數(shù)控化機(jī)床的工作原理以及其設(shè)計方案

1、<p>　　數(shù)控化機(jī)床的工作原理以及其設(shè)計方案</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1．1 選題目的及意義</p><p>　　機(jī)床是裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，是實現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石。數(shù)控機(jī)床是一種高效率、高精度，能保證加工質(zhì)量，解決工藝難題，而且又有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備。自五十年代末世界上第一臺數(shù)

2、控機(jī)床在美國研制成功的半個多世紀(jì)以來，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，他們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，正處在黃金時代，由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個永恒的課題。在國內(nèi)，機(jī)床的數(shù)控化改造是發(fā)展我國數(shù)控設(shè)備的一個重要方面?！秶鴦?wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》的發(fā)布和實施，是提高我國國際競爭力，實現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，

3、把發(fā)展數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)及功能部件作為振興裝備制造業(yè)重大突破的16個關(guān)鍵領(lǐng)域之一，對我國機(jī)床工具行業(yè)的發(fā)展，具有重要的指導(dǎo)意義。</p><p>　　車床是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床，它能夠加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋等。普通車床由于造價低廉在我國運用十分廣泛，但是因為其進(jìn)給軸不能聯(lián)動，切削次序需要人工控制，致其效率低下并且無法加工復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件。對普通車床的數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改成用微

4、機(jī)控制的并能獨立運動的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；將手動刀架換成能自動換刀的電動刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。</p><p>　　改造后的車床針對性高，專業(yè)性強，可以加工出普通車床加工不了的曲線、曲面等復(fù)雜零件。加工精度高，尺寸分散度小，易于裝配?？梢詫崿F(xiàn)多工序集中加工，提高了相關(guān)加工精度，同時減少被加工零件在機(jī)床間的頻繁搬運。擁有自動補償?shù)裙δ?，簡化了傳統(tǒng)機(jī)床加工工藝中的工序，機(jī)床利

5、用率大幅度提高。由于采用自動化加工技術(shù)，可大大降低操作者的勞動強度，減少廢品的產(chǎn)生，提高工作效率。另外其改造成本同購置新機(jī)床相比，節(jié)省的費用十分可觀，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床價格也要4～8萬元，進(jìn)口機(jī)床有的近20萬元，而對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造也能滿足實際生產(chǎn)要求，其改造費用僅2～3萬元，非常符合我國國情。</p><p>　　1．2 數(shù)控機(jī)床概述</p><p>　　1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成和工作原

6、理</p><p><b>　　1）數(shù)控機(jī)床的組成</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床一般有控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床本體組成，這幾部分表示開環(huán)系統(tǒng)，為了提高加工精度，再加入測量裝置，有機(jī)床本體反饋給數(shù)控裝置的過程，構(gòu)成了閉環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　2）數(shù)控機(jī)床的工作原理</p><p>　　用數(shù)控加工零件

7、時，首先應(yīng)將加工零件的幾何信息.和工藝信息編制成加工程序，由輸入部分送入數(shù)控裝置，經(jīng)過數(shù)控裝置的處理、運算，按各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大進(jìn)行伺服電動機(jī)的驅(qū)動，帶動各軸運動，并進(jìn)行反饋控制，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條不紊地工作，從而加工出零件的全部輪廓。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的加工，是把刀具與工件的運動坐標(biāo)分割成一些最小的單位量，即最小位移量

8、，由數(shù)控系統(tǒng)按照零件程序的要求，使坐標(biāo)移動若干個最小位移量，從而實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成對零件的加工。</p><p>　　當(dāng)走刀軌跡為直線或圓弧，數(shù)控裝置則在線段的起點和終點坐標(biāo)值之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點的密化”，求出一系列中間點的坐標(biāo)值，然后按中間的坐標(biāo)值，向各坐標(biāo)輸出脈沖數(shù)，保證加工出需要的直線或圓弧輪廓。</p><p>　　數(shù)控裝置進(jìn)行的這種“數(shù)據(jù)點的密化”稱為插補，一般數(shù)控裝置都

9、具有對基本函數(shù)進(jìn)行插補的功能。</p><p>　　對任意曲面零件的加工，必須使刀具運動的軌跡與該曲面完全吻合，才能加工出所需要的零件。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床具有很好的柔性，當(dāng)加工對象變化時，只需要重新編制加工程序即可，原來的程序可存儲備用，不必像組合機(jī)床那樣需要針對新加工零件重新設(shè)計機(jī)床，致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時間過長。</p><p>　　1.2.2數(shù)控機(jī)床的特點

10、</p><p>　?。?）加工對象改型的適應(yīng)性強；</p><p><b>　?。?）加工精度高；</b></p><p><b>　?。?）生產(chǎn)效率高；</b></p><p>　?。?）自動化程度高；</p><p>　?。?）良好的經(jīng)濟(jì)效益；</p>&

11、lt;p>　　（6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。</p><p>　　1.2.3數(shù)控機(jī)床的分類</p><p>　　目前數(shù)控機(jī)床已發(fā)展成為品種齊全、規(guī)格繁多的大系統(tǒng)，可以從不同的角度進(jìn)行分類。</p><p><b>　　1）按運動方式分類</b></p><p><b>　?。?）點位控制系統(tǒng)</b&

12、gt;</p><p>　　點位控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機(jī)床工作臺，從一點準(zhǔn)確地移動到另一點，而點與點之間運動的軌跡不需要嚴(yán)格控制，為了減少移動部件的運動與定位時間，一般先以快速移動到終點附近位置，然后以低速準(zhǔn)確移動到終點定位位置，以保證良好的定位精度。移動過程中，刀具不進(jìn)行切割。使用這類控制系統(tǒng)主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機(jī)等。</p><p>　?。?）點位

13、直線控制系統(tǒng)</p><p>　　點位直線控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)不僅控制刀具或者工作臺從一個點準(zhǔn)確地移動到另一個點，而且保證在兩點之間的運動軌跡是一條直線。移動部件在移動過程中進(jìn)行切削。應(yīng)用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控車床、數(shù)控鉆床和數(shù)控銑床等。</p><p><b>　?。?）輪廓控制系統(tǒng)</b></p><p>　　輪廓控制系統(tǒng)也稱連續(xù)控制系統(tǒng)，它

14、是指數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標(biāo)軸同時進(jìn)行嚴(yán)格連續(xù)控制。它不僅能控制移動部件從一個點準(zhǔn)確地移動到另一個點，而且還能控制整個加工過程每一點的速度與位移量，將零件加工成一定的輪廓形狀。應(yīng)用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床和加工中心等。</p><p><b>　　2）按控制方式分類</b></p><p><b>　　（1）開環(huán)控制系統(tǒng)

15、</b></p><p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)。它是根據(jù)穿孔帶上的數(shù)據(jù)指令，經(jīng)過控制運算發(fā)出脈沖信號，輸送到伺服驅(qū)動裝置，使伺服驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，然后經(jīng)過減速齒輪和絲杠螺母機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。</p><p>　　由于開環(huán)控制系統(tǒng)不具有反饋裝置，不能進(jìn)行誤差校正，因此系統(tǒng)精度較低。雖然開環(huán)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、使用維修方便及成本

16、低的優(yōu)點，但是它已不能滿足數(shù)控機(jī)床日益提高的精度要求。</p><p>　?。?）半閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角，簡介檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)將移動部

17、件的傳動絲杠螺母機(jī)構(gòu)不包括在閉環(huán)之內(nèi)，所以傳動絲杠螺母機(jī)構(gòu)的誤差仍然會影響移動部件的位移精度。</p><p>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)試方便，穩(wěn)定性好，目前應(yīng)用比較廣泛。</p><p><b>　?。?）閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動部件位置上直接裝有直線位置檢測裝置，將檢測到的實際位移反饋到數(shù)控裝置的比較器

18、中，與輸入的原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值控制移動部件作補充位移，直到差值消除時才停止移動，達(dá)到精確定位的控制系統(tǒng)。</p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)定位精度高，一般應(yīng)用在高精度數(shù)控機(jī)床上。由于系統(tǒng)增加了檢測、比較和反饋裝置，所以結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)試維修比較困難。</p><p>　　3）按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類</p><p>　　按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平，通常把

19、數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高三個檔次。低、中、高三個檔次界限是相對的，不同時期，劃分標(biāo)準(zhǔn)也不同。就目前的發(fā)展水平來看，可以控制系統(tǒng)的功能與指標(biāo)來劃分。其中，高檔一般稱為全功能數(shù)控或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控屬于低檔數(shù)控，是指由單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)，或其他功能簡單、價格低的數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控主要用于車床、線切割機(jī)床以及舊車床改造等。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的分類 表1-1</p><p&

20、gt;<b>　　2 設(shè)計方案</b></p><p>　　2. 1 設(shè)計任務(wù)與總體方案的確定</p><p><b>　　2.1.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　將普通車床與FANUC 0i數(shù)控試驗臺成功對接及車床的伺服電機(jī)的安裝連接，改造成高質(zhì)量的數(shù)控車床。</p><p><b&

21、gt;　　主要工作內(nèi)容：</b></p><p>　?。?）熟悉FANUCpowermate0系統(tǒng)的硬件原理。</p><p>　?。?）設(shè)計伺服電機(jī)安裝基板圖。</p><p>　?。?）設(shè)計機(jī)床控制面板箱。</p><p>　?。?）修改系統(tǒng)部分參數(shù)及梯形圖。</p><p>　　（5）進(jìn)行車床調(diào)試及評

22、價。</p><p>　　2.1.2總體方案的確定</p><p>　　前期工作：原FANUCpowermate0數(shù)控控制臺已調(diào)試。</p><p>　　具備條件：標(biāo)準(zhǔn)控制面板已購置，固高運動控制器一套。</p><p>　　對車床的電機(jī)安裝基板進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，利用繪圖軟件畫出其工程圖，并加工安裝。將FANUCpowermate0控制實驗臺與車

23、床進(jìn)行對接，并對其參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，PMC梯形圖程序的修改，設(shè)計出機(jī)床控制面板箱的機(jī)械加工圖。</p><p>　　3 機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計</p><p>　　3．1 主傳動系統(tǒng)的改造</p><p>　　普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造時，為了減少工作量一般保留原有的主傳動機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)。改造后使其主運動和進(jìn)給運動分離，主電機(jī)的作用僅為帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停

24、止由數(shù)控系統(tǒng)來控制。</p><p>　　3.1.1 伺服電機(jī)安裝板的設(shè)計</p><p>　　根據(jù)電機(jī)型號和X軸、Z軸的滾動絲杠的位置，實際測量得出相應(yīng)的安裝基板尺寸。X軸的電機(jī)安裝基板如下圖所示：</p><p>　　X軸電機(jī)安裝基板三視圖 圖3-1</p><p>　　Z軸電機(jī)安裝基板圖如下圖所示：</p><p&g

25、t;　　Z軸電機(jī)安裝基板主視圖 圖3-2</p><p>　　3.1.2 安裝基板固定螺釘?shù)倪x擇</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計師手冊》中冊內(nèi)六角圓柱頭螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 70.1-2000）得出在車床床身上加工螺紋規(guī)格為M12的螺紋孔.</p><p>　　內(nèi)六角圓柱頭螺紋標(biāo)準(zhǔn) 表3-1</p><p>　　標(biāo)注1光滑頭部，2滾花頭部&

26、lt;/p><p>　　3.2電機(jī)與絲杠的聯(lián)接</p><p>　　在滿足機(jī)床要求的條件下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實際情況來定。一般對于小型車床如 C6116型，由于空間尺寸有限，特別是X軸，電機(jī)與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來傳動；對于大型車床如C6150,床身長5米的車床，由于 絲杠較長，直徑較大，除了要考慮傳動力的題

27、目，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的題目，往往電機(jī)都要通過幾級減速來傳動。無論是采用齒輪還是同步帶論 來傳動，其傳動間隙的消除是比較關(guān)鍵的。齒輪傳動中常用的方法有錯齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。</p><p>　　3.2.1齒形帶帶輪的選擇</p><p>　　1)同步齒形帶傳動的特點</p><p>　　同步齒形帶

28、傳動是一種綜合了皮帶傳動、齒輪傳動、鏈條傳動三者傳動優(yōu)點的新型傳動方式．可在相當(dāng)廣泛的范圍內(nèi)代替三角帶傳動、平皮帶動、鏈傳動和齒輪傳動．其突出的優(yōu)點是</p><p>　　(1)帶與輪嚴(yán)格同步，傳動比準(zhǔn)確，反向間隙?。?lt;/p><p>　　(2)傳動效率高，可達(dá)98%～99.5%；</p><p>　　(3)不用潤滑，傳動平穩(wěn)，噪音?。?；</p>&l

29、t;p>　　(4) 可長中心距同步準(zhǔn)確傳動</p><p>　　2)同步齒輪形帶帶輪傳動的應(yīng)用</p><p>　　由于同步齒形帶傳動具有上述優(yōu)點，所以自問世以來發(fā)展迅速，國內(nèi)外同步齒形帶傳動的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛．已成為機(jī)床、汽車、飛機(jī)、紡織、輕工、冶金、電子、化工、商業(yè)機(jī)械、辦公機(jī)械、煙草機(jī)械等行業(yè)的重要傳動部件．隨著數(shù)控技術(shù)及自動化技術(shù)的發(fā)展，對傳動精度的要求也在不斷地提高，因此同步

30、齒形帶傳動的應(yīng)用將會更加廣泛．</p><p>　　3)同步齒形帶傳動一帶輪國家標(biāo)準(zhǔn)GB11361-89</p><p>　　我國于1989年參照ISO5294-1979頒布實施了同步齒形帶傳動一帶輪國家標(biāo)準(zhǔn)GB11361-89．該標(biāo)準(zhǔn)中對帶輪的齒形和節(jié)距的主要規(guī)定是：(1)齒形可為漸開線齒形也可為梯形齒齒形兩種，推薦優(yōu)先選用漸開線齒形，(2)節(jié)距為周節(jié)制，周節(jié)制節(jié)距是以英制節(jié)距為準(zhǔn)，將英

31、制換算成為國際單位制的，共有MXL，XXL，XL，L，H，XH，XXH七種型號，其節(jié)距分別為2.032，3.157，5.080，9.525，12.700，22.225，31.750．</p><p>　　同步帶輪及同步帶的示例圖如下圖：</p><p>　　同步齒形帶 圖3-3</p><p>　　3)同步齒形齒輪的齒形及尺寸選擇</p><p&

32、gt;　　同步輪齒形型號 表3-2</p><p>　　選擇型號為T5的T型齒同步齒輪。</p><p>　　4)齒形帶輪齒面寬度尺寸的選擇</p><p>　　齒形帶輪齒面寬度 表3-3</p><p>　　選擇T5AT5，同步帶寬度為16mm，雙面擋邊帶輪寬度為18mm。</p><p><b>　　齒形

33、帶輪圖如下圖：</b></p><p>　　齒形帶輪主視圖 圖3-4</p><p>　　3.2.2同步齒形帶的選擇</p><p>　　同步齒形帶是以鋼絲為強力層，外面覆聚氨酯或橡膠，帶的工作面制成齒形。帶輪輪面也制成相應(yīng)的齒形，靠帶齒與輪齒嚙合實現(xiàn)傳動。由于帶與輪無相對滑動，能保持兩輪的圓周速度同步，故稱為同步齒形帶傳動。</p>&l

34、t;p>　　1)齒形同步帶的分類：</p><p>　　分為單面齒同步帶和雙面齒同步帶兩種類型。前者主要用于單軸傳動，后者為多軸或反向傳動，系從1980年以來世界新出現(xiàn)的又一種高效傳動帶。齒形同步帶根據(jù)齒的形狀又分為梯形和圓弧形兩種，以圓弧形齒的同步帶所承受的扭矩為最大。從所用材料上，齒形同步帶可區(qū)分為橡膠型和聚氨酯型兩大類，而前者又有普通橡膠(通常為氯丁橡膠)和特種橡膠(多為飽和丁腈橡膠)之分。它們的結(jié)構(gòu)

35、是由鋼簾線或玻璃纖維組成的強力層和以橡膠及尼龍布形成的外包橡膠層或聚氨酯膠層構(gòu)成</p><p>　　2)同步齒形帶傳動如下特點：</p><p>　　(1).平均傳動比準(zhǔn)確；</p><p>　　(2).帶的初拉力較小，軸和軸承上所受的載荷較??；</p><p>　　(3).由于帶薄而輕，強力層強度高，故帶速可達(dá)40m/s,傳動比可達(dá)10，

36、結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率可達(dá)200kW，因而應(yīng)用日益廣泛；</p><p>　　(4).效率較高，約為0.98。</p><p>　　(5).帶及帶輪價格較高，對制造安裝要求高。</p><p>　　同步齒形帶常用于要求傳動比準(zhǔn)確的中小功率傳動中，其傳動能力取決于帶的強度。帶的模數(shù) m 及寬度 b 越大，則能傳遞的圓周力也越大。</p><p>　

37、　齒形帶的型號 表3-4</p><p>　　根據(jù)齒形帶輪的齒形寬度確定計算出齒形帶寬度為16mm。</p><p><b>　　同步齒形帶如下圖：</b></p><p>　　同步齒形帶 圖 3-5</p><p>　　4 車床與數(shù)控系統(tǒng)的對接與調(diào)試</p><p>　　FANUC數(shù)控系統(tǒng)是最暢

38、銷的機(jī)床控制系統(tǒng)之一。目前,在國內(nèi)使用的FANUC數(shù)控系統(tǒng)主要有0系統(tǒng)和0i系統(tǒng)。</p><p>　　4.1系統(tǒng)與機(jī)床的連接</p><p>　　0i系統(tǒng)的連接圖如下圖,0系統(tǒng)和其它系統(tǒng)與此類似。圖中,系統(tǒng)輸入電壓為DC24V±10%,約7A。伺服和主軸電動機(jī)為AC200V(不是220V)輸入。這兩個電源的通電及斷電順序是有要求的,不滿足要求會出現(xiàn)報警或損壞驅(qū)動放大器。原則是要

39、保證通電和斷電都在CNC的控制之下。</p><p>　　0i系統(tǒng)連接圖 圖4-1</p><p>　　其它系統(tǒng)如0系統(tǒng),系統(tǒng)電源和伺服電源均為AC200V輸入。伺服的連接分A型和B型,由伺服放大器上的一個短接棒控制。A型連接是將位置反饋線接到CNC系統(tǒng);B型連接是將其接到伺服放大器。0i和近期開發(fā)的系統(tǒng)用B型。0系統(tǒng)大多數(shù)用A型。兩種接法不能任意使用,與伺服軟件有關(guān)。連接時最后的放大器的

40、JX1B需插上FANUC提供的短接插頭,如果遺忘會出現(xiàn)#401報警。另外,若選用一個伺服放大器控制兩個電動機(jī),應(yīng)將大電動機(jī)電樞接在M端子上,小電動機(jī)接在L端子上,否則電動機(jī)運行時會聽到不正常的嗡嗡聲。</p><p>　　FANUC系統(tǒng)的伺服控制可任意使用半閉環(huán)或全閉環(huán),只需設(shè)定閉環(huán)型式的參數(shù)和改變接線,非常簡單。</p><p>　　主軸電動機(jī)的控制有兩種接口:模擬(0~10VDC)和數(shù)

41、值(串行傳送)輸出。模擬口需用其它公司的變頻器及電動機(jī)。</p><p>　　用FANUC主軸電動機(jī)時,主軸上的位置編碼器(一般是1024條線)信號應(yīng)接到主軸電動機(jī)的驅(qū)動器上(JY4口)。驅(qū)動器上的JY2是速度反饋接口,兩者不能接錯。</p><p>　　目前使用的I/O硬件有兩種:內(nèi)裝I/O印刷板和外部I/O模塊。I/O板經(jīng)系統(tǒng)總線與CPU交換信息;I/O模塊用I/O LINK電纜與系統(tǒng)

42、連接,數(shù)據(jù)傳送方式采用串行格式,所以可遠(yuǎn)程連接。編梯形圖時這兩者的地址區(qū)是不同的。而且,I/O模塊使用前需首先設(shè)定地址范圍。</p><p>　　為了使機(jī)床運行可靠,應(yīng)注意強電和弱電信號線的走線、屏蔽及系統(tǒng)和機(jī)床的接地。電平4·5V以下的信號線必須屏蔽,屏蔽線要接地。連接說明書中把地線分成信號地、機(jī)殼地和大地,請遵照執(zhí)行連接。另外,FANUC系統(tǒng)、伺服和主軸控制單元及電動機(jī)的外殼都要求接大地。為了防止電

43、網(wǎng)干擾,交流的輸入端必須接浪涌吸收器(線間和對地)。如果不處理這些問題,機(jī)床工作時會出現(xiàn)#910、#930報警或是不明原因的誤動作。</p><p><b>　　4.2調(diào)試</b></p><p><b>　　4.2.1接線</b></p><p>　　按照設(shè)計的機(jī)床電柜接線圖和系統(tǒng)“連接說明書(硬件)”中(書號:B_63

44、443C/01)繪出的接線圖仔細(xì)接線。連接圖如下：</p><p>　　0i系統(tǒng)接線圖 圖4-2</p><p><b>　　4.2.2通電</b></p><p>　　拔掉CNC系統(tǒng)和伺服(包括主軸)單元的保險,給機(jī)床通電。如無故障,裝上保險,給機(jī)床和系統(tǒng)通電。此時,系統(tǒng)會有#401等多種報警。這是因為系統(tǒng)尚未輸入?yún)?shù),伺服和主軸控制尚未初始

45、化。</p><p><b>　　4.2.3設(shè)定參數(shù)</b></p><p>　　(1)系統(tǒng)功能參數(shù)(即所謂的保密參數(shù))　這些參數(shù)是訂貨時用戶選擇的功能,系統(tǒng)出廠時FANUC已經(jīng)設(shè)好。0C和0i不必設(shè),但是,0D(0TD和0MD)系統(tǒng)須根據(jù)實際機(jī)床功能設(shè)定#932~#935的參數(shù)位。機(jī)床出廠時,必須將系統(tǒng)功能參數(shù)表交給機(jī)床用戶。</p><p>

46、;　　(2)進(jìn)給伺服初始化　將各進(jìn)給軸使用的電動機(jī)控制參數(shù)調(diào)入RAM區(qū),并根據(jù)絲杠螺距和電動機(jī)與絲杠間的變速比配置CMR和DMR。設(shè)參數(shù)SVS,使顯示器畫面顯示伺服設(shè)定屏(Servo Set)。0系統(tǒng)設(shè)參數(shù)#389/0位=0;0i系統(tǒng)設(shè)參數(shù)#3111/0位=1。然后在伺服設(shè)定屏上設(shè)下列各項:</p><p>　　·初始化位設(shè)0　此時,顯示器將顯示P/S 000報警,其意義是要求系統(tǒng)關(guān)機(jī),重新啟動。但不要

47、馬上關(guān)機(jī),因為其它參數(shù)尚未設(shè)入。應(yīng)返回設(shè)定屏繼續(xù)操作。</p><p>　　·指定電動機(jī)代碼(ID)　根據(jù)被設(shè)定軸實際使用的電動機(jī)型號在“伺服電動機(jī)參數(shù)說明書(B-65150)”中查出其代碼,設(shè)在該項內(nèi)。</p><p><b>　　·AMR設(shè)0。</b></p><p>　　·設(shè)定指令倍比CMR　CMR=命令當(dāng)量

48、/位置檢測當(dāng)量,通常為1。但該項要求設(shè)為其值的2倍,所以設(shè)為2。</p><p>　　·設(shè)定柔性變速比(N/M)　根據(jù)滾珠絲杠螺距和電動機(jī)與絲杠間的降速比設(shè)定該值。計算公式為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　計算中1個脈沖的當(dāng)量為1μm。式中的分子實際就考慮了電動機(jī)軸與絲杠間的速比。將該式約為真分?jǐn)?shù),其值即

49、為N和M。該式適用于經(jīng)常用的伺服半閉環(huán)接法,全閉環(huán)和使用分離型編碼器的半閉環(huán)另有算法。</p><p>　　·設(shè)定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向　111表示電動機(jī)正向轉(zhuǎn)動,-111為反向轉(zhuǎn)動。</p><p>　　·設(shè)定轉(zhuǎn)速反饋脈沖數(shù)　固定設(shè)為8129。</p><p>　　·設(shè)定位置反饋脈沖數(shù)　固定設(shè)為12500。</p><p&g

50、t;　　·設(shè)定參考計數(shù)器容量　機(jī)床回零點時要根據(jù)該值尋找編碼器的一轉(zhuǎn)信號以確定零點。該值等于電動機(jī)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時進(jìn)給軸的移動脈沖數(shù)。按上述方法對其它各軸進(jìn)行設(shè)定,設(shè)定完成后關(guān)閉系統(tǒng)并重新開機(jī),伺服初始化完成。</p><p>　　(3)設(shè)定伺服參數(shù)　0系統(tǒng)#500~#595的有關(guān)參數(shù);0i系統(tǒng)#1001~#1700的有關(guān)參數(shù)。這些是控制進(jìn)給運動的參數(shù),包括:位置增益、G00的速度、F的允許值、移動時允許的最大

51、跟隨誤差、停止時允許的最大誤差、加/減速時間常數(shù)等。參數(shù)設(shè)定不當(dāng),會產(chǎn)生#4X7報警。</p><p>　　(4)主軸電動機(jī)的初始化　設(shè)定初始化位和電動機(jī)的代碼。只有FANUC主軸電動機(jī)才進(jìn)行此項操作。</p><p>　　(5)設(shè)定主軸控制的參數(shù)　設(shè)定各換檔檔次的主軸最高轉(zhuǎn)速、換檔方法、主軸定向或定位的參數(shù)、模擬主軸的零漂補償參數(shù)等。</p><p>　　上述參數(shù)

52、設(shè)好后應(yīng)關(guān)機(jī),重新啟動。此時顯示器仍顯示#408或#750等報警,這是因為主軸控制尚未編制梯形圖。</p><p>　　(6)設(shè)定系統(tǒng)和機(jī)床的其它有關(guān)參數(shù)。（參數(shù)意義見“參數(shù)說明書”）。</p><p>　　(7)編梯形圖,調(diào)機(jī)　要想主軸電動機(jī)轉(zhuǎn)動,必須把控制指令送到主軸電動機(jī)的驅(qū)動器,*SSTP是這一指令的控制信號,因此在梯形圖中必須把它置1。</p><p>　

53、　不同的CNC系統(tǒng)使用不同型式的PMC,不同型式的PMC用不同的編程器。FANUC近期開發(fā)的PMC可以方便地用軟件轉(zhuǎn)換。可以用編輯卡在CNC系統(tǒng)上現(xiàn)場編制梯形圖,也可以把編程軟件裝入PC機(jī),編好后傳送給CNC。近期的系統(tǒng)中梯形圖是存儲在F_ROM中,因此編好的或傳送來的梯形圖應(yīng)寫入F_ROM,否則關(guān)機(jī)后梯形圖會丟失。編梯形圖最重要的注意點是一個信號的持續(xù)(有效)時間和各信號的時序(信號的互鎖)。在FANUC系統(tǒng)的連接說明書(功能)中對各

54、控制功能的信號都有詳細(xì)的時序圖。調(diào)機(jī)時或以后機(jī)床運行中如發(fā)現(xiàn)某一功能不執(zhí)行,應(yīng)首先檢查接線然后檢查梯形圖。</p><p>　　調(diào)機(jī)實際上是把CNC的I/O控制信號與機(jī)床強電柜的繼電器、開關(guān)、閥等輸入/輸出信號一一對應(yīng)起來,實現(xiàn)所需機(jī)床動作與功能。為方便調(diào)機(jī)和維修,CNC系統(tǒng)中提供了PMC信號的診斷屏幕。在該屏上可以看到各信號的當(dāng)前狀態(tài)。</p><p>　　綜上所述,調(diào)機(jī)有三個要素:接線

55、、編梯形圖和設(shè)置參數(shù)。調(diào)試中出現(xiàn)問題應(yīng)從這三方面著手處理,不要輕易懷疑系統(tǒng)。梯形圖調(diào)好后應(yīng)寫入ROM。0系統(tǒng)用的是EPROM,所以需要專用的寫入器;0i等其它系統(tǒng)用F_ROM,只需在系統(tǒng)上執(zhí)行寫入操作即可。</p><p>　　FANUC系統(tǒng)運行可靠,調(diào)試容易,因此在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　5 PMC梯形圖及程序修改</p><p>　　5.1順

56、序程序的概要</p><p>　　所謂順序程序是指對機(jī)床及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行邏輯控制的程序。在將程序轉(zhuǎn)換成某種格式后，CPU即可對其進(jìn)行譯碼和運算處理，并將結(jié)果存儲在RAM或ROM中。CPU高速讀出存儲在存儲器中的每條指令，通過算術(shù)運算來執(zhí)行程序。順序程序的編制由編制梯形圖開始，所謂梯形圖可理解為CPU中算術(shù)運算的執(zhí)行順序。用PMC中的指令來編制梯形圖。</p><p>　　上述的過程由PMC編

57、程軟件完成，PMC編程軟件的作用就是編制順序程序。</p><p>　　存放在存儲器中的順序程序，它的每條指令都可被CPU高速讀入并執(zhí)行。</p><p>　　CPU由RD X0.0指令讀入地址X0.0輸入信號的狀態(tài)，并寄存在運算寄存器。然后依據(jù)AND R10.1指令求得與地址R10.1內(nèi)部繼電器狀態(tài)的邏輯乘，并將結(jié)果寄存在運算寄存器中。</p><p>　　CPU

58、以高速執(zhí)行其后的指令，最后將算術(shù)運算的結(jié)果送到輸出電路的Y0.0地址中。</p><p>　　由PMC執(zhí)行順序程序 圖5-1</p><p><b>　　5.2分配接口</b></p><p>　　在確定了控制對象并計算出對應(yīng)的輸入/輸出信號的點數(shù)后，即可分配接口。分配接口要根據(jù)信號的類型，在輸入/輸出信號接口表中輸入相應(yīng)的信號名稱。</

59、p><p><b>　　5.3編制梯形圖</b></p><p>　　用梯形圖將分配接口過程中確定的控制動作表現(xiàn)出來。對于無法用繼電器符號表示的定時器、計數(shù)器等功能，用指定的功能指令符號來表示。在使用計算機(jī)或內(nèi)裝編程功能時，可以通過計算機(jī)或CRT/MDI上的鍵盤以梯形圖的形式編輯順序程序。</p><p>　　另外，輸入的順序程序也可以梯形圖的形式

60、有計算機(jī)輸出至打印機(jī)打印出來。</p><p>　　由于梯形圖的編輯和輸入可以同時進(jìn)行，因此不必事先準(zhǔn)備好梯形圖。但是為了縮短編制順序程序時占用設(shè)備的時間，提高順序程序的編制效率，建議事先準(zhǔn)備好梯形圖。因為梯形圖是用于維修操作的，因此，梯形圖必須易于理解。</p><p><b>　　5.4 編碼</b></p><p>　　編碼是將梯形圖所表

61、示的控制內(nèi)容轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的PMC指令。在使用計算機(jī)軟件或梯形圖編輯卡時，順序程序以簡單的梯形圖形式輸入，因此沒有必要編碼。只有在將順序程序穿孔輸出到紙帶輸入時才執(zhí)行編碼。</p><p>　　PMC梯形圖 圖5-2</p><p>　　5.5 輸入順序程序</p><p>　　可用下列方法輸入順序程序。</p><p>　　用CRT/MDI鍵盤

62、輸入</p><p>　　通過CRT/MDI上的按鍵，以梯形圖形式輸入順序程序。</p><p>　　用DPL/MDI鍵盤輸入</p><p>　　通過DPL/MDI上的按鍵，以助記符形式輸入順序程序。</p><p>　　5.6 輸入輸出信號一覽表</p><p>　　輸入輸出信號可以按組分類，也可以按符號排序。詳細(xì)

63、列表如下表所示：輸入輸出信號一覽表（按符號排序）表5-1</p><p>　　輸入輸出信號一覽表（按組分類）表5-2</p><p>　　5.7 調(diào)試順序程序</p><p>　　可用下列方法調(diào)試順序程序：</p><p><b>　　用仿真器調(diào)試</b></p><p>　　用一個仿真器（由燈和

64、開關(guān)組成）替代機(jī)床。用開關(guān)的開和閉表示機(jī)床的輸入信號狀態(tài)，用燈的點亮和熄滅表示輸出信號的狀態(tài)。</p><p><b>　　通過實際運行調(diào)試</b></p><p>　　在實際機(jī)床上調(diào)試，由于可能會發(fā)生意想不到的情況，因此在調(diào)試前應(yīng)做好防范措施。</p><p><b>　　總結(jié)和展望</b></p><

65、;p>　　通過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認(rèn)識了將來電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了很大的進(jìn)步。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是我作為一名學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對學(xué)校所學(xué)知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會的實際操作應(yīng)用鑄就了一個良好開端，畢業(yè)設(shè)計是我對所學(xué)知識理論的檢驗與總結(jié)，能夠培

66、養(yǎng)和提高設(shè)計者獨立分析和解決問題的能力；是我在校期間向?qū)W校所交的最后一份綜和性作業(yè)。</p><p>　　畢業(yè)的時間一天一天的臨近，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。在不斷的努力下我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的大概總結(jié)，但是真的面對畢業(yè)設(shè)計時發(fā)現(xiàn)自己的想法基本是錯誤的。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識

67、太理論化了，面對單獨的課題的時候感覺很茫然。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才知道自己要學(xué)習(xí)的東西還很多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。更加明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。</p><p>　　總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必

68、須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　緊張的三個多月的畢業(yè)設(shè)計馬上結(jié)束了，我最終按時完成了學(xué)校的任務(wù)。在設(shè)計過程中，承蒙我的導(dǎo)師徐老師全面悉心的指導(dǎo)，謹(jǐn)致衷心的感謝！</p><p>　　在

69、即將迎來論文答辯之際，首先要感謝我的指導(dǎo)老師徐老師。老師平日里工作都比較繁多，但還是能在做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，與大家共同開會討論，提出問題，解決問題，幫助大家梳理的思路。從查閱資料，設(shè)計方案的確定和修改，到定時檢查，論文寫作后期的排版等過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。從老師身上也學(xué)到了求真務(wù)實和不懈探索的精神，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、淵博的學(xué)識、敏捷開闊的思路和科學(xué)的工作方法，讓我受益匪淺，是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，這一切更加增強了我以后從事各類工作的能

70、力，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。</p><p>　　然后要感謝我的舍友們。這次畢業(yè)設(shè)計用到了很多專業(yè)知識，有的知識都忘記了，這時就和同學(xué)們一起討論，一起討教學(xué)習(xí)，因此，我遇到問題就和他們一起商量，共同解決問題，深化了對知識的理解，對我的設(shè)計也有很大的幫助，在此表示衷心的感謝！</p><p>　　最后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下機(jī)械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們

71、，正是因為有了你們的支持和鼓勵，此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。</p><p>　　由于能力有限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導(dǎo)意見。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 文懷興，夏田.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社，2011.</p><p>　　[2] 陳志平，章鴻.數(shù)

72、控機(jī)床機(jī)械裝調(diào)技術(shù).北京理工大學(xué)出版社，2011.</p><p>　　[3] 韓鴻鸞，孫翰英.數(shù)控編程.山東科學(xué)技術(shù)出版社，2005.</p><p>　　[4] 諸文俊，鐘發(fā)祥.機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計.西北大學(xué)出版社，2009.</p><p>　　[5] BEIJING-FANUC Power Mate0維修說明書.B-63445C/01.</p>

73、<p>　　[6] 王少懷.機(jī)械設(shè)計師手冊.電子工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[7] BEIJING-FANUC Power Mate0連接說明書.B-63443c/01.</p><p>　　[8] 陳嬋娟.數(shù)控車床設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社，2006. </p><p>　　[9] 羅永順.機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2007. <

74、;/p><p>　　[10] 天津大學(xué)主編．機(jī)床設(shè)計圖冊.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979</p><p>　　[11] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計實用手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，1999. </p><p>　　[12] 成大先.機(jī)械設(shè)計圖冊.化學(xué)工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[13] 現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊編委會編.現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊 .機(jī)械工業(yè)出