【正文】 ‘脈沖’信號(hào)一起出現(xiàn)的，多是DC5V數(shù)字信號(hào)；主軸一般都提供單極性模擬電壓信號(hào)，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置提供的模擬控制接口多是雙極性的。而主軸電動(dòng)機(jī)主要用于速度控制，因此主軸驅(qū)動(dòng)裝置一般都具備和采用0~10V模擬電壓作為速度指令，由開關(guān)量控制旋轉(zhuǎn)方向，而不提供脈沖指令輸入接口。采用有反饋矢量控制的變頻器以及主軸伺服驅(qū)動(dòng)器接口圖基本相同，圖32是有反饋矢量控制的變頻器的典型接口圖。因此，在接口上主軸驅(qū)動(dòng)裝置又具有自身的特點(diǎn)。具體特性如下：1. ~3倍；2. 運(yùn)行精度和分辨率要求均較高； 3. 需配置較快速的處理器以增強(qiáng)處理信息能力；4. 為保證快速抗干擾能力和動(dòng)態(tài)降速時(shí)間，主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)在5ms以下。 交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性 交流變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性數(shù)控改造選用的主軸變頻驅(qū)動(dòng)器要與交流主軸電動(dòng)機(jī)相適應(yīng)，交流變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性如表31所示。在無(wú)級(jí)變速中，變頻調(diào)速主軸適用于普及型數(shù)控機(jī)床，交流伺服主軸則適用于中、高檔數(shù)控機(jī)床。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院9第三章 X5032 立式銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造在X5032立式銑床的數(shù)控化改造過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重決定機(jī)床性能的主軸及其PLC控制系統(tǒng)選擇。操縱箱懸掛安裝在機(jī)床右側(cè)，有利于操作者實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的最有效控制，可以方便操作人員的操作機(jī)床 [4]。 X5032立式銑床數(shù)控改造的總體方案該數(shù)控銑床采用立式布局，總體布局簡(jiǎn)圖如圖 21 所示。綜合所述，本次改造主軸電氣控制采用 PLC控制方案。第二個(gè)方案是用 PLC 控制進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的改造。該驅(qū)動(dòng)器使用AC380V 輸入電源，并且具有運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠等特點(diǎn)。在無(wú)級(jí)調(diào)速的機(jī)械、液壓和電氣等多種形式中，通常都采用交流調(diào)速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力源的調(diào)速系統(tǒng)。而采用閉環(huán)控制的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)，會(huì)造成各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度大，調(diào)試和維護(hù)都困難，改造成本過(guò)高。同時(shí)又因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力極差，高速時(shí)易丟步。結(jié)合國(guó)內(nèi)立銑改造的成功案例，考慮到本單位的實(shí)訓(xùn)實(shí)際與經(jīng)濟(jì)性原則，最終擬定采用華中數(shù)控 HNC21M 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行原機(jī)床的數(shù)控化改造。進(jìn)給速度高，機(jī)床位置控制分辨率高。目前常見系列有: PowerMate 0、CNC 0M、0i、CNC 16i/18i 等系列 [4][5]。 數(shù)控系統(tǒng)及進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇1．?dāng)?shù)控系裝置的選配進(jìn)行數(shù)控機(jī)床改造時(shí)，選擇合適的數(shù)控裝置很重要，如果選擇性能過(guò)高的數(shù)控裝置，改造成本就會(huì)增加，反之，改造后的機(jī)床性能過(guò)低，就不能夠滿足使用的需要，因此就必要結(jié)合改造后機(jī)床的使用范圍要求的技術(shù)要求進(jìn)行數(shù)控裝置的合理選用。因?yàn)樘岣吡怂欧姍C(jī)功率、增加輸出軸的規(guī)格尺寸，改造后的切削用量可以相應(yīng)增大。由于采用華中世紀(jì)星 HNC21M 銑削數(shù)控系統(tǒng)，具有 英寸彩色液晶顯示器，顯示機(jī)床的工作狀態(tài)，并具有實(shí)時(shí)圖形顯示功能。目前，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用交流電機(jī)或直流電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械機(jī)構(gòu)大幅度減化，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速、連續(xù)變速和在工作中帶負(fù)載變速。3．制定改造工作過(guò)程方案 決策制定后，進(jìn)行系統(tǒng)軟、硬件的聯(lián)合調(diào)試、數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC 程序設(shè)計(jì)及調(diào)試、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試的方案與步驟，確保數(shù)控機(jī)床的精度與穩(wěn)定性。針對(duì)數(shù)控化改造涉及到主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)、強(qiáng)電控制與 PLC 系統(tǒng)、數(shù)控裝置及元件等內(nèi)容，開展以下幾個(gè)方面的工作：1．X5032 機(jī)床數(shù)控化改造總體方案設(shè)計(jì) 在原有機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控化改造的總體設(shè)計(jì)，然后對(duì)原機(jī)床的機(jī)床布局、結(jié)構(gòu)剛性特征進(jìn)行分析，確定改造將選用的電機(jī)、絲杠等核心零部件的規(guī)格，以及進(jìn)行伺服進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)。數(shù)控化改造可以根據(jù)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求合理安排改造時(shí)間，在確保生產(chǎn)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控化改造，吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院3可以達(dá)到既保證生產(chǎn)效益，又能控制改造成本的目的 [3]。由于 X5032 普通立銑的適應(yīng)性差，生產(chǎn)效率低，應(yīng)用成本高。因此，我們提出了這一普通機(jī)床數(shù)控化改造的研究課題。但是國(guó)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床的品種和規(guī)格很多。因此就必須大力提倡普通機(jī)床的數(shù)控化改造 [2]。因此，從企業(yè)的實(shí)際需求與經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控化改造就顯得尤為重要，主要表現(xiàn)在：1．?dāng)?shù)控機(jī)床可加工形狀復(fù)雜的曲線表面零件；2．?dāng)?shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床生產(chǎn)效率可提高 37 倍；3．可有效實(shí)訓(xùn)工序的集中，減少零件加工的生產(chǎn)輔助時(shí)間；4．加工零件的精度高，產(chǎn)品尺寸與形狀精度一致性好；5．具備自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)保護(hù)等多種強(qiáng)大功能，可實(shí)現(xiàn)有限時(shí)長(zhǎng)的無(wú)人值守 [1]。當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在國(guó)內(nèi)的航空軍事、機(jī)械加工、汽車制造、化工生產(chǎn)、公共交通、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域等方面得到迅速而廣泛地應(yīng)用。從而系統(tǒng)地進(jìn)行了軟、硬件的聯(lián)合調(diào)試，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面分析與總結(jié)；并提出了改進(jìn)的措施。具備低價(jià)格、配置靈活、高性能、使用簡(jiǎn)單容易的特點(diǎn)。去除原機(jī)床縱、橫向與垂向的齒輪進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給手柄等，將伺服電機(jī)與滾珠絲杠連接。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）課題名稱 X5032 普通銑床的數(shù)控化改造姓 名學(xué) 號(hào)系(分院)專 業(yè)班 級(jí)指導(dǎo)教師企業(yè)指導(dǎo)教師 2022年 5月 10日目 錄摘 要 ....................................................I第一章 緒 論 ...............................................................................................1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 .................................1 項(xiàng)目的來(lái)源及研究意義 ...................................2 改造方案的可行性分析 ...................................2 本文研究的主要內(nèi)容 .....................................3第二章 X5032 立式銑床總體設(shè)計(jì) ..............................................................4 X5032立式銑床數(shù)控化改造的調(diào)查研究與方案設(shè)計(jì) .......................4 國(guó)內(nèi)立式銑床數(shù)控改造的成功案例調(diào)查 .........................4 數(shù)控系統(tǒng)及進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇 ...........................5 主傳動(dòng)軸系統(tǒng)改造方案 .......................................6 X5032立式銑床數(shù)控改造的總體方案 .......................7 本章小結(jié) ...............................................8第三章 X5032 立式銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 .............................................9 交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性 ..................................................................9 交流變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性 .................................9 交流伺服主軸裝置的特性 ....................................10 主軸驅(qū)動(dòng)裝置的接口 ....................................10 主軸驅(qū)動(dòng)裝置的選型 ....................................13 主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和適用范圍 ...................................13 功率選擇 ..................................................15 數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng) ........................................................................15 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 ..................................16 主軸的傳動(dòng)方式 ............................................16 主軸換擋 ..................................................17 主軸定向功能 ..............................................18 主軸進(jìn)給功能 ..............................................21 本章小結(jié) ...........................................................................................22第四章 X5032 立式銑床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造 .......................................23 伺服進(jìn)給系統(tǒng)基礎(chǔ) ......................................23 滾珠絲杠螺母副 ........................................24 X5032立式銑床進(jìn)給系統(tǒng)的改造思路 ......................25 進(jìn)給部件的配置計(jì)算與選配 ...........................................................26 X、Y 軸滾珠絲杠和伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算 ......................26 Y、Z 軸絲杠和伺服電機(jī)選擇與計(jì)算 [4]..........................35 本章小節(jié) ............................................................................................35第五章 X5032 立式銑床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................37 華中世紀(jì)星 21M數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ............................37 數(shù)控電氣系統(tǒng)的組成及連接 ..............................37 主控電路的設(shè)計(jì) ........................................39 數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC程序設(shè)計(jì) ..............................41 數(shù)控系統(tǒng)中 PLC 的作用 ......................................41 X5032 銑床數(shù)控系統(tǒng) PLC 控制框架設(shè)計(jì) .........................42 系統(tǒng)調(diào)試與誤差補(bǔ)償 ........................................................................43 HNC21M 系統(tǒng)調(diào)試步驟 .......................................43 改造后數(shù)控系統(tǒng)的初上電 ....................................44 PLC 編制程序的調(diào)試 .........................................44 華中 HNC21M 參數(shù)設(shè)定 ......................................44 本章小結(jié) ............................................................................................48第六章 結(jié)論和展望 .....................................................................................49 結(jié)論 ......................................................................................................49 操控性與機(jī)床精度方面 ......................................49 加工范圍與經(jīng)濟(jì)性方面 ......................................49 工作展望 ..............................................................................................50參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................52致謝 ...............................................................