【正文】 數(shù)控裝置按控制方式可分為兩大類：一是數(shù)據運算處理控制，二是時序邏輯控制。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)。則： ??。影響重復定位精度的（1/2～1/3）左右。滾珠可在螺母上的返回機構里返回。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。主軸控制單元連接到經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。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。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。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]。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。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?，F(xiàn)今生產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。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。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，有利于生產效率和加工質量的提高。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。使用步進電動機將導致機床的快速性性能降低。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。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。而采用數(shù)控機床可以解放一些勞動強度大的手工操作。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。 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。這樣做一方面造成生產成本的增加，另一方面又造成原有普通機床設備的浪費。 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。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⑾拇罅康墓?，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?；竟δ芡耆軡M足一般機床的使用要求。而其反饋環(huán)節(jié)相比閉環(huán)控制簡單，穩(wěn)定性好。（3） PLC功能強大，編程操控簡單，使用管理方便 [4]。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。此裝置也適用于無反饋的矢量控制的變頻器的接口圖?？梢越M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)。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。主軸電動機作為動力源通過此傳動系統(tǒng)產生主軸上安裝的刀具的切削力矩和切削速度。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。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生的熱量易使主軸產生熱變形。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。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。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。 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。因此可達到較高的重復定位精度。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：內循環(huán)法蘭式雙螺母墊片預緊結構。得： minin11sbcK??in /??maxax11sbcK??ax 1/??②傳動系統(tǒng)剛度校核 要求軸向最小傳動系統(tǒng)剛度的影響； 00min1..ssFW???? （419）式中 0： 導 軌 靜 摩 擦 阻 力 （ N） ， ???： 靜 摩 擦 系 數(shù) ， 取 。2．彩色液晶顯示屏，中文操作界面、故障診斷與超程報警、具備零件加工軌跡圖形顯示和加工仿真，操作簡便，易于使用。同時數(shù)控系統(tǒng)又將接收到的位置檢測的信號與數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號進行比較，進而及時修正，指令終端執(zhí)行元件的速度與位移控制，完成運動部件的實時精確定位。 數(shù)控電氣系統(tǒng)的組成及連接數(shù)控機床的數(shù)控裝置組成元素有：數(shù)控裝置、可編程控制器（PLC）及強電控制器、輸入輸出單元、伺服驅動、主軸驅動與電機等。Z 軸選擇滾珠絲杠螺母傳動副的規(guī)格代號為： 53104/870FZDP??，交流伺服電機型號為： 7GM。??絲 杠 膨 脹 系 數(shù) ， 。這樣做的好處有：1．避免絲杠因自重而產生變形；2．提升絲杠的拉壓剛度。數(shù)控裝置 驅動電路 步 進 電 機 工 作 臺編碼器圖 41 開環(huán)系統(tǒng)2．半閉環(huán)方式 此系統(tǒng)檢測元件裝在電機軸或絲杠軸的端部，通過檢測電機軸或絲杠傳動軸的角位移、角速度來間接確定移動部件的位置（如圖 42 所示） 。主軸進給功能按功能劃分一般有下列幾種實現(xiàn)方法：l、機械式通過安裝在主軸上的分度齒輪實現(xiàn)，只能實現(xiàn)分度，一般可以實現(xiàn)主軸每圈360分度。但數(shù)控系統(tǒng)生產廠家常把電氣準停作為選擇功能，訂購電氣準停附件需另加費用。為保證順利換刀，主軸必須具有準確定位于圓周上預設定角度的功能。采用無級調速主軸機構，雖然主軸箱結構得到簡化，但低速段輸出轉矩不理想。不足之處是機械結構相對復雜，設備體積龐大，設計制造成本較高。具務高的精度與剛性，傳動平穩(wěn)。如圖35，主軸電機的額定功率是指在恒功率區(qū)(轉速n1到n2)內加工運行時的輸出功率，低于額定轉速n1時是達不到額定功率的，轉速越低，輸出功率就越小。這種方案適用于需要無級調速但對低速和高速都不要求的場合，例如數(shù)控鉆銑床。很多主軸驅動裝置也接收 10~V??模擬電壓以及20~mA??作為速度指令，其中信號幅值控制轉速，信號極性控制旋轉方向[32]。電動機的恒功率區(qū)域在基本速度以上，其恒轉矩區(qū)域在基本速度以下。主運動采用無級變速，優(yōu)點是銑頭的結構尺寸小，所占空間小，且質量輕，進給運動行程尺寸小。而采用交流變頻調速控制，實現(xiàn)對主電機的運動控制。主處理器 CPU 能高實現(xiàn)加速及制動控制。具有性能/價格比高，操做簡便等特點 [3]：X、Y 和 Z 軸進給軸的定位精度 m30/4.?。綜合所述，對 X5032 普通立式銑床進行數(shù)控化改造，既可保證實際生產上需要，又在技術性上也更具有可操作性，并且經濟性上更是合理可行的。我們提出的對 X5032 型銑床的數(shù)控改造是一個典型的銑床數(shù)控化改造實例，對于提升機械加工生產效率，改善操作工人勞動強度，提高零件加工精度與生產效益吉林工業(yè)職業(yè)技術學院2具有重要的意義，能夠創(chuàng)造較好的經濟效益和社會效益。華中數(shù)控系統(tǒng)由輸入輸出模塊、主軸變頻驅動模塊、三軸伺服進給運動驅動控制模塊、網絡數(shù)控傳遞模塊、潤滑與冷卻系統(tǒng)等模塊。具備低價格、配置靈活、高性能、使用簡單容易的特點。因此就必須大力提倡普通機床的數(shù)控化改造 [2]。數(shù)控化改造可以根據企業(yè)的實際生產需求合理安排改造時間，在確保生產順利進行的基礎上進行數(shù)控化改造，吉林工業(yè)職業(yè)技術學院3可以達到既保證生產效益，又能控制改造成本的目的 [3]。由于采用華中世紀星 HNC21M 銑削數(shù)控系統(tǒng)，具有 英寸彩色液晶顯示器，顯示機床的工作狀態(tài)，并具有實時圖形顯示功能。進給速度高，機床位置控制分辨率高。在無級調速的機械、液壓和電氣等多種形式中，通常都采用交流調速電機作為驅動力源的調速系統(tǒng)。 X5032立式銑床數(shù)控改造的總體方案該數(shù)控銑床采用立式布局，總體布局簡圖如圖 21 所示。 交流主軸驅動裝置的特性 交流變頻主軸驅動裝置的特性數(shù)控改造選用的主軸變頻驅動器要與交流主軸電動機相適應，交流變頻主軸驅動裝置的特性如表31所示。而主軸電動機主要用于速度控制，因此主軸驅動裝置一般都具備和采用0~10V模擬電壓作為速度指令，由開關量控制旋轉方向，而不提供脈沖指令輸入接口。普通籠型異步電動機配簡易型變頻器可以實現(xiàn)主軸的無級調速，但主軸電動機只有工作在約500轉/分鐘以上才能有比較好的力矩輸出，否則，特別是銑床很容易出現(xiàn)堵轉的情況，一般會采用兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸也只能工作在中高速范圍，此外，因受到普通電動機最高轉速的限制，主軸的轉速范圍受到較大的限制。 功率選擇輸出功率是主軸電機負載能力的指標。尤其對于加工中心、車銑中心以及一些專用數(shù)控機床，為了適應各種工序以及各種加工材料的要求，主軸系統(tǒng)的調速范圍還應進一步擴大。此種方法的優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉矩輸出，并且具有寬范圍調節(jié)速度的能力。對于采用交流伺服電機的主軸電動機，可實現(xiàn)主軸的無級調速。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削時的切削轉矩不能完全靠主軸錐孔的摩擦力傳遞，因此通常在主軸前端設置一個或兩個凸鍵，當?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與此凸鍵對準。采用電氣定吉林工業(yè)職業(yè)技術學院20向，可以在主軸高速旋轉時完成，大大縮短了定向時間；3)可靠性較高由于控制主軸定向的全是電子部件而無需復雜的機械、開關、液壓缸等裝置，也沒有機械定向所形成的機械沖擊、磨損，因而定向控制裝置的壽命與可靠性大大增加；4)控制簡單易行通常只需要主軸定向指令信號、定向完成回答信號即可實現(xiàn)主軸定向控制；5)性能價格比提高由于簡化了機械結構和強電控制邏輯，成本大大降低。對于車、銑復合機床，則必須要求車主軸在銑狀態(tài)下完成銑床C軸所有的進給插補功能。伺服進給系統(tǒng)主要有以下三種控制方式：1．開環(huán)方式 此系統(tǒng)中不帶檢測裝置，沒有反饋電路，控制指令單方向傳送，數(shù)控系統(tǒng)不能修正終端執(zhí)行件的實際偏差，控制精度不高（如圖 41 所示） 。圖 45 HNC21 采用模擬接口伺服驅動器的連接圖如圖 46 所示，絲杠傳動副采用的支承方式為“單推配單推”式。 utL???A （410）式中： ：行程補償值（ m?）:t絲 杠 螺 母 副 溫 變 23攝 氏 度 ， 取 為 3度 。 Y、Z 軸絲杠和伺服電機選擇與計算 [4]Y、Z 軸滾珠絲杠副和伺服電機的選擇與計算雷同于 X 軸的相關選擇與計算，過程省略。 9．配置RS232通訊接口，可實現(xiàn)計算機與數(shù)控機床數(shù)據通訊 [7]。4．主傳動系統(tǒng)構成它是機床切削加工時傳遞轉矩的主要部件之一。3．采用國際標準G代碼編程，支持常見的CAD／CAM自動編程系統(tǒng)。 12： 正 壓 力 ， 滑 座 和 工 作 臺 給 絲 杠 的 正 壓 力 W=+3N, 吉林工業(yè)職業(yè)技術學院35s m?： 機 床 的 反 射 死 角 誤 差 ， 已 知 反 向 差 值 或 重 復 定 位 精 度 20。（2）型號選擇：由計算數(shù)據 hP、 amC、 ind的值在米思米（中國）精密機械貿易有限公司的精密滾珠絲杠副產品選擇表中選取 ，其參數(shù)如下：額定負