【正文】 X100接線圖X101的接線如圖39所示。而采用常閉邏輯(負(fù)邏輯)，則可避免事故的發(fā)生。SQSQSQSQ8和SB1均采用常閉邏輯。表37 高速輸入接口X20引腳信號說明引腳信號說明1RDY1NC Ready使用觸點(diǎn)16HI_42RDY1NC Ready使用觸點(diǎn)27HI_53HI_1X軸參考點(diǎn)脈沖8HI_64HI_2Y軸參考點(diǎn)脈沖9.5HI_3Z軸參考點(diǎn)脈沖10M接地數(shù)字輸入端的連接（X100和X101）PLC數(shù)字輸入接口X100的接線如圖38所示，SQSQSQSQSQ9和SQ10分別為X+硬限位、Z+硬限位、X－硬限位、Z－硬限位、X軸參考點(diǎn)減速開關(guān)、Z軸參考點(diǎn)減速開關(guān)，F(xiàn)R1FRI、FR2和FR3為熱繼電器的常開觸點(diǎn)，當(dāng)主電機(jī)、刀架電機(jī)或冷卻泵電機(jī)過載時將閉合。由于數(shù)控車床只有X和Z兩軸，所以需要兩個接近開關(guān)。X10有10個接線端子，引腳說明見表36。連接示意圖如圖36所示。所連接的編碼器應(yīng)為5V增量式編碼器。其引腳1為屏蔽，其它引腳功能參見信號說明。其CNC一側(cè)端子分配如表33所示。本次改造的輸入輸出接口定義如表32所示。PTP”—集成PLC實(shí)例應(yīng)用程序，我們在定義系統(tǒng)輸入輸出接口的時候，可以與廠家提供的PLC實(shí)例程序中的接口定義保持一致，這樣在改造的過程中，我們就無需自編PLC程序，只需利用廠家提供的“SAMPLE在系統(tǒng)一側(cè)，電纜內(nèi)屏蔽層必須與插頭中的金屬殼相連，為了使模擬量的指令值信號免受低頻信號的干擾，驅(qū)動一側(cè)的屏蔽不能接地。表31 負(fù)載電源電氣參數(shù)參 數(shù)最小值最大值單位條 件電壓平均值V波動性V非周期性過壓35V500ms持續(xù)時間；50s恢復(fù)時間額定消耗電流A啟動電源4ASINUMERIK 802S base line控制器與步進(jìn)驅(qū)動STEPDRIVEC/C和步進(jìn)電機(jī)的連接如圖34所示。所有輸入信號必須為電平信號，即“0”電平[3V~5VDC]和“l(fā)”電平[11V~30VDC]。因此我們選與廣州GSK980配套的24V直流穩(wěn)壓電源。直流電源的質(zhì)量是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，所以在選擇電源時，其輸出波形應(yīng)如圖33所示。圖31 控制變壓器圖32 驅(qū)動變壓器(7)現(xiàn)場沒有良好接地的情況下，控制變壓器必須為浮地設(shè)計，但此時任何與CNC控制器連接的外設(shè)(如PC等)，其220VAC電源必須連接到控制變壓器，如圖31所示。步進(jìn)驅(qū)動85VAC必須采用獨(dú)立的隔離變壓器(驅(qū)動變壓器380VA→85VAC，JBK3系列)，如圖32所示。在每一個工具盒中都包含有車床和銑床的PLC程序示例，以便用戶能很快地調(diào)試完畢。程序的變化和新程序軟件存儲。系統(tǒng)不再需要電池，免維護(hù)設(shè)計。除三個進(jìn)給軸外，SINUMERIK 802S base line還提供一個177。為了方便安裝，輸入輸出采用可移動的螺絲夾緊端子，該端子可用普通的螺絲刀來緊固；SINUMERIK 802S base line可控制三個進(jìn)給軸和一個伺服主軸或變頻器。堅固而又節(jié)省空間的設(shè)計，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)床控制動作的按鍵以及8英寸LCD顯示器，同時還提供12個帶有LED的用戶自定義鍵。最后從性價比和實(shí)用性考慮，對數(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)生反向失動量，對進(jìn)給傳動系統(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)動電機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)無級變速，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，各個數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的數(shù)控指令格式差異較大，為了使改造后的車床能真正發(fā)揮其用處，最后決定采用西門子經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，最終確定數(shù)控系統(tǒng)品牌為SINUMERIK 802S base line SINUMERIK 802S base line是專門為中國數(shù)控機(jī)床市場而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型CNC 控制系統(tǒng)。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、各種性能等選擇性價比合適的系統(tǒng)，避免系統(tǒng)功能過剩，同時考慮到原車床的精度和改造的成本、周期、難易程度等各方面因素，決定采用以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動元件、開環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。在講角位移檢測原價與速度檢測元件和伺服電機(jī)做成一個整體時則無需考慮位置檢測的安裝。元件的誤差。(3)交/直流伺服電機(jī)驅(qū)動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。(2)交/直流伺服電機(jī)驅(qū)動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)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(jìn)電機(jī)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)的位移精度相對較低。軟帶粘接后約24小時固化(環(huán)境溫度15℃以上)，可清除余膠，切去軟帶工藝余量，并倒角；對軟帶進(jìn)行開油槽和刮研，油槽深度可為軟帶厚度的1／2—2／3，油槽離開軟帶邊緣至少6mm以上，刮研要求達(dá)到與導(dǎo)軌面接觸面積為：全長不少于75％，全寬上不少于50％。用重物加壓或扣壓于床身導(dǎo)軌上，加壓均勻，—。可用“帶齒刮板”或lmm厚的膠木片進(jìn)行涂膠。在利用填充聚四氟乙烯軟帶對原車床導(dǎo)軌貼塑的工作中，主要是對粘接工藝的控制。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，增加耐磨性，提高機(jī)床的穩(wěn)定性，提高機(jī)床的防爬行和吸振性能，對機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來改造。電動刀架的安裝較為方便，安裝時須注意以下兩點(diǎn)：(l)電動刀架的兩側(cè)面與原車床縱、橫向的進(jìn)給方向平行；(2)電動刀架與系統(tǒng)的連線在安裝時應(yīng)合理，以免加工時切屑、冷卻液及其它雜物磕碰電動刀架連線。電機(jī)安裝好如圖213所示。安裝時，拆除車床上的原小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉電機(jī)風(fēng)罩，逆時針方向轉(zhuǎn)動電機(jī)，使刀架轉(zhuǎn)動到45。根據(jù)車床的型號及主軸中心高度，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4CK6132型電動刀架，該刀架內(nèi)帶90W三相交流異步電動機(jī)用于驅(qū)動正轉(zhuǎn)選刀。這種結(jié)構(gòu)適合齒輪直徑偏小，安裝空間較小的情況下。齒輪2空套在齒輪3上可以做相對回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 2）周向彈簧調(diào)整法 圖211是周向彈簧消隙結(jié)構(gòu)。彈簧的拉力使薄片齒輪1和2錯位，即兩個薄齒輪的左、右齒面分別緊貼在厚齒輪齒槽的左、右齒面上，消除了齒側(cè)間隙。齒輪1的端面還有另外四2—薄齒輪 8—凸耳 4—彈簧 6—螺母 7—調(diào)節(jié)螺釘 圖 211 雙圓柱薄片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu) 個通孔，凸耳8可以在其中穿過。齒輪l空套在齒輪2上并可作相對回轉(zhuǎn)。 雙片齒輪錯齒消隙法 圖211是雙片齒輪錯齒式消除間隙結(jié)構(gòu)。剛性調(diào)整法雖然結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動補(bǔ)償，柔性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙仍可自動補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法。因此，必須消除齒側(cè)間隙。1橫向步進(jìn)電機(jī) 2減速器 3減速器輸出軸 4聯(lián)軸套 5圓螺母 6連接短軸7橫向滾珠絲杠 8中拖板 9螺母座 10套筒聯(lián)軸器 11支撐短軸 12推力球軸圖210 橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖 齒輪傳動間隙的消除數(shù)控車床在加工過程中，會經(jīng)常變換移動方向。左端則將原車床的懸空結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)，用一個聯(lián)軸套4和一根連接短軸6把滾珠絲杠7與減速器輸出軸3連接起來，并通過一對圓螺母5實(shí)現(xiàn)對整個絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度?？拷僮髡咭欢耍贾靡桓味梯S11，通過套筒聯(lián)軸器10與滾珠絲杠7連接起來。1支架 2絲杠托架 3縱向滾珠絲杠 4絲杠防護(hù)罩 5大托板 6過渡板圖28 縱向滾珠絲杠裝配圖圖29 縱向滾珠絲杠安裝實(shí)物圖 橫向（X方向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動，三點(diǎn)支承的形式，也通過雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖210所示。1縱向步進(jìn)電動機(jī) 2減速齒輪 3縱向滾珠絲杠 4工作臺 5套筒聯(lián)軸器 6支承軸圖26 縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖7深溝球軸承 8消隙齒輪 9固定銷 10滑動軸承支承座 11圓螺母 12套筒聯(lián)軸器圖27 縱向步進(jìn)電機(jī)裝配圖滾珠絲杠3仍安裝在原滑動絲杠的空間位置，其螺母副通過支架l安裝在床鞍的底部，如圖229所示。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。如圖27所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動軸承支承座10，通過一對深溝球軸承7實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母(圖中未畫出)實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。縱向步進(jìn)電機(jī)1通過一對減速齒輪2把動力傳遞給縱向滾珠絲杠3，再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺4做往復(fù)移動。 縱橫向進(jìn)給傳動系統(tǒng)的改造 縱向（Z方向）進(jìn)給傳動系統(tǒng)的改造 此處省略m2容許偏心mm容許偏角(176。圖25 聯(lián)軸器外形及尺寸圖表21 MC200608C型聯(lián)軸器規(guī)格尺 寸常用轉(zhuǎn)矩N選用的型號為MC200608C，外形如圖25所示，規(guī)格如表21所示。夾鉗型是利用螺絲的鎖緊力，收縮孔徑，鎖緊軸部。固定螺釘型是將螺釘押入軸內(nèi)進(jìn)行安裝的連接方式。柔性連接，是較為適用的連接，是采用彈性元件的連接。剛性連接是指常用的軸套連接。該編碼器結(jié)構(gòu)堅固，可靠性高，壽命長，耐環(huán)境性強(qiáng)。主軸通過主軸箱中58/58和33/33兩級齒輪(實(shí)現(xiàn)傳動比l：1)把動力傳遞給掛輪軸X，主軸編碼器1通過支架2固定，并通過聯(lián)軸器3與悶頭4相連，悶頭4通過過盈配合與主軸箱內(nèi)軸X連接，如圖224所示。主軸脈沖編碼器的安裝，通常采用兩種方式：一是同軸安裝，二是異軸安裝，同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件，限制了零件的加工長度。其外形如圖22。綜合以上分析計算，確定選用三菱FRA540系列變頻器，具體型號為FRA5407．5KCH。而且無反饋矢量控制方式能夠克服U／f控制方式的缺點(diǎn)，因此可以說，是一種最佳選擇。 目前，無反饋矢量控制方式的變頻器已經(jīng)能夠做到在0．5Hz時穩(wěn)定運(yùn)行。有反饋矢量控制方式雖然是運(yùn)行性能最為完善的一種控制方式，但由于需要增加編碼器等轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費(fèi)用，而且編碼器的安裝也比較麻煩。因此，從節(jié)能的角度看，并不理想。因此，就切削精度而言，選擇U／f恒定控制方式是能夠滿足要求的。 變頻器的控制方式主要有U／f恒定控制方式、無反饋矢量控制方式和有反饋矢量控制方式。 交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率，電動機(jī)磁極對數(shù)nfp以及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系式為：對于C6132，電動機(jī)磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率是定值，因此利用變頻器改變電源頻率fn即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，改變電源頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n。即由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅(qū)動異步電動機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無級變速。機(jī)床改造相對較麻煩，另外在這種改造方式下，主傳動系統(tǒng)也要拆除并進(jìn)行重新設(shè)計，這樣可以得到加工精度和穩(wěn)定性更高的車床，但是加大了改造成本。目前實(shí)現(xiàn)無級變速主要有兩種方式，其一是采用變頻器驅(qū)動電機(jī)的方式；同時保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，這樣既保留了車床的原有功能，又減少了改造量；其二是直接采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)無級變速?？紤]到數(shù)控車床在自動加工的過程中負(fù)載切削力隨時會發(fā)生變化，為了保證工件表面加工質(zhì)量的一致性、提高工件加工質(zhì)量，主軸要能實(shí)現(xiàn)恒切削速度切削。車床總體改造如圖21所示。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)剛性連接；(2)橫向驅(qū)動電機(jī)及齒輪減速器安裝在床鞍的后部(相對操作者)，縱向驅(qū)動電機(jī)及齒輪減速裝置安裝在機(jī)床的右端，靠近尾座的位置；(3)要實(shí)現(xiàn)自動換刀，需拆除原手動刀架，在小拖板上安裝數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架；(4)為了使改造后的車床能夠加工螺紋，需要加裝主軸脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測，編碼器安裝在掛輪箱內(nèi)；(5)為使加工過程中不超程，縱橫向要安裝行程限位開關(guān)；(6)為實(shí)現(xiàn)回參考點(diǎn)的動作，須在縱橫向安裝接近開關(guān)。C6132型普通車床數(shù)控化改造后主要用于中小型軸類、盤類以及螺紋零件的粗加工或半精加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)主軸的無級變速以提供不同的切削速度；刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動，并具備在換刀點(diǎn)自動改變四個刀位完成刀具選擇；加工螺紋時，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動一個導(dǎo)程。尤其是對車床上較大的部件。最后介紹了本課題所研究的內(nèi)容。 本章小結(jié)本章首先闡述了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢及我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀，介紹了國外機(jī)床改造業(yè)的現(xiàn)狀。國數(shù)控機(jī)床占機(jī)床生產(chǎn)總值的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國、日本等發(fā)達(dá)國家。利用現(xiàn)有閑置的舊機(jī)床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺新高效、多功能的數(shù)控機(jī)床，其投資少，見效快，是一種盤活存量資產(chǎn)的有效方法，也是低成本實(shí)現(xiàn)自動化的有效方法，也是在短期內(nèi)提高我國機(jī)床的數(shù)控化率的一條有效途徑，其中數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量是14053臺，產(chǎn)量數(shù)控化率為8%。如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控改造，中小型企業(yè)則是74%，在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司，為世界各地提供機(jī)床數(shù)控化改造服務(wù)。 機(jī)床數(shù)控化改造的可行性目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床來替換根本不現(xiàn)實(shí)，而切替換下來的舊機(jī)床閑置起來又會造成浪費(fèi)，要解決這些問題，應(yīng)走普通機(jī)床的數(shù)控化改造之路。并開發(fā)出弧齒錐齒輪數(shù)控加工、三維激光視覺檢測、螺旋槳七軸五聯(lián)動加工和世界獨(dú)創(chuàng)的空間曲面插補(bǔ)軟件。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過多年的市場激烈競爭，已經(jīng)形成由日本的發(fā)那科公司占市場50%、德國西門子公司占市場25%的壟斷局面。我國具有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)開始形成，在市場上具有一定競爭力，逐步提高了市場占有率。通過“七五”引進(jìn)、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，數(shù)控技術(shù)取得了長足進(jìn)步。推動了我國數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定的發(fā)展，使我國的數(shù)控機(jī)