说明书
第8页
产品型号及名称：XK714数控立式床身铣床
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机床床使用说明书
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产品型号及名称：XK714数控立式床身铣床
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4.2吊装
机床为一整箱出厂，装箱吊运时应按包装指示的位置吊运，不应倾斜，更不允许倒置。
拆箱后，首先应将附件箱，冷却箱、垫铁、地脚螺钉等拿下，取掉按钮站下的垫木。松开包装箱上的紧固螺钉，并拆掉工作台防护罩。将两根￠50mm起吊钢管插入床身前后端的起重孔内，穿上钢丝绳，将机床整体吊运到安装地基上（参见图四“机床吊装图”）。在机床与钢丝绳接触处垫上木块或其他软材料以保护漆皮。在机床吊离包装箱的过程中，要避免碰撞和振动，以免损伤机床零件的油漆表面，影响机床使用性能和外观质量。机床净重约3500Kg，吊装时选用适当的钢丝绳。吊装绳索不许压在管缆防护套等部位，以免压坏。
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华中数控自主开发XHK714立式铣床加工中心简介
（一）XHK714加工中心进给轴控制系统
我公司自主开发的XHK714加工中心进给轴控制系统是由全数字交流伺服进给驱动单元和交流永磁同步伺服电机主要部件组成的高性能交流伺服进给驱动系统。
<一>采用的全数字交流伺服进给驱动单元是由武汉华中数控股份有限公司自行研制的新产品，其单元是由HSV-20D全数字交流伺服驱动模块（具体型号：HSV-20D-025）和HSV-20P 电源模块（具体型号：HSV-20P-100）组成。
HSV-20D全数字交流伺服进给驱动单元采用最新运动控制专用数字信号处理器（DPS）、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等先进的新技术，其特点有：
1. 参数丰富，控制简单、灵活。
通过修改HSV-20D全数字交流伺服驱动模块的参数，可对驱动模块系统的工作方式、内部参数进行修改，以适应不同应用环境和要求。
2. 状态显示齐全。
HSV-20D全数字交流伺服驱动模块设置了一系列状态显示信息，方便用户在调试、使用过程中观察伺服驱动模块的相关状态参数（转速、当前位置、电机转矩、电机电流、输入输出端子信号等）；同时也提供了一系列的故障诊断信息（超速、主电源过压、欠压、过流、过载、编码器异常、过热、控制电源欠压等）。
3. 接口丰富，控制方式灵活多样。
HSV-20D全数字交流伺服驱动模块具有脉冲输入接口，模拟输入接口，电机码盘反馈接口，串行通讯接口及可编程I/O接口；具有多种运行控制方式；
位置控制方式(脉冲量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置接收三种形式的脉冲指令(正交脉冲；脉冲+方向；正、负脉冲)。
速度控制方式(模拟量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置为速度控制方式，可接收幅值不超过10V 的模拟量(如：-10V~+10V)。
转矩控制方式(模拟量接口)；HSV-20D系列伺服驱动器可以通过内部参数设置为转矩控制方式，可接收幅值不超过10V 的模拟量(如：-10V~+10V)。
JOG控制方式；此种方式是HSV-20D系列伺服驱动器通过按键(而无须外部指令)设置使驱动器运动，给用户提供的一种测试伺服驱动系统安装、连接是否正确的运行方式。
内部速度控制方式；HSV-20D系列伺服驱动器在内部速度控制方式下，无须外部指令，可根据伺服驱动器内部设定的速度运行。
本次自制XHK714加工中心HSV-20D全数字交流伺服驱动模块采用的是外部指令位置控制方式（脉冲量接口，可以通过内部参数设置接收三种形式的脉冲指令），实现进给轴正反转和位移速度的控制。
也可用内部速度控制方式实现根据伺服驱动模块内部设定的速度运行。
反馈脉冲最高25000脉冲/转。
<二>采用的交流伺服电机是武汉登奇机电技术有限公司的高压交流永磁伺服电机（具体型号：GK7063-6AC61-FE 无闸和GK7063-6AC61-FB 抱闸），其特点是：按IP64防护等级设
计，F级绝缘制造，环境温度+40℃时，定子绕组温升可达△T=100K；使用超高矫顽力稀土永磁材料，抗去磁能力强；轴承采用双面密封深沟球轴承，全密封设计；振动等级与旋转等级均为N级，振动小，噪音低；转子惯量小，响应速度快；低速转矩脉动小，平衡精度高，高速运行平稳；结构紧凑、功率密度高，几乎在整个转速范围内可恒转矩输出。
具体接线如图：
位置控制方式接线图
注意：1.直流母线强电P1，N1由电源模块提供，千万不能接反。
2.在有多个驱动模块级联使用时，P2，N2连接下级驱动模块。
3.连接图中的伺服电机是以登奇伺服电机为例。
（二）XHK714加工中心主轴控制系统
XHK714加工中心主轴控制系统是由全数字交流伺服主轴驱动单元和交流变频主轴电机主要部件组成的高性能交流伺服主轴驱动系统。
<一>采用的全数字交流伺服主轴驱动单元是由武汉华中数控股份有限公司自行研制的新产品，其单元是由HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块（具体型号：HSV-20S-075）和HSV-20P电源模块（具体型号：HSV-20P-100）组成。
HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动单元采用最新运动控制专用数字信号处理器（DPS）、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等先进的新技术，其特点有：
1. 参数丰富，控制简单、灵活。
通过修改HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块的参数，可对驱动模块系统的工作方式、内部参数进行修改，以适应不同应用环境和要求。
2. 状态显示齐全。
HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块设置了一系列状态显示信息，方便用户在调试、使用过程中观察伺服驱动模块的相关状态参数（转速、当前位置、电机转矩、电机电流、输入输出端子信号等）；同时也提供了一系列的故障诊断信息（超速、主电源过压、欠压、过流、过载、编码器异常、过热、控制电源欠压等）。
3. 接口丰富，控制方式灵活多样。
HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块具有脉冲输入接口，模拟输入接口，电机码盘反馈接口，串行通讯接口及可编程I/O接口；具有多种运行控制方式(位置控制、速度控制、JOG控制、内部速度控制)。
本次自制XHK714加工中心HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块采用的是外部指令速度控制方式（模拟量接口，可以通过内部参数设置），接收幅值为-10V~ +10V的模拟量，实现主轴正反转的控制，调速范围达到1rpm—6000rpm。
也可用内部速度控制方式实现根据伺服主轴驱动模块内部设定的速度运行。
反馈采用1024p/r方波编码。
4. 具有主轴定向功能。
在加工中心自动换刀前，主轴需要进行定向。
HSV-20S全数字交流伺服主轴驱动模块只能实现传动比为1:1的主轴定向。
5. 稳速精度高，可用于刚性攻丝。
负载由0变为100%转速变化低于2rpm。
<二>采用的交流变频主轴电机是精元先马电机有限公司的主轴专用变频电机（具体型号：YPNC-50-5.5-A-B5）。
其特点是：按IP54防护等级设计，B级温升设计，F级绝缘制造，使用特殊调质轴料使电机更坚固耐用；采用ISO2337R级，半键动平衡，降低振动，胜任高速运行；采用矢量控制主轴驱动器和编码器组成闭环控制，运行转速精度高，也能满足超低频运行，且能保持输出额定转矩不变；恒功率范围广，可达基频50Hz的4倍。
在矢量控制方式下，电机转矩特性变更；在低频时，可获得高精度及高转矩输出，瞬间具有200%以上的输出转矩以及1分钟过载150%的能力；速度变率-0.02%~ +0.02%。
具体接线如图：
主轴驱动模块
速度控制方式接线图
注意：直流母线强电P1，N1由电源模块提供，千万不能接反。