【導讀】普通銑床數控化改造的條件·······························4. 第二章總體方案的確定····································6. 第三章主傳動系統(tǒng)設計····································7. 確定主軸傳動功率······································7. 主傳動的調速過程······································8. 第四章伺服進給傳動系統(tǒng)設計·····························10. 滾珠絲杠螺母副的設計和選用·····························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，因此性能遠優(yōu)于步進電動機的開環(huán)控制，調試比閉環(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， s n — 電動機轉速， minr 摩擦力矩： 33 102 ?? ????????iSFM of ??=（ N m） 式中： oF — 導軌摩擦力， 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)設計說明書 第 24 頁 共 31 頁 ofa MMMM ??? m a x =++=（ N m） 根據快速空載啟動力矩應小于電動機的最大轉矩，即 maxMM? ， maxM 為電動機輸出轉矩的最大值，綜上所述選擇電動機的最大轉矩 為 maxM = （ N m） ，額定功率為 750W 的交流伺服電機。 （ 2）負載慣量計算 伺服電機的轉子慣量 MJ 應與負載慣量 rJ 相匹配。負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 負載總慣量 rJ = 1J + 2J + 3J =++=（㎏㎡） 按照小型數控機床慣量匹配條件， 41 ??rMJJ ，所選伺服電機的轉子慣量 MJ應在 ～ ㎏㎡范圍之內。 根據上述計算可選定伺服電機， X向可選中達 ASMTL25007型交流伺服電機，其額定轉矩為 N m，轉子慣量為 ㎏㎡，額定功率為 750W 的交流伺服電機。同理可知， Y向可選中達 ASMTL25010 型交流伺服電機，額定功率二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 25 頁 共 31 頁 為 1KW。 Z 可選中達 ASMTL25007 型交流伺服電機，其額定轉矩為 N m，轉子慣量為 ㎏㎡，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形槽可調整電機的位置，從而達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，這里就不對其進行詳細的解說。二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 26 頁 共 31 頁 第 五 章 數控銑床的 PLC控制 SINUMERIK 802C 是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) 。 此系統(tǒng)與同類數控系統(tǒng)相比 結構緊湊， 性能更強，價格更低 ， 高度集成于一體的數控單元，操作面板，機床操作面板和輸入輸出單元 機床調試配置數據少，系統(tǒng)與機床匹配更快速、更容易簡單而友好的編程界面，保證了生產的快速進行，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行安裝 ， 堅固而又節(jié)省空間的設計 。 此系統(tǒng)主要有以下部分組成： CNC 控制器、驅動器和電機、電纜。伺服驅動器的連接見圖 51。 圖 51 伺服驅動器的連接 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量接口。 （ 1）開關量輸出接口 外部觸點閉合時， +24V 電壓加到接收器電路上，經濾波和電平轉換處理后，輸出至 CNC 內部，成為內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)設計說明書 第 27 頁 共 31 頁 耦合轉換電路，開關量輸入信號是機床的開關、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）開關量輸出接口 PLC 輸出電路一般為晶體管輸出，可以驅動發(fā)光二極管，另外還可以經過繼電器等放大后在輸出到外部接口。 當負載的工作電壓或工作電流超過輸出信號的工作范圍時，應先用 PLC 輸出接口驅動小型繼電器，然后再用它的觸點驅動強電線路的繼電器、接觸器等負載。 銑床的安全互鎖 PLC 完成相應的功能外，還要求在 異常的情況下，通過安全互鎖對操作者和設備進行緊急保護，然后通過報警功能通知操作者。 （ 1）急停 當出現緊急情況時，可以按下急停按鈕以避免故障進一步擴大。因此，急停按鈕必須能停止各運動部件，如進給軸、主軸等。常用的方法是：通過急停按鈕關閉所有的動力電源，只保留控制電源；也可以用急停按鈕關閉各運動部件驅動器的使能信號來實現。 （ 2）限位 當進給軸或其他有位置要求的移動部件超出設計的行程時，則通過限位信號進行保護。限位信號一方面需要在出現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，這樣當用超程 解除等方式脫離限位狀態(tài)時，不會因誤操作而進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）進給驅動裝置 數控機床在自動加工中通常進給運動是由一個以上的進給驅動裝置同時完成的，因此，當某個進給驅動裝置出現報警時，必須停止自動加工狀態(tài)。 （ 4）主軸單元 數控機床主軸的回轉運動帶動刀具或工件產生切削運動，因此 1）當主軸報警時必須禁止回轉運動，以防止損壞刀具或主軸。 2）當主軸運動時，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。 下面以三個進給軸的驅動就緒為例編寫 PLC 程序。三個進給軸的驅動就緒信號接至 PLC 三個輸入點，如果任意驅動未就緒則產生報警 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)設計說明書 第 29 頁 共 31 頁 第 六 章 數控機床的潤滑系統(tǒng) 良好的潤滑系統(tǒng)是保證數控機床穩(wěn)定可靠的工作重要因素，這對于延長數控機床的使用壽命、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，可以減小摩擦，實現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屑進入摩擦表面的作用，避免了摩擦、磨損的加劇。 潤滑系統(tǒng) 數控銑床的潤滑系統(tǒng)主要對主傳動部分、軸承、滾珠絲杠及機床導軌等部件進行潤滑。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、機床導軌是決定數控機床運動精度的主要部件。為了維護運動 精度并減少摩擦及磨損，必須采用適當的潤滑。為達到 良好的潤滑效果，滾珠絲杠、機床導軌采用定時定量 方式進行潤滑， 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)設計說明書 第 30 頁 共 31 頁 小 結 將近一個學期的畢業(yè)設計已經結束，在這段畢業(yè)設計期間，我學到了很多在知識。在此，要感謝我的指導老師，在我做畢業(yè)設計期間他給我的指導與幫助，另外還有我的同學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四年時間里， 所學的專業(yè)知識 的實踐運用 ， 較為全面地梳理回顧了：自己 在 大學階段學習的 數控技術 專業(yè)的 理論和知識，同時較好地實踐展示了：經過自己大學 三 年扎實的學習，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生活學習的一個很好總結 。 在此期間， 因為設計的需要，在查閱大量的設計資料與手冊 ，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 學習，積累了一定寶貴的實踐經驗。 由于我的水平有限，我的畢業(yè)設計中肯定存在一些不足之處，懇請老師和同學批評指正。 二 00 八 屆南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 31 頁 共 31 頁 參考文獻 【 1】 李宏勝主編 《機床數控技術及應用》 高等教育出版社， 2020 【 2】 秦憶主編 《現代交流伺服系統(tǒng)》 重慶大學出版社， 1995 【 3】 文懷興 夏田編著 《數控機床系統(tǒng)設計》 化學工業(yè)出版社， 2020 【 4】 林宋主編 《現代數控機床》 化學工業(yè)出版社， 2020 【 5】 李善術主編 《數控機床及其應用》 機械工業(yè)出版社， 2020 【 6】 文懷興主編 《數控銑床設計》 化學工業(yè)出版社， 2020 【 7】 楊克沖主編 《數控機床電氣控制》 華中科技大學出版社， 2020 【 8】 黃應勇主編 《數控機床》 北京大學出版社， 2020