【正文】 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 21 頁(yè) 則 9 )01372t a n( 372t a n)t a n(t a n0 ???? ???? ? ??? ?? 2）剛度驗(yàn)算?？筛鶕?jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算，縱向?yàn)槿切螌?dǎo)軌，則 )( GFfKFF ZXm ??? 式中 XF —— 切削分力（ N）； K —— 顛覆力矩影響的試驗(yàn)系數(shù)， ?K ； f —— 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因數(shù)， ??f ，取 ?f ； G —— 溜板及刀架重力， NG 1000? 。 ② 滾珠循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)。 運(yùn)動(dòng)邏輯狀態(tài) :刀具到位識(shí)別， 液壓 卡盤(pán)夾緊，主軸超速，機(jī)床原點(diǎn)，越位限制等。 數(shù)控系統(tǒng)與進(jìn)給控制模塊間信息 傳輸 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出 :設(shè)定值。面板與系統(tǒng)采用光纖連接，結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點(diǎn)要求，在機(jī)床立板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。 GSK980TA1 數(shù)控系統(tǒng)外圍接口棋塊如下 : (1)RS232 通訊接口。有工藝參數(shù)語(yǔ)句。 ② 剛性攻絲 :Z 軸進(jìn)給與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步，不用彈簧卡頭實(shí)現(xiàn)攻絲，從而提高了螺紋的加工精度。根據(jù)報(bào)警號(hào)可由說(shuō)明書(shū)中查出錯(cuò)誤原因，報(bào)警表是多年經(jīng)驗(yàn)的積累，幾乎所有的編程錯(cuò)誤都可從該表中查出。其中的柔性變速比可設(shè)定電機(jī)與滾珠絲杠及位置 反饋傳感器 (脈沖編碼器 )之間的齒輪傳動(dòng)比。 (3)DNC2:它可使 8 臺(tái) CNC 機(jī)床與主計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程相連，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)床的加工監(jiān)控與管理。此后加工一段讀入一段，直至結(jié)束。 主軸控制用單獨(dú)的 CPU控制，處理器為 TMS320。aT：與主軸直連型。由于有這些控制，使 GSK980TA1 系統(tǒng)運(yùn)行可靠、快速、平穩(wěn)、精度高。除此之外，還可接成雙位置反饋，即同時(shí)具有上述 2 個(gè)閉環(huán)。根據(jù)其負(fù)載特性和快速性分為 :a(標(biāo)準(zhǔn)型 )、 am(高加速特性 )、 ac(經(jīng)濟(jì)型 )和aL(低慣量型 )。 梯形圖可用下述兩種方法編制： ① 用專(zhuān)用的編輯卡利用 LCD 液晶顯示畫(huà) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 12 頁(yè) 面在系統(tǒng)上現(xiàn)場(chǎng)編制。 GSK980TA1 系統(tǒng)有圖形顯示功能： ① 對(duì)編制的加工程序進(jìn)行加工前的圖形模擬，模擬刀尖的軌跡或加工件的三維實(shí)體形狀 :② 在加工過(guò)程中顯示刀尖的軌跡，使操作員能夠監(jiān)視切削過(guò)程。梯形圖 PLC 程序在屏幕上的動(dòng)態(tài)顯示，方便了最終用戶的維修。定義的固定循環(huán)并使用戶很方便地根據(jù)其加工特性進(jìn)行編寫(xiě)自己的固定循環(huán)，用戶集成的 G 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 11 頁(yè) 代碼功能 。除上述這些板外，還有圖形控制板、 PMCM板、遠(yuǎn)程緩沖器 (REMOTE BUFFER)板，這些板用戶可根據(jù)自身要求選訂。其控制板裝在 CNC 單元內(nèi)，插在主板上，即 CNC 單元與進(jìn)給伺服為一體化設(shè)計(jì)。主 CPU 用于系統(tǒng)主控，原來(lái)用 80386，從 1998 年起改用 80486/DX2。用戶可以把 +24V 穩(wěn)壓電源放在電氣柜內(nèi)，從而大大提高了整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的可命性能。 (2)大規(guī)模及超大規(guī)模的專(zhuān)用集成電路芯片： GSK980TA1系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制 造的高度集成的專(zhuān)用功能芯片。 目前市場(chǎng)上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如 FANUC、西門(mén)子、 GSK980 等都配置有車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車(chē)、削加工的大部分工作，并具有價(jià)格低廉、可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示： 圖 21 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床總體結(jié)構(gòu)框圖 改造后機(jī)床的特點(diǎn) (1)具有與原機(jī)床一致的剛度與強(qiáng)度 . (2)具有與原機(jī)床一致的加工范圍。 ③ 倒角 /倒圓角 在程序中直接指令倒角長(zhǎng)度或倒圓角的半徑等尺寸，簡(jiǎn)化了部件加工程序的編制。 （ 2）計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)的 選擇。 5） 最大進(jìn)給速度：縱向： ，橫向： 。事實(shí)證明 ：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。近 10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 ～ 萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為 18 億元。因此無(wú)論是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國(guó)外先進(jìn) 水平有很大的差距。 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物 ,是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。 本 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)包括： 緒 論、總體設(shè)計(jì)方案的擬定、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤(pán)安裝等 部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、 大 批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工 大 批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。所以 采用此方法對(duì)中、小型企業(yè)來(lái)說(shuō)是十分理想的選擇 。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機(jī)械制造工業(yè)。 這種現(xiàn)象 的出現(xiàn) ,除了有經(jīng)營(yíng)上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷(xiāo)手段上等原因 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 2 頁(yè) 外 ,一個(gè)主要的原因是我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn) ,新產(chǎn)品 (包括基型、變型和專(zhuān)用機(jī)床 )的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng) ,從而不能及時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。 (5)由于長(zhǎng)期以來(lái)形成的設(shè)計(jì)、工藝和制造部門(mén)分立 ,缺乏有效的協(xié)同開(kāi)發(fā)的模式 ,不能從制訂方案開(kāi)始就融入各方面的正確意見(jiàn) ,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改 ,延長(zhǎng)了開(kāi)發(fā)的周期。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 2） 最大加工長(zhǎng)度： 100mm。 總體方案的確定 （ 1）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式和伺服控制系統(tǒng)的選擇。 GSK980TA1 以最高的集成度、簡(jiǎn)易的操作、簡(jiǎn)單的編程命令，實(shí)現(xiàn)高速、高精及高可靠性，可匹配手脈（電子手輪）及手持單元、伺服主軸、六鑫刀架（帶就近換刀）等，具有中高性能數(shù)控系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格，是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的最佳選擇。（一般數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間≤100K ，程序數(shù)量 ≤100 個(gè)。 光電 隔離 功率 放大 光電 隔離 功率 放大 微 機(jī) 伺服 電動(dòng)機(jī) Z 向 伺服 電動(dòng)機(jī) X 向 床鞍及拖板 中滑板 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 8 頁(yè) 第 3 章 數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì) 由于本車(chē)床經(jīng)改造后成為一臺(tái)專(zhuān)用數(shù)控車(chē)床，專(zhuān)用于加工車(chē)削軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)零件，因而用廣數(shù) GSK980TA1 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本數(shù)控系統(tǒng)功能。 常年的工作考臉證明 GSK980TA1 系統(tǒng)是可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一，它能在一般車(chē)間環(huán)境下運(yùn)行。主軸控制信號(hào)的傳送使用光纜，使信號(hào) 減少 受外界 來(lái)的 干擾?；九渲糜兄靼?、存儲(chǔ)器板、I/O 板、伺服軸控制板和電源。 CMOSRAM 與 電池相連，關(guān)機(jī)時(shí)保存信息。 TD 系統(tǒng)為 4軸 (最大配里 )控制， 2軸聯(lián)動(dòng)，只用一塊伺服板。 (7)軸轉(zhuǎn)接模塊 GSK980TA1 提供了軸轉(zhuǎn)接模塊，機(jī)床的編碼器和到伺服的線路可以直接聯(lián)到此模塊，通過(guò)它再和數(shù)控系統(tǒng)的軸板進(jìn)行連接。 GSK 的螺距補(bǔ)償為線性補(bǔ)償，補(bǔ)償中僅把相應(yīng)的拐點(diǎn)坐標(biāo)值輸入即可。 GSKCC 軟件 Windows 環(huán)境并運(yùn)行在 PC計(jì)算機(jī)?；局噶顬?2 進(jìn)制位的邏輯運(yùn)算，功能指令主要有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)變換、譯碼和代數(shù)運(yùn)算。 PMCM為專(zhuān)用處理機(jī)，徽處理器為 80186，專(zhuān)用一塊板，插在主 板上，處理時(shí)間為 2us 步，最大步數(shù)為 8000 步。 電機(jī)軸上裝有脈沖編碼器，每轉(zhuǎn)發(fā)出 65536 個(gè)脈沖 (經(jīng)電路倍頻 )，用做位 置反饋和速度反饋。 ROM 中存儲(chǔ)的控制程序主要有同步電機(jī)的快速響應(yīng)矢量 控制、 IP 調(diào)節(jié)器、速度和位里的反饋控制、前饋和提前前饋控制和狀態(tài)觀測(cè)器。a:標(biāo)準(zhǔn)型，恒功 率調(diào)速范圍 4:1。因此需要控制主軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)位，輪廓控制時(shí)要與其它軸插補(bǔ)。最快的傳送速率為 9600bps。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 14 頁(yè) ② 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的加工程序是按 2 進(jìn)制編制的。為方便用戶，可提供宏指令庫(kù)。 (2)主軸參數(shù)設(shè)定 :輸入主軸電機(jī)的代碼及初始化位即可設(shè)定好主軸電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，電機(jī)即可穩(wěn)定運(yùn)行。 CRT 可顯示梯形圖，在該圖上可以檢查機(jī)床強(qiáng)電信號(hào)的工作?？捎脜?shù)設(shè)定為其 1/10.⑥ 加工程序的后臺(tái)編輯 :自動(dòng)切削過(guò)程中可以編 輯新的程序。選用 IOO Opmr 的編碼器，由于主軸 大齒輪為 128 齒 (m=5)，故編碼器前端齒輪選用 20 齒，其速比為:1,則主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器將返回 6400 個(gè)脈沖，經(jīng)四分頻后，每轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖為 25600，分辨率為 秒 /脈沖，完全滿足數(shù)控系統(tǒng)對(duì) C 軸的反饋精度要求。輸出信號(hào)主要用于主軸的轉(zhuǎn)速控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)或停止控制，主軸的冷卻液的開(kāi)、閉控制，刀架正、反控制等，另外，輸入模塊除接受一般的 24VDC 開(kāi)關(guān)量外，還可 以接三線式的接近傳感器信號(hào)。 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)信息的傳輸 數(shù)控系 統(tǒng)與功能模塊間的數(shù)據(jù)交換可方便地利用總線進(jìn)行，系統(tǒng)中總線上的數(shù)據(jù)信息傳遞是通過(guò)公共數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的，如數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入進(jìn) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 17 頁(yè) 給控制模塊的公共數(shù)據(jù)區(qū)，供模塊內(nèi) CPU 隨時(shí)讀取，同樣進(jìn)給控制模塊 CPU發(fā)出數(shù)據(jù)信息也要寫(xiě)入公共數(shù)據(jù)區(qū)，供數(shù)控系統(tǒng)隨時(shí)讀取。 數(shù)控系統(tǒng)與輸入輸出模塊間信息傳輸 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出 :主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定值。 要求：經(jīng)濟(jì)、易調(diào)試、穩(wěn)定。 方案：選用雙螺母墊片式預(yù)緊。 CDM4006— 5 型號(hào)滾珠絲杠具體參數(shù)見(jiàn)表 5— 1。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 22 頁(yè) 表 5— 2 有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差 pe 和行程變動(dòng)量 upV 有效行程 mmlu/ 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 大于 至 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 800 1000 11 9 15 13 21 17 29 25 40 33 3）穩(wěn)定性校核。根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn) 矩可按下式估算： mNmNiPFT imm ??????? ???? ? 30 0??? 若不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ? mq TT ? 取安全系數(shù)為 ，則 mNmNTT mq ????? 0 查《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》，根據(jù)加工要求選擇伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 m ax??jqTT? ，則 mNmNTT qj ????? 5 a x ? 2）初選伺服電機(jī)型號(hào)。 由動(dòng)力學(xué)可知： ?Fa JT ?max 其中， tn30??? ， t 為加速度時(shí)間常數(shù)， smst ?? ，0maxPivn? 。 NNF Z 1 7 2 83 4 5 621 ??? 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，其經(jīng)驗(yàn)公司為 ZYZX FFFF , ?? 式中 XF —— 橫切端面的進(jìn)給力； YF —— 背向力。 表 5— 4 CDM2020— 5型號(hào)滾珠絲杠具體參數(shù) 公稱(chēng)直徑/mm 導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 螺紋底徑/mm 額定載荷 /N 接 觸 剛度 /(N/um ) 0d 0P WD 1d 2d aC aC0 20 4 10639 28722 1178 螺母安裝連接尺寸 /mm D 1D 3D 4D B 5D 6D h L 1L C A M 40 — 66 53 11 10 6 100 39 4 3 M6 （ 6）滾珠絲杠的驗(yàn)算 1）傳動(dòng)效率計(jì)算。要使?jié)L 珠絲杠不失穩(wěn)的條件是：臨界負(fù)載荷 maxFFk ? 。查廣州數(shù)控進(jìn)給伺服電機(jī)相關(guān)型號(hào)及信息，根據(jù)估算出來(lái)的最大靜轉(zhuǎn)矩 mNTj ?? ，可初選 80SJTM032C 型伺服電機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)矩為 mN? ， 基本可滿足要求。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 第 32 頁(yè) 則 m in/3 7 5m in/4 5 0 0 rrn ??? mNmNT a ???? ???? ? 1 7 6 4m a x mNmNiG f PT if ??????? ????? ? 30 0??? mNmNiPFT i ??????? ???? ? 30 000 ??? 式中 0F —— 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 NNFF m ???? 則 mNmNTTTT faq ????????? 0 6 3 ) 7。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式計(jì)算。 464dI ?? ，其中 )( 0 WDdd ?? 0d —— 滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑， cmmmd 2200 ?? ； WD —— 滾珠絲杠的滾珠直徑， cmmmD W 2 3 8 8 ?? 。 則 )01463t a n ( 463t a n)t a n (t a n0 ???? ????