畢業(yè)設(shè)計（論文）基于普通機床的數(shù)控改造

1、 四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院-畢業(yè)設(shè)計基于普通機床的數(shù)控改造專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù)（維修方向）班 級： 07-1班 姓 名： 學(xué) 號： 200712020020指導(dǎo)教師： 2010年 5月30日引言2第一章數(shù)控機床的概述31.1 數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展31.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢31.2.1數(shù)控裝置41.2.2伺服系統(tǒng)41.2.3機械結(jié)構(gòu)技術(shù)41.2.4數(shù)控編程技術(shù)41.2.5向智能化方向發(fā)展5第二章 數(shù)控改造62.1機床數(shù)控改造總體方案62.2數(shù)控系統(tǒng)的選擇62.3 車床機械結(jié)構(gòu)的改造82.3.1機床改造相關(guān)項目參數(shù)82.3.2 機械部分器件選擇表92.3.3數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計特點102.3.4主傳動系

2、統(tǒng)102.3.5進給系統(tǒng)112.3.6滾珠絲桿的選擇112.4 電氣部分的改造122.4.1電氣部分的改造參數(shù)設(shè)計122.4.2 控制系統(tǒng)的改造122.4.3 驅(qū)動系統(tǒng)改造設(shè)計132.4.5電氣改造中的plc部分152.4.7主軸變頻器電氣控制172.4.8主軸及其控制182.4.8.1 主軸182.4.8.2 主軸的控制方式19第三章改造完成后的整機調(diào)試201）。電源的檢查202）。 參數(shù)的設(shè)定確認(rèn)213）。機床通電試車214）機床精度和功能的測試225）試運行23指令：24結(jié)論25參考文獻2634引言 制造業(yè)是將制造資源（物料、能源、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力）通過制造過程轉(zhuǎn)化為可

3、供人們使用與利用的工業(yè)品和生活消費品的行業(yè)。機械制造業(yè)就是制造具有以一定形狀和尺寸的零件或產(chǎn)品，并把它們裝配成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其他行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，這些行業(yè)的產(chǎn)品再被人們所使用。社會的各行各業(yè)使用的各式各樣的機器、機械、儀器和工具等都是機械制造業(yè)的產(chǎn)品。所以說機械制造業(yè)的生產(chǎn)能力也是不容忽視的。從某種意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。機床數(shù)控化是提高機械加工自動化的最為有效的途徑。普通立式車床加工效率低，尤其對輪轂類形狀相對復(fù)雜的零件的加工，要通過幾把刀具的配合，甚至要采用成型刀具，加工過程復(fù)雜，

4、而且有明顯的接刀跡，加工表面質(zhì)量差。通過對原有普通車床的數(shù)控化改造，可以節(jié)省資金，有效提高加工的精度、效率、表面質(zhì)量，實現(xiàn)了原有設(shè)備的技術(shù)升級。 數(shù)控機床是準(zhǔn)備了數(shù)控系統(tǒng)的機床，即包括nc機床。數(shù)字控制機床，簡稱nc機床。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它能控制機床的運動和加工過程。計算機數(shù)控機床，簡稱cnc機床，是利用具有專門存儲程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制主運動的變數(shù)、起停、進給運動的方向、速度和位移大小，以及諸如刀具的選擇、交換、工件夾緊、松開和冷卻的起停等動作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格按數(shù)控程序的要求進行。通過這次畢業(yè)設(shè)計，所要達(dá)到的目的：1.培養(yǎng)在綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能

5、來解決工程實際問題的能力；2.強化工程實踐能力和意識，提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；3.使自己受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練，提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻閱讀、使用計算機、使用文獻資料手冊、文字表達(dá)等各方面的能力；4.培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和工程經(jīng)濟觀點，理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)，嚴(yán)格認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團隊合作精神。第一章 數(shù)控機床的概述1.1 數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展隨著電子技術(shù)的發(fā)展，1946年世界上第一臺電子計算機問世，由此掀開了信息自動化的新篇章。20世紀(jì)60年代以后，電子技術(shù)、信息技術(shù)和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，有力地推動了機械制造技術(shù)的發(fā)展。同時，由于金屬零

6、件的無屑和切削加工利用了材料技術(shù)和過程控制技術(shù)的最新成就，使得加工方法進一步合理化。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使得以機床、工業(yè)機器人為代表的機械制造裝備的結(jié)構(gòu)發(fā)生了一系列變化。隨著我國市場經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來越多，而普通機床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對象時只需更換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。對于機械制造企業(yè)，單純靠購買的數(shù)控機床所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本

7、，利用原來的部分普通機床進行數(shù)控化改造，提高機械設(shè)備的數(shù)控化效率，是一種有效的途徑。1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢當(dāng)代，數(shù)控技術(shù)的典型應(yīng)用是fmc/fms/cim，其趨勢是向高速化、高精度化、高效加工、多功能化、復(fù)合化和智能化方向發(fā)展。其主要發(fā)展動向是研制開放式全功能通用數(shù)控系統(tǒng)。1.2.1 數(shù)控裝置（1） 向高速度、高精度方向發(fā)展 隨著數(shù)控機床向高速度、高精度方向發(fā)展的需要，數(shù)控裝置要能高速處理輸入的指令數(shù)據(jù)并計算出伺服機構(gòu)的位移量，而且要求伺服電機能高速度地作出反應(yīng)。（2） 向基于個人計算機的開放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展；（3） 配置多種遙控接口和智能接口；（4） 具有很好的操作性能，洗具有“友好”的人

8、機界面，普遍采用薄膜鍵鈕的操作面板，減少指示燈和按鈕數(shù)量，使操作一目了然。（5） 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性大大提高。1.2.2伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的重要組成部分。與數(shù)控裝置相配合，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性直接影響基層的位移速度，定位精度和加工精度。其主要新發(fā)展的技術(shù)有：（1） 前饋控制技術(shù)；（2） 機械靜止摩擦的非線性控制技術(shù)；（3） 伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)均采用軟件控制；（4） 采用高分辨的位置檢測裝置；（5） 不吃技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。1.2.3機械結(jié)構(gòu)技術(shù)為適應(yīng)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，機械結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。為縮小體積，減少占地面積，更多地采用機電一體化結(jié)構(gòu)。 1.2.4數(shù)控編程技術(shù)數(shù)控

9、編程技術(shù)是思想數(shù)控加工的主要環(huán)節(jié)，當(dāng)前其發(fā)展趨勢有：（1） 脫機編程發(fā)展到在線編程；（2） 具有機械加工技術(shù)中的特殊工藝和組合工藝方法的程序編制功能；（3） 編程系統(tǒng)由只能處理幾何信息發(fā)展到幾何信息和工藝信息同時處理的新階段。1.2.5向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化將不斷提高。（1） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)；（2） 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工；（3） 引入故障診斷專家系統(tǒng)；（4） 智能化伺服驅(qū)動裝置。第二章 數(shù)控改造2.1 機床數(shù)控改造總體方案普通機床的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點：其一是恢復(fù)原始功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復(fù)；其二是nc化，

10、在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成nc機床，cnc機床：其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復(fù)原有的精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的cnc系統(tǒng)進行更新；其四是技術(shù)更新和技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝，新技術(shù)，在原有的基礎(chǔ)上進行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度的提高水平和檔次的更新改造。2.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇。1） 步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)；該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，

11、使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副和滾珠絲桿副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，使可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測量得到的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該數(shù)控結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本底，易改造成功。2） 異步電機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和交換，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的

12、方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境溫度要求嚴(yán)。設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標(biāo)。3） 交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度底，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機做成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。目前，市場上可供選擇的數(shù)控系統(tǒng)類型很多，可依據(jù)價格合理、技術(shù)

13、先進、服務(wù)方便的原則選擇。在經(jīng)濟能力許可的情況下，盡量選用名牌產(chǎn)品。再選數(shù)控系統(tǒng)，零件篩選時一定要嚴(yán)格，制造工藝規(guī)范可靠、對出現(xiàn)因電器元件故障或提前失效引起的設(shè)備故障由幾號的預(yù)防作用。其次應(yīng)注重數(shù)控系統(tǒng)的功能選擇，不應(yīng)該單純追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，這對于實現(xiàn)較高的性價比非常重要。數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備改造的數(shù)控機床所能達(dá)到的功能相匹配，盡量減少過剩的數(shù)控功能。因為數(shù)控系統(tǒng)功能過剩，一方面浪費資金，另一方面還可產(chǎn)生由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程序增加而帶來的故障率升高的隱患。當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司比較多，國外著名的公司如德國的西門子公司，日本的法拉克公司，國內(nèi)公司如中國的珠峰公司、北京航天機床數(shù)控系

14、統(tǒng)集團公司、華中數(shù)控公司、和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動電機的功率和用戶的要求。本次課題選擇的是將普通的車床改造成西門子數(shù)控車床！2.3 車床機械結(jié)構(gòu)的改造 2.3.1機床改造相關(guān)項目參數(shù)項目規(guī)格最大棒料直徑 20mm最大零件長度200mm主軸轉(zhuǎn)速范圍400-8000r/min主軸通孔直徑22mm主軸中心高度1050mm主電機功率3.7kw最大鉆孔直徑10mm最大攻螺紋m8x、y、z軸最小設(shè)定單位0.001mmx、y、z軸快速移動速度10m/minx、y軸伺服電機額定扭矩2.6n.mz軸伺服電機額定扭矩4.7n.m徑向動力刀具電機功

15、率0.75kw徑向動力刀具最高轉(zhuǎn)速4500r/min徑向動力刀具最大鉆孔直徑7mm冷卻電機功率0.12kw機床外形尺寸1670x1270x1802mm機床重量1500kg2.3.2 機械部分器件選擇表名稱型號、規(guī)格備注冷卻泵ab-50微動開關(guān)tmd1704絲杠軸承20tac47bdbc10pn7a用于各絲杠主軸軸承7010cdblp4 50x80x32用于主軸7009cdblp4 45x75x32用于主軸7909cdbp5 45x68x12用于主軸b7008c.t.p4s.qbl 40x68x60用于回轉(zhuǎn)刀架b71915c.t.p4s.dbl. 75x105x32用于回轉(zhuǎn)刀架聯(lián)軸器rotrx-

16、gs 24 98sha-gs 2.5-24 2.5-18z軸rotrx-gs 19 98sha-gs 2.5-18 2.5-14x、y軸直線導(dǎo)軌hsr25lr2uu+600l pm-iiz軸hsr25lr2zzc0+600lh-iiy軸hsr20lr2zzc0+600lh-iix軸絲杠ckn1120ii-10036bz軸ckn1120ii-20034by軸ckn1120ii-20035bx軸接近開關(guān)besm12mi-psc40bc-bv03螺母ysr m20x1.5用于絲杠ysr m39x1.5用于主軸ysr m45x1.5用于主軸ysr m50x1.5用于主軸編碼器mib0.4 ts5270

17、用于主軸汽缸su-80x35-ca用于主軸2.3.3 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計特點數(shù)控機床雖然也有普通機床所具有的床身、導(dǎo)軌、主軸、刀架等部件。但為了與控制系統(tǒng)的高精度、高速度控制相匹配，對機床主機部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計還提出了高精度、高剛度、高慣量、底摩擦、無間隙、高諧振頻、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫?。由于機械結(jié)構(gòu)形式是體現(xiàn)其性能的具體手段，是實現(xiàn)性能的核心因素，因此，數(shù)控機床的關(guān)鍵部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計中也有了重大的變化。2.3.4 主傳動系統(tǒng)主傳動系統(tǒng)實現(xiàn)各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證恒功率輸出，同時為使數(shù)控機床能獲得最佳的切削速度，主傳動需在較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)無極變速?，F(xiàn)行數(shù)控機床采

18、用高性能的直流或交流無極調(diào)速主軸電機，較普通機床的機械分級速度傳動鏈大為簡化。對加工精度有直接影響的主軸組件的精度、剛度、抗震性和熱變形性能要求，可以通過主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和合理的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。為提高生產(chǎn)率和自動化程度，主軸應(yīng)有刀具和工件的自動夾緊、放松、切屑清理及主軸準(zhǔn)停機構(gòu)。主軸轉(zhuǎn)速計算根據(jù)傳動路線表達(dá)式，可得主軸轉(zhuǎn)速的運動平衡式為 式中 主軸轉(zhuǎn)速，r/min； v帶傳動的滑動系數(shù)，通常取=0.02； 主軸反轉(zhuǎn)時，軸間傳動比大于正轉(zhuǎn)時的傳動比，所以反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速高于正轉(zhuǎn)。這是符合車削工藝需要的，因為主軸反轉(zhuǎn)通常不用于切削，而是用于車削螺紋時，切削完一刀后使車刀沿螺旋線退

19、回，所以反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較高可以節(jié)約輔助時間。2.3.5進給系統(tǒng)數(shù)控機床的進給系統(tǒng)是由伺服電機驅(qū)動，通過滾珠絲桿帶動刀具完成進給軸的進給運動。為確定交給系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計機械裝置時，以無間隙、底摩擦、底慣量、高剛度為原則，具體措施是：1 采用低摩擦、輕拖動、高效率的滾珠絲桿和直線滾動導(dǎo)軌;2采用大扭矩、寬調(diào)速的伺服電機直接與絲杠連接，縮短和簡化進給傳動鏈；3通過消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯(lián)軸器的傳動間隙；4對滾動導(dǎo)軌和絲杠愈加載荷，預(yù)拉伸。2.3.6 滾珠絲桿的選擇絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決與加工的精度要求和拖動扭矩要求。滾珠絲杠只有摩擦損失小，效率高等特點，其傳動

20、效率可達(dá)90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。因此此次改造選擇了滾珠絲桿。2.4 電氣部分的改造2.4.1電氣部分的改造參數(shù)設(shè)計項目規(guī)格供電電源3-380v10% 50hz2%控制電源220v 220v 27v 24v照明電壓24v機床電容量11kva總?cè)蹟嚯娏?0a動力器件x軸電機：ifk7042-5af71, 3 nmy軸電機：ifk7042-5af71, 3 nmz軸電機：ifk7060-5af71, 6 nm主軸電機：電主軸 3.7kw刀架電機：mhmd082piu,750kw,2500rmin冷卻電機：三相異步電

21、機主控器件西門子802c數(shù)控系統(tǒng)xy伺服驅(qū)動：6sn1118-0nk01-0aa0z軸伺服驅(qū)動：6sn1118-0nj01-0aa1主軸驅(qū)動：ims-gct43p8shl刀架電機驅(qū)動：mcdd-t3520機床控制方式xyz 由電機內(nèi)裝旋轉(zhuǎn)變壓器作位置檢測，半閉環(huán)控制2.4.2 控制系統(tǒng)的改造電氣部分：西門子802c數(shù)控系統(tǒng)。它包括：cpu,擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、i/o接口電路；能輸入加工程序和控制命令的鍵盤；能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器；光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路；螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其它輔助電路。2.4.3 驅(qū)動系統(tǒng)改造設(shè)計本次改造選擇的是611 ( 6sn1

22、123-1aa00-0aa1)驅(qū)動模塊，和步進電機的配合。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變問角位移或線位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差的特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機控制變的非常的簡單。如果驅(qū)動電源模塊與以一個非tn形式的電網(wǎng)相連或與一個沒有采用直接電流敏感殘余電流保護裝置的電網(wǎng)相連接，就需要從選擇表中按照yyn0矢量組選擇一個隔離變壓器。對于調(diào)節(jié)型的驅(qū)動電源/再生反饋模塊，如果在其入口處有變壓器時，則

23、同樣需要安裝高頻整流電抗器。同樣，當(dāng)電網(wǎng)電壓為200 v / 220 v / 240 v / 400 v / 500 v / 575 v 10% 50 hz / 60 hz 時，需要用一個合適的變壓器來進行電壓匹配2. 系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)硬件概要系統(tǒng)連線 2.4.4 802c 內(nèi)部硬件和軟件1)該系統(tǒng)的cpu為工業(yè)486，使用了西門子s7-200的plc；2）使用了液晶顯示屏和鍵盤，能夠較為方便的進行程序的編寫及命令的控制（編程方便，只有輪廓編程，循環(huán)編程，參數(shù)編程，示教方式編程等功能），該液晶顯示屏顯示的是中文。3） dnc功能可支持cad/cam，用于加工復(fù)雜模具4）硬件接口豐富，自診斷功能完

24、善。5）plc的最大i/o：64/642.4.5電氣改造中的plc部分 在機械改造中，plc得到了廣泛的應(yīng)用。特別是數(shù)控機床都或多或少的使用了plc作為開關(guān)量的控制。2.4.6.1 plc在數(shù)控機床中的控制功能1）操作面板的控制。操作面板分為系統(tǒng)面板和機床操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號先是進入nc，然后有nc送到plc，控制數(shù)控機床的運行。機床操作面板控制信號，直接進入plc，控制機床的運行。2）機床外部開關(guān)輸入信號。將機床測的開關(guān)信號輸入到送人plc，進行邏輯運算。這些開關(guān)信號，包括很多檢測元件信號（如：行程開關(guān)、接近開關(guān)、模式選擇開關(guān)等等）。3）輸出信號控制：plc輸出信號經(jīng)外圍控制電路

25、中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對象。4）功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出t信號給plc，經(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到t代碼制定的刀號，并與主軸刀號進行比較。如果不符，發(fā)出換刀指令，刀具換刀完成后，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。5） m功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出m指令給plc,經(jīng)過譯碼，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動停止等等。m指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。2.4.6.2 plc與cnc及機床之間的信號交換1）plc與cnc之間的信息交換分兩個方向進行；一個方向是cnc發(fā)送信息，主要信息有各種功能代碼m、s、t功能的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對應(yīng)的機床參考點信號等。2）plc與機床之間的信號交換也分為兩個方向進行；一個方向是plc向機床發(fā)

26、送的信息，主要信息有控制機床的執(zhí)行元件，如電磁鐵、接觸器、繼電器以及各種狀態(tài)指示和故障報警等；另一個方向是機床向plc發(fā)送信息，主要信息有機床操作面板輸入信息和其上各種開關(guān)、按鈕等信息，如機床啟動/停止、主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止、冷卻液開/關(guān)、倍率選擇、各坐標(biāo)軸點動以及刀架卡盤夾緊/松開等信息，還有各運動部件的限位開關(guān)，主軸狀態(tài)監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運行準(zhǔn)備信號等。2.4.6.3 plc的輸入輸出輸入輸出裝置；開關(guān)量輸入輸出采用輸入接線端子板和繼電器板，作為數(shù)控裝置xs4/xs5接口的轉(zhuǎn)接單元使用，以方便連接及提高可靠性。器和兩個雙刀繼電器，最多可接16路npn開關(guān)量信號輸入及急停與超程信號，其中8路

27、npn開關(guān)量信號輸出用于控制8各單刀單指繼電器，剩下的8路npn開關(guān)量信號輸出通過接線端子引出，可用來控制其它電器。輸入接線端子版提供npn和pnp型開關(guān)量輸入接線端子，最多可接20路npn開關(guān)量信號輸入。繼電器板集成八個單刀單只繼電2.4.7主軸變頻器電氣控制主軸變頻器的基本選型上，目前較為簡單的一類變頻器是v/f控制，它就是一種電壓發(fā)生模式裝置，對調(diào)頻過程中的電壓進給定變化模式調(diào)節(jié)，常見的有線性v/f控制和平方v/f控制。所謂矢量控制，最通俗的講，為使鼠龍式異步電機像直流電機那樣具有優(yōu)秀的運行性能積極很高的控制性能，通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位，用以維持電機內(nèi)部的磁道為設(shè)定值

28、，產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)矩；質(zhì)量控制相等于標(biāo)量控制而言，其優(yōu)點有：1）控制特性非常優(yōu)秀，可以直流電機的電樞電流加勵磁電流調(diào)節(jié)相關(guān)；2）能適應(yīng)要求高速響應(yīng)的場合；3)調(diào)節(jié)范圍大；4）可進行轉(zhuǎn)矩控制，當(dāng)然相對于標(biāo)量控制而言，矢量控制的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計算繁瑣，而且必須存儲和頻繁地使用電動機的參數(shù)。2.4.8主軸及其控制2.4.8.1 主軸主軸是生產(chǎn)主切削運動的動力源，主軸不僅要在高速旋轉(zhuǎn)的情況下承載切削時傳遞的主軸電動機的動力，而且還要保持非常高的精度。主軸是數(shù)控機床中最關(guān)鍵的部件之一，主軸的結(jié)構(gòu)上分為機械主軸和電主軸。機械主軸由刀具的轉(zhuǎn)卡機構(gòu)、軸、主軸冷卻系統(tǒng)以及配套的主軸電機、測量部件及驅(qū)動裝置構(gòu)成。電主軸

29、的特點是主軸電機被集成到主軸的機械部件中，構(gòu)成一個整體結(jié)構(gòu)的主軸系統(tǒng)。在設(shè)計機床時，需要根據(jù)機床切削的指標(biāo)定義機床的技術(shù)指標(biāo)其中主軸的輸出功率和主軸的調(diào)速范圍為關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。因此在數(shù)控機床設(shè)計的階段，必須明確主軸的輸出功率和調(diào)速范圍等技術(shù)指標(biāo)，否則，用戶在切削時可能會出現(xiàn)由于主軸輸出功率不夠造成的主軸“悶車”而不能完成用戶加工程序中要求的切削用量。主軸在低速加工時，需要滿足低速狀態(tài)下可以產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩，而且保證主軸的調(diào)試范圍。主軸在高速加工時，主軸的旋轉(zhuǎn)部件要做到動平衡，否則在高速旋轉(zhuǎn)運動中會產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量。2.4.8.2 主軸的控制方式數(shù)控傳統(tǒng)的伺服主軸有三種控制方式，它們是速度控

30、制方式、位置控制方式和擺動控制方式。這三種控制方式的用途不同，并可以通過不同的控制指令進行切換。在速度控制方式下，主軸電機用于生產(chǎn)機床切削的主運動，激活主軸制度方式的變化指令有主軸正轉(zhuǎn)m03、主軸反轉(zhuǎn)m04和主軸停止m05。主軸的轉(zhuǎn)速有變成指令s確定。如s1000表示主軸1000r/min。在速度控制方式下，主軸可通過零件程序控制。也可以用手動控制。主軸的手動控制與進給軸的手動控制的實現(xiàn)方式基本相同。主軸的位置控制方式用于主軸分度、剛性攻螺紋、自動換刀時的主軸定位等。激活主軸位置控制方式的編程指令是m19。擺動控制方式用于主軸換擋。主軸換擋時，主軸電機可進入自動擺動狀態(tài)，變速箱中的齒輪在擺動過

31、程中齒合容易。激活主軸擺動方式的編程指令由輔助功能m41,m42,m43,m44,m45或者輔助功能s，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機床參數(shù)中定義的每檔最高速度和最低速度自動確定主軸檔位。第三章改造完成后的整機調(diào)試數(shù)控機床的調(diào)試，包括電源的檢查、數(shù)控系統(tǒng)的電參數(shù)的確認(rèn)和設(shè)定、機床幾何精度調(diào)整等，檢查與調(diào)試工作關(guān)系到數(shù)控機床能否正常投入使用。1）。電源的檢查（1）輸入電源電壓，頻率及相序的確認(rèn)。檢查電源輸入電壓是否與機床設(shè)定相匹配。頻率轉(zhuǎn)換開關(guān)是否置于相應(yīng)的位置。檢查確認(rèn)變壓器的容量是否滿足控制單元和同服系統(tǒng)的電能消耗。檢查電源電壓波動范圍是否在數(shù)控系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。日本的數(shù)控系統(tǒng)一般允許在電壓額定值的10%范

32、圍內(nèi)波動。而歐美的一些數(shù)控系統(tǒng)要求較高一些在5%以內(nèi)。否則要外加交流穩(wěn)壓器。對于采用閘管控制元件的速度控制單元和主軸控制單元的供電電源，一定要檢查相序。在相序不正確的情況下，接通電源，可能使速度控制單元的輸入熔斷絲燒斷，這是由于誤導(dǎo)通，造成的打電流引起的。相序檢查方法有兩種：一種用相序表測量，當(dāng)相序接法正確時（即與表上的端子標(biāo)記的相序相同時），相序表按順時針方向旋轉(zhuǎn)。另一種方法可用示波器測量二相之間的波形，兩相看一下，確定各相序。 （2）確認(rèn)直流電源單元電壓輸出端對地是否短路，各種數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部都有直流穩(wěn)壓單元，為系統(tǒng)提供+5v,15v,+24v等直流電壓。因此，在系統(tǒng)通電前，應(yīng)檢查這些電源的負(fù)

33、載，是否對地有短路現(xiàn)象?？捎萌f用表來確認(rèn)。 （3）檢查各印刷電路板上的電壓是否正常，接通電源之后，首先應(yīng)該檢查數(shù)控柜內(nèi)各風(fēng)扇是否旋轉(zhuǎn)，確認(rèn)電源是否接通。各種直流電壓是否在允許的范圍內(nèi)波動，一般來說，對+5v電源的電壓要求較高，波動范圍在5v范圍內(nèi)，因為它是供給邏輯電路的。+24v的電源是否在10%允許的波動范圍之內(nèi)，超出范圍要進行調(diào)整，是否會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2）。 參數(shù)的設(shè)定確認(rèn) （1）短路棒的設(shè)定，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印刷電路板上有許多短路棒來短路的設(shè)定點，這項設(shè)定已由機床制造廠完成設(shè)定。用戶只需確認(rèn)與記錄一下，但對于當(dāng)個購入的數(shù)控裝置，用戶則必須根據(jù)需要，自行設(shè)定。因為數(shù)控裝置出廠時，是按標(biāo)準(zhǔn)方

34、式設(shè)定的，不一定適合于具體用戶要求。設(shè)定確認(rèn)的內(nèi)容隨數(shù)控系統(tǒng)而定。認(rèn)主板，rom板，聯(lián)接單元，附加軸控制板以及旋轉(zhuǎn)變壓器或感應(yīng)同步器控制板上的設(shè)定。這些設(shè)定與機床返回基準(zhǔn)點的方法，速度反饋的檢測元件，檢測增調(diào)節(jié)及分度精度調(diào)節(jié)等有關(guān)。確認(rèn)速度控制單元印刷電路板上的設(shè)定。在直流速度控制單元和交流速度控制單元上都有許多的設(shè)定點，用于選擇檢測元件的種類，回路增益以及各種報警等。確認(rèn)主軸控制單元印刷電路板上的設(shè)定。無論是直流還是交流主軸控制單元上，均有一些用以選擇主軸電動機電流極限和主軸轉(zhuǎn)數(shù)的設(shè)定點。但數(shù)字式交流主軸控制單元上已用數(shù)字設(shè)定代替短路棒的設(shè)定上，故只能在通電時才能進行設(shè)定與確認(rèn)。一般有以下三

35、方面。確認(rèn)數(shù)控部分印刷線路板上的設(shè)定。這樣確 （2）確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)中各種參數(shù)的設(shè)定，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)（包括pc參數(shù)）的目的，就是當(dāng)數(shù)控裝置與機床相連接時，能使機床只有最佳的工作性能。即使是同一個數(shù)控系統(tǒng)，起參數(shù)設(shè)定也隨機而異。隨機附帶的參數(shù)表是機床的主要技術(shù)資料。應(yīng)妥善保管，不得遺失，否則將給機床的維修和恢復(fù)性能帶來困難。顯示參數(shù)的方法，隨各類數(shù)控機床而異，大多數(shù)廠家產(chǎn)品可通過mdi/crt單元上的參數(shù)鍵來顯示已存入系統(tǒng)存儲器的參數(shù)。顯示的參數(shù)內(nèi)容應(yīng)與機床安裝調(diào)試完成后的參數(shù)表一致。如果所用的進給和主軸控制是數(shù)字式的。那么它的參數(shù)設(shè)定也是數(shù)字設(shè)定參數(shù)，而不用短路棒，此時，須根據(jù)隨機所帶的說明書，一一

36、給予確認(rèn)。3）。機床通電試車在通電試車前要對機床進行全面潤滑。給潤滑油箱、潤滑點灌注規(guī)定的油液或油脂，為液壓油箱加足規(guī)定標(biāo)號的液壓油，需要壓縮空氣的腰接通氣壓源。調(diào)制機床的水平，促調(diào)機床的主要幾何精度。如果是大中型設(shè)備，要在初就位和已經(jīng)完成組裝的基礎(chǔ)上，重新調(diào)整運動部件與機床主軸的相對位置。刀具與主機到位置的校正。工作臺交換位置的找正等。通電試車按照先局部分別供電實驗，然后再作全面供電試驗的順序進行。接通電源后先查看有無故障報警。檢查散熱風(fēng)扇是否旋轉(zhuǎn)。各潤滑油窗是否來油，液壓泵電動機轉(zhuǎn)動方向是否正確，液壓系統(tǒng)是否達(dá)到規(guī)定壓力坐標(biāo)，冷卻裝置是否正常等。在通電試車過程中要隨時準(zhǔn)備按壓急停按鈕，以避

37、免發(fā)生意外情況時造成設(shè)備損壞。先用手動方式分別操縱各軸及部件連續(xù)運動。通過crt或dpl顯示，判斷機床部件移動方向和移動距離是否正確。使機床移動部件達(dá)到行程限位極限，驗證超程限位裝置是否靈敏有效，數(shù)控系統(tǒng)在超程時是否發(fā)出報警。機床基準(zhǔn)點是運行數(shù)控加工程序的基本參照，要注意檢查重復(fù)回基準(zhǔn)點的位置是否完全一致。在上述檢查過程中如果遇到問題，要查明異常情況的原因并加以排除。當(dāng)設(shè)備運行達(dá)到正常要求時，用水泥罐注主機和各部件的地腳螺栓孔，待水泥養(yǎng)護期滿后再進行機床幾何精度的精調(diào)和試運行。4） 機床精度和功能的測試在經(jīng)過固化的地基上用地腳螺栓和墊鐵精調(diào)機床主床身的水平。找正水平后，移動床身上的各運動部件，

38、觀察各坐標(biāo)全行程內(nèi)機床水平的變化情況，并相應(yīng)的調(diào)整機床幾何精度，使之在允許范圍之內(nèi)。使用的檢測工具有緊密水平儀，標(biāo)準(zhǔn)方尺，平行光管等。在調(diào)整時，主要以調(diào)整墊鐵為主，必要時，可稍微改變導(dǎo)軌上的鑲條和預(yù)緊滾輪等。一般說來，只要機床質(zhì)量穩(wěn)定，通過上述調(diào)整可將機床調(diào)整到出廠的精度。仔細(xì)檢查數(shù)控系統(tǒng)和pc裝置中參數(shù)設(shè)定值是否符合機床資料中規(guī)定的數(shù)據(jù)，然后試驗各只要操作動作，安全措施，常用指令執(zhí)行情況等。例如，各種運行方式（手動，點動，mdi,自動方式等）。檢查輔助功能及附件的正常工作，例如機床的照明燈，冷卻防護罩和各種護板是否完整；向冷卻液箱中加滿冷卻液，試驗噴嘴是否能正常噴出冷卻液；在用冷卻液防護罩的情況下冷卻液是否外漏；排屑器能否正常工作；機床主軸的恒溫郵箱能否起作用等。5） 試運行數(shù)控機床安裝完畢后，要求整機在帶一定負(fù)載條件下，經(jīng)過一段較長的時間的自動運行，較全面檢查機床功能及工作可靠性。運行時間尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般采用每天運行8h連續(xù)運行2-3天或24h連續(xù)運行1-2天。這個過程稱為考機。試運行中采用的程序叫做考機程序，可以直接采用機床廠調(diào)試用的考機程序或自行編制一個程序。考機程序應(yīng)包括：只要數(shù)控系統(tǒng)的功能使用，主軸的最高，最低及常用的轉(zhuǎn)速快速和常用的進給速度，工作臺面的自動交換，主機m指令的使用等。在試運