【文章內(nèi)容簡介】 用高性能的直流或交流無級(jí)調(diào)速主軸電機(jī)，較普通 機(jī)床的機(jī)械分級(jí)變速傳動(dòng)鏈大為簡化。對(duì)加工精度有直接影響的主軸組件的精度、剛度、抗振性和熱變形性能要求，可以通過主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。為提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，主軸應(yīng)有刀具或工件的自動(dòng)夾緊、放松、切屑清理及主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。最近日本又開發(fā)研制了新型的陶瓷主軸，重量輕，熱膨脹率低，用在加工中心上，具有高的剛性和精度。 進(jìn)給系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) (由于銑削時(shí)作用在電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，所以要選擇大功率的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，而大功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)較困難。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒有過載能力，在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩下降很多，容易丟步。要是改造后的銑床進(jìn)給伺服性能較好，在改造中也常采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代 系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 動(dòng) )，通過滾珠絲杠帶動(dòng)刀具或工件完成各坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為確定進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械裝置時(shí)，以 “ 無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度 ” 為原則，具體措施有： ① 采用低摩擦、輕拖動(dòng)、高效率的滾珠絲杠和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌； ② 采用大扭矩、寬調(diào)速的伺服電機(jī)直接與絲杠相聯(lián)接，縮短和簡化進(jìn)給傳動(dòng)鏈； ③ 通過消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯(lián)軸器的傳動(dòng)間隙； ④ 對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌和絲杠預(yù)加載荷，預(yù)拉伸 。 滾珠絲桿的選擇 絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳 動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。 滾珠絲杠 具有 摩擦損失小，效率高 等 特點(diǎn) ，其傳動(dòng)效率可在 90%以上；精度高，壽命長；啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。因此此次的 西門子 數(shù)控 銑床選擇滾珠絲杠。 滾珠絲桿螺母副 滾珠絲桿螺母副是數(shù)控機(jī)床中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)常用的傳動(dòng)裝置。它以滾珠的滾動(dòng)代替絲桿螺母副中的滑動(dòng)，摩擦力小，具有良好的性能。 該部分主要是由絲桿、螺母、滾珠和滾道、螺母 座等組成的。 其 工作原理 是 ：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 刀架系統(tǒng) 拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。 數(shù)控附件 機(jī)床附件的作用是配合機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。數(shù)控機(jī)床專用的附件有： ① 對(duì)刀儀， ② 自動(dòng)編程機(jī)，③ 自動(dòng)排屑器， ④ 物料儲(chǔ)運(yùn)及上下料裝置， ⑤ 自動(dòng)冷卻、潤滑及各種新型配套件如導(dǎo)軌防護(hù)罩等。 數(shù)控機(jī)床的外觀造型 數(shù)控機(jī)床的 外觀大都采用線型簡潔的板塊組合式全封閉安全防護(hù)罩，配備有現(xiàn)代特征的集操作、顯示、控制于一體的操作面板，淘汰了普通機(jī)床各種操作手柄、手輪和線型復(fù)雜零散的多面型表面形態(tài)。浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代 系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 安全防護(hù)罩可防止高壓、大流量冷卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵入侵，隔聲降噪，有利于機(jī)床的精度保持和環(huán)境保護(hù)，真正體現(xiàn)了機(jī)、電、液一體化的特點(diǎn)。 第 三 章 電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) X52 銑床特點(diǎn) X52銑床具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1）用換向轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇主電機(jī)的制動(dòng) ； 2） 主要、運(yùn)動(dòng)采用電磁離合器制動(dòng)； 3）主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)變速，均有瞬時(shí)電動(dòng) ； 4） 主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)各有單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作臺(tái)的快速移動(dòng)利用電磁離合器接上進(jìn)給的快速傳動(dòng)鏈，實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)； 5）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)是聯(lián)鎖的，只有起動(dòng)主運(yùn)動(dòng)后，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)才能起動(dòng)工作； 6）工作臺(tái) 6個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) ，具有完備的聯(lián)鎖。 7）具備多地點(diǎn)控制環(huán)節(jié)； 8）具有短路、零壓、過載和超程保護(hù)。 控制系統(tǒng) 的 改造 電氣部分：安裝微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。它包括： CPU，擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 I/O接口電路；能輸入加工程序和控制命令的鍵盤；能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器；光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路；螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其它輔助電路。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì) 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代 系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)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(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下 （ 321） 圖 (321） 1） 、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生。 脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或 CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為 ，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。 2） 、信號(hào)分配 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為 ,步距角為 ；二相八拍為 ,步距角為 。四相電機(jī)工作方式 也有二種，四相四拍為 ABBCCDDAAB,步距角為 。 3） 、功率放大 功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。 802S 內(nèi)部硬件和軟件 1） 該系統(tǒng)的 CPU為工業(yè) 486， 使用了 西門子 S7— 200的 PLC； 2） 使用了液晶顯示屏幕和鍵 盤：能夠較為方便的進(jìn)行程序的編寫 及命令的控制（ 編程方便，具有輪廓編程、循環(huán)編程、參數(shù)編程、示教方式編程等功能 ）。該 液晶 顯示屏顯示的是中文。 3） DNC功能可支持 CAD/CAM，用于加工復(fù)雜模具 4） 硬件接口豐富，自診斷功能完善 5） PLC 的最大 I/O為： 64/64 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代 系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 電氣改造中的 PLC 部分 在機(jī)械制造業(yè)中， PLC得到了非常廣泛的應(yīng)用。特別是數(shù)控機(jī)床都或多或少的使用了 PLC作為開關(guān)量的控制。 數(shù)控機(jī)床 PLC 分類 數(shù)控機(jī)床所使用的 PLC 可以分為兩個(gè)大類：一類是“內(nèi)裝型” PLC ；另外一類是“獨(dú)立型 ”的PLC。 1）內(nèi)裝型 PLC:如圖 (431) 圖 (431) 內(nèi)裝型 PLC 圖（ 331） 所示為內(nèi)裝型 PLC的 CNC系統(tǒng)框圖?！皟?nèi)裝型” PLC從屬于 CNC裝置， PLC與 CNC裝置之間的信號(hào)傳送在內(nèi)部即了可以實(shí)現(xiàn)。 PLC與機(jī)床則通過 CNC輸入、輸出接口電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送。這樣內(nèi)裝型 PLC的硬件電路可以單獨(dú)設(shè)計(jì)在及自己的電路板內(nèi)，也可以與 CNC裝置的某一塊電路板共用一塊電板。 內(nèi)裝型 PLC的成功應(yīng)用 ，擴(kuò)大了 CNC內(nèi)部直接處理數(shù)據(jù)的能力，可以使用梯形圖方式進(jìn)行編程，并且造價(jià)較低，提高了 CNC的 性能價(jià)格比 。 2） 獨(dú)立型 PLC 如圖（ 332） 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代 系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 圖（ 332）獨(dú)立型 PLC 所謂獨(dú)立型 PLC實(shí)際上就是一個(gè)通用興 PLC，它完全獨(dú)立于 CNC裝置，具有完備的硬件和軟件 ,獨(dú)立完成 CNC系統(tǒng)所需要的控制任務(wù) ，如圖所示的的獨(dú)立型的 PLC和 CNC機(jī)床的連接框圖。從圖中可以看到，獨(dú)立型 PLC，不但要與機(jī)床 側(cè) 的 I/O連接 ，還要 進(jìn)行與 CNC裝置側(cè)的 I/O連接。所以，獨(dú)立型 CPU造價(jià)較高，性能價(jià)格比不如內(nèi)裝型 PLC。 PLC 在數(shù)控機(jī)床中的控制功能 (1) 操作面板的控制。操作面板分為系統(tǒng)操作 面板和機(jī)床操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號(hào)先是進(jìn)入 NC，然后由 NC送到 PLC，控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行。機(jī)床操作面板控制信號(hào)，直接進(jìn)入 PLC，控制機(jī)床的運(yùn)行。 (2) 機(jī)床外部開關(guān)輸入信號(hào)。將機(jī)床側(cè)的開關(guān)信號(hào)輸入到送入 PLC，進(jìn)行邏輯運(yùn)算。這些開關(guān)信號(hào)，包括很多檢測元件信號(hào) (如：行程開關(guān)、接近開關(guān)、模式選擇開關(guān)等等 ) (3) 輸出信號(hào)控制： PLC輸出信號(hào)經(jīng)外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對(duì)象。 (4) 功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)送出 T 指令給 PLC，經(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到 T 代碼指定的刀號(hào)，并與主軸刀號(hào) 進(jìn)行比較。如果不符，發(fā)出換刀指令，刀具換刀，換刀完成后，系統(tǒng)發(fā)出完成信號(hào)。 (5) M 功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)送出 M 指令給 PLC，經(jīng)過譯碼，輸出控制信號(hào)，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)停止等等。 M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號(hào)。 PLC 與 CNC 及機(jī)床之間的信息交換 在信息交換中 ，分為 PLC 與 CNC 之間的信息交換和 PLC 與機(jī)床之間的信息交換。 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代 系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 1） PLC與 CNC之間的信息交換分兩個(gè)方向進(jìn)行：一個(gè)方向是 CNC向 PLC發(fā)送信息，主要信息有各種功能代碼 M、 S、 T的信息，手動(dòng) /自動(dòng)方式信息，各種使能信息等；另一個(gè)方向是 PLC向 CNC發(fā)送信息，主要信息有 M、 S、 T功能的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的機(jī)床參考點(diǎn)信息等。 2） PL C與機(jī)床之間的信息交換也分為兩個(gè)方向進(jìn)行：一個(gè)方向是 PLC向機(jī)床發(fā)送的信息，主要信息有控制機(jī)床的執(zhí)行元件，如電磁鐵、接觸器、繼電器以及各種狀態(tài)指示和故障報(bào)警等；另一個(gè)方向是機(jī)床向 PLC 發(fā)送信息，主要信息有機(jī)床操作面板輸入信息和其上各種開關(guān)、按鈕等信息，如機(jī)床起動(dòng) /停止、主軸正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn) /停止、冷卻液開 /關(guān)、倍率選擇、各坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)以及刀架卡盤夾緊 /松開等信息，還有各運(yùn)動(dòng)部件的限位開關(guān)，主軸狀態(tài)監(jiān)視信號(hào)和伺服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn) 備信號(hào)等。 PLC 的輸入輸出 輸入輸出裝置：開關(guān)量輸入 /輸出采用輸入接線端子板和繼電器板，作為數(shù)控裝