【正文】 本科畢業(yè)設計 31 第 4 章 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算 將一臺 C6132 普通車床改造成微機數(shù)控機床，采用 SINUMERIK 802S base line 控制系統(tǒng)。 M2 是刀架電機， KM2吸合時，刀架電機正轉， KM3 吸合時，刀架電 機反轉，刀架電機正反轉的控制信號來自數(shù)控系統(tǒng) PLC 輸出口 和 。 本科畢業(yè)設計 29 圖 313 雙開關方式接近開關的布置 動電流設定 所選用的 110BF003 型步進電機。 圖 39 X102接線圖 數(shù)字輸出端的連接 (X200 和 201） X200 和 X201 的接線如圖 3 311所示， KA KA KA KA KA5 和 KA6分別為主軸正轉、主軸反轉、刀架正轉、刀架反轉、冷卻泵和主軸制動用中間繼電器， VD2VD7本科畢業(yè)設計 27 為繼電器線圈兩端浪涌電壓吸收二極管。 SQ SQ SQ SQ8 和 SB1 均采用常閉邏輯。連接示意圖如圖 36所示。本次改造的輸入輸出接口定義如表 32所示。所有輸入信號必須為電平信號，即 “0” 電平 [3V~5VDC]和 “l(fā)”電平 [11V~30VDC]。步進驅動 85VAC 必須采用獨立的隔離變壓器 (驅動變壓器380VA→85VAC ， JBK3 系列 )，如圖 32 所示。除三個進給軸外， SINUMERIK 802S base line 還提供一個 177。并詳細闡述了粘接工藝。機床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機床匹配更快速、更容易。因此，它的進度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是他的結構與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。但該系統(tǒng)結構簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。具體工藝為：首 先對原導軌進行刮研，保證粘貼前導軌的表面粗糙度 — ，平面度達到 0． 01／ 1000精度；選用厚度為 ，用鈉基溶液處理聚四氟乙烯軟帶表面；粘接前需對金屬導軌粘接面除銹去油，可先用砂布、砂紙或鋼絲刷清除銹斑雜質，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 =1／ l的重量比混合，攪拌均勻后即可涂膠。左右時，裝上螺釘，然后固定刀架即可。同樣是兩個齒數(shù)、模數(shù)相同的兩片薄齒輪 2和 3。兩個相同齒數(shù)的薄齒輪1和 2與另一個厚齒輪 (圖中未畫出 )嚙合。螺母通過螺母座 9直接固定在中拖板 8上。步進電機 1通過消隙齒輪 8 減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器 12與絲杠 3連接，固定銷 9 防止減速器轉動。 710? 2 177。夾鉗型是利用螺絲的鎖緊力，收縮孔徑，鎖緊軸部。該編碼器結構堅固，可靠性高，壽命長，耐環(huán)境性強。綜合以上分析計算，確定選用三菱FRA540系列變頻器，具體型號為 FRA5407． 5KCH。因此，從節(jié)能的角度看，并不理想。因此，改變電源頻率 f 即可改變電動機的轉速 n?？紤]到數(shù)控車床在自動加工的過程中負載切削力隨 時會發(fā)生變化，為了保證工件表面加工質量的一致性、提高工件加工質量，主軸要能實現(xiàn)恒切削速度切削。尤其是對車床上較大的部件 。 利用現(xiàn)有閑置的舊機床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺新高效、多功能的數(shù)控機床，其投資少，見效快，是一種盤活存量資產(chǎn)的有效方法，也是低成本實現(xiàn) 自動化的有效方法，也是在短期內(nèi)提高我國機床的數(shù)控化率的一條有效途徑 2020 年我國機床總產(chǎn)量約 萬臺，其中數(shù)控機床產(chǎn)量是 14053 臺，產(chǎn)量數(shù)控化率為 8%。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。但由于電子元器件的質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。典型產(chǎn)品有 FANUC150/160/180/2 A2100、 OA500、 Advantage CNC System、華中 I型等。 模塊化、智能化、柔性化和集成化 (1)模塊化、專門化與個性化 為了適應數(shù)控機床多品種、小批量的特點，機床結構模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。為了滿足用戶的需要，近 10 多年來，普通級數(shù)控機床的加工精度己由士 10? m提高到 177。同時，為了滿 足市場和科學技術發(fā)展的需要，為了達到現(xiàn)代制造技術對數(shù)控技術提出的更高要求，當前，世界數(shù)控技術及其裝備正朝著下述幾個方向發(fā)展。本科畢業(yè)設計 1 目錄 第 1 章 緒論 ......................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 高速、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給速度，同時，還要縮短加工時間；要確保加工質量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標的基本保證。5 ? m，精密級加工中 心的加工精度則從 177。個性化是近幾年來數(shù)控機床特別明顯的發(fā)展趨勢。 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備 (1)為適應制造自動化的發(fā)展，向 FMC、 FMS 和 CIMS 提供基礎設備，要求數(shù)字控制 制造系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭 (有時帶坐標變換 )、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)等功能，廣泛地應用機器人和物流系統(tǒng)； (2)圍繞數(shù)控技術、制造過程技術在快速成型、并聯(lián)機構機床、機器人化機床、多功能機床等整機方面和高速電主軸、直線電機、軟件補償精度等單元技術方面先后有所突破。 80 年代，我國從日本 FANUC 公司引進了 3 等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機，直流主軸電機技術，以及從美國、德國等國引進了一些新技術。我國從 20 世紀 90 年代末開始掌握基于通用32 位工業(yè)控制機開放式體系結構的數(shù)控系統(tǒng)，特別是能夠控制五軸聯(lián)動并具備網(wǎng)絡化遠程監(jiān)測、診斷、操作功能的數(shù)控系統(tǒng)。而像美國、日本等工業(yè)發(fā)達的國家機床產(chǎn)量數(shù)控化率已超過了 50%。 例如床身、床鞍、工作臺等，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。這就要求主軸能實現(xiàn)無級變速。變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動機的正轉、反轉、停止和變速。數(shù)控車床屬于高精度、 快響應的恒功率負載加工設備，應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。 其最大輸出功率為 ，額定容量為 13kVA，額定電流為 17A，過載能力為 150%60秒， 200%，額定輸出電壓為 3相380V/50Hz，電源電壓允許波動范圍為 323V至 528V。 主軸編碼器與軸的連接可采用剛性連接和柔性連接。因此能在不損傷軸的情況下，進行輕松的安裝與拆卸工作。 縱橫向進給 傳動系統(tǒng)的改造 縱向 （ Z 方向） 進給傳動系統(tǒng)的改造 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。 1縱向步進電動機 2減速齒輪 3縱向滾珠 絲杠 4工作臺 5套筒聯(lián)軸器 6支承軸 圖 26 縱向進給系統(tǒng)圖 7深溝球軸承 8消隙齒輪 9固定銷 10滑動軸承支承座 11圓螺母 12套筒聯(lián)軸器 圖 27 縱向步進電機裝配圖 滾珠絲杠 3 仍安裝在原滑動絲杠的空間位置，其螺母副通過支架 l安裝在床鞍的底部，如圖 2 29 所示。 1橫向步進電機 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 210 橫向進給系統(tǒng)圖 齒輪傳動間隙的消除 數(shù)控車床在加工過程中，會經(jīng)常變換移動方向。齒輪 l空套在齒輪 2上并可作相對回轉。齒輪 2空套在齒 輪 3上可以做相對回轉運動。電機安裝好如圖 213 所示。可用“帶齒刮板”或 lmm厚的膠木片進行涂膠。 (2)交 /直流伺服電機驅動，光柵 測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。在講角位移檢測原價與速度檢測元件和伺服電機做成一個整體時則無需考慮位置檢測的安裝。并具有簡單而友好的編程界面，保證了生產(chǎn)的快速進行，優(yōu)化了機床的使用。 最后從性價比和實用性考慮，對數(shù)控系統(tǒng)作了選擇。10v 的接口用于連接主軸驅動； 本科畢業(yè)設計 19 SINUMERIK 802S base line 的控制軟件已經(jīng)存儲在數(shù)控部分的 FlashPROM(閃存 )上， Toolbox 軟件工具 (調(diào)整所用的軟件工具 )包含在標準的供貨范圍內(nèi)。兩個變壓器的初級不可以接入到 380VAC的同一相。懸空和高阻信號均為 “0” 電平。 表 32 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 X100 硬限位 X+ 輸 出 信 X200 主軸正傳 CW 硬限位 Z+ 主軸反轉 CCW X 向參考點開關 冷卻控制輸出 本科畢業(yè)設計 22 號 Z 向參考點開關 號 未定義 硬限位 X 刀架正傳 CW 硬限位 Z 刀架反轉 CCW 過載 未定義 急停按鈕 未定義 X101 硬限位 Z X201 未定義 過載 未定義 急停按鈕 未定義 刀架信號 T1 未定義 刀架信號 T2 主軸制動 刀架信號 T3 未定義 刀架信號 T4 未定義 未定義 未定義 X102~X105 未定義 接口連接 電源端子的連接 (Xl) 系統(tǒng)工作電源為直流 24V 電源，接到接線端子 Xl上。 表 34 插座 X6 的引腳分配 引腳 信號 信號含義 信號類型說明 引腳 信號 信號含義 信號類型說明 1 . 9 M 電源接地 電壓輸出 2 . 10 Z 零脈沖信 號 5V 輸入信號 3 . 11 Z _N 零脈沖信號 5V 輸入信號 4 P5 _MS 電源 + 電壓輸出 12 B_N B向信號 5V 輸入信號 5 . 13 B B向信號 5V 輸入信號 6 P5 _MS 電源 + 電壓輸 出 14 A_N A向信號 5V 輸入信號 7 M 電源接地 電業(yè)輸出 15 A A向信號 5V 輸入信號 8 . 本科畢業(yè)設計 24 圖 36 步進及主軸驅動器與 802S base line 的連接 表 35 電纜分配 CNC側 電纜 驅動側 引腳 中芯顏 色 驅動軸 引腳 5 黑 X軸 P1 38 棕 P1N 6 紅 D1 39 橙 D1N 18 黃 E1 19 綠 E1N 40 白 /灰 Y軸 P2 7 棕 /黑 P2N 41 藍 D2 8 紫 D2N 20 灰 E2 21 白 E2N 9 白 /黑 Z軸 P3 42 白 /棕 P3N 10 棕 /紅 D3 43 棕 /橙 D3N 26 白 /紅 E3 27 白 /橙 E3N 17 白 /黃 主軸 9 50 白 /綠 65 4 白 /藍 14 37 白 /紫 36 本科畢業(yè)設計 25 手輪接口（ X10） 通過手輪接口 X10 可以在外部連接兩個電子手輪。若采用常開邏輯，則當 P24 端子到 PLC輸入點線路接觸不良或開路時會造成 SQ5 無圖 37 X20 接線圖 本科畢業(yè)設計 26 效 (即便是 SQ5閉合 )，從而會導致機床出現(xiàn)重大事故。 圖 310 X200 接線圖 圖 311 X201 接線圖 步進電機的連接 步進驅動器與步進電機的連接如圖 312 所示。在調(diào)試時需按照所使用電機的扭矩設定驅動器的驅動電流。 M3為冷卻泵電機，其控制信號來自數(shù)控系統(tǒng) PLC 輸出口 。 已知參數(shù)： 加工最大直徑：在床面上 ? 320mm ，在床鞍上 ? 175mm 加工最大長度： 700mm 溜板及刀架重力： 橫向 500N 縱向 800N 本科畢業(yè)設計 32 刀架快速移動速度： 橫向 最大進給速度： 橫向 主電動功率： 起動加速時間： 25ms 機床定位精度： ? mm 控制坐標數(shù)： 2 最小指令值： 刀具補償量： 自動升降速性能： 有 機床的外形尺寸： （長 寬 高）