【正文】 直流供電，系統(tǒng)可在 24V15%到 +20%之間正常工作。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。 選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、各種性能等選擇性價(jià)比合適的系統(tǒng)，避免系統(tǒng)功能過剩，同時(shí)考慮到原車床的精度和改造的成本、周期、難易程度等各方面因素，決定采用以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件、開環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控系統(tǒng)。用重物加壓或扣壓于床身導(dǎo)軌上，加壓均勻，壓強(qiáng)通常為 — 。這種結(jié)構(gòu)適合齒輪直徑偏小，安裝空間較小的情況下。因此，必須消除齒側(cè)間隙。縱向步進(jìn)電機(jī) 1 通過一對減速齒輪 2 把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠 3，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺 4 做往復(fù)移動(dòng)。此方式對連接件制造精度及安裝精度有較高的要求，否則，同軸度誤差的影 響，會(huì)引起主軸編碼器發(fā)生偏扭而造成信號不準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)損壞光柵盤。所以，除非對加工精度有特殊要求，一般沒有必要選擇此種控制方式。采用方式二需要重新購買主軸伺服電機(jī)，另外主軸箱也要做相應(yīng)的改造以安裝伺服電機(jī)。由此可見，我國目前仍然以生產(chǎn)普通機(jī)床為主，因此機(jī)床設(shè)備的數(shù)控化改造將會(huì)長期存在，據(jù)中國機(jī)電裝備維修與改造技術(shù)協(xié)會(huì)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國每年大約有 10 萬臺普通機(jī)床需要改造，維修改造的市場前景十分廣闊。改革開放以來，我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)發(fā) 展迅速，取得了更為喜人的成果。 (3)柔性化和集成化 數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(diǎn) (數(shù)控單機(jī)、加工中心和控復(fù)合加工機(jī)床 )、線 (FMC、 FMS、 FTL、 FML)向面 (工段車間獨(dú)立制造島、 FA)、體 (CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。 （ 1）高速、高效 機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)換刀、自動(dòng)變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線的加工，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛。 MTBF 大于 3000 小時(shí)，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機(jī)床構(gòu)成的無人化工廠差別就大多了，若只對一臺數(shù)控機(jī)床而言，如果主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的時(shí)效率之比為 10： 1 的話 (數(shù)控系統(tǒng)的可靠性比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級 )，則此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 就要大于 小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的 MTBF 就必須大于 10 萬小時(shí)。 1965 年，國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)， 20 世紀(jì) 60 年代中期至 70年代初，先后研制成功了 CJK18 型晶體管數(shù)控系統(tǒng)、 X53IG 立式數(shù)控銑 床及 YK53 數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。如日本的大企業(yè)中有 26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控改造，中小型企業(yè)則是 74%，在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司，為世界各地提供機(jī)床數(shù)控化改造服務(wù)。車床總體改造如圖 21所示。因此，就切削精度而言，選擇 U／ f恒定控制方式是能夠滿足要求的。主軸通過主軸箱中 58/58 和 33/33 兩級齒輪 (實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比 l：1)把動(dòng)力傳遞給掛輪軸 X，主軸編碼器 1 通過支架 2 固定，并通過聯(lián)軸器 3 與悶頭 4相圖 22 三菱 變頻器外形圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 連，悶頭 4通過過盈配合與 主軸箱內(nèi)軸 X連接，如圖 2 24 所示。m 2 容許 偏心 mm 容許 偏角 (176。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，并對原支承處作適當(dāng)改造，布置一對推力球軸承 12，以承受雙向軸向力。這種方法適合直徑較大，有充分安裝螺釘空間的圓柱齒輪。填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加青銅粉、二硫化硅、玻璃纖維粉、二硫化銅、石墨、聚苯等填充劑，使聚四氟乙烯的性能改善如下： (1)耐負(fù)荷變形可提高 5倍； (2)剛性提高 4～ 5倍； (3)熱膨脹系數(shù)減小 1／ 3— 1／ 2； (4)導(dǎo)熱率提高2倍； (5)硬度提高 10％； (6)抗壓強(qiáng)度增加 2～ 3倍。半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。為使加工過程中能夠自動(dòng)換刀，改造中采用了自動(dòng)刀架來替換原有四方刀架，本章闡述了自動(dòng)刀架的安裝方法。在每一個(gè)工具盒中都包含有車床和銑床的 PLC 程序示例，以便用戶能很快地調(diào)試完畢。PTP” — 集成 PLC 實(shí)例應(yīng)用程序，我們在定義系統(tǒng)輸入輸出接口的時(shí)候，可以與廠家提供的 PLC 實(shí)例程序中的接口定義保持一致，這樣在改造的過程中，我們就無需自編 PLC 程序，只需利用廠家提供的 “SAMPLE178。 表 37 高速輸入接口 X20 引腳 信號 說明 引腳 信號 說明 1 RDY1 NC Ready 使用觸點(diǎn) 1 6 HI_4 2 RDY1 NC Ready 使用觸點(diǎn) 2 7 HI_5 3 HI_1 X軸參考點(diǎn)脈沖 8 HI_6 4 HI_2 Y軸參考點(diǎn)脈沖 9 . 5 HI_3 Z軸參考點(diǎn)脈沖 10 M 接地 數(shù)字輸入端的連接（ X100 和 X101） PLC 數(shù)字輸入接口 X100 的接線如圖 38 所示， SQ SQ SQ SQ SQ9 和 SQ10分別為 X+硬限位、 Z+硬限位、 X－硬限位、 Z－硬限位、 X軸參考點(diǎn)減速開關(guān)、 Z軸參考點(diǎn)減速開關(guān)， FR1FRI、 FR2 和 FR3 為熱繼電器的常開觸點(diǎn)，當(dāng)主電機(jī)、刀架電機(jī)或冷卻泵電機(jī)過載時(shí)將閉合，其產(chǎn)生的過載信號從 數(shù)字輸入口輸入。為了提高返回參考點(diǎn)的速度、精度和可靠性，決定采用雙開關(guān)方式，如圖 313 所示。再接下來闡述了各軸接近開關(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。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 圖 315 主電路圖 交流控制電路如圖 317， RC RC5 和 RC6 為單相滅火器， M4和 M5 為兩點(diǎn)柜風(fēng)扇，線路電壓為 AC110V。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 312 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接 回參考點(diǎn)配置 為了使系統(tǒng)在開機(jī)以后能夠立即精 確地識別機(jī)床零點(diǎn)，必須使系統(tǒng)與進(jìn)給軸的位置測量系統(tǒng)進(jìn)行同步，該過程就是所謂的回參考點(diǎn)過程。 X10 有 10 個(gè)接線端子，引腳說明見表 36。 表 31 負(fù)載電源電氣參數(shù) 參 數(shù) 最小值 最大值 單位 條 件 電壓平均值 V 波動(dòng)性 V 非周期性過壓 35 V 500ms 持續(xù)時(shí)間； 50s 恢復(fù)時(shí)間 額定消耗電流 A 啟動(dòng)電源 4 A 數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接及 接口設(shè)計(jì) SINUMERIK 802S base line 控制器與步進(jìn)驅(qū)動(dòng) STEPDRIVEC/C? 和步進(jìn)電機(jī)的連接如圖 33 電源波形 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 34所示。系統(tǒng)不再需要電池，免維 護(hù)設(shè)計(jì)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 214 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)外觀 本章小結(jié) 本章首先從數(shù)控化改造后車床應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，闡述了車床數(shù)控化改造的總體方案。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。 LD4CK6132 型電動(dòng)刀架技術(shù)參數(shù)見表 22。每個(gè)齒輪的端面均勻分布著四個(gè)螺孔，分別裝上凸耳 3和 8。支架 1 做成可移動(dòng)的形式方便裝配，絲杠位置調(diào)整好后，由螺釘擰緊。選用的型號為 MC20xx08C，外形如圖 25所示，規(guī)格如表 21所示。其外形如圖 22。 交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率，電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù) nfp以及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系式為： ? ?sp fn ?? 160 對于 C6132，電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率是定值 ，因此利用變頻器改變電源頻率 fn即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 C6132 型普通車床數(shù)控化改造后主要用于中小型軸類 、盤類以及螺紋零件的粗加工或半精加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)主軸的無級變速以提供不同的切削速度；刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成刀具選擇；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。并開發(fā)出弧齒錐齒輪數(shù)控加工、三維激光視覺檢測、螺旋槳七軸五聯(lián)動(dòng)加工和世界獨(dú)創(chuàng)的空間曲面插補(bǔ)軟件。并聯(lián)體系結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床實(shí)用化。3~5? m提高到 177。 數(shù)控技術(shù) 的產(chǎn)生、發(fā) 展 和作用 .............................................................................. 3 我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀 .......................................................................... 5 機(jī)床數(shù)控化改造 的可行性 ...................................................................................... 6 本章小結(jié) .................................................................................................................. 6 第 2 章 車床總體改造方案設(shè)計(jì) ...........................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。當(dāng)前，精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級，超精密加工精度進(jìn)入納米級 (? m)，主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá)到 ~? m，加工圓度為 ? m，加工表面粗糙度 Ra 值 等。國際上的主要數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)國及其廠家 都瞄準(zhǔn)通用個(gè)人計(jì)算機(jī)所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，自 80 年代末以來競相開本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 發(fā)基于 PC 的 CNC，開展了針對開放式 CNC 的前、后臺標(biāo)準(zhǔn)的研究，基于 PC 的開放式 CNC 大致可分為四類： PC 連接型 CNC、 PC 內(nèi)裝型 NC、 NC 內(nèi)裝型 PC 和純軟件 NC。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 目前我國可供市場的數(shù)控機(jī)床有 20xx 多種，覆蓋了超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓機(jī)床、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，可與日本、德國、意大利、美國并駕齊驅(qū)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第二章 車床總體改造方案設(shè)計(jì) 車床總體改造方案設(shè)計(jì) 數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足車床總體布局的前提下要盡可能利用原來的零部件，盡量減少 不必要的 改動(dòng)量。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 之間的關(guān)系為： n=。 數(shù)控車床連續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量 (kVA)計(jì)算式如下： MCNMMCNMCNkIIIkUPkPP????? 3103c o s?? 式中 PM—— 負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率； η —— 電動(dòng)機(jī)的效率 (通常約 O． 85)； cosφ —— 電動(dòng)機(jī)的功率因素 (通常約O． 75) MU—— 電動(dòng)機(jī)的電壓， 380V； MI—— 電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流，為 15． 4A； k—— 電流波形的修正系數(shù) (PWM方式時(shí)取 1． 051． 10)； PCN—— 變頻器的額定容量， kVA； ICN—— 變頻器的額定電流， A； 由以上公式可得：? ?? ?? ?AkIIk V AIkUPk V AkPPMCNMMCNMCN o s33????????????????????? 選擇變頻器時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足以上三個(gè)等式的關(guān)系。因螺釘前端直接碰觸軸面，有可能引起軸受損，因此我們選用夾鉗型彈性聯(lián)軸器。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。 雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法 圖 211是雙片齒輪錯(cuò)齒式消除間隙結(jié)構(gòu)。安裝時(shí)，拆除車床上的原小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉電機(jī)風(fēng)罩，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到 45。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(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)的位移精度相對較低。其機(jī)構(gòu)緊湊，具有高速集成于一體的數(shù)控單元、機(jī)床操作面板和輸入輸出單元 。提供脈沖及方向信號的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)接口。 數(shù)字輸入 和輸出所需的 24VDC 用獨(dú)立的 24V 直流電源，而不能與 CNC 控制器共用同一個(gè) 24VDC 穩(wěn)壓電源。 步進(jìn)及主軸驅(qū)動(dòng)器與 CNC 控制器的連接 (X7) X7 用于將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及主軸驅(qū)動(dòng)器同 CNC 控制器相連，電纜分配如表 35 所示。而 SINUMERIK 802S base line 系統(tǒng)的 PLC 輸入線是高電平輸入有效，由于系統(tǒng)內(nèi)有緩沖電路，可以定義為常開連接 (輸入閉合有效 )或常閉連接 (輸入斷開有效 )，故在每個(gè)刀位的霍爾元件輸出端接上一個(gè) “ 上拉電阻 ()” ，輸入定義為常閉連接 (輸入斷開有效 )，這樣一來當(dāng)某一刀位處于工作位置