【正文】 D全數(shù)字交流伺服驅動器和GM7交流伺服電機，位置檢測元件使用脈沖編碼器，組成半閉環(huán)控制環(huán)的數(shù)字伺服驅動系統(tǒng)。 本章小節(jié)根據(jù)改造后機床要達到的精度和用戶的要求確定合適的數(shù)控系統(tǒng)控制方式，本次改造采用半閉環(huán)控制，其特點是控制精度高，調試與安裝方便。最終選擇滾珠絲杠副的規(guī)格是： 194/80P??。得： minin11sbcK??in /??maxax11sbcK??ax 1/??②傳動系統(tǒng)剛度校核 要求軸向最小傳動系統(tǒng)剛度的影響； 00min1..ssFW???? （419）式中 0： 導 軌 靜 摩 擦 阻 力 （ N） ， ???： 靜 摩 擦 系 數(shù) ， 取 。②支承軸承組系剛度 80bK?對 于 兩 端 固 定 支 承 ， 取，則： 286317/bKNm???③ 滾 珠 與 滾 道 的 接 觸 剛 度 計 算 ：139。 (2~4)uk n? ?工 作 臺 行 程 ()+螺 母 長 度 查 樣 本 為 175m,L 6hPm得 12075643()u??得 .??????（2）預拉伸力 dIAEFttL???? （411）式中： t：預拉伸力（N） ，d 2：滾珠絲杠副螺紋底徑（mm） E： 楊 氏 彈性模量 ? 已知條件：d 2=25mm， 52./代 入吉林工業(yè)職業(yè)技術學院31 ???8．確定支承軸承的代號與規(guī)格軸 承 所 承 受 的 最 大 軸 向 載 荷 maxaxBtF?? （ 412）其中： tF滾珠絲杠副的預緊拉伸力 ()max：最大軸向負載力 (N)已知 7910?， 365t?代入式 412 中得： max156BN?F選用米思米向心帶座推力軸承 704查產品參數(shù)得： max16aBN??C=2F9．選配伺服電機選擇伺服電機時，主要考慮三個選配要求：即電機的額定轉矩即要大于最大切削負載時的轉矩；電機的轉子慣量要與負載慣量相匹配；快速移動時的伺服電機的最大轉矩控制。max13pF? （49）其中 790N，則 pF≈ 7910N7．行程補償值、預拉伸力計算（1）行程補償值針對兩端固定支承軸承的傳動滾珠絲杠副應進行行程補償值（C） ，以及求解預拉伸力 [4]。已知重復定位精度20um,定位精度30um，故：① 5m?? ② 6m?最終的取值為 ?（2）最小底徑計算 [4][5]取兩端固定的支承形式來計算絲杠要求預拉伸，公式如下： 0min1mFLdE??? （48）已知行程為 2，工作臺對絲杠的正壓力 2150WN?，靜摩擦系數(shù)0=.?則： ?????5．滾珠絲杠的型號的確定（1）預緊方式：內循環(huán)法蘭式雙螺母墊片預緊結構。所以規(guī)定滾珠絲杠副許可的最大軸向 變 形 量 ：吉林工業(yè)職業(yè)技術學院29① 重 復 定 位 精 度 。改造后機床定位精度達到 3/0m?， 全 行 程 ，重復定位精度m，其它參數(shù)見下表 41。使用華中數(shù)控的 GM7交流伺服電機驅動滾珠絲杠傳動（如圖 45 所示） 。因此可達到較高的重復定位精度。為使?jié)L珠與滾道間無間隙合，可使用預緊裝置。但相比開環(huán)系統(tǒng)控制精度有很大的提升。數(shù)控裝置發(fā)出運動速度和位移信號指令后，伺服進給系統(tǒng)接收信號指令并驅動機床的工作臺（或主軸）等終端執(zhí)行部件按著預先要求進行工作進給（或快速）運動。 本章小結數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)，可以運行穩(wěn)定性與操作性，使機改造后的床獲得技術提升。這種方式結構和控制都比較復雜，但在要求大功率主軸的機床上，還是一種比較經(jīng)濟的方案。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院22為了防止主傳動和C軸傳動之間產生干涉，兩套傳動機構的切換機構裝有檢測開關，利用開關的檢測信號，識別主軸的工作狀態(tài)。對于車削中心主軸除了完成傳統(tǒng)的回轉功能外，主軸的進給功能可以實現(xiàn)主軸的定向、分度和圓周進給，并在數(shù)控裝置的控制下實現(xiàn)C軸與其它進給軸的插補，以配合動力刀具進行圓柱或端面上任意部位的鉆削、銑削、攻螺紋及曲面銑加工。采用此種控制方式應注意：1)數(shù)控系統(tǒng)必須具有主軸閉環(huán)控制功能或位置環(huán)控制功能。3)如取消主軸定向狀態(tài)，只需撤消主軸驅動器的位控工作模式指令，恢復到速度工作模式即可。目前電氣定向通常有磁傳感器定向、編碼器定向和數(shù)控系統(tǒng)定向三種。它只需要旋轉部件和固定部件上安裝傳感器(如光電編碼器、磁性傳感器等)，即可實現(xiàn)主軸定向，機械結構比較簡單；2)定向迅速可靠定向時間包括在換刀時間內，而換刀時間是加工中心的重要指標。機械準停還有其他方式，如端面螺旋凸輪等，它們的定向過程和互鎖要求都大致相同。l、機械定向控制機械定向一般要求主軸具有無級調速的功能，接收到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出定向指令(如M19)后，控制主軸電動機帶動主軸以可以設定的定向速度和方向旋轉：1)到無觸點開關有效信號后，停止主軸，主軸電動機與主軸傳動件依慣性繼續(xù)旋轉，同時控制定位銷伸出壓向主軸定位盤；2)到定位銷到位信號后，通知系統(tǒng)定向指令完成。機械式采用機械凸輪等機構和無觸點感應開關進行初步定位，然后由定位銷插入主軸上的銷孔或銷槽完成精定位，換刀或精鏜孔完成后定位銷退出，主軸才可旋轉。首先，主軸定向是自動換刀所必需的功能。電磁離合器的缺點是體積大，磁通易使機械零件磁化，因此在現(xiàn)代數(shù)控機床應用的并不多。在手動換擋時只需將齒輪暫時脫開，按點動按鈕使主電動機瞬時沖動接通，然后再重新嘗試換擋即可；在自動換擋時，可以象手動換擋一樣處理，也可以利用主軸電動機，在撥叉移動滑移齒輪的同時帶動各傳動齒輪作低速回轉或振動，滑移齒輪就能夠較順利的嚙合。主軸換擋方式通常有以下三種：1．手動換擋通過人工轉動機械機構，撥動傳動齒輪來改變傳動比。必須通過主軸換擋才能獲得不同的主軸轉速以滿足加工的需要。其優(yōu)點是主軸組件結構緊湊，重量輕，慣量小，剛度高，可提高啟動、停止的響應特性，并且有利于控制振動和噪聲．不足之處是電動機運轉產生的熱量易使主軸產生熱變形。高速切削主軸高速切削是上世紀后期發(fā)展起來的一種新工藝。這種傳動方式常用的變速操作方法有液壓撥叉和電磁離合器兩種 [6]。部分小型數(shù)控機床也有采用這種傳動方式，目的是獲得超強切削時需要的扭矩。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱也會使其中的零部件發(fā)生熱變形，降低傳動效率，影響各部件之間的相互位置精度和運動精度，也會造成加工精度誤差。在結構允許的條件下，可適量增加齒輪寬度，增大齒輪的重疊系數(shù)。為了提高傳動件的制造精度與剛性度，采用齒輪傳動時齒輪齒面應采用高頻感應加熱淬火工藝以增加耐磨性。為了保證數(shù)控機床加工時能提供合理的切削用量和切削速度，保證獲取最高的生產率及高的加工精度和表面質量，就必須具有大的調速范圍。主軸電動機作為動力源通過此傳動系統(tǒng)產生主軸上安裝的刀具的切削力矩和切削速度。具體實施時參考生產廠家的指導意見。在主軸與主軸電機直接連接的數(shù)控機床中，有兩種方法來提高主軸低速時的功率要求，其一是選擇額定速度低的主軸電機或額定功率高一檔的主軸電機。機床改造的整體整機設計會從功能上、性能上，以及成本上對主軸驅動系統(tǒng)提出要求，根據(jù)這些確定主軸單元結構，用以滿足經(jīng)濟、實用的要求。因結構上有優(yōu)勢，電主軸主要向高速方向發(fā)展，一通常在10000r／min吉林工業(yè)職業(yè)技術學院15以上。伺服主軸驅動系統(tǒng)伺服主軸驅動系統(tǒng)具有響應快、速度高、抗過載能力強的特點，且能實現(xiàn)定向和進給功能，但價格也較高，通常是同功率變頻器主軸驅動系統(tǒng)的23倍以上。普通籠型異步電動機配通用變頻器目前進口的通用變頻器，除了具有 fV/曲線調節(jié)，一般還具有無反饋矢量控制功能，會對電動機的低速特性有所改善，配合兩級齒輪變速，基本上可以滿足銑床低速(100~200轉／分鐘)小加工余量的加工，但同樣受最高電動機速度的限制。如果加工產品單一，且對主軸轉速要求不高，用于其機床數(shù)控化改造效果也不錯；但其缺點是噪音大，主軸轉速范圍窄，不適合有色金屬加工場合和需要經(jīng)常改變速度的加工場合。可以組成主軸驅動系統(tǒng)，也可以組成進給驅動系統(tǒng)；支持雙編碼器接口，可應用于全閉環(huán)進給驅動系統(tǒng)。另外為了控制的方便許多進給驅動器都有絕對式編碼器接口，功能更強的進給驅動器還有第二編吉林工業(yè)職業(yè)技術學院13碼器接口以通過驅動器直接實現(xiàn)全閉環(huán)控制。驅動裝置及電動機運行狀態(tài)控制接口主軸驅動裝置都提供控制電動機正／反轉的開關量接口，進給驅動裝置一般不提供，采用脈沖信號作為指令的進給驅動裝置，只有當脈沖指令類型為‘脈沖+方向’時，可以把方向信號理解為改變電動機方向的控制接口。電動機運行指令接口因為進給電動機主要用于位置控制，因此進給驅動裝置一般都具備和采用脈沖信號作為指令輸入，控制電動機的旋轉速度和方向，不提供單獨的開關量接口控制電動機的旋轉方向。此裝置也適用于無反饋的矢量控制的變頻器的接口圖。不同的是：進給驅動裝置主要工作在位置控制模式下，而主軸驅動裝置主要工作在速度控制模式下；同一臺數(shù)控機床上主軸輸出功率比進給軸輸出功率要大得多。表 31 交流變頻主軸驅動裝置的特性性能指標 符號 單位 數(shù)值(例)吉林工業(yè)職業(yè)技術學院10額定功率 NPkW 30min 額定功率 (30min)kW 基本轉速 br/min 1500最高轉速 maxNr/min 4000轉速范圍 r/min 8~4000額定轉矩 NT28電動機慣量 電動機重量 Wt kg 60 交流伺服主軸裝置的特性數(shù)控改造中對交流伺服主軸系統(tǒng)要求較高，除要求切屑功率高、加減速功率強外，還要求具有恒轉矩和恒功率特性。3具有精確位置控制能力為滿足剛性攻絲、切削螺紋以及某些特殊加工工藝的要求，主傳動軸應具備準停功能。主軸變速分為有級、無級和分段無級變速三種形式，多采用無級或分段無級調速。本章主要闡述了 X5032 立式銑床傳動運動機構的改造設計思路，以及改造的總體布局；介紹了通過對交流調速方案的各類與比較；介紹了伺服驅動單元的功率計算和型號選擇；以主軸電機、驅動模塊的改造方案。垂向運動由 Z 向伺服電機驅動滾珠絲框螺母副實現(xiàn)。本機采用 7M系列交流伺服主軸電機。（3） PLC功能強大，編程操控簡單，使用管理方便 [4]。第三個方案將主軸電氣進行數(shù)控化改造，改造工作量大，改造生產周期長，經(jīng)濟性不佳。HSV18S 全數(shù)字交流伺服主軸驅動單元是武漢華中數(shù)控股份有限公司繼 HSV20S 系列交流伺服主軸驅動單元后推出的高性能交流伺服主軸驅動器。 主傳動軸系統(tǒng)改造方案1．交流調速的選擇數(shù)控機床的主運動通常會采用無級變速，優(yōu)點是具備提供一定合理切削速度的調速范圍，并可實時改變轉速于運轉中。而其反饋環(huán)節(jié)相比閉環(huán)控制簡單，穩(wěn)定性好。容易造成工件精度誤差，因此對加工精度是不利的。(4)位移測量、驅動等裝置結構緊湊、運行安全可靠 [7]。(2) 機床使用性好?；竟δ芡耆軡M足一般機床的使用要求。用以滿足加工大型零件的工藝要求，全面提升機床的使用性能，滿足高效和低成本要求，為擴大公司的產品范圍的加工奠定了必要的基礎 [4]。機床經(jīng)過改造，可用以加工平面、溝槽、孔以及各類曲面等。 X5032立式銑床數(shù)控化改造的調查研究與方案設計 國內立式銑床數(shù)控改造的成功案例調查用華中數(shù)控系統(tǒng)改造西安標準工業(yè)股份有限公司 XK754 臥式加工中心，更換原機床的所有電氣控制系統(tǒng)，包括數(shù)控系統(tǒng)，PLC 控制單元，X、Y 和 Z 軸進給伺服系統(tǒng)，主軸控制單元及主軸電機，電氣控制柜，操作按鈕等。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院4第二章 X5032 立式銑床總體設計金屬切削機床的主傳動是用來實現(xiàn)切削運動中的主要切削運動的傳動系統(tǒng)，它必須具備極高的轉速與適當?shù)淖兯俜秶?，并消耗大量的功，使用各種材質的刀具來加工各種材質的材料、獲得相關尺寸精度的零件，并能滿足對運動的啟止、換向、變速和制動等功能的要求。決策使用工控機實現(xiàn)對電路的控制，并將對鍵盤和顯示器接口、操縱按鈕及操縱面板進行了規(guī)劃設計。本次改造是在企業(yè)的 X5032 型普通銑床上進行。預計本次數(shù)控化改造僅需資金 3~4 萬元，而購買一臺類似的國產數(shù)控立銑機床卻需花費15~20 萬元左右，同時又因為購買新設備的供貨周期長。 改造方案的可行性分析X5032 立式銑床是 90 年代中期制造的普通機械加工機床，使用了 10 年左右，機床的基礎件具有良好的剛性，保持有適當?shù)膸缀闻c運動精度，可通過修復和更換，使用性能基本可達到現(xiàn)代同類機床相當?shù)乃?，所以對其進行數(shù)控化改造的基本硬件基礎條件是比較理想的。所以通過普通機床改造而成的經(jīng)濟型數(shù)控機床，是一個低成本，高回報的普通機床設備升級方法。但國內的機床設備產品總體技術水平還很低，在國際上不具備競爭力，占有率也不高。自改革開放以來，我國引進了大量的國外技術與裝備，這些設備了普遍存在技術更新的必要。這樣做一方面造成生產成本的增加，另一方面又造成原有普通機床設備的浪費。數(shù)控機床的設備狀況、機床分布情況，以及制造企業(yè)數(shù)控機床的擁有量，標志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的高低。此項改造通過試運行、試切以及機床誤差調整，總結出該機床系統(tǒng)存在的問題，以及相對應的改進措施方案與實施。配置的華中世紀星 HNC21M 數(shù)控系統(tǒng)是一個基于開放式體系結構，內置嵌入式工業(yè) PC 數(shù)控系統(tǒng)。 X5032 數(shù)控銑床改造主要包括伺服驅動系統(tǒng)、滾珠絲杠螺母傳動副設計的計算，傳動系統(tǒng)結構設計選型與參數(shù)計算。使機床數(shù)控改造后，數(shù)控銑床具備程序存儲和編輯等功能；主軸變頻交流電機達到 503000RPM/min 的無級調速；