C6132縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì)解讀

1、C6132縱向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì).、八、-1刖言42設(shè)計(jì)的內(nèi)容及任務(wù) 53總體方案53.1數(shù)控系統(tǒng)的選型 53.2伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 63.3機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì) 63.4編碼盤(pán)的選用和安裝 73.5電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 73.6液壓系統(tǒng)的清潔和維護(hù) 84數(shù)控系統(tǒng)的選擇85機(jī)械本體部分的數(shù)控化改造與設(shè)計(jì)計(jì)算 1005.1進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)方式及絲桿類(lèi)型選擇 1005.1.1 傳動(dòng)方式 1005.1.2滾珠絲桿的選擇 1115.2滾珠絲杠副精度等級(jí)確定 1225.3滾珠絲杠的潤(rùn)滑、防護(hù)、密封 1225.4機(jī)械本體改造和設(shè)計(jì)計(jì)算 1225.4.1縱向機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算 122542滾

2、珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 133543滾珠絲杠的選型 14544滾珠絲杠的驗(yàn)算 145.4.5 確定齒輪傳動(dòng)比 165.4.6 齒輪間隙的調(diào)整環(huán)節(jié) 165.5滾珠絲杠的支撐與軸承選用 175.5.1滾珠絲杠支撐形式的選擇 175.5.2滾珠絲杠軸端的形式 186伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 206.1控制系統(tǒng)的選擇 206.2縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇 216.2.1負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 216.2.3步進(jìn)電機(jī)的選擇6.3驅(qū)動(dòng)器的選擇23232526266.2.2 各種工況下轉(zhuǎn)矩計(jì)算 227編碼器的選用和安裝 257.1觀點(diǎn)編碼器的選用7.2 編碼器的安裝 8.1電氣控制系統(tǒng)概述 8電氣控制部分的改造設(shè)計(jì) 268.2

3、C6132車(chē)床電氣化控制系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 279液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù) 28299.1清潔程度對(duì)液壓系統(tǒng)的影響9.2液壓系統(tǒng)清潔與維護(hù)措施 2910改造小結(jié)29參考文獻(xiàn)30致謝31241前言目前我國(guó)機(jī)床主要是臥式車(chē)床，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，型號(hào)陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán) 重影響了生產(chǎn)的發(fā)展。采用先進(jìn)的數(shù)控車(chē)床，已成為當(dāng)今世界制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。鑒 于國(guó)內(nèi)制造業(yè)中普通機(jī)床的占有率較高，提高車(chē)床數(shù)控化率有兩個(gè)可行的途徑，一是 購(gòu)置新的車(chē)床；二是把臥式車(chē)床改造成數(shù)控車(chē)床。根據(jù)國(guó)內(nèi)目前的經(jīng)濟(jì)狀況，花大量 的資金更換全新的數(shù)控車(chē)床花費(fèi)過(guò)高，給企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較大，同時(shí)報(bào)廢大量的 普通機(jī)床是一個(gè)很大的浪費(fèi)。因此，

4、各企業(yè)可根據(jù)自身的情況，酌情進(jìn)行數(shù)控化率的 提高，可以購(gòu)置一批精度高、性能強(qiáng)的數(shù)控化車(chē)床，或數(shù)控化改造一批尚有一定精度 的臥式車(chē)床。C6132車(chē)床改造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的改造，主要針對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造， 利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，通過(guò) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)控化改造后的機(jī)床，能對(duì)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行 數(shù)字控制，并要求達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為 0.01mm/脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位0.005mm/ 脈沖，刀架為自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，經(jīng)改裝后的機(jī)床能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度螺紋、端面等的 自動(dòng)控制。數(shù)控化改造提高了原機(jī)床的生產(chǎn)速度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)縮短

5、了生產(chǎn) 周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。數(shù)控化改造后具有如下幾個(gè)優(yōu)越性：1、數(shù)控化改造提高了加工精度和生產(chǎn)率。2、數(shù)控化改造提高了機(jī)床的性能和質(zhì)量， 加工出原機(jī)床難以加工或者不能加工的 復(fù)雜軸類(lèi)零件。3、 機(jī)床數(shù)控化改造后可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，效率可比原機(jī)床提高3倍。4、機(jī)床數(shù)控化改造后擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好 地調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)，還可以提示操作機(jī)床故障或編程錯(cuò)誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn) 題。2設(shè)計(jì)的內(nèi)容及任務(wù)機(jī)床的數(shù)控化改造主要應(yīng)用了現(xiàn)代成熟的數(shù)控技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要 求為目的，改變現(xiàn)有機(jī)床的結(jié)構(gòu)，給舊機(jī)床換上新部件、新裝置和新附件，提高現(xiàn)有 機(jī)床的技術(shù)

6、性指標(biāo)，使之全部或局部達(dá)到新數(shù)控機(jī)床的水平。這次設(shè)計(jì)的任務(wù)是：數(shù)控化系統(tǒng)的選型，伺服系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)數(shù) 控化改造和液壓部分的維護(hù)以及繪制相關(guān)圖樣。要求改造車(chē)床具有一般數(shù)控車(chē)床的性 能，精度要達(dá)到縱向最小單位為 0.01mm步，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位為 0.005mm步。設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括：數(shù)控系統(tǒng)的選型，伺服系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)，自 動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架和編碼盤(pán)的選型與改裝，以及液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)。數(shù)控系統(tǒng)方面，考 慮到直流伺服電動(dòng)機(jī)的價(jià)格昂貴，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，而在機(jī)械系 統(tǒng)的改造方面，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)-減速齒輪-滾珠絲杠螺母副-小滑板的傳動(dòng)方 式。3總體方案臥式

7、車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造，可以顯著提高機(jī)床性能和減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。而合 理選擇數(shù)控系統(tǒng)和改造方案，可保證改造效果和降低成本?？紤]具體的改造方案時(shí)， 基本原則是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。C6132車(chē)床總體改造方案為：增配車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)，更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲桿傳動(dòng)為滾珠絲桿 傳動(dòng)，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加裝編碼器，配置自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。具體的改造主要從數(shù)控系統(tǒng)的選擇、伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)、 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤(pán)的選用和安裝、電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)的 清潔與維護(hù)等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行，通過(guò)改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性。下面就從各

8、個(gè)部分來(lái)具體闡述這次的設(shè)計(jì)方案。3.1數(shù)控系統(tǒng)的選型在選擇數(shù)控系統(tǒng)的型號(hào)時(shí)，要考慮 C6132機(jī)床適用于各類(lèi)機(jī)械工廠的單件、中小 批量、生產(chǎn)使用，加工精度可達(dá)IT7級(jí)，且要求C6132車(chē)床加工復(fù)雜零件，所以數(shù)控 系統(tǒng)選擇連續(xù)型數(shù)控系統(tǒng)，已滿足數(shù)控化改造后機(jī)床的定位、插補(bǔ)、循環(huán)加工和螺紋 加工等功能。國(guó)產(chǎn)機(jī)床如廣州數(shù)控設(shè)備廠的 GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)，其為兩軸聯(lián)動(dòng)，功能比較齊全，性能穩(wěn)定， 價(jià)格便宜，一般用于經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床。 選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該盡量向同一個(gè)廠家的型號(hào)靠攏，這樣既有利于維修和管理，也有利于備件的購(gòu)買(mǎi)。在改造中可以考慮有類(lèi)似特點(diǎn)的數(shù)控裝置。3.2伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)在普通機(jī)床的數(shù)控

9、化改造系統(tǒng)中一般采用步進(jìn)電機(jī)和交流伺服交流電動(dòng)機(jī)。交流 伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速方便，體積小，目前廣泛用于數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相 比，其精度高、價(jià)格昂貴，考慮到改造本身是經(jīng)濟(jì)型改造，因此一般選用步進(jìn)電機(jī)作 為驅(qū)動(dòng)裝置。步進(jìn)電機(jī)采用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行改造，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動(dòng)變?yōu)榱悖?能方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速以及定位，改變各相繞組的接通次序即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，易于控制， 且價(jià)格低廉，數(shù)控車(chē)床上大多使用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。在需要快速移動(dòng)大距離的條件下， 應(yīng)選擇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行頻率高、價(jià)格較低的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。經(jīng)全面考慮，在C6132的數(shù)控化改造中，選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)作為縱向和橫向的 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。理由是：該系統(tǒng)控制方

10、便，由數(shù)控系統(tǒng)送出的步進(jìn)指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路 控制和功率放大后，是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠服驅(qū)動(dòng)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，便可以控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度 和運(yùn)動(dòng)方向。該系統(tǒng)結(jié)果簡(jiǎn)單，易維修，性?xún)r(jià)比高；考慮改造后的C6132機(jī)床的精度要求（數(shù)控化改造后縱向精度為0.01mm/不，橫向精度為0.005mm步），加工精度要求 不算太高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，故選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。3.3機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)在機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)原車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，主傳動(dòng) 系統(tǒng)中保留C6132車(chē)床的主軸機(jī)械部分和三相交流電動(dòng)機(jī) YD132M-4

11、B5TH只是在與主 軸同步旋轉(zhuǎn)的軸上，加裝一個(gè)脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)螺紋的數(shù)控加工。在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)元件采 用步進(jìn)電機(jī)。進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1-1所示，縱向和橫向均采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)-減速齒輪 -滾珠絲杠螺母副-床鞍（或中滑板）的傳動(dòng)方式。分別在 X軸和Z 軸的步進(jìn)電 機(jī)輸出軸端配置減速器，減速器由一對(duì)嚙合齒輪組成，通過(guò)減速器齒輪傳動(dòng)，由滾珠 絲杠副把動(dòng)力傳給床鞍，從而帶動(dòng)托板的移動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所需的分辨率，采用步進(jìn) 電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿，同時(shí)為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力， 選用滾珠絲桿螺母副。改裝時(shí)先拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱、溜板箱、光桿和絲桿

12、，再換上 滾珠絲杠（安裝在原絲桿的部位）。在本設(shè)計(jì)中滾珠采用循環(huán)插管式、 雙螺母墊片預(yù)緊、 導(dǎo)珠管埋入式、精度等級(jí)為3級(jí)，型號(hào)為JCS-CDM系列滾珠絲桿副。此外，為提高傳 動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪傳動(dòng)要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。124圖1-1進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1步進(jìn)電機(jī) 2齒輪減速裝置3支承裝置4絲杠5 床鞍A 、B齒輪3.4編碼盤(pán)的選用和安裝機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的重要部分，所以在原來(lái)車(chē)床上需加一個(gè)脈沖編碼器，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工螺紋的目的。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床上加工螺紋或絲桿時(shí)，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，即編碼盤(pán)作為 車(chē)床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車(chē)床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生主軸轉(zhuǎn)角位置變化信

13、號(hào)， 輸送到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計(jì)算處理，從而控制機(jī)床縱向或 橫向步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)加工螺紋的目的。所以進(jìn)行C6132的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，決定在主傳動(dòng)系統(tǒng)中加裝一個(gè)光電碼盤(pán)。結(jié)合脈沖編碼器每轉(zhuǎn)進(jìn)給脈沖數(shù)（即分辨率）對(duì)螺紋的加工范圍，再結(jié)合環(huán)境特性， 并根據(jù)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)主軸脈沖發(fā)生器的最高須用轉(zhuǎn)速的原則，初步選擇長(zhǎng) 春三峰傳感技術(shù)有限公司生產(chǎn)的常規(guī)型實(shí)心軸光電編碼器PIE系列編碼器。該系列編碼器經(jīng)濟(jì)適用，力矩小，多規(guī)矩，適應(yīng)多種數(shù)控設(shè)備其最高許用轉(zhuǎn)速為5000r/min，遠(yuǎn)大于車(chē)床主軸最高轉(zhuǎn)速2000r/min。3.5電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)在電氣控制系統(tǒng)中的改造設(shè)計(jì)中，

14、應(yīng)該遵循：在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，不宜盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)和高指標(biāo)，力求控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、使用與維 修方便。機(jī)床中的主軸電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)、刀架電動(dòng)機(jī)等均需要系統(tǒng)自動(dòng)控制。 C6132車(chē)床改造后的電氣控制線路由電源電路、主電路、控制電路和CNCg制器等，主要增加的電器元件包括主軸編碼器、X/Z軸驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)刀架控制器以及必要的控制開(kāi) 關(guān)、繼電器等。改造后拆除原電控箱，原位安裝改造后的電控柜，最后還需電氣、機(jī) 修人員共同進(jìn)行通電調(diào)試。數(shù)控機(jī)床中電氣控制系統(tǒng)除了對(duì)機(jī)床輔助運(yùn)動(dòng)和輔助動(dòng)作控制外，還包括對(duì)保護(hù)開(kāi) 關(guān)、各種行程、極限開(kāi)關(guān)的控制，以及在操作盤(pán)上所有按鍵、操作指示燈等的

15、控制。改造后的電氣控制系統(tǒng)，不僅保留了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有體積小、功能 強(qiáng)、通用性和靈活性強(qiáng)、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。3.6液壓系統(tǒng)的清潔和維護(hù)在車(chē)床數(shù)控化改造中一般不需要對(duì)機(jī)床原來(lái)的切削液系統(tǒng)進(jìn)行改造。用數(shù)控系統(tǒng)上的切削液接口與液壓系統(tǒng)的電路連接，通過(guò) CNC空制，實(shí)現(xiàn)切削液的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。此外， 液壓系統(tǒng)的清潔程度對(duì)液壓元件和液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)、準(zhǔn)確運(yùn)行有著非常重要的影響。對(duì)C6132車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造后，還要仔細(xì)檢查液壓元件，如果發(fā)現(xiàn)又已經(jīng)磨損、 老化的元件，如過(guò)濾器、空氣濾清器、密封圈等，則需要更換，確保液壓元件能正常 工作，從而保證整個(gè)車(chē)床系統(tǒng)能正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車(chē)床的性能和加工特點(diǎn)。在

16、檢查、 更換、維護(hù)后對(duì)液壓系統(tǒng)循環(huán)過(guò)濾，清洗整個(gè)系統(tǒng)。4數(shù)控系統(tǒng)的選擇根據(jù)改造后的C6132機(jī)床精度要求（數(shù)控化改造后縱向加工精度為 0.01mm橫向加 工進(jìn)度為0.005mm，加工精度要求不算太高，所以可以選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制 系統(tǒng)。綜合考慮性?xún)r(jià)比，在充分調(diào)研比較的基礎(chǔ)上并根據(jù)改造的目的，本方案選用廣州數(shù) 控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980TA車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控設(shè)備廠同時(shí)生產(chǎn)與該數(shù)控系統(tǒng)相匹 配的驅(qū)動(dòng)器，從而有利于維修和管理。 GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)， 性?xún)r(jià)比高，屬于連續(xù)切削控制系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：（1） 、該系統(tǒng)采用16bit高速微處理器（CPU和超大規(guī)?？删幊涕T(mén)

17、陣列（CPLD 進(jìn)行硬件插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)高速微米級(jí)控制。（2）、全封閉式裝置，集成度高，整機(jī)工藝結(jié)構(gòu)合理，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。（3） 、直線型、指數(shù)型加減速方式，可配套步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，應(yīng)用靈活。（4）、可變電子齒輪比，應(yīng)用方便。（5）、320*240點(diǎn)陣圖形式液晶顯示。（6）、中文、英文菜單，界面友好，操作方便。GSK980TA勺車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 2-1表2-1GSK980TA勺車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)控制軸：X、Z兩軸最小指令單位：0.001mm插補(bǔ)方式：X、Z兩軸直線、圓弧插補(bǔ)運(yùn)指令范圍：+9999.999mm最高快速速度：7600mm/mi n動(dòng)-9999、999mm3000mm/

18、mi n（選配）插 補(bǔ) 方 式最高進(jìn)給速度：直線7600mm/min （電子齒輪為1:1時(shí)）每轉(zhuǎn)進(jìn)給：0.001500mm/r （需安裝1024p/r主軸編碼器）進(jìn)給倍率：0%150十六級(jí)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)快速倍率：F0、25% 50% 100%5級(jí)加減方式：直線型快速加減速，指數(shù)型進(jìn)給加減速，參數(shù)可調(diào)1電子齒輪比：（1127）/ （1127）電子手輪功能：有顯示界面顯示器類(lèi)型：320X240點(diǎn)陣式藍(lán)底液晶（LCD, CCFL背光顯示方式：中文菜單圖形顯示功能：有G功能共23種G指令，包含3種單一固定循環(huán)指令和7種復(fù)合循環(huán)指令； 8種用戶宏指令可讀、寫(xiě)，最多16位點(diǎn)輸出。二重子程序調(diào)用，用戶宏程序調(diào)用螺

19、紋功能米制/英制單頭直螺紋、錐螺紋及米制/英制端面螺紋，螺紋退尾長(zhǎng) 度可設(shè)定螺紋螺距：0.001500mm（米制）;0.060254000.000 牙/in （英制）主軸編碼器：1024p/r增量式編碼器補(bǔ)償功能反向間隙補(bǔ)償：X、Z軸螺距誤差補(bǔ)償：X、Z軸（選配）刀尖半徑補(bǔ)償：X、Z軸刀具補(bǔ)償：16組刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)毒吖δ苓m配刀架：最大設(shè)定8工位電動(dòng)刀架（可選12工位刀架功能，就 近選刀，無(wú)卡盤(pán)，尾座控制功能）刀位信號(hào)輸入方式：直接輸入換刀方式：MDI自動(dòng)絕對(duì)換刀或手動(dòng)相對(duì)換刀，正轉(zhuǎn)換刀，反轉(zhuǎn)鎖 緊對(duì)刀方式：定點(diǎn)對(duì)刀，試點(diǎn)對(duì)刀刀補(bǔ)執(zhí)行方式：移動(dòng)刀具，坐標(biāo)偏移（可通過(guò)參數(shù)設(shè)定）主軸功能控制方式：可

20、設(shè)置為4檔位控制或模擬控制檔位控制：S1、S2、S3 S4直接輸出模擬控制：可設(shè)置四檔主軸自動(dòng)或手動(dòng)換擋，輸出010 V電壓控制主軸轉(zhuǎn)速恒線速切削功能：有輔助功能手動(dòng)/MDI/自動(dòng)控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止；切削液?jiǎn)⑼?；?rùn)滑啟 停；卡盤(pán)夾糸/松開(kāi)；尾速進(jìn)退；MDI/自動(dòng)方式可控制主軸變頻自 動(dòng)換擋程序編輯程序容量：40kb、63個(gè)程序子程序：可編程通信RS232通信接口為標(biāo)準(zhǔn)配置；可選配通信功能，提供通訊軟件及通 信電纜，與PC機(jī)雙向傳送程序抗干擾能 力符合 GB/T 17626.2 2006 的要求適配部件開(kāi)關(guān)電源：GSK PB（配套提供，已安裝連接）驅(qū)動(dòng)裝置：DF3A系列三相反應(yīng)式，DY3B

21、系列三相混合式，DA98系 列交流伺服刀架控制：GSK TB裝配形式標(biāo)準(zhǔn)面板，大面板，箱式一體化（配DF3A系列或DY3E驅(qū)動(dòng)裝置）下出線，一體化后出線外形尺寸(420mrM260miX 136mm / (420miX260miX 136mrh (小/ 大)質(zhì)量6.00kg （含開(kāi)關(guān)電源）5機(jī)械本體部分的數(shù)控化改造與設(shè)計(jì)計(jì)算5.1進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)方式及絲桿類(lèi)型選擇5.1.1傳動(dòng)方式機(jī)械部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖如圖 3-1所示和3-2所示。橫向和縱向均采用步進(jìn)電機(jī) 減速齒輪一滾珠絲桿螺母副一溜板的傳動(dòng)方式。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所需要的分辨率，采用 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿，同時(shí)為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡

22、量減少摩 擦力，選用滾珠絲桿螺母副。在本設(shè)計(jì)中采用循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)柱管 埋入式、精度等級(jí)為3級(jí)，型號(hào)為JSC-CDh系列滾珠絲桿副。此外,為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)，齒輪傳動(dòng)也要采用 消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。在 X軸和Z軸的步進(jìn)電機(jī)輸出軸端配置減速器，減速器由一對(duì) 嚙合齒輪組成，使減速器輸出軸通過(guò)連接套與滾珠絲桿直接相連，由滾珠絲桿副把動(dòng) 力傳給工作臺(tái)帶動(dòng)工作臺(tái)的移動(dòng)。圖1-2 橫向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖1步進(jìn)電機(jī) 2齒輪減速裝置3支承裝置4絲杠 5 中滑板 A 、B齒輪45圖1-3縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖1步進(jìn)電機(jī) 2齒輪減速裝置 3支承裝置4絲杠 5 床鞍A 、B齒輪5.1

23、.2 滾珠絲桿的選擇關(guān)注絲杠副作為精密、高效的傳動(dòng)元件在精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床得到廣泛應(yīng)用，在機(jī) 械工業(yè)、交通運(yùn)輸、航空航天、軍工產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用得很普遍，可用作精密定位 自動(dòng)控制、動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。1）、滾珠絲杠副傳動(dòng)的特點(diǎn)。滾珠絲杠副傳動(dòng)與滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高。一般可達(dá)95%以上，是滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)的24倍。0運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小，靈敏度高，低速無(wú)爬行?？梢灶A(yù)緊、消除絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度。0定位精度和重復(fù)定位精度高。使用壽命為普通滑動(dòng)絲杠的410倍，甚至更高。同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置時(shí)，可獲得 較好的同步性。使用可靠，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，維修

24、方便。不自鎖，可逆向傳動(dòng)，即螺母為主動(dòng)，絲杠為被動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。有專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。5.2滾珠絲杠副精度等級(jí)確定查參考文獻(xiàn)得出，在車(chē)床數(shù)控化改造中可選用3級(jí)精度的滾珠絲杠。表2-2為滾珠絲杠推薦應(yīng)用精度等級(jí)。機(jī)床類(lèi)型坐標(biāo)精度等級(jí)1 2 3 4 5 7 10數(shù)控機(jī)床XZV V5.3滾珠絲杠的潤(rùn)滑、防護(hù)、密封潤(rùn)滑：滾珠絲杠必須潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承用的各種潤(rùn)滑劑原則上都要可以用。主軸的 各種潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式都可以用于精密滾珠絲杠。一般情況下采用鋰基潤(rùn)滑脂，在高 速和需要嚴(yán)格控制升溫時(shí)，可用 LAN32全損耗系統(tǒng)用油、汽輪機(jī)油循環(huán)潤(rùn)滑或噴霧 潤(rùn)滑。（2）防護(hù)和密封：絲杠防護(hù)套有伸縮套管式、

25、折疊套管式和螺旋鋼帶保護(hù)套。后者有 專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)，應(yīng)用較廣，所以選用螺旋鋼帶保護(hù)套。5.4機(jī)械本體改造和設(shè)計(jì)計(jì)算5.4.1縱向機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件： 工作臺(tái)重量（床鞍重量+中滑板重量+電動(dòng)刀架）：G=800N 時(shí)間常數(shù)：T=25ms滾珠絲桿基本導(dǎo)程：p0 =6mm最大行程：S=650mm脈沖當(dāng)量：S p=0.01mm/步步角距：a =0.75./步最大進(jìn)給速度：Vmax =2m/mi n縱向最大進(jìn)給速度：fmax =0.6m/min1）切削力的計(jì)算。由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率可由式（2-1 ）求的。其中，P查機(jī)床說(shuō)明書(shū)，可知P=4.5kw; n 一般為0.750.85，取

26、n =0.8 ; K=0.96，則Pc=4.5 X 0.8 X 0.96kW=3.456kW切削功率應(yīng)按在各種加工情況下，經(jīng)常遇到的最大切削力（或轉(zhuǎn)矩）和最大切削轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)速)來(lái)計(jì)算，即由式(2-3)計(jì)算。設(shè)按照最大切削速度來(lái)計(jì)算，取v=100m/min,貝U主切削力由式(2-3)求得:N=60 3.456 103100N=2073.6N由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，在外圓車(chē)削時(shí):Fx=( 0.10.55)Fz，F(xiàn)y=( 0.150.65)Fz取縱向切削力分力Fx=0.5 FZ，橫向切削力分力Fy=0.6 Fz，則Fx =0.5 X2073.6N=1032。80NFy =0.6 X2073.6N=124

27、4.16N5.4.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠的選型方案。(a) 螺紋滾道型面的選擇：?jiǎn)螆A弧型面、雙圓弧形面。要求：經(jīng)濟(jì)、易調(diào)試、穩(wěn)定方案：選用雙圓弧形面。原因：雙圓弧形面接觸角不變，雙圓弧交接處尚有小空隙可容納一些贓物，這 對(duì)滾珠絲杠有利而不致堵塞。(b) 滾珠循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)。方案：選用外循環(huán)。原因：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性?xún)?yōu)良、適合成批生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于重載荷傳動(dòng)、 高速驅(qū)動(dòng)及精密定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。(c) 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力得選擇：墊片式、螺紋式、齒差式。要求：經(jīng)濟(jì)可靠、易拆裝、剛度高。方案：選用雙螺母墊片式預(yù)緊。原因：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸方便、剛度高。滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)

28、準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠型號(hào)的選擇。計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)載荷 C( N)。首先根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的重量引起 的進(jìn)給牽引力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命計(jì)算出滾珠絲杠副應(yīng)能承 受的最大動(dòng)載荷C。(a) 工作負(fù)載Fm。可根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中的進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，縱 向?yàn)槿切螌?dǎo)軌，可由式(2-5 )計(jì)算得到，貝Fm =1.15 X 1036.80+0.16 X( 2073.6+800) N=1652.096N(b) 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速n?？捎上率接?jì)算(c)11000 - f2Pomax1000 0.5 0.66r/min=50r/m in絲杠壽命t由下式求得60n

29、T60 50r=45萬(wàn)r(d) 絲杠工作的最大動(dòng)載荷C?？捎墒?2-6)求得，其中fW =1.2 , fH =1，則C =3 45 1.2 1 1652.096萬(wàn)二 7051.595萬(wàn)5.4.3滾珠絲杠的選型根據(jù)CZ ca的原則。是選取的滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作載荷。查 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，由于導(dǎo)程為6mm所以選取滾珠絲杠的型號(hào)為 CDM3206-5工 程直徑為32mm其額定動(dòng)載荷是26250N7051.595N故強(qiáng)度夠足夠。CDM3206-5表示 外循環(huán)插管式、雙螺母墊片式預(yù)緊、導(dǎo)程管埋入式的滾珠絲杠，其為右旋螺紋，載荷 鋼球?yàn)?圈，精度為3級(jí)的定位滾珠

30、絲杠副。具體參數(shù)見(jiàn)表 2-3.表2-3 CDM3206-5型滾珠絲杠具體參數(shù)工程直 徑mm基本導(dǎo) 程mm鋼球直徑mm絲杠外徑mm螺紋底徑mm額疋動(dòng)載何接觸剛度N/umd0P。Dwd1d2動(dòng)載 荷Ca靜載 荷Ga3263.96931.527.126250766311839螺母安裝連接尺寸/mmDDD3D4BD5D6r hLL1CAM60-90751371271365473M65.4.4滾珠絲杠的驗(yàn)算效率計(jì)算。根據(jù)機(jī)械原理，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率0可由下式求得。其中， =10； tan 丫二螺距/ (二X工程直徑)，丫 = 3025 ,則：科 tan ；tan3025- _00 廠=0.953tan

31、( ) tan (3025 10)剛度驗(yàn)算。滾珠絲杠工作時(shí)受到軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用時(shí)，將引起基本導(dǎo)程P0的變化。但由于滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可以忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量/ Po可由式下求得，其中 E=20.6X 104 Mpa(20.6 X 106N/cm); A按絲杠螺紋底徑確定 d，若 d=2.71cm, A上X2.712cm=5.765cmi; P=6mm=0.6cm 則: 4Fm F01652.096 0.6-6/ P= m 0 =6cm=+8.34X 10 cmEA20.105.765一“ +”用于拉伸，“-”用于壓縮時(shí)。滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化量 / P

32、很小，可以忽略，即：/ R=/ R,所以導(dǎo)程變形總誤差/ Fa可由下式求得。查機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知，Pa =650mm=65cm則:/ Pa= P總也P0 =竺 X8.34X 10-6um=13.55umP00.4有說(shuō)明書(shū)可知，絲杠縱向有效行程為 650mm且絲杠精度等級(jí)為3級(jí)，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，縱向行程允許的行程變動(dòng)量為16umCDM3206-的/ Pa為13.55um Fmax。有式計(jì)算Fk。其中，E=20.6X 104Mpa(20.6X 10-4N/cnf);L 查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)可得，L=1200mm=120qmfK查質(zhì)料得，fK =2 (雙推-簡(jiǎn)支);I按絲杠的螺紋底徑確定，d=2.71

33、cm，二4匸 d4 =2.646 cm4，貝U：64Fk =(2 X3.142.06X 107X2.646)/(4 X 1204)N=18660.5N Fmax=6286.5N故穩(wěn)定性沒(méi)有問(wèn)題。545 確定齒輪傳動(dòng)比可由式計(jì)算。其中，.p=0.01mm步；參考實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)，初選入=0.75.; Po為 滾珠絲杠導(dǎo)程，Po=6mm則：i=弩二 0.75漢6 fa360、p 360 0.01當(dāng)傳動(dòng)比i1時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)為減速傳動(dòng)；當(dāng)ii2,最好為1.02.0。為簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，均采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，其從動(dòng)齒輪孔與絲桿軸頸項(xiàng)配合，主動(dòng)齒 輪孔與步進(jìn)電機(jī)輸出軸相配合，步進(jìn)電機(jī)用固定板安裝在機(jī)床上。故可取齒輪齒

34、數(shù)：乙=32，Z2=40。齒輪的材料采用40Cr,調(diào)質(zhì)處理，精度等級(jí)取7級(jí)，前后軸承選用8042型流動(dòng)軸 承。齒輪傳動(dòng)時(shí)，效率n i=0.98。模數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本齒輪傳動(dòng)中表16.2.3，根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，取模數(shù)m=2m。齒寬：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取齒寬（610）m,這里取10m得齒寬b=20mm壓力角：a =20分度圓直徑由式求得，分別為：d1= Z1 X m=32K 2mm=64mmd2=Z2 X m=4X 2mm=80mm中心距由式可得:mm= 76mmm(Z1 Z2)2 (32 40)a=2 25.4.6 齒輪間隙的調(diào)整環(huán)節(jié)為了提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性，

35、避免齒輪再傳動(dòng)中產(chǎn)生沖擊和噪聲，對(duì)于縱向、橫向 齒輪都需要設(shè)計(jì)中心距的調(diào)整機(jī)構(gòu)。由于主、從動(dòng)齒輪在制造過(guò)程中不可避免的存在著加工誤差，為使這一對(duì)相互嚙合的 齒輪在安裝后的中心距達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中心距，采取如下措施。如圖2-5所示，主動(dòng)輪安裝在步進(jìn)電機(jī)1的軸上，而步進(jìn)電機(jī)1的端部用螺釘與偏心輪聯(lián)接，偏心套 2裝在箱體 上，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套（這時(shí)步進(jìn)電機(jī)連同主動(dòng)輪 4一起傳動(dòng)），從而可以調(diào)整主、從動(dòng)輪之 間的中心距。圖2-5偏心軸套式結(jié)構(gòu)1步進(jìn)電機(jī)2 偏心套3箱體4主動(dòng)齒輪5.5滾珠絲杠的支撐與軸承選用5.5.1滾珠絲杠支撐形式的選擇為了滿足高精度、高速度進(jìn)給系統(tǒng)的需要，除了應(yīng)用高精度、高速度的滾珠絲杠副外，還

36、必須充分重視支撐的設(shè)計(jì)，注意選用軸向剛度高、摩擦力小、運(yùn)行精度高的軸 承。絲杠一端安裝兩個(gè)深溝球軸承或角接觸球軸承或圓錐滾子球軸承的稱(chēng)為固定支承（Qo安裝一個(gè)深溝球軸承或角接觸球軸承或圓錐滾子球軸承的稱(chēng)為鉸支撐（ J）；螺 母相當(dāng)于固定支撐（G）。絲杠的支撐方式有兩端固定（G-G）, 一端固定、一端鉸支（G-J）, 一端固定、一端自由（G-Z）,兩端鉸支（J-J ）,幾種。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較 高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝和精度。 通常都適當(dāng)加大和機(jī)床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強(qiáng)度， 新設(shè)計(jì)的機(jī)床在工藝條件允許時(shí)，常常把螺母座

37、或支撐座與機(jī)床本體做成整體來(lái)增大 剛度。1）支承形式。采用一端固定、一端鉸支（G-J）的支承形式，其特點(diǎn)如下：需要保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝?yán)щy。（2）壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高。絲杠有熱膨脹的余地。2適用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠。5.5.2滾珠絲杠軸端的形式滾珠絲杠采用一端固定、一端鉸支的支承形式。下面詳述這兩種支承方式的軸端形 式及尺寸。JE/T3162.4-1993規(guī)定了公稱(chēng)直徑為1663mm負(fù)荷鋼球圈數(shù)不大于 5圈的滾珠絲 杠固定式軸端形式及尺寸，形式和尺寸分別見(jiàn)表2-14和圖2-6.ai-t圖2-6固定式軸端形式表2-14 公稱(chēng)直徑1663mm勺滾珠絲杠固定式軸端形式及尺寸公

38、 稱(chēng) 直 徑 do軸端部尺寸dMd1L1L2L鍵槽螺紋代號(hào)(6h或6g)寬度1深度t長(zhǎng)度1公稱(chēng)直徑(N9)公稱(chēng)尺 寸(H14)20M14K1.51260/7118111/12242.5o+o.12532r M20K 1.51672/8726139/1545 :3.0 0+0.132 n軸端部尺寸e軸端內(nèi)八角軸端外六角軸承型號(hào)8SWWeS2mSX H2.55.72-c+0.09550 -0.025.86.5111.0 -0.205.717X 227602015TN46.86+0.0956.0 -0.027.38.015.714-0.241327X 307603020TN3)滾珠絲杠鉸接式軸端形式

39、。滾珠絲杠鉸接式軸端形式和尺寸分別見(jiàn)表2-15和圖2-7所示。圖2-7 鉸接式軸端形式表2-15滾珠絲杠鉸接式軸端尺寸工程直徑軸端部尺寸軸承型號(hào)d1d2L1mL201514.3141.10+0.1415803023220r 1915.8 :1.1 0+0.141780304(2)滾珠軸承的選擇。絲杠軸承的載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠重力外, 般無(wú)外載荷，對(duì)絲杠軸承主要要求軸向精度和剛度較高，摩擦力矩盡量小。固定支承采用的有60角接觸球軸承、雙向推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、滾 針軸承和推力軸承等，他們的特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)表2-16。表2-16 絲杠常用軸承的特點(diǎn)及應(yīng)用滾動(dòng)軸承類(lèi)型軸向剛 度軸向安

40、 裝預(yù)載調(diào)整摩擦力 矩應(yīng)用60角接觸球軸 承大簡(jiǎn)單不需要小應(yīng)用廣泛，剛 度要求變動(dòng)場(chǎng)合雙向推力角接 觸球軸承中簡(jiǎn)單不需要小軸承剛度要求 較咼的場(chǎng)合圓錐滾子軸承小簡(jiǎn)單內(nèi)圈間有隔 套時(shí)需要調(diào) 整大軸承剛度要求 不咼的場(chǎng)合滾針軸承和推 力滾子軸承組 合特大簡(jiǎn)單不需要特大用于大牽引 力、咼剛度的 大型機(jī)床深溝球軸承和 推力軸承組合大復(fù)雜麻煩小應(yīng)用較少根據(jù)表2-16軸承特點(diǎn)的比較，而鉸支端要求軸向剛度大，可選用深溝球軸承，固 定支承可選用60角接觸球軸承，其特點(diǎn)：1）接觸角大、鋼球數(shù)多、承載能力強(qiáng)、剛度高。2）既能承受軸向載荷，也能承受徑向載荷，支承結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化。3）軸承是按規(guī)定的預(yù)緊力供應(yīng)的，使用者不

41、需要自己調(diào)整。4）軸承啟動(dòng)摩擦力矩小，降低絲杠副驅(qū)動(dòng)功率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。6伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)6.1控制系統(tǒng)的選擇按控制方式分類(lèi)，控制系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與其他兩種控制系統(tǒng)相比有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，雖然開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的 精度已經(jīng)滿足不了數(shù)控機(jī)床日益提高的對(duì)控制功率、快速運(yùn)動(dòng)和加工精度的要求，但 由于近年來(lái)發(fā)展了步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)，出現(xiàn)了專(zhuān)用的細(xì)分功率驅(qū)動(dòng)模塊，步進(jìn)電機(jī) 在低轉(zhuǎn)矩、高精度、速度中等的小型設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在 微電子生產(chǎn)設(shè)備中充分的發(fā)揮了他的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)主要是由驅(qū)動(dòng)控制環(huán)節(jié)（環(huán)形分配器和加減速電路）、

42、執(zhí)行元件（步進(jìn)電機(jī)）和機(jī)床（滾珠絲杠、工作臺(tái)等）三大部分組成。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的指令信號(hào)單方向 傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來(lái)，故稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。其驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn) 電機(jī)，控制電路每變換一次指令信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步角距，通過(guò)齒輪、絲杠 傳動(dòng)使工作臺(tái)移動(dòng)一定距離，該距離成為脈沖當(dāng)量。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度取決于指令 脈沖的頻率，轉(zhuǎn)角的大小由指令的脈沖數(shù)來(lái)決定。步進(jìn)電機(jī)有以下特點(diǎn)：1）能方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)和啟?？刂?，啟停時(shí)間短。只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、及運(yùn)轉(zhuǎn)方向， 在一定的頻率范圍內(nèi)，改變各相繞組的接通次序即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)， 各種運(yùn)行 方式都能

43、實(shí)現(xiàn)任意的改變，且不會(huì)丟步。2）輸出轉(zhuǎn)角的精度高，無(wú)積累誤差。步進(jìn)電機(jī)采用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距，誤差自動(dòng)為零。3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，響應(yīng)快。4）輸出角與輸入脈沖嚴(yán)格成比例，且在時(shí)間上同步。步進(jìn)電機(jī)的步距角和旋轉(zhuǎn)速度不受各種干擾因素，如電壓、電流、波形、溫度等的影響。5）維修方便，壽命長(zhǎng)。6.2縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇步進(jìn)電機(jī)是一種用脈沖信號(hào)控制的電動(dòng)機(jī)。在負(fù)載能力及動(dòng)態(tài)特性范圍內(nèi)，步進(jìn)電 機(jī)將來(lái)自數(shù)控裝置的進(jìn)給脈沖輸出，步進(jìn)電機(jī)的角位移與控制脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與 控制脈沖頻率成正比。因此，步進(jìn)電機(jī)已成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中最主要的一種伺服動(dòng) 力元件。6.2.1負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸

44、上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算:Jf = Ji2i耳)2iG式中：Jf 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg/cm2)37J1齒輪Zl的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg/cm2）J2齒輪Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg/cm2）2J3滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg/cm ）,由式可得:一一估算參數(shù) 對(duì)于鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按式估算J1=7.8 X10 X 6.44X2kg.cm?=2.617 kg.cm 2J2=7.8 X10 “X84X2 kg.cm =6.390 kg.cm 2J3=7.8 X10 X 3.24 X120 kg.cm2=9.815 kg.cm 2(匹)2 亠180 0.。1 10)2 kg.cm2=0.305 kg

45、.cm 2一bi2g3.14 0.751.252 9.82JF - J1.223 (81)2 字=13.293 kg.cm 2-b i g622各種工況下轉(zhuǎn)矩計(jì)算1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax的計(jì)算。根據(jù)能量守恒，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式可得:N m=1.352N m1652.096 6 10”2二 0.953 0.98 1.25其中安全系數(shù)取0.3 ,求若不考慮啟動(dòng)是運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響， 則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩由式, 得：1352 N m =4.507 N m q 0.3Tjmax可由式求得，其中入=0.866，貝U：1 q Tjmax =-=5.204 N m2）快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T:因數(shù)

46、控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，去頂電動(dòng)機(jī)最 大靜矩時(shí)，應(yīng)滿足快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T的要求。當(dāng)工作臺(tái)快速移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可由下式計(jì)算：Vmaxln 二P。2000 1.256r/min =416.7 r/min由式可求出Tamax，其中t=25mS=0.025S，則Tamax得:Tamax = Jf ； =2.319 N m由此可得：Tf 二亟 n on i =0.105 N m 2兀同理可得，F(xiàn)o=Fm/3= 2350.53 N，貝U:T0=更 n on i =1.924 N m 2兀由式可得：T = Tamax Tf To =4.438 N m3）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩T快。可由下式得：T快

47、 = T摩 = Tf T0 =2.209 N m4）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩T切?？捎上率角蟮茫篢切 = Tf T0+ -FxPo n oi=2.838 N m2兀從上面計(jì)算可以看出：快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 T、快速移動(dòng)時(shí)所需力矩T快和最大 切削負(fù)載是所需力矩T切三種情況下，快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T最大，所以，以此項(xiàng) 作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。6.2.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇1) 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率可由式求得：fmax= 1000X2/60 X 0.01 Hz= 3333.33 Hz根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax = 5.204 N- m快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T=2.718N- m步進(jìn)電機(jī)最高工作

48、頻率fmax=3333.33 Hz，選用步距角0.75的步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選用110BF003-1.5/0.75型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。2) 110BF003-1.5/0.75型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表 2-17所示。表2-17 110BF003-1.5/0.75型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào)相數(shù)額定電壓/N靜態(tài)電 流/A步角距 ()保持轉(zhuǎn)矩 最大靜轉(zhuǎn)矩空載啟 動(dòng)頻率/Hz空載運(yùn) 行頻率/Hz110BF00338061.5/0.757.84150070006.3驅(qū)動(dòng)器的選擇由GSK980T數(shù)控裝置技術(shù)參數(shù)可知，GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)適配的驅(qū)動(dòng)裝置有：DF3A 系列三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DF

49、3A系列三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DF3A系列交 流伺服。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)要和數(shù)控系統(tǒng)及 X、Z軸電動(dòng)機(jī)匹配的原則，X、Z軸選用的是 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，所以在這里應(yīng)選用 DF3A系列三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。又因?yàn)樵谒欧到y(tǒng)的改造部分選用的是110BF003步進(jìn)電機(jī)作為X、Z軸的伺服電動(dòng)機(jī)，所以選用DF3A系列中的DF3A-06三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為連接系統(tǒng)和電 動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。(1) DF3A-06三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)1) 可靠性高。數(shù)字技術(shù)和單片機(jī)的應(yīng)用，使得驅(qū)動(dòng)器線路簡(jiǎn)單可靠；合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊防護(hù)性能好。2) 低速性能好。引入單片機(jī)進(jìn)行軟環(huán)分及矢量細(xì)分，實(shí)現(xiàn)1:

50、1平滑細(xì)分及5、10、20倍矢量細(xì)分，使得步進(jìn)電機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn)，避免震蕩及失步。3） 高速性能優(yōu)。輸入信號(hào)頻率不大于 250Hz輸出電流頻率可達(dá)15kHz。4）適用面廣。輸出電流310A可調(diào)，可驅(qū)動(dòng)90BF、110BF 130BF步進(jìn)電機(jī)，輸出轉(zhuǎn)矩22.5 N m。（1） DF3A系列三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)參數(shù)。見(jiàn)表2-18。表2-18 DF3A系列三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)參數(shù)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)DF3A-03DF3A-04DF3A-05DF3A-06DF3A-08DF3A-10適配電機(jī)90BF110BC380B130BC380C130BC380D110BC380C130BC380E-110B

51、F-輸入電源AC110V-15%+10%50/60Hz(MX)A AC220V-15%+10%50/60Hz3A(MAX)輸出相電源3A4A5A6A8A10A電動(dòng)機(jī)取咼轉(zhuǎn) 速不低于1300r/min工作環(huán)境045C, 0%85%RH不結(jié)露；無(wú)腐蝕、易燃易爆、導(dǎo)電性氣體、液體和粉塵保存環(huán)境-2080Co, 0%85%RH不結(jié)露驅(qū)動(dòng)方式單高壓恒流斬波半橋方式細(xì)分選擇4位DIP開(kāi)關(guān)上電前設(shè)定1/5/10/20細(xì)分輸入脈沖方式單脈沖方式：CP+DIR（脈沖+方向）；雙脈沖方式：CW+CCW正傳脈沖 +反轉(zhuǎn)脈沖）脈沖頻率不大于250kHz脈沖寬度不小于1us換向間隔不小于10us使能輸入FREE言號(hào)有效

52、驅(qū)動(dòng)器有電流輸出、電動(dòng)機(jī)受控輸入信號(hào)電平5V、310mA 12V時(shí)串入1kQ電阻，輸入回路有電流時(shí)輸入有效初始相位輸出 信號(hào)B相位上電初始輸出相位，僅 B相輸出有效時(shí)，PH.OUT俞出（NPN型 OC有效；與OUT.CO接通，吸入電流不大于6A電流，負(fù)載電壓不大于24V。保護(hù)功能過(guò)流、短路保護(hù)；過(guò)熱保護(hù)；欠壓保護(hù)報(bào)警輸出FREE無(wú)效或驅(qū)動(dòng)器過(guò)流/短路/過(guò)熱/欠壓保護(hù)時(shí)，ALM信號(hào)輸出無(wú)效；FREEt效、無(wú)報(bào)警時(shí)，ALM與 OUT.COM接通，吸入電流不大于100mA負(fù)載電壓不大于2V狀態(tài)指示綠色 LED H.POWER電源指示）A.PHASE/B.PHSAE/C.PHASE 相電流指示）紅色LED ALARM報(bào)警指示，保護(hù)時(shí)有效時(shí)亮）外形尺寸284mrX 163miX 82mm質(zhì)量3.0kg7編碼器的選用和安裝機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)車(chē)床加工螺紋時(shí),往往是通過(guò)交換齒輪組來(lái)完成的，加工不同的螺紋則需要不同的交換齒輪組，操作起 來(lái)十分復(fù)雜。改造后的車(chē)床已拆掉原交換齒輪系統(tǒng)，將主軸箱與進(jìn)給箱之間的傳動(dòng)鏈 切斷，車(chē)床