普通X52K铣床的数控化改造(西门子802S数控系统)

毕业设计说明书 课题名称 普通 床的数控化改造（西门子 802s 数控系统） 系 别 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电 0611 班 普通 门子 802 摘 要 普通机床的数控化再制造，是一项可以节约大量的资金的新技术。通过对旧机床的数控化再制造后，使机床性能 接近新的机床，提高了零件的加工精度，改善了工作环境，提高了劳动生产率，缩短了制造周期 . 数控机床设计是一项 由 多 个单 元组成的系统工程。 通过将 系统的 各个 单元结合成 另一个大的系统 ，使各 单元的功能不仅 能够 相互叠加，而且 可以使各单元 相互辅助、相互促进与提高， 从而 使整体的功能大于各单元功能的简单之和。 本文主要介绍 机床数控化改造、数控系数控系统、铣床数控化改造中数控系统的选择、控机床的机械结构、铣床的数控化改造电气系统的设计等方面讲述了数控铣床的改造。 关键词 ： 铣床； 数控改造 ； 调试 52K 02S he is is is by to to to to to be in so on 目录 摘要 ( 1 ) 引言 ( 4 ) 第一章 数控机床的概述 （ 5 ） 床数控化改造总体方案 （ 5 ） 数控系统的选择（ 6 ） 数控机床的基本组成结构和主要功能 （ 6 ） 控系统的介绍 （ 6 ） 第二章 铣床机械结构的改造（ 8 ） 数控机床机械结构设计特点（ 8 ） 础部件（ 8 ） 传动系统（ 8 ） 给系统（ 8 ） 珠丝杆的选择（ 9 ） 架系统（ 9 ） 控附件（ 10 ） 控机床的外观造型 （ 10 ） 第三章 电气系统的改造设计 （ 10 ） 床的特点（ 10 ） 控制系统的改造（ 10 ） 驱动系统改造设计 （ 11 ） 802S 内部硬件和软件 （ 11 ） 电气系统改造中的 分（ 12 ） 控机床 类（ 12 ） 数控机床中的控制功能（ 13 ） 机床之间的信息交换（ 14 ） 输入输出（ 14 ） 轴变频器电气控制（ 16 ） 轴及其控制 （ 17 ） 轴（ 17 ） 轴的控制方式（ 18 ） 气系统中的进给部分 （ 18 ） 控机床对伺服驱动系统的要求 （ 18 ） 伺服电机的要求 （ 19 ） 第四章 改造后的调试 （ 20 ） 结 论 （ 22 ） 参考文献（ 23 ） 致 谢 （ 24 ） 附 件一 互联图 （ 24 ） （ 25 ） 引言 数控机床是装备了数控系统的机床，既包括 床，也包括 床。数字控制机床（ ，简称 床。数控系统是一种控制系统，它能控制机床的运动和加工过程。计算机数控机床（ ，简称 床，是利用具有专门存储程序输 入到数控装置，再由数控装置控制主运动的变数、起停、进给运动的方向、速度和位移大小，以及诸如刀具的选择、交换、工件夹紧、松开和冷却的起、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格按数控程序的要求进行。 通过这次毕业设计，可以达到以下目的： 提高本人综合素质和创新能力； 提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力 ； 论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。 第一章 数控机床的概述 床数控化改造总体方案 普通机床的数控化改造主要内容有以下几点： 其一是恢复原始功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； 其二是 ，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成 床， 床； 其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对械部分重新装配加工，回复原来的精度；对其不满足生产要求的 统进行更新； 其四是技术更新会技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺，新技术，在原有的基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度的提高水平和档次的更新改造。 控系统的选择 数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。 1） 步进电机拖动的开环系统 ： 该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执 行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。 2） 异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统 ： 该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到 给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。 3） 交 /直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统 ： 半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机 作成一个整体时则无需考虑位置检 测装置的安装问题。 目前，市场上可供选择的数控系统类型很多，可依据价格合理、技术先进、服务方便的原则选择。在经济能力许可的情况下，尽量选用名牌产品。再来数控系统，零件筛选严格，制造工艺规范可靠、对出现因电器元件故障或提前失效引起的设备故障有极好的预防作用。其次应注重数控系统的功能选择，不应单纯追求数控系统的高性能指标，这对于实现较高的性能价格比非常重要。数控系统所具有的功能要与准备改造的数控机床所能达到的功能相匹配，尽量减少过剩的数控功能。因为数控系统功能过剩，一方面浪费资金，另一方面还可产生由于数控系统复 杂程序增加而带来的故障率升高的隐患。 当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国 司、日本 司；国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。本次课题主要研究的就是将普通的铣床改造成 控铣床！ 控机床的基本组成结构和主要功能 数控机床有输入介质、人机交互设备、计算机数控装置、进给伺服驱动系统，主轴伺服驱动系统、辅助装置、可 编程控制器（ 、反馈装置和适应控制装置等部分组成。 1） 控制介质：即在人与数控机床之间建立某种关系的媒介，常见的有磁带、磁盘等。 2） 人机交互设备：即操作面板。该部分主要包括键盘和显示器。 3） 计算机控制装置（ :由运算器、控制器（运算器和控制器构成 存储器、输入接口、输出接口等。 4） 进给伺服驱动系统：该系统由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。其作用主要是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工 作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的工件。进给伺服驱动系统的控制数控机床工作台或移动刀架的位置控制系统，它是一种直线运动。 5） 主轴驱动系统：现代数控机床对主轴的要求较高，需要有较高的转速，并且可以实现无极调速的功能。机床主轴的运动是旋转运动。这要求主传动电机能够输出较大的功率。同时数控机场的主驱动系统能在主轴的正反方向都可以实现转动和加减速。 6） 辅助控制装置：包括刀库的转位换刀，液压泵，冷却泵等控制接口电路。在这些电路中包括了换向阀电磁铁和接触器等电气元件，通过可编程控制器进行控 制，使得以上的功能都可以简单的实现。 7） 可编程控制器：它把计算机送来的辅助控制指令转换成强电信号，用来控制数控机床的顺序动 作，定时计数、主轴电机的启动、停止、转速的调整等动作。 控系统的介绍 02S 是一种典型的经济型 制系统。 该控制系统具有以下 1） 度集成于一体的数控单元，操作面板，机床操作面板和输入输出单元 。 2） 统与机床匹配更快速、更容易 。 3） 证了生产的快速进行，优化了机床的使用 802S 系统标准配置包具备了所有的必要组成单元 : 操作面板 , 机床控制面板 , 输入 /输出单元及系统软件 . 操作编程极其简便、免维护、性能价格比高，是专门为低端 床市场而开发的经济型 制系统。在中国的销售非常成功。 802S 具有 和 802C 同样的显示器，操作面板，数控功能， 程方法等，所不同的只是02S 带有步进驱动系统，控制步进电机，可带 3 个步进驱动轴及一个 +/- 10V 模拟伺服主轴； 而 02C 带有伺服驱动系统 ,它采用传统的模拟伺 服 +/- 10V 接口 ,最多可带 3 个伺服驱动轴及一个伺服主轴。最新推出的 802e , 更是将 入输出点 （ 48 个 24V 的直流输入和 16 个 24V 的直流输出，输出同时工作系数为 负载能力可达 控制接口等所有部件集成在面板背后，一体化的设计使得使用维护更为方便。因此 802S 和 802C 系统非常适合于普通机床、数显机床的数控化改造以及低档数控机床的数控配套和改造。我们曾经应用的场合有数控车床、数控镗铣床、数控磨床、枪钻机床、专机等。 02S 制软件已经存储在数控部分的 存 )上， 调整所用的软件工具 )包含在标准的供货范围内。系统不再需要电池，免维护设计。采用电容防止掉电引起的数据丢失。程序的变化和新程序软件存储。系统软件面向车床和铣床应用，并可单独安装。在每一个工具盒中都包含有车床和铣床的 序示例，以便用户能很快地调试完毕。 第二章 铣床机械结构的改造 控机床机械结构设计特点 数控机床虽然也有普通机床所具有的床身和立柱、导轨、工作台、刀架等部件。但为了与控制系统的高精度、 高速度控制相匹配，对机床主机部分的结构设计还提出了高精度、高刚度、低惯量、低摩擦、无间隙、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。由于机械结构形式是体现其性能的具体手段，是实现性能的核心因素 (当然结构也受材料和工艺的影响 )，因此，数控机床的关键部件在结构设计中也有了重大变化 。 础部件 数控机床的基础件主要包括床身、立柱、工作台等支承件，它们的基本功能是支承承载和保持各执行器官的相对位置。数控机床集粗精加工于一体，既要能够承受粗加工时大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能够保证精加工时的高精度。因此， 对基础件的结构设计在强度、刚度、抗振性、热变形和内应力等都提出了很高的要求。现行生产的数控机床采用的主要措施有：铸件采用全封闭截面，合理布置内部隔板和肋条，含砂造型或填充混凝土等材料，导轨面加宽， 传动系统 主传动系统实现各种刀具和工件所需的切削功率，且在尽可能大的转速范围内保证恒功率输出，同时为使数控机床能获得最佳的切削速度，主传动须在较宽的范围内实现无级变速。现行数控机床采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。 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： 采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚动导轨； 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； 通过消隙装置消除齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙； 对滚动导轨和丝杠预加载荷，预拉伸。 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。 架系统 拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。 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： 对刀仪， 自动编程机， 自动排屑器， 物料储运及上下料装置， 自动冷却、润滑及各种新型配套件如导轨防护罩等。 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。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 床特点 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。 制系统的改造 电气部分：安装微型机数控系统。它包括： 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。 动系统改造设计 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 （ 3 图 (3 1） 、脉冲信号的产生。 脉冲信号一般由单片机或 生，一般脉冲信号的占空比为 右，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 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。 02S 内部硬件和软件 1） 该系统的 工业 486， 使用了 西门子 200 的 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） 能可支持 于加工复杂模具 4） 硬件接口丰富，自诊断功能完善 5） 最大 I/O 为： 64/64 气改造中的 分 在机械制造业中， 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 为开关量的控制。 控机床 类 数控机床所使用的 以分为两个大类：一类是“内装型” 另外一类是“独立型”的 1）内装型 图 (4图 (4内装型 （ 3所示为内装型 统框图。“内装型” 属于 置， 置之间的信号传送在内部即了可以实现。 机床则通过 入、输出接口电路实现信号传送。这样内装型 硬件电路可以单独设计在及自己的电路板内，也可以与 置的某一块电路板共用一块电板。内装型 成功应用，扩大了 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 性能价格比。 2） 独立型 如图（ 3 图（ 3立型 谓独立型 际上就是一个通用兴 完全独立于 置，具有完备的硬件和软件 ,独立完成 统所需要的控制任务，如图所示的的独立型的 床的连接框图。从图中可以看到，独立型 但要与机床侧的 I/O 连接，还要进行与 置侧的 I/O 连接。所以，独立型 价较高，性能价格比不如内装型 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 后由 到 制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入 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 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： 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 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 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。 机床之间的信息交换 在信息交换中，分为 间的信息交换和 机床之间的信息交换。 1） 间的信息交换分两个方向进行：一个方向是 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 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） 与机床之间的信息交换也分为两个方向进行：一个方向是 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 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。 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，作为数控装置 方便连接及提高可靠性。 输入接线端子板提供 多可接 20路 电器板集成八个单刀单投继电器和两个双刀投继电器，最多可接 16路 中 8路 个单刀单投继电器，剩下的 8路 用来控制其他电器，两个双刀双投 继电器可由外部单独控制。 3 4 5 6 7 8 9 100 1 2 3 45 6 78 0 2 S D I / D 1 67654321010987654321 图（ 3 输入单元 I/20052 1098765431图（ 3 输出单元 轴变频器电气控制 数控 铣 床的主轴如果采用齿轮变速，难以进行精密恒定线速度控制，且需要按时定期维修离合器。直流型主轴虽然可以无级调速，但必须维护换向器，其最高转速亦受到限制。数控 铣 床 的主轴若采用变频器控制即可消除这些限制，可对普通电动机直接变速传动，因此可以去掉离合器，实现主轴的无级调速。 主轴变频器的基本选型 上， 目前较为简单的一类变频器是 V/F 控制 (简称标量控制 )，它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节，常见的有线性 V/F 控制 (用于恒转矩 )和平方 V/F 控制 (用于风机水泵变转矩 )。所谓矢量控制，最通俗的讲，为使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能，通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位，用以维持电机内部的磁通为设定值，产生所需要 的转矩。矢量控制相对于标量控制而言，其优点有 :(1)控制特性非常优良，可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美 ;(2)能适应要求高速响应的场合 ;(3)调速范围大 ;(4)可进行转矩控制。当然相对于标量控制而言，矢量控制的结构复杂、计算烦琐，而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数。 图（ 3 轴及其控制 轴 主轴是生产主切削运动的动力源，主轴 不仅要在高速旋转的情况下承载切削时传递的主轴电动机的动力，而且还要保持非常高的精度。主轴是数控机床中最关键的部件之一，主轴的结构上分为机械主轴和电主轴。机械主轴由刀具的转卡机构、轴承、主轴冷却系统以及配套的主轴电机、测量部件及驱动装置等构成。电主轴的特点是主轴电机被集成到主轴的机械部件中，构成一个整体结构的主轴系统。 在设计机床时，需要根据机床切削的指标定义机床的技术指标其中主轴的输出功率和主轴的调速范围为关键的技术指标。因此在数控机床设计的阶段，必须明确主轴的输出功率和调速范围等技术指标，否则，用户在切削 时可能会出现由于主轴输出功率不够造成的主轴“闷车”而不能完成用户加工程序中要求的切削用量。 主轴在低速加工时，需要满足低速状态下可以产生足够的转矩，而且保证主轴的调速范围。 主轴在高速加工时，主轴的旋转部件要做到动平衡，否则在高速旋转运动中会产生振动，影响加工 质量。 轴的控制方式 数控系统的伺服主轴有三中控制方式，它们是速度控制方式、位置控制方式和摆动控制方式。这三中控制方式的用途不同，并可以通过不同的控制指令进行切换。 在速度控制方式下，主轴电机用于产生机床切削的主运动。激活主轴速度 方式的变成指令有主轴正转 轴反转 主轴停止 轴的转速有变成指令 S 确定，如 示主轴 1000r/速度控制方式下，主轴可通过零件程序控制，也可以用手动控制。主轴的手动控制与进给轴的手动控制的实现方式基本相同。主轴正转键或反转键后，主轴减速、停止；另一种方式是按一下主轴正转键或主轴反转键后随即松开，主轴启动运转，直到按下主轴停止键后主轴减速、停止。 主轴的位置控制方式用于主轴分度、刚性攻螺纹、自动换刀时的主轴定位等。激活主轴位置控制方式 的编程指令是 摆动控制方式用于主轴换挡。主轴换挡时，主轴电机可进入自动摆动状态，变速箱中的齿轮在摆动过程中啮合容易。激活主轴摆动方式的编程指令由辅助功能 应于主轴的第一档到第五档）或者辅 助功能 S，数控系统根据机床参数中定义的每档最高速度和最低速度自动确定主轴档位。 电气系统改造中的进给部分 进给驱动用的伺服电动机主要可以分为 6 种：包括 。而在这写电机种，我们主要以实用交流调速电动机为主。 伺服驱动系统是 置和机床的联系环节， 置发出的控制信息，通过伺服驱动系统，转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。 他主要作用有两点： 有输出功率的能力； 置发出的控制信息对机床的移动部件的位置和速度进行控制。 控机床对伺服驱动系统的要求 数控机床的性能在很大程度上取决其四幅驱动系统的性能，对伺服驱动系统的主要要求如下： 1） 进给调速范围要宽 即最高转速和最低转速比； 2） 位置精度要高 要求具有很高的调速精度和很强是抗干扰能力，即要求工作稳定性要好。 3）响应速度要快 为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。 （ 4）低速、大转矩 根据机床的加工特点，经常在低速下进行重切削，即在低速下进给驱动系统必须有大的转矩输出。 伺服电机的要求 进给伺服驱动系统对执行元件 伺服电机也有很高的要求：高精度、快反应、宽调速和大 转矩。具体要求是： 1） 电机从最低速到最高速都能平滑的运转，转矩波动小。 2） 有较大、较长时间的过载能力，来满足低速大转矩的要求。 3） 满足快速响应的要求，即随着控制信号的变化，电动机能在短时间内完成必须的动作。 4） 电动机应能承受频繁的启动、制动和反转。 12344B C D C D 114B C D C D 11111B C D C D E+43驱动器控制的伺服电机 第四章 改造后的调试 数控机床的调试，包括电源的检查、数控系统的电参数的确认和设定、机床几 何精度调整等，检查与调试工作关系到数控机床能否正常投入使用。 1） 电源的检查 （ 1）输入电源电压，频率及相序的确认。 检查电源输入电压是否与机床设定相匹配，频率转换开关是否置于相应的位置。检查确认变压器的容量是否满足控制单元和伺服系统的电能消耗。检查电源电压波动范围是否在数控系统允许的范围内。日本的数控系统一般允许在电压额定值的 10% 范围内波动。而欧美的一些数控系统要求较高一些在 5% 以内。否则要外加交流稳压器。对于采用晶闸管控制元件的速度控制单元和主轴控制单元的供电电源，一定要检查相序。在相序不正确情 况下，接通电源，可能使速度控制单元的输入熔断丝烧断，这是由于误导通，造成的大电流引起的。相序检查方法有两种：一种用相序表测量，当相序接法正确时（即与表上的端子标记的相序相同时），相序表按顺时针方向旋转。另一种方法可用示波器测量二相之间的波形，两相看一下，确定各相序。 （ 2）确认直流电源单元电压输出端对地是否短路，各种数控系统内部都有直流稳压电源单元，为系统提供 5V， 15V ， 24V 等直流电压。因此，在系统通电前，应检查这些电源的负载，是否对地有短路现象。可用万能表来确认。 （ 3）检查各印刷电路板上的电压 是否正常，接通电源之后，首先应该检查数控拒内各风扇是否旋转，确认电源是否接通。各种直流电压是否在允许的范围内波动，一般来说，对 +5V 电源的电压要求较高，波动范围在 5% 范围内，因为它是供给逻辑电路的。 24V 的电源是否在 10% 允许的波动范围之内，超出范围要进行进行调整，否则会影响系统的稳定性。 2） 参数的设定确认 （ 1）短接棒的设定，数控系统内的印刷电路板上有许多短路捧来短路的设定点，这项设定已由机床制造厂完成设定，用户只需确认与记录一下。但对于单个购入的数控装置，用户则必须根据需要，自行设定。因为数 控装置出厂时，是按标准方式设定的，不一定适合于具体用户要求。设定确认的内容随数控系统而定，一般有以下三方面。确认控制部分印刷线路板上的设定。主要确认主板， ，联接单元，附加轴控制板以及旋转变压器或感应同步器控制板上的设定。这些设定与机床返回基准点的方法，速度反馈的检测元件，检测增调节及分度精度调节等有关。确认速度控制单元印刷电路板上的设定。在直流速度控制单元和交流速度控制单元上都有许多的设定点，用于选择检测元件的种类，回路增益以及 各种报警等。确认主轴控制单元印刷电路板上的设定。无论是直流还是交流主轴控 制单元上，均有一些用以选择主轴电动机电流极限和主轴转数的设定点。但数字式交流主轴控制单元上已用数字设定代替短路棒的设定上，故只能在通电时才能进行设定与确认。 （ 2）确认数控系统中各种参数的设定，设定系统参数（包括 数）的目的，就是当数控装置与机床相连接时，能使机床具有最佳的工作性能。即使是同一种数控系统，其参数设定也随机而异。随机附带的参数表是机床的重要技术资料，应妥善保管，不得遗失，否则将给机床的维修和恢复性能带来困难。显示参数的方法，随各类数控机床而异，大多数厂家产品可通过 元上的参数 键来显示已存人系统存储器的参数。显示的参数内容应与机床安装调试完成后的参数表一致。如果所用的进给和主轴控制是数字式的，那么它的参数设定也是用数字设定参数，而不用短路捧。此时，须根据随机所带的说明书，一一予以确认。 3） 机床通电试车 在通电试车前要对机床进行全面润滑。给润滑油箱、润滑点灌注规定的油液或油脂，为液压油箱加足规定标号的液压油，需要压缩空气的要接通气压源。调整机床的水平，粗调机床的主要几何精度。如果是大中型设备，要在初就位和已经完成组装的基础上，重新调整主要运动部件与机床主轴的相对位置。比如机械 手、刀具库与主机换刀位置的校正， 架与工作台交换位置的找正等。通电试车按照先局部分别供电试验，然后再作全面供电试验的顺序进行。接通电源后首先查看有无故障报警。检查散热风扇是否旋转。各润滑油窗是否来油，液压泵电动机转动方向是否正确，液压系统是否达到规定压力指标，冷却装置是否正常等。在通电试车过程中要随时准备按压急停按钮，以避免发生意外情况时造成设备损坏。先用手动方式分别操纵各轴及部件连续运行。通过 示，判断机床部件移动方向和移动距离是否正确。使机床移动部件达到行程限位极限，验证超程限位装置 是否灵敏有效，数控系统在超程时是否发出报警。机床基准点是运行数控加工程序的基本参照，要注意检查重复回基准点的位置是否完全一致。在上述检查过程中如果遇到问题，要查明异常情况的原因并加以排除。当设备运行达到正常要求时，用水泥灌注主机和各部件的地脚螺栓孔，待水泥养护期满后再进行机床几何精度的精调和试运行。 4） 机床精度和功能的测试 在已经固化的地基上用地脚螺栓和垫铁精调机床主床身的水平。找正水平后，移动床身上的各运动部件（立柱，溜板和工作台等），观察各坐标全行程内机床水平的变化情况，并相应的调整机床几何精度， 使之在允许范围之内。使用的检测工具有精密水平仪，标准方尺，平尺，平行光管等。在调整时， 主要以调整垫铁为主，必要时，可稍微改变导轨上的镶条和预紧滚轮等。一般说来，只要机床质量稳定，通过上述调整可将机床调整到出厂的精度。仔细检查数控系统和 置中参数设定值是否符合随机资料中规定数据，然后试验各主要操作动作，安全措施，常用指令执行情况等。例如，各种运行方式（手动，点动， 动方式等）。检查辅助功能及附件的正常工作，例如机床的照明灯，冷却防护罩和各种护板是否完整；向冷却液箱中加满冷却液，试验喷管是否能正常喷 出冷却液；在用冷却防护罩的情况下冷却液是否外漏；排屑器能否正常工作；机床主轴的恒温油箱能否起作用等。 5） 试运行 数控机床安装完毕后，要求整机在带一定负载条件下，经过一段较长的时间的自动运行，较全面检查机床功能及工作可靠性。运行时间尚无统一规定，一般采用每天运行 8h 连续运行 2或 24h 连续运行 1。这个过程称作考机。试运行中采用的程序叫做考机程序，可以直接采用机床厂调试时用的考机程序或自行编制一个程序。考机程序应包括：主要数控系统的功能使用，主轴的最高，最低及常用的转速，快速和常用的进给速度，工 作台面的自动交换，主机 M 指令的使用等。在试运行时间内，除操作失误引起的故障以外，不允许机床有故障出现，否则表明机床安装调试存在问题。对于机电一体化设计的小型机床，它的整体刚性很好，对地基没有什么要求，而且机床到安装地之后，也不必再去组装或进行任何的连接，一般说来，只要接通电源，调整好床身的水平后，就可以投人便用。