【正文】 較大，為了使改造后的車(chē)床能真正發(fā)揮其用處，最后決定采用西門(mén)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(zhuān)門(mén)為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)而開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)型 CNC 控制系統(tǒng)。 選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)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?xún)r(jià)比合適的系統(tǒng)，避免系統(tǒng)功能過(guò)剩，同時(shí)考慮到原車(chē)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(dòng)元件、開(kāi)環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控系統(tǒng)。在講角位移檢測(cè)原價(jià)與速度檢測(cè)元件和伺服電機(jī)做成一個(gè)整體時(shí)則無(wú)需考慮位置檢測(cè)的安裝。元件的誤差。 (3)交 /直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)難。 (2)交 /直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，光柵 測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱(chēng)之為開(kāi)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(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度相對(duì)較低。軟帶粘接后約 24小時(shí)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(duì)軟帶進(jìn)行開(kāi)油槽和刮研，油槽深度可為軟帶厚度的 1／ 2— 2／ 3，油槽離開(kāi)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(zhǎng)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，壓強(qiáng)通常為 — 。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(duì)原車(chē)床導(dǎo)軌貼塑的工作中，主要是對(duì)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(duì)機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來(lái)改造。電動(dòng)刀架的安裝較為方便，安裝時(shí)須注意以下兩點(diǎn)： (l)電動(dòng)刀架的兩側(cè)面與原車(chē)床縱、橫向的進(jìn)給方向平行； (2)電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線(xiàn)在安裝時(shí)應(yīng)合理，以免加工時(shí)切屑、冷卻液及其它雜物磕碰電動(dòng)刀架連線(xiàn)。電機(jī)安裝好如圖 213 所示。安裝時(shí)，拆除車(chē)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(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到 45。根據(jù)車(chē)床的型號(hào)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(chǎng)生產(chǎn)的 LD4CK6132 型電動(dòng)刀架，該刀架內(nèi)帶 90W 三相交流異步電 動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)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(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 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(cuò)位，即兩個(gè)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(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu) 個(gè)通孔，凸耳 8可以在其中穿過(guò)。齒輪 l空套在齒輪 2上并可作相對(duì)回轉(zhuǎn)。 雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法 圖 211是雙片齒輪錯(cuò)齒式消除間隙結(jié)構(gòu)。剛性調(diào)整法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償，柔性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙仍本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 可自動(dòng)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(dòng)間隙的消除 數(shù)控車(chē)床在加工過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常變換移動(dòng)方向。左端則將原車(chē)床的懸空結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)，用一個(gè)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(lái)，并通過(guò)一對(duì)圓螺母 5 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。靠近操作者一端，布置一根支撐短軸 11，通過(guò)套筒聯(lián)軸器 10 與滾珠絲杠7 連接起來(lái)。 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(guò)渡板 圖 28 縱向滾珠絲杠裝配圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 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(dòng)，三點(diǎn)支承的形式，也通過(guò)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(dòng)機(jī) 2減速齒輪 3縱向滾珠 絲杠 4工作臺(tái) 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(xiāo) 10滑動(dòng)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(dòng)絲杠的空間位置，其螺母副通過(guò)支架 l 安裝在床鞍的底部，如圖 2 29 所示。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 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(dòng)軸承支承座 10，通過(guò)一對(duì)深溝球軸承 7 實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過(guò)一對(duì)圓螺母 (圖中未畫(huà)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(guò)一對(duì)減速齒輪 2 把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠 3，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái) 4 做往復(fù)移動(dòng)。 縱橫向進(jìn)給 傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 縱向 （ Z 方向） 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。) 容許 軸間 偏移 mm 外形 A? (mm) 長(zhǎng)度 W mm 軸孔徑 d1 mm 軸孔徑 d2 mm L mm 使用 螺絲 20 26 6 8 M3 18 11179。m 重量 g 慣性 慣量 kg178。鎖緊時(shí)使用扭力扳手，緊固轉(zhuǎn)矩為 1Nm。因此能在不損傷軸的情況下，進(jìn)行輕松的安裝與拆卸工作。因螺釘前端直接碰觸軸面，有可能引起軸受損，因此我們選用夾鉗型彈性聯(lián)軸器。彈性聯(lián)軸器選用日本東方電機(jī)的 MC 型聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器有固定螺釘型和夾鉗型兩種。此方式對(duì)連接件制造精度及安裝精度有較高的要求，否則，同軸度誤差的影 響，會(huì)引起主軸編碼器發(fā)生偏扭而造成信號(hào)不準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)損壞光柵盤(pán)。 主軸編碼器與軸的連接可采用剛性連接和柔性連接。 圖 23 主軸編碼器安裝實(shí)物圖與外形圖 型主軸編碼器 2固定支架 型聯(lián)軸器 4悶頭 5軸 X 圖 24 編碼器安裝圖 主軸編碼器選用長(zhǎng)春第一光學(xué)有限公司的 ZXB1型編碼器，如圖 22所示。因此，異軸安裝較合適。 主軸脈沖編碼器 的 安裝 為了使改造后的數(shù)控車(chē)床能自動(dòng)加工螺紋，須配置主軸脈沖編 碼器作為車(chē)床主軸位置信號(hào)的反饋元件，其目的是用來(lái)檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，通過(guò)主軸 → 脈沖編碼器 → 數(shù)控系統(tǒng) → 步進(jìn)電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架縱向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的車(chē)螺紋運(yùn)動(dòng)。 其最大輸出功率為 ，額定容量為 13kVA，額定電流為 17A，過(guò)載能力為 150%60秒， 200%，額定輸出電壓為 3相380V/50Hz，電源電壓允許波動(dòng)范圍為 323V至 528V。 數(shù)控車(chē)床連續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量 (kVA)計(jì)算式如下： MCNMMCNMCNkIIIkUPkPP????? 3103c o s?? 式中 PM—— 負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率； η —— 電動(dòng)機(jī)的效率 (通常約 O． 85)； cosφ —— 電動(dòng)機(jī)的功率因素 (通常約O． 75) MU—— 電動(dòng)機(jī)的電壓， 380V； MI—— 電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流，為 15． 4A； k—— 電流波形的修正系數(shù) (PWM方式時(shí)取 1． 051． 10)； PCN—— 變頻器的額定容量， kVA； ICN—— 變頻器的額定電流， A； 由以上公式可得：? ?? ?? ?AkIIk V AIkUPk V AkPPMCNMMCNMCN o s33????????????????????? 選擇變頻器時(shí)應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足以上三個(gè)等式的關(guān)系。所以，完全可以滿(mǎn)足主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的要求。所以，除非對(duì)加工精度有特殊要求，一般沒(méi)有必要選擇此種控制方式。數(shù)控車(chē)床屬于高精度、 快響應(yīng)的恒功率負(fù)載加工設(shè)備，應(yīng)盡可能選用矢量控制高性能型通用變頻器，而且中、小容量變頻器以電壓型變頻器為主。但在低速切削時(shí)，需要預(yù)置較大的 U／ f，在負(fù)載較輕的情況下，電動(dòng)機(jī)的磁路常處于飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流較大。數(shù)控車(chē)床除了在車(chē)削毛坯時(shí)，負(fù)荷大小有較大變化外，以后的車(chē)削過(guò)程中，負(fù)荷的變化通常是很小的。 另外，變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止。變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止和變速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 之間的關(guān)系為： n=。 考慮到改造的成本，我們決定采用第一種方式，這樣可以利用原車(chē)床的三相異步電動(dòng)機(jī)。采用方式二需要重新購(gòu)買(mǎi)主軸伺服電機(jī)，另外主軸箱也要做相應(yīng)的改造以安裝伺服電機(jī)。這就要求主軸能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 1X向滾珠絲杠副 2X向電機(jī) 3X 向減速器 4尾座 5Z 向減速器 6Z向電機(jī) 7支架 8Z 向滾珠絲杠副 9數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架 10主軸脈沖編碼器 圖 21 C6132 普通車(chē)床數(shù)控化改造示意圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 主軸無(wú)級(jí)變速的實(shí)現(xiàn) C6132 車(chē)床的主軸變速為手動(dòng)、有級(jí)變速 (正轉(zhuǎn) 24級(jí)、反轉(zhuǎn) 12 級(jí) )。 (7) 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩 ,以 防臟物、油污和切屑等進(jìn)入 ,機(jī)床整體也要加裝防護(hù)罩 ,以防止加工過(guò)程中的切屑飛濺傷人 。要實(shí)現(xiàn)以上功能，確定總體改造方案如下 : (1)拆除原車(chē)床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過(guò)托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。 例如床身、床鞍、工作臺(tái)等，盡量利用原來(lái)的部件， 或 只做少量的加工改造，這樣可以大大的降低成本，縮短制造周期。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第二章 車(chē)床總體改造方案設(shè)計(jì) 車(chē)床總體改造方案設(shè)計(jì) 數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，在滿(mǎn)足車(chē)床總體布局的前提下要盡可能利用原來(lái)的零部件，盡量減少 不必要的 改動(dòng)量。接著從我國(guó)實(shí)際國(guó)情出發(fā)，闡述了我國(guó)機(jī)床數(shù)控化改造的意義。由此可見(jiàn)，我國(guó)目前仍然以生產(chǎn)普通機(jī)床為主，因此機(jī)床設(shè)備的數(shù)控化改造將會(huì)長(zhǎng)期存在，據(jù)中國(guó)機(jī)電裝備維修與改造技術(shù)協(xié)會(huì)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)每年大約有 10 萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床需要改造，維修改造的市場(chǎng)前景十分廣闊。而像美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家機(jī)床產(chǎn)量數(shù)控化率已超過(guò)了 50%。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對(duì)一些中小型企業(yè)更是如此。從美國(guó)、日本等國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。目前批量投入市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，具有性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)，正在改變國(guó)外強(qiáng)手在中國(guó)市場(chǎng)上的壟斷局面。我國(guó)從 20 世紀(jì) 90 年代末開(kāi)始掌握基于通用32 位工業(yè)控制機(jī)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，特別是能夠控制五軸聯(lián)動(dòng)并具備網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、診斷、操作功能的數(shù)控系統(tǒng)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 目前我國(guó)可供市場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床有 20xx 多種，覆蓋了超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓機(jī)床、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，可與日本、德國(guó)、意大利、美國(guó)并駕齊驅(qū)。在與數(shù)控主機(jī)匹配方面可以說(shuō)已基本上改變了 “拖后腿 ”的局面，性能和質(zhì)量顯著提高，功能價(jià)格比有優(yōu)勢(shì)。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)發(fā) 展迅速，取得了更為喜人的成果。 80 年代，我國(guó)從日本 FANUC 公司引進(jìn)了 3 等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī)技術(shù)，以及從美國(guó)、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)了一些新技術(shù)。從 70 年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)在車(chē)床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床、電加工機(jī)床等領(lǐng)域全面展開(kāi)，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀 我國(guó)從 1958 年開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，幾十年來(lái)，經(jīng)歷了發(fā)展、停滯、引進(jìn)技術(shù)、自行開(kāi)發(fā)等幾個(gè)階段。這種虛擬軸數(shù)控機(jī)床用軟件的復(fù)雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，開(kāi)拓了數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新領(lǐng)域； (3)以計(jì)算機(jī)輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫(kù)、因特網(wǎng)等為主體 的制造信息支持技術(shù)和智能化決策系統(tǒng)對(duì)機(jī)械加工中海量信息進(jìn)行存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理。 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備 (1)為適應(yīng)制造自動(dòng)化的發(fā)展，向 FMC、 FMS 和 CIMS 提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)字控制 制造系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)上下料、自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換主軸頭 (有時(shí)帶坐標(biāo)變換 )、自動(dòng)誤差補(bǔ)償、自動(dòng)診斷、進(jìn)線(xiàn)和聯(lián)網(wǎng)等功能，廣泛地應(yīng)用機(jī)器人和物流系統(tǒng)； (2)圍繞數(shù)控技術(shù)、制造過(guò)程技術(shù)在快速成型、并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床、機(jī)器人化機(jī)床、多功能機(jī)床等整機(jī)方面和高速電主軸、直線(xiàn)電機(jī)、軟件補(bǔ)償精度等單元技術(shù)方面先后有所突破。國(guó)際上的主要數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)國(guó)及其廠(chǎng)家 都瞄準(zhǔn)通用個(gè)