【正文】 數(shù)控裝置按控制方式可分為兩大類：一是數(shù)據(jù)運(yùn)算處理控制，二是時(shí)序邏輯控制。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院37第五章 X5032 立式銑床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次數(shù)控改造采用華中世紀(jì)星21M數(shù)控系統(tǒng)。則： ??。影響重復(fù)定位精度的（1/2～1/3）左右。滾珠可在螺母上的返回機(jī)構(gòu)里返回。常采用主軸抱閘機(jī)構(gòu)，使得C軸功能啟用時(shí)鎖死主軸，再有就是采用加大進(jìn)給伺服電動機(jī)和主軸之間的機(jī)械降速傳動比來擴(kuò)大輸出扭矩的大小。主軸控制單元連接到經(jīng)放大器后磁性傳感器信號，當(dāng)主軸需要定位準(zhǔn)停時(shí)即進(jìn)行控制，其步驟如下：1)當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動或停止時(shí)，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(dá)定向速度并且檢測到定向位置信號時(shí)，立即控制主軸停止，并向主軸驅(qū)動器發(fā)出位控工作模式指令，主軸驅(qū)動器控制主軸電動機(jī)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(shí)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(zhuǎn)矩特性要求的機(jī)床主軸傳動，傳動中能夠減少傳動時(shí)引起的振動與噪聲等對機(jī)床工作精度危害不利因素 [7]。應(yīng)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(jī)的輸出功率，在選型時(shí)一般選擇驅(qū)動器的功率比電動機(jī)要大一擋，例如，選擇5．5KW的驅(qū)動器配4KW的電動機(jī)。現(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。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(guān)的反饋裝置要求也不高，主軸電動機(jī)或主軸多數(shù)采用1000線的編碼器，而進(jìn)給驅(qū)動電機(jī)則至少采用2022線的編碼器，有些進(jìn)給電動機(jī)編碼器可多達(dá)10萬線。 主軸驅(qū)動裝置的接口主軸驅(qū)動裝置的接口與進(jìn)給驅(qū)動裝置有許多類似，進(jìn)給驅(qū)動裝置具備的接口，在主軸驅(qū)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(qū)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(shí)時(shí)變速于切削加工中，能夠?qū)崿F(xiàn)大銑削量時(shí)的恒速切削要求，有利于生產(chǎn)效率和加工質(zhì)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(shù)學(xué)院7制實(shí)現(xiàn)；雖然第一個(gè)方案成本較低，但因原機(jī)床電氣老化、故障幾率高，所以適合采用。使用步進(jìn)電動機(jī)將導(dǎo)致機(jī)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(jìn)行數(shù)控化改造，采用吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院5DSIEMN802數(shù)控系統(tǒng)與 X、Y、Z 軸采用 UESIMODRV61伺服驅(qū)動系統(tǒng)，將原機(jī)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(yuǎn)程輸入/輸出模擬量控制模塊來實(shí)現(xiàn)伺服進(jìn)給的運(yùn)動控制功能。2．機(jī)床改造電氣控制系統(tǒng)的選定 結(jié)合原有機(jī)床條件以及經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的控制特點(diǎn)，分析研究本次改造數(shù)控系統(tǒng)與強(qiáng)電電路的接口電路。而采用數(shù)控機(jī)床可以解放一些勞動強(qiáng)度大的手工操作。關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造 伺服驅(qū)動 數(shù)控系統(tǒng) 調(diào)試與檢測 誤差調(diào)整吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jī)械制造業(yè)的一次偉大的革命那就是數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用及快速發(fā)展，東西方工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相繼都把發(fā)展應(yīng)用數(shù)控技術(shù)作為工業(yè)技術(shù)革新的重點(diǎn)戰(zhàn)略。 X5032 數(shù)控銑床改造主要包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)、滾珠絲杠螺母傳動副設(shè)計(jì)的計(jì)算，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型與參數(shù)計(jì)算。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(jī)床設(shè)備的浪費(fèi)。 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(jī)械加工機(jī)床，使用了 10 年左右，機(jī)床的基礎(chǔ)件具有良好的剛性，保持有適當(dāng)?shù)膸缀闻c運(yùn)動精度，可通過修復(fù)和更換，使用性能基本可達(dá)到現(xiàn)代同類機(jī)床相當(dāng)?shù)乃?，所以對其進(jìn)行數(shù)控化改造的基本硬件基礎(chǔ)條件是比較理想的。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院4第二章 X5032 立式銑床總體設(shè)計(jì)金屬切削機(jī)床的主傳動是用來實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動中的主要切削運(yùn)動的傳動系統(tǒng)，它必須具備極高的轉(zhuǎn)速與適當(dāng)?shù)淖兯俜秶?，并消耗大量的功，使用各種材質(zhì)的刀具來加工各種材質(zhì)的材料、獲得相關(guān)尺寸精度的零件，并能滿足對運(yùn)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(jī)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(qiáng)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(diào)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(qū)動系統(tǒng)，也可以組成進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)；支持雙編碼器接口，可應(yīng)用于全閉環(huán)進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)。因結(jié)構(gòu)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(shù)學(xué)院15以上。主軸電動機(jī)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。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(yùn)動精度，也會造成加工精度誤差。其優(yōu)點(diǎn)是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣量小，剛度高，可提高啟動、停止的響應(yīng)特性，并且有利于控制振動和噪聲．不足之處是電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形。電磁離合器的缺點(diǎn)是體積大，磁通易使機(jī)械零件磁化，因此在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的并不多。機(jī)械準(zhǔn)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(yīng)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(jié)數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)，可以運(yùn)行穩(wěn)定性與操作性，使機(jī)改造后的床獲得技術(shù)提升。因此可達(dá)到較高的重復(fù)定位精度。已知重復(fù)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(jì)算 [4][5]取兩端固定的支承形式來計(jì)算絲杠要求預(yù)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(yù)緊方式：內(nèi)循環(huán)法蘭式雙螺母墊片預(yù)緊結(jié)構(gòu)。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(dǎo) 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(bào)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(shí)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(jìn)行比較，進(jìn)而及時(shí)修正，指令終端執(zhí)行元件的速度與位移控制，完成運(yùn)動部件的實(shí)時(shí)精確定位。 數(shù)控電氣系統(tǒng)的組成及連接數(shù)控機(jī)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(qiáng)電控制器、輸入輸出單元、伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動與電機(jī)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(jī)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(chǎn)生變形；2．提升絲杠的拉壓剛度。數(shù)控裝置 驅(qū)動電路 步 進(jìn) 電 機(jī) 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(jī)軸或絲杠軸的端部，通過檢測電機(jī)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(jìn)給功能按功能劃分一般有下列幾種實(shí)現(xiàn)方法：l、機(jī)械式通過安裝在主軸上的分度齒輪實(shí)現(xiàn)，只能實(shí)現(xiàn)分度，一般可以實(shí)現(xiàn)主軸每圈360分度。但數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家常把電氣準(zhǔn)停作為選擇功能，訂購電氣準(zhǔn)停附件需另加費(fèi)用。為保證順利換刀，主軸必須具有準(zhǔn)確定位于圓周上預(yù)設(shè)定角度的功能。采用無級調(diào)速主軸機(jī)構(gòu)，雖然主軸箱結(jié)構(gòu)得到簡化，但低速段輸出轉(zhuǎn)矩不理想。不足之處是機(jī)械結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，設(shè)備體積龐大，設(shè)計(jì)制造成本較高。具務(wù)高的精度與剛性，傳動平穩(wěn)。如圖35，主軸電機(jī)的額定功率是指在恒功率區(qū)(轉(zhuǎn)速n1到n2)內(nèi)加工運(yùn)行時(shí)的輸出功率，低于額定轉(zhuǎn)速n1時(shí)是達(dá)不到額定功率的，轉(zhuǎn)速越低，輸出功率就越小。這種方案適用于需要無級調(diào)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(qū)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(zhuǎn)速，信號極性控制旋轉(zhuǎn)方向[32]。電動機(jī)的恒功率區(qū)域在基本速度以上，其恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域在基本速度以下。主運(yùn)動采用無級變速，優(yōu)點(diǎn)是銑頭的結(jié)構(gòu)尺寸小，所占空間小，且質(zhì)量輕，進(jìn)給運(yùn)動行程尺寸小。而采用交流變頻調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)對主電機(jī)的運(yùn)動控制。主處理器 CPU 能高實(shí)現(xiàn)加速及制動控制。具有性能/價(jià)格比高，操做簡便等特點(diǎn) [3]：X、Y 和 Z 軸進(jìn)給軸的定位精度 m30/4.?。綜合所述，對 X5032 普通立式銑床進(jìn)行數(shù)控化改造，既可保證實(shí)際生產(chǎn)上需要，又在技術(shù)性上也更具有可操作性，并且經(jīng)濟(jì)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(gè)典型的銑床數(shù)控化改造實(shí)例，對于提升機(jī)械加工生產(chǎn)效率，改善操作工人勞動強(qiáng)度，提高零件加工精度與生產(chǎn)效益吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2具有重要的意義，能夠創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)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(qū)動模塊、三軸伺服進(jìn)給運(yùn)動驅(qū)動控制模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)控傳遞模塊、潤滑與冷卻系統(tǒng)等模塊。具備低價(jià)格、配置靈活、高性能、使用簡單容易的特點(diǎn)。因此就必須大力提倡普通機(jī)床的數(shù)控化改造 [2]。數(shù)控化改造可以根據(jù)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求合理安排改造時(shí)間，在確保生產(chǎn)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控化改造，吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院3可以達(dá)到既保證生產(chǎn)效益，又能控制改造成本的目的 [3]。由于采用華中世紀(jì)星 HNC21M 銑削數(shù)控系統(tǒng)，具有 英寸彩色液晶顯示器，顯示機(jī)床的工作狀態(tài)，并具有實(shí)時(shí)圖形顯示功能。進(jìn)給速度高，機(jī)床位置控制分辨率高。在無級調(diào)速的機(jī)械、液壓和電氣等多種形式中，通常都采用交流調(diào)速電機(jī)作為驅(qū)動力源的調(diào)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(qū)動裝置的特性 交流變頻主軸驅(qū)動裝置的特性數(shù)控改造選用的主軸變頻驅(qū)動器要與交流主軸電動機(jī)相適應(yīng)，交流變頻主軸驅(qū)動裝置的特性如表31所示。而主軸電動機(jī)主要用于速度控制，因此主軸驅(qū)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(guān)量控制旋轉(zhuǎn)方向，而不提供脈沖指令輸入接口。普通籠型異步電動機(jī)配簡易型變頻器可以實(shí)現(xiàn)主軸的無級調(diào)速，但主軸電動機(jī)只有工作在約500轉(zhuǎn)/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(zhuǎn)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(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，主軸的轉(zhuǎn)速范圍受到較大的限制。 功率選擇輸出功率是主軸電機(jī)負(fù)載能力的指標(biāo)。尤其對于加工中心、車銑中心以及一些專用數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)各種工序以及各種加工材料的要求，主軸系統(tǒng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足各種切削運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩輸出，并且具有寬范圍調(diào)節(jié)速度的能力。對于采用交流伺服電機(jī)的主軸電動機(jī)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無級調(diào)速。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削時(shí)的切削轉(zhuǎn)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(shè)置一個(gè)或兩個(gè)凸鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時(shí)，刀柄上的鍵槽必須與此凸鍵對準(zhǔn)。采用電氣定吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院20向，可以在主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)完成，大大縮短了定向時(shí)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(fù)雜的機(jī)械、開關(guān)、液壓缸等裝置，也沒有機(jī)械定向所形成的機(jī)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(shí)現(xiàn)主軸定向控制；5)性能價(jià)格比提高由于簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)和強(qiáng)電控制邏輯，成本大大降低。對于車、銑復(fù)合機(jī)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(jìn)給插補(bǔ)功能。伺服進(jìn)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(shí)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(qū)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(bǔ)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(jī)選擇與計(jì)算 [4]Y、Z 軸滾珠絲杠副和伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算雷同于 X 軸的相關(guān)選擇與計(jì)算，過程省略。 9．配置RS232通訊接口，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)通訊 [7]。4．主傳動系統(tǒng)構(gòu)成它是機(jī)床切削加工時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩的主要部件之一。3．采用國際標(biāo)準(zhǔn)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(shù)學(xué)院35s m?： 機(jī) 床 的 反 射 死 角 誤 差 ， 已 知 反 向 差 值 或 重 復(fù) 定 位 精 度 20。（2）型號選擇：由計(jì)算數(shù)據(jù) hP、 amC、 ind的值在米思米（中國）精密機(jī)械貿(mào)易有限公司的精密滾珠絲杠副產(chǎn)品選擇表中選取 ，其參數(shù)如下：額定負(fù)