【正文】 23機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，因此，可將轉(zhuǎn)速的變化量轉(zhuǎn)變成電壓的變化量。因此，數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械方面有很高的要求。 （具體的設(shè)計(jì)計(jì)算見(jiàn)第二章《縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算》 ） 。P0 波特率其值為 1～5,分別對(duì)應(yīng) 1200,2400,4800,9600,HIGH.P1 機(jī)床接口設(shè)置P1 X X X X X X X X 8 7 6 5 4 3 2 18進(jìn)入機(jī)床手動(dòng)﹑自動(dòng)等操作是否先要回機(jī)床參考點(diǎn)。1：主軸采用 S1～S2 換檔調(diào)速。他擁有兩個(gè)軸的補(bǔ)償值即 X 軸和 Z 軸，用戶在設(shè)置時(shí)可選擇一個(gè)軸進(jìn)行，然后再設(shè)置另一個(gè)軸。應(yīng)根據(jù)所采用的步進(jìn)電機(jī)的特性來(lái)確定這個(gè)參數(shù)，以獲得最佳效果。P6 為主軸換向等待時(shí)間。 通訊接口P2：9 芯 D 型插座，用于數(shù)控系統(tǒng)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。另外，系統(tǒng)還具有主電源保險(xiǎn)（220，2A） ，如果通電后 CRT 沒(méi)有顯示應(yīng)檢查此保險(xiǎn)。在 NIM9702 系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)主接地點(diǎn)，系統(tǒng)中的電器零部件都接在此主接地點(diǎn)上。P4：37 芯 D 型插座， 各類開(kāi)關(guān)量輸入輸出信號(hào)。與 P5 相似應(yīng)根據(jù)實(shí)際的機(jī)床主軸情況來(lái)設(shè)置。P4 決定了 G00 的運(yùn)動(dòng)速度。P3 是機(jī)床參考點(diǎn)坐標(biāo)值。0：FWD（正傳信號(hào)） ，REV（反轉(zhuǎn)信號(hào)） 。7﹑6﹑5自動(dòng)刀架工位數(shù)。 254 C6140車(chē)床數(shù)控化改造電氣部分改造設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)操作及參數(shù)說(shuō)明超程保護(hù)：在 CNC 操作的過(guò)程中(主要是在控制機(jī)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下)，一旦機(jī)床限位開(kāi)關(guān)被壓下，則系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)均無(wú)效，系統(tǒng)各個(gè)坐標(biāo)軸的任何形式的移動(dòng)包括自動(dòng)，手動(dòng)，點(diǎn)動(dòng)，回機(jī)床參考點(diǎn)等均不能實(shí)現(xiàn)。其開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3—10 所示： 圖 3—10 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 24 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部分改造C6140 車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部分改造主要有三點(diǎn)要求、傳動(dòng)精度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。（3）伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)有多種分類方法，簡(jiǎn)述如下：① 按驅(qū)動(dòng)方式分 可分為液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速的大小由指令控制。具體的要求是：1) 電動(dòng)機(jī)從最底進(jìn)給速度到最高進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能平滑地運(yùn)轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在最底轉(zhuǎn)速時(shí)，如 或更底速時(shí)，能保持平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。② 置精度要高使用數(shù)控機(jī)床主要是為了解決：1）保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性，一致性，減少?gòu)U品率：2）解決復(fù)雜曲面零件的加工問(wèn)題：3）解決復(fù)雜零件的加工精度問(wèn)題，縮短制造周期等．為了滿足這些要求，關(guān)鍵之一是保證數(shù)控機(jī)床的定位精度和加工精度，數(shù)控機(jī)床在加工免除了操作者的人為誤差，他是按規(guī)定的程序自動(dòng)進(jìn)行加工，不可能應(yīng)付事先沒(méi)有預(yù)料到的情況．就是說(shuō)，數(shù)控機(jī)床不能像普通機(jī)床那樣，可隨時(shí)用手動(dòng)操作來(lái)調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對(duì)加工精度的影響．因此，要求定位精度和輪廓切削精度能達(dá)到數(shù)控機(jī)床要求的指標(biāo)。采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，其加工精度有執(zhí)行元件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精度保證，定位精度可以達(dá)到 ,少數(shù)可以達(dá)到 ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。它與車(chē)床主軸同步運(yùn)行，發(fā)生主軸轉(zhuǎn)角位的變化，輸入到數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部，由系統(tǒng)通過(guò)軟件控制，以保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，螺紋車(chē)刀也同步進(jìn)給一個(gè)螺紋導(dǎo)程，并保證螺紋加工中分幾次加工時(shí)不發(fā)生亂扣，即每次螺紋加工時(shí)進(jìn)刀位置保持一致。這種改造能夠滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍調(diào)節(jié)速度的能力。m式中 F 0 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 Fp/3.則 T=Tamax+Tf+T 0 =(++) Nm) Tf克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩(Ncm2 = S=π/4* 2= “+”用于拉伸時(shí)，“”用于壓縮時(shí)。則 η=tan2176。L壽命(以 106轉(zhuǎn)為單位 1,如 則為 150 萬(wàn)轉(zhuǎn)).壽命 L 可按下式計(jì)算 L=60nT/106 式中 n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 r/min。m ③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率 fmax=1000υmax/(60δ)=1000*2/(60*)Hz=根據(jù)機(jī)械力學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)上冊(cè)的公式,絲杠的最小處直徑 d≥{(32T*180)/ π 2 G[θ]} 1/4式中 d絲杠最小直徑G剪切彈性模型 80~84GPa 取 G=82GPa[θ]絲杠許用扭角 176。m)當(dāng)工作臺(tái)快速移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=nmaxυ maxi/L0=(2022/6)r/min= 由動(dòng)力學(xué)知，Tamax=JFε式中 ε角加速度，計(jì)算公式為ε=πn/30t Tamax=JFε=30*104**(30*) Ncm2總慣量 JF=++ kg*(* 10 6*)cm=177。/tan(2176。W移動(dòng)部件的重量(800N)。則 P c=4**= 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或轉(zhuǎn)速）來(lái)計(jì)算，即Pc=Fzυ10 3/60或 P c=Tn/9550式中 F Z—主切削力（N） υ—切削速度（m/min） T—切削轉(zhuǎn)矩（N滾珠絲杠副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜，都是由專業(yè)化工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。在遠(yuǎn)離操作者一端，用一個(gè)聯(lián)接軸和一根聯(lián)接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸聯(lián)接起來(lái)。（4）滾珠絲杠副的潤(rùn)滑與防護(hù)使用潤(rùn)滑劑可以提高滾珠絲杠的耐磨性和傳動(dòng)效率。為了提高螺母支撐的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承及其支承方式是十分重要的。調(diào)整時(shí)，只要擰緊圓螺母使落幕向一邊滑動(dòng)，就可以改變兩螺母的間距，即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力。（5）給與適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛性好。 滾珠絲杠副的原理、特點(diǎn)及有關(guān)應(yīng)用中的問(wèn)題 在絲杠和螺母上都有半圓弧行的螺行槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。其工作原理圖如圖 3—1 所示： 234圖 3—1 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)工作原理圖1－絲杠 2－反向器 3－滾珠 4－螺母 滾珠絲杠螺母副是在絲杠和螺母之間放入適當(dāng)數(shù)量的滾珠，靠滾珠的滾動(dòng)將絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。假設(shè)在切削進(jìn)給時(shí)轉(zhuǎn)矩為 Me,其最大切削速度為 Vmax；在快速進(jìn)給時(shí)間的轉(zhuǎn)矩為Mk，其最大快速進(jìn)給速度為 Vmax1,將 Vmax, Vmax1 分別帶入下式中的 V，可以分別求到切削進(jìn)給時(shí)的最大工作頻率 fe 和快速進(jìn)給時(shí)的最大工作頻率 fk。首先要保證機(jī)床的定位精度，而脈沖當(dāng)量直接影響到機(jī)床的定位精度。所以，伺服電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的工作原理。為了確保進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度，快速響應(yīng)特性和穩(wěn)定性要求，所以，機(jī)械傳動(dòng)裝置必須具有高剛度、無(wú)傳動(dòng)間隙、低摩擦、高靈敏度、長(zhǎng)壽命等要求。能進(jìn)行內(nèi)外圓柱面，圓錐面，圓弧面，圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。硬件方面控制系統(tǒng)的硬件配置是，基本系統(tǒng)包括單片機(jī) AT89C5鎖存器、EPROM 和RAM 存儲(chǔ)器。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床改造機(jī)械方面的關(guān)鍵。我們對(duì) C6140 進(jìn)行了數(shù)控改造，效果良好。生產(chǎn)的需要促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速地發(fā)展起來(lái)。（5）數(shù)控改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。（3）在國(guó)內(nèi)訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不可能滿足生產(chǎn)的需要。從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世至今，世界上主要工業(yè)化國(guó)家的數(shù)控機(jī)床進(jìn)入了批量生產(chǎn)。各大企業(yè)不斷地購(gòu)進(jìn)數(shù)控機(jī)床，擴(kuò)大生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中也不是鳳毛麟角，而是不斷地提高普及率。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對(duì)一些中小型企業(yè)更是如此。（2）減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。我國(guó)從改革開(kāi)放以來(lái)，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)，促使我國(guó)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。改造后的車(chē)床能夠完成機(jī)床主軸的啟動(dòng)，停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程和變速，刀具的變速和冷卻，都可以自動(dòng)控制。 對(duì)于橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，保留原手動(dòng)于調(diào)刀，原支承結(jié)構(gòu)也保留。軟件方面，軟包裝件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。在該機(jī)床中采用液壓尾座快換刀架和機(jī)床外對(duì)刀裝置。（3）減小運(yùn)動(dòng)部件的慣量進(jìn)給系統(tǒng)中每個(gè)零件的慣量對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的啟動(dòng)，制動(dòng)特性有直接的影響。在通常情況下，用伺服電動(dòng)機(jī)作執(zhí)行元件的數(shù)控系統(tǒng)中不需進(jìn)行 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換，且可以采用較為簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行工作。脈沖當(dāng)量確定后，以此為依據(jù)選擇伺服電動(dòng)機(jī)的步矩角和傳動(dòng)機(jī)械的傳動(dòng)比。臥式車(chē)床的進(jìn)給絲杠都是滑動(dòng)絲杠，即絲杠與螺母之間的滑動(dòng)摩擦。為此設(shè)計(jì)和選用機(jī)械動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，必須考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）減小摩擦阻力：為了提高數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，除了對(duì)伺服元件做出要求外，還必須減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)靜摩擦里之差。滾珠絲杠螺母副中是滾動(dòng)摩擦，它有以下特點(diǎn)：（1）摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá) 90％～96％（2）采用雙螺母預(yù)緊后，可以很好的消除間隙，提高了傳動(dòng)剛度。 滾珠絲杠副的支撐螺母座，絲杠的軸承及其支架等剛度不足將嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度，因此螺母座應(yīng)有加強(qiáng)筋，以減少受力后的變形；螺母與床身的接觸面積應(yīng)大一些，其連接螺釘?shù)膭偠纫矐?yīng)高。（2）滾珠絲杠的循環(huán)方式常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在滾動(dòng)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。3）兩端裝止推軸承這種安裝方式對(duì)熱伸長(zhǎng)較為敏感。常用的防護(hù)裝置有：密封圈和防護(hù)罩。在實(shí)際調(diào)整中，可以把車(chē)床處于最大工作負(fù)載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙，或者間隙量小于 ，而且運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整預(yù)緊量的判斷標(biāo)準(zhǔn)。主軸脈沖發(fā)生器的引出軸與車(chē)床主軸按1：1 無(wú)間隙柔性連接傳動(dòng)，連接后應(yīng)保證兩者有很好的同步性。有沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn) fw取 ～。②效率計(jì)算根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 η 為 η=tanγ/tan(γ+δ) 式中 γ螺紋的螺旋升角，該絲杠為 2176。)= ③ 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭矩的作用，它將引起導(dǎo)程 L 發(fā)生變化，因滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，因此，工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量ΔL（cm） ΔL=177。cm 2)J2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm 如不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tq= TF(～)取安全系數(shù)為 ，則 m= N/md≥[(32**10 3 *180)/( *82*103**103)] 1/4=根據(jù)計(jì)算綜合考慮，查表選用 AC20030 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 18k考慮顛覆力矩影響的系數(shù),k=。1639。*106cm絲杠 1cm 長(zhǎng)度上導(dǎo)程變形總誤差 ΔL 總 ΔL 總=100/L0*ΔL=100/**10 6μm/m= 3 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為 15μm/m，因此剛度足夠. 3．伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 ①負(fù)載傳動(dòng)慣量的計(jì)算 JF=J1+J2+W/g(180δ/πθ) 2式中 JF折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgcm2= kgm = N～176。該機(jī)床的運(yùn)動(dòng)采用分離式傳動(dòng)，即變速箱與床頭箱相分離，采用皮帶輪聯(lián)系，變速箱實(shí)現(xiàn)四級(jí)變速，床頭箱實(shí)現(xiàn)四級(jí)變速，主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源是籠型異步電動(dòng)機(jī)，即 Y 系列電動(dòng)機(jī)，其額定功率為 8 千瓦，滿載轉(zhuǎn)速為 1450 轉(zhuǎn)/分；變速系統(tǒng)采用 2 個(gè)滑移齒輪和2 級(jí)變速。主軸脈沖發(fā)生器一般采用增量式光電編碼器，傳動(dòng)連接， 。 傳動(dòng)方面改造設(shè)計(jì)為了適應(yīng)各種不同材料的加工及各種不同加工方法，要求改造后的 C6132 機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要有較寬的轉(zhuǎn)速范圍及相應(yīng)的輸出力矩。③ 速度響應(yīng)要快，為了輪廓切削形狀精度和加工表面粗糙度，出了要求有較高的走位精度夕卜，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快。反應(yīng)速度的快慢直接影響系統(tǒng)的性能的好壞。采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通常是開(kāi)環(huán)控制。數(shù)控機(jī)床的精度與其使用的伺服系統(tǒng)類型有關(guān)。如滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、滾珠絲杠等。按下機(jī)床上的按鈕；3. 選擇鍵進(jìn)入手動(dòng)操作狀態(tài)；4. 以手動(dòng)方式慢速移動(dòng)刀架，反向離開(kāi)限位開(kāi)關(guān)，然后接通機(jī)床限位信號(hào)（放開(kāi)關(guān)）至此，系統(tǒng)已恢復(fù)正常操作。0：采用非編碼式刀架；1：采用編碼式刀架。0：CW（正傳脈沖） ，CCW（反轉(zhuǎn)脈沖） 。P3 的每個(gè)軸的數(shù)值范圍為 1～9999mm。這其中反轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短就是由參數(shù) P5 控制。本系統(tǒng)中可選用 1200P 或 2400P 脈沖兩種類型的碼盤(pán)。10%)/50H