【正文】 29 主控電路的設計 ................................................................................................... 29 本章小結 ............................................................................................................... 30 第 4 章 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算 ............................................................. 31 確 定系統(tǒng)脈沖當量 ............................................................................................... 32 本科畢業(yè)設計 2 計算切削力 ........................................................................................................... 32 縱車外圓 ..................................................................................................... 32 橫切端面 ..................................................................................................... 32 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 ............................................................................ 33 縱向進給絲杠 ............................................................................................. 33 橫向進給絲桿 ............................................................................................. 35 縱向及橫向滾珠絲杠副的幾何參數(shù) ......................................................... 37 貼塑導軌的應用 ..........................................................................錯誤 !未定義書簽。 （ 1）高速、高效 機床向高速化方向發(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量和精度。1~ ? m。 (3)柔性化和集成化 數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點 (數(shù)控單機、加工中心和控復合加工機床 )、線 (FMC、 FMS、 FTL、 FML)向面 (工段車間獨立制造島、 FA)、體 (CIMS、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。這種虛擬軸數(shù)控機床用軟件的復雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機床機構的復雜性，開拓了數(shù)控機床發(fā)展的新領域； (3)以計算機輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫、因特網(wǎng)等為主體 的制造信息支持技術和智能化決策系統(tǒng)對機械加工中海量信息進行存儲和實時處理。改革開放以來，我國數(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。目前批量投入市場的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，具有性能價格比的優(yōu)勢，正在改變國外強手在中國市場上的壟斷局面。由此可見，我國目前仍然以生產(chǎn)普通機床為主，因此機床設備的數(shù)控化改造將會長期存在，據(jù)中國機電裝備維修與改造技術協(xié)會有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國每年大約有 10 萬臺普通機床需要改造，維修改造的市場前景十分廣闊。要實現(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買主軸伺服電機，另外主軸箱也要做相應的改造以安裝伺服電機。 另外，變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動機的正轉、反轉及停止。所以，除非對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)控車床能自動加工螺紋，須配置主軸脈沖編 碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件，其目的是用來檢測主軸轉角的位置，通過主軸 → 脈沖編碼器 → 數(shù)控系統(tǒng) → 步進電機的信息轉換系統(tǒng)，實現(xiàn)主軸轉一轉，刀架縱向移動一個導程的車螺紋運動。此方式對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，會引起主軸編碼器發(fā)生偏扭而造成信號不準，嚴重時損壞光柵盤。鎖緊時使用扭力扳手，緊固轉矩為 1Nm?？v向步進電機 1 通過一對減速齒輪 2 把動力傳遞給縱向滾珠絲杠 3，再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺 4 做往復移動。 1支架 2絲杠托架 3縱向滾珠絲杠 4絲杠防護罩 5大托板 6過渡板 圖 28 縱向滾珠絲杠裝配圖 本科畢業(yè)設計 13 圖 29 縱向滾珠絲杠安裝實物圖 橫向 （ X 方向） 進給系統(tǒng)的改造 橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動，三點支承的形式，也通過雙螺母螺紋預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— 調節(jié)螺釘 圖 211 雙圓柱薄片齒輪錯齒消隙結構 個通孔，凸耳 8可以在其中穿過。這種結構適合齒輪直徑偏小，安裝空間較小的情況下。電動刀架的安裝較為方便，安裝時須注意以下兩點： (l)電動刀架的兩側面與原車床縱、橫向的進給方向平行； (2)電動刀架與系統(tǒng)的連線在安裝時應合理，以免加工時切屑、冷卻液及其它雜物磕碰電動刀架連線。用重物加壓或扣壓于床身導軌上，加壓均勻，壓強通常為 — 。設計和調試都比開環(huán)系統(tǒng)難。 選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度、各種性能等選擇性價比合適的系統(tǒng)，避免系統(tǒng)功能過剩，同時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，決定采用以步進電機作為驅動元件、開環(huán)控制的經(jīng)濟型數(shù) 控系統(tǒng)。從經(jīng)濟性考慮，主軸采用變頻器驅動電機的方式來實現(xiàn)無級變速，車床上原有的主軸電機可以保留。堅固而又節(jié)省空間的設計，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，編程和機床控制動作的按鍵以及 8 英寸 LCD顯示器，同時還提供 12個帶有 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 進行數(shù)據(jù)通訊 (WinPCIN)或編寫 PLC 程序時，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 說明 引腳 信號 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 個接近開關，其引腳說明見表 37。因為當 P24 端子到 P LC 的輸入點之間的線路出現(xiàn)開路或接觸不良時，該點被認為有效，機床會立即報警，這樣就保證了機床只有在電路連接良好的情況下才能正常運行，提高了機床的安全性。對于使用步進電機的進給軸，盡管沒有測量系統(tǒng)，但也必須有回參考點過程。 圖 314 驅動電源設定方法 主控電路的設計 電氣控制線路主電路如圖 316 所示， QF1QF4 為空氣開關， FU 為熔斷器，對電路實現(xiàn)短路保護。 圖 316 交流控制電路圖 本章小結 本章首先論述了 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)特點，從安全性和可靠性出發(fā)，確立了電柜設計及電源選用原則，闡述了數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接方法。 計算切削力 縱車外圓 主切削力 zF （ N）按經(jīng)驗公式計算 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 ??? 此時走刀抗力為 : ?yF (N)，吃刀抗 力為 ?xF (N)，仍按上述比例粗略計算 本科畢業(yè)設計 33 ::1:: ???? yxz FFF NFF zy 4 8 ????? NFF zx 77 ????? 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 縱向進給絲杠 mF （ N） 作用在滾珠絲杠上的進給分力主要包括切削時的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力作用在導軌上的摩檫力，因而其數(shù)值大小和導軌的型式有關。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 實例程序，這樣就無需自編 PLC 程序，所要做的工作只是設定一下 PLC 機床參數(shù)。 FR1 為熱繼電器，對主軸電機實現(xiàn)過載保護， RC1 為三相滅弧器，構成三相負載的阻容吸收回路，能夠抑制接觸器吸合釋放時的干擾噪聲。返回參考點的配置形式有兩種：別為雙開關方式和單開關方式。 SQ SQSQ3 和 SQ4 為四個霍爾式接近開關，分別對應于刀架的四個工位。如圖 37 示， SQ1 SQ12 分別為 X 軸、 Z 軸回參考點接近開關（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號管腳 HI_3 和 5 號管腳 HI_3。 表 33 電源端子 X1 端子分配 端子號 信號名 說明 1 PE 保護地 2 M 0V 3 P24 直流 24V 本科畢業(yè)設計 23 RxD— 數(shù)據(jù)接收 TxD— 數(shù)據(jù)發(fā)送 RTS— 發(fā)送請求 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 在出廠時已經(jīng)預裝了 “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用，并可單獨安裝。輸出同時工作系數(shù)為 時負載能力可達 。為避免進給系統(tǒng)產(chǎn)生反向失動量，對進給傳動系統(tǒng)中的減速齒 輪必須消除間隙，本章闡述了消隙齒輪的結構。目前，各個數(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 是專門為中國數(shù)控機床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型 CNC 控制系統(tǒng)。 (3)交 /直流伺服電機驅動，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；對軟帶進行開油槽和刮研，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，刮研要求達到與導軌面接觸面積為：全長不少于 75％，全寬上不少于 50％。為了恢復導軌的精度，增加耐磨性，提高機床的穩(wěn)定性，提高機床的防爬行和吸振性能，對機床導軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來改造。根據(jù)車床的型號及主軸中心高度，選用常州市宏達機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的 LD4CK6132 型電動刀架，該刀架內帶 90W 三相交流異步電 動機用于驅動正轉選刀。彈簧的拉力使薄片齒輪 1和 2錯位，即兩個薄齒輪的左、右齒面分別緊貼在厚齒輪齒槽的左、右齒面上，消除了齒側間隙。剛性調整法雖然結構簡單，但側隙調整后不能自動補償，柔性調整法是調整后齒側間隙仍本科畢業(yè)設計 14 可自動補償?shù)恼{整法?？拷僮髡咭欢?，布置一根支