【正文】 29 主控電路的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 29 本章小結(jié) ............................................................................................................... 30 第 4 章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................. 31 確 定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 ............................................................................................... 32 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 計(jì)算切削力 ........................................................................................................... 32 縱車外圓 ..................................................................................................... 32 橫切端面 ..................................................................................................... 32 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 ............................................................................ 33 縱向進(jìn)給絲杠 ............................................................................................. 33 橫向進(jìn)給絲桿 ............................................................................................. 35 縱向及橫向滾珠絲杠副的幾何參數(shù) ......................................................... 37 貼塑導(dǎo)軌的應(yīng)用 ..........................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 （ 1）高速、高效 機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。1~ ? m。 (3)柔性化和集成化 數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn) (數(shù)控單機(jī)、加工中心和控復(fù)合加工機(jī)床 )、線 (FMC、 FMS、 FTL、 FML)向面 (工段車間獨(dú)立制造島、 FA)、體 (CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。這種虛擬軸數(shù)控機(jī)床用軟件的復(fù)雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，開拓了數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新領(lǐng)域； (3)以計(jì)算機(jī)輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫(kù)、因特網(wǎng)等為主體 的制造信息支持技術(shù)和智能化決策系統(tǒng)對(duì)機(jī)械加工中海量信息進(jìn)行存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理。改革開放以來，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)發(fā) 展迅速，取得了更為喜人的成果。目前批量投入市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，具有性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)，正在改變國(guó)外強(qiáng)手在中國(guó)市場(chǎng)上的壟斷局面。由此可見，我國(guó)目前仍然以生產(chǎn)普通機(jī)床為主，因此機(jī)床設(shè)備的數(shù)控化改造將會(huì)長(zhǎng)期存在，據(jù)中國(guó)機(jī)電裝備維修與改造技術(shù)協(xié)會(huì)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)每年大約有 10 萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床需要改造，維修改造的市場(chǎng)前景十分廣闊。要實(shí)現(xiàn)以上功能，確定總體改造方案如下 : (1)拆除原車床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。采用方式二需要重新購(gòu)買主軸伺服電機(jī)，另外主軸箱也要做相應(yīng)的改造以安裝伺服電機(jī)。 另外，變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止。所以，除非對(duì)加工精度有特殊要求，一般沒有必要選擇此種控制方式。 主軸脈沖編碼器 的 安裝 為了使改造后的數(shù)控車床能自動(dòng)加工螺紋，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，其目的是用來檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，通過主軸 → 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)。此方式對(duì)連接件制造精度及安裝精度有較高的要求，否則，同軸度誤差的影 響，會(huì)引起主軸編碼器發(fā)生偏扭而造成信號(hào)不準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)損壞光柵盤。鎖緊時(shí)使用扭力扳手，緊固轉(zhuǎn)矩為 1Nm?？v向步進(jìn)電機(jī) 1 通過一對(duì)減速齒輪 2 把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠 3，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái) 4 做往復(fù)移動(dòng)。 1支架 2絲杠托架 3縱向滾珠絲杠 4絲杠防護(hù)罩 5大托板 6過渡板 圖 28 縱向滾珠絲杠裝配圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 29 縱向滾珠絲杠安裝實(shí)物圖 橫向 （ X 方向） 進(jìn)給系統(tǒng)的改造 橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承的形式，也通過雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖 210 所示。因此，必須消除齒側(cè)間隙。齒輪 1的端面還有另外四 2— 薄齒輪 8— 凸耳 4— 彈簧 6— 螺母 7— 調(diào)節(jié)螺釘 圖 211 雙圓柱薄片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu) 個(gè)通孔，凸耳 8可以在其中穿過。這種結(jié)構(gòu)適合齒輪直徑偏小，安裝空間較小的情況下。電動(dòng)刀架的安裝較為方便，安裝時(shí)須注意以下兩點(diǎn)： (l)電動(dòng)刀架的兩側(cè)面與原車床縱、橫向的進(jìn)給方向平行； (2)電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線在安裝時(shí)應(yīng)合理，以免加工時(shí)切屑、冷卻液及其它雜物磕碰電動(dòng)刀架連線。用重物加壓或扣壓于床身導(dǎo)軌上，加壓均勻，壓強(qiáng)通常為 — 。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。 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)功能過剩，同時(shí)考慮到原車床的精度和改造的成本、周期、難易程度等各方面因素，決定采用以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件、開環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)性考慮，主軸采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，車床上原有的主軸電機(jī)可以保留。堅(jiān)固而又節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，使它可以安裝到最方便用戶的位置； 操作面板提供了所有的數(shù)控操作，編程和機(jī)床控制動(dòng)作的按鍵以及 8 英寸 LCD顯示器，同時(shí)還提供 12個(gè)帶有 LED 的用戶自定義鍵。采用電容防止掉電引起的數(shù)據(jù)丟失。 24VDC 電源選用 CNC 控制器采用 24V 直流供電，系統(tǒng)可在 24V15%到 +20%之間正常工作。連接電纜必須使用屏蔽電纜。 通訊接口 RS232 的連接 (X2) 在使用外部 PC/PG 與 GSK980TD 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 (WinPCIN)或編寫 PLC 程序時(shí)，使用RS232 接口，各引腳如圖 35 所示。 表 36 高速輸入接口 X20 引腳 信號(hào) 說明 引腳 信號(hào) 說明 1 A1+ 手輪 1 A 相 + 6 GND 電源接地 2 A1 手輪 1 A 相 7 A2+ 手輪 2 A 相 + 3 B1+ 手輪 1 B 相 + 8 A2 手輪 2 A 相 4 B1 手輪 1 B 相 9 B2+ 手輪 2 B 相 + 5 P5V ＋ 5VDC 10 B2 手輪 2 B 相 高速 輸入接口（ X20） 通過接線端子 X20 可以連接 3 個(gè)接近開關(guān)，其引腳說明見表 37。因?yàn)楫?dāng) P24 端子到 P LC 的輸入點(diǎn)之間的線路出現(xiàn)開路或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)床會(huì)立即報(bào)警，這樣就保證了機(jī)床只有在電路連接良好的情況下才能正常運(yùn)行，提高了機(jī)床的安全性。對(duì)于使用步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給軸，盡管沒有測(cè)量系統(tǒng)，但也必須有回參考點(diǎn)過程。 圖 314 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)定方法 主控電路的設(shè)計(jì) 電氣控制線路主電路如圖 316 所示， QF1QF4 為空氣開關(guān)， FU 為熔斷器，對(duì)電路實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。 圖 316 交流控制電路圖 本章小結(jié) 本章首先論述了 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)，從安全性和可靠性出發(fā)，確立了電柜設(shè)計(jì)及電源選用原則，闡述了數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接方法。 計(jì)算切削力 縱車外圓 主切削力 zF （ N）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 NDF Z 3 8 3 53 2 06 7 5..15..1m a x ???? 按切削力各分力比例： ::1:: ?Yxz FFF NFF zx ??? ??? zy FF N 橫切端面 主切削力 ?zF (N)可取縱切力的 1/2 NFF zz 1 9 1 821 ??? 此時(shí)走刀抗力為 : ?yF (N)，吃刀抗 力為 ?xF (N)，仍按上述比例粗略計(jì)算 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 ::1:: ???? yxz FFF NFF zy 4 8 ????? NFF zx 77 ????? 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 縱向進(jìn)給絲杠 mF （ N） 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給分力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩檫力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。PTP” 中的接口定義保持一致，其目的是為了利用廠家提供的 PLC 實(shí)例程序，這樣就無需自編 PLC 程序，所要做的工作只是設(shè)定一下 PLC 機(jī)床參數(shù)。 FR1 為熱繼電器，對(duì)主軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)， RC1 為三相滅弧器，構(gòu)成三相負(fù)載的阻容吸收回路，能夠抑制接觸器吸合釋放時(shí)的干擾噪聲。返回參考點(diǎn)的配置形式有兩種：別為雙開關(guān)方式和單開關(guān)方式。 SQ SQSQ3 和 SQ4 為四個(gè)霍爾式接近開關(guān)，分別對(duì)應(yīng)于刀架的四個(gè)工位。如圖 37 示， SQ1 SQ12 分別為 X 軸、 Z 軸回參考點(diǎn)接近開關(guān)（霍爾式、 PNP 型常開、有效電平為 DC24V），分別接入高速輸入接口 X20 的 3號(hào)管腳 HI_3 和 5 號(hào)管腳 HI_3。 表 33 電源端子 X1 端子分配 端子號(hào) 信號(hào)名 說明 1 PE 保護(hù)地 2 M 0V 3 P24 直流 24V 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 RxD— 數(shù)據(jù)接收 TxD— 數(shù)據(jù)發(fā)送 RTS— 發(fā)送請(qǐng)求 CTS— 發(fā)送使能 DTR— 備用輸出 DSR— 備用輸出 M— 接地 圖 35 通訊接口 RS232 與 PC 的連接 主軸測(cè)量系統(tǒng)的連接（ X6） X6 作為主軸編碼器接口使用，用于把主軸的旋轉(zhuǎn)角度反饋給 802S base line，其引腳分配如表 34所示。 圖 34 數(shù)控系統(tǒng)接線圖 PLC 輸入輸出接口定義 SINUMERIK 802S base line 在出廠時(shí)已經(jīng)預(yù)裝了 “SAMPLE178。 24V 直流電作為低壓電源必須具有可靠的電隔離特性，其電氣參數(shù)如表 31 所示。系統(tǒng)軟件面向車床和銑床應(yīng)用，并可單獨(dú)安裝。輸出同時(shí)工作系數(shù)為 時(shí)負(fù)載能力可達(dá) 。為避免進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生反向失動(dòng)量，對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速齒 輪必須消除間隙，本章闡述了消隙齒輪的結(jié)構(gòu)。目前，各個(gè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的數(shù)控指令格式差異較大，為了使改造后的車床能真正發(fā)揮其用處，最后決定采用西門子經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，最終確定數(shù)控系統(tǒng)品牌為 SINUMERIK 802S base line SINUMERIK 802S base line 是專門為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型 CNC 控制系統(tǒng)。 (3)交 /直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。軟帶粘接后約 24小時(shí)固化 (環(huán)境溫度 15℃以上 )，可清除余膠，切去軟帶工藝余量，并倒角；對(duì)軟帶進(jìn)行開油槽和刮研，油槽深度可為軟帶厚度的 1／ 2— 2／ 3，油槽離開軟帶邊緣至少 6mm以上，刮研要求達(dá)到與導(dǎo)軌面接觸面積為：全長(zhǎng)不少于 75％，全寬上不少于 50％。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，增加耐磨性，提高機(jī)床的穩(wěn)定性，提高機(jī)床的防爬行和吸振性能，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來改造。根據(jù)車床的型號(hào)及主軸中心高度，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 LD4CK6132 型電動(dòng)刀架，該刀架內(nèi)帶 90W 三相交流異步電 動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)選刀。彈簧的拉力使薄片齒輪 1和 2錯(cuò)位，即兩個(gè)薄齒輪的左、右齒面分別緊貼在厚齒輪齒槽的左、右齒面上，消除了齒側(cè)間隙。剛性調(diào)整法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償，柔性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙仍本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 可自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法?？拷僮髡咭欢?，布置一根支