【正文】 計(jì)算切削力 縱車外圓 主切削力 zF （ N）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 NDF Z 3 8 3 53 2 06 7 5..15..1m a x ???? 按切削力各分力比例： ::1:: ?Yxz FFF NFF zx ??? ??? zy FF N 橫切端面 主切削力 ?zF (N)可取縱切力的 1/2 NFF zz 1 9 1 821 ??? 此時(shí)走刀抗力為 : ?yF (N)，吃刀抗 力為 ?xF (N)，仍按上述比例粗略計(jì)算 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 ::1:: ???? yxz FFF NFF zy 4 8 ????? NFF zx 77 ????? 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 縱向進(jìn)給絲杠 mF （ N） 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給分力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩檫力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。 已知參數(shù)： 加工最大直徑：在床面上 ? 320mm ，在床鞍上 ? 175mm 加工最大長度： 700mm 溜板及刀架重力： 橫向 500N 縱向 800N 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 刀架快速移動(dòng)速度： 橫向 最大進(jìn)給速度： 橫向 主電動(dòng)功率： 起動(dòng)加速時(shí)間： 25ms 機(jī)床定位精度： ? mm 控制坐標(biāo)數(shù)： 2 最小指令值： 刀具補(bǔ)償量： 自動(dòng)升降速性能： 有 機(jī)床的外形尺寸： （長 寬 高） 2340? 900? 1190 主軸的轉(zhuǎn)速 ： 4 6 9 1 16 250、 3 500、 7 9 1350、 200（ r/min） 可完成的功能：直線與圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償與螺紋誤差補(bǔ)償、加工軌跡顯示、 RS232C 通訊接口、 〞液晶顯示 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：選擇脈沖當(dāng)量，計(jì)算切削力，滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型，齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算，步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型。最后設(shè)計(jì)了車床主控電路原理圖及交流控制電路圖。PTP” 中的接口定義保持一致，其目的是為了利用廠家提供的 PLC 實(shí)例程序，這樣就無需自編 PLC 程序，所要做的工作只是設(shè)定一下 PLC 機(jī)床參數(shù)。 圖 316 交流控制電路圖 本章小結(jié) 本章首先論述了 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)，從安全性和可靠性出發(fā)，確立了電柜設(shè)計(jì)及電源選用原則，闡述了數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接方法。 M3 為冷卻泵電機(jī)，其控制信號(hào)來自數(shù)控系統(tǒng) PLC 輸出口 。 R、 S、 T 為變頻器的電源輸入端， U、 V、 W 為輸出控制電機(jī)端， STF 和 STR 分別接主軸正反轉(zhuǎn)控制繼電器觸頭 KA1 和 KA2， 2 和 5 分別接主軸模擬量輸出信號(hào) (0~+10V)AO4 和 AGND4，以控制變頻器的輸出電壓頻率。 FR1 為熱繼電器，對(duì)主軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)， RC1 為三相滅弧器，構(gòu)成三相負(fù)載的阻容吸收回路，能夠抑制接觸器吸合釋放時(shí)的干擾噪聲。 圖 314 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)定方法 主控電路的設(shè)計(jì) 電氣控制線路主電路如圖 316 所示， QF1QF4 為空氣開關(guān)， FU 為熔斷器，對(duì)電路實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。在調(diào)試時(shí)需按照所使用電機(jī)的扭矩設(shè)定驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流。該方式可高速尋找減速開關(guān)，然后低速尋找接近開關(guān)。返回參考點(diǎn)的配置形式有兩種：別為雙開關(guān)方式和單開關(guān)方式。對(duì)于使用步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給軸，盡管沒有測量系統(tǒng)，但也必須有回參考點(diǎn)過程。 圖 310 X200 接線圖 圖 311 X201 接線圖 步進(jìn)電機(jī)的連接 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接如圖 312 所示。而 SINUMERIK 802S base line 系統(tǒng)的 PLC 輸入線是高電平輸入有效，由于系統(tǒng)內(nèi)有緩沖電路，可以定義為常開連接 (輸入閉合有效 )或常閉連接 (輸入斷開有效 )，故在每個(gè)刀位的霍爾元件輸出端接上一個(gè) “ 上拉電阻 ()” ，輸入定義為常閉連接 (輸入斷開有效 )，這樣一來當(dāng)某一刀位處于工作位置時(shí)，該刀位輸出的是低電平，相當(dāng)于 PLC 輸入端沒有高電平輸入而處于斷開狀態(tài)，由于刀架輸入定義為斷開有效，所以該輸入點(diǎn)被激活有效；三個(gè)刀位由于不在工作位置其輸出電平處于懸空狀態(tài)，由于上拉電阻的接入，三個(gè)刀位的輸出信號(hào)至 PLC 的輸入端實(shí)際上接入了高電平，同樣由于輸入點(diǎn)定義為常閉連接，是斷開時(shí)有效，所以另外三個(gè)刀位的 PLC 輸入點(diǎn)沒有被激活有效。 SQ SQSQ3 和 SQ4 為四個(gè)霍爾式接近開關(guān)，分別對(duì)應(yīng)于刀架的四個(gè)工位。因?yàn)楫?dāng) P24 端子到 P LC 的輸入點(diǎn)之間的線路出現(xiàn)開路或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)床會(huì)立即報(bào)警，這樣就保證了機(jī)床只有在電路連接良好的情況下才能正常運(yùn)行，提高了機(jī)床的安全性。若采用常開邏輯，則當(dāng) P24 端子到 PLC 輸入點(diǎn)線路接觸不良或開路時(shí)會(huì)造成 SQ5 無圖 37 X20 接線圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 效 (即便是 SQ5 閉合 )，從而會(huì)導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)重大事故。 SBI 為 急停按鈕，當(dāng)被按下時(shí)，所有 PLC 輸出端口均無信號(hào)輸出。如圖 37 示， SQ1 SQ12 分別為 X 軸、 Z 軸回參考點(diǎn)接近開關(guān)（霍爾式、 PNP 型常開、有效電平為 DC24V），分別接入高速輸入接口 X20 的 3號(hào)管腳 HI_3 和 5 號(hào)管腳 HI_3。 表 36 高速輸入接口 X20 引腳 信號(hào) 說明 引腳 信號(hào) 說明 1 A1+ 手輪 1 A 相 + 6 GND 電源接地 2 A1 手輪 1 A 相 7 A2+ 手輪 2 A 相 + 3 B1+ 手輪 1 B 相 + 8 A2 手輪 2 A 相 4 B1 手輪 1 B 相 9 B2+ 手輪 2 B 相 + 5 P5V ＋ 5VDC 10 B2 手輪 2 B 相 高速 輸入接口（ X20） 通過接線端子 X20 可以連接 3 個(gè)接近開關(guān)，其引腳說明見表 37。 表 34 插座 X6 的引腳分配 引腳 信號(hào) 信號(hào)含義 信號(hào)類型說明 引腳 信號(hào) 信號(hào)含義 信號(hào)類型說明 1 . 9 M 電源接地 電壓輸出 2 . 10 Z 零脈沖信 號(hào) 5V輸入信號(hào) 3 . 11 Z _N 零脈沖信號(hào) 5V輸入信號(hào) 4 P5 _MS 電源 + 電壓輸出 12 B_N B向信號(hào) 5V輸入信號(hào) 5 . 13 B B向信號(hào) 5V輸入信號(hào) 6 P5 _MS 電源 + 電壓輸 出 14 A_N A向信號(hào) 5V輸入信號(hào) 7 M 電源接地 電業(yè)輸出 15 A A向信號(hào) 5V輸入信號(hào) 8 . 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 36 步進(jìn)及主軸驅(qū)動(dòng)器與 802S base line 的連接 表 35 電纜分配 CNC 側(cè) 電纜 驅(qū)動(dòng)側(cè) 引腳 中芯顏 色 驅(qū)動(dòng)軸 引腳 5 黑 X軸 P1 38 棕 P1N 6 紅 D1 39 橙 D1N 18 黃 E1 19 綠 E1N 40 白 /灰 Y軸 P2 7 棕 /黑 P2N 41 藍(lán) D2 8 紫 D2N 20 灰 E2 21 白 E2N 9 白 /黑 Z軸 P3 42 白 /棕 P3N 10 棕 /紅 D3 43 棕 /橙 D3N 26 白 /紅 E3 27 白 /橙 E3N 17 白 /黃 主軸 9 50 白 /綠 65 4 白 /藍(lán) 14 37 白 /紫 36 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 手輪接口（ X10） 通過手輪接口 X10 可以在外部連接兩個(gè)電子手輪。 步進(jìn)及主軸驅(qū)動(dòng)器與 CNC 控制器的連接 (X7) X7 用于將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及主軸驅(qū)動(dòng)器同 CNC 控制器相連，電纜分配如表 35 所示。 表 33 電源端子 X1 端子分配 端子號(hào) 信號(hào)名 說明 1 PE 保護(hù)地 2 M 0V 3 P24 直流 24V 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 RxD— 數(shù)據(jù)接收 TxD— 數(shù)據(jù)發(fā)送 RTS— 發(fā)送請(qǐng)求 CTS— 發(fā)送使能 DTR— 備用輸出 DSR— 備用輸出 M— 接地 圖 35 通訊接口 RS232 與 PC 的連接 主軸測量系統(tǒng)的連接（ X6） X6 作為主軸編碼器接口使用，用于把主軸的旋轉(zhuǎn)角度反饋給 802S base line，其引腳分配如表 34所示。 通訊接口 RS232 的連接 (X2) 在使用外部 PC/PG 與 GSK980TD 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 (WinPCIN)或編寫 PLC 程序時(shí)，使用RS232 接口，各引腳如圖 35 所示。 表 32 輸入輸出接口 類別 接口名稱 說明 類別 接口名稱 說明 輸 入 信 X100 硬限位 X+ 輸 出 信 X200 主軸正傳 CW 硬限位 Z+ 主軸反轉(zhuǎn) CCW X向參考點(diǎn)開關(guān) 冷卻控制輸出 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 號(hào) Z向參考點(diǎn)開關(guān) 號(hào) 未定義 硬限位 X 刀架正傳 CW 硬限位 Z 刀架反轉(zhuǎn) CCW 過載 未定義 急停按鈕 未定義 X101 硬限位 Z X201 未定義 過載 未定義 急停按鈕 未定義 刀架信號(hào) T1 未定義 刀架信號(hào) T2 主軸制動(dòng) 刀架信號(hào) T3 未定義 刀架信號(hào) T4 未定義 未定義 未定義 X102~X105 未定義 接口連接 電源端子的連接 (Xl) 系統(tǒng)工作電源為直流 24V 電源，接到接線端子 Xl 上。PTP”PLC 實(shí)例程序就可以了，所要做的工作只是設(shè)定一下 PLC 機(jī)床參數(shù)。 圖 34 數(shù)控系統(tǒng)接線圖 PLC 輸入輸出接口定義 SINUMERIK 802S base line 在出廠時(shí)已經(jīng)預(yù)裝了 “SAMPLE178。連接電纜必須使用屏蔽電纜。懸空和高阻信號(hào)均為 “0” 電平。 數(shù)字輸入 和輸出所需的 24VDC 用獨(dú)立的 24V 直流電源，而不能與 CNC 控制器共用同一個(gè) 24VDC 穩(wěn)壓電源。 24V 直流電作為低壓電源必須具有可靠的電隔離特性，其電氣參數(shù)如表 31 所示。 24VDC 電源選用 CNC 控制器采用 24V 直流供電，系統(tǒng)可在 24V15%到 +20%之間正常工作。兩個(gè)變壓器的初級(jí)不可以接入到 380VAC的同一相。 電柜設(shè)計(jì)及電源選用 在設(shè)計(jì)電柜時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)： (l)電柜應(yīng)有冷卻或通風(fēng)裝置，在使用風(fēng)扇時(shí)必須在進(jìn)氣窗口安裝防塵過濾網(wǎng)； (2)電柜中的所有部件必須安裝在無油漆的鍍鋅金屬板上； (3)電柜的防護(hù)等級(jí)為 IP54； (4)接地應(yīng)遵守國標(biāo) GB/ 一 20xx/IEC6OZO4 一 l： 20xx“ 機(jī)械安全機(jī)械 電氣設(shè)備第 1 部分：通用技術(shù)條件 ” ； (5)電柜中布線時(shí)，交流電源線 (如 85VAC， 220VAC， 380VAC 以及變頻器到主軸電機(jī)的電纜 )必須與 24VDC 電纜和信號(hào)線電纜分開走線； (6)系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源 24VDC之前需接入隔離變壓器 (控制變壓器 380VAC →220VAC ，JBK3400VA)，如圖 31所示。系統(tǒng)軟件面向車床和銑床應(yīng)用，并可單獨(dú)安裝。采用電容防止掉電引起的數(shù)據(jù)丟失。10v 的接口用于連接主軸驅(qū)動(dòng)； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 SINUMERIK 802S base line 的控制軟件已經(jīng)存儲(chǔ)在數(shù)控部分的 FlashPROM(閃存 )上， Toolbox 軟件工具 (調(diào)整所用的軟件工具 )包含在標(biāo)準(zhǔn)的供貨范圍內(nèi)。提供脈沖及方向信號(hào)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)接口。輸出同時(shí)工作系數(shù)為 時(shí)負(fù)載能力可達(dá) 。堅(jiān)固而又節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，使它可以安裝到最方便用戶的位置； 操作面板提供了所有的數(shù)控操作，編程和機(jī)床控制動(dòng)作的按鍵以及 8 英寸 LCD顯示器，同時(shí)還提供 12個(gè)帶有 LED 的用戶自定義鍵。 最后從性價(jià)比和實(shí)用性考慮，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)作了選擇。 為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，提高機(jī)床的防爬行和吸振性能，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來改造。為避免進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生反向失動(dòng)量，對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速齒 輪必須消除間隙，本章闡述了消隙齒輪的結(jié)構(gòu)。從經(jīng)濟(jì)性考慮，主軸采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，車床上原有的主軸電機(jī)可以保留。并具有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(jī)床的使用。其機(jī)構(gòu)緊湊，具有高速集成于一體的數(shù)控單元、機(jī)床操作面板和輸入輸出單元 。目前，各個(gè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的數(shù)控指令格式差異