数控普通x52k铣床的数控化改造

数控普通x52k铣床的数控化改造内容摘要：

用高性能的直流或交流无级调速主轴电机，较普通 机床的机械分级变速传动链大为简化。 对加工精度有直接影响的主轴组件的精度、刚度、抗振性和热变形性能要求，可以通过主轴组件的结构设计和合理的轴承组合及选用高精度专用轴承加以保证。 为提高生产率和自动化程度，主轴应有刀具或工件的自动夹紧、放松、切屑清理及主轴准停机构。 最近日本又开发研制了新型的陶瓷主轴，重量轻，热膨胀率低，用在加工中心上，具有高的刚性和精度。 进给系统 数控机床的进给系统是由伺服电机驱动 (由于铣削时作用在电动机轴上的负载转矩较大，所以要选择大功率的步进电动机，而大功率步进电动机驱 动较困难。 步进电动机没有过载能力，在高速运动时转矩下降很多，容易丢步。 要是改造后的铣床进给伺服性能较好，在改造中也常采用直流伺服电动机驱浙江机电职业技术学院现代 系毕业设计说明书 第 10 页 动 )，通过滚珠丝杠带动刀具或工件完成各坐标方向的进给运动。 为确定进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械装置时，以 “ 无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度 ” 为原则，具体措施有： ① 采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚动导轨； ② 采用大扭矩、宽调速的伺服电机直接与丝杠相联接，缩短和简化进给传动链； ③ 通过消隙装置消除齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙； ④ 对滚动导轨和丝杠预加载荷，预拉伸。 滚珠丝杆的选择 丝杠传动直接关系到传 动链精度。 丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。 滚珠丝杠 具有 摩擦损失小，效率高 等 特点 ，其传动效率可在 90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。 因此可满足较高精度零件加工要求。 因此此次的 西门子 数控 铣床选择滚珠丝杠。 滚珠丝杆螺母副 滚珠丝杆螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。 它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。 该部分主要是由丝杆、螺母、滚珠和滚道、螺母 座等组成的。 其 工作原理 是 ：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。 而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。 回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。 刀架系统 拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。 数控附件 机床附件的作用是配合机床实现自动化加工。 数控机床专用的附件有： ① 对刀仪， ② 自动编程机，③ 自动排屑器， ④ 物料储运及上下料装置， ⑤ 自动冷却、润滑及各种新型配套件如导轨防护罩等。 数控机床的外观造型 数控机床的 外观大都采用线型简洁的板块组合式全封闭安全防护罩，配备有现代特征的集操作、显示、控制于一体的操作面板，淘汰了普通机床各种操作手柄、手轮和线型复杂零散的多面型表面形态。 浙江机电职业技术学院现代 系毕业设计说明书 第 11 页 安全防护罩可防止高压、大流量冷却液及铁屑飞溅，减少粉尘入侵，隔声降噪，有利于机床的精度保持和环境保护，真正体现了机、电、液一体化的特点。 第 三 章 电气系统的改造设计 X52 铣床特点 X52铣床具有以下几个特点： 1）用换向转换开关选择主电机的制动 ； 2） 主要、运动采用电磁离合器制动； 3）主运动和进给运动变速，均有瞬时电动 ； 4） 主运动和进给运动各有单独的电动机驱动，工作台的快速移动利用电磁离合器接上进给的快速传动链，实现快速移动； 5）进给运动与主运动是联锁的，只有起动主运动后，进给运动才能起动工作； 6）工作台 6个方向的进给运动 ，具有完备的联锁。 7）具备多地点控制环节； 8）具有短路、零压、过载和超程保护。 控制系统 的 改造 电气部分：安装微型机数控系统。 它包括： CPU，扩展程序存储器，扩展数据存储器、 I/O接口电路；能输入加工程序和控制命令的键盘；能显示加工数据和机床状态信息的显示器；光电隔离电路和步进电机驱动 电路；螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其它辅助电路。 驱动系统改造设计 浙江机电职业技术学院现代 系毕业设计说明书 第 12 页 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。 使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下 （ 321） 图 (321） 1） 、脉冲信号的产生。 脉冲信号一般由单片机或 CPU产生，一般脉冲信号的占空比为 ，电机转速越高，占空比则越大。 2） 、信号分配 感应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：二相四拍为 ,步距角为 ；二相八拍为 ,步距角为。 四相电机工作方式 也有二种，四相四拍为 ABBCCDDAAB,步距角为。 3） 、功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。 步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流。 平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。 因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。 802S 内部硬件和软件 1） 该系统的 CPU为工业 486， 使用了 西门子 S7— 200的 PLC； 2） 使用了液晶显示屏幕和键 盘：能够较为方便的进行程序的编写 及命令的控制（ 编程方便，具有轮廓编程、循环编程、参数编程、示教方式编程等功能 ）。 该 液晶 显示屏显示的是中文。 3） DNC功能可支持 CAD/CAM，用于加工复杂模具 4） 硬件接口丰富，自诊断功能完善 5） PLC 的最大 I/O为： 64/64 浙江机电职业技术学院现代 系毕业设计说明书 第 13 页 电气改造中的 PLC 部分 在机械制造业中， PLC得到了非常广泛的应用。 特别是数控机床都或多或少的使用了 PLC作为开关量的控制。 数控机床 PLC 分类 数控机床所使用的 PLC 可以分为两个大类：一类是“内装型” PLC ；另外一类是“独立型 ”的PLC。 1）内装型 PLC:如图 (431) 图 (431) 内装型 PLC 图（ 331） 所示为内装型 PLC的 CNC系统框图。 “内装型” PLC从属于 CNC装置， PLC与 CNC装置之间的信号传送在内部即了可以实现。 PLC与机床则通过 CNC输入、输出接口电路实现信号传送。 这样内装型 PLC的硬件电路可以单独设计在及自己的电路板内，也可以与 CNC装置的某一块电路板共用一块电板。 内装型 PLC的成功应用 ，扩大了 CNC内部直接处理数据的能力，可以使用梯形图方式进行编程，并且造价较低，提高了 CNC的 性能价格比。 2） 独立型 PLC 如图（ 332） 浙江机电职业技术学院现代 系毕业设计说明书 第 14 页 图（ 332）独立型 PLC 所谓独立型 PLC实际上就是一个通用兴 PLC，它完全独立于 CNC装置，具有完备的硬件和软件 ,独立完成 CNC系统所需要的控制任务 ，如图所示的的独立型的 PLC和 CNC机床的连接框图。 从图中可以看到，独立型 PLC，不但要与机床 侧 的 I/O连接 ，还要 进行与 CNC装置侧的 I/O连接。 所以，独立型 CPU造价较高，性能价格比不如内装型 PLC。 PLC 在数控机床中的控制功能 (1) 操作面板的控制。 操作面板分为系统操作 面板和机床操作面板。 系统操作面板的控制信号先是进入 NC，然后由 NC送到 PLC，控制数控机床的运行。 机床操作面板控制信号，直接进入 PLC，控制机床的运行。 (2) 机床外部开关输入信号。 将机床侧的开关信号输入到送入 PLC，进行逻辑运算。 这些开关信号，包括很多检测元件信号 (如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等 ) (3) 输出信号控制： PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。 (4) 功能实现。 系统送出 T 指令给 PLC，经过译码，在数据表内检索，找到 T 代码指定的刀号，并与主轴刀号 进行比较。 如果不符，发出换刀指令，刀具换刀，换刀完成后，系统发出完成信号。 (5) M 功能实现。 系统送出 M 指令给 PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。 M指令完成，系统发出完成信号。 PLC 与 CNC 及机床之间的信息交换 在信息交换中 ，分为 PLC 与 CNC 之间的信息交换和 PLC 与机床之间的信息交换。 浙江机电职业技术学院现代 系毕业设计说明书 第 15 页 1） PLC与 CNC之间的信息交换分两个方向进行：一个方向是 CNC向 PLC发送信息，主要信息有各种功能代码 M、 S、 T的信息，手动 /自动方式信息，各种使能信息等；另一个方向是 PLC向 CNC发送信息，主要信息有 M、 S、 T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。 2） PL C与机床之间的信息交换也分为两个方向进行：一个方向是 PLC向机床发送的信息，主要信息有控制机床的执行元件，如电磁铁、接触器、继电器以及各种状态指示和故障报警等；另一个方向是机床向 PLC 发送信息，主要信息有机床操作面板输入信息和其上各种开关、按钮等信息，如机床起动 /停止、主轴正转 /反转 /停止、冷却液开 /关、倍率选择、各坐标轴点动以及刀架卡盘夹紧 /松开等信息，还有各运动部件的限位开关，主轴状态监视信号和伺服系统运行准 备信号等。 PLC 的输入输出 输入输出装置：开关量输入 /输出采用输入接线端子板和继电器板，作为数控装。