普通機床改造成數(shù)控機床(編輯修改稿)
2025-07-25 14:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 它的性價比高，大部分普通機床數(shù)控化改造都采用此系統(tǒng)。 機械部分的改造為了充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能，保證改造后的車床在系統(tǒng)控制下重復(fù)定位精度，微機進給無爬行，使用壽命長、外型美觀，機械部分作了如下改動。 床身為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，除盡可能地減少電器和機械故障的同時，應(yīng)充分考慮機床零件、部件的耐磨性，尤其是機床導(dǎo)軌的耐磨性。增加耐磨性的方法有：?增加導(dǎo)軌的表面強度如：淬火；?降低摩擦系數(shù)μ等。當(dāng)前國內(nèi)外數(shù)控機床的床身等大件多采用普通鑄鐵。而導(dǎo)軌則采用淬硬的合金鋼材料，其耐磨性比普通鑄鐵導(dǎo)軌高5至10倍。據(jù)此，在改造中利用舊床身，采用淬火制成導(dǎo)軌，貼塑用螺釘和粘劑固定在鑄鐵床身上。粘接前的導(dǎo)軌工作表面采用磨削加工，以提高粘接強度。 主軸變速箱選用數(shù)控系統(tǒng),主運動方式和傳統(tǒng)機床一樣都要求有十分寬廣的變速范圍（1～16）來保證加工時選擇合理的切速，從而獲得較高的生產(chǎn)率和表面質(zhì)量,所以要根據(jù)具體情況對主軸變速箱進行改造。 拖板拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，不論是點位控制還是連續(xù)控制，對被加工零件的最后坐標精度將受拖板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。對于應(yīng)用步進電機作拖動元件的開環(huán)系統(tǒng)尤其是這樣。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運動而沒有位置檢測和信號反饋，故實際移動值和系統(tǒng)指令值如果有差別就會造成加工誤差。因此，除了拖板及其配件精度要求較高外，還應(yīng)采取以下措施來滿足傳動精度和靈敏度要求。在傳動裝置的布局上采用減速齒輪箱來提高傳動扭矩和傳動精度()。傳動比計算公式為： 式（）式中：α為步進電機的步距角(度)；p為絲杠螺距，mm；δ為脈沖當(dāng)量，即要求的分辨率，mm。在齒輪傳動中，為提高正、反傳動精度必須盡可能的消除配對齒輪之間的傳動間隙，其方法有兩種，柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法。柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后的齒輪側(cè)隙可以自動補償?shù)姆椒?，在齒輪的齒厚和齒距有差異的情況下，仍可始終保持無側(cè)隙嚙合。但將影響其傳動平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動剛度低。剛性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒輪側(cè)隙不能自動補償?shù)恼{(diào)整方法，它要求嚴格控制齒輪的齒厚及齒距誤差，否則傳動的靈活性將受到影響。但用這種方法調(diào)整的齒輪傳動有較好的傳動剛度，而且結(jié)構(gòu)比較簡單。在設(shè)備改造中應(yīng)用的配對齒輪側(cè)隙方法是剛性調(diào)整法。采用滾珠絲杠代替原滑動絲杠，提高傳動靈敏性和降低功率、步進電機力矩損失。 自動換刀裝置為了滿足在一臺機床上一次裝夾完成多工序加工，可采用自動刀架。自動刀架不但可代替普通車床手動刀架，還可用作數(shù)控機床微機控制元件。刀架體積小，重復(fù)定位精度高，適用于強力車削并安全可靠。 拖板箱采用數(shù)控系統(tǒng)控制。拆除原拖板箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱除固定在滾珠絲杠的螺母上。掛輪箱、走刀箱拆除，在此兩個位置分別裝控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器和拖板軸向伺服元件功率步進電機及減速箱。使改造后的機床外型美觀、合理。改造后機床的啟動、停機均由數(shù)控系統(tǒng)完成，故拆除原機床操縱桿，變向杠、立軸等杠桿零件。 主軸能實現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為變速范圍, 即=,數(shù)控機床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化很大，所以主軸變速范圍很寬。 由于 =1800 =14= 式（） 則 ==113r/min 這里為電動機的額定轉(zhuǎn)速該機床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為：= =1800/113= 式（）主軸電機的功率是：選主軸電機的型號為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)型號為1HP61674CB4，連續(xù)負載PH/KW=，間歇負載（60%）/ =,短時負載（20min）/=,額定負載n=5000，最大轉(zhuǎn)速=8000,晶體管PWM變頻器型號為6SC60584AA02電動機恒功率調(diào)速范圍：=8000/500=16所以所選電動機型號的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。3 .5 進給電機的選擇對于經(jīng)濟型數(shù)控化改造，我們選用步進電機進行伺服控制。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。 步進電動機的選用原則選用步進電動機時，通常希望步進電動機的輸出轉(zhuǎn)距，啟動頻率和運行頻率高，步距誤差小，性能價格比高。但增大轉(zhuǎn)距也快速運行存在一定矛盾，高性能也低成本存在矛盾，因此實際選用時，必須全面考慮。1)應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求。為了提高精度，希望脈沖當(dāng)量小。但是脈沖當(dāng)量越小，系統(tǒng)的運行速度越低。故因兼顧精度也速度的要求來選定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。在脈沖當(dāng)量確定以后，又可以為依據(jù)來選擇步進電動機的步距角和傳動機構(gòu)的傳動比。2)對位移誤差的要求。步進電動機的步距角從理論上說是固定的，但實際上還是有誤差的。此外，負載轉(zhuǎn)距也將引起步進電動機的定位誤差。應(yīng)將步進電動機的步距誤差、負載引起的定位誤差和傳動機構(gòu)的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機床允許的定位誤差。3)步進電動機的特性曲線對步進電動機參數(shù)選擇有影響的特性曲線包括：起動距頻特性曲線和反映轉(zhuǎn)距也連續(xù)運行頻率之間關(guān)系的工作距頻特性曲線。4)步進電動機的選擇既要滿足快速進給的要求，又要滿足切削進給的要求。在這兩種情況下，對轉(zhuǎn)距和進給速度有不同的要求。若要求進給驅(qū)動裝置有如下性能：在切削進給時的轉(zhuǎn)距,最大切削進給速度,在快速進給時的轉(zhuǎn)距，最大快速進給速度。步距角應(yīng)滿足： 式（）式中， 傳動比 脈沖當(dāng)量 絲杠導(dǎo)程步進電動機的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量精度比較實用，所選用的步進電動機應(yīng)滿足：式（）式中， 步進電動機的累積誤差。 系統(tǒng)對步進電動機驅(qū)動部分允許的角度誤差。為了使步進電動機正常運轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件：起動力矩一般選取為: 式（）式中， 電動機起動力矩 電動機靜負載力矩根據(jù)步進電動機的相數(shù)和拍數(shù)，表中MJM為步進電動機的最大靜載矩，是步進電動機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。運行方式相數(shù)33445566拍數(shù)3648510612Mg/、拍數(shù)啟動力矩表在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。由于步進電動機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此，相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足： 16
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