【導讀】加工曲面類零件需先根據(jù)零件的要求設計制造工裝，然后利用工裝進行。加工，因而存在生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品適應性差，加工周期長等缺點。統(tǒng)的設計和調(diào)試三方面的內(nèi)容進行了具體實現(xiàn)。器控制電路、PLC控制程序的設計；定；滾珠絲杠副及伺服電機的的參數(shù)計算和選擇；中PLC程序的設計及調(diào)試、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試及系統(tǒng)基本參數(shù)的設定。

　　

【正文】 m =5 ② ? m =6 取兩種結果的最小值 ? m =5 m? 2)估算最小螺紋底徑 絲杠要求預拉伸，取兩端固定的支承形式 dm2 =10ELFmo??10 (38) 式中： dm2 ：滾珠絲杠副螺紋底徑 (mm)， E：楊氏彈性模量 2． 1 105 N／ mm2 ? m ：估算的絲杠最大允許軸向變形量 ( m? ) F0 ：導軌靜摩擦力 (N)， F0 = 0? W( 0? 為靜摩擦系數(shù) ) L：兩個固定支承之間的距離 (mm)， L≈ (1． 1～ 1． 2)行程 +(10～ 14)Ph， 則： 已知行程為 1400mm,滑座和刀架對絲杠的正壓力 W=W1 +W2 =18000N，靜 摩擦系數(shù) 0? =： F0 =0． 2 18000=3600N L= 1400+140 10=1828mm dm2 =10 1828360010 ?? ??? = 確定滾珠絲杠的規(guī)格代號 1)選用內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒式雙螺母墊片預緊形式 2)由計算出的參數(shù) Ph、 Cam 、 dm2 在南京工藝裝備制造廠精密滾珠絲杠副產(chǎn)品 樣本中選取 FFZD63104，基本參數(shù)如下： . . 可知： Ph = 10mm Ca =51500N Cam =42750N d2 = dm2 = 確定滾珠絲杠的預緊力 當選擇預緊螺母形式的滾珠絲杠副時需要確定預緊力 Fp ，預緊力大小必須合 適，過小不能保證無隙傳動：過大將使驅(qū)動力矩增大，效率降低，壽命縮短。預 緊力應不超過最大軸向負載的 1/3。 Fp =1/3 FMax (39) 其中 FMax =9500N，則 Fp =3167N 行程補償值與預拉伸力的計算 1)行程補償值 對于兩端固定支承，需要預拉伸的滾珠絲杠副應規(guī)定目標行程補償值 C，并 計算預拉伸力 C= uLt???? 式中： C：行程補償值 ( m? ) △ t：滾珠絲杠溫度變化值 2～ 3176。 C，△ t溫差值取 3176。 C ? ：絲杠的線膨脹系數(shù) 11． 8 106? /度 Lu : 滾珠絲杠副的有效行程 (mm) Lu =工作臺行程 +螺母長度 +兩個安全行程 己知工作臺行程 1400mm，螺母長度查樣本為 175mm, 安全行程 30mm 則 Lu ≈1400+175+60≈ 1640(mm) C= 106? 3 1640 103 =58 m? 2)預拉伸力 Ft= △ t d22 (311) 已知 d2 =57． 3mm， △ t溫差值取 3176。 C 代入式 311中得： Ft= 3 =19207N . . 確定滾珠絲杠副支承用的軸承代號、規(guī)格 軸承所承受的最大軸向載荷 FBMax = Ft +FMax (312) 式中： Ft=19207N 滾珠絲杠預拉伸力 (N) FMax =9500N：最大軸向負載 (N) 代入式 3— 12中得 FBMax =28707N 選用平底推力軸承 D8210 查產(chǎn)品樣本得： Ca =41800NFBMax =28707N 伺服電機的選擇 伺服電機的選用考慮三個要求：最大切削負載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機的額定轉(zhuǎn) 矩；電機的轉(zhuǎn)子慣量應與負載慣量匹配；快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得 超過伺服電機的 最大轉(zhuǎn)矩。 1)負載慣量計算 ①滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 Js JS = l 1012? = 634 2100 1012? =(kg 2m? ) 式中 d0 ：滾珠絲杠公稱直徑 (mm) l：滾珠絲杠長度 (mm) ②小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 J1 J1 = b 1012? = 604 35 1012? =(kg 2m? ) 式中 D1 ： 小齒輪分度園直徑 (mm)， D1 =m z1 =3 20=60(mm) b：齒輪寬度 (mm) ③大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 J2 J2 = b 1012? =(kg 2m? ) 式中 D2 ：大齒輪分度園直徑 (mm)， D2 =m z2 =3 60=180(mm) ④移動部件的轉(zhuǎn)動慣量 Jw Jw = ( ?2hP )2 W 106? =( )2 106? 1800=(kg 2m? ) 式中 Ph ：滾珠絲杠副的導程 (mm)， w：滑座及刀架質(zhì)量 (kg) ⑤負載拆算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 Jr . . Jr= J1 + i2 (J2 +JS +Jw ) = +(1/3) 2 (++)=(kg 2m? ) 2)作用在滾珠絲杠副上各種轉(zhuǎn)矩的計算 ①外加載荷產(chǎn)生的摩擦力 TF (N M) TF =(??2hFP) 103? (313) 式中： Ph ：滾珠絲杠副的導程 (mm) ? ：未預緊的滾珠絲杠副效率， 3級精度的絲杠取 0． 9 F：作用在滾珠絲杠副上的外加軸向載荷 己知：作用在滾珠絲杠副上的最大外加軸向載荷 F=11000N， Ph = 10mm 代入式 313中得： TF =( 1011000??? ) 103? = N M ②滾珠絲杠副預加載荷 Fp 產(chǎn)生的預緊力矩 Tp (N M) Tp = ?2hpPF ??21? 103? (314) 已知 Fp =3167N， Ph =10mm ， ? = 314中得： Tp = ?2 103167? 2? 103? = N M ③當電機從靜止升速至 nMax 時的加速轉(zhuǎn)矩 Tam (N M) Tam =J(2? nMax /60ta )= ?? = N M 式中： J :負載拆算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 (N． M) ta ：加速時間 (s) ④電機連續(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩 TM (N． M) TM = (TF + Tp ) i=(+)/3=(N． M) 式中： i：傳動比，電機與絲杠為一級減速 i =1／ 3 ⑤快速空載啟動時電機所需的轉(zhuǎn)矩 T(N． M) T= Tam + TM =+=(N． M) . . 3)電機的選擇與驗算 根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)選擇 1FK71015AF711AG0交流伺服電機。 其額定轉(zhuǎn)速 nN =3000 r/min，額定轉(zhuǎn)矩 Mn = N M，最大轉(zhuǎn)矩 M0 =27 N M轉(zhuǎn)動慣量 JM = 104? kg m2 Mn = N MTM = M M0 =27 N MT=18． 58N M ( Jr/ JM )=1 因此 1FK7101— 5AF71— 1AGO交流伺服電機能滿足系統(tǒng)慣量匹配和轉(zhuǎn)矩的要求。 10 精度的選則 ①確定精度 V p300 ：任意 300mm內(nèi)的行程變動量，對半閉環(huán)系統(tǒng)而言 V p300 ? 定位精度 ? k 已知定位精度為 30 m? /300, 則 V p300 ? = m? 絲杠精度取為 3級 V p300 =12 m? ＜ m? 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 已確定的型號： FFZD，絲杠公稱直徑： 63mm，導程： 10mm，螺紋長度： 1910mm，絲杠全長： 2359mm P類 3級精度。滾珠絲杠副零件圖如圖 39。 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號為： FFZD63104P3 /2359 1910 二、 Z軸滾珠絲杠和電機的選擇與計算 Z軸滾珠絲杠副和電機的選擇與計算與 X軸相似，過程省略。 選擇滾珠絲杠副的規(guī)格代號為： FFZD4P3 /2300 1340，交流伺服電機 型號為： IFK7101— 5AF70IAHO。滾珠絲杠副零件圖如圖 310。 3． 5本章小節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)控制方式的選擇要根據(jù)改造后機床要達到的精度和用戶的要求，半 閉環(huán)控制精高，安裝調(diào)試方便，適用于要求較高的機床改造。機床數(shù)控改造要 盡可能地采用低摩 擦的傳動副，滾珠絲杠副具有傳動效率高，定位精度和重復定 位精度高，工作可靠的優(yōu)點。用滾珠絲杠替換滑動絲杠，可以大大提高了機床的 定位精度和傳動效率。本章節(jié)主要介紹了 C5225立式車床進給系統(tǒng)的改造方案， 滾珠絲杠副及伺服電機的參數(shù)計算與選用。 . . . . . . 第四章 C5225立式車床數(shù)控系統(tǒng)的選擇 成 數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入輸出裝置、數(shù)控裝置 (或數(shù)控單元 )、主軸單元、伺服單 元、驅(qū)動裝置 (或稱執(zhí)行機構 )、可編程控制器 PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、 測量裝置組成，如圖 41所示。 41數(shù)控系統(tǒng)的組成 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型 步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈 沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移. . 精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。 該系統(tǒng)結構簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。 異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大 和變換，驅(qū)動執(zhí)行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結構上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴。設計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標。可根據(jù)產(chǎn)品技術要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。 交 /直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精 度低，但是它的結構與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。 數(shù)控裝置的選擇是數(shù)控改造的關鍵，性能過高，功能過多，會造成改造成本 的增，反之如果性能較低，功能較少，則不一定能夠滿足加工需要，因此，需 要結合機床的性能要求進行合理選用。另外數(shù)控系統(tǒng)的使用和維護也是數(shù)控改造 需要考慮的重要內(nèi)容之一。 當前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國 SIEMENS公司、 法國 NUM公司、日本 FANUC公司 ；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機床數(shù)控 系統(tǒng)集團公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。 日本 FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)具有高質(zhì)量、高性能、全功能，適用于各種機床 和生產(chǎn)機械的特點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。 (1)系統(tǒng)在設計中大量采用模塊 化結構。 (2)具有很強的抵抗惡劣環(huán)境影響的能力。 (3)有較完善的保護措施。 (4)FANUC系統(tǒng)所配置的系統(tǒng)軟件具有比較齊全的基本功能和選項功能。對于一 般的機床來說，基本功能完全能滿足使用要求。 (5)提供豐富的維修報警和診斷 功能。主要系列有：高可靠性 的 PowerMate0系列、普及型 CNC 0D系列、全功 能型的 OC系列、高性價比 Oi 系列、具有網(wǎng)絡功能的超小型、超薄型 CNC16i／18i／ 21i系列。 德國 SIEMENS公司的數(shù)控裝置采用模塊化結構設計，經(jīng)濟性好，在一種標準 硬件上，配置多種軟件，使它具有多種工藝類型，滿足各種機床的需要。其主要 特點是： (1)采用模塊化結構設計，模塊由多層印制線路板制成，經(jīng)濟性好。 (2) 優(yōu)良的機床使用性。高的進給速度，位置控制回路具有很高的分辨率。中央 CPU 速度控制可以實現(xiàn)最短的加速度及制動。 (3)編程簡單，操作方便。 (4)調(diào)整時間 短，調(diào)試方便。 (5)對位移測量系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、主軸、溫度、電壓 (欠壓、過壓 X微處理器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及用戶程序存儲器實行監(jiān)控，其次 PCB數(shù)量少，結 構緊湊，運行可靠。 SIEMEN