X5032立式铣床进给系统的数控改造

摘 要数控机床是当今机械制造业中实现机电一体化的代表性先进设备。随着先进制造业的发展，对旧机床的数控化改造，特别是普通股机床数控化改造已经成为摆在我们面前迫切而艰巨的任务。本课题选择了对X5032铣床进给系统的数控改造方案，在叙述数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过对X5032旧机床的分析，结构机床改造的思想，提出了数控化改造的技术方案。改造的主要是机械部分，即对丝杠、驱动元件步进电机和减速齿轮的改造。改造后的铣床除了能加工铣削键槽、平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工产品范围广等特点。控制方式可以是开环、闭环及半闭环。机床改造后，显示了机床强大的工作能力和高度的可靠性，加工精度和生产率有较大的提高，是提高企业数控化率的一条切实可行的途径。关键词 数控改造 进给 X5032铣床X5032 MILLING MACHINE FEED SYSTEM OF THE NUMERICAL CONTROLABSTRACTNC(numerical control)machine is the representative of advanced equipment in current mechanical manufacture industry With the developing of modem manufacture industry,to retrofit old machine with NC，especially to study the ordinary millingmachines retrofitted with NC has become more and more urgent and arduous for USAfter introducing NC machines history and current status and the analysis of old mathine X5032,a novel scheme for NC machine retrofitted and new NC machine selection is proposed .The main part to improve is the part of machine,which means improving screw,stepper motor and reduction gear.After transformation,the milling machine not only can be milling keyway ,flat, and the hole parts, but also processing of complex shaping parts(such as the processing of circular surface,slope,and cam,etc),and has high precision, wide rage of efficient and processed products features.The control way can be open loop,closed loop and semi-closed loop. After retrofitted the work ability and reliability of the second-hand had been enhanced greatly,so as to their working precision and productivity.It is proved that raising rate of NC control is a feasible way for enterprise to enhance their productivity and profit.【KEY WORDS】 NC transformation feed X5032 milling machine目 录第一章 绪论 .11.1 数控机床的产生和发展 .11.1.1 数控机床的发展简史 .11.1.2 我国数控技术的发展 .11.1.3 数控机床发展趋势 .41.2 机床数控化改造业的发展及前景分析 .51.2.1链美国、日本和德国等发达国家把机床改造作为新的经济增长行业51.2.2 机床数控化改造内容 .51.2.3 机床数控化改造的优越性 .51.2.4 机床数控化改造的现实意义和市场前景 .61.3 课题背景、意义及研究目标 .61.3.1 课题背景、意义 .61.3.2 设备现状及鉴定 .71.3.3 研究目标 .7第二章 数控机床及控制方式 .82.1 数控机床的组成及工作原理 .82.1.1 数控机床的组成 .82.1.2 数控机床的工作原理 .82.2 数控机床的控制方式选择 .92.2.1 位置控制方式分类 .92.2.2 步进电机的开环控制 .112.2.3 数控机床开环系统速度计算 .12第三章 机械传动系统的改造设计 .133.1 机械传动系统改造设计方案 .133.1.1 改造设计任务 .133.1.2 总体方案设计的确定 .13 3.2 机械传动系统改造设计与计算 .143.2.1 已知条件 .143.2.2 进给系统计算设计 .163.2.2.1 纵向（X 向）设计计算 .163.2.2.2 横向（Y 向）设计计算 .273.3 数控铣床的导轨 .34第四章 机床参数的设定与调试 .374.1 系统常用技术参数设定 .374.2 反向间隙补偿 .404.3 丝杠螺距误差补偿 .414.4 调试内容 .424.4.1 调试步骤 .424.4.2 常见故障及解决方法 .434.5 本章小结 .43第五章 结论与展望 .445.1 结论 .445.2 尚需完善之处 .445.3 建议 .45第 6 章 致谢 .46参考文献 .47第一章 绪 论1.1 数控机床的产生和发展历程111 数控机床的发展简史1946年世界上诞生了第一台电子计算机，同期美国北密执安的小型飞机承包商帕尔森斯公司(Parsons Corporation)为了制造飞机机翼轮廓的板状样板，提出了采用数字控制技术进行机械加工的思想，1949年由帕尔森斯公司与美国麻省理工学院伺服机构研究所合作开始从事数控机床的研制工作， 1952年，研制出第一台实验性数控系统，并把它装在一台立式铣床上，成为世界上第一台数控机床，成功实现了同时控制三轴的运动。1954年11月，在帕尔森斯专利基础上。第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司(Bendix corporation)生产出来，从此，传统机床产生了质的变化。50多年过去了，数控系统由当时的电子管起步，经历了两个阶段六代的发展，即：硬件逻辑数控，简称为数控c)阶段经历了三代，即1952年第一代电子管；1959年第二代晶体管和印刷电路板；1965年第三代一小规模集成电路，由于它体积小，功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代。计算机数控(计算机数字的控制，简写为CNC)阶段也经历了三代，即1970年第四代小型计算机，1974年第五代微处理器(MNC)和1990年第六代基于PC的阶段。数控系统发展到了第五代以后，从根本上解决了可靠性低、价格昂贵、应用不方便等极为关键的问题，并在上世纪七十年代末八十年代初以后首先在美国、日本、欧洲等工业发达国家得到大规模普及应用。112 我国数控技术的发展1121 我国数控技术经过了研制开发、引进技术、消化吸收、科技攻关和产业攻关几个过程，并得到了飞速发展从1958年起，由一些科研院所、高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发，由于受到当时国产电子元器件水平低、部门经济等因素的制约，未能取得较大的进展。在改革开放以后，经过“六五”(19811985年)的引进国外技术， “七五”(19861990年)的消化吸收和“八五”(1991-1995年)国家组织的科技攻关和“九五”(19962000年)国家组织的产业化攻关，才使得我国数控技术逐步取得实质性的进展，一些较高档次的数控系统(五轴联动)，分辨率为0002pm的高精度数控系统、数字仿形数控系统、为柔性单元配套的数控系统都开发出来，并造出样机，开始了专业化生产和使用。1122 国内数控机床现状近年来，随着机床工业的发展，我国机床一“工作母机直保持两位数增长。2003年产值达260亿元，产量居世界第四。我国的机床消费则超过59亿美元(约台人民币488亿元)，首次跃居“世界第一，产值水平260亿元，消费超出220多亿元，其差额自然只有靠进口。据海关统计，2003年我国进口机床产品金切机床及锻压设备约315亿美元，又是一个“世界第一”!而全行业出口仅为进口的lnO一一31亿美元。其中出口的数控机床有数拉车床、数控磨床、数控特种加下机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。机床业现状可以用“三人一小”一一消费大国、生产大国、进口大国和出口小国。“母机”水平看“数控” 。1992年我国年产数控机床仅4200多台到2003年这一数字已为248万多台，比上年增长了416。10年来，我国数控金切机床产量翻了两番多，数控机床产品开发加快，一批反映当前世界数控机床发展潮流的高档次数控机床问世，如直线电机驱动加工中心、五轴车铣复合中心、五轴龙门加工中心等。建立了以中、低档次数控机床为主的产业体系和高档次数控机床的研发和生产体系，可以说，我国机床业整体素质有了明显提高。但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到30；消费值数控化率还不到50，而发达国家大多在70左右。高档次的数控机床及配套部件只能靠进口。我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。这些数控机床，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。113 数控机床发展趋势1 高速、高效、高精度、高可靠性1) 高速、高效加工进入21世纪，机床向高速化方向发展，大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度。上世纪90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。2) 高精度、超精密化加工当前，机械加工高精度的要求较普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加丁精度进入纳米级(OOOl微米)，主轴回转精度要求达到O01-0.05微米，加工圆度为O1微米，加工表面粗糙度Ra=O003微米等。从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工)，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级( nk =2.5-4则 I=10.29cm46. 齿轮传动计算纵向进给齿轮传动比计算360bopLi式中 p脉冲当量 p=0.005mm/step，Lo滚珠丝杆导程 Lo=6mm步进电机步距角 0.72b0.72635i可取齿轮齿数：Z 1=25，Z 2=50；齿轮 Z2为双片齿轮。模数 m 取 2，压力角 =20；齿轮宽度 b=20mm；有关齿轮的参数如下表所示：齿轮传动比参数(mm)齿数 25 50分度圆 d=mz 50 100齿顶圆 Da=d+2m 54 104齿根圆 Df=d-21.25 47.5 97.5齿宽 (610)m 20 20中心距 A=(d1+d2)/2 757. 纵向进给步进电机计算 等效转动惯量计算21+isMJJ式中 J M步进电机转子转动惯量（kgcm 2） ；J2双片齿轮 Z1的转动惯量（kgcm 2） ；J1普通齿轮 Z2的转动惯量（kgcm 2） ；Js滚珠丝杠转动惯量（kgcm 2） 。参考同类型机床，初选反应式步进电机 150BF，其转子转动惯量为 Jm=10（kgcm 2） 。 双片齿轮 2=0.7810-3 2=7.8104210-443r=102DLJg41dL=15.6kgcm2=1.5310-2NM2普通齿轮 =0.7810-3 =7.854210-443r102Jg42d=0.975 kgcm2=0.095510-2NM2丝杠的转动惯量对于HJGS系列，FYC 1D4006-541639990滚珠丝杠，其支承间距长度为L=1335mm，公称直径 do=40mm则 Js=0.7810 -344133.5=26.657kgcm2=2.6110-2NM2工作台质量折算到电机轴上的转动惯量；预选步进电机 J130BYG3H840C。步距角 =0.72， 脉冲当量 =O.005/step G 1=420kg2180=MJW（ ）JM= 266.238kgmm2 = 2.66238kgcm2 = 2.60910-3NM2因此总的转动惯量为J=0.2609+0.0955+（1.53 + 2.61）/4=1.3914 10-2NM2 = 14.198kgcm2电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算： 快速空载启动时所需力矩 amx0=fM最大切削力矩时所需力矩 tftM快速进给时所需力矩 f0其中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩（NM)amxM 折算到电机轴上的摩擦力矩 （NM)f由于丝杠预紧引起折算到电机轴上的附加摩擦力矩（NM)0切削时折算到电机轴上的加速度力矩 （NM）at折算到电机轴上的切削负载力矩 （NM)tM计算加速力矩：22maxmaxmax 101066nnJJttmax0nviLnmax电机最高转速；ta起动加速时间；J折算到电动机轴上的总惯量；将数据代入，得：max023/in2=76.min6vi rnL时间常数 ta=25ms代入得：maxax4.5369.nMJNMT又 af=0.2mm Z=4, f = afZ =0.8mm主轴转速 n=300r/min所以 nt=300r/min30.8240/min6t r得 at19.236.5MNM计算折算到电机轴上的磨擦力矩 Mf：00212fFLfGziF0导轨摩擦力；L 0丝杠螺距；i齿轮降速比； 传动链总效率，一般取 0.7-0.85；当 =0.8 时，k=1.4, f=0.2；0021f fGMzi.24.65kg0.498cmNM由于丝杠预紧引起折算到电机轴上的附加磨擦力矩 M0：当滚珠丝杠未预紧时的效率 0=0.9 时，预加载荷 Fp0=1/3Fx002 20213(1)()MpFLFLMzi78.46(.8)6.1632NcmM最大切削负载时所需力矩 M 切-30.710=.4982xtFLMi所以快速启动时所需力矩 M= M amax + Mf + M0 = 5.1893 NM切削时所需力矩 M= M at + Mf + M0 + Mt = 1.3548NM快速进给时所需力矩 M = M f + M0 = 0.6533NM经比较所需要最大力矩发生在快速启动时为： M max=5.1833NM(3)步进电机的匹配选择在铣削加工时，由于材料不均匀等因素的影响，会引起负载转矩突然增加，为避免计算机上的误差以及负载转矩突然增大引起步进电机丢步，从而引起加工误差，可以适当考虑安全系数。安全系数一般可取 K=1.2-2.5 之间或按公式 MMmax/(0.3-0.5)计算。若 K = 2.5 则步进电机可按一下总负载转矩选取 M= k Mmax得 M=12.9NM若选用上述预选电机 J110BYG5502，其最大静转矩 Mjmax=16NM,在五相十拍驱动时，其步距角为0.72/步；五相二十拍时，其步距角为 0.36/步。为保证带负载能正常加速启动和定位停止，电机的启动转矩 Mq 必须满足 MqM。经差步进电机相数、拍数、启动力矩表（经济型数控机床系统设计张新义主编）得：Mq/Mjmax=0.951,于是 Mq=0.951Mjmax=0.95116=15.216NM12.9NM电机正常工作频率 fmax=Vmax/60pfmax=3833Hz nk =2.5-4所以，X 向滚珠丝杠稳定性足够。8. 齿轮传动比计算横向进给齿轮传动比计算360bopLi式中 p脉冲当量 p=0.005mm/step，Lo滚珠丝杆导程 Lo=6mm步进电机步距角 0.72b0.72635i可取齿轮齿数：Z 1=25，Z 2=50；齿轮 Z2为双片齿轮。模数 m 取 2，压力角 =20；齿轮宽度 b=20mm；有关齿轮的参数如下表所示：齿轮传动比参数(mm)齿数 25 50分度圆 d=mz 50 100齿顶圆 Da=d+2m 54 104齿根圆 Df=d-21.25 47.5 97.5齿宽 (610)m 20 20中心距 A=(d1+d2)/2 759. 横向进给步进电机计算 等效转动惯量计算21+isMJJ式中 J M步进电机转子转动惯量（kgcm 2） ；J2双片齿轮的转动惯量（kgcm 2） ； J1普通齿轮的转动惯量（kgcm 2） ；Js滚珠丝杠转动惯量（kgcm 2） 。参考同类型机床，初选反应式步进电机 150BF，其转子转动惯量为 Jm=10（kgcm 2） 。Z1 普通齿轮 =0.7810-3 =7.854210-4=0.975 kgcm243r=102DLJg14Ld=0.095510-2NM2Z2 双片齿轮 =0.7810-3 =0.7810-31042=15.6kgcm243r102Jg142d=1.5310-2NM2丝杠的转动惯量对于HJGS系列，FYC 1D4006-541639990滚珠丝杠，其支承间距长度为L=445mm，公称直径 do=32mm则 Js=0.7810 -344133.5=26.657kgcm2=2.6110-2NM2工作台质量折算到电机轴上的转动惯量；预选步进电机 J130BYG3H840A。步距角 =0.72， 脉冲当量 =O.005/step 2180=MJW（ ）JM= 266.238kgmm2 = 2.66238kgcm2 = 0.260910-2NM2因此总的转动惯量为 J=0.2609+0.0955+（1.53 + 2.61）/4=1.3914 10-2NM2 = 14.198kgcm2电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算：快速空载启动时所需力矩 amx0=fM最大切削力矩时所需力矩 tftM快速进给时所需力矩 f0其中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩（NM)amxM 折算到电机轴上的摩擦力矩 （NM)f由于丝杠预紧引起折算到电机轴上的附加摩擦力矩（NM)0切削时折算到电机轴上的加速度力矩 （NM）at折算到电机轴上的切削负载力矩 （NM)tM计算加速力矩：22maxmaxmax 101066nnJJttmax0vinLnmax电机最高转速；ta起动加速时间；J折算到电动机轴上的总惯量；将数据代入，得： max0154/in2=513.min6vi rnL时间常数 ta=25ms代入得：maxax3.049.6nMJNMT又 af=0.2mm Z=4, f = afZ =0.8mm主轴转速 n=300r/min所以 nt=300r/min30.8240/min6t r得 at19.236.5MNM计算折算到电机轴上的磨擦力矩 Mf：00212fFLfGziF0导轨摩擦力；L 0丝杠螺距；i齿轮降速比； 传动链总效率，一般取 0.7-0.85；当 =0.8 时，k=1.4, f=0.2；00212fFLfGMzi=0.76NM.65.76kg8cm由于丝杠预紧引起折算到电机轴上的附加磨擦力矩 M0：当滚珠丝杠未预紧时的效率 0=0.8 时，预加载荷 Fp0=1/3Fx)1(231)(22000 zLFiLFMMp=0.1633NM2759.6(.8)16.3Ncm最大切削负载时所需力矩 M 切-3078.4610=.4922xtFLMNi所以快速启动时所需力矩 M= M amax + Mf + M0 = 3.96NM切削时所需力矩 M= M at + Mf + M0 + Mt = 1.6248 NM快速进给时所需力矩 M = M f + M0 = 0.92NM经比较所需要最大力矩发生在快速启动时为： M max=3.96M(3)步进电机的匹配选择在铣削加工时，由于材料不均匀等因素的影响，会引起负载转矩突然增加，为避免计算机上的误差以及负载转矩突然增大引起步进电机丢步，从而引起加工误差，可以适当考虑安全系数。安全系数一般可取 K=1.2-2.5 之间或按公式 MMmax/(0.3-0.5)计算。若 K = 2.5 则步进电机可按一下总负载转矩选取 M= k Mmax得 M=9.9NM若选用上述预选电机 J110BYG5502，其最大静转矩 Mjmax=16NM,在五相十拍驱动时，其步距角为0.72/步；五相二十拍时，其步距角为 0.36/步。为保证带负载能正常加速启动和定位停止，电机的启动转矩 Mq 必须满足 MqM。经差步进电机相数、拍数、启动力矩表（经济型数控机床系统设计张新义主编）得：Mq/Mjmax=0.951,于是 Mq=0.951Mjmax=0.95116=15.216NM9.9NM电机正常工作频率 fmax=Vmax/60pfmax=3833Hz 20000Hz 电机能正常启动运行，故选用合适。3.3 数控铣床的导轨(1). 数控铣床对导轨的基本要求：铣床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等支承件上的导轨进行运动的，导轨的作用概括的说是对运动部件起导向和支承作用，导轨的制造精度及精度保持性对机床加工精度有着重要的影响。数控铣床对导轨的主要要求如下。（1）导向精度高 导向精度是指机床的动导轨沿支承导轨运动的直线度（对直线运动导轨）或圆度（对圆周运动导轨） 。无论空载还是加工，导轨都应该具有足够的导向精度，这是对导轨的基本要求。各种铣床对于导轨导轨本身的精度都有规定或标准，以保证导轨的导向精度。（2）精度保持性好 精度保持性是指导轨能否长期保持原始精度。影响精度保持性的主要因素是导轨的磨损，此外，还与导轨的结构形式及支承件的材料有关。数控铣床的精度保持性要求比普通机床高，应采用摩擦因数小的滚动导轨，塑料导轨或静压导轨。（3）足够的刚度 机床个运动部件所受的外力，最后都由导轨面来承受。若导轨受力后变形过大，不仅破坏了导向精度，而且恶化了导轨的工作条件。导轨的刚度主要决定于导轨类型，结构形式和尺寸大小、导轨与床身的连接方式、导轨材料和表面加工质量等。数控铣床的导轨截面积通常较大，有时还需要在主导轨外添加辅导导轨来提高刚度。（4）良好的摩擦特性 数控铣床导轨的摩擦因数要小，而且动、静摩擦因数应尽量接近，以减少摩擦阻力和导轨热变形，使运动轻便平稳，低速无爬行。此外，导轨结构工艺性要好，便于制造和装配，便于检验、调整和维修，而且有合理的导轨防护和润滑措施等。普通机床的导轨多采用铸铁-铸铁或铸铁-淬火钢滑动导轨，其静摩擦因数大，动静摩擦因数相差较大，低速时易出现爬行，影响运动的平稳性和定位的精度，力矩损失大。而将导轨改造为滚动导轨或静压导轨工艺复杂，费用大，周期长。较为常见的是采用在原导轨上粘接聚四氟乙烯软袋的方法。这种方法实现比较方便，费用低，动、静摩擦因数相差小，耐磨性和抗咬伤力强，具有良好的自润滑性和抗振性，进给运动无爬行，运动平稳，因而得到了广泛采用。(2). 机床导轨贴塑工艺实施在机床数控化改造工作中，除进行两坐标轴的机械改造，配置数控系统、步进电机实现机床的数控加工，提高机床的自动化能力，产品质量和生产力水平外，还有一项对机床性能有重要影响的工艺措施，那就是对机床导轨实旆贴塑工艺。（1） 塑料导轨软带的类型与特点塑料导轨已广泛用于数控机床上，其动、静摩擦系数相差很小， 能防止低速爬行现象；耐磨性、抗撕伤能力强；加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低，并有良好的自润滑和抗震性。塑料导轨多与铸铁导轨或淬硬钢导轨相配使用。近年来，国内外已研制了数十种塑料基体的复合材料用于机床导轨，其中比较引人注目的为应用较广的填充PTEE(聚四氟乙烯)软带，如美国的霞板(Shanban)公司的德尔赛“塑料导轨软带和我国的TSF软带口” 。塑料导轨与其他导轨相比，有如下特点：1 摩擦因数低而稳定，比铸铁导轨低一个数量级。2 动、静摩擦系数相近。运动平稳性和爬行性能较铸铁导轨副好。3 吸收振动。具有良好的阻尼性。4 耐磨性好。有自润滑作用，无润滑油也能工作。灰尘磨粒的嵌入性好。5 化学稳定性好。耐磨、耐低温、耐酸、强碱、强氧化性及各种有机溶剂。6 维护修理方便。7 经济性好。结构简单，成本低，约为滚动导轨成本的120。（2） 塑料软带应用及贴塑工艺对数控机床来说，导轨副除具有普通机床导向精度和工艺性外，还应考虑具有良好的耐摩擦、耐磨损特性、并避免因摩擦阻力而产生死区，同时又有足够的刚度，以减小导轨副变形对加工精度的影响，更要有合理的导轨副防护和润滑。本改造实例的改造工艺采用导轨面经机械加工后贴一层聚四氟乙烯软带这一贴塑方案。 聚四氟乙烯导轨板阿性能成分： 聚四氟乙烯、青铜粉、其它填充料最大可承受压力：llMpa干摩擦系数：005有润滑时的摩擦系数：003 聚四氟乙烯导轨板的规格导轨板长度约4m，导轨板一般选用10、12ram厚度。导轨板太厚，导轨板自身容易产生变形影响运动精度，导轨板太薄则在精加工其表面时，容易穿透。本次应用10：mm软带进行工艺改造。 贴塑工艺塑料软带一般粘贴在短的动导轨上，不受导轨形式限制，其粘贴工艺包括：金属导轨面加工：软带切割成形及清洗；粘贴及加工。第四章 机床参数的设定与调试系统参数决定系统工作方式，系统要正常工作，必须正确设置系统参数。一般情况下，系统在出厂时，系统参数己设好；现场调试时，根据机床的具体情况，可修改系统参数。进入系统参数要输入口令，输入口令便可进入系统对各坐标轴电机运行方向、回机床零方向、脉冲迸给当量、加速过程、手动速度、机床零点返回参数、延时及间隙补偿等参数进行设置14引。在调试过程中，会涉及许多参数的设定，如PLC参数、坐标参数、回参考点参数、软限位反向间隙补偿参数、丝杠螺距误差补偿参数、主轴参数等，每一参数均应按手册说明及机床配置合理设置，方能进行调试。41系统常用技术参数设定数控系统的参数设置是非常重要的环节。数控系统是整个机床的控制者，调整好这些参数，将有利于机床的正常运行，DTM5T数控系统的参数可分为：NC参数、PLC参数以及功能部件参数(驱动器参数、变频器参数)。1、进给轴参数DTM5T数控系统出厂时的系统配置为铣床系统即坐标设定为第一轴为X轴，第二轴为Y轴，第三轴为Z轴，第四轴为主轴，加工工艺设定为铣削。DMT-5T交流伺服电机的动态特性如图所示，系统的一个独特功能是对进给轴(坐标轴)的动态特性进行优化。利用点动方式测试进给轴的动态特性，设定坐标的最高速度，并选择合适的加速度。2、主轴参数设置(1)如果采用交流电机加变频器驱动方式，或采用伺服电机驱动主轴方式，则该值为1；(2)如果主轴无编码器反馈，则以下参数为0；(3)下列主轴参数应设定；(4)计算监控频率：主轴转速3000转分=50转秒；50转秒1024脉冲转=51200脉冲秒，加权后填入的机床参数， ；(5)如果使用模拟量控制的主轴而且还有机械换档；(6)在上述参数调试完毕后，需要根据用户的需要设定数据保护级；3、PLC 参数设定DMT-5T 的 CNC 控制器由 NCK(Numerical Control Kemel，数控控制核心)、MPC(Machine Control Panel， 机床控制面板)和 PLC(ProgrammableLogical Controller，可编程逻辑控制器)组成 14 引。NCK 负责进给轴的进给量、进给速度的控制，以及进给轴联动时进给路径的插补计算；且对模拟主轴的转速进行控制。NCK 通过向驱动系统发送一定数量和频率的指令脉冲以及模拟量，来实现上述控制。MPC 则通过控制面板上的按键、开关、显示器、指示灯，来实现 CNC 同操作人员的交流。PLC 通过逻辑(PLC 用户)程序、参数(PLC 参数)以及 IO 接口来控制整个 CNC 的工作方式(手动、自动、编程方式)、加工的启动或停止以及实现机床辅助功能(冷却、润滑、刀架、卡盘)的管理。PLC 通过 NCK 传送 PLC 的参数(NCKPLC，只读)，来获知 NCK 的运行状况，并通过 PLC 传送 MCP 的参数(PLC-NCK，可读可写)，来控制 NCK 的运行；通过 PLC 传送给 MCP 的参数(PLCMCP，可读可写)，来把 NCK 的运行状况和结果显示 CNC 的操作者。同理，PLC 通过 MCP 传送给 PLC 的参数(MPCPLC，只读)，来获知 CNC 操作者的键盘指令；通过输出接口或 PLC-NCK 参数，来执行操作者的键盘指令，并且 PLCMCP 的参数，把键盘指令的运行状况和结果显示给 CNC 的操作者，就像CNC 的输入输出接口(IO 接口)，把 CNC 的外部现场设备(冷却、润滑、刀架、卡盘、限位开关、按扭等)与 CNC 紧密地联系在一起一样；PLC 参数把 NCK、MPC 同 PLC 紧密地联系在了一起，可以把这些参数看成 PLC 的“软 IO 接口” 。4、驱动器参数设定DMT-5T 使用交流伺服电机驱动系统，其驱动器 STEPDRIVE：C。驱动器可以驱动不同扭矩的交流伺服电机。在调试时需要按照所使用电机的扭矩设定驱动器的驱动电流。5、回参考点逻辑及间隙补偿(1)回参考点逻辑DMT-5T 系统很多功能都建立在参考点的基础上。自动方式和 MDA 方式只有在机床返回参考点后才能进行操作。反向间隙和丝杠螺距误差补偿也只有在返回参考点后才能生效。(2)回参考点模式参考点设置配置有两种模式即双开关模式和单开关模式。所谓双开关模式，就是在坐标轴上有减速开关，在丝杠上有一接近开关(丝杠每旋转一周产生一个脉冲)，减速开关信号输入至 PLC 模块，而接近开关产生的脉冲信号输入至控制系统的高速输入口0)，该方式可高速寻找减速开关，然后低速寻找接近开关，这样回参考点的速度快且精度高。而且接近开关还可用作脉冲监控。(3)设定坐标的软限位及反向间隙补偿在返回参考点功能调试完成，参考点位置之后，相应位置软限位；测试反向间隙，并进行反向间隙补偿；(4)旋转监控功能设置如果机床采用参考点配置 I，利用丝杠每转一圈接近开关产生的脉冲对交流伺服的输出脉冲进行监控，电机每转脉冲数的容差应考虑到接近开关两个沿的位置以及在最高进给速度时的跟随误差。该参数设定后，系统在下一次上电时将对系统内存进行重新分配，用户信息如零件程序，固定循环，刀具参数等将被清零。6、机电联调机床的定位精度是测量机床各坐标轴在数控系统的控制下所能达到的位置精度。根据实测的定位精度数值，可以判断这台机床以后自动加工所能达到的加工精度。定位精度决定与数控系统和机械传动的误差，所以应对机床进行间隙补偿两的调整，使机床调到最佳状态。(1)软、硬限位参数设定为了保证数控机床的运行安全，每个直线轴的两端都要进行限位，数控机床的限位可分为硬限位和软限位两种。在伺服轴的正、负极限位置 1 装有限位开关或接近开关，这就是所谓的硬限位。硬限位是伺服轴运动超程的最后一道防护，越过硬限位后的很短距离就到达机械硬限位。伺服轴的软限位是以机床参考点为基准。(2)参数选择回参考点速度设定：寻找参考点，按三个阶段设计，以达到精确回参考点，如图 62 所示。其中：Vc 一寻找减速模块速；VM 一寻找同步脉冲(即 BERO 接近开关信)； VP-参考点定位速度。42 反向间隙补偿机械传动链在改变转向时，由于齿隙的存在，会引起进给电机的空走，而无工作台的实际移动，这种齿隙误差对于机床加工精度具有很大的影响，必须加以补偿。CNC 系统是在位控程序计算反馈位置增量的过程中加入齿隙补偿以求得实际反馈位置增量的，各坐标轴的反向间隙值被预先测定好，作为机床参数写入 CNC 系统中。每当检测坐标轴改变方向时，自动将齿隙补偿值加到由反馈元件检测到的反馈位置增量中，但如果齿隙太大，要分交流伺服行补偿，其原理如图所示。43丝杠螺距误差补偿螺距误差补偿一般选取机床参考点作为补偿的基准点，首先应计算补偿点数，输入CNC系统，因为CNC系统在补偿前必须得到各补偿点的反馈增量值修正(IFC，Incremental Feed Correction)，各补偿点的补偿值一般采用激光干涉仪测量得到。通过螺距补偿，定位误差大幅度减小。螺距误差补偿是按轴进行的，并且只有在返回参考点后生效。螺距误差补偿的点数和丝杠的长度、补偿间距等有关系。IFC=(数控指令命令值实际命令值) 伺服分辨率K(LE Ls)L+I (6-2)式中：LE丝杠补偿段终点；Ls一丝杠补偿段起点；AL一采样长度(相邻两个补偿点的长度)。当丝杠的长度一定时，补偿间距越小，则点数越多，定位精度越高。但补偿点数越多时占用的用户存储器空间越大，从而使得用户程序等存储空间相应减少。螺距误差补偿的基本步骤如下：1、计算补偿点数，定置间距；2、测量各点的补偿值，测量5次取平均值；3、采用CNC系统生成补偿文件；4、补偿文件传入PC计算机；5、在PC 机上编辑并输入补偿值；6、将补偿文件再传入CNC系统中；7、激活丝杠螺距误差补偿功能。4.4调试内容调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静，随时记录，以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度，防止人身、设备事故发生。调试现场必须清理干净，无多余物品；各运动坐标拖板处于全行程中心位置；先空载后加载；能模拟试验的，先模拟后实际操作；先手动后自动。441调试步骤根据说明书把要修改的参数进行修改，首先是手动调试，在系统中给出相应的进给量，如：001mm，把百分表放在要测的位置，如果要测Y 轴，则把磁力表座吸在导轨面上，把表头触在中拖板上即可；如要测X轴，把表头触在刀架上即可。然后自动，编一个小小的程序，让X 轴、Y轴自动工作，包括正向和反向，还有刀架的运转。如图所示。再对系统中的每一项进行调试，如：手动、自动、参数的修改、程序的编辑和输出等各项。最后是工件试切，看是否能达到所要求的精度。注意：要对外圆、直线和孔的试切，一般孔的试切的正确是否与主轴编码器的安装是否正确直接相关联。442常见的故障及解决方法调试中常见的故障及解决方法：例如：在调试时我曾遇见产生伺服报警就可能有以下各种原因：(1)镶条松动，造成某个方向过紧。(2)导轨润滑不好造成摩擦力过大。(3)滚动丝杠换向器有问题，导轨丝杠卡住。(4)伺服系统增益过大，造成电动机启动，停止时冲击过大。(5)伺服电机抱闸没打开。(6)切削量过大。(7)刀具损坏。(8)防护罩卡住。每一项故障的产生原因都有多种因素。因此遇到问题不能惊慌。首先要确定故障发生时有无特殊的情况，如：是否有撞击声音产生；是否有电弧光现象；是否有特殊气味等。然后根据不同的现象解决不同的问题。再例如：加工出来的产品不合格，则首先检查刀具是否损坏，接着检查的就是主轴编码器的安装与主轴的转速是否同步等原因。电气方面：数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。(1)以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障；(2)以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障；(3)以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障；(4)以故障出现的或然性，分为系统故障和随机性故障；(5)以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。45本章小结本章重点讲述了数控机床的各项参数的设定，并通过这些参数说明机床的各种运动状态。同时，结合工作实际，详细讲述了数控铣床的调试过程以及发生故障的现象和原因。第五章 结论与展望51 结论经过两个月的课题研究，在充分调查与技术分析基础上，查阅了大量的资料，利用自己在机械、电气、数控技术等方面的理论与实践基础，借鉴机床数控化改造的经验，顺利完成了 X5032 立式升降台铣床的数控化改造工作，并取得了一定成果。1针对 X5032 铣床结构特点及使用多年，铣床精度、使用功能下降，零件质量无法保障等问题，提出机床数控化改造总体方案和主体思路：即提高机床自动化程度(数控化)问题：扩展机床功能问题：解决机床精度下降，质量无保障问题。2选配华兴 WA 一 21M 经济型数控系统，WD5LD01 混合式步进驱动电源和 110BYG5502 步进电机，完成 X5032 立式升降台铣床数控化改造，实现 x、Y、两坐标控制，两坐标联动的开环控制方式。机床步进精度 O005/0.005mm，重复定位精度为 O008mm，轴向定位精度 O015mm。3完成铣床纵向(x)、横向(Y)、进给机构的重新设计，拆除原丝杠、升降台中用于实现工作避给的齿轮传动机构，两轴方向均采用数控伺服驱动系统来驱动步进电机、减速齿轮、滚珠丝杠，进而驱动工作台运动，实