普通銑床的數(shù)控化改造 系部： 班級： 姓名：普通銑床的數(shù)控化改造總體方案的設(shè)計一：普通銑床的數(shù)控化改造方案的設(shè)計1.原來的XQ6125B普通升降臺銑床的用途原XQ6125B臥式萬能升降臺銑床是屬于通用機(jī)床，主要適用于加工單件、小批量生產(chǎn)和工具修理部門，也可以用于成批生產(chǎn)部門可利用各種圓柱銑刀、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 XQ6125B普通升降臺銑床外觀圖2.總體設(shè)計任務(wù)將原來的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，水平拖動力按15KN計算，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(jìn)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(jìn)電機(jī)沒有過載能力，高速時扭矩下降很多，容易丟失，大功率步進(jìn)的驅(qū)動較困難等，選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動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,其性能介于開環(huán)和閉環(huán)之間.由于調(diào)速范圍寬,過載能力強(qiáng),有采用反饋控制因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制;反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機(jī)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(shí)現(xiàn).但是采用半閉環(huán)控制,調(diào)試比開環(huán)控制的步進(jìn)電機(jī)要困難些,設(shè)計上也有自身的特點(diǎn).在直流和交流伺服電機(jī)之間進(jìn)行比較時,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.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。

用直流伺服電動機(jī)的半閉環(huán)伺服系統(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)與位置反饋信號比較，然后轉(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(jī)，使電機(jī)得到一定的轉(zhuǎn)速直流伺服電動機(jī)的基本性能是：轉(zhuǎn)速決定于輸入電壓，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(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是直流伺服電動機(jī)的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理數(shù)控裝置來的位置指令D0與位置反饋系統(tǒng)檢測出的實(shí)際位置檢測值Da在位置偏差監(jiān)測器1中比較其差值為位置偏差值ΔDΔD經(jīng)位置控制放大器2放大后成為速度指令值v0D0、Da、ΔD、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，則要求伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，這時的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)定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

由于伺服電動機(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，電動機(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，成為速度控制電壓Um這個電壓加在伺服電機(jī)6上，使它得到角速度θm與伺服電動機(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)出與伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)角成正比的實(shí)際位置檢測值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)計要能控制三個坐標(biāo)軸的運(yùn)動,根據(jù)加工要求,至少要控制兩軸聯(lián)動完成圓弧插補(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)動數(shù)控裝置，整個改造方案如圖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)計總圖二：普通銑床的數(shù)控化進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 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方案。

并進(jìn)行計算安裝三：普通銑床的數(shù)控化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 CNC裝置是一個機(jī)床計算機(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、輸出的全過程，并管理著系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，刀具參數(shù)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)交互過程除此之外，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)的管理程序還能適時運(yùn)行診斷模塊以便及時判斷和消除故障，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)床手動控制程序，零件加工程序的解釋執(zhí)行程序，伺服控制及開關(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，它由四部分組成： 1）初始化部分 當(dāng)CNC系統(tǒng)上電或重新復(fù)位時，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任務(wù)，一個是從光電閱讀機(jī)和鍵盤輸入零件加工源零件程序儲存器；另一個是從零件程序儲存器中把零件程序送入緩沖區(qū)中，以便加工時使用無論是那種途徑輸入的零件程序去譯碼之前都必須經(jīng)過相應(yīng)的緩沖器，如圖3-2零件程序緩沖器接收來自閱讀機(jī)或零件程序儲存器的程序段當(dāng)正常加工時，譯碼程序從這里取出程序段當(dāng)從MDI鍵盤輸入程序段時，程序段被存入MDI緩沖器中，此時譯碼程序則從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單，它的功能是將調(diào)試成功的零件程序存入磁盤、磁帶、或穿孔輸出，以便長期保存 （3）譯碼程序數(shù)據(jù)段送入零件程序儲存器后，由程序?qū)⑤斎氲牧慵绦驍?shù)據(jù)段翻譯成本系統(tǒng)能識別的語言。

一個數(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)行詞法和語法分析，發(fā)現(xiàn)可能的詞法或語法錯誤，如無錯誤，則對程序段的語義，即它能產(chǎn)生的動作進(jìn)行分析；識別程序段所規(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上是一個鍵盤命令處理程序，它與鍵盤輸入通常成為一體，既可以用來從鍵盤輸入新的零件加工程序，也可以用來對已經(jīng)存儲在零件程序儲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、移動等 （5）機(jī)床手工控制程序機(jī)床手工控制程序是一個對操作面板和鍵盤來的命令進(jìn)行掃描的程序它不斷地讀取操作面板和鍵盤地輸入信息，分析識別輸入地命令并進(jìn)行相應(yīng)地處理這部分程序提供了在手動調(diào)整狀態(tài)下通過機(jī)床操作面板控制動作地功能機(jī)床手動調(diào)整動作包括：各坐標(biāo)軸地運(yùn)動、主軸運(yùn)動、刀架的轉(zhuǎn)位、冷卻泵的開停等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)字積分法等通過運(yùn)行插補(bǔ)程序，生成控制數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)動的脈沖分配規(guī)律。

采用數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)時，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)一個數(shù)據(jù)段開始插補(bǔ)加工時，系統(tǒng)控制程序還要準(zhǔn)備下一個數(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（如延時），可以安排CPU執(zhí)行預(yù)防性診斷程序，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)時間，提高系統(tǒng)的可靠性 2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本軟件采用模塊化設(shè)計，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，中斷延時初始化，系統(tǒng)診斷，數(shù)據(jù)區(qū)初始化，電源有無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，自動，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、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)控化主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 將原機(jī)床的主軸電動機(jī)換成變頻調(diào)速電動機(jī)，無級調(diào)速部分由變頻器控制將原機(jī)床的主軸手動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)動和進(jìn)給運(yùn)動分離，主軸電動機(jī)的作用只是帶動主軸旋轉(zhuǎn)第二章普通銑床機(jī)械部分的數(shù)控化改造一．主軸傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造1. 數(shù)控化改造主傳動系統(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)，從手冊中查得伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為1000r。