X型立式銑床橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造(PLC控制)

1、X502型立式銑床橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造（PLC控制）一總體方案的確定 首先先查出X502的參數(shù)如下表： X520立式銑床主要參數(shù)機(jī)床用途：型立式銑床適用于加工中、小型零件的平面或成形表面，其使用范圍如下：（）加工與主軸中心線平行的平面（）加工與主軸中心線垂直的平面（）利用主軸頭的回轉(zhuǎn)，加工具有一定斜度的平面（在±度范圍內(nèi)）（）加工成形表面（）銑切溝槽機(jī)床特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有足夠的強(qiáng)度和剛性，保險(xiǎn)裝置較完善，并有較多的主體運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)刀速度，主要適合中、小型零件的加工，如采用某些附件或夾具，使用范圍廣泛。 技術(shù)參數(shù)主軸端面到工作臺(tái)面的距離最大mm 最小30mm主軸中心線到床身垂直導(dǎo)軌的距

2、離工作臺(tái)的側(cè)邊到床身垂直導(dǎo)軌的距離最大mm 最小45mm工作臺(tái)臺(tái)面尺寸（長(zhǎng)×寬）750×225工作臺(tái)最大移動(dòng)距離縱向（手動(dòng)或機(jī)動(dòng)）mm 橫向（手動(dòng)）150mm 升降（手動(dòng)）300mm刻度盤一格的移動(dòng)量縱向0.05mm 橫向及垂直0.05mm刻度盤每轉(zhuǎn)移動(dòng)量縱向6mm 橫向4mm 垂直3mm工作臺(tái)上的T型槽數(shù)目3個(gè)T型槽寬度14mm主軸錐孔錐度7:24主軸孔直徑24mm主軸頭最大回轉(zhuǎn)角度±45度主軸頭回轉(zhuǎn)盤上的刻度值1度機(jī)床外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)1200×1135×1630mm機(jī)床重量約1010kg主軸變速數(shù)8主軸轉(zhuǎn)速47.5

3、/67/95/132/190/265/375/530轉(zhuǎn)/分主軸驅(qū)動(dòng)功率1.45kw工作臺(tái)縱向進(jìn)刀數(shù)目8工作臺(tái)縱向進(jìn)刀量26/38/54/77/117/169/240/347mm/分進(jìn)刀機(jī)構(gòu)容許最大抗力1010kg主電機(jī)型號(hào)JO2-31-4型 功率2.2kw 轉(zhuǎn)數(shù)1430r/min 電壓220/380v冷卻泵電機(jī)功率0.125kw 轉(zhuǎn)數(shù)2800r/min 電壓220/380v 工作臺(tái) 將一臺(tái)X502立式銑床改裝成微機(jī)數(shù)控銑床，要求原機(jī)床的改動(dòng)盡量少，以降低成本，提高性價(jià)比，根據(jù)這個(gè)要求保留原機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及縱向進(jìn)給的機(jī)動(dòng)部分。改造后的數(shù)控銑床要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易于推廣普及，因此采用步

4、進(jìn)電機(jī)作為伺服元件，用來驅(qū)動(dòng)縱橫向工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。拆除機(jī)床上原有的縱橫向絲杠螺母機(jī)構(gòu)，改用步進(jìn)電機(jī)和一對(duì)減速齒輪驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠螺母副。下面為橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)。減速裝置步進(jìn)電機(jī)數(shù)控裝置控制介質(zhì) X502銑床傳動(dòng)系統(tǒng)圖二機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.工作臺(tái)橫向進(jìn)給部分改造設(shè)計(jì)2.1.1.脈沖當(dāng)量、步距角和降速比的選擇 脈沖當(dāng)量，步距角，絲杠螺距t和降速比i之間的關(guān)系為 =ti360°一般數(shù)控銑床取為0.01mm，=1.5°，t=4mm，則減速比i為 i=t360°=1.5°×4360°×0.01=1.672.1.2.切

5、削力的估算 切削力由刀具的材料、銑削工具的材料、切削用量等許多因素決定。設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)從計(jì)算銑削力開始估算電動(dòng)機(jī)的功率。對(duì)于現(xiàn)有機(jī)床的改造設(shè)計(jì)可以從已知機(jī)床的電動(dòng)機(jī)功率和主軸上傳遞的功率反推出工作臺(tái)進(jìn)給時(shí)的銑削力。該機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均用一個(gè)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)給傳動(dòng)的功率較小，可以在主傳動(dòng)功率上乘以一個(gè)系數(shù)k，由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)查的銑床的k為0.85.主傳動(dòng)功率包括切削功率Pc，空載功率Pm0，附加功率Pmc三部分，即總功率 P=Pc+Pm0+Pmc空載功率是機(jī)床無切削負(fù)載時(shí)主傳動(dòng)系統(tǒng)空載所消耗的功率，對(duì)于一般的輕載、高速的中小機(jī)床，可達(dá)總功率的50%，現(xiàn)取Pm0=0.5P。附加功率Pmc是指有了切削載荷

6、后所增加的傳動(dòng)件的摩擦功率，它直接與載荷大小有關(guān)。可用下式計(jì)算，即Pmc=（1）Pc，所以總功率為 P=Pc+0.5P+（1）Pc則Pc=0.5P/(2)在進(jìn)給傳動(dòng)中的切削功率 Pct=k0.5P/(2)主軸上的傳動(dòng)功率為1.45kW，電動(dòng)機(jī)功率為2.2kw，則 =1.45/2.2=0.66 Pct=0.85×0.5×2.2/(20.66)=0.698（kw）切削時(shí)主軸上的轉(zhuǎn)矩為 Tn=955000Pct/n (N·cm)主軸上的轉(zhuǎn)速有8種，現(xiàn)有最低轉(zhuǎn)速n=47.5r/min代入，則主軸上最大轉(zhuǎn)矩為 Tn=955000×0.698/47.5=14033

7、(N·cm)銑刀的最大直徑為32mm，主切削力Fz=14033/3.2=4385N2.1.3.計(jì)算各切削分力依據(jù)數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)中表2-1工作臺(tái)工作載荷與切向銑削力的經(jīng)驗(yàn)比值知：銑削條件為立銑時(shí)，逆銑狀態(tài)下F1/FZ=（1.001.20）、Fv/FZ=（0.200.30）、Fc/Fz=(0.350.40)故可得工作臺(tái)橫向切削力Fc、縱向切削力F1和垂向切削力Fv分別為Fc=0.35Fz=0.35×4385=1535NF1=1.00Fz=1.00×4385=4385NFv=0.20Fz=0.20×4385=877N2.2.滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇 依據(jù)機(jī)電一

8、體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中滾珠絲杠副的選擇方法：在選用滾珠絲杠副時(shí)，必須知道實(shí)際的工作條件：最大的工作載荷Fmax（或平均工作載荷Fcp)(N)作用下的使用壽命T（h）、絲杠的工作長(zhǎng)度(或螺母的有效行程)l（mm）、絲杠的轉(zhuǎn)速n（或平均轉(zhuǎn)速ncp）（r/mim）、滾道的硬度HRC及絲杠的工況，然后按下列步驟進(jìn)行選擇。2.2.1承載能力的選擇 計(jì)算作用于絲杠軸向最大動(dòng)載荷FQ（N），然后根據(jù)FQ值選擇絲杠的型號(hào)。 FQ=fHfWFmax式中 L：滾珠絲杠壽命系數(shù)（單位為106轉(zhuǎn)，如1.5則為150萬轉(zhuǎn)），L=60nT/106(其中T為使用壽命時(shí)間，h)，普通機(jī)械為500010000、數(shù)控機(jī)床及其他機(jī)電一體化

9、設(shè)備及儀器裝置為15000、航空機(jī)械為1000； fW：載荷系數(shù)（平穩(wěn)或輕度沖擊時(shí)為1.01.2，中等沖擊時(shí)為1.21.5，較大沖擊或振動(dòng)時(shí)為1.52.5）； fH：硬度系數(shù)（HRC58時(shí)為1.0，等于55時(shí)為1.11，等于52.5時(shí)為1.35，等于50時(shí)為1.56，等于45時(shí)為2.40）。 首先進(jìn)行工作載荷的計(jì)算,對(duì)矩形導(dǎo)軌工作時(shí)的軸向力： F=（W+fg+Fv+F1） N式中：W坐標(biāo)軸上移動(dòng)部件的全部重量（包括機(jī)床夾具和工件的重量，N）； 摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式不同而不同，對(duì)于貼塑導(dǎo)軌，=0.15；對(duì)于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，=0.01； fg鑲條緊固力（N），其推薦值可查表23.依據(jù)導(dǎo)軌形式和主電機(jī)

10、功率2.2kW貼塑導(dǎo)軌選定fg為500 對(duì)于W值由于工作臺(tái)質(zhì)量約為100kg，其余未給定，故只能大概給定W=1000N.則 F=（W+fg+Fv+F1） =0.15×（1000+500+4385+877） =1014.3N計(jì)算最大軸向負(fù)載力Fmax。 Fmax=Fc+ F=（1535+1014.3）N=2549.3N故其壽命值 其中：使用壽命時(shí)間T取15000小時(shí)， 進(jìn)給速度V值的選取V=0.4m/min. L0前邊已經(jīng)選取4mm。 故=1000×0.4/4=100r/min則=60×100×15000106=90因此 FQ=fHfWFmax可以計(jì)算，其

11、中fH選擇為1，fW選擇為1.2故： FQ=fHfWFmax =×1×1.2×2549.3 = 13709.3N 依據(jù)計(jì)算所得最大動(dòng)載荷的值以及前邊的基本導(dǎo)程查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)表A-3常用滾珠絲杠型號(hào)及參數(shù)表選取FFZD3204-5公稱直徑d0=32，基本導(dǎo)程L0=4，絲杠外徑d1=31.1，鋼球直徑DW=3，絲杠底徑d2=28.9，動(dòng)載荷Ca=15kN，靜載荷Coa=46.5kN，剛度K=1340(N/m).2.2.2.效率計(jì)算 滾珠絲杠副傳動(dòng)效率： 其中螺旋升角：，其中為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.0030.004，其摩擦角約等于10'.故

12、 = =0.93滿足滾珠絲杠副效率要求。2.2.3.剛度驗(yàn)算 絲杠的拉壓變形量 式中:A-滾珠絲杠的截面面積， =655.97mm2 Ph-絲杠導(dǎo)程，Ph=4mm; E-彈性模量，.故滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量2很小，可忽略，因此導(dǎo)程變化總誤差為 =18.5m/m;查表知選用F級(jí)精度滾珠絲杠允許的螺距誤差為30m/m，故剛度足夠。2.2.4.穩(wěn)定性驗(yàn)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷FK 式中:E為絲桿材料彈性模量,對(duì)鋼I為截面慣性矩,對(duì)絲桿圓截面為絲桿底徑, L為絲桿最大工作長(zhǎng)度,橫向查參數(shù)取L=150mm 為絲桿支承方式系數(shù)取=2.0則有:穩(wěn)定安全系數(shù)： 則有 選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù)，故滿足穩(wěn)定性要求。2

13、.2.5.確定滾珠絲杠副支撐軸承 根據(jù)滾珠絲杠對(duì)軸承的要求，用于滾珠絲杠的軸承應(yīng)具有較大的接觸角。600接觸角推力角接觸球軸承就是較好的與滾珠絲杠配套的專用軸承。它的特點(diǎn)如下：接觸角大，保持架用增強(qiáng)尼龍注塑成形，可容納較多的鋼球，因此軸向承載能力大，剛度高；既能承載軸向載荷，又能承受徑向載荷，故支承結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化；根據(jù)載荷情況，軸承可以進(jìn)行各種組合；這種軸承是根據(jù)規(guī)定的預(yù)緊力組配好成組供應(yīng)的，用戶不需要自己調(diào)整；啟動(dòng)摩擦力矩小，可以降低滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)功率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。推力角接觸軸承的組配方式有多種?；镜慕M配方式有三種：背靠背，面對(duì)面和串聯(lián)（同向）。這里選擇面對(duì)面組配即DB方式。兩端

14、固定的支承形式，軸承內(nèi)徑d應(yīng)略小于絲桿底徑d2=28.9mm.故依據(jù)數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)表A-2滾珠絲杠專用球軸承角接觸球軸承選擇760205TNI。d=25，D=52，B=15.2.2.6.確定滾珠絲杠螺母副的螺紋長(zhǎng)度Ls Ls=Lu+2Le+2Lc式中：Lu有效行程（mm），Lu=行程+螺母長(zhǎng)度； Le安全行程（mm），Le=5L0； Lc余程（mm），Lc=2L0。故有 Ls=Lu+2Le+2Lc =150+92+40+16 =298mm2.2.7.確定滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離L=行程+安全行程+2*余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度 行程+L0取 L=1.4*行程+30L0 =（1.4

15、*150+30*4）mm =330mm2.3.步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇2.3.1脈沖當(dāng)量、步距角和降速比的選擇 脈沖當(dāng)量，步距角，絲杠螺距t和降速比i之間的關(guān)系為 =ti360°一般數(shù)控銑床取為0.01mm，=1.5°，t=4mm，則減速比i為 i=t360°=1.5°×4360°×0.01=1.672.3.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的計(jì)算 式中：脈沖當(dāng)量，mm；0. F銑削進(jìn)給抗力，N； 摩擦因數(shù)； G工作臺(tái)及工件夾具總重力，N； FfN垂直分力，N； 總機(jī)械效率。取=0.66， =0.2，G=1000N，則 = =275.

16、5 2.3.3.最大靜轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 對(duì)于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī)，最大靜轉(zhuǎn)矩與啟動(dòng)力矩的關(guān)系為 則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為 =318（）2.3.4.確定步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 =0.03m/s，n=750r/min =1000×0.03/0.01=3000（HZ）根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，綜合考慮，查表選用110BF003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。110BF003型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)采用三相六拍工作方式。2.4.橫向減速齒輪的選用根據(jù)前面確定的步距角=1.5°，脈沖當(dāng)量=0.01mm，以及滾珠絲杠螺距t=4mm，得到減速齒輪的傳動(dòng)比 i=t360°=1.5×4/360°&#

17、215;0.01=1.67。取齒輪的模數(shù)m=2.5.齒寬系數(shù)=0.45，齒輪齒數(shù)z1=18，則z2=z1*i=30。 齒輪分度圓直徑d1=m*z1=45mm，d2=m*z2=75mm，中心距a=，b=*d1=20mm。圓整后B2=20，B1=25。小齒輪材料選用40Cr調(diào)質(zhì)處理，大齒輪采用45鋼調(diào)質(zhì)處理。2.5.導(dǎo)軌設(shè)計(jì)或者改造 導(dǎo)軌采用矩形導(dǎo)軌，矩形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和修理方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，故采取貼塑措施。 貼塑導(dǎo)軌不僅可以滿足機(jī)床機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的低摩擦、耐磨、無爬行、高剛度的要求，同時(shí)又具有生產(chǎn)成本低、應(yīng)用工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)

18、。貼塑導(dǎo)軌是通過在滑動(dòng)導(dǎo)軌面上鑲粘一層由多種成分復(fù)合的塑料導(dǎo)軌軟帶，來達(dá)到改善導(dǎo)軌的目的。這種導(dǎo)軌的共同特點(diǎn)是摩擦因數(shù)小，且動(dòng)、靜摩擦因數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗撕傷能力強(qiáng)；加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好，工藝簡(jiǎn)單，成本低，并且有良好的自潤(rùn)滑和抗震性。因此，在數(shù)控銑床中應(yīng)用廣泛。三控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1整體分析 由于工作臺(tái)精度要求比較高，機(jī)械裝置采用滾珠絲杠做傳動(dòng)裝置，伺服控制系統(tǒng)使用開環(huán)控制伺服系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它由伺服驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置(電機(jī))、位置檢測(cè)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及執(zhí)行部件等部分組成。它的作用是：接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給位移和速度指令信號(hào)：由伺服驅(qū)動(dòng)電

19、路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置(直流、交流伺服電機(jī)、直線電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液伺服閥一液壓馬達(dá)等)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)、主軸等執(zhí)行部件進(jìn)行工作進(jìn)給和快速進(jìn)給。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)上的差異，它能根據(jù)指令信號(hào)自動(dòng)精確地控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移、方向和速度，以及數(shù)個(gè)執(zhí)行部件按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)以合成一定的運(yùn)動(dòng)軌跡。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能，如最高移動(dòng)速度、跟蹤精度、定位精度等動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度、加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能取決于它的各個(gè)組成環(huán)節(jié)的特性，也取決于系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)性能參數(shù)的合理匹配。以伺服驅(qū)動(dòng)電路與伺

20、服驅(qū)動(dòng)裝置為中心的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已有較成熟的理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及整體進(jìn)給伺服系統(tǒng)在性能參數(shù)方面的研究，近年來也受到重視，并進(jìn)行了不少的工作。這些工作都有效地促進(jìn)了進(jìn)給伺服系統(tǒng)技術(shù)性能的提高。 開環(huán)系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的進(jìn)給系統(tǒng)，如下圖所示。這種系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。這種系統(tǒng)不需要對(duì)實(shí)際位移和速度進(jìn)行測(cè)量，更無需將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到系統(tǒng)的輸入端，與輸入的指令位置和速度進(jìn)行比較，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)的位移精度主

21、要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度、齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的導(dǎo)程或節(jié)距精度以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性。此類系統(tǒng)的位移精度較低，其定位精度一般可達(dá)±0.02 mm。如果采取螺距誤差補(bǔ)償和傳動(dòng)間隙補(bǔ)償?shù)却胧ㄎ痪瓤商岣叩?#177;0. 0l mm。此外，由于步進(jìn)電機(jī)性能的限制，開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給速度也受到限制，在脈沖當(dāng)量為0.0lmm時(shí)，一般不超過5mmin。 圖 開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，調(diào)試、維修、使用都很方便，工作可靠，成本低廉。在一般要求精度不太高的機(jī)床上曾得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)60年代，日本生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床幾乎全部采用功率步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)的開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。20世紀(jì)70年

22、代初我國(guó)也曾仿造過這種開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。但是歐美等國(guó)卻很少采用開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。進(jìn)入20世紀(jì)70年代中期，日本生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床也改用了直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)變換成角位線（或線位移）的電磁裝置，步進(jìn)電機(jī)的角位移量和角速度分別與指令脈沖的數(shù)量和頻率成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步，而且旋轉(zhuǎn)方向決定于脈沖電流的通電順序。因此只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電順序，便可控制執(zhí)行部件位移、速度和運(yùn)動(dòng)方向。在無脈沖輸入時(shí)，在繞組電源激勵(lì)下，氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置而處于自鎖狀態(tài)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其輸出扭矩的大小，可分為快速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；

23、按其勵(lì)磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相；按其工作原理可以分為永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。 步進(jìn)伺服結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移動(dòng)速度越低。特別是步進(jìn)伺服易于失步，使其主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造。但近年發(fā)展起來的恒斬波驅(qū)動(dòng)、PWM驅(qū)動(dòng)、微步驅(qū)動(dòng)、超微步驅(qū)動(dòng)和混合伺服技術(shù)，使得步進(jìn)伺服的性能提高到一個(gè)新的水平。 X502銑床可用于平面、斜面和溝槽等加工，安裝分度頭后可銑切直齒輪、螺旋面，使用圓工作臺(tái)可以銑切凸輪和弧形槽，是一種多功能、高效率、應(yīng)用廣泛的機(jī)床。經(jīng)過多年運(yùn)行，機(jī)械部件往往性能良好，電氣控制部

24、分由于觸點(diǎn)多、動(dòng)作復(fù)雜，故障率越來越高，故障發(fā)生時(shí)維修量大，時(shí)間長(zhǎng)，影響生產(chǎn)和機(jī)械使用率。銑床是一種高效率的加工機(jī)械, 在機(jī)械加工和機(jī)械修理中得到廣泛的應(yīng)用, 銑床的操作是通過手柄同時(shí)操作電氣與機(jī)械, 以達(dá)到機(jī)電緊密配合完成預(yù)定的操作, 是機(jī)械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動(dòng)作的典型控制, 是自動(dòng)化程度較高的組合機(jī)床。但是在電氣控制系統(tǒng)中, 故障的查找與排除是非常困難的, 特別是在繼電器接觸式控制系統(tǒng), 由于電氣控制線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長(zhǎng), 給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便,嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。本文所述方案是對(duì)原來的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC 改造而成, 經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明該P(yáng)LC控制系統(tǒng)無論是硬

25、件還是軟件, 控制穩(wěn)定可靠, 具有極高的可靠性與靈活性, 更容易維修更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件, 取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 PLC以其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，使用方便可靠等特點(diǎn)，在機(jī)械制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。選用三菱公司的FX2N32MR可編程序控制器對(duì)X502銑床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，克服了原有缺點(diǎn)，提高了自動(dòng)化程度，效果良好。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每輸入一個(gè)電脈沖就前進(jìn)一步，其輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件使用。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的要求為能對(duì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)

26、行控制；可實(shí)現(xiàn)對(duì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制；能對(duì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步數(shù)進(jìn)行控制。3.2系統(tǒng)配置3.2.1.FX2N-32MR型PLC選用 根據(jù)實(shí)際情況，在銑床的電氣改造過程中，保留原有的機(jī)械操作不變，將原來繼電器控制的線路用PLC 控制系統(tǒng)取代，本文采用三菱公司的FX2 16作為控制器，它輸入點(diǎn)數(shù)為16 點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為16 點(diǎn)。FX2N是FX 系列中功能最強(qiáng)、速度最快的微型可編程序控制器。它的基本指令執(zhí)行時(shí)每條指令高達(dá)0.08s，用戶存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到16 KB，I/O點(diǎn)最大可擴(kuò)展到256點(diǎn)，有多種特殊功能模塊，有多種RS232/RS422/RS485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，可實(shí)現(xiàn)模擬量控制

27、、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信功能。用戶程序容量32 KB滿足機(jī)床6點(diǎn)輸出、14點(diǎn)輸入的要求。PLC的供電電源由隔離變壓器提供，這樣可以減少電網(wǎng)波動(dòng)或噪聲對(duì)PLC 的干擾。3.2.2.電動(dòng)機(jī)選用 110BF003型三相六拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一臺(tái)。3.2.3.PLC I/O配置及接線圖 根據(jù)對(duì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的要求，I/O配置及接線圖如圖所示。 3.3程序設(shè)計(jì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)均有限位保護(hù)，由機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制分慢速、中速和快速三檔，分別通過開關(guān)S1、S2和S3選擇；正反轉(zhuǎn)控制通過開關(guān)S4選擇；步數(shù)控制分單步、10步和100步三檔，分別通過按鈕SB、開關(guān)S6和S7選擇。3.3.1.轉(zhuǎn)速控制由脈

28、沖發(fā)生器產(chǎn)生不同周期T的控制脈沖，通過脈沖控制器的選擇，再通過三相六拍環(huán)形分配器使三個(gè)輸出繼電器Y0、Y1和Y2按照單雙六拍的通電方式接通，其接通順序?yàn)門TTTTY0 Y0、Y1 Y1 Y1、Y2 Y2 Y2、Y0T該過程對(duì)應(yīng)于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電順序?yàn)門TTTT U U、V V V、W W W、UT選擇不同的脈沖周期T，可以獲得不同頻率的控制脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。3.3.2.正反轉(zhuǎn)控制 通過正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)（調(diào)換相序），改變Y0、Y1和Y2接通的順序，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，即 正轉(zhuǎn)：Y0 Y0、Y1 Y1 Y1、Y2 Y2 Y2、Y0 反轉(zhuǎn)：Y1 Y1、Y0 Y0 Y0、Y

29、2 Y2 Y2、Y13.3.3.步數(shù)控制通過脈沖計(jì)數(shù)器，控制六拍時(shí)序脈沖數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步數(shù)的控制。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的梯形圖如圖所示。3.4.調(diào)試運(yùn)行程序3.4.1.轉(zhuǎn)速控制選擇慢速檔（接通S1），接通啟動(dòng)開關(guān)S0，脈沖控制器產(chǎn)生周期為1S的控制脈沖，使M0M5狀態(tài)隨脈沖向右移位，產(chǎn)生六拍時(shí)序脈沖，并通過三相六拍環(huán)形分配器使Y0、Y1和Y2按照單雙六拍的通電方式接通，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始慢速步進(jìn)進(jìn)行。3.4.2.正反轉(zhuǎn)控制 先接通正反轉(zhuǎn)開關(guān)S4，再重復(fù)上述轉(zhuǎn)速控制操作。3.4.3.步數(shù)控制 先選擇慢速檔（接通S1），再選擇10步（接通S6），接通啟動(dòng)開關(guān)S0，六拍時(shí)序脈沖、三相六拍環(huán)形分配器開始

30、工作，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)走完預(yù)定步數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器動(dòng)作，其常閉觸電斷開移位驅(qū)動(dòng)電路，六拍時(shí)序脈沖、三相六拍環(huán)形分配器及正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)停止工作，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)。3.5.可編程序控制器的應(yīng)用 在機(jī)械制造業(yè)中，PLC得到了非常廣泛的應(yīng)用，特別是數(shù)控機(jī)床都或多或少的使用了PLC作為開關(guān)量的控制。除了數(shù)控機(jī)床，其它的加工設(shè)備目前也在越來越多的采用PLC進(jìn)行控制，例如組合機(jī)床、各種自動(dòng)化生產(chǎn)線等都使用了PLC控制。 數(shù)控機(jī)床使用的PLC可分為兩類：一類是為“內(nèi)裝型”PLC；另一類是“獨(dú)立型”PLC。 隨著科學(xué)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步,人們對(duì)現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的要求。企業(yè)為滿足這種需求,靠完全淘汰舊機(jī)床購(gòu)置現(xiàn)代

31、化新機(jī)床幾乎不可能,而且也沒必要,因?yàn)檫@樣做勢(shì)必會(huì)造成舊機(jī)床的閑置與浪費(fèi),同時(shí)也會(huì)因購(gòu)置新數(shù)控機(jī)床導(dǎo)致更大的資金開支。近年來數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速,且質(zhì)量穩(wěn)定可靠、精度較高、性能價(jià)格比高,市場(chǎng)上數(shù)控機(jī)床的零配件供應(yīng)及時(shí)。機(jī)床數(shù)控化改造可以在對(duì)機(jī)床不做大的變動(dòng)和投資較小的情況下,增加數(shù)控裝置和電氣伺服系統(tǒng),使普通機(jī)床具備數(shù)控機(jī)床的功能。 改造前應(yīng)對(duì)原機(jī)床各部分進(jìn)行保養(yǎng)和改造前的準(zhǔn)備，具體內(nèi)容如下:（1）原機(jī)床的全面保養(yǎng) 機(jī)床經(jīng)長(zhǎng)期使用后，會(huì)不同程度地在機(jī)械、液壓、潤(rùn)滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對(duì)機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測(cè)量，記錄在案。這樣既可對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時(shí)作對(duì)比分析用。（2）保留的電氣部分最佳化調(diào)整 若對(duì)電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對(duì)保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。（3）合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分