【正文】 的能力； 2，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí) ,提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力； 3，使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練 ,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力； 4，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系 實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神 。低成本普通 車床數(shù)控化改造是一項(xiàng)適合我國(guó)實(shí)際情況的先進(jìn)適用技術(shù)，也是一項(xiàng)提升我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率的有效途徑。 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 ①?gòu)奶岣哔Y本效率出發(fā)，改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，從而提高機(jī)床的使用價(jià)值； ②適用于多品種、小批量零件生產(chǎn)； ③數(shù)控改造費(fèi)用低，減少了投資額，經(jīng)濟(jì)性好?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基，不必像購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣需重新地基； ⑦可以采用最新的控制技術(shù)； ⑧交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開(kāi)創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先 驅(qū) 。 數(shù)控機(jī)床 已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。許多工廠一面購(gòu)置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、 PC 技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。 利用 PLC 對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向（ Z 向）脈沖當(dāng)量為 ，橫向（ X 向）脈沖當(dāng)量為 ，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 （ 2）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) ： 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。 圖 1為總體改造示意圖 圖 1 總體改造示意圖 1. 橫向滾珠絲杠副 2. 橫向電機(jī) 3. 橫向減速器 4. 尾座 5. 縱向 減速器 6. 縱向電機(jī) 7. 支架 8. 縱向滾珠絲杠副 9. 數(shù)控轉(zhuǎn)位刀 架 10. 主軸脈沖編碼器 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 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) ,避免系統(tǒng)功能過(guò)剩 ,同時(shí)考慮到原車床的精度和改造成本、周期和難易程度等各方面因素 ,決定采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件、開(kāi)環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第三章 機(jī)械部分改造 機(jī)械傳動(dòng)方式 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率 ， 采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠 ， 為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性 ， 盡量減少摩擦力 ， 選用滾珠絲杠螺母副 。橫向步進(jìn)電機(jī) 1 及減速器 2 安裝在床鞍的后部。螺母通過(guò)螺母座 9 直接固定在中拖板 8 上。39。10?? 剛度驗(yàn)算 橫向進(jìn)給絲杠支承方式如橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖所示： 圖 2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 最大牽引力為 ： 2425N 支承間距 L=450mm因絲杠長(zhǎng)度較短 ， 不需預(yù)緊 ， 螺母及軸承預(yù)緊 ， 計(jì)算如下： (1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? ： 查圖 46， 根據(jù) Ｆ ?m =1806Ｎ， mmD 200 ? 查出 ： 51 104/ ???L? 因此 : 1? = ? ?mmLL ????? ?? (2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2? ： 查資料 ： mQ ?? ? ， 因進(jìn)行了預(yù)緊 ： mQ ??? ???? . (3) 支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3? : 采用 8012 單向推力球軸承 (GB30184) ， ?Qd ， 12?z ， mmd 15? mmZd mPcQ 3 23 2239。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 Ke由絲杠本身的拉壓剛度 KS，絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 Kc，軸承的接觸剛度 KB，螺母座的剛度 KH，按不同支承組合方式的計(jì)算而定。 臨界壓縮負(fù)荷按下式計(jì)算： 211 m a x20cr f E IF K F NL??? () 式中 E—— 材料的彈性模量 E 鋼 =179。 （ 3） 絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計(jì)算公式： 兩端固定： 11 1 1 1 1 ( / )4e B c H S NmK K K K K ? ?? ? ? ? () 式中 Ke —— 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 (N/μ m)； KH—— 螺母座的剛度 (N/μ m)； Kc—— 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 (N/μ m)； KS—— 絲杠本身的拉壓剛度 (N/μ m)； KB—— 軸承的接觸剛度 (N/μ m)。 4) 絲杠本身的拉壓剛度： 對(duì)絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： 61 0 /s A E lK N ma l a ??????????? () 式中 A—— 絲杠最小橫截面， 222 ()4A d mm??； E—— 材料的彈性模量， E=?1011(N/m2)； l—— 兩支承間距 (m)； a—— 螺母至軸向固定處的距離 (m)。 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于 1500r/min，能滿足要求。 m2)。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位精度能進(jìn)一步提高 [10]。 電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī) ： 機(jī) 床在不同的工況下 ， 其所需轉(zhuǎn)距不同 ， 下面分別按各階段計(jì)算 ： （ 1） 快速空載啟動(dòng)力矩 qM ： 起在快速空載啟動(dòng)階段 ， 加速力矩占的比例較大 ， 具體計(jì)算公式如下 ： 0MMMM fa ma zq ??? aaaaa tnJtnJJM???????????????? 60102102602m a x2m a xm a x??? m i n/500 a xm a x rVn bPa ????? ??? 啟動(dòng)加速時(shí)間： msta 30? aaaaa tnJtnJJM???????????????? 60102102602m a x2m a xm a x??? 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁(yè) 共 41 頁(yè) cmN ??????? ? 2? 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 fM ：? ? ? ? cmNZZLGFFiLFM zf ??????????? 202212039。 查資料 ， 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五項(xiàng)十拍時(shí) ， ?? jq MM? ； 最大靜力矩 ：陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 17 頁(yè) 共 41 頁(yè) cmNM j ??? 按此最大靜力矩 ， 001130BF 型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為 ： mN? 大于所需最大靜力矩 ， 作為初選型號(hào) 。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(guò)套筒聯(lián)軸器 5與滾珠絲杠相連 ， 這種聯(lián)軸器用 2 個(gè)互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來(lái) ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 徑向尺寸小 ,可防止被連接軸的位移和偏斜帶來(lái)的裝配困難和附加應(yīng)力。溜板及刀架重力 :縱向 800 N ,橫向 600 N 。起動(dòng)加速時(shí)間 :30 ms 。橫向 ： mmP步 (半徑 ) 。絲杠公稱直徑為φ 25mm，基本導(dǎo)程 10hP mm? ，其額定動(dòng)載荷 15975aCN? ，額定靜載荷34170oaCN? ，圈數(shù) ?列數(shù) =?1，絲杠螺母副的接觸剛度為 767 /cK N m?? ，絲杠底徑 ，螺母長(zhǎng)度為 125mm，取絲杠的精度為 3級(jí)。臨界壓縮負(fù)荷按公式()()計(jì)算： 絲杠螺紋部分長(zhǎng)度 650 125 40 815uL mm? ? ? ?，取 850uL mm? 支承跨距 1 1000L mm? ， 絲杠全長(zhǎng) 1100L mm? 2 1 1 8m a x264 3 . 1 4 2 . 1 1 0 0 . 6 8 1 0 2 0 8 0 1 1 3 3 5 . 69 5 0 1 0 N F N??? ? ? ? ?? ? ? ? ??cr F 可見(jiàn) crF 遠(yuǎn)大于 maxF ，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。 1 1 1 1 14 7 6 0 5 5 6 . 2 5 1 0 0 0 4 1 0 2 . 5eK ? ? ? ??? 179 .67 /eK N m??? 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 21 頁(yè) 共 41 頁(yè) 69 . 8 1 7 9 . 6 7 1 0 7 2 1 . 1 2 / 6 8 8 9 . 7 / m in 1 5 0 0 / m in3386eB K r a d s r rm? ??? ? ? ? ? 顯然，絲杠的扭 轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于 1500r/min，能滿足要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償， 定位精度能進(jìn)一步提高。橫向步進(jìn)電機(jī) 1 及減速器 2 安裝在床鞍的后部。螺母通過(guò)螺母座 9 直接固定在中拖板 8 上。如圖 3 所示 ,滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承承座 4 ,通過(guò)一對(duì)深溝球軸承 1 實(shí)現(xiàn)徑向支承 ， 絲杠左端通過(guò)一對(duì)圓螺母 (圖中未畫(huà)出 ) 實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 25 頁(yè) 共 41 頁(yè) 主軸脈沖編碼器的安裝 為了使改造后的車床能自動(dòng)加工螺紋 ,必須配置主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元 件 ,其目的是用來(lái)檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置 ,通過(guò)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)。主軸通過(guò)主軸箱中 58P58 和 33P33 兩級(jí)齒輪 (實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比 1 :1) 把動(dòng)力傳遞給掛輪軸 X ,主軸編碼器 1 通過(guò)支架 2 固定 ,并通過(guò)聯(lián)軸器 3 與悶頭 4 相連 ,悶頭 4通過(guò)過(guò)盈配合與主軸箱內(nèi)軸 X連接 ,如圖 6 所示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 26 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第四章 數(shù)控系統(tǒng)選擇 西門子數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 西門子數(shù)控系統(tǒng)具有優(yōu)越的性能，設(shè)計(jì)中選擇 SINUMERIK 802D 型號(hào)。通過(guò)視窗化的調(diào)試工具軟件，可以便捷地設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)器的控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化 ； SINUMERIK802D 集成了內(nèi)置 PLC 系統(tǒng)，對(duì)機(jī)床進(jìn)行邏輯控制。 數(shù)控連線圖 其連線圖如圖 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制 使用微機(jī)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制有串行和并行兩種方式 。 圖 3． 25 串行控制功能框圖 開(kāi)環(huán)控制 用微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)條端口線直接去控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相驅(qū)動(dòng)電路的方法稱為并行控制。 3． 26 并行控制功能框圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度控制 控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度，實(shí)際上就是控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖頻率或者換相的周期。如果要求運(yùn) 行的速度小于 系統(tǒng)極限起動(dòng)頻率，則系統(tǒng)可以按要求的速度直接起動(dòng)，運(yùn)行至終點(diǎn)后可直接停發(fā) 脈沖串而令其停止。因此在點(diǎn)一位控制過(guò)程中，運(yùn)行速度都需要有一個(gè)“加速一恒速一減速一低恒速 一停止”的加減速過(guò)程，如圖 3． 27所示。從電動(dòng)機(jī)席 轉(zhuǎn)速不是很高的范圍內(nèi)，輸出的轉(zhuǎn)矩將有所下降，如按指數(shù)規(guī)律升速，加速 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。 對(duì)升降速過(guò)程的控制有很多種方法，軟件編程也十分靈活，技巧很多。 每臺(tái) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可驅(qū)動(dòng)一個(gè)坐標(biāo)的伺服機(jī)構(gòu)，利用兩個(gè)或三個(gè)坐標(biāo)軸連動(dòng)就能加工出一定 形狀來(lái)。下面介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服系筆 控立式升降臺(tái)銑床中的應(yīng)用實(shí)例。400 ㎜ 工作行程：縱向 (x 坐標(biāo) )900 ㎜ 橫向 (y坐標(biāo) )400 ㎜ 垂向 (z坐標(biāo) )300 ㎜ 主軸速度： 400～ 200 r/min， 18 級(jí) 工作臺(tái)進(jìn)給速度： 10～ 1200 mm/min 快速進(jìn)給速度： 1200mm/min 定位精度： x、 y坐標(biāo) ㎜ z坐標(biāo) 0． 03/300 ㎜ 系統(tǒng)精度： x、 y坐標(biāo) 177。 50眥 n 反向間隙補(bǔ)償： 0． 075mm 輸入代碼： ISO 制， 8位紙帶 50行 /s 伺 服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)：功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 自動(dòng)升降頻時(shí)問(wèn)： r： 130 111s (2)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn) 1)本機(jī)主要特點(diǎn)是 x、 y、 z三坐標(biāo)均采用功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)兩對(duì)齒輪減速 器直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠。 2)三坐標(biāo)功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均采用 300/12 V 高頻晶閘管驅(qū)動(dòng)電源，通電方式為三 相六拍。一般均采用數(shù)字式升降頻電路。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，加工的 ? 100 ㎜的圓度公差在 ㎜ 以內(nèi)，加反向間隙補(bǔ)償后可控制在 0． 02 ㎜～ ㎜ 范圍內(nèi)。如 36BF02 型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng) 機(jī) ,其電壓為 27 V，每相靜態(tài)電流為 A，采用三相六拍通電方式，可用第 2章介紹的 F1系列 PLC