電動(dòng)裝巖機(jī)提升機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 . PAGE- 50 - / NUMPAGES51目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231561319第1章 緒論 PAGEREF _Toc231561319 h 5HYPERLINK l _Toc2315613201.1數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展和作用 PAGEREF _Toc231561320 h 5HYPERLINK l _Toc2315613221.2我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc231561322 h 8HYPERLINK l _Toc2315613231.3機(jī)床數(shù)控化改造的可行性 PAGEREF _Toc231561323 h

2、 8HYPERLINK l _Toc2315613251.4本章小結(jié) PAGEREF _Toc231561325 h 9HYPERLINK l _Toc231561326第2章 車床總體改造方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc231561326 h 10HYPERLINK l _Toc2315613272.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 PAGEREF _Toc231561327 h 11HYPERLINK l _Toc2315613282.1.1主軸無級變速的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc231561328 h 11HYPERLINK l _Toc2315613292.1.2主軸脈沖編碼器的安裝 PAGE

3、REF _Toc231561329 h 11HYPERLINK l _Toc2315613302.2縱橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 PAGEREF _Toc231561330 h 13HYPERLINK l _Toc2315613312.2.1 縱向（Z方向）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 PAGEREF _Toc231561331 h 13HYPERLINK l _Toc2315613322.2.2橫向（X方向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 PAGEREF _Toc231561332 h 14HYPERLINK l _Toc2315613332.2.3齒輪傳動(dòng)間隙的消除 PAGEREF _Toc231561333 h 15

4、HYPERLINK l _Toc2315613342.3刀架部分的改造 PAGEREF _Toc231561334 h 162.4 導(dǎo)軌的改造16 HYPERLINK l _Toc2315613352.5導(dǎo)軌的改造數(shù)控系統(tǒng)的類型與品牌選擇 PAGEREF _Toc231561335 h 17HYPERLINK l _Toc2315613362.5.1數(shù)控系統(tǒng)的類型 PAGEREF _Toc231561336 h 17HYPERLINK l _Toc2315613372.5.2數(shù)控系統(tǒng)的選擇 PAGEREF _Toc231561337 h 17HYPERLINK l _Toc2315613382

5、.6本章小結(jié) PAGEREF _Toc231561338 h 18HYPERLINK l _Toc231561339第3章 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc231561339 h 19HYPERLINK l _Toc2315613403.1 SINUMERIK 802S base line數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn) PAGEREF _Toc231561340 h 19HYPERLINK l _Toc2315613413.2 電柜設(shè)計(jì)與電源選用 PAGEREF _Toc231561341 h 19HYPERLINK l _Toc231561342HYPERLINK l _Toc2315613

6、433.3數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接與接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc231561343 h 21HYPERLINK l _Toc2315613443.3.1系統(tǒng)的接線 PAGEREF _Toc231561344 h 21HYPERLINK l _Toc2315613453.3.2 PLC輸入輸出接口定義 PAGEREF _Toc231561345 h 22HYPERLINK l _Toc2315613463.3.3接口連接 PAGEREF _Toc231561346 h 23HYPERLINK l _Toc231561347HYPERLINK l _Toc2315613493.3.4步進(jìn)電機(jī)的連

7、接 PAGEREF _Toc231561349 h 30HYPERLINK l _Toc2315613503.4 回參考點(diǎn)配置 PAGEREF _Toc231561350 h 31HYPERLINK l _Toc2315613513.5驅(qū)動(dòng)電流設(shè)定 PAGEREF _Toc231561351 h 31HYPERLINK l _Toc2315613543.6 主控電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc231561354 h 33HYPERLINK l _Toc2315613553.7 本章小結(jié) PAGEREF _Toc231561355 h 35HYPERLINK l _Toc231561356第

8、4章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc231561356 h 36HYPERLINK l _Toc2315613574.1確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 PAGEREF _Toc231561357 h 36HYPERLINK l _Toc2315613584.2 計(jì)算切削力 PAGEREF _Toc231561358 h 37HYPERLINK l _Toc2315613594.2.1 縱車外圓 PAGEREF _Toc231561359 h 37HYPERLINK l _Toc2315613604.2.2 橫切端面 PAGEREF _Toc231561360 h 37HYPERL

9、INK l _Toc2315613614.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 PAGEREF _Toc231561361 h 37HYPERLINK l _Toc2315613624.3.1 縱向進(jìn)給絲杠 PAGEREF _Toc231561362 h 37HYPERLINK l _Toc2315613634.3.2 橫向進(jìn)給絲桿 PAGEREF _Toc231561363 h 40HYPERLINK l _Toc2315613644.3.3 縱向與橫向滾珠絲杠副的幾何參數(shù) PAGEREF _Toc231561364 h 42HYPERLINK l _Toc2315613654.4 貼塑導(dǎo)軌的應(yīng)用

10、PAGEREF _Toc231561365 h 43HYPERLINK l _Toc2315613664. 5 齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算 PAGEREF _Toc231561366 h 43HYPERLINK l _Toc2315613674.5.1縱向進(jìn)給傳動(dòng)比的計(jì)算 PAGEREF _Toc231561367 h 43HYPERLINK l _Toc2315613684.5.2橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 PAGEREF _Toc231561368 h 44HYPERLINK l _Toc2315613694.6 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 PAGEREF _Toc231561369 h 44HYPERLI

11、NK l _Toc2315613704.6.1縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算 PAGEREF _Toc231561370 h 44HYPERLINK l _Toc2315613714.6.2橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 PAGEREF _Toc231561371 h 47HYPERLINK l _Toc2315613724.7本章小結(jié) PAGEREF _Toc231561372 h 47HYPERLINK l _Toc231561373第五章 參數(shù)設(shè)置與驗(yàn)收 PAGEREF _Toc231561373 h 49HYPERLINK l _Toc2315613745.1參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc23

12、1561374 h 49HYPERLINK l _Toc2315613755.1.1PLC參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc231561375 h 49HYPERLINK l _Toc2315613765.1.2機(jī)床參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc231561376 h 50HYPERLINK l _Toc2315613775.2改造后車床的驗(yàn)收與性能比較 PAGEREF _Toc231561377 h 51HYPERLINK l _Toc2315613785.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc231561378 h 51HYPERLINK l _Toc231561379第六章 總結(jié)與展

13、望 PAGEREF _Toc231561379 h 53HYPERLINK l _Toc2315613806.1 總結(jié) PAGEREF _Toc231561380 h 53HYPERLINK l _Toc2315613816.2展望 PAGEREF _Toc231561381 h 53HYPERLINK l _Toc231561382參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc231561382 h 56致 60 第1章 緒論1.1數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展和作用數(shù)控機(jī)床是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它很好地解決了形狀結(jié)構(gòu)

14、復(fù)雜、精度要求高、小批量與多變零件的加工問題且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高生產(chǎn)效率。機(jī)床控制也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，因此，數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平和方向。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)換刀、自動(dòng)變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線的加工，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它的性能日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。同時(shí)，為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高要求，當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)與其裝備正朝著下述幾個(gè)方向發(fā)展。1、高速、

15、高效、高精度、高可靠性要提高加工效率，首先必須提高切削和進(jìn)給速度，同時(shí)，還要縮短加工時(shí)間；要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。（1）高速、高效機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。(2)高精度精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的

16、提高，機(jī)床用戶對機(jī)床加工精度的要求也越來越高。當(dāng)前，精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級，超精密加工精度進(jìn)入納米級(0.001m)，主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá)到0.010.05m，加工圓度為0.1m，加工表面粗糙度Ra值0.003m等。為了滿足用戶的需要，近10多年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度己由士10m提高到5m，精密級加工中心的加工精度則從35m提高到1 1.5m。(3)高可靠性高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性一個(gè)數(shù)量級以上。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時(shí)連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障工作時(shí)間(MTBF)就必須大于3000小時(shí)。MT

17、BF大于3000小時(shí)，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機(jī)床構(gòu)成的無人化工廠差別就大多了，若只對一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如果主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的時(shí)效率之比為10：1的話(數(shù)控系統(tǒng)的可靠性比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級)，則此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸與驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬小時(shí)。當(dāng)前國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障工作時(shí)間(MTBF)在(710)10小時(shí)以上，整機(jī)平均無故障工作時(shí)間達(dá)800小時(shí)以上。2、模塊化、智能化、柔性化和集成化(1)模塊化、專門化與個(gè)性化為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn)，機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。個(gè)性化是近幾年來數(shù)控機(jī)床

18、特別明顯的發(fā)展趨勢。(2)智能化智能化的容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面，分別如下：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能與使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；在簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程，智能化的機(jī)界面等；智能診斷、智能監(jiān)控方面的容，方便系統(tǒng)的診斷與維修等。(3)柔性化和集成化數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方

19、向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場需求與產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)；注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善；CNC單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)機(jī)床與其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。3、開放式體系結(jié)構(gòu)由于數(shù)控技術(shù)量采用計(jì)算機(jī)新技術(shù)，新一代的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)向開放式系統(tǒng)方向發(fā)展。國際上的主要數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)國與其廠家都瞄準(zhǔn)通用個(gè)人計(jì)算機(jī)所具

20、有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，自80年代末以來競相開發(fā)基于PC的CNC，開展了針對開放式CNC的前、后臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的研究，基于PC的開放式CNC大致可分為四類：PC連接型CNC、PC裝型NC、NC裝型PC和純軟件NC。典型產(chǎn)品有FANUC150/160/180/210、A2100、 OA500、Advantage CNC System、華中I型等。4、出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備(1)為適應(yīng)制造自動(dòng)化的發(fā)展，向FMC、FMS和CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)字控制制造系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動(dòng)測量、自動(dòng)上下料、自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換主軸頭(有時(shí)帶坐標(biāo)變換)、自動(dòng)誤差

21、補(bǔ)償、自動(dòng)診斷、進(jìn)線和聯(lián)網(wǎng)等功能，廣泛地應(yīng)用機(jī)器人和物流系統(tǒng)；(2)圍繞數(shù)控技術(shù)、制造過程技術(shù)在快速成型、并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床、機(jī)器人化機(jī)床、多功能機(jī)床等整機(jī)方面和高速電主軸、直線電機(jī)、軟件補(bǔ)償精度等單元技術(shù)方面先后有所突破。并聯(lián)體系結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床實(shí)用化。這種虛擬軸數(shù)控機(jī)床用軟件的復(fù)雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，開拓了數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新領(lǐng)域；(3)以計(jì)算機(jī)輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫、因特網(wǎng)等為主體的制造信息支持技術(shù)和智能化決策系統(tǒng)對機(jī)械加工中海量信息進(jìn)行存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理。應(yīng)用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使機(jī)械加工整個(gè)系統(tǒng)趨于資源合理支配并高效地應(yīng)用；(4)由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得機(jī)械

22、加工向虛擬制造的方向發(fā)展。1.2我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國從1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，幾十年來，經(jīng)歷了發(fā)展、停滯、引進(jìn)技術(shù)、自行開發(fā)等幾個(gè)階段。1965年，國開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，20世紀(jì)60年代中期至70年代初，先后研制成功了CJK-18型晶體管數(shù)控系統(tǒng)、X53-IG立式數(shù)控銑床與YK53數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。從70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床、電加工機(jī)床等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在、研制成功。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性未得到解決，因此未能廣泛推廣。80年代，我國從日本FANUC公司引進(jìn)了5、7、3等系列的數(shù)控系

23、統(tǒng)和直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī)技術(shù)，以與從美國、德國等國引進(jìn)了一些新技術(shù)。推動(dòng)了我國數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定的發(fā)展，使我國的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。改革開放以來，我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)發(fā)展迅速，取得了更為喜人的成果。通過“七五”引進(jìn)、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，數(shù)控技術(shù)取得了長足進(jìn)步。在與數(shù)控主機(jī)匹配方面可以說已基本上改變了“拖后腿”的局面，性能和質(zhì)量顯著提高，功能價(jià)格比有優(yōu)勢。我國具有自主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)開始形成，在市場上具有一定競爭力，逐步提高了市場占有率。目前我國可供市場的數(shù)控機(jī)床有2000多種，覆蓋了超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓機(jī)床、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)

24、域，可與日本、德國、意大利、美國并駕齊驅(qū)。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過多年的市場激烈競爭，已經(jīng)形成由日本的發(fā)那科公司占市場50%、德國西門子公司占市場25%的壟斷局面。我國從20世紀(jì)90年代末開始掌握基于通用32位工業(yè)控制機(jī)開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，特別是能夠控制五軸聯(lián)動(dòng)并具備網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)測、診斷、操作功能的數(shù)控系統(tǒng)。并開發(fā)出弧齒錐齒輪數(shù)控加工、三維激光視覺檢測、螺旋槳七軸五聯(lián)動(dòng)加工和世界獨(dú)創(chuàng)的空間曲面插補(bǔ)軟件。目前批量投入市場的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，具有性能價(jià)格比的優(yōu)勢，正在改變國外強(qiáng)手在中國市場上的壟斷局面。1.3機(jī)床數(shù)控化改造的可行性目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床來替換根本不現(xiàn)實(shí)，而切替換下來的舊

25、機(jī)床閑置起來又會(huì)造成浪費(fèi)，要解決這些問題，應(yīng)走普通機(jī)床的數(shù)控化改造之路。從美國、日本等國家工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控改造，中小型企業(yè)則是74%，在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司，為世界各地提供機(jī)床數(shù)控化改造服務(wù)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對一些中小型企業(yè)更是如此。利用現(xiàn)有閑置的舊機(jī)床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺(tái)新高效、多功能的數(shù)控機(jī)床，其投資少，見效快，是一種盤活存量資產(chǎn)的有效方法，也是低成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的有效方法，也是在短期提高我國機(jī)床的數(shù)控化率的一條有效途徑2000年我國機(jī)床總

26、產(chǎn)量約17.5萬臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量是14053臺(tái)，產(chǎn)量數(shù)控化率為8%。而像美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)的國家機(jī)床產(chǎn)量數(shù)控化率已超過了50%。國數(shù)控機(jī)床占機(jī)床生產(chǎn)總值的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家。由此可見，我國目前仍然以生產(chǎn)普通機(jī)床為主，因此機(jī)床設(shè)備的數(shù)控化改造將會(huì)長期存在，據(jù)中國機(jī)電裝備維修與改造技術(shù)協(xié)會(huì)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國每年大約有10萬臺(tái)普通機(jī)床需要改造，維修改造的市場前景十分廣闊。1.4本章小結(jié)本章首先闡述了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢與我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀，介紹了國外機(jī)床改造業(yè)的現(xiàn)狀。接著從我國實(shí)際國情出發(fā)，闡述了我國機(jī)床數(shù)控化改造的意義。最后介紹了本課題所研究的容。第二章 車床總體改

27、造方案設(shè)計(jì)車床總體改造方案設(shè)計(jì)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足車床總體布局的前提下要盡可能利用原來的零部件，盡量減少不必要的改動(dòng)量。尤其是對車床上較大的部件。例如床身、床鞍、工作臺(tái)等，盡量利用原來的部件，或只做少量的加工改造，這樣可以大大的降低成本，縮短制造周期。C6132型普通車床數(shù)控化改造后主要用于中小型軸類、盤類以與螺紋零件的粗加工或半精加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)主軸的無級變速以提供不同的切削速度；刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成刀具選擇；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。要實(shí)現(xiàn)以上功能，確定總體改造方案

28、如下: (1)拆除原車床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱與掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)剛性連接；(2)橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)與齒輪減速器安裝在床鞍的后部(相對操作者)，縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)與齒輪減速裝置安裝在機(jī)床的右端，靠近尾座的位置；(3)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，需拆除原手動(dòng)刀架，在小拖板上安裝數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架；(4)為了使改造后的車床能夠加工螺紋，需要加裝主軸脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測，編碼器安裝在掛輪箱；(5)為使加工過程中不超

29、程，縱橫向要安裝行程限位開關(guān)；(6)為實(shí)現(xiàn)回參考點(diǎn)的動(dòng)作，須在縱橫向安裝接近開關(guān)。(7) 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩,以防臟物、油污和切屑等進(jìn)入,機(jī)床整體也要加裝防護(hù)罩,以防止加工過程中的切屑飛濺傷人;車床總體改造如圖2-1所示。1-X向滾珠絲杠副 2-X向電機(jī) 3-X向減速器 4-尾座 5-Z向減速器6-Z向電機(jī) 7-支架 8-Z向滾珠絲杠副 9-數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架 10-主軸脈沖編碼器圖2-1 C6132普通車床數(shù)控化改造示意圖2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造2.1.1主軸無級變速的實(shí)現(xiàn)C6132車床的主軸變速為手動(dòng)、有級變速(正轉(zhuǎn)24級、反轉(zhuǎn)12級)。考慮到數(shù)控車床在自動(dòng)加工的過程中負(fù)載切削力隨

30、時(shí)會(huì)發(fā)生變化，為了保證工件表面加工質(zhì)量的一致性、提高工件加工質(zhì)量，主軸要能實(shí)現(xiàn)恒切削速度切削。這就要求主軸能實(shí)現(xiàn)無級變速。目前實(shí)現(xiàn)無級變速主要有兩種方式，其一是采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式；同時(shí)保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，這樣既保留了車床的原有功能，又減少了改造量；其二是直接采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)無級變速。采用方式二需要重新購買主軸伺服電機(jī)，另外主軸箱也要做相應(yīng)的改造以安裝伺服電機(jī)。機(jī)床改造相對較麻煩，另外在這種改造方式下，主傳動(dòng)系統(tǒng)也要拆除并進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這樣可以得到加工精度和穩(wěn)定性更高的車床，但是加大了改造成本?？紤]到改造的成本，我們決定采用第一種方式，這樣可以利用原車床的三相異步電動(dòng)機(jī)。即

31、由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無級變速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與頻率f之間的關(guān)系為：n=28.5f。因此，改變電源頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止和變速。交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率，電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)nfp以與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系式為：對于C6132，電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率是定值，因此利用變頻器改變電源頻率fn即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外，變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。變頻器的控制方式主要有Uf恒定控制方式、無反饋矢量控制方式和有反饋矢量控制方式。數(shù)控車床除了在車削毛坯時(shí)，負(fù)荷大小有較大變化外，以后的車削

32、過程中，負(fù)荷的變化通常是很小的。因此，就切削精度而言，選擇Uf恒定控制方式是能夠滿足要求的。但在低速切削時(shí)，需要預(yù)置較大的Uf，在負(fù)載較輕的情況下，電動(dòng)機(jī)的磁路常處于飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流較大。因此，從節(jié)能的角度看，并不理想。數(shù)控車床屬于高精度、快響應(yīng)的恒功率負(fù)載加工設(shè)備，應(yīng)盡可能選用矢量控制高性能型通用變頻器，而且中、小容量變頻器以電壓型變頻器為主。有反饋矢量控制方式雖然是運(yùn)行性能最為完善的一種控制方式，但由于需要增加編碼器等轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費(fèi)用，而且編碼器的安裝也比較麻煩。所以，除非對加工精度有特殊要求，一般沒有必要選擇此種控制方式。目前，無反饋矢量控制方式的變頻器已經(jīng)能夠做到在05H

33、z時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。所以，完全可以滿足主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的要求。而且無反饋矢量控制方式能夠克服Uf控制方式的缺點(diǎn)，因此可以說，是一種最佳選擇。數(shù)控車床連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量(kVA)計(jì)算式如下：圖2-2 三菱FR-A540-7.5-CH變頻器外形圖式中PM負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率；電動(dòng)機(jī)的效率(通常約O85)；cos電動(dòng)機(jī)的功率因素(通常約O75) MU電動(dòng)機(jī)的電壓，380V；MI電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流，為154A；k電流波形的修正系數(shù)(PWM方式時(shí)取105-110)；PCN變頻器的額定容量，kVA；ICN變頻器的額定電流，A；由以上公式可得：選擇變頻器時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足以上三個(gè)等式的關(guān)系。綜合以上分析

34、計(jì)算，確定選用三菱FR-A540系列變頻器，具體型號為FR-A540-75K-CH。其最大輸出功率為7.5kw，額定容量為13kVA，額定電流為17A，過載能力為150%60秒，200%0.5秒，額定輸出電壓為3相380V/50Hz，電源電壓允許波動(dòng)圍為323V至528V。其外形如圖2-2。2.2.2主軸脈沖編碼器的安裝為了使改造后的數(shù)控車床能自動(dòng)加工螺紋，須配置主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件，其目的是用來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置，通過主軸脈沖編碼器數(shù)控系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架縱向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的車螺紋運(yùn)動(dòng)。主軸脈沖編碼器的安裝，通常采用兩種方式：一是同軸安裝，二

35、是異軸安裝，同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件，限制了零件的加工長度。因此，異軸安裝較合適。主軸通過主軸箱中58/58和33/33兩級齒輪(實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比l：1)把動(dòng)力傳遞給掛輪軸X，主軸編碼器1通過支架2固定，并通過聯(lián)軸器3與悶頭4相連，悶頭4通過過盈配合與主軸箱軸X連接，如圖2-3、2-4所示。圖2-3 主軸編碼器安裝實(shí)物圖與外形圖1-.ZXB-1型主軸編碼器 2-固定支架 3-.MC型聯(lián)軸器 4-悶頭 5-軸X圖2-4 編碼器安裝圖主軸編碼器選用第一光學(xué)的ZXB-1型編碼器，如圖2-2所示。該編碼器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可靠性高，壽命長，耐環(huán)境性強(qiáng)。主軸編碼器與軸的連接可采用剛

36、性連接和柔性連接。剛性連接是指常用的軸套連接。此方式對連接件制造精度與安裝精度有較高的要求，否則，同軸度誤差的影響，會(huì)引起主軸編碼器發(fā)生偏扭而造成信號不準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)損壞光柵盤。柔性連接，是較為適用的連接，是采用彈性元件的連接。彈性聯(lián)軸器選用日本電機(jī)的MC型聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器有固定螺釘型和夾鉗型兩種。固定螺釘型是將螺釘押入軸進(jìn)行安裝的連接方式。因螺釘前端直接碰觸軸面，有可能引起軸受損，因此我們選用夾鉗型彈性聯(lián)軸器。夾鉗型是利用螺絲的鎖緊力，收縮孔徑，鎖緊軸部。因此能在不損傷軸的情況下，進(jìn)行輕松的安裝與拆卸工作。選用的型號為MC200608-C，外形如圖2-5所示，規(guī)格如表2-1所示。鎖緊時(shí)使用扭力扳

37、手，緊固轉(zhuǎn)矩為1Nm。圖2-5 聯(lián)軸器外形與尺寸圖表2-1 MC200608-C型聯(lián)軸器規(guī)格尺 寸常用轉(zhuǎn)矩Nm重量g慣性慣量kgm2容許偏心mm容許偏角()容許軸間偏移mm外形(mm)長度Wmm軸孔徑d1mm軸孔徑d2mmLmm使用螺絲2026687.5M30.518110.120.42.2 縱橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造2.2.1 縱向（Z方向）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造此處省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過答辯縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造如圖2-6所示?？v向步進(jìn)電機(jī)1通過一對減速齒輪2把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠

38、3，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái)4做往復(fù)移動(dòng)。原車床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸6通過套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠3相連，這種聯(lián)軸器用兩個(gè)互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠連接起來，結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜所帶來的裝配困難和附加應(yīng)力。如圖2-7所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承支承座10，通過一對深溝球軸承7實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母(圖中未畫出)實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進(jìn)電機(jī)1通過消隙齒輪8減速，減速器輸出軸用套

39、筒聯(lián)軸器12與絲杠3連接，固定銷9防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。1-縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2-減速齒輪 3-縱向滾珠絲杠 4-工作臺(tái) 5-套筒聯(lián)軸器 6-支承軸圖2-6縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖7-深溝球軸承 8-消隙齒輪 9-固定銷 10-滑動(dòng)軸承支承座 11-圓螺母 12-套筒聯(lián)軸器圖2-7 縱向步進(jìn)電機(jī)裝配圖滾珠絲杠3仍安裝在原滑動(dòng)絲杠的空間位置，其螺母副通過支架l安裝在床鞍的底部，如圖2-8、2-9所示。支架1做成可移動(dòng)的形式方便裝配，絲杠位置調(diào)整好后，由螺釘擰緊。1-支架 2-絲杠托架 3-縱向滾珠絲杠 4-絲杠防護(hù)罩 5-大托板 6-過渡板圖2-8 縱向滾珠絲杠裝配圖圖2-9 縱向滾珠絲杠安裝實(shí)物圖2.2.2橫向

40、（X方向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承的形式，也通過雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖2-10所示。橫向步進(jìn)電機(jī)1與減速器2安裝在床鞍的后部?？拷僮髡咭欢?，布置一根支撐短軸11，通過套筒聯(lián)軸器10與滾珠絲杠7連接起來。右端仍利用原支承橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸承支座作為徑向支承，并對原支承處作適當(dāng)改造，布置一對推力球軸承12，以承受雙向軸向力。左端則將原車床的懸空結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)，用一個(gè)聯(lián)軸套4和一根連接短軸6把滾珠絲杠7與減速器輸出軸3連接起來，并通過一對圓螺母5實(shí)現(xiàn)對整個(gè)絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過螺母座9直接固定在中拖板8上。1-

41、橫向步進(jìn)電機(jī) 2-減速器 3-減速器輸出軸 4-聯(lián)軸套 5-圓螺母 6-連接短軸7-橫向滾珠絲杠 8-中拖板 9-螺母座 10-套筒聯(lián)軸器 11-支撐短軸 12-推力球軸圖2-10 橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖2.2.3齒輪傳動(dòng)間隙的消除數(shù)控車床在加工過程中，會(huì)經(jīng)常變換移動(dòng)方向。當(dāng)進(jìn)給方向改變時(shí)，如果齒側(cè)存在間隙會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滯后于指令信號，丟失指令脈沖并產(chǎn)生反向死區(qū)，影響傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，必須消除齒側(cè)間隙。通常齒側(cè)間隙的消除主要有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。剛性調(diào)整法雖然結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償，柔性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙仍可自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法。因此決定采用柔性調(diào)整法中的雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法和周

42、向彈簧調(diào)整法。雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法圖2-11是雙片齒輪錯(cuò)齒式消除間隙結(jié)構(gòu)。兩個(gè)一樣齒數(shù)的薄齒輪1和2與另一個(gè)厚齒輪(圖中未畫出)嚙合。齒輪l空套在齒輪2上并可作相對回轉(zhuǎn)。每個(gè)齒輪的端面均勻分布著四個(gè)螺孔，分別裝上凸耳3和8。齒輪1的端面還有另外四1、2薄齒輪3、8凸耳4彈簧5、6螺母7調(diào)節(jié)螺釘圖2-11雙圓柱薄片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)個(gè)通孔，凸耳8可以在其中穿過。彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和調(diào)節(jié)螺釘7上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺母5就可以調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完畢用螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪1和2錯(cuò)位，即兩個(gè)薄齒輪的左、右齒面分別緊貼在厚齒輪齒槽的左、右齒面上，消除了齒側(cè)間隙。這種方法適合直徑較大，有充分安裝

43、螺釘空間的圓柱齒輪。2）周向彈簧調(diào)整法圖2-11是周向彈簧消隙結(jié)構(gòu)。同樣是兩個(gè)齒數(shù)、模數(shù)一樣的兩片薄齒輪2和3。齒輪2空套在齒輪3上可以做相對回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在齒輪3上開有三個(gè)周向圓弧槽，齒輪2上均布著三個(gè)螺紋孔，裝配時(shí)在齒輪3的槽中放置3個(gè)彈簧，圖2-12周向彈簧消隙結(jié)構(gòu)利用齒輪2上安裝的螺釘頂住彈簧，裝配完成后兩片齒輪在彈簧力作用下錯(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。這種結(jié)構(gòu)適合齒輪直徑偏小，安裝空間較小的情況下。2.3 刀架部分的改造拆除原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝由數(shù)控系統(tǒng)控制的四工位電動(dòng)刀架。根據(jù)車床的型號與主軸中心高度，選用市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-CK6132型電動(dòng)刀架，該刀架帶90W三

44、相交流異步電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)選刀。置的4只霍爾元件檢測刀位位置，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)完成刀具定位鎖緊。安裝時(shí)，拆除車床上的原小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉電機(jī)風(fēng)罩，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到45。左右時(shí)，裝上螺釘，然后固定刀架即可。電機(jī)安裝好如圖2-13所示。LD4-CK6132型電動(dòng)刀架技術(shù)參數(shù)見表2-2。電動(dòng)刀架的安裝較為方便，安裝時(shí)須注意以下兩點(diǎn)：(l)電動(dòng)刀架的兩側(cè)面與原車床縱、橫向的進(jìn)給方向平行；(2)電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線在安裝時(shí)應(yīng)合理，以免加工時(shí)切屑、冷卻液與其它雜物磕碰電動(dòng)刀架連線。表2-2 LD4-CK6132型電動(dòng)刀架技術(shù)參數(shù)電機(jī)功率W電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min鎖緊力kN重復(fù)位置精度mm

45、換刀時(shí)間s901802709014001.20.0052.53.03.5圖2-13 LD4-CK6132型電動(dòng)刀架安裝實(shí)物圖2.4 導(dǎo)軌的改造由于導(dǎo)軌表面有明顯的劃痕，摩擦系數(shù)變大，會(huì)產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的失真。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，增加耐磨性，提高機(jī)床的穩(wěn)定性，提高機(jī)床的防爬行和吸振性能，對機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來改造。填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加青銅粉、二硫化硅、玻璃纖維粉、二硫化銅、石墨、聚苯等填充劑，使聚四氟乙烯的性能改善如下：(1)耐負(fù)荷變形可提高5倍；(2)剛性提高45倍；(3)熱膨脹系數(shù)減小1312；(4)導(dǎo)熱率提高2倍；(5)硬度提高10；(6)抗壓強(qiáng)度增加23倍。在利用填

46、充聚四氟乙烯軟帶對原車床導(dǎo)軌貼塑的工作中，主要是對粘接工藝的控制。具體工藝為：首先對原導(dǎo)軌進(jìn)行刮研，保證粘貼前導(dǎo)軌的表面粗糙度1.66.3um，平面度達(dá)到0011000精度；選用厚度為1.5mm的軟帶，用鈉基溶液處理聚四氟乙烯軟帶表面；粘接前需對金屬導(dǎo)軌粘接面除銹去油，可先用砂布、砂紙或鋼絲刷清除銹斑雜質(zhì)，然后再用丙酮擦洗干凈、晾干；專用膠須隨配隨用，按A組份B組份=1l的重量比混合，攪拌均勻后即可涂膠?？捎谩皫X刮板”或lmm厚的膠木片進(jìn)行涂膠。專用膠可縱向涂布于金屬導(dǎo)軌上，橫向涂布于軟帶上，涂布應(yīng)均勻，膠層不宜過薄或太厚，膠層厚度控制在0.080.12mm之間；軟帶剛粘貼在金屬導(dǎo)軌上時(shí)需前

47、后左右蠕動(dòng)一下，使其全面接觸，要用手或器具從軟帶長度中心向兩邊擠壓，以趕走氣泡。用重物加壓或扣壓于床身導(dǎo)軌上，加壓均勻，壓強(qiáng)通常為0.050.1MPa。加壓前在軟帶面上覆蓋一層油紙或在加壓面上涂一薄層潤滑脂或機(jī)油，防止膠粘劑粘接加壓物。軟帶粘接后約24小時(shí)固化(環(huán)境溫度15以上)，可清除余膠，切去軟帶工藝余量，并倒角；對軟帶進(jìn)行開油槽和刮研，油槽深度可為軟帶厚度的1223，油槽離開軟帶邊緣至少6mm以上，刮研要求達(dá)到與導(dǎo)軌面接觸面積為：全長不少于75，全寬上不少于50。2.5 數(shù)控系統(tǒng)的類型與品牌選擇2.5.1數(shù)控系統(tǒng)的類型目前,數(shù)控系統(tǒng)的品種規(guī)格繁多,功能各異,分類方法不一,按伺服系統(tǒng)的類型

48、分類如下：(1)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)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(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度相對較低。但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。(2)交/直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，更大的驅(qū)動(dòng)功率。(3)交/直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，編碼器反

49、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(dòng)件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。元件的誤差。因此，它的進(jìn)度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是他的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在講角位移檢測原價(jià)與速度檢測元件和伺服電機(jī)做成一個(gè)整體時(shí)則無需考慮位置檢測的安裝。2.5.2數(shù)控系統(tǒng)的品牌選擇當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司有德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國公司有華中數(shù)控公司、數(shù)控設(shè)備廠、中國珠峰公司、北航機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、新方達(dá)數(shù)控、開通數(shù)控、清華通用數(shù)控工程、數(shù)控和高檔數(shù)控國家工程研究中心等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、各種性能等選擇性價(jià)比合適的系統(tǒng)

50、，避免系統(tǒng)功能過剩，同時(shí)考慮到原車床的精度和改造的成本、周期、難易程度等各方面因素，決定采用以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件、開環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。國產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家較多，價(jià)格上雖有優(yōu)勢，但性能和穩(wěn)定性稍差，所以決定采用國外的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。目前，各個(gè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的數(shù)控指令格式差異較大，為了使改造后的車床能真正發(fā)揮其用處，最后決定采用西門子經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，最終確定數(shù)控系統(tǒng)品牌為SINUMERIK 802S base line SINUMERIK 802S base line是專門為中國數(shù)控機(jī)床市場而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型CNC 控制系統(tǒng)。外觀如圖2-14所示。其機(jī)構(gòu)緊湊，具有高速集成于一體的數(shù)控

51、單元、機(jī)床操作面板和輸入輸出單元。機(jī)床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機(jī)床匹配更快速、更容易。并具有簡單而友好的編程界面，保證了生產(chǎn)的快速進(jìn)行，優(yōu)化了機(jī)床的使用。圖2-14 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)外觀2.6 本章小結(jié)本章首先從數(shù)控化改造后車床應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，闡述了車床數(shù)控化改造的總體方案。從經(jīng)濟(jì)性考慮，主軸采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)無級變速，車床上原有的主軸電機(jī)可以保留。接下來詳細(xì)介紹了主軸脈沖編碼器的安裝，提出了編碼器采用異軸方式進(jìn)行安裝。為避免進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生反向失動(dòng)量，對進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速齒輪必須消除間隙，本章闡述了消隙齒輪的結(jié)構(gòu)。為使加工過程中能夠自動(dòng)換刀

52、，改造中采用了自動(dòng)刀架來替換原有四方刀架，本章闡述了自動(dòng)刀架的安裝方法。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，提高機(jī)床的防爬行和吸振性能，對機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來改造。并詳細(xì)闡述了粘接工藝。最后從性價(jià)比和實(shí)用性考慮，對數(shù)控系統(tǒng)作了選擇。第3章 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 SINUMERIK 802S base line數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)SINUMERIK 802S base line數(shù)控系統(tǒng)集成了所有的CNC，PLC，HMI，I/O于一個(gè)單一的部件，其主要特點(diǎn)如下：1、獨(dú)立于其他部件進(jìn)行安裝。堅(jiān)固而又節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，使它可以安裝到最方便用戶的位置；2、操作面板提供了所有的數(shù)控操作，編程和機(jī)床控制動(dòng)作的按

53、鍵以與8英寸LCD顯示器，同時(shí)還提供12個(gè)帶有LED的用戶自定義鍵。工作方式選擇(6種)，進(jìn)給速度修調(diào)，主軸速度修調(diào)，數(shù)控啟動(dòng)與數(shù)控停止，系統(tǒng)復(fù)位均采用按鍵形式進(jìn)行操作；3、SINUMERIK 802S base line的輸入/輸出點(diǎn)為48個(gè)24V的直流輸入和16個(gè)24V的直流輸出。輸出同時(shí)工作系數(shù)為0.5時(shí)負(fù)載能力可達(dá)0.5A。為了方便安裝，輸入輸出采用可移動(dòng)的螺絲夾緊端子，該端子可用普通的螺絲刀來緊固；4、SINUMERIK 802S base line可控制三個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)伺服主軸或變頻器。提供脈沖與方向信號的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)接口。除三個(gè)進(jìn)給軸外，SINUMERIK 802S base lin

54、e還提供一個(gè)10v的接口用于連接主軸驅(qū)動(dòng)；5、SINUMERIK 802S base line的控制軟件已經(jīng)存儲(chǔ)在數(shù)控部分的Flash-PROM(閃存)上，Toolbox軟件工具(調(diào)整所用的軟件工具)包含在標(biāo)準(zhǔn)的供貨圍。系統(tǒng)不再需要電池，免維護(hù)設(shè)計(jì)。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(chǔ)。系統(tǒng)軟件面向車床和銑床應(yīng)用，并可單獨(dú)安裝。在每一個(gè)工具盒中都包含有車床和銑床的PLC程序示例，以便用戶能很快地調(diào)試完畢。3.2 電柜設(shè)計(jì)與電源選用1、在設(shè)計(jì)電柜時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：(l)電柜應(yīng)有冷卻或通風(fēng)裝置，在使用風(fēng)扇時(shí)必須在進(jìn)氣窗口安裝防塵過濾網(wǎng)；(2)電柜中的所有部件必須安裝在無油漆的

55、鍍鋅金屬板上；(3)電柜的防護(hù)等級為IP54；(4)接地應(yīng)遵守國標(biāo)GB/T5226.1一2002/IEC6OZO4一l：2000“機(jī)械安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件” ；(5)電柜中布線時(shí)，交流電源線(如85VAC，220VAC，380VAC以與變頻器到主軸電機(jī)的電纜)必須與24VDC電纜和信號線電纜分開走線；(6)系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源24VDC之前需接入隔離變壓器(控制變壓器380VAC220VAC，K3-400VA)，如圖3-1所示。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)85VAC必須采用獨(dú)立的隔離變壓器(驅(qū)動(dòng)變壓器380VA85VAC，K3系列)，如圖3-2所示。兩個(gè)變壓器的初級不可以接入到380VAC的同一相。

56、圖3-1 控制變壓器圖3-2 驅(qū)動(dòng)變壓器(7)現(xiàn)場沒有良好接地的情況下，控制變壓器必須為浮地設(shè)計(jì)，但此時(shí)任何與CNC控制器連接的外設(shè)(如PC等)，其220VAC電源必須連接到控制變壓器，如圖3-1所示。圖3-3 電源波形2、24VDC電源選用CNC控制器采用24V直流供電，系統(tǒng)可在24V-15%到+20%之間正常工作。直流電源的質(zhì)量是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，所以在選擇電源時(shí)，其輸出波形應(yīng)如圖3-3所示。24V直流電作為低壓電源必須具有可靠的電隔離特性，其電氣參數(shù)如表3-1所示。因此我們選與GSK980配套的24V直流穩(wěn)壓電源。數(shù)字輸入和輸出所需的24VDC用獨(dú)立的24V直流電源，而不能與CNC控制

57、器共用同一個(gè)24VDC穩(wěn)壓電源。所有輸入信號必須為電平信號，即“0”電平-3V5VDC和“l(fā)”電平11V30VDC。懸空和高阻信號均為“0”電平。表3-1 負(fù)載電源電氣參數(shù)參 數(shù)最小值最大值單位條 件電壓平均值20.428.8V波動(dòng)性3.6V非周期性過壓35V500ms持續(xù)時(shí)間；50s恢復(fù)時(shí)間額定消耗電流1.5A啟動(dòng)電源4A3.3數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接與接口設(shè)計(jì)3.3.1系統(tǒng)的接線SINUMERIK 802S base line控制器與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)STEPDRIVEC/C和步進(jìn)電機(jī)的連接如圖3-4所示。連接電纜必須使用屏蔽電纜。在系統(tǒng)一側(cè)，電纜屏蔽層必須與插頭中的金屬殼相連，為了使模擬量的指令值信號

58、免受低頻信號的干擾，驅(qū)動(dòng)一側(cè)的屏蔽不能接地。圖3-4數(shù)控系統(tǒng)接線圖3.3.2 PLC輸入輸出接口定義SINUMERIK 802S base line在出廠時(shí)已經(jīng)預(yù)裝了“SAMPLEPTP”集成PLC實(shí)例應(yīng)用程序，我們在定義系統(tǒng)輸入輸出接口的時(shí)候，可以與廠家提供的PLC實(shí)例程序中的接口定義保持一致，這樣在改造的過程中，我們就無需自編PLC程序，只需利用廠家提供的“SAMPLEPTP”PLC實(shí)例程序就可以了，所要做的工作只是設(shè)定一下PLC機(jī)床參數(shù)。本次改造的輸入輸出接口定義如表3-2所示。表3-2 輸入輸出接口類別接口名稱說明類別接口名稱說明輸入信號X100I0.0硬限位X+輸出信號X200Q0.

59、0主軸正傳CWI0.1硬限位Z+Q0.1主軸反轉(zhuǎn)CCWI0.2X向參考點(diǎn)開關(guān)Q0.2冷卻控制輸出I0.3Z向參考點(diǎn)開關(guān)Q0.3未定義I0.4硬限位X-Q0.4刀架正傳CWI0.5硬限位Z-Q0.5刀架反轉(zhuǎn)CCWI0.6過載Q0.6未定義I0.7急停按鈕Q0.7未定義X101I1.0硬限位Z-X201Q1.0未定義I1.1過載Q1.1未定義I1.2急停按鈕Q1.2未定義I1.3刀架信號T1Q1.3未定義I1.4刀架信號T2Q1.4主軸制動(dòng)I1.5刀架信號T3Q1.5未定義I1.6刀架信號T4Q1.6未定義I1.7未定義Q1.7未定義X102X105未定義3.3.3接口連接1、電源端子的連接(Xl

60、)系統(tǒng)工作電源為直流24V電源，接到接線端子Xl上。其CNC一側(cè)端子分配如表3-3所示。2、通訊接口RS232的連接(X2)在使用外部PC/PG與GSK980TD進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊(WinPCIN)或編寫PLC程序時(shí)，使用RS232接口，各引腳如圖3-5所示。其引腳1為屏蔽，其它引腳功能參見信號說明。表3-3 電源端子X1端子分配端子號信號名說明1PE保護(hù)地2M0V3P24直流24VRxD數(shù)據(jù)接收 TxD數(shù)據(jù)發(fā)送 RTS發(fā)送請求CTS發(fā)送使能 DTR備用輸出 DSR備用輸出M接地圖3-5 通訊接口RS232與PC的連接3、主軸測量系統(tǒng)的連接（X6）X6作為主軸編碼器接口使用，用于把主軸的旋轉(zhuǎn)角度反饋