1、原 創 承 諾 書我承諾所呈交的畢業論文是本人在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果。若本論文及資料與以上承諾內容不符，本人愿意承擔一切責任。 畢業論文作者簽名：_ 年 月 日摘 要本文闡述了一種對舊數控銑床進行改造的設計與工程實踐的方法，該方法已經過實際應用的驗證，可以用于類似情況下對數控銑床的改造實踐。課題研究選擇銑床改裝領域中，舊數控銑床改裝這一少有問津的題目；對象是針對一臺數控系統基本報廢的、機械系統尚處于可用狀態的舊數控銑床；目的為將其改造成為一臺功能比較完善，操作簡單，使其精度、效率和自

2、動化程度得到較大提升，更好的適應新工藝、新技術使用；并進而探索出一條舊數控銑床改造的新路，使具有較高剩余價值的老舊設備重新發揮作用，為開辟銑床改造市場作一點技術儲備，爭取獲得良好的經濟效益和社會效益。本文對改造的做法做了詳細的說明。總體上不對機械系統作大的更改，只進行適當的調整、修復和維護，更換易損件；廢棄原有的老舊數控系統，依據改造要求選擇與購買新的主流數控系統取而代之；按照實際需要設置、調整、設計系統的應用軟件，使之符合生產實際；按照國家標準和生產任務需求進行性能測試；通過試生產進行驗收。研究過程中充分利用系統提供的技術手段，參考國內外的先進經驗，考慮用戶的實際情況，完成系統的選擇與連接，

3、進行參數設置，對用戶程序進行設計、修改與開發，整機的調試與驗收。文章中分層次對這些階段的工作內容一一加以分析，在舊數控銑床改造這個新領域找到了一條新路。經過試運行的驗證，這條路是切實可行的，能夠給有相似問題的企業一些新的啟發，也為市場提供一種新思路。關鍵詞：數控銑床 控制系統設計- i -xk714 cnc milling machine upgrading program designabstractthis article elaborated one kind carries on the transformation to the old numerical control milli

4、ng machine the design and the project practice method, this method passed through the practical application confirmation, may use in the similar situation to the numerical control milling machine transformation practice. the topic research choice milling machine re-equips in the domain, the old nume

5、rical control milling machine re-equips the topic which this asks about unusually; the object was aims at a numerical control system basic abandonment, the mechanical system still is at the available condition the old numerical control milling machine; the goal for transforms into it a function quit

6、e to be perfect, the operation is simple, causes its precision, the efficiency and the automaticity obtains promotes greatly, better adaptation new craft, new technical use; advances together explores the new road which an old numerical control milling machine transforms, enable to have the high sur

7、plus value obsolete equipment to play the role, for opens the milling machine to transform the market to make a technological strength, strives for obtains the good economic efficiency and the social efficiency. this article has given detailed showing to the transformation procedure.as a whole does

8、not make the big change to the mechanical system, only carries on the suitable adjustment, the repair and the maintenance, replacement vulnerable; abandons the original obsolete numerical control system, chooses based on the modification requirement and purchases the new mainstream numerical control

9、 system to displace; according to the actual need establishment, the adjustment, the design system application software, causes it to conform to the production reality; carries on the performance test according to the national standards and the production task demand; carries on the approval through

10、 the trial production. in the research process fully the technical method which provides using the system, refers to the domestic and foreign advanced experiences, considered the user the actual situation, completes the system the choice and the connection, carries on the parameter establishment, ca

11、rries on the design, the revision and the development to the user program, the complete machine debugging and the approval.in the article 11 analyzes in administrative levels to these stage work content, transformed this new domain in the old numerical control milling machine to find a new road.afte

12、r tries the confirmation which moves, this road is practical and feasible, can give has similar question enterprise some new inspirations, also provides one kind of new mentality for the market. key words：numerical control milling machine; control system design ；- iii -目 錄摘 要 iabstract ii1 緒 論 11.1

13、課題研究的背景. .11.1.1課題研究的意義.11.1.2數控技術的發展與現狀.11.2 國內外研究的現狀.21.2.1國內市場現狀.21.2.2數控化改造在國外的應用現狀.21.2.3當前數控技術的基本情況.21.3 本文的主要內容.31.3.1課題研究的目的與基本思想.31.3.2 課題研究的內容與基本特點.41.3.3 課題研究的步驟.42系統方案設計 62.1 改造對象的概況.62.1.1 機械結構問題分析.62.1.2 電氣控制系統.62.2改造方案設計.72.2.1 機械部分的處理方案.72.2.2電氣控制系統的處理方案.72.2.3電柜.82.3 cnc裝置的選型.82.3.1

14、 基本性能要求.82.3.2 主流cnc裝置性能比較與選型結論.102.4 驅動系統設計.132.4.1 主軸驅動單元.132.4.2 進給驅動單元.142.5 配電柜.152.5.1 電源單元.152.5.2 電柜結構設計.162.6 外設使用.162.6.1 手持單元.163 系統連接與調試 173.1 各子系統調試.173.1.1 通電檢查.173.1.2 各系統接線檢查.173.2 系統連接.173.2.1 控制系統連接.173.2.2 控制系統與機床連接調試.183.3 試運行.193.3.1 機械系統鎖定時的試運行.193.3.2 全系統空載試運行.194 整機測試 214.1 整

15、機性能測試標準.214.2 整機測試.214.2.1 狀態檢查. 214.2.2 功能試驗.224.2.3 精度檢驗.234.2.4 結論.255 總 結 26參考文獻 27致 謝 281 緒 論1.1 課題研究的背景對舊數控銑床進行改造，使其恢復原有的加工能力，提升其性能和技術水平，更好的適應新工藝、新技術的使用，進而探索出一條舊數控銑床改造的新路，具有重要意義。1.1.1課題研究的意義工業發達國家的軍、民機械工業，由于采用信息技術進行加工設備深入改造，最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統產業方面比發達國家約落后20年，每年都有大量機電產品進口1

16、。機床數控化還是推行fmc（柔性制造單元）、fms（柔性制造系統）以及cims（計算機集成制造系統）等企業信息化改造的基礎。數控技術已經成為制造業自動化的核心技術和基礎技術。此次課題選擇復雜程度中等且基本失去生產能力的數控銑床為改造對象，如果成功，其經驗和開發內容一方面可以直接用于其余較簡單的電火花、線切割等機床改造，另一方面也可作為加工中心等機床改造的基礎；可在較短時間內，以較低的費用，基本恢復和提高整體生產能力，提高單位的技術水平，并可借此培養、鍛煉技術人員，也為單位開辟一條新的社會服務之路。1.1.2數控技術的發展與現狀1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，它為人類進入信息社會奠定了基

17、礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。近半個世紀以來，數控系統經歷了兩個階段，六代的發展。數控（nc）階段3（19521970年）采用數字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數控系統，被稱為硬件連接數控（hard-wired nc），簡稱為數控（nc）。這個階段歷經了三代：第一代電子管；第二代晶體管；第三代小規模集成電路。計算機數控（cnc）階段（1970年現在）通用小型計算機移植過來作為數控系統的核心部件， 1974年微處理器被應用于數控系統稱為計算機數控。到了1990年，pc機（個人計算機或稱微機）可以滿足作為數控系統核心部件的要求。數控系統從

18、此進入了基于pc的階段。計算機數控階段也經歷了三代。第四代小型計算機；第五代微處理器和第六代基于pc（國外稱為pc-based）。1.2 國內外研究的現狀1.2.1國內市場現狀中國目前機床數控化率不到3,機床的年產量數控化率為6。中國機床役齡10年以上的占60以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20，fmc/fms等自動化生產線更屈指可數。可見大多數制造行業和企業的生產、加工裝備絕大數是傳統的機床，而且半數以上是役齡在10年以上的舊機床。所以必須大力提高機床的數控化率。機床的數控化可通過兩條途徑完成，一是購買新裝備替代舊的，二是對舊裝備進行數控化改造；根據中國國情，采取“兩條腿走路”

19、是穩妥、經濟的選擇。使用數控系統對機床進行改造，數字化電氣控制系統的開發設計問題成為關系改造成敗的關鍵，直接影響機床的工作特性。1.2.2數控化改造在國外的應用現狀在美國、日本和德國等發達國家，它們的機床改造作為新的經濟增長行業，生意盎然，正處在黃金時代。用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床數控改造和生產線數控改造的新的行業。在美國，機床改造業稱為機床再生（remanufacturing）業4。在日本，機床改造業稱為機床改裝（retrofitting）業5。國外數控化改造主要做法有： 恢復原功能。對機床、生產線存在的故障部分進行診斷與維修； nc化。在普通機床上加數顯裝置，或

20、加數控系統，改造成nc機床、cnc機床； 翻新。為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產要求的cnc系統以最新cnc進行更新； 技術更新或技術創新。為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。1.2.3當前數控技術的基本情況（1）數控系統結構的變化數控體系結構從以硬件及連線組成的硬數控系統發展到以計算機硬件及軟件組成的cnc數控系統，伺服及控制的方式逐步從步進電機驅動的開環系統變化為伺服電機驅動的閉環、半閉環系統（2）軟件伺服驅動技術伺服技術是數控

21、系統的重要組成部分。采用計算機控制，控制算法采用軟件的伺服裝置稱為“軟件伺服”。它有無溫漂、穩定性好、基于數值計算、精度高、通過參數設定、減少調整工作等優點。交流數字驅動系統，目前應用在數控機床的伺服進給和主軸裝置上最為適合。（3）cnc系統的連網技術數控系統從控制單臺機床到控制多臺機床的分級式控制需要網絡進行通信；一般稱為dnc功能。通過dnc功能形成網絡可以實現對零件加工程序的上傳或下傳，讀、寫cnc的數據，plc數據的傳送，存貯器操作控制，系統狀態采集和遠程控制等。還可以對cad/cam/capp以及cnc的程序進行傳送和分級管理，傳遞維修數據，使用戶與nc生產廠直接通信。進而把制造廠家

22、連系一起，構成虛擬制造網絡。（4）功能的擴大現代nc系統具備的功能如：系統可通過光纖與pc機連接，采用windows兼容軟件和開發環境；高速加工能力；具有高精插補運算功能；具有高速高精加工的智能控制功能，預計算出多程序段刀具軌跡，并進行預處理，實現智能控制機床的性能；高級復雜的功能，包括各種軌跡的插補，也可以進行nurbs插補；強力的聯網通信功能，支持標準fa網絡及dnc的連接，適應工廠自動化需要；具有高速內裝的plc（有的廠商稱為pmc），以減少加工的循環的時間，梯形圖和順序程序由專用的plc處理器控制，可進行快速大規模順序控制；先進的操作性和維修性，具有觸摸面板，容易操作，可采用存儲卡改變

23、輸入輸出。1.3 本文的主要內容1.3.1課題研究的目的與基本思想本課題針對一臺即將報廢的舊數控銑床進行技術改造，對機械部分重新檢測、清洗、修理、裝配，基本恢復原精度；對其cnc系統以國產主流cnc裝置進行更新；對電氣部分在原有基礎上進行，重新恢復精度、效率和自動化程度，適當提高性能。基本思想是保持該銑床的機械部分基本結構不變，將報廢的數控系統、電氣控制維修、更換和維修，用國產主流數控系統替代原數控系統，用變頻調速主軸替代原調速主軸，用交流進給伺服系統替代原x、y、z軸驅動。1.3.2 課題研究的內容與基本特點（1）應達到的基本工作指標本課題完成后使機床達到如下基本工作指標： 重復定位精度恢復

24、到以前0.03mm/100。 更換主軸驅動和進給伺服系統，重新調整拖板、刀架，使機床的性能得以恢復。 增加新的功能：主軸點動、圖形模擬、手輪、dnc等功能，擴張機床的加工范圍，使操作與維修更加簡單、方便；同時為加入車間生產網絡（pdm系統）準備條件。（2） 基本工作內容本課題主要研究整體改造方案設計，數字化電氣控制系統的部件組成、整體結構等問題，包括： 數控裝置（cnc單元）的選擇； 對應伺服驅動單元的選擇與使用； 控制器的選擇與使用開發設計； 配電與整體結構設計； 各部分的連接調試。 生產性能測試與課題結果鑒定1.3.3 課題研究的步驟課題研究按如下步驟進行：（1）閱讀大量的相關文獻并進行充

25、分的調研，了解目前工業上銑床數控化改造中數字控制系統的開發所使用的各種類型和方法，了解各種方法的原理、步驟、優缺點。（2）制訂出幾種可能的方案，通過論證對方案進行比較和取舍，確定改造方案。（3）機械修理。確定修理的要求、范圍、內容；也要通過修理摸清該銑床的狀況，確定因電氣改造而需進行機械結構改造的要求、內容；還要確定電氣改造與機械修理、改造之間的交錯時間要求。（4）確定改造過程和基本方案。整個電氣部分改造先分成若干個子系統進行，如數控系統、測量系統、主軸、進給系統、面板控制與強電部分等，待各系統基本成型后再互聯完成全系統工作。使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統工作中，先做技術性較低的、工作

26、量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，使人的注意力能集中到關鍵地方。（5）根據使用條件選擇系統。針對機床使用環境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線等外界使用條件和基本方案，選用電氣控制系統各部件的選型、標準，解決電氣系統的防護性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能參數匹配等問題，使改造后的電氣系統有可靠的使用保證。電氣系統選擇時必須考慮成熟產品，性能合理、實用，有備件及維修支持，功能滿足當前和今后若干年內的發展要求等。（6）根據選擇結果，設計控制系統的整體結構。（7）進行各子系統的連接、安裝、調試；與機床本體進行連接。（8）控制系統的聯調與整機聯調。電氣系統改造完成以后，進行調試以及

27、確定合理的驗收標準，調試工作涉及機械、液壓、電氣、控制、傳感等，調試步驟從簡到繁，從小到大，從外到里進行，先局部后全局，先子系統后整系統進行。驗收標準根據生產實際，參照對應國家標準制定。（9）驗收及后期工作。2 系統方案設計2.1 改造對象的概況要進行改造的數控銑床購置于1998年，是一臺經濟型立式數控銑床，型號xk714，產地為北京第三機床廠，購置費用19.4萬元（98年價），基本配置：數控系統：華中型（廠家自行開發，8位微處理器）。驅動單元：主軸驅動使用svf552380c變頻器調速，三相交流異步電動機；進給驅動使用pmmba5602交流驅動控制器和交流伺服電動機驅動；檢測元件使用編碼器，

28、開環控制結構。開關量和動作順序控制：使用繼電器接觸器邏輯控制電路。機械結構：鑄鐵導軌，滾珠絲杠，有切削液供液裝置，外部手動潤滑。其它：9英寸單色crt顯示器，按鍵式操作控制面板。2.1.1 機械結構問題分析系統剛性良好，主要機械部件各部分未見明顯變形；主軸旋轉嘈音過大，跳動明顯，懷疑為主軸軸承組松動，需要拆卸后方可真正確定故障原因及維修方法；進給系統運動基本正常，部分部位有積塵和銹蝕現象，需要適當維護；各運動部分潤滑嚴重缺乏，需要作全面的維護；松、夾刀裝置銹蝕嚴重；防護板完好。2.1.2 電氣控制系統（1）數控系統系統本身完全損壞，無法啟動；大部分接口老化，規格與新的hnc21系統無法兼容，失

29、去維修價值；操作面板有1/3左右的按鍵失靈，信號燈全部損壞；手搖脈沖發生器反應不靈敏，懷疑內部觸電存在問題；crt顯示器損壞，無顯示；dnc無法使用，懷疑其軟件丟失；軟盤驅動器正常。（2） 液壓系統狀態手動潤滑液壓 需要更換為由系統控制的自動；外部切削液噴注部分缺失；回油路滲漏嚴重，壓力不足，懷疑密封或背壓閥損壞；部分油管老化，需要更換；油箱過濾裝置已經堵塞，基本失效，油箱本體基本完好；液壓變速裝置狀態不明，需要打開主軸箱方可確實。（3） 氣壓系統狀態缺少進氣管和接頭；氣壓裝置壓力不足，懷疑密封或氣壓閥損壞；氣壓松、夾刀裝置狀態不明（因松、夾刀裝置銹蝕嚴重，刀具無法取下）。（4）電柜z軸驅動模

30、塊損壞，x、y驅動模塊存在“丟步”現象；主軸變頻器工作狀態不穩定，懷疑內部老化至使性能下降；變壓器組輸出電壓波動率10%，發熱明顯（通電測試約30min），繼續使用有危險性；8個繼電器中4個不工作，缺少2個hnc21系統所需的系統控制繼電器（新系統需要1011個）；自動空氣開關和交流接觸器工作不穩定，懷疑是積塵過多或元件老化引起；接線板積塵、生銹現在嚴重，開關量接線板規格與hnc21系統不同；部分線纜老化；除塵過濾裝置基本失效；缺少開關電源；電柜箱體正常，接地端稍有銹蝕，需要按hnc21系統接線要求進行改造和維修。（5）電機與檢測系統狀態電機完好，但接口與hnc21系統不匹配，需要另行制作；編

31、碼器狀態不明（因系統損壞無法啟動，故無法檢測），接口與hnc21系統不匹配，需要另行制作。（6） 其它附屬裝置狀態照明燈全部缺失，原因不明；無氣壓除塵裝置，可附加；外部電源正常。綜合上述檢測和分析，得到如下結論：該銑床機械部分無大的故障，主要是運動聯結部分松動老化，較易修復；電氣部分問題較多，主要是元器件和應用軟件的老化與損壞所至，難以修復，需要大規模更換。考慮到生產的實際需要，決定進行完整的系統更新，以恢復該銑床的生產能力，并提升其技術水平。2.2改造方案設計2.2.1 機械部分的處理方案總體上不對機械系統作大的更改，只進行適當的檢查、調整、修復和維護，更換易損件；2.2.2電氣控制系統的處

32、理方案(1) 改造、修復液壓、氣動系統和機床輔助裝置；(2) 拆除原有的廢舊數控系統，依據改造要求選擇與購買新的主流數控系統取而代之；(3) 重新設計，購買新的元器件制造電柜，更換電源、驅動單元；(4) 按照實際需要設置、調整系統的應用軟件；(5) 充分利用系統提供的技術手段，參考國內外的先進經驗，考慮學院的實際情況，完成系統的選擇與連接，參數設置；(6) 按照國家標準和生產任務需求進行整機的調試與驗收、性能測試；通過試生產進行檢驗。 系統總體控制結構附圖2.12.2.3電柜 重新設計電柜，按照新系統的要求配置、布局，并考慮冷卻、除塵、安全保護和維護的方便性等因素。2.3 cnc裝置的選型2.

33、3.1 基本性能要求數控系統的核心是計算機數字控制裝置，即cnc裝置。改造對cnc裝置的基本性能概括起來如下：控制軸數：包括移動軸和回轉軸。銑床基本坐標軸是x、y、z。聯動軸數：銑床聯動軸數一般為3個。插補功能：此次改造要求cnc具有直線、圓弧、拋物線、橢圓、螺旋曲線、樣條函數等插補功能，插補坐標系包括直角坐標系和極坐標系。脈沖當量 (分辨率)：要求0.003以便在運算過程中不損失精度10。定位精度和重復精度：要求0.01。進給速度和調節范圍：要求其中最大進給速度2m/min，進給速度調整范圍為10200，每檔間隔10。主軸轉速和調節范圍：要求其中最大轉速1500r/min，機床操作面板設有主

34、軸轉速倍率開關，做到不修改程序而改變主軸轉速，調節范圍是50120，每檔間隔10。準備功能（g功能）：所有g代碼應分成一次性和模態兩種。在程序中，一次性的g代碼限于在指令的程序段內有效，而模態的g代碼直到出現同一組的其他g代碼前一直保持有效。輔助功能 (m功能)： m功能的使用分成立即型（在指令的程序段開始動作時立即執行）和段后型（在指令的程序段完成時才起作用）兩種。零件程序管理和編程：cnc中可同時存儲的零件程序容量4m。cnc提供的編程方式：mdi（手動輸入單步執行）、對話編程、參數化編程、藍圖直接編程等。零件程序結構：要求cnc提供的零件程序結構靈活，用戶使用方便，便于簡化零件程序。操作

35、功能：cnc能進行條件程序段的執行、程序段跳步、機械閉鎖、輔助功能閉鎖、單段、試運行等操作。自動加減速控制：cnc系統用軟件實現自動加減速控制，對送到伺服電動機的進給頻率或電壓進行控制，以保證伺服電動機在起動、停止或速度突變時不產生沖擊、失步、超程或振蕩。開關量接口：cnc的m、s、t功能不僅在cnc內部處理，而且要以bcd碼的形式輸出9，另外，cnc還應具備其他一些開關量接口，如外部的急停信號、循環起動信號、進給保持信號等。機床順序控制：機床順序控制用可編程邏輯控制器plc（有稱pmc）實現， plc最好是獨立型。字符圖形顯示：cnc配置單色或彩色crt，通過軟件和接口實現字符和圖形顯示。可

36、以顯示程序、參數、各種補償量、坐標位置、故障信號、人機對話編輯菜單、零件圖樣、動態刀具軌跡 (表示實際切削過程)等，以中文顯示功能為主。通信與通信協議：cnc有rs232c接口，最好配有dnc接口，并設有緩沖區，能夠與計算機進行高速傳輸，接入車間通信網絡，以適應cam（計算機輔助制造）的要求。自診斷功能：cnc中設置各種診斷程序，在故障發生后可迅速查明障類型和部位，及時排除以減少故障停機時間和防止故障的擴大。故障診斷程序可以包含在系統程序中，在系統運行過程中進行診斷，也可以作為服務性程序，在系統運行前或故障停機后進行診斷。價格：全部系統配置（包括可選單元）的價格最好3.6萬元人民幣（可上浮15

37、%）。2.3.2 主流cnc裝置性能比較與選型結論（1） 主流cnc裝置性能比較主流cnc(computerized numerical control) 裝置性能比較見表2.1所示。按照上述基本要求，根據目前我國數控機床市場的系統使用情況，初步選擇siemens 802d、北京fanuc 0i mate mb和華中“世紀星”hnc21銑床系統進行比對4- 7，從中選出適合此次改造的系統。表2.1 三種數控系統性能比較tab. 2.1 three numerical controls system performance comparison功能siemens 802dfanuc 0i mat

38、e tb“世紀星”hnc21銑床系統控制軸數432（具有3、4軸的擴展能力）聯動軸數432（具有第三、四軸的擴展能力）最大編程尺寸8位8位9位最小設定單位0.001毫米0.001毫米0.001毫米程序數據斷電保護與存貯功能有按用戶要求另配有16mb電子盤進給軸類型半閉環控制半閉環控制（全閉環控制為選件）半閉環控制進給軸驅動系統simodrive 611ue +帶編碼器的1fk 7 伺服電機伺服控制 fssb（0系列）+交流伺服電機（系列）數字交流伺服驅動裝置+永磁同步交流無刷伺服電機主軸系統有有（ac主軸電機i系列）有（變頻器變頻主軸電機，修調功能進給修調和主軸轉速修調兩種控制功能，修調范圍1

39、0120%進給修調、快速修調有0、25%、50%和100%四檔，主軸轉速修調0254%進給修調、快速修調和主軸轉速修調三種控制功能，修調范圍達到0150%，為連續實時多檔修調自動加減速控制方式s型加減速度控制快速進給o型加減速度控制、切削進給指數加減速度控制快速進給、切削進給s型加減速度控制系統參數備份與恢復功能有有有續表2.1顯示器10.4英寸tft彩色液晶顯示器（彩色選件）9英寸黑白lcd或7.2英寸黑白lcd7.7英寸以上彩色液晶顯示器 顯示屏亮度調節方式手動調節功能無手動和自動調節功能圖形顯示有軌跡顯示（選件）有軌跡顯示（選件）彩色實體圖形實時動態顯示空運行、模擬圖形化程序校驗有有有實

40、時加工參數顯示功能有有有菜單顯示語言中/英文菜單漢字菜單漢字菜單（可選為英文）編輯功能有有有藍圖編程功能有有（選件）有（選件）在線幫助功能有有有斷點保存與恢復功能有有有從指定的任意行運行加工功能有有有程序跳段功能有有有故障監控、診斷與報警功能有有有歷史故障記憶功能有有有間隙及螺距誤差補償功能有有有（單、雙向螺距誤差補償功能）跟蹤誤差允差設定與報警功能有有有工作狀態顯示燈有有有手動/自動/單步/mdi等方式有有有行程極限的軟、硬件限位功能有有有對刀操作方式一種對刀操作方式（絕對刀偏）一種對刀操作方式（相對刀偏）支持絕對刀偏和相對刀偏兩種對刀操作方式（可自動計算工件坐標值）主軸編碼器有有有電子手輪

41、有有有續表2.1局域網（以太網）連接功能無無有（可實現機床聯網）dnc接口通訊功能有有有（windows操作界面）外接101鍵盤的接口功能無無有硬盤存儲器接口無無有（可配10 gb以上標準硬盤驅動器）軟驅接口無（可擴展）無（可擴展）有（1.44mb 標準軟盤驅動器）（選件）二次開發工具無無有插補功能直線、圓弧、極坐標、圓柱插補直線、圓弧、極坐標、圓柱插補直線、圓弧、螺旋線、正弦線插補螺紋功能（公制，英制）有（多頭、變螺距螺紋加工功能）有（不支持變螺距螺紋加工）有（多種螺紋切削固定循環、多頭、變螺距螺紋加工功能）粗、精銑固定循環、復合循環有有有公制/英制輸入功能有有有直徑/半徑編程有有有絕對值/

42、增量值編程有有有每分鐘/每轉進給功能有有有刀具偏置和補償功能有（刀具數：32，刀具偏置存儲器：64）有（根據要求配備）有（刀具把數：99把，刀具偏置存儲器：99個）刀具半徑補償、長度補償有有有自動換刀功能有有有倒直角、圓角功能有無倒圓角有小線段連續高速加工功能有無有恒線速切削功能有有有坐標系可編程的零點偏置功能有無有子程序調用功能有（8重子程序）有有（8重子程序調用功能）參數編程、宏程序編程有有有編程語言標準的g功能、m功能、t功能標準的g功能、m功能、t功能標準的g功能、m功能、t功能價格（rmb：元）350004200023000（2） 選型結果根據比對結果，參考系統廠家的服務承諾，決定選

43、擇華中“世紀星”hnc21md銑床數控系統作為此次改造的應用系統，相應的具體配備如表2.2所示7，系統結構配置附圖2.2。表2.2 數控系統主要器件tab. 2.2 numerical control system main component器件名稱規 格主要用途備注數控裝置hnc21md（配內裝型plc）銑床控制系統外部接口單元hfd2001外設接口，數據交換伺服驅動器hsv11d030進給電機控制2伺服電機gk60626x、y、z軸進給電機7.5nm主軸變頻器cimrg5a45p51a主軸電機驅動控制5.5kw主軸電機矢量控制變頻電機主軸驅動4.5kw伺服電源模塊hsv11p為伺服驅動器

44、供強電伺服變壓器3p ac380/200v為伺服電源模塊供電7.5kw開關電源ac220/dc24v開關量及中間繼電器100kw控制變壓器ac380/220v伺服控制電源、開關電源300w/110v交流接觸器電源250w/24v照明燈電源100w/24v數控裝置電源100w2.4 驅動系統設計2.4.1 主軸驅動單元（1） 主軸驅動控制采用交流變頻器控制交流變頻電機，在一定范圍內實現主軸無級變速16-19，利用cnc裝置的xs9主軸控制接口中的模擬量電壓輸出信號7，作為變頻器的速度給定，模擬電壓值由plc程序送到相應接口的數字量決定（該數字量由plc程序控制）12，在plc程序中對plc開關量

45、輸出（y）的兩個字節進行設置，通過xs9外接主軸編碼器，將主軸實際轉速進行反饋，調用plc用戶程序，自動判斷主軸轉速是否達到要求，從而完成數字量對模擬量電壓輸出信號的控制。主軸的啟、停與轉向控制由plc承擔，利用其y1.0、y1.1輸出，定義為接通有效，即y1.0接通正轉，y1.1接通反轉，都不接通時停轉。（2） 主軸驅動電機使用三相交流感應電動機，進行矢量控制，即通過等效變換，按直流電機規律進行控制。電動機基本參數如表2.3所示。表2.3 主軸驅動電機基本參數tab. 2.3 the main axle actuates the electrical machinery basic para

46、meter性 能 指 標數 值額定功率pn4.5kw30min額定功率pn（30min）5.5kw基本轉速nb1500r/min最高轉速nmax6000r/min轉速范圍86000r/min額定轉矩tn28nm電動機慣量jm0.017kg2.4.2 進給驅動單元（1）進給驅動控制整體控制采用半閉環結構20，如圖2.3所示。特點是：檢測元件安裝在電動機軸上，系統的反饋信號取自電動機軸21，能夠以較簡單的控制結構和較低的價格獲得穩定地控制。對于機械傳動裝置精度對機床定位精度的影響，通過cnc的補償功能加以糾正，從而獲得滿意的精度。測量反饋裝置工作臺機械傳動裝置檢測元件進給電機伺服放大器比較環節進給

47、脈沖反饋脈沖圖2.3 半閉環進給伺服系統結構原理圖fig. 2.3 half closed loop enters for the servosystem structure schematic diagram進給驅動控制器選擇hsv16d050交流伺服驅動器，該驅動器采用矢量控制技術（原理如圖2.4所示）13只要控制電流，就可直接控制電動機電磁轉矩，角位移傳感器實測的電動機轉角，通過坐標反變換，實現電流的反饋控制。進給驅動控制單元由3個hsv16d050交流伺服驅動器（分別驅動x、y、z軸驅動電機），內裝電源模塊8（為驅動器提供驅動電源）組成，進給電機軸的位置、轉子磁場的相位和轉速等信息的測取，則由電機自帶的光電編碼器（安裝于電機軸上）完成。2）進給驅動電機選擇gk60626永磁三相交流同步電動機，帶有溫度傳感器，有過熱保護輸出功能，自帶復合式光電編碼器14。電機的基本參數如表2.4所示。表2.4 進給驅動電機基本參數tab. 2.4 enters for actuates the electrical machinery basic parameter性 能 指 標數 值額定轉矩tn7.5nm額定電流5.5a額定轉速nb2000r/