普通X52K銑床的數(shù)控化改造(西門子802S數(shù)控系統(tǒng))

畢業(yè)設計說明書 課題名稱 普通 床的數(shù)控化改造（西門子 802s 數(shù)控系統(tǒng)） 系 別 電氣工程系 專 業(yè) 機電一體化 班 級 機電 0611 班 普通 門子 802 摘 要 普通機床的數(shù)控化再制造，是一項可以節(jié)約大量的資金的新技術。通過對舊機床的數(shù)控化再制造后，使機床性能 接近新的機床，提高了零件的加工精度，改善了工作環(huán)境，提高了勞動生產(chǎn)率，縮短了制造周期 . 數(shù)控機床設計是一項 由 多 個單 元組成的系統(tǒng)工程。 通過將 系統(tǒng)的 各個 單元結合成 另一個大的系統(tǒng) ，使各 單元的功能不僅 能夠 相互疊加，而且 可以使各單元 相互輔助、相互促進與提高， 從而 使整體的功能大于各單元功能的簡單之和。 本文主要介紹 機床數(shù)控化改造、數(shù)控系數(shù)控系統(tǒng)、銑床數(shù)控化改造中數(shù)控系統(tǒng)的選擇、控機床的機械結構、銑床的數(shù)控化改造電氣系統(tǒng)的設計等方面講述了數(shù)控銑床的改造。 關鍵詞 ： 銑床； 數(shù)控改造 ； 調試 52K 02S he is is is by to to to to to be in so on 目錄 摘要 ( 1 ) 引言 ( 4 ) 第一章 數(shù)控機床的概述 （ 5 ） 床數(shù)控化改造總體方案 （ 5 ） 數(shù)控系統(tǒng)的選擇（ 6 ） 數(shù)控機床的基本組成結構和主要功能 （ 6 ） 控系統(tǒng)的介紹 （ 6 ） 第二章 銑床機械結構的改造（ 8 ） 數(shù)控機床機械結構設計特點（ 8 ） 礎部件（ 8 ） 傳動系統(tǒng)（ 8 ） 給系統(tǒng)（ 8 ） 珠絲桿的選擇（ 9 ） 架系統(tǒng)（ 9 ） 控附件（ 10 ） 控機床的外觀造型 （ 10 ） 第三章 電氣系統(tǒng)的改造設計 （ 10 ） 床的特點（ 10 ） 控制系統(tǒng)的改造（ 10 ） 驅動系統(tǒng)改造設計 （ 11 ） 802S 內(nèi)部硬件和軟件 （ 11 ） 電氣系統(tǒng)改造中的 分（ 12 ） 控機床 類（ 12 ） 數(shù)控機床中的控制功能（ 13 ） 機床之間的信息交換（ 14 ） 輸入輸出（ 14 ） 軸變頻器電氣控制（ 16 ） 軸及其控制 （ 17 ） 軸（ 17 ） 軸的控制方式（ 18 ） 氣系統(tǒng)中的進給部分 （ 18 ） 控機床對伺服驅動系統(tǒng)的要求 （ 18 ） 伺服電機的要求 （ 19 ） 第四章 改造后的調試 （ 20 ） 結 論 （ 22 ） 參考文獻（ 23 ） 致 謝 （ 24 ） 附 件一 互聯(lián)圖 （ 24 ） （ 25 ） 引言 數(shù)控機床是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床，既包括 床，也包括 床。數(shù)字控制機床（ ，簡稱 床。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它能控制機床的運動和加工過程。計算機數(shù)控機床（ ，簡稱 床，是利用具有專門存儲程序輸 入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制主運動的變數(shù)、起停、進給運動的方向、速度和位移大小，以及諸如刀具的選擇、交換、工件夾緊、松開和冷卻的起、停等動作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格按數(shù)控程序的要求進行。 通過這次畢業(yè)設計，可以達到以下目的： 提高本人綜合素質和創(chuàng)新能力； 提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻閱讀、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力 ； 論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態(tài)度以及積極向上的團隊合作精神。 第一章 數(shù)控機床的概述 床數(shù)控化改造總體方案 普通機床的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點： 其一是恢復原始功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復； 其二是 ，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 床， 床； 其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對械部分重新裝配加工，回復原來的精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的 統(tǒng)進行更新； 其四是技術更新會技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝，新技術，在原有的基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度的提高水平和檔次的更新改造。 控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應根據(jù)具體情況進行選擇。 1） 步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng) ： 該系統(tǒng)的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅動電路控制和功率放大后，使步進電機轉動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí) 行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結構簡單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。 2） 異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) ： 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執(zhí)行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到 給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結構上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴。設計和調試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。 3） 交 /直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) ： 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結構與調試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機 作成一個整體時則無需考慮位置檢 測裝置的安裝問題。 目前，市場上可供選擇的數(shù)控系統(tǒng)類型很多，可依據(jù)價格合理、技術先進、服務方便的原則選擇。在經(jīng)濟能力許可的情況下，盡量選用名牌產(chǎn)品。再來數(shù)控系統(tǒng)，零件篩選嚴格，制造工藝規(guī)范可靠、對出現(xiàn)因電器元件故障或提前失效引起的設備故障有極好的預防作用。其次應注重數(shù)控系統(tǒng)的功能選擇，不應單純追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標，這對于實現(xiàn)較高的性能價格比非常重要。數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準備改造的數(shù)控機床所能達到的功能相匹配，盡量減少過剩的數(shù)控功能。因為數(shù)控系統(tǒng)功能過剩，一方面浪費資金，另一方面還可產(chǎn)生由于數(shù)控系統(tǒng)復 雜程序增加而帶來的故障率升高的隱患。 當前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國 司、日本 司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求。本次課題主要研究的就是將普通的銑床改造成 控銑床！ 控機床的基本組成結構和主要功能 數(shù)控機床有輸入介質、人機交互設備、計算機數(shù)控裝置、進給伺服驅動系統(tǒng)，主軸伺服驅動系統(tǒng)、輔助裝置、可 編程控制器（ 、反饋裝置和適應控制裝置等部分組成。 1） 控制介質：即在人與數(shù)控機床之間建立某種關系的媒介，常見的有磁帶、磁盤等。 2） 人機交互設備：即操作面板。該部分主要包括鍵盤和顯示器。 3） 計算機控制裝置（ :由運算器、控制器（運算器和控制器構成 存儲器、輸入接口、輸出接口等。 4） 進給伺服驅動系統(tǒng)：該系統(tǒng)由伺服控制電路、功率放大電路和伺服電動機組成。其作用主要是把來自數(shù)控裝置的位置控制移動指令轉變成機床工 作部件的運動，使工作臺按規(guī)定軌跡移動或精確定位，加工出符合圖樣要求的工件。進給伺服驅動系統(tǒng)的控制數(shù)控機床工作臺或移動刀架的位置控制系統(tǒng)，它是一種直線運動。 5） 主軸驅動系統(tǒng)：現(xiàn)代數(shù)控機床對主軸的要求較高，需要有較高的轉速，并且可以實現(xiàn)無極調速的功能。機床主軸的運動是旋轉運動。這要求主傳動電機能夠輸出較大的功率。同時數(shù)控機場的主驅動系統(tǒng)能在主軸的正反方向都可以實現(xiàn)轉動和加減速。 6） 輔助控制裝置：包括刀庫的轉位換刀，液壓泵，冷卻泵等控制接口電路。在這些電路中包括了換向閥電磁鐵和接觸器等電氣元件，通過可編程控制器進行控 制，使得以上的功能都可以簡單的實現(xiàn)。 7） 可編程控制器：它把計算機送來的輔助控制指令轉換成強電信號，用來控制數(shù)控機床的順序動 作，定時計數(shù)、主軸電機的啟動、停止、轉速的調整等動作。 控系統(tǒng)的介紹 02S 是一種典型的經(jīng)濟型 制系統(tǒng)。 該控制系統(tǒng)具有以下 1） 度集成于一體的數(shù)控單元，操作面板，機床操作面板和輸入輸出單元 。 2） 統(tǒng)與機床匹配更快速、更容易 。 3） 證了生產(chǎn)的快速進行，優(yōu)化了機床的使用 802S 系統(tǒng)標準配置包具備了所有的必要組成單元 : 操作面板 , 機床控制面板 , 輸入 /輸出單元及系統(tǒng)軟件 . 操作編程極其簡便、免維護、性能價格比高，是專門為低端 床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型 制系統(tǒng)。在中國的銷售非常成功。 802S 具有 和 802C 同樣的顯示器，操作面板，數(shù)控功能， 程方法等，所不同的只是02S 帶有步進驅動系統(tǒng)，控制步進電機，可帶 3 個步進驅動軸及一個 +/- 10V 模擬伺服主軸； 而 02C 帶有伺服驅動系統(tǒng) ,它采用傳統(tǒng)的模擬伺 服 +/- 10V 接口 ,最多可帶 3 個伺服驅動軸及一個伺服主軸。最新推出的 802e , 更是將 入輸出點 （ 48 個 24V 的直流輸入和 16 個 24V 的直流輸出，輸出同時工作系數(shù)為 負載能力可達 控制接口等所有部件集成在面板背后，一體化的設計使得使用維護更為方便。因此 802S 和 802C 系統(tǒng)非常適合于普通機床、數(shù)顯機床的數(shù)控化改造以及低檔數(shù)控機床的數(shù)控配套和改造。我們曾經(jīng)應用的場合有數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控磨床、槍鉆機床、專機等。 02S 制軟件已經(jīng)存儲在數(shù)控部分的 存 )上， 調整所用的軟件工具 )包含在標準的供貨范圍內(nèi)。系統(tǒng)不再需要電池，免維護設計。采用電容防止掉電引起的數(shù)據(jù)丟失。程序的變化和新程序軟件存儲。系統(tǒng)軟件面向車床和銑床應用，并可單獨安裝。在每一個工具盒中都包含有車床和銑床的 序示例，以便用戶能很快地調試完畢。 第二章 銑床機械結構的改造 控機床機械結構設計特點 數(shù)控機床雖然也有普通機床所具有的床身和立柱、導軌、工作臺、刀架等部件。但為了與控制系統(tǒng)的高精度、 高速度控制相匹配，對機床主機部分的結構設計還提出了高精度、高剛度、低慣量、低摩擦、無間隙、高諧振頻率、適當?shù)淖枘岜鹊纫?。由于機械結構形式是體現(xiàn)其性能的具體手段，是實現(xiàn)性能的核心因素 (當然結構也受材料和工藝的影響 )，因此，數(shù)控機床的關鍵部件在結構設計中也有了重大變化 。 礎部件 數(shù)控機床的基礎件主要包括床身、立柱、工作臺等支承件，它們的基本功能是支承承載和保持各執(zhí)行器官的相對位置。數(shù)控機床集粗精加工于一體，既要能夠承受粗加工時大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能夠保證精加工時的高精度。因此， 對基礎件的結構設計在強度、剛度、抗振性、熱變形和內(nèi)應力等都提出了很高的要求?，F(xiàn)行生產(chǎn)的數(shù)控機床采用的主要措施有：鑄件采用全封閉截面，合理布置內(nèi)部隔板和肋條，含砂造型或填充混凝土等材料，導軌面加寬， 傳動系統(tǒng) 主傳動系統(tǒng)實現(xiàn)各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉速范圍內(nèi)保證恒功率輸出，同時為使數(shù)控機床能獲得最佳的切削速度，主傳動須在較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速。現(xiàn)行數(shù)控機床采用高性能的直流或交流無級調速主軸電機，較普通機床的機械分級變速傳動鏈大為簡化。對加工精度有直接影響的主軸 組件的精度、剛度、抗振性和熱變形性能要求，可以通過主軸組件的結構設計和合理的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。為提高生產(chǎn)率和自動化程度，主軸應有刀具或工件的自動夾緊、放松、切屑清理及主軸準停機構。最近日本又開發(fā)研制了新型的陶瓷主軸，重量輕，熱膨脹率低，用在加工中心上，具有高的剛性和精度。 給系統(tǒng) 數(shù)控機床的進給系統(tǒng)是由伺服電機驅動 (由于銑削時作用在電動機軸上的負載轉矩較大，所以要選擇大功率的步進電動機，而大功率步進電動機驅動較困難。步進電動機沒有過載能力，在高速運動時轉矩下 降很多，容易丟步。要是改造后的銑床進給伺服性能較好，在改造中也常采用直流伺服電動機驅動 )，通過滾珠絲杠帶動刀具或工件完成各坐標方向的進給運動。為確定進給系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設計機械裝置時，以 “ 無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度 ” 為原則，具體措施有： 采用低摩擦、輕拖動、高效率的滾珠絲杠和直線滾動導軌； 采用大扭矩、寬調速的伺服電機直接與絲杠相聯(lián)接， 縮短和簡化進給傳動鏈； 通過消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯(lián)軸器的傳動間隙； 對滾動導軌和絲杠預加載荷，預拉伸。 珠絲桿的選擇 絲杠傳動 直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。滾珠絲杠具有摩擦損失小，效率高等特點，其傳動效率可在 90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。因此此次的西門子數(shù)控銑床選擇滾珠絲杠。 滾珠絲桿螺母副 滾珠絲桿螺母副是數(shù)控機床中回轉運動轉換為直線運動常用的傳動裝置。它以滾珠的滾動代替絲桿螺母副中的滑動，摩擦力小，具有良好的性能。該部分主要是由絲桿、螺母、滾珠和滾道、螺母座等組成的。其工作原理是：在絲桿和螺母上加 工有弧行螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經(jīng)回珠管作周而復始的循環(huán)運動?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 架系統(tǒng) 拆除原刀架，改裝自動回轉四方刀架總成。 控附件 機床附件的作用是配合機床實現(xiàn)自動化加工。數(shù)控機床專用的附件有： 對刀儀， 自動編程機， 自動排屑器， 物料儲運及上下料裝置， 自動冷卻、潤滑及各種新型配套件如導軌防護罩等。 控機床的外觀造型 數(shù)控機床的外觀大都采用線型簡潔的 板塊組合式全封閉安全防護罩，配備有現(xiàn)代特征的集操作、顯示、控制于一體的操作面板，淘汰了普通機床各種操作手柄、手輪和線型復雜零散的多面型表面形態(tài)。安全防護罩可防止高壓、大流量冷卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵入侵，隔聲降噪，有利于機床的精度保持和環(huán)境保護，真正體現(xiàn)了機、電、液一體化的特點。 第三章 電氣系統(tǒng)的改造設計 床特點 床具有以下幾個特點： 1）用換向轉換開關選擇主電機的制動； 2）主要、運動采用電磁離合器制動； 3）主運動和進給運動變速，均有瞬時電動； 4） 主運動和進給運動 各有單獨的電動機驅動，工作臺的快速移動利用電磁離合器接上進給的快速傳動鏈，實現(xiàn)快速移動； 5）進給運動與主運動是聯(lián)鎖的，只有起動主運動后，進給運動才能起動工作； 6）工作臺 6 個方向的進給運動 ，具有完備的聯(lián)鎖。 7）具備多地點控制環(huán)節(jié)； 8）具有短路、零壓、過載和超程保護。 制系統(tǒng)的改造 電氣部分：安裝微型機數(shù)控系統(tǒng)。它包括： 展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、 I/O 接口電路；能輸入加工程序和控制命令的鍵盤；能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器；光電隔離電路和步進電機驅動電路；螺紋加工中用的 光電脈沖發(fā)生器和其它輔助電路。 動系統(tǒng)改造設計 步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。 使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下 （ 3 圖 (3 1） 、脈沖信號的產(chǎn)生。 脈沖信號一般由單片機或 生，一般脈沖信號的占空比為 右，電機轉速越高，占空比則越大。 2） 、信號分配 感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為 ,步距角為 ；二相八拍為 ,步距角為 。四相電機工作方式也有二種，四相四拍為 距角為 。 3） 、功率放大 功率放大是驅動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式，到目前為止，驅動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分數(shù)等。 02S 內(nèi)部硬件和軟件 1） 該系統(tǒng)的 工業(yè) 486， 使用了 西門子 200 的 2） 使用了液晶顯示屏幕和鍵盤：能夠較為方便的進 行程序的編寫及命令的控制（ 編程方便，具有輪廓編程、循環(huán)編程、參數(shù)編程、示教方式編程等功能 ）。該 液晶 顯示屏顯示的是中文。 3） 能可支持 于加工復雜模具 4） 硬件接口豐富，自診斷功能完善 5） 最大 I/O 為： 64/64 氣改造中的 分 在機械制造業(yè)中， 到了非常廣泛的應用。特別是數(shù)控機床都或多或少的使用了 為開關量的控制。 控機床 類 數(shù)控機床所使用的 以分為兩個大類：一類是“內(nèi)裝型” 另外一類是“獨立型”的 1）內(nèi)裝型 圖 (4圖 (4內(nèi)裝型 （ 3所示為內(nèi)裝型 統(tǒng)框圖。“內(nèi)裝型” 屬于 置， 置之間的信號傳送在內(nèi)部即了可以實現(xiàn)。 機床則通過 入、輸出接口電路實現(xiàn)信號傳送。這樣內(nèi)裝型 硬件電路可以單獨設計在及自己的電路板內(nèi)，也可以與 置的某一塊電路板共用一塊電板。內(nèi)裝型 成功應用，擴大了 部直接處理數(shù)據(jù)的能力，可以使用梯形圖方式進行編程，并且造價較低，提高了 性能價格比。 2） 獨立型 如圖（ 3 圖（ 3立型 謂獨立型 際上就是一個通用興 完全獨立于 置，具有完備的硬件和軟件 ,獨立完成 統(tǒng)所需要的控制任務，如圖所示的的獨立型的 床的連接框圖。從圖中可以看到，獨立型 但要與機床側的 I/O 連接，還要進行與 置側的 I/O 連接。所以，獨立型 價較高，性能價格比不如內(nèi)裝型 數(shù)控機床中的控制功能 (1) 操作面板的控制。操作面板分為系統(tǒng)操作面板和機床操作 面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號先是進入 后由 到 制數(shù)控機床的運行。機床操作面板控制信號，直接進入 制機床的運行。 (2) 機床外部開關輸入信號。將機床側的開關信號輸入到送入 行邏輯運算。這些開關信號，包括很多檢測元件信號 (如：行程開關、接近開關、模式選擇開關等等 ) (3) 輸出信號控制： 出信號經(jīng)外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對象。 (4) 功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出 T 指令給 過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到 T 代碼指定的刀號，并與主軸刀號進行比較。如果 不符，發(fā)出換刀指令，刀具換刀，換刀完成后，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。 (5) M 功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出 M 指令給 過譯碼，輸出控制信號，控制主軸正反轉和啟動停止等等。 M 指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。 機床之間的信息交換 在信息交換中，分為 間的信息交換和 機床之間的信息交換。 1） 間的信息交換分兩個方向進行：一個方向是 送信息，主要信息有各種功能代碼 M、 S、 T 的信息，手動 /自動方式信息，各種使能信息等；另一個方向是 送信息，主要信息有 M、 S、 T 功能的應答信息和各坐標軸對應的機床參考點信息等。 2） 與機床之間的信息交換也分為兩個方向進行：一個方向是 機床發(fā)送的信息，主要信息有控制機床的執(zhí)行元件，如電磁鐵、接觸器、繼電器以及各種狀態(tài)指示和故障報警等；另一個方向是機床向 送信息，主要信息有機床操作面板輸入信息和其上各種開關、按鈕等信息，如機床起動 /停止、主軸正轉 /反轉 /停止、冷卻液開 /關、倍率選擇、各坐標軸點動以及刀架卡盤夾緊 /松開等信息，還有各運動部件的限位開關，主軸狀態(tài)監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運行準備信號等。 輸入輸出 輸入輸出裝置：開關量輸入 /輸出采用輸入接線端子板和繼電器板，作為數(shù)控裝置 方便連接及提高可靠性。 輸入接線端子板提供 多可接 20路 電器板集成八個單刀單投繼電器和兩個雙刀投繼電器，最多可接 16路 中 8路 個單刀單投繼電器，剩下的 8路 用來控制其他電器，兩個雙刀雙投 繼電器可由外部單獨控制。 3 4 5 6 7 8 9 100 1 2 3 45 6 78 0 2 S D I / D 1 67654321010987654321 圖（ 3 輸入單元 I/20052 1098765431圖（ 3 輸出單元 軸變頻器電氣控制 數(shù)控 銑 床的主軸如果采用齒輪變速，難以進行精密恒定線速度控制，且需要按時定期維修離合器。直流型主軸雖然可以無級調速，但必須維護換向器，其最高轉速亦受到限制。數(shù)控 銑 床 的主軸若采用變頻器控制即可消除這些限制，可對普通電動機直接變速傳動，因此可以去掉離合器，實現(xiàn)主軸的無級調速。 主軸變頻器的基本選型 上， 目前較為簡單的一類變頻器是 V/F 控制 (簡稱標量控制 )，它就是一種電壓發(fā)生模式裝置，對調頻過程中的電壓進行給定變化模式調節(jié)，常見的有線性 V/F 控制 (用于恒轉矩 )和平方 V/F 控制 (用于風機水泵變轉矩 )。所謂矢量控制，最通俗的講，為使鼠籠式異步機像直流電機那樣具有優(yōu)秀的運行性能及很高的控制性能，通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位，用以維持電機內(nèi)部的磁通為設定值，產(chǎn)生所需要 的轉矩。矢量控制相對于標量控制而言，其優(yōu)點有 :(1)控制特性非常優(yōu)良，可以直流電機的電樞電流加勵磁電流調節(jié)相媲美 ;(2)能適應要求高速響應的場合 ;(3)調速范圍大 ;(4)可進行轉矩控制。當然相對于標量控制而言，矢量控制的結構復雜、計算煩瑣，而且必須存貯和頻繁地使用電動機的參數(shù)。 圖（ 3 軸及其控制 軸 主軸是生產(chǎn)主切削運動的動力源，主軸 不僅要在高速旋轉的情況下承載切削時傳遞的主軸電動機的動力，而且還要保持非常高的精度。主軸是數(shù)控機床中最關鍵的部件之一，主軸的結構上分為機械主軸和電主軸。機械主軸由刀具的轉卡機構、軸承、主軸冷卻系統(tǒng)以及配套的主軸電機、測量部件及驅動裝置等構成。電主軸的特點是主軸電機被集成到主軸的機械部件中，構成一個整體結構的主軸系統(tǒng)。 在設計機床時，需要根據(jù)機床切削的指標定義機床的技術指標其中主軸的輸出功率和主軸的調速范圍為關鍵的技術指標。因此在數(shù)控機床設計的階段，必須明確主軸的輸出功率和調速范圍等技術指標，否則，用戶在切削 時可能會出現(xiàn)由于主軸輸出功率不夠造成的主軸“悶車”而不能完成用戶加工程序中要求的切削用量。 主軸在低速加工時，需要滿足低速狀態(tài)下可以產(chǎn)生足夠的轉矩，而且保證主軸的調速范圍。 主軸在高速加工時，主軸的旋轉部件要做到動平衡，否則在高速旋轉運動中會產(chǎn)生振動，影響加工 質量。 軸的控制方式 數(shù)控系統(tǒng)的伺服主軸有三中控制方式，它們是速度控制方式、位置控制方式和擺動控制方式。這三中控制方式的用途不同，并可以通過不同的控制指令進行切換。 在速度控制方式下，主軸電機用于產(chǎn)生機床切削的主運動。激活主軸速度 方式的變成指令有主軸正轉 軸反轉 主軸停止 軸的轉速有變成指令 S 確定，如 示主軸 1000r/速度控制方式下，主軸可通過零件程序控制，也可以用手動控制。主軸的手動控制與進給軸的手動控制的實現(xiàn)方式基本相同。主軸正轉鍵或反轉鍵后，主軸減速、停止；另一種方式是按一下主軸正轉鍵或主軸反轉鍵后隨即松開，主軸啟動運轉，直到按下主軸停止鍵后主軸減速、停止。 主軸的位置控制方式用于主軸分度、剛性攻螺紋、自動換刀時的主軸定位等。激活主軸位置控制方式 的編程指令是 擺動控制方式用于主軸換擋。主軸換擋時，主軸電機可進入自動擺動狀態(tài)，變速箱中的齒輪在擺動過程中嚙合容易。激活主軸擺動方式的編程指令由輔助功能 應于主軸的第一檔到第五檔）或者輔 助功能 S，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機床參數(shù)中定義的每檔最高速度和最低速度自動確定主軸檔位。 電氣系統(tǒng)改造中的進給部分 進給驅動用的伺服電動機主要可以分為 6 種：包括 。而在這寫電機種，我們主要以實用交流調速電動機為主。 伺服驅動系統(tǒng)是 置和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)， 置發(fā)出的控制信息，通過伺服驅動系統(tǒng)，轉換成坐標軸的運動，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。 他主要作用有兩點： 有輸出功率的能力； 置發(fā)出的控制信息對機床的移動部件的位置和速度進行控制。 控機床對伺服驅動系統(tǒng)的要求 數(shù)控機床的性能在很大程度上取決其四幅驅動系統(tǒng)的性能，對伺服驅動系統(tǒng)的主要要求如下： 1） 進給調速范圍要寬 即最高轉速和最低轉速比； 2） 位置精度要高 要求具有很高的調速精度和很強是抗干擾能力，即要求工作穩(wěn)定性要好。 3）響應速度要快 為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快。 （ 4）低速、大轉矩 根據(jù)機床的加工特點，經(jīng)常在低速下進行重切削，即在低速下進給驅動系統(tǒng)必須有大的轉矩輸出。 伺服電機的要求 進給伺服驅動系統(tǒng)對執(zhí)行元件 伺服電機也有很高的要求：高精度、快反應、寬調速和大 轉矩。具體要求是： 1） 電機從最低速到最高速都能平滑的運轉，轉矩波動小。 2） 有較大、較長時間的過載能力，來滿足低速大轉矩的要求。 3） 滿足快速響應的要求，即隨著控制信號的變化，電動機能在短時間內(nèi)完成必須的動作。 4） 電動機應能承受頻繁的啟動、制動和反轉。 12344B C D C D 114B C D C D 11111B C D C D E+43驅動器控制的伺服電機 第四章 改造后的調試 數(shù)控機床的調試，包括電源的檢查、數(shù)控系統(tǒng)的電參數(shù)的確認和設定、機床幾 何精度調整等，檢查與調試工作關系到數(shù)控機床能否正常投入使用。 1） 電源的檢查 （ 1）輸入電源電壓，頻率及相序的確認。 檢查電源輸入電壓是否與機床設定相匹配，頻率轉換開關是否置于相應的位置。檢查確認變壓器的容量是否滿足控制單元和伺服系統(tǒng)的電能消耗。檢查電源電壓波動范圍是否在數(shù)控系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。日本的數(shù)控系統(tǒng)一般允許在電壓額定值的 10% 范圍內(nèi)波動。而歐美的一些數(shù)控系統(tǒng)要求較高一些在 5% 以內(nèi)。否則要外加交流穩(wěn)壓器。對于采用晶閘管控制元件的速度控制單元和主軸控制單元的供電電源，一定要檢查相序。在相序不正確情 況下，接通電源，可能使速度控制單元的輸入熔斷絲燒斷，這是由于誤導通，造成的大電流引起的。相序檢查方法有兩種：一種用相序表測量，當相序接法正確時（即與表上的端子標記的相序相同時），相序表按順時針方向旋轉。另一種方法可用示波器測量二相之間的波形，兩相看一下，確定各相序。 （ 2）確認直流電源單元電壓輸出端對地是否短路，各種數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部都有直流穩(wěn)壓電源單元，為系統(tǒng)提供 5V， 15V ， 24V 等直流電壓。因此，在系統(tǒng)通電前，應檢查這些電源的負載，是否對地有短路現(xiàn)象?？捎萌f能表來確認。 （ 3）檢查各印刷電路板上的電壓 是否正常，接通電源之后，首先應該檢查數(shù)控拒內(nèi)各風扇是否旋轉，確認電源是否接通。各種直流電壓是否在允許的范圍內(nèi)波動，一般來說，對 +5V 電源的電壓要求較高，波動范圍在 5% 范圍內(nèi)，因為它是供給邏輯電路的。 24V 的電源是否在 10% 允許的波動范圍之內(nèi)，超出范圍要進行進行調整，否則會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 2） 參數(shù)的設定確認 （ 1）短接棒的設定，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印刷電路板上有許多短路捧來短路的設定點，這項設定已由機床制造廠完成設定，用戶只需確認與記錄一下。但對于單個購入的數(shù)控裝置，用戶則必須根據(jù)需要，自行設定。因為數(shù) 控裝置出廠時，是按標準方式設定的，不一定適合于具體用戶要求。設定確認的內(nèi)容隨數(shù)控系統(tǒng)而定，一般有以下三方面。確認控制部分印刷線路板上的設定。主要確認主板， ，聯(lián)接單元，附加軸控制板以及旋轉變壓器或感應同步器控制板上的設定。這些設定與機床返回基準點的方法，速度反饋的檢測元件，檢測增調節(jié)及分度精度調節(jié)等有關。確認速度控制單元印刷電路板上的設定。在直流速度控制單元和交流速度控制單元上都有許多的設定點，用于選擇檢測元件的種類，回路增益以及 各種報警等。確認主軸控制單元印刷電路板上的設定。無論是直流還是交流主軸控 制單元上，均有一些用以選擇主軸電動機電流極限和主軸轉數(shù)的設定點。但數(shù)字式交流主軸控制單元上已用數(shù)字設定代替短路棒的設定上，故只能在通電時才能進行設定與確認。 （ 2）確認數(shù)控系統(tǒng)中各種參數(shù)的設定，設定系統(tǒng)參數(shù)（包括 數(shù)）的目的，就是當數(shù)控裝置與機床相連接時，能使機床具有最佳的工作性能。即使是同一種數(shù)控系統(tǒng)，其參數(shù)設定也隨機而異。隨機附帶的參數(shù)表是機床的重要技術資料，應妥善保管，不得遺失，否則將給機床的維修和恢復性能帶來困難。顯示參數(shù)的方法，隨各類數(shù)控機床而異，大多數(shù)廠家產(chǎn)品可通過 元上的參數(shù) 鍵來顯示已存人系統(tǒng)存儲器的參數(shù)。顯示的參數(shù)內(nèi)容應與機床安裝調試完成后的參數(shù)表一致。如果所用的進給和主軸控制是數(shù)字式的，那么它的參數(shù)設定也是用數(shù)字設定參數(shù)，而不用短路捧。此時，須根據(jù)隨機所帶的說明書，一一予以確認。 3） 機床通電試車 在通電試車前要對機床進行全面潤滑。給潤滑油箱、潤滑點灌注規(guī)定的油液或油脂，為液壓油箱加足規(guī)定標號的液壓油，需要壓縮空氣的要接通氣壓源。調整機床的水平，粗調機床的主要幾何精度。如果是大中型設備，要在初就位和已經(jīng)完成組裝的基礎上，重新調整主要運動部件與機床主軸的相對位置。比如機械 手、刀具庫與主機換刀位置的校正， 架與工作臺交換位置的找正等。通電試車按照先局部分別供電試驗，然后再作全面供電試驗的順序進行。接通電源后首先查看有無故障報警。檢查散熱風扇是否旋轉。各潤滑油窗是否來油，液壓泵電動機轉動方向是否正確，液壓系統(tǒng)是否達到規(guī)定壓力指標，冷卻裝置是否正常等。在通電試車過程中要隨時準備按壓急停按鈕，以避免發(fā)生意外情況時造成設備損壞。先用手動方式分別操縱各軸及部件連續(xù)運行。通過 示，判斷機床部件移動方向和移動距離是否正確。使機床移動部件達到行程限位極限，驗證超程限位裝置 是否靈敏有效，數(shù)控系統(tǒng)在超程時是否發(fā)出報警。機床基準點是運行數(shù)控加工程序的基本參照，要注意檢查重復回基準點的位置是否完全一致。在上述檢查過程中如果遇到問題，要查明異常情況的原因并加以排除。當設備運行達到正常要求時，用水泥灌注主機和各部件的地腳螺栓孔，待水泥養(yǎng)護期滿后再進行機床幾何精度的精調和試運行。 4） 機床精度和功能的測試 在已經(jīng)固化的地基上用地腳螺栓和墊鐵精調機床主床身的水平。找正水平后，移動床身上的各運動部件（立柱，溜板和工作臺等），觀察各坐標全行程內(nèi)機床水平的變化情況，并相應的調整機床幾何精度， 使之在允許范圍之內(nèi)。使用的檢測工具有精密水平儀，標準方尺，平尺，平行光管等。在調整時， 主要以調整墊鐵為主，必要時，可稍微改變導軌上的鑲條和預緊滾輪等。一般說來，只要機床質量穩(wěn)定，通過上述調整可將機床調整到出廠的精度。仔細檢查數(shù)控系統(tǒng)和 置中參數(shù)設定值是否符合隨機資料中規(guī)定數(shù)據(jù)，然后試驗各主要操作動作，安全措施，常用指令執(zhí)行情況等。例如，各種運行方式（手動，點動， 動方式等）。檢查輔助功能及附件的正常工作，例如機床的照明燈，冷卻防護罩和各種護板是否完整；向冷卻液箱中加滿冷卻液，試驗噴管是否能正常噴 出冷卻液；在用冷卻防護罩的情況下冷卻液是否外漏；排屑器能否正常工作；機床主軸的恒溫油箱能否起作用等。 5） 試運行 數(shù)控機床安裝完畢后，要求整機在帶一定負載條件下，經(jīng)過一段較長的時間的自動運行，較全面檢查機床功能及工作可靠性。運行時間尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般采用每天運行 8h 連續(xù)運行 2或 24h 連續(xù)運行 1。這個過程稱作考機。試運行中采用的程序叫做考機程序，可以直接采用機床廠調試時用的考機程序或自行編制一個程序?？紮C程序應包括：主要數(shù)控系統(tǒng)的功能使用，主軸的最高，最低及常用的轉速，快速和常用的進給速度，工 作臺面的自動交換，主機 M 指令的使用等。在試運行時間內(nèi)，除操作失誤引起的故障以外，不允許機床有故障出現(xiàn)，否則表明機床安裝調試存在問題。對于機電一體化設計的小型機床，它的整體剛性很好，對地基沒有什么要求，而且機床到安裝地之后，也不必再去組裝或進行任何的連接，一般說來，只要接通電源，調整好床身的水平后，就可以投人便用。