数控的安装和调试

数控安装与调试一.工作台的组成零件二.工作台的选型与计算工作台的组成零件驱动电机电机支承联轴器前端轴承前端轴承座滚珠丝杠后端轴承后端轴承座导轨工作台滚珠螺母工作台的分类工作台是数控机床的重要部件，为了提高数控机床的生产效率，扩大其工艺范围，对于数控机床的进给运动除了沿坐标轴XYZ三个方向的直线进给运动之外，还需要有分度运动和圆周进给运动分度工作台分度工作台的结构形式种类很多，从台面的定位形式角度出发，可将其分为三大类：1.端齿盘式分度定位工作台2.定位销式分度工作台1.端齿盘式分度定位工作台特点：端齿盘齿轮具有高的分度精度，能传递大扭矩。优点：能进行高精度的结合分度，能正确进行自动对中，啮合时不需要再找正中心，直线齿向对于选择磨削砂轮的外径自由度大，最后具有互换性，耐磨性好，经济效率高。缺点：制造困难且不能进行任意角度的分度分度转位动作过程：1.工作台的抬起2.回转分度3.工作台下降定位加紧分度转位动作过程：1.当机床需要分度时，数控装置就会发出分度指令，由电磁铁控制液压阀，使压力油经管道至分度工作台中央的夹紧液压缸的下腔，推动活塞上移，经推力球轴承使工作台抬起，上端面齿盘和下端面齿盘脱离啮合，与此同时，工作台向上移动的过程中，带动内齿圈向上移并与齿轮啮合。2.工作台向上抬起时，推杠2在弹簧的作用下向上移动，使推杠1右移，松开微动开关D的触头，控制电磁阀使压力油经管道进入分度液压缸的左腔内，推动齿条活塞右移，与它相啮合的齿轮逆时针转动。3.当工作台转到预定位置，挡块压动推杠使开关E被压下，控制电磁铁使夹紧液压缸上腔通入压力油，活塞下移，工作台下降2.定位销式分度工作台这种工作台的定位元件由定位销和定位套孔组成，图6-15所示为自动换刀卧式数控铣镗床的定位销式分度工作台的结构。分度工作台面1的两侧有长方形工作台,在不单独使用分度工作台时，它们可以作为整体工作台使用。在分度工作台1的下方又八个均布的圆柱定位销7，在转台座19上有一个定位套6和一个供定位销移动的环形槽。其中只有一个定位销7进入定位套中，其它7个定位销都在环形槽中。定位销之间间隔45°，工作台只能作二、四、八等分的分度运动。精度要求：定位销式分度工作台的定位精度取决于定位销和定位孔的精度，有时为了调头镗孔，对最常用的相差180度同轴线孔的定位精度要求高些，而对其它角度定位精度要求可低些。定位销和定位套的制造和装配精度要求都很高，硬度的要求也很高，且耐磨性要好。动作过程：1.当机床需要分度时，数控装置就会发出分度指令，使六个均布于固定工作台圆周上的夹紧液压缸8上腔中的压力油流回油箱，活塞10被弹簧11顶起，分度工作台处于放松状态.2.中央液压缸15由管道16进油，使活塞14上升，通过止推螺钉13，止推轴套4，把止推轴承18向上抬起，顶在转台座19上，分度工作台1用四个螺钉与转台轴2相连，而转台轴2用六角螺钉3固定在轴套4上，轴套4上移，通过转台轴使工作台抬高。3.工作台抬高之后发出信号使液压马达驱动减速齿轮，带动固定在工作台下面的大齿轮9转动，进行分度运动.回转工作台数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样；它的功用是使工作台进行圆周进给，以完成切削工作，也可使工作台进行分度。图1-1为自动换刀数控镗床的回转工作台，数控回转工作台的外形和分度工作台很相似，但由于要实现圆周进给运动，所以其内部结构具有数控进给驱动机构的许多特点，区别在于数控机床的进给驱动机构实现的是直线运动，而数控回转工作台实现的是旋转运动。数控回转工作台分为开环和闭环两种。1—蜗杆2—蜗轮3、4—夹紧瓦5—小液压缸6—活塞7—弹簧8—钢球9—支座10—光栅11、12—轴承开环数控回转工作台开环数控回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用功率步进电机驱动。图6-16各部件名1-偏心环2、6-齿轮3-电动机4-蜗杆5-垫圈7-调整环8、10-微动开关9.11-挡快12、13-轴承14-液压缸15-蜗轮16-柱塞17-钢球18、19-夹紧瓦20-弹簧21-底座22-圆锥滚子轴承23-调整套步进电机3的输出轴的运动由齿轮2和六传递给蜗杠，蜗杠4的两端装有滚针轴承，左端为自由端，可以伸缩，右端有两个角接触球轴承，承受蜗杠的轴向力，蜗轮15下部的内外两面装有夹紧瓦18和19，数控回转工作台的底座21上的固定支座24内均部6个液压缸14，液压缸上腔进压力油时，柱塞16向下移动，通过钢球17推动夹紧瓦将蜗轮夹紧，从而将工作台夹紧，实现精确定位。闭环数控回转工作台闭环数控回转台的结构和开环数控回转台大致相同，其区别在于闭环数控回转台有转动角度的测址元件(圆光栅或圆感应同步器）测址结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度精度更高。图2-2所使为闭环数控回转工作台的结构1-工作台2-镶钢滚柱导轨3、4-夹紧瓦5-液压缸6-活塞7-弹簧8-钢球9-光栅10、11-轴承12-蜗杆13-蜗轮14、16-齿轮15-电机图2-2闭环数控回转工作台工作台的选型与计算模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行组件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。由于工作台的精度将直接影响到零件的加工精度，因此工作台的选型与计算至关重要。下面举例说明任务：设计一种供应式数控铣床使用的X-Y数控工作台，主要参数如下：1、立铣刀最大直径的d=20mm；2、立铣刀齿数Z=3;3、最大铣削宽度=20mm;4、最大背吃刀量=10mm;5、加工材料为碳素钢活有色金属。6、X、Y方向的脉冲当量=0.005mm;7、X、Z方向的定位精度均为mm;8、工作台尺寸1320X320mm，加工范围为680X330㎜;9、工作台空载进给最快移动速度：==2300mm/min;10、工作台进给最快移动速度:==700mm/min；机械传动部件的选择(1)丝杠螺母副的选用①伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足正负0.20mm的定位精度，滑动丝杠副不能达到要求，因此选用滚珠丝杆副，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。②轴向间隙的调整和预紧方式：选用垫片调隙式，这种方法结构简单、刚性好、装卸方便，适用于一般精度的机构③滚珠丝杠的安装：采用一端固定，一端游动的方式，因其压杆稳定性和临界转速较高。2)导轨副的选用要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结5构紧，安装预紧方便好且精度保持性等优点。选滚珠导轨，适合用于导轨上运动部件重量小于200kg的机床，摩擦阻力小，制造容易，成本较低。3)伺服电动机的选用任务书规定的定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此3000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比控制系统的设计1）设计的X-Z工作台准备用在数控车床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。导轨上移动部件的重量估算X向拖板(上拖板)重量为:重量:按重量=体积*材料比重估算体积=长x宽x高=2200X320X40=2200X320X40X10X7.8=2196N材料选用铸铁，其密度为7.8X10kg/cm。Y向拖板(下拖板)重量估算为:工作台的重量为；W=1320X320X30XN=988N按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算，包括夹具、工件、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为300N；所以，其总重量为：2196+748+988+300=4200N块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：•其中，移动部件重量Ｇ＝4200N，外加载荷，代入式，得最大工作载荷=747+4200/4=1797N=1.8KNmaxGFF4•查表根据工作载荷=1.8kN，工作台面尺寸为，加工范围为等数值，并考虑一定的余量；查表初选直线滚动导轨副的型号为KL系列，其中X向导轨为JSA-LG35型，长度2200mm，其额定动载荷，额定静载荷；Y向导轨为JSA-LG20型，长度为760mm；其额定动载荷，额定静载荷.距离额定寿命L的计算上述所取的KL系列导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过C，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。JSA-LG20系列所允许的静载荷值比JSA-LG35型更小，所以此处只需对JSA-LG20系列进行验算即可。•精度系数，载荷系数，代入下式，得距离寿命分别取硬度系数f=1.0，温度系数f=1.00，接触系数f=0.81，精度系数f=0.9，载荷系数f=1.5，得距离寿命：kmFCfffffLaWRCTH247150)(3max远大于期望值50Km，故距离额定寿命满足要求。滚珠丝杠螺母副的计算与选型1.最大工作载荷Fm的计算:如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=2162N,受到横向载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=419N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=747N.已知移动部件总重量G=4200N，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：=[1.12162+0.005(747+491+4200)]N2405N2.最大动工作载荷FQ的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=700mm/min，初选丝杠导程,则此时丝杠转速。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入,得丝杠寿命系数L0=126（单位为：106r）。查表，取载荷系数,滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=1.0，求得最大动载荷：NFffLFmHWQ14408303初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择CM系列3205-5型滚珠丝杠副，为外循环插管埋入式反向器双螺母预紧式，其公称直径为32mm，导程为5mm，循环滚珠为系列，精度等级取5级，额定动载荷为17998N，大于，满足要求。4传动效率η的计算将公称直径,导程,代入，得丝杠螺旋升角。将摩擦角，代入,得传动效率。mmd320)/(arctan0dPh)tan(/tan'512o'10%95mmPh55、刚度的验算1、X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距约为a=2000mm；钢的弹性模量;查表得滚珠直径Dw=3.175mm，丝杠底径d2=28.2mm,丝杠截面积S=/4=624.6m。忽略式中的第二项，算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量.MPaE5101.222dmmESaFm0367.0)/(10(/)3WZdD2、根据公式，求得单圈滚珠数Z=29；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数列数:2X2.5X2，代入公式ZX圈数X列数，得滚珠总数量=290。丝杠预紧时，取轴向预紧力/3=800N。则由式求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量为=0.003mm；因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可以减少一半，取=0.0015mm。YJmFF23