【正文】 本章小結(jié) 本章首先從數(shù)控化改造后車床應(yīng)實現(xiàn)的功能出發(fā)，闡述了車床數(shù)控化改造的總體方案。 第 3 章 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)特點 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)集成了所有的 CNC， PLC， HMI， I/O 于一個單 一的部件，其主要特點如下： 獨立于其他部件進行安裝。系統(tǒng)不再需要電池，免維 護設(shè)計。 圖 31 控制變壓器 本科畢業(yè)設(shè)計 20 圖 32 驅(qū)動變壓器 (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，但此時任何與 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 31所示。 表 31 負載電源電氣參數(shù) 參 數(shù) 最小值 最大值 單位 條 件 電壓平均值 V 波動性 V 非周期性過壓 35 V 500ms 持續(xù)時間； 50s 恢復(fù)時間 額定消耗電流 A 啟動電源 4 A 數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接及 接口設(shè)計 SINUMERIK 802S base line 控制器與步進驅(qū)動 STEPDRIVEC/C? 和步進電機的連接如圖 33 電源波形 本科畢業(yè)設(shè)計 21 圖 34所示。其 CNC 一側(cè)端子分配如表 33所示。 X10 有 10 個接線端子，引腳說明見表 36。而采用常閉邏輯 (負邏輯 )，則可避免事故的發(fā)生。 本科畢業(yè)設(shè)計 28 圖 312 步進驅(qū)動器與步進電機的連接 回參考點配置 為了使系統(tǒng)在開機以后能夠立即精 確地識別機床零點，必須使系統(tǒng)與進給軸的位置測量系統(tǒng)進行同步，該過程就是所謂的回參考點過程。設(shè)定方法如圖 314 所示。 本科畢業(yè)設(shè)計 30 圖 315 主電路圖 交流控制電路如圖 317， RC RC5 和 RC6 為單相滅火器， M4和 M5 為兩點柜風(fēng)扇，線路電壓為 AC110V。現(xiàn)分述如下： 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 根據(jù)機床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向 ，橫向： /步。再接下來闡述了各軸接近開關(guān)的配置方法和步進電機驅(qū)動電流的設(shè)定方法。 L 是為改善功率因素而使用的交流電抗器。為了提高返回參考點的速度、精度和可靠性，決定采用雙開關(guān)方式，如圖 313 所示。當(dāng)某一刀位處于工作位置時，其位置傳感器 (霍爾元件 )輸出低電平，其余三個刀位的霍爾元件輸出處于懸空狀態(tài)，沒有電平輸出。 表 37 高速輸入接口 X20 引腳 信號 說明 引腳 信號 說明 1 RDY1 NC Ready 使用觸點 1 6 HI_4 2 RDY1 NC Ready 使用觸點 2 7 HI_5 3 HI_1 X軸參考點脈沖 8 HI_6 4 HI_2 Y軸參考點脈沖 9 . 5 HI_3 Z軸參考點脈沖 10 M 接地 數(shù)字輸入端的連接（ X100 和 X101） PLC 數(shù)字輸入接口 X100 的接線如圖 38 所示， SQ SQ SQ SQ SQ9 和 SQ10分別為 X+硬限位、 Z+硬限位、 X－硬限位、 Z－硬限位、 X軸參考點減速開關(guān)、 Z軸參考點減速開關(guān)， FR1FRI、 FR2 和 FR3 為熱繼電器的常開觸點，當(dāng)主電機、刀架電機或冷卻泵電機過載時將閉合，其產(chǎn)生的過載信號從 數(shù)字輸入口輸入。所連接的編碼器應(yīng)為 5V 增量式編碼器。PTP” — 集成 PLC 實例應(yīng)用程序，我們在定義系統(tǒng)輸入輸出接口的時候，可以與廠家提供的 PLC 實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 “SAMPLE178。因此我們選與廣州 GSK980 配套的 24V 直流穩(wěn)壓電源。在每一個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。為了方 便安裝，輸入輸出采用可移動的螺絲夾緊端子，該端子可用普通的螺絲刀來緊固； SINUMERIK 802S base line 可控制三個進給軸和一個伺服主軸或變頻器。為使加工過程中能夠自動換刀，改造中采用了自動刀架來替換原有四方刀架，本章闡述了自動刀架的安裝方法。外觀如圖 214 所示。半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。 數(shù)控系統(tǒng)的類型及品牌選擇 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)的類型分類如下： 本科畢業(yè)設(shè)計 17 (1)步進電機驅(qū)動的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。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)耐負荷變形可提高 5倍； (2)剛性提高 4～ 5倍； (3)熱膨脹系數(shù)減小 1／ 3— 1／ 2； (4)導(dǎo)熱率提高2倍； (5)硬度提高 10％； (6)抗壓強度增加 2～ 3倍。內(nèi)置的 4只霍爾元件檢測刀位位置，電動機反轉(zhuǎn)完成刀具定位鎖緊。這種方法適合直徑較大，有充分安裝螺釘空間的圓柱齒輪。因此決定采用柔性調(diào)整法中的雙片齒輪錯齒消隙法和周向彈簧調(diào)整法。右端仍利用原支承橫向進給絲杠的滑動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。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動，三點支承。m 2 容許 偏心 mm 容許 偏角 (176。固定螺釘型是將螺釘押入軸內(nèi)進行安裝的連接方式。主軸通過主軸箱中 58/58 和 33/33 兩級齒輪 (實現(xiàn)傳動比 l：1)把動力傳遞給掛輪軸 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相圖 22 三菱 變頻器外形圖 本科畢業(yè)設(shè)計 10 連，悶頭 4通過過盈配合與 主軸箱內(nèi)軸 X連接，如圖 2 24 所示。而且無反饋矢量控制方式能夠克服 U／ f控制方式的缺點，因本科畢業(yè)設(shè)計 9 此可以說，是一種最佳選擇。因此，就切削精度而言，選擇 U／ f恒定控制方式是能夠滿足要求的。即由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅(qū)動異步電動機實現(xiàn)主軸無級變速。車床總體改造如圖 21所示。最后介紹了本課題所研究的內(nèi)容。如日本的大企業(yè)中有 26%的機床經(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，為世界各地提供機床數(shù)控化改造服務(wù)。我國具有自主版權(quán)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。 1965 年，國內(nèi)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 CJK18 型晶體管數(shù)控系統(tǒng)、 X53IG 立式數(shù)控銑 床及 YK53 數(shù)控非圓齒輪插齒機。 開放式體系結(jié)構(gòu) 由于數(shù)控技術(shù)中大量采用計算機新技術(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。 MTBF 大于 3000 小時，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機床構(gòu)成的無人化工廠差別就大多了，若只對一臺數(shù)控機床而言，如果主機與數(shù)控系統(tǒng)的時效率之比為 10： 1 的話 (數(shù)控系統(tǒng)的可靠性比主機高一個數(shù)量級 )，則此時數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 就要大于 小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的 MTBF 就必須大于 10 萬小時。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。與普通機床相比，數(shù)控機床能夠自動換刀、自動變更切削參數(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。 主傳動系統(tǒng)的改造 .................................................................................................. 8 主軸無級變速的實現(xiàn) .................................................................................... 8 主軸脈沖編碼器的安裝 ................................................................................ 9 縱橫向進給傳動系統(tǒng)的改造 ................................................................................ 11 縱向 （ Z 方向） 進給傳動系統(tǒng)的改造 ...................................................... 11 橫向 （ X 方向） 進給系統(tǒng)的改造 .............................................................. 13 齒輪傳動間隙的消除 .................................................................................. 13 刀架部分的改造 .................................................................................................... 15 導(dǎo)軌的改造 .................................................................................................................... 16 導(dǎo)軌的改造 數(shù)控系統(tǒng)的類型及品牌選擇 ............................................................ 16 數(shù)控系統(tǒng)的類型 .......................................................................................... 16 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 .......................................................................................... 17 本章小結(jié) ................................................................................................................ 18 第 3 章 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 ............................................................................. 18 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)特點 ........................................................... 18 電柜設(shè)計及電源選用 ............................................................................................. 19 數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接及接口設(shè)計 .......................................................................... 20 系統(tǒng)的接線 .................................................................................................. 20 PLC 輸入輸出接口定義 .............................................................................. 21 接口連接 ..................................................................................................... 22 步進電機的連接 ....................................................................................................... 27 回參考點配置 ....................................................................................................... 28 驅(qū)動電流設(shè)定 .......................................................................................................