免费毕业论文--经济型数控卧式铣床电气控制系统

补偿；13、急停等功能。
三、元件的选用
如果机床使用变频器作为主轴驱动单元，在设计电柜时应考虑采取必要的抗干扰的措施。变频器是很强的干扰源（主要是电源干扰和无线干扰）。如果可能，变频器可安装在独立的电柜内。当变频器和CNC必须安装在同一电柜内时，应按下列要求进行电柜布局：
变频器的电源进线和动力出线在电柜内的长度应尽可能短；
变频器的电源线和动力线应单独布线；
CNC的模拟量控制信号应屏蔽，屏蔽应在变频器端接地；

2.4 铣床的主要改造部位说明
在主电动机端面加一电磁离合器，以便用指令控制主轴停转：把工作台的纵横向进给运动改造成用步进电动机来控制。垂直进给运动仍采用机动和手动方式。下面主要介绍横向进给系统的改造和数控系统的硬件设计。 1 横向进给系统设计    在横向进给系统的改造中，拆掉了原机床的丝杠螺母机构，更换上用步进电动机和一对齿轮驱动的滚珠丝杠螺母副。工作台重量的估算纵向工作台约重100kg，床鞍和回转盘约重200kg，总重量G=100+200=300kg。切削力计算切削功率为 Nc=NhK (1) 式中：N——主电动机功率，7.5kW h——主传动系统总效率，一般为0. 6～0. 7，取0.6 K——进给系统功率系数，取0.96     根据式(1)可得：Nc=4.32kW。又因为Nc=FzV/6120，则Fz=6120Nc/V，V为切削线速度，取100mm/min，所以主切削力Fz=2.59kN。通常：纵向切削分力F纵=(0.6～0.9)Fz，垂直切削分力F垂=(0.45～0.7)Fz，横向切削分力F横=(0.5～0.55)Fz。取F纵=0.6Fz=1.55kN，F垂=0.45Fz=1.165kN，F横=0.5Fz=1.295kN。滚珠丝杠设计    工作台横向进给丝杠的轴向力 F轴=KF横+f'(F垂+W) (2) 式中：K——考虑颠覆力矩影响的实验系数，K=1.1 F横——横向切削分力f'——导轨上的摩擦系数，f'=0.15 W——工作台、床鞍和回转盘重力，W≈10G=3kN 根据式(2)可得：F轴=2.049kN
强度计算
滚珠丝杠的转速：n=Vf/p，其中，进给速度Vf=60mm/min，滚珠丝杠的螺距p=6mm，则得：n=Vf/p=10r/min。取寿命时间T=15000h，则寿命值L1=60nT/106=9。取运转系数fw=1.2，硬度系数fH=1.1，则最大负载Q=(L)&frac13;1fwfHF轴=5.625kN。根据经验，选取滚珠丝杠的型号ND3506-1×2/E左，即内循环，双螺母垫片调隙式、公称直径为35mm、螺距为6mm、一圈二列、E级精度、左旋、滚珠直径为3.969mm。其额定动负荷为12.847kN>Q，其强度够用。效率计算     由于所选滚珠丝杠的螺旋升角a=3°7'，摩擦角f=10'，则滚珠丝杠的传动效率h=tga/tg(a+f)=tg3°7'/tg(3°7'+10')=0.95。纵向进给系统的设计与横向进给系统的设计类似，计算从略。2 步进电动机的选用横向步进电动机的选取确定步距角取系统的脉冲当量dp=0.01mm/脉冲，选用步距角qb=0.75° 启动力矩的计算丝杠牵引力 Fs=F横+1.414f当W (3) 式中f当——当量摩擦系数，f当=0.01 代入式(3)得 Fs=1.337kN设步进电动机等效负载力矩为M，负载力为F负，根据能量守恒原理，电动机所作的功与负载所作的功相等，即Mfh=F负L，则 M=F负L/hf (4)
又F负=Fs+µ(W+F1)，数控装置发出一个脉冲后，工作台的位移量L为一个脉冲当量0.001cm，这时电动机转过的角度f=2pqb/360°，代入式(4)得 M=F负L/hf=360°dp[Fs+µ(G+F1)]/2pqbh=167N·cm式中：µ——机床导轨摩擦系数，取µ=0.18 F1——与重力方向一致，作用在移动部件上的负载力，F1=F垂=1.165kN    如果不考虑启动时的运动部件惯性的影响，则启动力矩Mq=M/0.3～0.5，取安全系数为0.3，Mq=556N·cm。对于工作方式为四相八拍的步进电动机，Mmax=Mq/0.707=786N·cm。步进电动机的最高频率    取横向进给速度最大为Vmax=1m/min，则步进电动机的最高频率为fmax=1000Vmax/(60×dp)=1667Hz。根据以上数据和经验，选用110BFG型步进电动机较合适，该电动机步距角为0.75°/1.5°，最大静转距为800N·cm，最高空载启动频率为1800Hz。齿轮设计(横向)   据步距角qb、滚珠丝杠螺距p、脉冲当量dp，则在步进电动机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮的传动比为：I=Z1/Z2=dp×360°/(qb·p)=0.8，选Z1=48，Z2=60，根据经验，齿轮模数取1.5mm。3 数控系统硬件设计   所用数控系统是SINUMERIC802D数控系统是西门子公司推出的一款经济型数控系，主要由主控制系统和显示系统两部分组成。主控制系统用于控制键盘的输入和输出，工作台在X、Y方向上的超程，侧门关闭，查询，X和Y向步进电动机的相位及主轴正反转等。显示系统用于控制H716501液晶显示器。这两部分都采用了新型的单片机 GMS90C32作中央处理器，它可以与MCS-51系列单片机兼容，具有快速脉冲编程算法，采用了CMOS技术，最高工作频率可达40MHz(本设计采用18MHz)，有良好的性能价格比。

第三章步进电动机及其控制系统
3.1、概述
开环位置伺服系统亦叫步进式伺服系统，其驱动元件为步进电动机。功率步进电动机盛行于20世纪70年代，且控制系统的结构最简单，控制最容易，维修最方便，控制为全数字化（即数字化的输入指令脉冲对应着数字化的位置输出），这完全符合数字化控制技术的要求，数控系统与步进电动机的驱动控制电路结为一体。
随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其他硬件电路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的可靠性。而步进电动机的耗能太多，速度也不高。目前的步进电动机在脉冲当量为1um时，最高移动速度仅有2mm/min，并且功率越大，移动速度越低，故主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造中。
此系统与闭环系统相比，他没位置反馈回路和速度反馈回路，因而不需使用位置、速度测量装置以及复杂的控制调节回路，不仅降低了成本，而且与机床配接容易、控制使用方便。图为采用功率步进电动机的开环系统示意图

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