普通銑床的數(shù)控化改造

1、.普通銑床的數(shù)控化改造 系部： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)：2011134018第一章 普通銑床的數(shù)控化改造總體方案的設(shè)計(jì)一：普通銑床的數(shù)控化改造方案的設(shè)計(jì)1.原來(lái)的XQ6125B普通升降臺(tái)銑床的用途原XQ6125B臥式萬(wàn)能升降臺(tái)銑床是屬于通用機(jī)床，主要適用于加工單件、小批量生產(chǎn)和工具修理部門(mén)，也可以用于成批生產(chǎn)部門(mén)?？衫酶鞣N圓柱銑刀、圓片銑刀、成型銑刀和端面銑刀等，銑削各種平面、斜面、成型表面、溝槽及齒輪等。還可以利用分度頭，可以加工各種螺旋槽。外觀如圖1-1。對(duì)于它的數(shù)控化改造用于擴(kuò)大加工范圍，提高加工精度，提高工作效率，滿足生產(chǎn)急需是非常必要的，從經(jīng)濟(jì)角度上也是可行的。 圖1-1 XQ612

2、5B普通升降臺(tái)銑床外觀圖2.總體設(shè)計(jì)任務(wù)將原來(lái)的X6132要改造成加工精度高、定位準(zhǔn)確、可靠，擴(kuò)大其加工范圍，提高加工效率，各性能參數(shù)有所提高，使其可以銑削圓弧面與斜面等形狀復(fù)雜的高精度零件(如凸輪軸)。3.總體設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床的改造，為了保證被改造后的性能不低于原銑床，選X、Z坐標(biāo)快進(jìn)速度不低于2.4m/min，水平拖動(dòng)力按15KN計(jì)算，則所需的功率為： P=FV=15=0.6Kw如果采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件，步進(jìn)電機(jī)達(dá)不到此功率要求。 例如：200BF001反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，最大靜轉(zhuǎn)矩為，最高運(yùn)行頻率為11000step/s，步距角為1/6°，若取最高工作頻率下的工作扭矩

3、為靜扭矩的1/4，則高速小的功率為：因此，如果選用步進(jìn)電機(jī)，必須相應(yīng)地降低機(jī)床的某些性能，主要是快速性。另一方面由于步進(jìn)電機(jī)在低速工作時(shí)有明顯的沖動(dòng)，易自激振蕩，而且激振頻率很可能落入銑削加工所用的進(jìn)給速度范圍內(nèi)，著對(duì)加工極為不利，造成工件超差。此外，由于步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力，高速時(shí)扭矩下降很多，容易丟失，大功率步進(jìn)的驅(qū)動(dòng)較困難等，選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)是不合適的。若采用直流或交流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，調(diào)試和維修困難得多，造價(jià)也高。閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙，干擾等對(duì)加工精度的影響，一般應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中，由于所改造數(shù)控銑床工

4、件的加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。若采用直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制,其性能介于開(kāi)環(huán)和閉環(huán)之間.由于調(diào)速范圍寬,過(guò)載能力強(qiáng),有采用反饋控制因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制;反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機(jī)械傳動(dòng)元件,調(diào)試比閉環(huán)簡(jiǎn)單,系統(tǒng)的穩(wěn)定性較易保證,所以比閉環(huán)容易實(shí)現(xiàn).但是采用半閉環(huán)控制,調(diào)試比開(kāi)環(huán)控制的步進(jìn)電機(jī)要困難些,設(shè)計(jì)上也有自身的特點(diǎn).在直流和交流伺服電機(jī)之間進(jìn)行比較時(shí),交流調(diào)試逐漸擴(kuò)大了其使用范圍,似乎有取代直流伺服的趨勢(shì).但是交流伺服的控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜,技術(shù)難度高,普及不廣,而且價(jià)格高.直流伺服電機(jī)原理接近于直流電機(jī),控制系統(tǒng)技術(shù)比較成熟,普及廣。用直流伺服電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)伺服

5、系統(tǒng)的組成如圖1-2。數(shù)控裝置NC發(fā)出的位置指令在位置控制器內(nèi)與位置反饋信號(hào)比較，然后轉(zhuǎn)換成位置誤差的模擬電壓。這個(gè)電壓是速度指令電壓。速度指令電壓與速度反饋電壓在速度控制器內(nèi)比較和放大后轉(zhuǎn)換成速度控制電壓并輸給伺服電動(dòng)機(jī)，使電機(jī)得到一定的轉(zhuǎn)速。直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本性能是：轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于輸入電壓，電流決定于負(fù)載力矩。因此，輸入直流伺服電動(dòng)機(jī)的，必須是速度模擬電壓。速度環(huán)的作用在于把位置誤差模擬電壓變成一個(gè)比較穩(wěn)定的速度模擬電壓。速度反饋的作用在于使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。位置控制則用以檢查伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角是否符合位置指令的要求。圖1-2 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成圖1-3是直流伺服電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理。數(shù)控裝置

6、來(lái)的位置指令D0與位置反饋系統(tǒng)檢測(cè)出的實(shí)際位置檢測(cè)值Da在位置偏差監(jiān)測(cè)器1中比較。其差值為位置偏差值D。D經(jīng)位置控制放大器2放大后成為速度指令值v0。D0、Da、D、v0都是數(shù)字量。v0經(jīng)數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器3成為模擬電壓Uc。位置偏差越大，則要求伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，這時(shí)的Uc也越大。因此，Uc是速度指令電壓。Uc于速度反饋電壓Ug在速度偏差監(jiān)測(cè)器4內(nèi)比較，其差值為速度偏差電壓Ua。設(shè)置速度反饋的目的是穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速還受負(fù)載的影響，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化（如切深發(fā)生變化）時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化。加上速度反饋后轉(zhuǎn)速可以比較穩(wěn)定。速度偏差電壓Ua經(jīng)速度控制放大器5放大后，成為

7、速度控制電壓Um。這個(gè)電壓加在伺服電機(jī)6上，使它得到角速度m。與伺服電動(dòng)機(jī)相聯(lián)系的有速度反饋裝置7和位置反饋裝置8。速度反饋裝置發(fā)出與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的速度反饋電壓Ug，與速度指令電壓Uc相比較。位置反饋裝置8發(fā)出與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角成正比的實(shí)際位置檢測(cè)值Da，與位置指令值D0相比較。圖1-3 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理控制部分的設(shè)計(jì)要能控制三個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng),根據(jù)加工要求,至少要控制兩軸聯(lián)動(dòng)完成圓弧插補(bǔ),為了在加工中使用不同尺寸的刀具,數(shù)控裝置應(yīng)具有刀具的半徑和長(zhǎng)度的補(bǔ)償功能,以便數(shù)控加工按輪廓編程程序而能適應(yīng)刀具尺寸的變化。綜上所述，銑床數(shù)控改造方案確定為：直流伺服半閉環(huán)控制，采用三坐標(biāo)2.5軸聯(lián)

8、動(dòng)數(shù)控裝置，整個(gè)改造方案如圖1-4圖1-4 總體改造方案示意圖1、3、4-傘齒輪 2、7、10-直流伺服電機(jī) 5、8、11滾珠絲杠 6、9、12-滾珠絲杠螺母 圖1-5 數(shù)控改造設(shè)計(jì)總圖二：普通銑床的數(shù)控化進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 減少數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，采用步進(jìn)電機(jī)+剛性聯(lián)軸器+滾珠螺母絲杠的傳動(dòng)方案。并進(jìn)行計(jì)算安裝。三：普通銑床的數(shù)控化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) CNC裝置是一個(gè)機(jī)床計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其數(shù)控軟件必須完成管理和控制兩種不同性質(zhì)的任務(wù)。數(shù)控系統(tǒng)的管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體，它管理著數(shù)控加工程序從輸入、預(yù)處理，到插補(bǔ)運(yùn)算以及位置控制和輸入、輸出的全過(guò)程，并管理著系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，刀具參數(shù)

9、設(shè)置，數(shù)控加工程序的編輯，數(shù)據(jù)的輸入、輸出及在各種機(jī)床運(yùn)行方式下操作員的操作處理等各種人機(jī)交互過(guò)程。除此之外，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)的管理程序還能適時(shí)運(yùn)行診斷模塊以便及時(shí)判斷和消除故障，并能進(jìn)行通信、聯(lián)網(wǎng)等功能的管理。1.數(shù)控系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的各功能分別由不同的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般數(shù)控系統(tǒng)軟件主要由以下幾部分組成：系統(tǒng)總控程序，零件程序的輸入輸出管理程序，譯碼程序，零件加工程序編輯程序，機(jī)床手動(dòng)控制程序，零件加工程序的解釋執(zhí)行程序，伺服控制及開(kāi)關(guān)控制程序和系統(tǒng)自檢程序。（1）系統(tǒng)總控程序 系統(tǒng)總控程序是系統(tǒng)軟件的主循環(huán)程序。數(shù)控系統(tǒng)加電以后便進(jìn)入這部分程序運(yùn)行。其基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，它由四部

10、分組成： 1）初始化部分 當(dāng)CNC系統(tǒng)上電或重新復(fù)位時(shí)，首先需要進(jìn)行一些必要的初始化處理。2）接收命令環(huán)節(jié) 它的使命是接收操作者的命令，若不是命令則循環(huán)等待。3）命令分析 它的任務(wù)是把從鍵盤(pán)上接收的命令進(jìn)行分析，引導(dǎo)到執(zhí)行該命令的相應(yīng)處理程序。4）返回環(huán)節(jié) 它的任務(wù)是執(zhí)行了命 圖3-1 系統(tǒng)總控程序結(jié)構(gòu)圖令處理程序后，返回到管理程序接收命令環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于等待新的操作狀態(tài)。（2）輸入輸出管理程序輸入程序主要完成兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)是從光電閱讀機(jī)和鍵盤(pán)輸入零件加工源零件程序儲(chǔ)存器；另一個(gè)是從零件程序儲(chǔ)存器中把零件程序送入緩沖區(qū)中，以便加工時(shí)使用。無(wú)論是那種途徑輸入的零件程序去譯碼之前都必須經(jīng)過(guò)相應(yīng)的緩

11、沖器，如圖3-2。零件程序緩沖器接收來(lái)自閱讀機(jī)或零件程序儲(chǔ)存器的程序段。當(dāng)正常加工時(shí)，譯碼程序從這里取出程序段。當(dāng)從MDI鍵盤(pán)輸入程序段時(shí)，程序段被存入MDI緩沖器中，此時(shí)譯碼程序則從MDI緩沖器取出程序段。 圖3-2 輸入輸出管理程序輸出程序較為簡(jiǎn)單，它的功能是將調(diào)試成功的零件程序存入磁盤(pán)、磁帶、或穿孔輸出，以便長(zhǎng)期保存。 （3）譯碼程序數(shù)據(jù)段送入零件程序儲(chǔ)存器后，由程序?qū)⑤斎氲牧慵绦驍?shù)據(jù)段翻譯成本系統(tǒng)能識(shí)別的語(yǔ)言。一個(gè)數(shù)據(jù)段從輸入到傳送至插補(bǔ)工作寄存器需要以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，如圖3-3。圖3-3 譯碼程序譯碼程序?qū)⒘慵绦虻脑闯绦蜻M(jìn)行詞法和語(yǔ)法分析，發(fā)現(xiàn)可能的詞法或語(yǔ)法錯(cuò)誤，如無(wú)錯(cuò)誤，則對(duì)程序

12、段的語(yǔ)義，即它能產(chǎn)生的動(dòng)作進(jìn)行分析；識(shí)別程序段所規(guī)定的G、M、S、T等功能，將它們翻譯成內(nèi)部表示形式存放在結(jié)構(gòu)信息表中，供執(zhí)行使用。（4）零件加工程序的編輯程序編輯程序?qū)嶋H上是一個(gè)鍵盤(pán)命令處理程序，它與鍵盤(pán)輸入通常成為一體，既可以用來(lái)從鍵盤(pán)輸入新的零件加工程序，也可以用來(lái)對(duì)已經(jīng)存儲(chǔ)在零件程序儲(chǔ)存器中的零件加工程序進(jìn)行編輯和修改。常用的編輯功能包括插入、刪除、查找、移動(dòng)等。 （5）機(jī)床手工控制程序機(jī)床手工控制程序是一個(gè)對(duì)操作面板和鍵盤(pán)來(lái)的命令進(jìn)行掃描的程序。它不斷地讀取操作面板和鍵盤(pán)地輸入信息，分析識(shí)別輸入地命令并進(jìn)行相應(yīng)地處理。這部分程序提供了在手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)下通過(guò)機(jī)床操作面板控制動(dòng)作地功能。機(jī)

13、床手動(dòng)調(diào)整動(dòng)作包括：各坐標(biāo)軸地運(yùn)動(dòng)、主軸運(yùn)動(dòng)、刀架的轉(zhuǎn)位、冷卻泵的開(kāi)停等。（6）插補(bǔ)運(yùn)算程序 插補(bǔ)運(yùn)算程序是根據(jù)建立的插補(bǔ)數(shù)學(xué)模型而編制的運(yùn)算處理程序，常用的脈沖增量插補(bǔ)方法有逐電比較法和數(shù)字積分法等。通過(guò)運(yùn)行插補(bǔ)程序，生成控制數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)的脈沖分配規(guī)律。采用數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)時(shí)，則是生成各軸位置增量，該位置增量用數(shù)值表示。 （7）伺服控制程序 伺服控制程序是插補(bǔ)程序每次運(yùn)行后的結(jié)構(gòu)，通過(guò)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算后直接輸出控制執(zhí)行元件的程序。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段開(kāi)始插補(bǔ)加工時(shí)，系統(tǒng)控制程序還要準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)段的讀入、讀碼、數(shù)據(jù)處理等。 （8）系統(tǒng)字行自檢程序 在主控程序空閑時(shí)（如延時(shí)），可以安排CPU執(zhí)行預(yù)防性診斷程

14、序，或?qū)ι形磮?zhí)行程序段的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。診斷程序控制CNC系統(tǒng)各個(gè)硬件功能的正確性，指示可能存在的故障的位置與性質(zhì)，它的存在有助于操作人員定位故障部位，縮短系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性。 2數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，共分為：系統(tǒng)初始化模塊、工作方式選擇模塊、機(jī)床控制模塊、命令處理模塊、中斷處理模塊等。2.1系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化包括：工作單元初始化，中斷延時(shí)初始化，系統(tǒng)診斷，數(shù)據(jù)區(qū)初始化，電源有無(wú)檢查等。該模塊程序框圖為圖3-4。 圖3-4 系統(tǒng)初始化程序框圖2.2 工作方式選擇工作方式選擇包括：手動(dòng)，自動(dòng)，單段運(yùn)行，單步運(yùn)行，編輯等。該模塊程序框圖為圖3-5。圖3-5 工

15、作方式選擇程序框圖2.3機(jī)床控制 機(jī)床控制包括：X、Y、Z方向的進(jìn)給，電機(jī)的起動(dòng)、回零等。該模塊程序框圖為圖3-6。 圖3-6 機(jī)床控制模塊程序框圖四：普通銑床的數(shù)控化主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 將原機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，無(wú)級(jí)調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，主軸電動(dòng)機(jī)的作用只是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。第二章普通銑床機(jī)械部分的數(shù)控化改造一主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控化改造1. 數(shù)控化改造主傳動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)本題目給定的定位精度要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，從手冊(cè)中查得伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為1000r/min獲1500r/min。如果伺服電機(jī)

16、通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠直接連接。即,工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到=10m/min，取電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速:所以取=10mm根據(jù)精度要求數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量為mm/脈沖，伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)達(dá)到伺服系統(tǒng)中常用的位置反饋器有旋轉(zhuǎn)變壓器和脈沖編碼器。旋轉(zhuǎn)變壓器的分解精度為每轉(zhuǎn)2000個(gè)脈沖，如果采用旋轉(zhuǎn)變壓器方案，則在伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器軸之間安裝5：1的升速齒輪。采用脈沖編碼器方案時(shí)，因脈沖編碼器有每轉(zhuǎn)2000個(gè)、2500個(gè)、5000個(gè)脈沖等數(shù)種產(chǎn)品，故編碼器后應(yīng)加倍頻器。如選用每轉(zhuǎn)2500個(gè)脈沖編碼器，則倍頻器的倍數(shù)為4。速度反饋裝置中，與旋轉(zhuǎn)變壓器相配套的可采用測(cè)速發(fā)電機(jī)。其性能為電機(jī)按1000r/m

17、in輸出一定的電壓量（如輸出6v）如采用脈沖編碼器方案，則可在倍頻器后架頻率/電壓轉(zhuǎn)換器（F/V）。其轉(zhuǎn)換比例為每分鐘個(gè)脈沖，輸出電壓（如6v）。本設(shè)計(jì)伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖為個(gè)，故轉(zhuǎn)換比例仍為6（v）/1000（r/min）.下圖為上述兩種方案的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。這兩種方案目前都有使用，各配不同的數(shù)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用圖（B）方案。圖2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)圖1旋轉(zhuǎn)變壓器；2測(cè)速發(fā)電機(jī)；3伺服電機(jī)；4撓性連周期；5滾珠絲杠；6工作臺(tái)；7頻率/電壓轉(zhuǎn)換器；8倍頻器；9脈沖編碼器；2.主軸脈沖編碼器的選用與工作原理2.1. 主軸脈沖編碼器的選用脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，它把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是一種常用

18、的角位移傳感器。在數(shù)控銑床上只使用光電式脈沖編碼器，因?yàn)楣怆娛降木群涂煽啃詢?yōu)于其它。根據(jù)表42選擇導(dǎo)程=10mm，選擇2500/轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)脈沖移動(dòng)量0.5 in圖4.2 增量式光電編碼器的結(jié)構(gòu)圖增量式光電編碼器如上圖的所示，其實(shí)就是一種光電盤(pán)。在一個(gè)圓盤(pán)的圓周上分成相等的透明與不透明的部分，圓盤(pán)與工作軸一起旋轉(zhuǎn)，此外，還有一個(gè)固定不動(dòng)的扇形薄片與圓盤(pán)平行放置，并制作有辨向窄縫，當(dāng)光線通過(guò)這兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的薄透光與不透光部分時(shí)，使光電元件接受到的光通量也時(shí)大時(shí)小地連續(xù)變化，經(jīng)放大、整形電路的變換后變成脈沖信號(hào)。2.2主軸脈沖編碼器的工作原理 光線透過(guò)圓光柵和指示光柵的線紋，在光電元件上形成明暗交

19、替變化的條紋，產(chǎn)生兩組近似于正弧波的電流信號(hào)A與B，兩者的相位相差，經(jīng)放大、整形電路，變成方波，如圖：圖4.2.1 脈沖編碼器的輸出波形若A相超前于B相對(duì)應(yīng)電機(jī)作正向旋轉(zhuǎn)；若B相超前于A相，則對(duì)應(yīng)電機(jī)作反向旋轉(zhuǎn)。若以該方波的前沿或后沿產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，可以形成代表正向位移和反向位移的脈沖序列。Z相是一轉(zhuǎn)脈沖，也稱為零位脈沖，它是用來(lái)產(chǎn)生機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)的。通常，數(shù)控銑床的機(jī)械參考點(diǎn)與各軸的脈沖編碼器發(fā)生出Z相脈沖是一致的，即該信號(hào)與A、B信號(hào)嚴(yán)格同步。在應(yīng)用時(shí)，從脈沖編碼器輸出的A和，B和四個(gè)方波被引入位置控制回路，經(jīng)辨向和乘以倍率后，變成代表位移的測(cè)量脈沖。經(jīng)頻率/電壓變換器變成正比于頻率的電壓作為

20、速度反饋信號(hào)、供給速度控制單元進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。二 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造1.滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型1.1.滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)與原理由于本系統(tǒng)要求達(dá)到的定位精度，根據(jù)此要求，查閱滾珠絲杠手冊(cè)。P型是用于精確定位且能夠根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程間接測(cè)量軸向行程的滾珠絲杠副，T型是用于傳遞力的滾珠絲杠，其軸向行程的測(cè)量由與滾珠絲杠副的旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程無(wú)關(guān)的測(cè)量裝置來(lái)完成。所以選用P型。根據(jù)精度推薦表，銑床X、Y軸的絲杠精度為4、5級(jí)，Z軸的絲杠精度為4、5級(jí)，所以本設(shè)計(jì)選用4級(jí)。控銑床上得到了廣泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)特以減少摩擦。圖2.2滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，它們對(duì)合起來(lái)就

21、形成了螺旋滾道。在滾道內(nèi)裝有滾珠，當(dāng)絲杠與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺旋槽向前滾動(dòng)，在絲杠上滾過(guò)數(shù)圈以后通過(guò)回程引導(dǎo)裝置，逐個(gè)地又滾回到絲杠與螺母之間，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的回路。1.2滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)1、主切削力計(jì)算：在以工作壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按實(shí)際加工過(guò)程平均銑削條件為準(zhǔn)，因此取=2.5mm, =0.2mm/齒，=70mm,z=4, =50mm,對(duì)圓柱高速銑刀，=68.2，則=5855（N）對(duì)圓柱銑刀逆銑加工，各切削分力有=11.2, 0.20.3 ，=0.350.4，取中間值即=1.1，=0.25，=0.38，則：=0.38=0.38×5855=2225Nn=2.225(kN

22、)而插補(bǔ)平面內(nèi)合力F=6616(N)在一周的切削過(guò)程中取平均切削力為 =F=×6.616=4.14（KN）工作時(shí)的周向壓力為 對(duì)于三角形形導(dǎo)軌，k=1.15, =0.2,而=0，=2.225(KN),G=1.4(KN),則=1.15×3.1+0.2（2.225+1.4）=3887（N）2、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)滾珠絲杠的計(jì)算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。絲杠的最大載荷，當(dāng)切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進(jìn)給力=2.225KN，工作臺(tái)加工件的質(zhì)量M=140Kg，導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)為0.1，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）=0.1×

23、140×10=140 N 絲杠最大載荷 =2225+140=2365 N軸向工作載荷（平均載荷）=3887 N其中，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min,可取為0，則平均轉(zhuǎn)速n=(1500+0)/2=750r/min.故絲杠工作壽命為 式中 L工作壽命 ，以r為1個(gè)單位 N絲杠轉(zhuǎn)速 r/min T絲杠使用壽命，對(duì)數(shù)控機(jī)床可取T=15000h計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷為=49（Kn）式中 載荷性質(zhì)系數(shù)，無(wú)沖擊11.2，一般情況取1.21.5，有較大沖擊振動(dòng)時(shí)取1.52.5。本設(shè)計(jì)=1.5精度影響系數(shù)

24、，對(duì)于4、5級(jí)滾珠絲杠取=0.9。查表12113，由此確定滾珠絲杠副的型號(hào)和尺寸為內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式反向器FFZ5020，絲杠底徑42.8mm名義直徑d=50,額定動(dòng)載荷=49Kn，符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度=1138 N/m.預(yù)緊力=/4=49/4=12.3KN，只要軸向載荷值不達(dá)到或不超過(guò)預(yù)緊力的3倍，就 不必對(duì)預(yù)緊力提出額外的要求。本設(shè)計(jì)中絲杠最大載荷為 =2.36kN遠(yuǎn)小于3。3、主傳動(dòng)系統(tǒng)的滾珠絲杠的計(jì)算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。絲杠的最大載荷，當(dāng)切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進(jìn)給力=2.225KN，工作臺(tái)加工件的質(zhì)量M=140Kg，

25、導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)為0.1，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）=0.1×200×10=200 N 絲杠最大載荷 =2225+200=2425 N 軸向工作載荷（平均載荷）=3947 N其中，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min,可取為0，則平均轉(zhuǎn)速n=(1500+0)/2=750r/min.故絲杠工作壽命為 式中 L工作壽命 ，以r為1個(gè)單位 N絲杠轉(zhuǎn)速 r/min T絲杠使用壽命，對(duì)數(shù)控機(jī)床可取T=15000h計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷為=58（Kn）式中 載荷性質(zhì)系數(shù)，無(wú)沖擊11.2，一般情況

26、取1.21.5，有較大沖擊振動(dòng)時(shí)取1.52.5。本設(shè)計(jì)=1.5精度影響系數(shù)，對(duì)于4、5級(jí)滾珠絲杠取=0.9。查表12113，由此確定滾珠絲杠副的型號(hào)和尺寸為內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式反向器FFZ50204，絲杠底徑42.8mm名義直徑d=50,額定動(dòng)載荷=58KN ,，符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度=1476 N/m.預(yù)緊力=/4=60/4=15KN，只要軸向載荷值不達(dá)到或不超過(guò)預(yù)緊力的3倍，就 不必對(duì)預(yù)緊力提出額外的要求。本設(shè)計(jì)中絲杠最大載荷為=2.42kN遠(yuǎn)小于3。4、滾珠絲杠支承的選擇本設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端固定，一端鉸接，因?yàn)檩S向剛度=1138 N/m大，而且適用于對(duì)剛度和位移精度要求高的場(chǎng)合，絲杠的靜

27、態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都較高，適用于中等回轉(zhuǎn)速度。圖3.1.1.4 選定后的絲杠的支承簡(jiǎn)圖 固定端采用一對(duì) 的角接觸球軸承面對(duì)面相配合。 5、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)方式 由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高，無(wú)自鎖作用（特別是滾珠絲杠處于垂直傳動(dòng)時(shí)），為防止因自重下降，故必須裝有制動(dòng)裝置。如下圖所示為數(shù)控銑床主軸箱進(jìn)給絲杠制動(dòng)裝置示意圖。機(jī)床工作時(shí)，電磁鐵通電，使摩擦離合器脫開(kāi)。運(yùn)動(dòng)有電機(jī)經(jīng)減速裝置傳給絲杠，使主軸箱上、下移動(dòng)。當(dāng)加工完畢或中間停車時(shí)，電機(jī)和電磁鐵同時(shí)斷電，借壓力彈簧作用合上摩擦離合器，使絲杠不能傳動(dòng)，主軸箱便不會(huì)下落。圖如下所示：圖3.1.1.5 主周箱進(jìn)給絲杠制動(dòng)裝置1.3.軸承的選擇 1

28、、選擇軸承的型號(hào)由于絲杠工作時(shí)，既承受軸向載荷又承受徑向載荷,故支承絲杠的軸承選用能同時(shí)承受徑向載荷與單向軸向載荷的角接觸球軸承.絲杠在傳動(dòng)是要正反轉(zhuǎn),則軸承承受的軸向力的方向可能反復(fù)變化,故采用兩個(gè)軸成面對(duì)面安裝.如圖所示:圖3.1.2.1 角接觸球軸承面對(duì)面安裝軸承型號(hào):2、計(jì)算軸承的壽命所謂軸承的壽命,是指軸承中任一滾動(dòng)體或內(nèi),外圈輥道上出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下工作的小時(shí)數(shù).滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算的目的是防止軸承在預(yù)期工作時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生點(diǎn)蝕破壞,其壽命與所受載荷的大小有關(guān),作用載荷越大,引起的接觸應(yīng)力也就越大,因而在發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)也就越少,即軸承的壽命越短.3.1.2

29、.2 滾動(dòng)軸承的疲勞曲線軸承的壽命:-基本額定動(dòng)載荷-當(dāng)量動(dòng)載荷-軸承轉(zhuǎn)速-溫度系數(shù)-壽命指數(shù),球軸承 ； 滾子軸承 對(duì)角接觸球軸承,其徑向當(dāng)量動(dòng)載荷為: -軸向動(dòng)載荷系數(shù)-徑向動(dòng)載荷系數(shù)-軸承所承受的徑向載荷-軸承所承受的軸向載荷由于軸承工作時(shí)的溫度低于120 ,查表的溫度系數(shù)=3軸承成對(duì)安裝故 故軸承的壽命 軸承的預(yù)期壽命一般約為500020000h.本設(shè)計(jì)滿足要求。2.伺服電機(jī)的選擇及計(jì)算2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流伺服電機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速特性，可以方便地在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，故多用在對(duì)伺服電機(jī)的調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)設(shè)備中。直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括以下三大部分。（1） 定

30、子 定子磁極磁場(chǎng)由釘子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式，直流伺服電機(jī)可分為永磁式和他勵(lì)事。本設(shè)計(jì)采用用此事。（2） 轉(zhuǎn)子 又成為電樞，有硅鋼片疊壓而成，表面嵌優(yōu)線圈，通以直流電時(shí)，在釘子磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生帶動(dòng)夫在旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。（3） 電刷與換向片 為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻地連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷域外價(jià)直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相連。 2.2選擇伺服電機(jī) 伺服電機(jī)的選用，應(yīng)考慮三個(gè)要求：最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不得超過(guò)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配；快移時(shí)，轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。1.最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最

31、達(dá)切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)下式計(jì)算，即T=5.88N.m其中，從前面的計(jì)算已知最大進(jìn)給力=2225 N，絲杠導(dǎo)程=10mm，預(yù)緊力=3887 N，查手冊(cè)，滾珠絲杠副的機(jī)械效率=0.9，因滾珠絲杠預(yù)加載荷引起附加摩擦力矩=查哈爾濱軸承總廠角接觸推力球軸承組配技術(shù)手冊(cè)得單個(gè)軸承的摩擦力矩為0.32N.m，故一對(duì)軸承的摩擦力矩=0.64N.m。另一端直接鉸接，其摩擦力可忽略不計(jì)。伺服電機(jī)與絲杠直連，其傳動(dòng)比i=1.2.負(fù)載慣量計(jì)算伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配，負(fù)載慣量可按以下次序計(jì)算。（1） 工件、工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的慣量，工件與工 作臺(tái)的最大質(zhì)量M=140kg，可按下式計(jì)算，即=m(式中：

32、 V工作臺(tái)移動(dòng)速度，m/s; W伺服電機(jī)的角速度，rad/s; m直線移動(dòng)工件、工作臺(tái)的質(zhì)量，kg;（2）絲杠加在電機(jī)軸上的慣量，絲杠名義直徑=50mm,L=1m,絲杠材料鋼的密度=7.8×kg/。根據(jù)下式公式，絲杠加在電機(jī)軸上的慣量為=×7.8××1×=0.0048（3）聯(lián)軸器加在鎖緊螺母等得慣量可直接查手冊(cè)得到=0.001（4） 負(fù)載總慣量 =+=0.00035+0.0048+0.001=0.00615按照數(shù)控機(jī)床慣量匹配條件，1/4,所選伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.006150.0246范圍內(nèi)?？蛇x北京數(shù)控設(shè)備廠FB15型直流伺服電機(jī)，其額

33、定轉(zhuǎn)矩17.6N.m,大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩M=5.88N.m,轉(zhuǎn)子慣量=0.019，滿足匹配要求。FB15型直流伺服電機(jī)的主要參數(shù)如下；最高轉(zhuǎn)速： 1500r/min額定轉(zhuǎn)矩 ： 17.6 N.m最大轉(zhuǎn)矩： 154 N.m 轉(zhuǎn)子慣量： 0.019機(jī)械時(shí)間常數(shù)： 15.2ms輸出功率P： 1.4kw重量m： 30kg3.空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算當(dāng)執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動(dòng)（快移速度）時(shí)，所需的空載加速轉(zhuǎn)矩為= N.m（1） 空載加速時(shí)，主要克服的是慣量。如選用FB15型直流伺服電機(jī)總慣量J=+=0.00615+0.019=0.025（2） 加速時(shí)間通常取得3倍，?。?3=3×15.2

34、=45.6ms=0.046 s空載加速轉(zhuǎn)矩不允許超過(guò)伺服電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，由此可見(jiàn)，F(xiàn)B15型直流伺服電機(jī)的=154N.m=85.2 N.m，滿足設(shè)計(jì)要求 。4.伺服系統(tǒng)增益 通常取伺服增益為825。對(duì)輪廓控制的數(shù)控銑床可取較大值，如取=。伺服系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)為的倒數(shù)，=1/=1/=0.05s。根據(jù)式=選FB15型直流伺服電機(jī)，執(zhí)行件（工作臺(tái)）達(dá)到的最大加速度為× 伺服系統(tǒng)要求達(dá)到的最大加速度發(fā)生在系統(tǒng)處于時(shí)間數(shù)內(nèi)，工作臺(tái)的速度從-增加到+時(shí)：由于a大于，因而按照加速能力選擇=是合適的。5.精度驗(yàn)算本數(shù)控銑床要求的定位精度為，滾珠絲杠副允許的最大軸向變形重復(fù)定位精度，×0.

35、01=0.0033mm.。其余誤差為伺服和系統(tǒng)誤差、絲杠軸承的軸向跳動(dòng)和在載荷作用下各機(jī)械環(huán)節(jié)彈性變形引起的位移等。第三章普通銑床電氣部分的數(shù)控化改造普通銑床的數(shù)控化改造有兩大部分內(nèi)容，一是機(jī)械部分的數(shù)控化改造 ；二是電氣部分的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)。所以關(guān)于電氣部分的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)是普通銑床數(shù)控化改造的一個(gè)重要方面。從第一張的總體設(shè)計(jì)方案分析可以得到，機(jī)床電氣控制部分?jǐn)?shù)控改造后的總體原理圖如下：圖3-1 改造后的數(shù)控銑床電氣原理圖對(duì)于改造后的數(shù)控銑床主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行電氣改造設(shè)計(jì)，包括主傳動(dòng)系統(tǒng)控制電路改造設(shè)計(jì)；進(jìn)給系統(tǒng)控制電路改造設(shè)計(jì)；輔助系統(tǒng)控制電路改造設(shè)計(jì)。進(jìn)行改造后的數(shù)控銑床電氣安裝圖如

36、圖3-2所示：圖3-2 改造后的數(shù)控銑床電氣安裝圖一 主傳動(dòng)系統(tǒng)控制電路改造設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)速，使用主軸脈沖編碼器進(jìn)行分度。對(duì)改造機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)電氣原理圖如下3-3所示:圖3-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)電氣原理圖二 進(jìn)給系統(tǒng)控制電路改造設(shè)計(jì)改造后的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的三坐標(biāo)軸分別采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。改造后的控制電路如圖3-4所示：圖3-4進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖三 輔助系統(tǒng)控制電路改造設(shè)計(jì) 改造后的數(shù)控機(jī)床需要冷卻電機(jī)。改造后的數(shù)控機(jī)床的輔助系統(tǒng)控制電路改造設(shè)計(jì)如圖3-5所示：圖3-5 輔助系統(tǒng)電氣原理圖第四章 改造后數(shù)控銑床的安裝調(diào)試試運(yùn)行一:機(jī)床的安裝將機(jī)床床身與包裝底座間的連接螺絲旋開(kāi),把吊車的鋼繩掛在機(jī)床的