【正文】 是380V，這就影響最大輸出功率。在主軸與主軸電機直接連接的數控機床中，有兩種方法來提高主軸低速時的功率要求，其一是選擇額定速度低的主軸電機或額定功率高一檔的主軸電機。如圖35，主軸電機的額定功率是指在恒功率區(qū)(轉速n1到n2)內加工運行時的輸出功率，低于額定轉速n1時是達不到額定功率的，轉速越低，輸出功率就越小。機床改造的整體整機設計會從功能上、性能上，以及成本上對主軸驅動系統(tǒng)提出要求，根據這些確定主軸單元結構，用以滿足經濟、實用的要求。上述之可供選型的幾種主軸單元。因結構上有優(yōu)勢，電主軸主要向高速方向發(fā)展，一通常在10000r／min吉林工業(yè)職業(yè)技術學院15以上。電主軸電主軸是主軸電動機的一種結構形式，驅動器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅動器。伺服主軸驅動系統(tǒng)伺服主軸驅動系統(tǒng)具有響應快、速度高、抗過載能力強的特點，且能實現定向和進給功能，但價格也較高，通常是同功率變頻器主軸驅動系統(tǒng)的23倍以上。專用變頻電動機配通用變頻器一般采用有反饋式矢量控制，低速甚至零速時都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進給的功能，目前這類產品較有市場。普通籠型異步電動機配通用變頻器目前進口的通用變頻器，除了具有 fV/曲線調節(jié)，一般還具有無反饋矢量控制功能，會對電動機的低速特性有所改善，配合兩級齒輪變速，基本上可以滿足銑床低速(100~200轉／分鐘)小加工余量的加工，但同樣受最高電動機速度的限制。這種方案適用于需要無級調速但對低速和高速都不要求的場合，例如數控鉆銑床。如果加工產品單一，且對主軸轉速要求不高，用于其機床數控化改造效果也不錯；但其缺點是噪音大，主軸轉速范圍窄，不適合有色金屬加工場合和需要經常改變速度的加工場合。圖 33 HSV20S/D 主軸伺服 主軸驅動裝置的選型主軸驅動裝置的選型與進給驅動裝置等其他設備一樣需要遵循經濟實用、穩(wěn)定可靠和易于操作維護的原則，以整機設計對主軸系統(tǒng)的要求和不同類型的主軸系統(tǒng)的特點為依據?？梢越M成主軸驅動系統(tǒng)，也可以組成進給驅動系統(tǒng)；支持雙編碼器接口，可應用于全閉環(huán)進給驅動系統(tǒng)。進給驅動裝置和主軸驅動裝置有相互融合的趨勢，即主軸驅動裝置的位置控制功能和精度開始接近進給驅動裝置，另一方面進給驅動裝置動態(tài)特性，高速特性開始接近主軸驅動裝置。另外為了控制的方便許多進給驅動器都有絕對式編碼器接口，功能更強的進給驅動器還有第二編吉林工業(yè)職業(yè)技術學院13碼器接口以通過驅動器直接實現全閉環(huán)控制。對于一些主軸伺服單元，雖然具備位置控制功能，當其主要還是工作在速度控制模式下，位置控制模式是一種特殊的工作狀態(tài)，因此，會提供位置控制模式切換控制接口，方便使用者需要時方便的切換主軸工作模式，以完成定向，分度等特殊的工藝或控制要求而進給驅動裝置則通常始終工作在位置控制模式下 [8]。驅動裝置及電動機運行狀態(tài)控制接口主軸驅動裝置都提供控制電動機正／反轉的開關量接口，進給驅動裝置一般不提供，采用脈沖信號作為指令的進給驅動裝置，只有當脈沖指令類型為‘脈沖+方向’時，可以把方向信號理解為改變電動機方向的控制接口。很多主軸驅動裝置也接收 10~V??模擬電壓以及20~mA??作為速度指令，其中信號幅值控制轉速，信號極性控制旋轉方向[32]。電動機運行指令接口因為進給電動機主要用于位置控制，因此進給驅動裝置一般都具備和采用脈沖信號作為指令輸入，控制電動機的旋轉速度和方向，不提供單獨的開關量接口控制電動機的旋轉方向。相對于進給驅動裝置主軸驅動裝置的接口具有如下特點： 三 相電 源輸 入L13UVW12345MOV起 /停正 反10K主 軸 變 頻 器圖 31 主軸變頻器圖 32 帶速度反饋的主軸驅動器接口圖輸入電源接口一般采用交流電源供電，輸入電源的范圍包括三相交流460V、400V、380V、230V、200V，單相220V、100V等，或在較大的范圍內可調。此裝置也適用于無反饋的矢量控制的變頻器的接口圖。圖31是主軸裝置(變頻器)最基本的接口圖，如圖所示采用三相交流380V電源吉林工業(yè)職業(yè)技術學院11供電；速度指令由3腳輸入，指令電壓范圍是直流0~10V；主軸電動機的啟動／停止以及旋轉方向由外部開關OV控制，當5閉合時電動機正轉，打開反轉，當6閉合時電動機開始轉動，打開則停止轉動。不同的是：進給驅動裝置主要工作在位置控制模式下，而主軸驅動裝置主要工作在速度控制模式下；同一臺數控機床上主軸輸出功率比進給軸輸出功率要大得多。數控機床主運動的電動機，可選用感應式電動機或永磁式同步電動機 [5]。表 31 交流變頻主軸驅動裝置的特性性能指標 符號 單位 數值(例)吉林工業(yè)職業(yè)技術學院10額定功率 NPkW 30min 額定功率 (30min)kW 基本轉速 br/min 1500最高轉速 maxNr/min 4000轉速范圍 r/min 8~4000額定轉矩 NT28電動機慣量 電動機重量 Wt kg 60 交流伺服主軸裝置的特性數控改造中對交流伺服主軸系統(tǒng)要求較高，除要求切屑功率高、加減速功率強外，還要求具有恒轉矩和恒功率特性。電動機的恒功率區(qū)域在基本速度以上，其恒轉矩區(qū)域在基本速度以下。3具有精確位置控制能力為滿足剛性攻絲、切削螺紋以及某些特殊加工工藝的要求，主傳動軸應具備準停功能。2. 較寬恒功率范圍主軸應該在全速范圍內均能提供切削所需的切削功率，并盡可能在全速范圍內提供主軸電動機的最大功率。主軸變速分為有級、無級和分段無級變速三種形式，多采用無級或分段無級調速?，F代數控機床對主軸傳動提出較高的要求：1. 較寬調速范圍能夠滿足加工時選用合適的切削用量，以獲取較高的生產率、較高加工精度與較低的表面粗糙度值。本章主要闡述了 X5032 立式銑床傳動運動機構的改造設計思路，以及改造的總體布局；介紹了通過對交流調速方案的各類與比較；介紹了伺服驅動單元的功率計算和型號選擇；以主軸電機、驅動模塊的改造方案。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院8圖 21 銑床改造布局圖 本章小結為了縮短 X5032 立式銑床數控化改造的生產周期，降低改造成本，而將手工變速改為全數控無級變速，這樣做的優(yōu)勢在于縮短了數控化改造時間，降低了改造的工作量，從而降低了改造成本。垂向運動由 Z 向伺服電機驅動滾珠絲框螺母副實現。主運動采用無級變速，優(yōu)點是銑頭的結構尺寸小，所占空間小，且質量輕，進給運動行程尺寸小。本機采用 7M系列交流伺服主軸電機。在對主軸箱和刀夾頭進行 改造與氣動驅動控制，選用三菱 280FXNMRL?來進行相關控制。（3） PLC功能強大，編程操控簡單，使用管理方便 [4]。優(yōu)點如下：（1）機床運行可靠，物理接線少，PLC 有斷電保護、實時監(jiān)測報警、故障檢測與診斷等功能，能夠提供多種安全保障。第三個方案將主軸電氣進行數控化改造，改造工作量大，改造生產周期長，經濟性不佳。2．主軸電氣改造方案改造機床的主軸電氣控制方案有三種：其一是繼續(xù)使用原控制系統(tǒng)；其二是用PLC 控制進行電氣控制系統(tǒng)的改造。HSV18S 全數字交流伺服主軸驅動單元是武漢華中數控股份有限公司繼 HSV20S 系列交流伺服主軸驅動單元后推出的高性能交流伺服主軸驅動器。而采用交流變頻調速控制，實現對主電機的運動控制。 主傳動軸系統(tǒng)改造方案1．交流調速的選擇數控機床的主運動通常會采用無級變速，優(yōu)點是具備提供一定合理切削速度的調速范圍，并可實時改變轉速于運轉中。由于所數控化改造立銑工件的加工精度要求不高，因而沒有必要采用閉環(huán)系統(tǒng)。而其反饋環(huán)節(jié)相比閉環(huán)控制簡單，穩(wěn)定性好。因此，像數控銑床這樣的要求具備大功率、大轉矩機床，不適合用步進電動機來進行銑床數控化改造 [4]。容易造成工件精度誤差，因此對加工精度是不利的。2．伺服驅動系統(tǒng)的選擇吉林工業(yè)職業(yè)技術學院6一臺數控機床如果配置開環(huán)控制伺服驅動系統(tǒng)，則常用步進電動機實現進給驅動；如果配置半閉環(huán)控制伺服驅動系統(tǒng)，則常用直流或交流伺服電動機實現進給驅動；如果配置全閉環(huán)控制伺服驅動系統(tǒng)，則常用直流或交流伺服電動機實現進給驅動。(4)位移測量、驅動等裝置結構緊湊、運行安全可靠 [7]。主處理器 CPU 能高實現加速及制動控制。(2) 機床使用性好。華中 HNC21M 型數控裝置采用開放式體系結構，內置嵌入式工業(yè)計算機，經濟性好，在統(tǒng)一的硬件基礎上，靈活配置多種功能軟件，能夠滿足各種機床的需要?；竟δ芡耆軡M足一般機床的使用要求。當前，生產數控裝置的企業(yè)比較多，國內外著名數控裝置品牌有：SIEMENS、NUM、法道、FANUC、北京凱恩帝、華中數控公司等。用以滿足加工大型零件的工藝要求，全面提升機床的使用性能，滿足高效和低成本要求，為擴大公司的產品范圍的加工奠定了必要的基礎 [4]?？梢淮瓮瓿稍径嗟拦ば騼热荩瑴p小加工輔助時間，提高了產品的技術含量和附加值，并節(jié)約了購買新數控機床的費用。機床經過改造，可用以加工平面、溝槽、孔以及各類曲面等。具有性能/價格比高，操做簡便等特點 [3]：X、Y 和 Z 軸進給軸的定位精度 m30/4.?。 X5032立式銑床數控化改造的調查研究與方案設計 國內立式銑床數控改造的成功案例調查用華中數控系統(tǒng)改造西安標準工業(yè)股份有限公司 XK754 臥式加工中心，更換原機床的所有電氣控制系統(tǒng)，包括數控系統(tǒng)，PLC 控制單元，X、Y 和 Z 軸進給伺服系統(tǒng)，主軸控制單元及主軸電機，電氣控制柜，操作按鈕等。缺點是低速下電機發(fā)熱量大，機械能轉換率低。吉林工業(yè)職業(yè)技術學院4第二章 X5032 立式銑床總體設計金屬切削機床的主傳動是用來實現切削運動中的主要切削運動的傳動系統(tǒng)，它必須具備極高的轉速與適當的變速范圍，并消耗大量的功，使用各種材質的刀具來加工各種材質的材料、獲得相關尺寸精度的零件，并能滿足對運動的啟止、換向、變速和制動等功能的要求。4．在改造過程進行之后，進行機床進行加工實驗，并對實驗結果進行綜合分析，并對整個系統(tǒng)進行進一步的 PLC 調整與誤差補償操作。決策使用工控機實現對電路的控制，并將對鍵盤和顯示器接口、操縱按鈕及操縱面板進行了規(guī)劃設計。通過必要的一系列計算，確立選擇配件的合理尺寸與規(guī)格。本次改造是在企業(yè)的 X5032 型普通銑床上進行。綜合所述，對 X5032 普通立式銑床進行數控化改造，既可保證實際生產上需要，又在技術性上也更具有可操作性，并且經濟性上更是合理可行的。預計本次數控化改造僅需資金 3~4 萬元，而購買一臺類似的國產數控立銑機床卻需花費15~20 萬元左右，同時又因為購買新設備的供貨周期長。因此該機床的功能已不能滿足市場對新產品的產品質量與生產效率要求。 改造方案的可行性分析X5032 立式銑床是 90 年代中期制造的普通機械加工機床，使用了 10 年左右，機床的基礎件具有良好的剛性，保持有適當的幾何與運動精度，可通過修復和更換，使用性能基本可達到現代同類機床相當的水平，所以對其進行數控化改造的基本硬件基礎條件是比較理想的。當前，針對陳舊普通機床進行數控化改造國內、外還未有統(tǒng)一的方法，這樣，怎樣針對企業(yè)的陳舊機床的現有設備狀態(tài)進行數控化改造是研究的主要內容。所以通過普通機床改造而成的經濟型數控機床，是一個低成本，高回報的普通機床設備升級方法。在產品周期進行變換的生產企業(yè)，選擇一種適應零件加工周期性變化的經濟型數控機床，用來確保生產零件的精度，零件尺寸的一致性，提高生產效率。但國內的機床設備產品總體技術水平還很低，在國際上不具備競爭力，占有率也不高。我們提出的對 X5032 型銑床的數控改造是一個典型的銑床數控化改造實例，對于提升機械加工生產效率，改善操作工人勞動強度，提高零件加工精度與生產效益吉林工業(yè)職業(yè)技術學院2具有重要的意義，能夠創(chuàng)造較好的經濟效益和社會效益。自改革開放以來，我國引進了大量的國外技術與裝備，這些設備了普遍存在技術更新的必要。當前我國大多數企業(yè)所使用的加工設備多為普通機床，并且多數為超年限工作，更有甚者是上個世紀五、六十年代的產品。這樣做一方面造成生產成本的增加，另一方面又造成原有普通機床設備的浪費。數控機床己經覆蓋金屬切割機床的大多數品種，為國民經濟提供了一批先進適用的技術裝備。數控機床的設備狀況、機床分布情況，以及制造企業(yè)數控機床的擁有量，標志著一個國家工業(yè)現代化水平的高低。通過不斷的完善與修正，達到更可靠、安全與穩(wěn)定運行的使用目的需要。此項改造通過試運行、試切以及機床誤差調整，總結出該機床系統(tǒng)存在的問題，以及相對應的改進措施方案與實施。華中數控系統(tǒng)由輸入輸出模塊、主軸變頻驅動模塊、三軸伺服進給運動驅動控制模塊、網絡數控傳遞模塊、潤滑與冷卻系統(tǒng)等模塊。配置的華中世紀星 HNC21M 數控系統(tǒng)是一個基于開放式體系結構，內置嵌入式工業(yè) PC 數控系統(tǒng)。主傳動系統(tǒng)設計拆除機床主軸，重新設計主軸。 X5032 數控銑床改造主要包括伺服驅動系統(tǒng)、滾珠絲杠螺母傳動副設計的計算，傳動系統(tǒng)結構設計選型與參數計算。畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ）課題名稱 X5032 普通銑床的數控化改造姓 名學 號系(分院)專 業(yè)班 級指導教師企業(yè)指導教師 2022年 5月 10日目 錄摘 要 ....................................................I第一章 緒 論 ........................................