【正文】 螺紋底徑（mm） E： 楊 氏 彈性模量 ? 已知條件：d 2=25mm， 52./代 入吉林工業(yè)職業(yè)技術學院31 ???8．確定支承軸承的代號與規(guī)格軸 承 所 承 受 的 最 大 軸 向 載 荷 maxaxBtF?? （ 412）其中： tF滾珠絲杠副的預緊拉伸力 ()max：最大軸向負載力 (N)已知 7910?， 365t?代入式 412 中得： max156BN?F選用米思米向心帶座推力軸承 704查產(chǎn)品參數(shù)得： max16aBN??C=2F9．選配伺服電機選擇伺服電機時，主要考慮三個選配要求：即電機的額定轉矩即要大于最大切削負載時的轉矩；電機的轉子慣量要與負載慣量相匹配；快速移動時的伺服電機的最大轉矩控制。已知重復定位精度20um,定位精度30um，故：① 5m?? ② 6m?最終的取值為 ?（2）最小底徑計算 [4][5]取兩端固定的支承形式來計算絲杠要求預拉伸，公式如下： 0min1mFLdE??? （48）已知行程為 2，工作臺對絲杠的正壓力 2150WN?，靜摩擦系數(shù)0=.?則： ?????5．滾珠絲杠的型號的確定（1）預緊方式：內(nèi)循環(huán)法蘭式雙螺母墊片預緊結構。改造后機床定位精度達到 3/0m?， 全 行 程 ，重復定位精度m，其它參數(shù)見下表 41。因此可達到較高的重復定位精度。但相比開環(huán)系統(tǒng)控制精度有很大的提升。 本章小結數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)，可以運行穩(wěn)定性與操作性，使機改造后的床獲得技術提升。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院22為了防止主傳動和C軸傳動之間產(chǎn)生干涉，兩套傳動機構的切換機構裝有檢測開關，利用開關的檢測信號，識別主軸的工作狀態(tài)。采用此種控制方式應注意：1)數(shù)控系統(tǒng)必須具有主軸閉環(huán)控制功能或位置環(huán)控制功能。目前電氣定向通常有磁傳感器定向、編碼器定向和數(shù)控系統(tǒng)定向三種。機械準停還有其他方式，如端面螺旋凸輪等，它們的定向過程和互鎖要求都大致相同。機械式采用機械凸輪等機構和無觸點感應開關進行初步定位，然后由定位銷插入主軸上的銷孔或銷槽完成精定位，換刀或精鏜孔完成后定位銷退出，主軸才可旋轉。電磁離合器的缺點是體積大，磁通易使機械零件磁化，因此在現(xiàn)代數(shù)控機床應用的并不多。主軸換擋方式通常有以下三種：1．手動換擋通過人工轉動機械機構，撥動傳動齒輪來改變傳動比。其優(yōu)點是主軸組件結構緊湊，重量輕，慣量小，剛度高，可提高啟動、停止的響應特性，并且有利于控制振動和噪聲．不足之處是電動機運轉產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形。這種傳動方式常用的變速操作方法有液壓撥叉和電磁離合器兩種 [6]。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱也會使其中的零部件發(fā)生熱變形，降低傳動效率，影響各部件之間的相互位置精度和運動精度，也會造成加工精度誤差。為了提高傳動件的制造精度與剛性度，采用齒輪傳動時齒輪齒面應采用高頻感應加熱淬火工藝以增加耐磨性。主軸電動機作為動力源通過此傳動系統(tǒng)產(chǎn)生主軸上安裝的刀具的切削力矩和切削速度。在主軸與主軸電機直接連接的數(shù)控機床中，有兩種方法來提高主軸低速時的功率要求，其一是選擇額定速度低的主軸電機或額定功率高一檔的主軸電機。因結構上有優(yōu)勢，電主軸主要向高速方向發(fā)展，一通常在10000r／min吉林工業(yè)職業(yè)技術學院15以上。普通籠型異步電動機配通用變頻器目前進口的通用變頻器，除了具有 fV/曲線調節(jié)，一般還具有無反饋矢量控制功能，會對電動機的低速特性有所改善，配合兩級齒輪變速，基本上可以滿足銑床低速(100~200轉／分鐘)小加工余量的加工，但同樣受最高電動機速度的限制。可以組成主軸驅動系統(tǒng)，也可以組成進給驅動系統(tǒng)；支持雙編碼器接口，可應用于全閉環(huán)進給驅動系統(tǒng)。驅動裝置及電動機運行狀態(tài)控制接口主軸驅動裝置都提供控制電動機正／反轉的開關量接口，進給驅動裝置一般不提供，采用脈沖信號作為指令的進給驅動裝置，只有當脈沖指令類型為‘脈沖+方向’時，可以把方向信號理解為改變電動機方向的控制接口。此裝置也適用于無反饋的矢量控制的變頻器的接口圖。表 31 交流變頻主軸驅動裝置的特性性能指標 符號 單位 數(shù)值(例)吉林工業(yè)職業(yè)技術學院10額定功率 NPkW 30min 額定功率 (30min)kW 基本轉速 br/min 1500最高轉速 maxNr/min 4000轉速范圍 r/min 8~4000額定轉矩 NT28電動機慣量 電動機重量 Wt kg 60 交流伺服主軸裝置的特性數(shù)控改造中對交流伺服主軸系統(tǒng)要求較高，除要求切屑功率高、加減速功率強外，還要求具有恒轉矩和恒功率特性。主軸變速分為有級、無級和分段無級變速三種形式，多采用無級或分段無級調速。垂向運動由 Z 向伺服電機驅動滾珠絲框螺母副實現(xiàn)。（3） PLC功能強大，編程操控簡單，使用管理方便 [4]。HSV18S 全數(shù)字交流伺服主軸驅動單元是武漢華中數(shù)控股份有限公司繼 HSV20S 系列交流伺服主軸驅動單元后推出的高性能交流伺服主軸驅動器。而其反饋環(huán)節(jié)相比閉環(huán)控制簡單，穩(wěn)定性好。(4)位移測量、驅動等裝置結構緊湊、運行安全可靠 [7]?；竟δ芡耆軡M足一般機床的使用要求。機床經(jīng)過改造，可用以加工平面、溝槽、孔以及各類曲面等。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院4第二章 X5032 立式銑床總體設計金屬切削機床的主傳動是用來實現(xiàn)切削運動中的主要切削運動的傳動系統(tǒng)，它必須具備極高的轉速與適當?shù)淖兯俜秶?，并消耗大量的功，使用各種材質的刀具來加工各種材質的材料、獲得相關尺寸精度的零件，并能滿足對運動的啟止、換向、變速和制動等功能的要求。本次改造是在企業(yè)的 X5032 型普通銑床上進行。 改造方案的可行性分析X5032 立式銑床是 90 年代中期制造的普通機械加工機床，使用了 10 年左右，機床的基礎件具有良好的剛性，保持有適當?shù)膸缀闻c運動精度，可通過修復和更換，使用性能基本可達到現(xiàn)代同類機床相當?shù)乃?，所以對其進行數(shù)控化改造的基本硬件基礎條件是比較理想的。但國內(nèi)的機床設備產(chǎn)品總體技術水平還很低，在國際上不具備競爭力，占有率也不高。這樣做一方面造成生產(chǎn)成本的增加，另一方面又造成原有普通機床設備的浪費。此項改造通過試運行、試切以及機床誤差調整，總結出該機床系統(tǒng)存在的問題，以及相對應的改進措施方案與實施。 X5032 數(shù)控銑床改造主要包括伺服驅動系統(tǒng)、滾珠絲杠螺母傳動副設計的計算，傳動系統(tǒng)結構設計選型與參數(shù)計算。使用交流變頻調速器來對主軸電機進行變頻調速。關鍵詞：數(shù)控化改造 伺服驅動 數(shù)控系統(tǒng) 調試與檢測 誤差調整吉林工業(yè)職業(yè)技術學院1第一章 緒 論 國內(nèi)外數(shù)控化改造的現(xiàn)狀現(xiàn)代機械制造業(yè)的一次偉大的革命那就是數(shù)控技術的應用及快速發(fā)展，東西方工業(yè)發(fā)達的國家相繼都把發(fā)展應用數(shù)控技術作為工業(yè)技術革新的重點戰(zhàn)略。使用這些機床加工出來的產(chǎn)品普遍質量低，成本高，在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響企業(yè)生存與發(fā)展。而采用數(shù)控機床可以解放一些勞動強度大的手工操作。通過機床數(shù)控化改造能夠效解決這些問題；并且能通過數(shù)控化改造提高機床的加工性能與加工范圍，提高機床的精度和加工效率，實現(xiàn)原有生產(chǎn)設備的低成本高效率的數(shù)控化改造升級。2．機床改造電氣控制系統(tǒng)的選定 結合原有機床條件以及經(jīng)濟型數(shù)控機床的控制特點，分析研究本次改造數(shù)控系統(tǒng)與強電電路的接口電路。為了擴大調速范圍，克服無級調速電機的低速下的缺點，以及滿足某些低轉速、大扭矩的特殊機械使用性能要求，也可以采用齒輪變速與無級調速相結合的調速方式。博順模具制造公司針對一臺 X5032 普通立式銑床進行數(shù)控化改造，采用吉林工業(yè)職業(yè)技術學院5DSIEMN802數(shù)控系統(tǒng)與 X、Y、Z 軸采用 UESIMODRV61伺服驅動系統(tǒng)，將原機床的普通傳動絲杠更換為精密的滾珠絲杠螺母傳動副；并且利用 PLCTOWRU14的遠程輸入/輸出模擬量控制模塊來實現(xiàn)伺服進給的運動控制功能。主要特點是：(1)采用開放式體系結構，內(nèi)置嵌入式工業(yè) PC，低價格、高性能、結構緊湊。使用步進電動機將導致機床的快速性性能降低。經(jīng)過綜合分析，本次數(shù)控化改造采用華中 HNC21M 數(shù)控系統(tǒng)的半閉環(huán)控制方案。其三是主軸的控制工作由選配的數(shù)控系統(tǒng)來控吉林工業(yè)職業(yè)技術學院7制實現(xiàn)；雖然第一個方案成本較低，但因原機床電氣老化、故障幾率高，所以適合采用。1805HSV?全數(shù)字交流伺服主軸驅動單元采用專用運動控制數(shù)字信號處理器 )(DP、可編程邏輯陣列 )(PGA和智能化功率模塊 )(IP等先進技術，具備有 A025等多種應用規(guī)格，具有很寬選擇范圍的功率，完成對交流伺服主軸驅動系統(tǒng)的控制。X5032 立式銑床的數(shù)控化改造采用無級變速的好處在于切削加工中獲取合理的切削速度；能實時變速于切削加工中，能夠實現(xiàn)大銑削量時的恒速切削要求，有利于生產(chǎn)效率和加工質量的提高。但由于主軸電動機與驅動裝置的限制，主軸在低速段均不能實現(xiàn)恒轉矩輸出。 主軸驅動裝置的接口主軸驅動裝置的接口與進給驅動裝置有許多類似，進給驅動裝置具備的接口，在主軸驅動裝置上一般都可以找到，只是不同廠家不同檔次的主軸驅動裝置所包含的接口類型不同，因此，主軸伺服裝置的接口類型比變頻器的接口要豐富；矢量控制功能的變頻器比簡易型變頻器接口種類多。為吉林工業(yè)職業(yè)技術學院12了實現(xiàn)大功率輸出，主軸驅動裝通常采用不低于230V的三相交流電源，而進給驅動裝置多采用不高于220V的三相交流電源；變頻器通常電源電壓范圍比較寬，如230~400V，進給驅動裝置電源電壓一般要求是固定的。反饋接口由于主軸對位置控制的精度并不非常高，因此對與位置控制精度密切相關的反饋裝置要求也不高，主軸電動機或主軸多數(shù)采用1000線的編碼器，而進給驅動電機則至少采用2022線的編碼器，有些進給電動機編碼器可多達10萬線。 主軸系統(tǒng)的特點和適用范圍l、普通籠型異步電動機配齒輪變速箱這是一種最經(jīng)濟的改造方法，但只能實現(xiàn)有級調速，因電動機一直工作在額定轉速下，經(jīng)變速齒輪減速后，從主軸輸出端低速下輸出力矩大，超強切削能力高，吉林工業(yè)職業(yè)技術學院14比較適于粗加工與半精加工?，F(xiàn)今生產(chǎn)通用變頻器的廠家主要有西門子、日立、富士、三菱等外國公司。選型的目的是為符合整機設計的需要，從而適應生產(chǎn)的需要。為了保證電動機的輸出功率，在選型時一般選擇驅動器的功率比電動機要大一擋，例如，選擇5．5KW的驅動器配4KW的電動機。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院16 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的要求l、具備大調速范圍與無級調速。應采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提升主軸的組件的剛性。兩級以上變速的主傳動系統(tǒng)應用于大、中型數(shù)控機床采用較多種變速方式，常采用由1~2對齒輪降速，目的是降低速度，提升輸出扭矩。此傳動方式適用于低轉矩特性要求的機床主軸傳動，傳動中能夠減少傳動時引起的振動與噪聲等對機床工作精度危害不利因素 [7]。對于普通三相異步主軸電動機，通常其轉速是固定的。但是在停車時撥動滑移齒輪嚙合，有可能出現(xiàn)“頂齒”的現(xiàn)象。 主軸定向功能主軸定向功能又稱為主軸準停功能，即當主軸停止時能控制其以一定的力矩準確地停止于固定位置。定向過程一般由可編程控制器來處理，有些也由數(shù)控裝置完成。電氣定向控制一般應用于中、高檔數(shù)控機床特別是加工中心，采用電氣定向控制有如下優(yōu)點：1)機械結構簡單不需要定向的機械部件。主軸控制單元連接到經(jīng)放大器后磁性傳感器信號，當主軸需要定位準停時即進行控制，其步驟如下：1)當主軸轉動或停止時，數(shù)控裝置發(fā)出定向指令后，立即控制主軸加速或減速至某一定向速度；2)主軸到達定向速度并且檢測到定向位置信號時，立即控制主軸停止，并向主軸驅動器發(fā)出位控工作模式指令，主軸驅動器控制主軸電動機在位控模式下靜止鎖死。 主軸進給功能主軸進給功能即主軸的C軸功能，一般應用在車削中心和車、銑復合機床上。常采用主軸抱閘機構，使得C軸功能啟用時鎖死主軸，再有就是采用加大進給伺服電動機和主軸之間的機械降速傳動比來擴大輸出扭矩的大小。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院23第四章 X5032 立式銑床伺服進給系統(tǒng)的改造 伺服進給系統(tǒng)基礎數(shù)控銑床的伺服進給系統(tǒng)由伺服驅動裝置、驅動電路、傳動機構與執(zhí)行部件組成。滾珠可在螺母上的返回機構里返回。使用滾珠絲杠傳動，滾珠絲杠安裝在原絲杠的位置（配合使用相關尺寸的軸承） 。影響重復定位精度的（1/2～1/3）左右。如果預緊力過小則不能確保無間隙傳動，如果預緊力過大則將會使驅動力矩增大，縮短傳動副的使用壽命，也會降低傳動副的工作效率 [4]。則： ??。 30PV≤ .8dk???（ d為定位精度） ，已給出 30/d??定 位 精 度 值 為 ，得到 p≤ ??；絲杠加工精度取 3 級 得到 ???⑤ 確 定 滾 珠 絲 杠 螺 母 傳 動 副 規(guī) 格 與 代 號最終確定的型號為： FZD， 53,6m絲 杠 公 稱 直 徑 尺 寸 為 :導 程 為 :， 螺紋長度為： 560,78m全 長 。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院37第五章 X5032 立式銑床數(shù)控系統(tǒng)設計本次數(shù)控改造采用華中世紀星21M數(shù)控系統(tǒng)。5．具備X、Y、Z各軸反向間隙和單、雙向螺距誤差補償功能。數(shù)控裝置按控制方式可分為兩大類：一是數(shù)據(jù)運算處理控制，二是時序邏輯控制。圖52是X5032立式銑床數(shù)控系統(tǒng)的傳動部件連接圖，數(shù)控系統(tǒng)通過“XS30” 、“XS31”、 “XS32”、 “XS33”接口發(fā)送脈沖指令給各軸的伺服驅動器，同時也接收來自