【正文】 整個機(jī)床中的每個部件都應(yīng)。在 NIM9702 系統(tǒng)中設(shè)置了一個主接地點(diǎn)，系統(tǒng)中的電器零部件都接在此主接地點(diǎn)上。另外，系統(tǒng)還具有主電源保險（220，2A） ，如果通電后 CRT 沒有顯示應(yīng)檢查此保險。電源從機(jī)床強(qiáng)電柜引出時應(yīng)加隔離變壓器，其功率≥150VA。交流電源為 220V(177。P4：37 芯 D 型插座， 各類開關(guān)量輸入輸出信號。 通訊接口P2：9 芯 D 型插座，用于數(shù)控系統(tǒng)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 NIM9702數(shù)控系統(tǒng)接口I/O 信號插座分布如圖所示。P7 是光電編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。與 P5 相似應(yīng)根據(jù)實(shí)際的機(jī)床主軸情況來設(shè)置。P6 為主軸換向等待時間。這一參數(shù)應(yīng)根據(jù)刀架實(shí)際換刀速度來確定。CNC 換刀過程是首先控制刀架正轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)段恍盘杹淼綍r，再控制刀架反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)一段時間后再檢查反靠到位信號。P4 決定了 G00 的運(yùn)動速度。應(yīng)根據(jù)所采用的步進(jìn)電機(jī)的特性來確定這個參數(shù)，以獲得最佳效果。它決定了每次回零后對參考點(diǎn)的坐標(biāo)值。這個參數(shù)應(yīng)根據(jù)機(jī)床的規(guī)格來設(shè)定，一旦設(shè)置好了，就不應(yīng)在改動。P3 是機(jī)床參考點(diǎn)坐標(biāo)值。他擁有兩個軸的補(bǔ)償值即 X 軸和 Z 軸，用戶在設(shè)置時可選擇一個軸進(jìn)行，然后再設(shè)置另一個軸。1：DIR（方向信號） ，CP（進(jìn)給脈沖） 。1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動接口方式。0：FWD（正傳信號） ，REV（反轉(zhuǎn)信號） 。1：主軸采用 S1～S2 換檔調(diào)速。 263主軸調(diào)速方式。4刀架編碼方式。7﹑6﹑5自動刀架工位數(shù)。P0 波特率其值為 1～5,分別對應(yīng) 1200,2400,4800,9600,HIGH.P1 機(jī)床接口設(shè)置P1 X X X X X X X X 8 7 6 5 4 3 2 18進(jìn)入機(jī)床手動﹑自動等操作是否先要回機(jī)床參考點(diǎn)。注意：用手動方式移動坐標(biāo)軸時，移動方向是退出限位開關(guān)方向。此時，應(yīng)按如下步驟進(jìn)行處理：1. 先從當(dāng)前操作狀態(tài)返回主屏（按鍵） ；2. 斷開機(jī)床限位信號。 254 C6140車床數(shù)控化改造電氣部分改造設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)操作及參數(shù)說明超程保護(hù)：在 CNC 操作的過程中(主要是在控制機(jī)運(yùn)動的狀態(tài)下)，一旦機(jī)床限位開關(guān)被壓下，則系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)均無效，系統(tǒng)各個坐標(biāo)軸的任何形式的移動包括自動，手動，點(diǎn)動，回機(jī)床參考點(diǎn)等均不能實(shí)現(xiàn)。 （具體的設(shè)計計算見第二章《縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算》 ） 。保證機(jī)械部件的精度，采用合理而恰當(dāng)?shù)念A(yù)緊的支承，以提高傳動系統(tǒng)的剛度，選用最佳降速比，以提高機(jī)床的分辨率，并使系統(tǒng)折算到驅(qū)動軸上的慣性量減少；盡量消除傳動間隙，減少反向死壓誤差，提高機(jī)床位移精度。對驅(qū)動裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)總的要求是消除間隙減少摩擦，減少運(yùn)動慣量，提高部件精度和剛度，具體措施是通常采用低摩擦的傳動副。其開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3—10 所示： 圖 3—10 開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 24 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動部分改造C6140 車床的進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動部分改造主要有三點(diǎn)要求、傳動精度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和動態(tài)響應(yīng)特性。因此，數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電動機(jī)、機(jī)械方面有很高的要求。步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度是 ～；對精度要求高的大型數(shù)控設(shè)備，通常采用交流或直流，閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)． 進(jìn)給系統(tǒng)的改造 進(jìn)給伺服系統(tǒng)C6140 型數(shù)控車床傳動部分改造，拆除原有機(jī)床的坐標(biāo)軸的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電動機(jī)經(jīng)齒輪或齒形結(jié)構(gòu)、減速驅(qū)動絲杠帶動刀架縱向和橫向進(jìn)給采用減速機(jī)構(gòu)來可達(dá)到所需要的脈沖當(dāng)量，還可滿足結(jié)構(gòu)要求和增大扭矩，在步進(jìn)電動機(jī)的力矩足夠大，且結(jié)構(gòu)許可的情況下，減小轉(zhuǎn)動慣量，減少產(chǎn)生定位誤差的環(huán)節(jié)。③ 按輸出被控制量的性質(zhì)分類 可分為位置伺服系統(tǒng)、速度伺服系統(tǒng)。（3）伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)有多種分類方法，簡述如下：① 按驅(qū)動方式分 可分為液壓伺服系統(tǒng)、氣動伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。⑥ 測速發(fā)電機(jī)及反饋電路 測速發(fā)電機(jī)實(shí)際是小型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)兩端的電壓值和發(fā)電 23機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，因此，可將轉(zhuǎn)速的變化量轉(zhuǎn)變成電壓的變化量。 ．④ 傳動裝置 包括減速箱和滾珠絲杠等。③ 執(zhí)行元件 可以是直流電動機(jī)、交流電動機(jī)，也可以是步進(jìn)電動機(jī)。轉(zhuǎn)速的大小由指令控制。（2）伺服系統(tǒng)的組成 閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要有以下幾個部分組成：① 微型計算機(jī) 它能接受輸入的加工程序和反饋信號，經(jīng)系統(tǒng)軟件運(yùn)行處理后，由輸出口送指令信號。因此，要求電動機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的制動轉(zhuǎn)矩，盡可能小的機(jī)電時間常數(shù)和啟動電壓。為了滿足快速響應(yīng)的要求，即隨時控制信號的變化，電動機(jī)應(yīng)能在較短時間內(nèi)完成必須的動作。具體的要求是：1) 電動機(jī)從最底進(jìn)給速度到最高進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能平滑地運(yùn)轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在最底轉(zhuǎn)速時，如 或更底速時，能保持平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。這種可是動力源盡量靠近機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使傳動裝置機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)簡化，系統(tǒng)剛性增加，傳動精度提高。一方面，要求過度過程時間要短，一般在 200 以內(nèi)，甚至小于幾十秒；另一方面，要使過渡過程的前沿陡，上升率要大。在速度控制中要求具有很高的定倫精度，和很強(qiáng)的抗干擾的能力，即要求工作穩(wěn)定性要好。② 置精度要高使用數(shù)控機(jī)床主要是為了解決：1）保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性，一致性，減少廢品率：2）解決復(fù)雜曲面零件的加工問題：3）解決復(fù)雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等．為了滿足這些要求，關(guān)鍵之一是保證數(shù)控機(jī)床的定位精度和加工精度，數(shù)控機(jī)床在加工免除了操作者的人為誤差，他是按規(guī)定的程序自動進(jìn)行加工，不可能應(yīng)付事先沒有預(yù)料到的情況．就是說，數(shù)控機(jī)床不能像普通機(jī)床那樣，可隨時用手動操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對加工精度的影響．因此，要求定位精度和輪廓切削精度能達(dá)到數(shù)控機(jī)床要求的指標(biāo)。為了能高效的加工出高精度、低粗糙度的工件，必須要有一個具有良好性能的主傳動系統(tǒng)和一個具有高精度、高剛度、振動小、熱變形和噪聲均能滿足需要的主軸部件。此外，由于主軸部件將直接裝夾刀具對工件進(jìn)行切削，因而對加工質(zhì)量及刀具壽命有很大的影響。這種裝置也可與數(shù)控裝置的收發(fā)信號電路相配合，實(shí)現(xiàn)其自動夾緊、松開，提高加工過程的自動化程度。采用開環(huán)系統(tǒng)，其加工精度有執(zhí)行元件和傳動機(jī)構(gòu)精度保證，定位精度可以達(dá)到 ,少數(shù)可以達(dá)到 ，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。車床的主軸轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā)生器的最高允許轉(zhuǎn)速，以免損壞脈沖發(fā)生器。為了避免主軸脈沖發(fā)生器光柵的破壞，在不加工螺紋時將其與傳動軸脫離，柔性連接即車床主軸與主軸脈沖發(fā)生器間用彈性元件連接。主軸脈沖發(fā)生器的安裝圖如圖 3—8 所示： 21圖 3—8 主軸脈沖發(fā)生器安裝圖 為了可以加工穿出主軸的零件采用異軸安裝。它與車床主軸同步運(yùn)行，發(fā)生主軸轉(zhuǎn)角位的變化，輸入到數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部，由系統(tǒng)通過軟件控制，以保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，螺紋車刀也同步進(jìn)給一個螺紋導(dǎo)程，并保證螺紋加工中分幾次加工時不發(fā)生亂扣，即每次螺紋加工時進(jìn)刀位置保持一致。停車時為克服旋轉(zhuǎn)件的慣性采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停轉(zhuǎn)。 主軸的變速反轉(zhuǎn)和制動床頭箱主要由主軸部件和背輪機(jī)構(gòu)組成。圖 3—7 齒輪一級變速主傳動系統(tǒng)圖 主運(yùn)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計鑒于設(shè)計任務(wù)，在主運(yùn)動傳動連中，基本借鑒原機(jī)床傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。這種改造能夠滿足各種切削運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍調(diào)節(jié)速度的能力。 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 主傳動系統(tǒng)的改造 為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)的改造大致分為二類：（1）二級以上變速的主傳動系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速機(jī)構(gòu)。/m 取[θ]=176。m ③伺服電動機(jī)的最高工作頻率 fmax=1000υmax/(60δ)=1000*1/(60*)Hz=根據(jù)機(jī)械力學(xué)與機(jī)械設(shè)計上冊的公式,絲杠的最小處直徑 d≥{(32T*180)/ π 2 G[θ]} 1/4式中 d絲杠最小直徑G剪切彈性模型 80～84GPa 取 G=82GPa[θ]絲杠許用扭角 176。m式中 F 0 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 Fp/3.則 T=Tamax+Tf+T 0 =(++) Nm T0= F0L0*103/(2πη 0)=*4*103/(2π* )Nm Tf= Wf`L0*103/(2πη 0)=300**4*103/(2π*) Nm)當(dāng)工作臺快速移動時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=nmaxυ maxi/L0=(2022/4)r/min=500r/min 由動力學(xué)知，Tamax=JFε式中 ε角加速度，計算公式為ε=πn/30t Tamax=JFε=*10 4*(*500)/(30*) Nm) Tf克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩(Nm =cm2 ②負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜矩選擇 19 根據(jù)能量守恒原理，電動機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TF=FPL0*103/(2πη 0)=*4*103/(2π*)=cm2總慣量 JF=++ kgcm2 =cm 2)對材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動慣量可按下式計算： J=*104D4L式中 D圓柱零件的直徑(cm)。cm 2)J1聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量 (*(* 10 6*)cm=177。 S=π/4* 2= “+”用于拉伸時，“”用于壓縮時。FpL0/ES式中 E彈性模量，對鋼 E=*106N/cm2。+1039。/tan(2176。則 η=tan2176。1639。f`導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),f`=～ 取 f`=.則 Fp=［*+*（+300）］N=當(dāng)機(jī)床以線速度 υ=100m/min,進(jìn)給量為 f=,車削直徑為 D=80mm 的外圓時絲杠的轉(zhuǎn)速 n=υf10 3/(πDL 0)=100**10 3/(*80*6)r/min=則 L=60nT/10 6=60**15000/106萬轉(zhuǎn)= 萬轉(zhuǎn)根據(jù)工作負(fù)載 Fp﹑壽命 L,計算出滾珠絲杠副承受的最大動載荷,取 fw=,fh=1 FQ=L1/3fwfhFP=**=由 F0查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本和《機(jī)床設(shè)計手冊》,杠的產(chǎn)品樣本,選擇滾珠絲杠的直徑為 32mm,型號為 N3204LH3,其額定動載荷是 6766N 其強(qiáng)度足夠用。W移動部件的重量(800N)。L壽命(以 106轉(zhuǎn)為單位 1,如 則為 150 萬轉(zhuǎn)).壽命 L 可按下式計算 L=60nT/106 式中 n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 r/min。fh硬度系數(shù),HRC 為 60 時, f h為 1。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計算已知條件：工作臺重量：W=30kgf=300N時間常數(shù):t=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程:L 0=4mm 左旋快速進(jìn)給速度:υmax=1m/min1 計算作用在絲杠上的最大動負(fù)載荷 FQ FQ=L1/3fwfhFP式中 F Q最大動載荷(N)；FP工作負(fù)載(N),指數(shù)控機(jī)床工作時實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向力；fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),一般運(yùn)轉(zhuǎn) fw取 ～。/m 取[θ]=176。m ③步進(jìn)電動機(jī)的最高工作頻率 fmax=1000υmax/(60δ)=1000*2/(60*)Hz=根據(jù)機(jī)械力學(xué)與機(jī)械設(shè)計上冊的公式,絲杠的最小處直徑 d≥{(32T*180)/ π 2 G[θ]} 1/4式中 d絲杠最小直徑G剪切彈性模型 80~84GPa 取 G=82GPa[θ]絲杠許用扭角 176。m式中 F 0 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 Fp/3.則 T=Tamax+Tf+T 0 =(++) Nm T0= F0L0*103/(2πη 0)=*6*103/(2π* )Nm Tf= Wf`L0*103/(2πη 0)=800**6*103/(2π*) Nm)當(dāng)工作臺快速移動時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=nmaxυ maxi/L0=(2022/6)r/min=