X6130銑床的數(shù)控化改造設(shè)計獨家優(yōu)秀】

1 摘要 數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術(shù)之一，在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，在機械制造行業(yè)當中， 數(shù)控銑床 由于可以以較高的精度實現(xiàn)多工種加工已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備。據(jù)原有的普通銑床 床，將其數(shù)控化改造確定電動機的功率，根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)選擇合適的變頻器，流驅(qū)動器等，根據(jù)精度的要求和轉(zhuǎn)速，確定機床的電器設(shè)計和私服系統(tǒng)的設(shè)計，并進行一定的參數(shù)效核，并完成改造后機床部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ； 完成銑床數(shù)控化的電氣設(shè)計 ； 完成電器原理設(shè)計和機床結(jié)構(gòu)設(shè)計 ； 完成改造所需的電器部件的選擇和其參 數(shù)的效核 ； 完成相應(yīng)的設(shè)計說明書 ； 完成于本設(shè)計相關(guān)的論文一篇 ； 完成銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以裝么配圖的方式表述 ； 完成改造后的裝配圖。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控技術(shù)； 銑床 ； 改造 ； 控制電路 2 ne of C as in of in to in to to to of DC to to of W of of of of of of to to a in to do of 3 目 錄 摘要 . 1 . 2 第 1章 緒論 . 5 控銑床 . 5 控銑床的簡介 . 5 . 5 . 5 控銑床的分類 . 6 控銑床的用途和工藝特點 . 6 . 7 . 7 . 7 . 7 . 8 第 2章 總體改造方案的設(shè)計 . 9 6130普通銑床的用途 . 10 . 10 . 10 . 12 . 12 . 12 . 13 . 14 . 15 . 17 第 3章 電氣原理圖設(shè)計 . 19 . 19 4 . 20 . 21 . 22 軸電機電路 . 23 置 . 24 置 . 25 章小結(jié) . 26 第 4章 數(shù)控銑床內(nèi)置 . 26 紹 . 26 件的安裝 . 28 目管理 . 30 建立新項目 . 31 保存項目 . 32 系統(tǒng)通訊 . 32 控銑床系統(tǒng) ，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服性能、主軸驅(qū)動、機床結(jié)構(gòu)等提山了更高的性能指標； 迅速發(fā)展和 將對數(shù)控機的可靠性、通信功能、人工智能和自適應(yīng)控制等技術(shù)提出更高的要求。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能日益完蓋，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。數(shù)控銑床是在數(shù)控加丁中心領(lǐng)域中最具代表性的一種典型機床，在數(shù)控機床中所占的比率最大，數(shù)控加工中心、柔性制造單元等都是數(shù)控銑床基礎(chǔ)上派生或發(fā)展起來的。它具有功能性強、加工范圍廣、工藝較復(fù)雜等特點，主要用于各種復(fù)雜的平面、輪廓、曲面等零件的銑削加工，同時還可以進行鉆、擴、鏜、攻螺紋等加工，在航空航天、汽車制造、機械加工和 模具制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛 1。 數(shù)控 銑 床加工零件的主要過程主要包括一下內(nèi)容： （ 1）根據(jù)被加工零件的圖樣與工作方案，用規(guī)定的代碼與程序格式，將刀具的移動軌跡、加工工藝過程、工藝參數(shù)、切削用量等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的指令形式，即編寫加工程序。 （ 2）將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。 （ 3）數(shù)控裝置對輸入的程序（代碼）進行譯碼、運算處理，并像各坐標軸的伺服驅(qū)動裝置和輔助功能控制裝置發(fā)出相應(yīng)的控制信號，以控制車床各部件的運動。 （ 4）在運動過程中，數(shù)控系統(tǒng)需隨時檢測車床坐標軸的位置、 行程開關(guān)的狀態(tài)等，并與程序的要求相比較，以決定下一步動作，直到加工出合格的零件。 （ 5）操作者隨時對車床的加工情況、工作狀態(tài)進行觀察和檢查，必要時還需要對車床動作和加工程序進行調(diào)整，以保證車床安全、可靠的運行 2。 數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、機床基礎(chǔ)部件、主軸箱、進給伺服系統(tǒng)及輔助裝置等幾大部分組成。 (1)數(shù)控系統(tǒng) 6 數(shù)控系統(tǒng)是機床運動控制的中心，通常數(shù)控銑床都配有高性能、高精度、集成軟件的微機數(shù)控系統(tǒng)，具有直線插補、圓弧插補、刀具補償、固定循環(huán)、用戶宏程序等功能，能完成絕 大多數(shù)的基本銑削以及鏜削、鉆削、攻螺紋等循環(huán)加工。 (2)機床基礎(chǔ)部件 通常是指底坐、立柱、工作臺、橫梁等，是整個機床的基礎(chǔ)和框架。 (3)主軸箱 包括主軸箱和主軸傳動系統(tǒng)，用于裝刀具并帶動刀具旋轉(zhuǎn)、主傳動大多采用專用的無級調(diào)速電動機驅(qū)動。 (4)進給伺服系統(tǒng) 由進給電動機和進給執(zhí)行機構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進給速度實現(xiàn)刀具和工件之間的相對運動，其主軸垂直方向進給運動及工作臺的橫向和縱向進給運動均由各自的交流伺服電機來驅(qū)動。 (5)輔助裝置 包括液壓、氣動、潤滑、冷卻系統(tǒng)和排屑 、防護等裝置。 控銑床的分類 數(shù)控銑床品種繁多，規(guī)格不一，可按通用銑床的分類方法分為以下 3類： (1)數(shù)控立式銑床：數(shù)控立式銑床主軸軸線垂直于水平面，這種銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。日前三坐標數(shù)控立式銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，一般可進行三軸聯(lián)動加工。 (2)臥式數(shù)控銑床：臥式數(shù)控銑床的主軸軸線平行于水平面。為了擴大加工范同和擴充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)臺或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)臺的方式來實現(xiàn)四軸和五軸聯(lián)動加工。這樣既可以加工工件側(cè)面的連續(xù)同轉(zhuǎn)輪廓，又可以實現(xiàn)在一次裝夾中通過轉(zhuǎn) 臺改變零件的加工位置也就是通常所說的工位，進行多個位置或工作面的加工。 (3)立臥兩用轉(zhuǎn)換銑床：這類銑床的主軸可以進行轉(zhuǎn)換，可在同一臺數(shù)控銑床上進行立式加工和臥式加工，同時具備立臥式銑床的功能 3。 控銑床的用途和工藝特點 銑床是用銑刀進行銑削加的機床，銑床的加工情況如圖 1示。在銑床上，用不同銑刀可以對平面、斜面、溝槽、臺階、 尾槽等表面進行加工，另外配上分度頭或叫回轉(zhuǎn)臺還可以加工齒輪、螺旋面、花鍵軸、凸輪等各種成型表面。故銑床的萬能性強，應(yīng)用范圍很廣。銑床的主參數(shù)是工作臺 面寬度及長度。 銑床的工藝特點如下： 7 (1)銑床的主軸帶動銑刀作旋轉(zhuǎn)主運動； (2)銑刀是多齒、多刃連續(xù)進行切削； (3)多數(shù)銑床由工作臺帶動工件作直線進給運動； (4)銑刀在切削時，每個刀齒的切削過程是斷續(xù)的，同時參加切削的齒數(shù)是變化的，每個刀齒的切削厚度也是變化的，因此容易引起機床振動； (5)銑削時，銑刀同時參加切削的齒數(shù)較多，便于采用較大的銑削速度和進給量，因而生產(chǎn)效率高 4。 國的數(shù)控產(chǎn)業(yè) 當前，我國的數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時 期。也是由封閉型系統(tǒng)向開放型系統(tǒng)過渡的時期。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上（包括核心技術(shù)），已達到國外先進水平。日前，已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng) 80種。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。 當前，我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是國內(nèi)市場占有率偏低。據(jù)有關(guān)資料表明，1999年國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率僅為 造成這種嚴峻的形勢，除客觀原因外，主要是產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性 不過硬?！笆濉逼陂g，我國機械制造工業(yè)止朝著精密化、柔性化、集成化、自動化、智能化方面迅速發(fā)展，國內(nèi)數(shù)控機床需求強勁，我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)適逢極好的發(fā)展機遇。然而，我國加入 ，國外生產(chǎn)的數(shù)控機床將會更多的進入我國市場，市場競爭更為激烈。提高國產(chǎn)數(shù)控機床市場占有率，關(guān)鍵在于提高質(zhì)量和可靠性。幾年來，經(jīng)過對國內(nèi)外數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)剖析和使用性能的調(diào)研，探索和總結(jié)了數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的新技術(shù) 5。 現(xiàn)時主要存在有以下幾個問題： (1)缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)模 (2)缺乏發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策和技術(shù)配套體系 (3)缺乏 技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品更新和產(chǎn)業(yè)調(diào)整的內(nèi)在往動力 (4)面臨同外強手競爭的巨大壓力 隨著科學技術(shù)的發(fā)展、制造技術(shù)的進步和人類生活水平的提高，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種的多樣化的要求趨勢日益增強。中、小批量生產(chǎn)的比例明顯增加，對 8 數(shù)控機床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望市場能提供不同加工需求，能迅速高效、低成本地構(gòu)筑面向用戶的控制系統(tǒng)，并大幅度地降低維護和培訓的成本，同時還要求具有網(wǎng)絡(luò)功能，以適應(yīng)未來車間面向任務(wù)和定單的生產(chǎn)組織和管理模式。特別是進入 20 世紀 90 年代以來，隨著國際上計算機 技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正在不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就。目前，國外數(shù)控機床的性能正朝著高速化、高精度、高效率、高柔性、高自動化、高可靠性、智能化、復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、開放式體系結(jié)構(gòu)等方向迅速發(fā)展，這將對數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求?！笆濉逼趩?，我國機械制造行業(yè)必須瞄準國際數(shù)控機床發(fā)展的科學前沿，開拓創(chuàng)新，消化吸收國外先進技術(shù)，開創(chuàng)我國數(shù)控機床設(shè)計和制造技術(shù)的新局面 6。 控機床的優(yōu)點 （ 1）加工對象改型的適應(yīng)性強 由于在數(shù)控機床上改變加工零件時，只需要 重新編制程序就能實現(xiàn)對零件的加工，它不同于傳統(tǒng)的車床，不需要制造、更換許多工具、夾具和檢具，更不需要重新調(diào)整車床。因此，數(shù)控車床可以快速的從加工一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ち硪环N零件，這就為單間，小批以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。它不僅縮短了生產(chǎn)準備周期，而且節(jié)省了大量工藝裝備費用。 （ 2）加工精度高 數(shù)控車床是以數(shù)字形式給出的指令進行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當量（即每輸出一個脈沖后數(shù)控機床移動的部件相應(yīng)的移動量）一般達到 且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù) 控車床能達到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。這可是由數(shù)控車床結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了必要的措施，以及機電結(jié)合的特點決定的。首先是在結(jié)構(gòu)上引入了滾珠絲杠螺母機、各種消除間隙的結(jié)構(gòu)等，使機械傳動的誤差盡可能??；其次是采用了軟件精度補償技術(shù)，使機械誤差進一步減?。坏谌怯贸绦蚩刂萍庸?，減少了人為因素對加工精度的影響。這些措施不僅保證了較高的加工精度，同時還保證了較高的質(zhì)量穩(wěn)定性。 （ 3）生產(chǎn)效率高 零件加工所需要的時間包括機動時間與輔助時間兩部分。數(shù)控車床能有效的減少這兩部分時間，因而加工生產(chǎn)率比一般車床高的多。數(shù)控車床主軸 轉(zhuǎn)速和進給量的范圍比普通車床的范圍大，每一道工序都能選用最有力的切削用量，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控車床進行大切削用量的強力切削，有效的節(jié)省了機動時間。數(shù)控車床移動部件的快速移動和定位采用了加速與減速的措施，因而選用了很高的空行程運 9 動速度，消耗在快進、快退和定位的時間要比一般車床少的多。 數(shù)控車床的加工精度比較穩(wěn)定，一般只做首件檢驗或工序間關(guān)鍵尺寸的抽樣檢驗，因而可以減少機停檢驗的時間。在使用帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控車削中心的數(shù)控車床時，在一臺機床上實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的周轉(zhuǎn)時間，生產(chǎn)效率 的提高就更為明顯。 （ 4）自動化程度高 數(shù)控車床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的，操作者除了操作面板、裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測量以及觀察機床的運行之外，其他的機床動作直至加工完畢，都是自動連續(xù)完成，不需要進行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動強度與緊張程度均大為減少，勞動條件也得到相應(yīng)的改善。 （ 5）良好的經(jīng)濟效益 使用數(shù)控車床加工零件時，分攤在每個零件上的設(shè)備費用是比較昂貴的。但在單件、小批量生產(chǎn)條件下，可以節(jié)省工藝裝備費用、輔助生產(chǎn)工時、生產(chǎn)管理費用以及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟效益。 （ 6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 用數(shù)控車床加工零件，能夠準確的計算工件加工的工時，并有效的簡化了檢驗和工夾具、半成品的管理工作。這些特點都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化 7。 第 2 章 總體 改造 方案的設(shè)計 10 6130 普通銑床的用途 原 式萬能升降臺銑床是屬于通用機床，主要適用于加工單件、小批量生產(chǎn)和工具修理部門，也可以用于成批生產(chǎn)部門?？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。對于它的數(shù) 控化改造用于擴大加工范圍，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)濟角度上也是可行的。 體設(shè)計任務(wù) 將原來的 改造成加工精度高、定位準確、可靠，擴大其加工范圍，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 )。 體設(shè)計方案 經(jīng)濟型數(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、 平拖動力按 15算，則所需的功率為： P=5果采用步進電機作為伺服驅(qū)動元件，步進電機達不到此功率要求。 例如： 200應(yīng)式步進電機，最大靜轉(zhuǎn)矩為 最高運行頻率為11000s，步距角為 1/6°，若取最高工作頻率下的工作扭矩為靜扭矩的 1/4，則高速小的功率為： 因此，如果選用步進電機，必須相應(yīng)地降低機床的某些性能，主要是快 速性。另一方面由于步進電機在低速工作時有明顯的沖動，易自激振蕩，而且激振頻率很可能落入銑削加工所用的進給速度范圍內(nèi)，著對加工極為不利，造成工件超差。此外，由于步進電機沒有過載能力，高速時扭矩下降很多，容易丟失，大功率步進的驅(qū)動較困難等，選用步進電機驅(qū)動是不合適的。 若采用直流或交流伺服電機的閉環(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，造價也高。閉環(huán)控制可以達到很好的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙，干擾等對加工精度的影響，一般應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中，由于所改造數(shù)控銑床工件的加工 精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。 11 若采用直流或交流伺服電機的半閉環(huán)控制 ,其性能介于開環(huán)和閉環(huán)之間 過載能力強 ,有采用反饋控制因此性能遠優(yōu)于步進電機的開環(huán)控制 ;反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機械傳動元件 ,調(diào)試比閉環(huán)簡單 ,系統(tǒng)的穩(wěn)定性較易保證 ,所以比閉環(huán)容易實現(xiàn) 調(diào)試比開環(huán)控制的步進電機要困難些 ,設(shè)計上也有自身的特點 交流調(diào)試逐漸擴大了其使用范圍 ,似乎有取代直流伺服的趨勢 技術(shù)難度高 ,普及不廣 ,而且價格高 機原理接近于直流電機 ,控制系統(tǒng)技術(shù)比較成熟 ,普及廣。 用直流伺服電動機的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成如圖 2控裝置 后轉(zhuǎn)換成位置誤差的模擬電壓。這個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機，使電機得到一定的轉(zhuǎn)速。直流伺服電動機的基本性能是：轉(zhuǎn)速決定于輸入電壓，電流決定于負載力矩。因此，輸入直流伺服電動機的，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機的轉(zhuǎn)角是否符合位置指令的要求。 圖 2閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成 圖 2控裝置來的位置指令 圖 2閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理 位置反饋系統(tǒng)檢測出的實際位置檢測值 中比較。其差值為位置偏差值 D。 放大后成為速度指令值 D、 是數(shù)字量。 數(shù) /模 (D/A)轉(zhuǎn)換器 3 成為模擬電壓 置偏差越大，則要求伺服電動機的轉(zhuǎn)速越高，這時的 越 大。因此， 速度指令電壓。 12 速度反饋電壓 內(nèi)比較，其差值為速度偏差電壓 置速度反饋的目的是穩(wěn)定電動機的轉(zhuǎn)速。由于伺服電動機的轉(zhuǎn)速還受負載的影響，當負載發(fā)生變化（如切深發(fā)生變化）時，電動機轉(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 放大后，成為速度控制電壓 個電壓加在伺服電機 6上，使它得到角速度 m。與伺服電動機相聯(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)出與伺服電動機轉(zhuǎn)速成正比的速度反饋電壓 速度指令電壓 。位置反饋裝置 8發(fā)出與伺服電動機的轉(zhuǎn)角成正比的實際位置檢測值 位置指令值 縱向 進給 系統(tǒng)的設(shè)計 給系統(tǒng) 設(shè)計 進給運動是由 私服 電動機由一級消隙齒輪經(jīng)滾珠絲杠螺紋副，帶動工作臺移動。其中在縱向進給系統(tǒng)的改造布置中，滾珠絲杠、軸承支架固定在工作臺上，隨工作臺移動。步進電動機經(jīng)降速齒輪和滾珠絲杠的螺母固定在床鞍上，通過滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)工作臺與床鞍之間的相對移動。滾珠絲杠螺母副，它的特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動元件，以減少摩擦，絲杠與螺母之間基本上為 滾動摩擦。 滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點有： 1） 傳動效率高，摩擦損失小，使用壽命長。 2） 給予適當預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，防止失步；定位精度高，剛度好。 3） 有可逆性 絲杠和螺母都可以作為主運動件，故可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。 4） 運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 現(xiàn)在以工作壽命和實際加工過程中的最大銑削力為基礎(chǔ)進行設(shè)計計算，以確保平常工作狀態(tài)下的工作安全和可靠 。 工件材料為 ： 40鍛件并調(diào)質(zhì) 銑削寬度 ： 22 13 銑削深度 ： 5 刀具直徑 d ： 32 齒切厚 ： 刃齒數(shù) Z ： 4 刀具材料為 ：高速剛立銑刀 1500N 用高速鋼立銑刀逆銑合金剛時 ,工件的切削力可查 «數(shù)控機床書 »中得 : 縱向進給力 （取中間值： 1500=1650N 橫向進給力3 5 0 （取中間值： 1500=直進給力2 0 （取中間值： 1500=375N 故可知在插補平面內(nèi)的合 力為 : 22 =1734N 那么絲杠所受的平均工作載荷： 22 1 7 4 3 1 1 6 233 N 所以絲杠軸向所受載荷 )( 其中 oF=275N 14 縱向工作臺及夾具重量 2200N 為顛覆力矩影響系數(shù) 取 為當量摩擦系數(shù) M 取 么 1162 + (2200+1275) =1903N 初始估計絲杠的基本導程為 80 現(xiàn)在根據(jù)最大當量動載荷計算公式： f 式中： 9.0N ）， 1903 壽命值，可據(jù)公式 61060 n 為絲杠平均轉(zhuǎn)速（ r / 11 0 0 0 * 2 28=156.3 r/中： 01000 15 取最高進給速度 m a x 2 . 5 ( m i n )V m m的 12則： 61060 T 使用壽命時間，據(jù)查經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計手冊取 T=15000小時 L 66 0 1 5 6 . 3 1 5 0 0 010 而， f 3 1 4 0 . 6 2 5 1 9 0 3 1 . 20 . 913194N 的計算 根據(jù)機械設(shè)計原理滾珠絲杠的傳動效率的計算公式為： 絲杠的螺旋升角，由以上參數(shù)表知， = 339 摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦角 10 則可得： )01392393 =97% 剛度驗算滾珠絲杠受工作負荷 起的導程的變化量 01 /中：彈性 模量對于鋼為： E=21 26 /10 滾珠絲杠橫截面積： F（ 2 而： F=22322d =94 2 16 則： 01 /61 9 0 3 0 . 8 1 0 . 2 1 02 1 1 0 7 . 1 珠絲杠受扭矩引起的導程變化量 2L 很小，可以忽略，故1； 故導程的變形誤差為： 11 0 0 1 0 0 1 0 . 20 . 8 =12.8 m /m 查表得 1 15 m /m ，故剛度足夠。 穩(wěn)定性的驗算臨界壓縮載荷的驗算 由于縱向（ 滾珠絲杠兩 端采用的是滾珠絲杠螺紋副固定，絲杠一般不會受壓，又由于機床的原普通絲杠的直徑大于滾珠絲杠的直徑，故穩(wěn)定性一定能滿足要求。 臨界轉(zhuǎn)速的驗算 由計算得已知絲杠平均工作轉(zhuǎn)速為 1 5 6 . 3 m i n 1 0 0 m i nn r r 因此，必須進行臨界轉(zhuǎn)速的驗算，即：2m a 其中式中符號表示： m a 0 0 0 * 2 . 5 3 1 2 . 5 m i a 2f 絲杠支承方式系數(shù)取 f （因為沒有受壓） 910 22225 = 3417 絲杠的長度。 l = 工作最大行程 + 螺母長 度 + 兩端余量（取 40 螺母長度由機床零部件設(shè)計上可查得，絲杠設(shè)計部分 l = 680 + （ 131 + 40）× 2 = 680 + 342 = 1022撐跨距 1l 取 1l= 1100 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 680 + 131 + 40 + 1100 10222= 811 + 40 + 39 = 8904 . 7 3 0 . 0 3 499100 . 8 9 2 =9533 /可見滿足： m a x 3 1 2 . 5 / m i n r所以滿足穩(wěn)定性的要求。 給系統(tǒng) 計算 (1)計算工作臺、絲杠以及齒輪折算到軸上的慣量 根據(jù)機電一體化基礎(chǔ)所 提供的計算公式： 2221 21式中：( 2 ； 21,大齒輪的慣量 )( 2 ； ( 2 ； (N , 2156 ； P ( ； 18 齒輪及絲杠轉(zhuǎn)動慣量的計算：由于有些傳動件（如齒輪、絲杠等）的轉(zhuǎn)動慣量不易精確計算，可將其等效成圓柱體來近似計算。 圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量可依據(jù)公式：324 式中： 材料密度 )( 3對鋼取 35108.7 ； d 圓柱體直徑 )(對于齒輪、絲杠等就是其等效直徑 )； l 圓柱體長度 )(對于齒輪、絲杠等就是其等效齒寬或長度 ) 則： 32 1411 543 . 1 4 7 . 8 1 0 8 5 . 032 20 7 K g 32 2422 543 . 1 4 7 . 8 1 0 1 3 . 3 4 . 532 21 8 K g 3240 543 . 1 4 7 . 8 1 0 5 1 0 2 . 232 20 9 K g 則可算得： 2221 21 221 2 2 0 0 0 . 80 . 1 5 7 1 . 0 7 8 0 . 4 8 91 . 6 7 9 . 8 2 3 . 1 4 22 5 K g ，內(nèi)循環(huán)浮動返向器 縱向進給 銑削圓周力：500N 則有 縱向進給 絲杠牽引力： 19 +G =1500+4410× 562N 則有負載力矩： T = 其中： F 可取安全系數(shù)極限值 有：= a m a xm a x 1000 1 0 0 0 1 . 6 26676 0 6 0 0 . 0 1 z 第 3 章 電氣原理圖設(shè)計 述 本數(shù)控銑床是采用德國西門子 統(tǒng)控制的三軸機，將所有 通訊任務(wù)集成于一個單一的部件。免維護的 件集成了 口用于驅(qū)動和 I/O 模塊并具有速裝結(jié)構(gòu)的超薄操作面板。作為驅(qū)動系統(tǒng) 分配獨立的接口，因而各軸驅(qū)動的功率獨立配置。 指令集可直接適用于 20 機床。系統(tǒng)不僅能夠執(zhí)行通常的 件加工程序，而且可以使用非西門子的 G 代碼。 采用主要元部件 a) 制系統(tǒng)、三軸驅(qū)動電機。 b) 主軸采用 1流主軸電機及相應(yīng)的驅(qū)動裝置，或變頻主軸。 c) 全數(shù)控鍵盤（水平結(jié)構(gòu)）。 d) 通過 接的 I/O 模塊 8。 e) 通過 接的 用驅(qū)動系統(tǒng)。 f) 電子手輪。 整個系統(tǒng)接線框 圖如下圖 示： 圖 統(tǒng)接線框圖 電路 數(shù)控銑床主電路主要包括電源的進線，總開關(guān)，冷卻、潤滑、排屑、刀庫等輔助功能的電機連接，如果因伺服動力電不是 380V，還需要動力變壓器和控制變壓器的變壓電路。 由圖 以看到，該機床采用三相五線制供電，電網(wǎng)三相 380V 電 21 總開關(guān) 入至電氣柜，給各支路供電， 有分離脫扣，當打開控制柜時，行程開關(guān) 閉觸點斷開， 開，實現(xiàn)了機床關(guān)機。機床排屑、冷卻、潤滑及刀庫電動機都配有過載保護開關(guān) 作用相當于 作用。限壓保護器件，起到在電動機頻繁起停時起防干擾作用。 伺服供電是為 X/Y/Z 三軸伺服驅(qū)動器供電?？刂齐娫词菫榱斯┙o整個數(shù)控系統(tǒng)制電源、 輸入輸出供電和繼電器供電。 圖 電路 制電路 數(shù)控銑床控制電氣圖主要完成數(shù)控系統(tǒng)上下電的控制，主電路接觸器和電磁閥控制。如下圖 示 如下圖 示，依靠 出繼電器 現(xiàn)了排屑電機正反轉(zhuǎn)的控制。依靠 出繼電器 現(xiàn)了刀庫電機正反轉(zhuǎn)的控制。依靠 成冷卻電機的控制。依靠 出繼電器 成潤滑泵電機 22 的控制。依靠 出繼電器 成刀庫電磁閥的放松控制。依靠 出繼電器 成刀庫電磁閥的夾緊控制。依靠 出繼電器 成銑床主軸電磁閥的夾緊控制。 圖 制電路 服電氣圖 數(shù)控系統(tǒng)是通過輸出模塊 別對 X、 Y、 Z 軸伺服驅(qū)動器進行控制，通過脈沖的形式達到控制的要求。圖 系統(tǒng) 服驅(qū)動器的接線圖。 23 圖 服電路 如圖 示， X、 Y、 Z 軸伺服驅(qū)動器 口輸入為三相 220V 交流電，通過空氣開關(guān) 制其上電與否。 服驅(qū)動器的控制端為 照對應(yīng)的針腳和數(shù)控系統(tǒng)伺服控制端口進行正確的接線。伺服驅(qū)動器 口為伺服電機編碼器接入端口。 B+和 U、 V、 W 接伺服電機。 軸電機電路 數(shù)控銑床主軸電機通過變頻器控制主軸的轉(zhuǎn)速和主軸的正反轉(zhuǎn)、為了能夠精確的控制主軸的轉(zhuǎn)速，這個我們用模擬量控制，通過旋轉(zhuǎn)編碼器組成一個閉環(huán)回路，其具體電路如圖 示 24 圖 軸電路 如上圖 示， 變頻器上電，變頻器模擬量輸入端口接 口，編碼器接數(shù)控系統(tǒng) 60 端口，其中編碼器連線要用雙絞屏蔽線，這樣是為了防止干擾。 置 入電路 系統(tǒng)內(nèi)集成電路 一個模塊上有 個接口，每個接口有 8 個數(shù)字量輸入點，一共 24 個數(shù)字量輸入點。通過端子轉(zhuǎn)換器連接到各輸入元件上。 圖 接口 入信號電氣圖，輸出接口功能在圖中上方已經(jīng)標明，維修時根據(jù)其功能來查找所對應(yīng)的輸入信號。例如如果機床無法停機，分 析時首先依據(jù)電氣圖，找到急停按鈕的分配輸入點，輸入點為 后利用 /O 狀態(tài)或梯形圖查看 否已經(jīng)輸入，或利用萬用表檢測常閉觸點兩個點是否導通。 25 圖 置 字量輸入端口 置 出電路 系統(tǒng)內(nèi)集成電路 一個模塊上有 個接口，每個接口有 8個數(shù)字量輸出點，一共 16 個數(shù)字量輸出點。通過端子轉(zhuǎn)換器連接到各接線端子和輸出繼電器上。 圖 接口 出信號電氣圖，輸出接口功能在圖中上方已經(jīng)標明，維修時根據(jù)其功 能來查找所對應(yīng)的輸入信號。例如如果機床冷卻功能故障，分析時首先依據(jù)電氣圖，找到冷卻輸出的地址為 出的繼電器為 后利用 ，或利用萬用表檢測繼電器圈是否已經(jīng)閉合，觸點是否已經(jīng)接通。 26 圖 置 出電路 章小結(jié) 本章主要是對整個數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)硬件電路進行設(shè)計，包括系統(tǒng)主電路、控制電路、伺服電機、主軸電機電路、內(nèi)置 、輸出電機進行設(shè)計。通過本章的設(shè)計，讓我們對整個系統(tǒng)系統(tǒng)硬件接線進行跟詳細的了解。 第 4 章 數(shù)控銑床內(nèi)置 制系統(tǒng)設(shè)計 紹 西門子系列不可缺少的編輯工具，是集編輯，通訊， 27 調(diào)試，診斷為一體的軟件，是西門子系列軟件中主動脈。 如下特點。 1能夠應(yīng)用于系統(tǒng)各種型號。 2. 利用 優(yōu)越性，使操作性飛躍上升，能夠?qū)?成的說明數(shù)據(jù)進行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 (1) 標號編程 用標號編程制作可編程控制器程序的 話，就不需要認識軟組件的號碼而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。 (2) 功能塊 功能塊是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文文件，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟組件就能夠靈活利用了。 4. 能夠簡單設(shè)定和其它站 點的鏈接由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設(shè)定。 5. 可編程控制器 接方式。 (1) 串行通訊口 (2) 3) 以太網(wǎng)通信 (4) 通信 (5) 線通信 (6) 線通信 6. 豐富的 調(diào)試 功能 (1) 由于 運 用了梯形 圖邏輯測試 功能，能 夠 更加 簡單 的 進 行 調(diào)試 作 業(yè) 。 (a) 沒 有必要再和可 編 程控制器 連 接。 28 (b) 沒 有必要制作使用的 順 序程序。 (2) 在 幫 助中有 誤， 特殊 繼電 器 /特殊寄存器的 說 明，所 以對 于 在 線 中 發(fā)生錯誤， 或者是程序制作中想知道特殊 繼電 器 /特殊寄存器的 內(nèi) 容的情 況 下提供非常大的便利。 (3) 資 料制作中 發(fā)生錯誤 情 況時 ， 會顯 示是什么原因或 是顯 示消息，所以 數(shù) 據(jù)制作的 時間 能 夠 大幅 度縮 短。 件的安裝 安裝 件步驟如下： 啟動 統(tǒng)，找到 件夾里 03010307 文件夾下的 標，雙擊 標 ， 進 入安 裝向?qū)?界面，在出 現(xiàn) 的“ 從 以下列表中 選擇 安 裝語 言”中 選擇 “英 語 ”后，按“確定”， 如 圖 示 圖 選擇設(shè)置語言 在隨后出現(xiàn)的友好歡迎界面“ 按照默認，按下“ 鈕，示。接著會出現(xiàn)“ 面中，同意協(xié)議選擇“ 鈕，如圖 示。 29 圖 裝歡迎界面 圖 軟件證書確認協(xié)議 會 出 現(xiàn) “ 冊 信息提示 欄， 在此填上自己的姓名與公司，確認 后按下“ 鈕 ，如 圖 示 圖 戶注冊信 息提示界面 然后會出現(xiàn)“ 面，如圖 示，按下“ 鈕改變安裝路徑，按下“ 鈕返回上一步，可以改變用戶信息，再此不改變默認安裝路徑，直接按下“ 入“ 面，將多種安裝語言全部勾選后按下“ 鈕，進入安裝環(huán)節(jié)，如圖 示。 30 圖 擇安裝路徑 圖 選擇安裝語言 圖 軟件安裝 圖 安裝完成 安裝環(huán)節(jié)需要等待幾分鐘，之后會出現(xiàn)“ 面，點擊“ 成安裝，如圖 示