【正文】 礎(chǔ)我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，由于長(zhǎng)期自身機(jī)制的不適應(yīng)性，經(jīng)濟(jì)實(shí)力過(guò)低、技術(shù)落后、設(shè)備陳舊，極大地制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。要實(shí)現(xiàn)以上功能，確定總體改造方案如下:(1)拆除原車(chē)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(dòng)絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過(guò)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。該編碼器經(jīng)濟(jì)適用，力矩小，多規(guī)格，適應(yīng)多種數(shù)控設(shè)備，其最高許用轉(zhuǎn)速為5000r／min，遠(yuǎn)大于車(chē)床主軸最高轉(zhuǎn)速2000r／min。1支架2絲杠托架3縱向滾珠絲杠4絲杠防護(hù)罩5大拖板6過(guò)渡板圖26縱向滾珠絲杠裝配圖橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承的形式，也通過(guò)雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖27所示。齒輪1的端面還有另外四個(gè)通孔，凸耳8可以在其中穿過(guò)。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)。除三個(gè)進(jìn)給軸外，SINUMERIK 8025 base line還提供一個(gè)177。4數(shù)控系統(tǒng)各部分單元具體設(shè)計(jì)SINUMERIK 802S base line控制器與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)STEPDRIVEC/C+和步進(jìn)電的連接如圖41所示。所連接的編碼器應(yīng)為SV增量式編碼器。當(dāng)某一刀位處于工作位置時(shí)，其位置傳感器(霍爾元件)輸出低電平，其余三個(gè)刀位的霍爾元件輸出處于懸空狀態(tài)，沒(méi)有電平輸出。在調(diào)試時(shí)需按照所使用電機(jī)的扭矩設(shè)定驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流。額定容量為13kVA，額定電流為17A，過(guò)載能力為150%60秒，200%，額定輸出電壓為3相38OV/50Hz，電源電壓允許波動(dòng)范圍為323V至528V。圖416主電路圖交流控制電路如圖417所示，RCRCS和RC6為單相滅弧器，M4和MS為兩電柜風(fēng)扇，線路電壓為AC110V。在利用填充聚四氟乙烯軟帶對(duì)原車(chē)床導(dǎo)軌貼塑的工作中，粘接工藝的好壞將直接影響改造后導(dǎo)軌的性能。全文主要論述和研究了以下內(nèi)容:l、為使改造后的車(chē)床主軸能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速，本次改造采用了變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式，本文對(duì)主軸變頻器的計(jì)算和選型作了深入研究。R、S、T為變頻器的電源輸入端，U、V、W為輸出控制電機(jī)端，STF和STR分別接主軸正反轉(zhuǎn)控制繼電器觸頭KAI和KAZ，2和5分別接主軸模擬量輸出信號(hào)(0+10V)A04和AGND4，以控制變頻器的輸出電壓頻率。所以，完全可以滿足主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)采樣接近開(kāi)關(guān)上升沿，以上升沿有效電平作為參考點(diǎn)脈沖，如a)所示。而采用常閉邏輯(負(fù)邏輯)，則可避免事故的發(fā)生。表42電源端子X(jué)端子分配端子號(hào)信號(hào)名說(shuō)明1PE保護(hù)地2M0V3P24直流24V通訊接口RS232的連接(XZ)在使用外部PC用G與8025baseline進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊(WinPCIN)或編寫(xiě)PLC程序時(shí)，使用RS232接口，各引腳如圖43所示。因此我們選用西門(mén)子配套的24V直流穩(wěn)壓電源。堅(jiān)固而又節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，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(jī)床控制動(dòng)作的按鍵以及8英寸LCD顯示器，同時(shí)還提供12個(gè)帶有LED的用戶自定義鍵。這種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度相對(duì)較低。1，2薄齒輪；3，圖28雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法結(jié)構(gòu)圖28是雙片齒輪錯(cuò)齒式消除間隙結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止和變速。2車(chē)床機(jī)械部分改造方案數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足車(chē)床總體布局的前提下要盡可能利用原來(lái)的零部件，盡量減少改動(dòng)量。為此，各國(guó)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家和企業(yè)家在不斷探索新形勢(shì)下的各種先進(jìn)制造技術(shù)及制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。如果對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，其投資少，見(jiàn)效快，是在短期內(nèi)提高我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率的一條有效途徑。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍在質(zhì)量差、品種少、成本高、供貨期長(zhǎng)等現(xiàn)象，因而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。 (3)顯著的經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力對(duì)于機(jī)床擁有者來(lái)說(shuō)，只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)相同新機(jī)床30%以下的費(fèi)用即可獲得相同的使用效果。在利用填充聚四氟乙烯軟帶對(duì)原車(chē)床導(dǎo)軌貼塑的工作中，粘接工藝的好壞將直接影響改造后導(dǎo)軌的性能。即由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)變速。原車(chē)床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸6通過(guò)套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠3相連，這種聯(lián)軸器用兩個(gè)互相垂直的錐銷(xiāo)將支撐軸與絲杠連接起來(lái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜所帶來(lái)的裝配困難和附加應(yīng)力。通常齒側(cè)間隙的消除主要有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。3電氣控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)(l)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng):該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。機(jī)床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機(jī)床匹配快速、更容易。24VDC電源選用CNC控制器采用24V直流供電，系統(tǒng)可在24V15ry0到+2006之間正常工作。本次改造的輸入輸出接口定義如表41所示。SBI為急停按鈕，當(dāng)被按下時(shí)，所有PLC輸出端口均無(wú)信號(hào)輸出。為了提高返回參考點(diǎn)的速度、精度和可靠性，決定采用雙開(kāi)關(guān)方式，如圖410所示。有反饋矢量控制方式雖然是運(yùn)行性能最為完善的一種控制方式，但由于需要增加編碼器等轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費(fèi)用，而且編碼器的安裝也比較麻煩。當(dāng)變頻器有故障時(shí)，B端觸頭斷開(kāi)，KMI線圈失電，其常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，變頻器自動(dòng)斷電，同時(shí)A端觸頭閉合，報(bào)警燈HL顯示報(bào)警。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。為使數(shù)控系統(tǒng)中的設(shè)置參數(shù)與改造后車(chē)床實(shí)際情況相匹配，本文對(duì)PLC及機(jī)床參數(shù)設(shè)置作了研究。再接下來(lái)闡述了各軸接近開(kāi)關(guān)的配置方法和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的設(shè)定方法以及主軸變頻器的選用原則，并且通過(guò)計(jì)算確定了主軸變頻器的型號(hào)—。由于在RISC處理器中采用了新的在線自動(dòng)調(diào)整功能使得電機(jī)在不影響啟動(dòng)速度的情況下，迅速得到調(diào)整，從而在不用PLG而低速運(yùn)行時(shí)，達(dá)到高精度運(yùn)行和高轉(zhuǎn)矩輸出。變頻器的控制方式主要有U/f控制方式、無(wú)反饋矢量控制方式和有反饋矢量控制方式。圖47 X101接線圖數(shù)字輸出端的連接(XZOO和X201)X2OO和X2O1的接線如圖48所示，KAI、KAZ、KAKAKAS和KA6分別為主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)、刀架正轉(zhuǎn)、刀架反轉(zhuǎn)、冷卻泵和主軸制動(dòng)用中間繼電器，VDZ一VD7為繼電器線圈兩端浪涌電壓吸收二極管。圖44步進(jìn)及主軸驅(qū)動(dòng)器與802S base line的連接手輪接口(X10)通過(guò)手輪接口X10可以在外部連接兩個(gè)電子手輪。圖41數(shù)控系統(tǒng)接線圖 系統(tǒng)的接口布置如圖42所示。采用電容防止掉電引起的數(shù)據(jù)丟失。(3)交/直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。拆除原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝由數(shù)控系統(tǒng)控制的四工位電動(dòng)刀架。右端仍利用原支承橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸承支座作為徑向支承，并對(duì)原支承處作適當(dāng)改造，布置一對(duì)推力球軸承12，以承受雙向軸向力。為了使改造后的數(shù)控車(chē)床能自動(dòng)加工螺紋，須配置主軸脈沖編碼器作為車(chē)床主軸位置信號(hào)的反饋元件，其目的是用來(lái)檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，通過(guò)主軸→脈沖編碼器→數(shù)控系統(tǒng)→步進(jìn)電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架縱向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的車(chē)螺紋運(yùn)動(dòng)。1向滾珠絲杠副向 4尾座5Y向減速器6Z向電機(jī)7支架8X向電機(jī)10主軸脈沖編碼器圖21CA6140普通車(chē)床數(shù)控化改造示意圖