【文章內容簡介】 慮具體方案時，基本原則是在滿足需要的前提下，對于機床盡可能減小改動量，以降低成本。2．3機械部分改造方案設計進給傳動系統(tǒng)改造方案改造后取消其齒輪傳動，工作臺的縱向、橫向、垂向進給均由伺服電機拖動，通過減速齒形帶動縱、橫向、垂向滾珠絲杠副轉動實現，進給速度由伺服交流伺服電機給定；在交流伺服電機尾端加入編碼器，完成位置反饋，構成半閉環(huán)控制系統(tǒng)。進給系統(tǒng)改造后的結構，如圖2．3所示。其他機械部分(1)床身經對照原機床的使用說明書和機床安裝的情況，決定保留X5040銑床原有的床身，機床床身其內部加強筋布置合理，具有良好的剛性，底座上設有四個調節(jié)螺栓，便于機床調整水平，冷卻液儲液池設在床身內部。(2)銑頭由有級變速箱和銑頭兩個部件組成。銑頭主軸制成在高精度軸承上，保證主軸具有高回轉精度和良好的剛性。主軸裝有快速換刀螺母，前端錐孔采用ISO 30。錐度。主軸采用機械傳動裝置變速，共有18級，傳動平穩(wěn)、操作方便。如圖2．4所示。故此，在滿足主軸調速范圍的基礎上，主軸變速箱和銑頭不改變。(3)工作臺工作臺與床鞍支承在升降臺較寬的水平導軌上，工作臺的縱向、橫向、垂向進給拖板的進給傳動裝置取消，改為由伺服電機驅動，通過內齒帶輪帶動精密滾珠絲杠，從而使工作臺獲得縱向進給。工作臺左端原有的手輪和刻度盤保留，以便進給手動操作。(4)冷卻、潤滑部分冷卻部分由切削液泵、出液泵、回液管、開關及噴嘴等組成。切削液泵安裝在機床底座的內腔里，將切削液從底座內儲液池泵至出液管，在經噴嘴噴出，對切削區(qū)進行冷卻。潤滑部分采用機動潤滑方式，用潤滑油泵通過分油器對主軸套筒、刀軌及滾珠絲杠進行潤滑，以提高機床的使用壽命。冷卻、潤滑部分線路良好，可以繼續(xù)使用。2．4電氣部分改造方案銑床的數控化改造電氣控制圖如圖2．5所示。在交流伺服電機控制下，驅動控制執(zhí)行元件運動，完成進給軸的快速移動、啟動／停止等運動。用四幅驅動元件控制工作臺的移動，進給軸的轉速有兩部分控制組合而成，一部分由交流電機通過減速齒輪對轉速進行調速，另一部分由機械手柄和帶輪進行有級調速。強電電路有主電路、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等三部分組成。機床上電采用三相380V交流電源供電，由空氣開關控制機床總電源的切斷。空氣開關還同時受鑰匙開關和開門斷電開關的保護控制，使機床只有在鑰匙打開和電氣箱關閉的情況下才能通電。主電路為下列部件供電：伺服單元主電路、伺服單元控制回路、主軸電動機、切削泵電動機。控制電路使用的電源分別有兩個電源變壓器提供。一個電源變壓器電源模塊提供單相200V交流電源，另一個電源變壓器輸出三組單元交流電源。1IOV組為自動潤滑、軸流風扇、電磁閥供電，并為交流控制回路提供IOOV電源。28V組為24V直流穩(wěn)壓電源提供交流輸入電源。24V組為機床工作提供照明電源。2．5數控系統(tǒng)的方案數控系統(tǒng)的控制方式數控系統(tǒng)的控制方式通常分為三種，開環(huán)控制半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制。在制定機床數控化改造總體方案時，應根據產品的加工要求，又要考慮數控系統(tǒng)的性能價格比，正確選擇數控系統(tǒng)的控制方式【15】。半閉環(huán)控制通常是指數控坐標軸為伺服電機驅動，它由伺服電機、檢測器、比較線路、伺服放大線路等部分組成，它根據來自檢測器的反饋信號與指令信號比較的結果來進行速度和位置的控制，對大部分數控機床來說，其檢測反饋信號是從伺服電機軸或滾珠絲杠上取得。半閉環(huán)控制已經廣泛的應用在數控機床上。數控系統(tǒng)的選擇在進行數控系統(tǒng)選型時，一般應遵從性價比高、綜合成本低這兩個主要的原則。在這兩個原則的指導下對眾多的數控系統(tǒng)進行比較，選擇最合適的數控系統(tǒng)。(1)性價比高的原則一般在選擇數控系統(tǒng)時，應考慮數控系統(tǒng)的先進性，不要選那些已經或將要被淘汰的產品，這樣用不了多長時間又要進行更新，而要盡量選擇先進的、能代表當前主流技術的產品。先進的產品代表更加強大的功能，但并不是越先進的越好，隨著性能的提高，其價格必然越貴，但是在實際應用中，眾多強大的功能是否必要，要視使用情況而定【16】。不要一味追求高性能而增加投入，應該在選擇性能優(yōu)良產品的同時，考慮價格因素，對產品的性能價格比進行比較，在同樣能滿足技術要求的情況下，選擇價格低的產品。(2)綜合成本低的原則所謂綜合成本，是指除產品本身的價值外，其配套的配件采購、維修成本，因故障停機導致的時間成本，以及壽命周期等等。在進行數控系統(tǒng)選型時，要充分考慮以上因素，選擇故障率低、配件價格低、售后服務及時、壽命周期長的產品。(3)國內外數控系統(tǒng)比較與選擇我國國內目前研制開發(fā)與生產的CNC裝置基本上分為兩大類：一類是從國外引進技術制造的產品，如發(fā)那科生產的FANUC．0iMate、德國SIMENS公司的SINUMERIKDMT5Te／Ce[17】；另一類是在引進、消化、吸收的基礎上研制、開發(fā)、生產的數控裝置，如華中數控生產的華中I型、II型。近年來，我國引進了一些國外的數控系統(tǒng)，具有代表性的有日本FANUC公司和德國SIMENS公司的產品，另外還有美國Allen．Bradley公司、西班牙FAOGO公司、法國NUM公司的產品【18】。對比國內外性能相當的數控系統(tǒng)，可以發(fā)現其優(yōu)缺點非常明顯，詳見表2．2。從表2．2可以看出，國外產品在性能、可靠性、使用壽命上占有很大優(yōu)勢，但價格很高，使得改造成本提高。國內產品雖然大轉矩、大功率伺服電機的能力沒有國外產品強大，但也能滿足我們的要求，而且綜合成本低。最終我們將機床電氣改造數控系統(tǒng)的選擇定位在采用國內系統(tǒng)上，其中DTM．5T數控系統(tǒng)是一款能滿足以上要求的數控系統(tǒng)，所以我們選擇這款專門為中國數控機床市場而開發(fā)的經濟型CNC控制系統(tǒng)。數控系統(tǒng)如圖2。6所示。DlM．5T數控系統(tǒng)特點及主要技術指標 (1)魁以單片機為核心的兩坐標聯(lián)動經濟型數控系統(tǒng)； (2)聚川中文式菜單目錄，便于操作；(3)最小輸山增量：x軸0 005，X軸0 005，Z軸0．0(4)具有A線、網弧、插補和川隙、J具補償功能；(5)稃JF輸八方式：鍵盤、RS．232C接DTM．5T數控系統(tǒng)控制原理，如圖2．7所示。DTM一5T數控系統(tǒng)I／O接口主要實現與編碼器接口、交流伺服電機控制接口、開關量輸入輸出接口。主軸編碼器反饋信號接口。9芯D型插座，接受主軸編碼器的頭脈沖、碼道脈沖，所選編碼器每轉脈沖應為1200P或2400P。X軸、Y軸、Z軸及主軸控制接口。15芯D型插座，用來控制X軸、Y軸、Z軸交流伺服電機的運動和主軸的轉速。開關量輸入輸出接口。37芯D型插座，開關量輸入輸出類型：①冷卻液控制口；②輔助輸入輸出口；③刀架控制信號；④主軸控制信號；⑤主軸換檔控制口；⑥超程信號輸入口；⑦回零信號輸入口。RS．232通訊接口。25芯D型插座，用于連接RS 232C接口的計算機或外部設備，如圖2．8所示119J。第3章系統(tǒng)運動參數的確定方案確定后，就可以著手對機床進行數控化改造。在改造前要計算和確定機床的機械部分運動參數，從而確定選擇相關部件的型號和規(guī)格；為了滿足數控系統(tǒng)加工過程中的穩(wěn)定、快速、準確，就要分析控制系統(tǒng)的特性，確定影響系統(tǒng)的因素，以保證系統(tǒng)的正常工作。最后對原機床等硬件設施做以保養(yǎng)工作，為改造做好準備工作。3．1主運動轉速范圍分析主運動由5．5KW、1440r／min的主電機驅動，如圖3．1所示。經矽115／矽240的帶傳動，再經I．II軸間的三聯(lián)滑移齒輪、II．ⅡI軸間的三聯(lián)滑移齒輪、III．Ⅳ軸建的兩聯(lián)滑移齒輪和Ⅳ．V軸間的圓錐齒輪副29／29及V．Ⅵ軸間的齒輪副63／47傳至主軸，使之獲得18級轉速，如圖3．2所示。主運動的傳動路線表達式如式(3．1)所示：X5040其主軸轉速18級分別為：50、680、100、12160、200、250、31400、500、6800、1000、1250、131500r／min，．60規(guī)定的7個標準公比，其優(yōu)點是便于采用雙速電機驅動，可簡化機床的變速機構【20l。3．2進給系統(tǒng)方案的設計3．2．1對進給傳動系統(tǒng)的要求l、高的傳動精度和定位精度傳動精度和定位精度對零件的加工精度起著關鍵性的作用，也是機床特蠡征的指標之一。在設計中在進給傳動鏈中加入減速齒輪，以減少脈沖當量(即伺服系統(tǒng)接收一個指令驅動工作臺移動的距離)，預緊傳動滾珠絲杠，消除齒輪、蝸輪等傳動件的間隙等辦法，可達到提高傳動精度和定位精度的目的 寬的進給調速范圍伺服進給系統(tǒng)在承擔全部工作負載的條件下，應具有很寬的調速范圍，以適應各種工件材料、尺寸和刀具等變化的需要，工作進給速度范圍可到36000mm／min(調速范圍1：2000)12168。為了完成精確定位，伺服系統(tǒng)的低速趨近速度達0．1mm／min：為了縮短輔助時間，提高加工效率，快速移動速度應高達1 5m／min。響應速度快所謂快速響應特性是指迸給系統(tǒng)對指令輸入信號的相應速度及瞬態(tài)過程結束的迅速程度，即跟蹤指令信號的響應要快；定位速度和輪廓切削進給速度要滿足要求；工作臺應能在規(guī)定的速度范圍內靈敏而精確地跟蹤指令，進行單步或連續(xù)移動，在運行時不出現丟步或多步現象。進給系統(tǒng)響應速度的大小不僅影響機床的加工效率，而且影響加工精度。無間隙傳動進給系統(tǒng)的傳動間隙一般指反向間隙，即反向死區(qū)誤差，它存在于整個傳動鏈的各傳動副中，直接影響數控機床的加工精度。穩(wěn)定性好，壽命長穩(wěn)定性是伺服進給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本條件，特別是在低速進給情況下不產生爬行，并能適應外加負載的變化而不發(fā)生共振。穩(wěn)定性與系22統(tǒng)的慣性、剛性、阻尼及增益等都有關系，適當選擇各項參數，并能達到最佳的工作性能。使用維護方便數控銑床是高精度自動控制機床，主要用于單件、中小批量、高精度及復雜間的生產)JHr．，機床的開機率相應就高，因而進給系統(tǒng)的結構設計應便于維護和保養(yǎng)，最大限度地減少維修工作量，以提高機床的利用率。拆除銑床原有的手柄和滑動絲杠螺母副，更換為滾珠絲杠副和減速齒輪及交流伺服電機。縱向工作臺(Y軸)：約80kg，橫向工作臺(x軸)：100kg，升降工作臺(Z軸)：約300kg。3。2．2滾珠絲杠螺母副的選用與設計