【導(dǎo)讀】普通銑床數(shù)控化改造的條件·······························4. 第二章總體方案的確定····································6. 第三章主傳動系統(tǒng)設(shè)計····································7. 確定主軸傳動功率······································7. 主傳動的調(diào)速過程······································8. 第四章伺服進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計·····························10. 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計和選用·····························10. 滾珠絲杠的安裝·······························&#183

　　

【正文】 圍寬，過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于步進(jìn)電動機的開環(huán)控制，調(diào)試比閉環(huán)簡單，系統(tǒng)的穩(wěn)定性易保證，所以此方案比較合適。 伺服電機的計算 （ 1）電動機轉(zhuǎn)矩計算 加速力矩： ????? 1 5 0 m a x TnJM ra（ N m） 式中： rJ — 折算到電動機軸上總慣量，㎏㎡ T— 系統(tǒng)時間常數(shù)， s n — 電動機轉(zhuǎn)速， minr 摩擦力矩： 33 102 ?? ????????iSFM of ??=（ N m） 式中： oF — 導(dǎo)軌摩擦力， N S — 絲杠螺距，㎜ i — 齒輪降速比 ? — 傳動鏈總效率，一般 ? =～ 附加摩擦力矩： 3232m a x 10)(64 9 0 010)1(2 ?? ??????????oao iSFM ???=（ N m） 式中： maxaF — 最大軸向載荷， N o? — 滾珠絲杠未預(yù)緊時的效率，一般 ?o? 電動機力矩： 二 00 八年南通紡院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 24 頁 共 31 頁 ofa MMMM ??? m a x =++=（ N m） 根據(jù)快速空載啟動力矩應(yīng)小于電動機的最大轉(zhuǎn)矩，即 maxMM? ， maxM 為電動機輸出轉(zhuǎn)矩的最大值，綜上所述選擇電動機的最大轉(zhuǎn)矩 為 maxM = （ N m） ，額定功率為 750W 的交流伺服電機。 （ 2）負(fù)載慣量計算 伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量 MJ 應(yīng)與負(fù)載慣量 rJ 相匹配。負(fù)載慣量可按下式計算。 ① 工件、夾具與工作臺折算到電機軸上的慣量 1J 工件、夾具與工作臺的最大質(zhì)量 ?m 350 ㎏，可按下式計算，即 ?????? 2221 ) 0 0 (3 5 0)2()( ?hPmwvmJ （㎏㎡） 式中： v— 工作臺移動速度， m/s w — 伺服電機的角速度， srad m — 工件、夾具與工作臺的質(zhì)量，㎏ ② 絲杠加在電動機軸上的慣量 2J 絲杠的名義直徑 oD =32 ㎜ =，長度l =， 絲杠材料密度 ? = 3310 mkg 。根據(jù)下式計算： ??????? 4342 olDJ ?? （㎏㎡） ③ 軸承加上鎖緊螺母等的慣量 3J 可直接查手冊得： 3J =（㎏㎡） ④ 負(fù)載總慣量 rJ = 1J + 2J + 3J =++=（㎏㎡） 按照小型數(shù)控機床慣量匹配條件， 41 ??rMJJ ，所選伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量 MJ應(yīng)在 ～ ㎏㎡范圍之內(nèi)。 根據(jù)上述計算可選定伺服電機， X向可選中達(dá) ASMTL25007型交流伺服電機，其額定轉(zhuǎn)矩為 N m，轉(zhuǎn)子慣量為 ㎏㎡，額定功率為 750W 的交流伺服電機。同理可知， Y向可選中達(dá) ASMTL25010 型交流伺服電機，額定功率二 00 八年南通紡院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 25 頁 共 31 頁 為 1KW。 Z 可選中達(dá) ASMTL25007 型交流伺服電機，其額定轉(zhuǎn)矩為 N m，轉(zhuǎn)子慣量為 ㎏㎡，額定功率為 750W 的交流伺服電機。 電機的安裝 X向電機的安裝 考慮到同步帶的張緊等問題，電機不可直接安裝在掛箱上，這樣同步帶張緊就有困難。需將電機首先安放在連接板上，電機的安放孔要定位很精確，要將電機裝正，不能傾斜。電機與連接板安裝好后，在連接板的四個角上分 別打好 U形槽。再將連接板安放在掛箱上，通過 U形槽可調(diào)整電機的位置，從而達(dá)到張緊同步帶的目的。 對于 Y、 Z 向電機的安裝可參考上述步驟，這里就不對其進(jìn)行詳細(xì)的解說。二 00 八年南通紡院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 26 頁 共 31 頁 第 五 章 數(shù)控銑床的 PLC控制 SINUMERIK 802C 是專門為中國數(shù)控機床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型 CNC 控制系統(tǒng) 。 此系統(tǒng)與同類數(shù)控系統(tǒng)相比 結(jié)構(gòu)緊湊， 性能更強，價格更低 ， 高度集成于一體的數(shù)控單元，操作面板，機床操作面板和輸入輸出單元 機床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機床匹配更快速、更容易簡單而友好的編程界面，保證了生產(chǎn)的快速進(jìn)行，優(yōu)化了機床的使用 。 SINUMERIK 802C 集成了所有的 CNC， PLC， HMI， I/O 于一身：可獨立于其他部件進(jìn)行安裝 ， 堅固而又節(jié)省空間的設(shè)計 。 此系統(tǒng)主要有以下部分組成： CNC 控制器、驅(qū)動器和電機、電纜。伺服驅(qū)動器的連接見圖 51。 圖 51 伺服驅(qū)動器的連接 圖 電氣接口 電氣接口從信號的流向來看包括輸入接口和輸出接口，從信號的幅值特性來看包括模擬量接口和開關(guān)量接口。 （ 1）開關(guān)量輸出接口 外部觸點閉合時， +24V 電壓加到接收器電路上，經(jīng)濾波和電平轉(zhuǎn)換處理后，輸出至 CNC 內(nèi)部，成為內(nèi)部電子電路可以接收和處理的信 號。接受電路采用光電二 00 八年南通紡院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 27 頁 共 31 頁 耦合轉(zhuǎn)換電路，開關(guān)量輸入信號是機床的開關(guān)、按鈕、繼電器觸點、檢測傳感器等采集的閉合 /斷開狀態(tài)信號。這些狀態(tài)信號需經(jīng)上述接口電路處理，才能變成PLC或 CNC 能夠接收的信號。 （ 2）開關(guān)量輸出接口 PLC 輸出電路一般為晶體管輸出，可以驅(qū)動發(fā)光二極管，另外還可以經(jīng)過繼電器等放大后在輸出到外部接口。 當(dāng)負(fù)載的工作電壓或工作電流超過輸出信號的工作范圍時，應(yīng)先用 PLC 輸出接口驅(qū)動小型繼電器，然后再用它的觸點驅(qū)動強電線路的繼電器、接觸器等負(fù)載。 銑床的安全互鎖 PLC 完成相應(yīng)的功能外，還要求在 異常的情況下，通過安全互鎖對操作者和設(shè)備進(jìn)行緊急保護(hù)，然后通過報警功能通知操作者。 （ 1）急停 當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，可以按下急停按鈕以避免故障進(jìn)一步擴大。因此，急停按鈕必須能停止各運動部件，如進(jìn)給軸、主軸等。常用的方法是：通過急停按鈕關(guān)閉所有的動力電源，只保留控制電源；也可以用急停按鈕關(guān)閉各運動部件驅(qū)動器的使能信號來實現(xiàn)。 （ 2）限位 當(dāng)進(jìn)給軸或其他有位置要求的移動部件超出設(shè)計的行程時，則通過限位信號進(jìn)行保護(hù)。限位信號一方面需要在出現(xiàn)限位的時刻禁止移動部件的移動，另一面，還要通知 CNC限位的方向，這樣當(dāng)用超程 解除等方式脫離限位狀態(tài)時，不會因誤操作而進(jìn)一步擴大超行程的程度，即只允許移動部件向與限位方向相反的方向移動。 （ 3）進(jìn)給驅(qū)動裝置 數(shù)控機床在自動加工中通常進(jìn)給運動是由一個以上的進(jìn)給驅(qū)動裝置同時完成的，因此，當(dāng)某個進(jìn)給驅(qū)動裝置出現(xiàn)報警時，必須停止自動加工狀態(tài)。 （ 4）主軸單元 數(shù)控機床主軸的回轉(zhuǎn)運動帶動刀具或工件產(chǎn)生切削運動，因此 1）當(dāng)主軸報警時必須禁止回轉(zhuǎn)運動，以防止損壞刀具或主軸。 2）當(dāng)主軸運動時，必須禁止刀具松 /緊和自動換刀等，因為這些過程是在需二 00 八年南通紡院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 28 頁 共 31 頁 要主軸靜止的狀態(tài)。 3）若主軸有多個擋位，則主軸換擋未 成功時，必須禁止主軸的連續(xù)運動和機床的自動加工。 下面以三個進(jìn)給軸的驅(qū)動就緒為例編寫 PLC 程序。三個進(jìn)給軸的驅(qū)動就緒信號接至 PLC 三個輸入點，如果任意驅(qū)動未就緒則產(chǎn)生報警 700002，并在報警文本中顯示軸號。如下圖 52所示 軸就緒軸就緒軸就緒軸就緒軸就緒軸就緒圖 52 PLC 梯形圖 二 00 八年南通紡院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 29 頁 共 31 頁 第 六 章 數(shù)控機床的潤滑系統(tǒng) 良好的潤滑系統(tǒng)是保證數(shù)控機床穩(wěn)定可靠的工作重要因素，這對于延長數(shù)控機床的使用壽命、提高切削效率等方面有著顯著的作用。 1）減少摩擦、減緩磨損 在兩個 有相對運動的接觸表面之間加入潤滑油，可形成一層油膜，有效地避免了兩表面間的直接接觸，大大降低了接觸表面間的摩擦系數(shù)，可以減小摩擦，實現(xiàn)減緩零件磨損的目的。 2）降低溫度 在油泵的作用下，流動潤滑油可以把摩擦產(chǎn)生的大量的熱量帶走，起到降低潤滑表面溫度的作用。 3）防止銹蝕 潤滑油在摩擦表面形成的保護(hù)油膜，阻擋了金屬與空氣或其他氧化源的直接接觸，并在一定程度上防止了金屬零件的銹蝕。 4）形成密封 潤滑脂除具有潤滑作用外，還有防止?jié)櫥瑒┑牧鞒龊屯饨鐗m屑進(jìn)入摩擦表面的作用，避免了摩擦、磨損的加劇。 潤滑系統(tǒng) 數(shù)控銑床的潤滑系統(tǒng)主要對主傳動部分、軸承、滾珠絲杠及機床導(dǎo)軌等部件進(jìn)行潤滑。此機床采用定時定量潤滑無論潤滑點位置高低和離油泵遠(yuǎn)近，各點的供油量穩(wěn)定，由于潤滑周期的長短及供油量可調(diào)整，減少了潤滑油的消耗，所以易于自動報警，潤滑可靠性高。 在主傳動部分中，齒輪和主軸軸承等零件轉(zhuǎn)速較高，承受的載荷大，溫升劇烈，因而采用潤滑油強制循環(huán)的方式，對這些零件進(jìn)行潤滑的同時完成對主軸系統(tǒng)的冷卻。 滾珠絲杠及軸承、機床導(dǎo)軌是決定數(shù)控機床運動精度的主要部件。為了維護(hù)運動 精度并減少摩擦及磨損，必須采用適當(dāng)?shù)臐櫥檫_(dá)到 良好的潤滑效果，滾珠絲杠、機床導(dǎo)軌采用定時定量 方式進(jìn)行潤滑， 對支承絲杠的軸承采用油脂潤滑。 二 00 八 屆南通紡院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 30 頁 共 31 頁 小 結(jié) 將近一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這段畢業(yè)設(shè)計期間，我學(xué)到了很多在知識。在此，要感謝我的指導(dǎo)老師，在我做畢業(yè)設(shè)計期間他給我的指導(dǎo)與幫助，另外還有我的同學(xué)也給了我很大的幫助，在此對他們表示感謝！ 在畢業(yè)論文的撰寫過程中，通過我對自己在大學(xué)四年時間里， 所學(xué)的專業(yè)知識 的實踐運用 ， 較為全面地梳理回顧了：自己 在 大學(xué)階段學(xué)習(xí)的 數(shù)控技術(shù) 專業(yè)的 理論和知識，同時較好地實踐展示了：經(jīng)過自己大學(xué) 三 年扎實的學(xué)習(xí)，在專業(yè)理論知識 的 積累上，所積淀形成的較強的能力； 更重要的是它對三年大學(xué)生活學(xué)習(xí)的一個很好總結(jié) 。 在此期間， 因為設(shè)計的需要，在查閱大量的設(shè)計資料與手冊 ，讓我 深感自己專業(yè)知識的膚淺與狹窄 ， 更開闊了本人的視野 ； 也同時 為以后的工作和 學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的實踐經(jīng)驗。 由于我的水平有限，我的畢業(yè)設(shè)計中肯定存在一些不足之處，懇請老師和同學(xué)批評指正。 二 00 八 屆南通紡院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 31 頁 共 31 頁 參考文獻(xiàn) 【 1】 李宏勝主編 《機床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》 高等教育出版社， 2020 【 2】 秦憶主編 《現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)》 重慶大學(xué)出版社， 1995 【 3】 文懷興 夏田編著 《數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計》 化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 【 4】 林宋主編 《現(xiàn)代數(shù)控機床》 化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 【 5】 李善術(shù)主編 《數(shù)控機床及其應(yīng)用》 機械工業(yè)出版社， 2020 【 6】 文懷興主編 《數(shù)控銑床設(shè)計》 化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 【 7】 楊克沖主編 《數(shù)控機床電氣控制》 華中科技大學(xué)出版社， 2020 【 8】 黃應(yīng)勇主編 《數(shù)控機床》 北京大學(xué)出版社， 2020