基于PLC的數(shù)控機床的應(yīng)用設(shè)計

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)南京工程高等職業(yè)學(xué)校五年制高職畢業(yè)設(shè)計姓名：武陳學(xué)號：系部：電子工程系專業(yè)：電氣自動化技術(shù)設(shè)計題目：基于PLC的數(shù)控機床的應(yīng)用設(shè)計指導(dǎo)教師：魏小林職稱：副教授年月日摘要中國是一個機械制造大國，但由于技術(shù)和資金等方面限制其裝備水平卻較落后，在現(xiàn)有條件下用現(xiàn)代化技術(shù)對舊的設(shè)備進行技術(shù)改造和提升是我國制造業(yè)發(fā)展的一個方向。本文作者針對已報廢的CA6140普通廢舊車床進行數(shù)控化設(shè)計及實現(xiàn)，其意義在于尋找一種可行的、具有推廣價值的設(shè)備改造方法，可解決目前設(shè)備老化所帶來的問題。本文介紹了用廣州數(shù)控系統(tǒng)對CA6140普通車床的改造設(shè)計方法，重點闡述了機械改造、機床電氣設(shè)計、PLC控制及間隙補償?shù)葞讉€方面的內(nèi)容。利用廣州數(shù)控系統(tǒng)對CA6140車床改造后，與以前相比，該機床的操作更加方便，大大降低了勞動者的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，并經(jīng)測試，其各項技術(shù)指標均已達到工業(yè)標準，系統(tǒng)運行平穩(wěn)。關(guān)鍵詞：車床，數(shù)字化設(shè)計，機械改造目錄第一章緒論………………………11.1本文選題背景及意義……………………11.2對機床的認識……………11.3機床改造意義……………21.4改造的總體方案設(shè)計……………………2第二章機床的機械結(jié)構(gòu)改造…………………42.1主軸系統(tǒng)的改造……………42.2進給系統(tǒng)的改造……………42.3導(dǎo)軌的改造…………………72.4刀架的改造………………102.5安全防護裝置……………11第三章機床的電氣改造………123.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇…………123.2數(shù)控系統(tǒng)電氣控制線的連接……………123.2.1系統(tǒng)的安裝………123.2.2系統(tǒng)的連接…………143.3數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)信息的傳輸………………153.3.1與驅(qū)動器的連接…………………153.3.2與主軸編碼器的連接……………173.3.3與手輪的連接……………………183.3.4與變頻器的連接…………………193.3.5系統(tǒng)與PC機的連接………………203.3.6與電源接口的連接………………203.3.7I/O接口定義……………………213.4數(shù)控系統(tǒng)與進給控制模塊間信息傳輸…………………233.5數(shù)控系統(tǒng)與輸入輸出模塊間信息傳輸…………………233.5.1變頻調(diào)速的特點及基本原理……243.5.2變頻器……………25PLC的控制原理及程序設(shè)計…………274.1PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理……………274.2PLC在數(shù)控機床控制中的應(yīng)用…………284.3CNC加工代碼在PLC上的實現(xiàn)方法……304.3.1T功能代碼的實現(xiàn)方法……………314.3.2M功能代碼的實現(xiàn)方法……………31第五章機床的加工精度檢驗及間隙補償…………………325.1影響加工精度的因素……………………325.1.1靜態(tài)誤差……………325.1.2動態(tài)誤差……………385.2加工精度的提高…………39第六章機床的驗收與性能比較………………456.1引言………………………456.2外觀檢查………………456.3機床性能與數(shù)控功能的驗收……………456.3.1機床性能的驗收………………456.3.2數(shù)控功能的驗收………………456.4改造后機床的精度驗收…………………466.4.1機床幾何精度的檢驗…………466.4.2機床定位精度的檢驗……………486.4.3機床切削精度的檢驗……………48第七章結(jié)論與展望………………507.1結(jié)論………………………507.2后續(xù)工作展望……………50參考文獻…………51致謝…………53第一章緒論1.1本文選題背景及意義工業(yè)發(fā)達國家在上個世紀70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床，目前數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)，同時機床數(shù)控化也是推行CAD(計算機輔助設(shè)計)、CAM(計算機輔助制造)、CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。當前，衡量一個國家機械制造業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要指標是數(shù)控化機床的比重(數(shù)控率)。發(fā)達國家機床擁有量和數(shù)控化率有的己高達30%以上，我國僅為2.8%(包括以單板機和步進電機為特征的經(jīng)濟型數(shù)控機床)，和發(fā)達國家相比，差了一個數(shù)量級。如果我們要趕上國外對手，僅僅依靠添置新的數(shù)控機床，是我們發(fā)展中國家的財力所不能承受的。在美國、日本和德國等發(fā)達國家，機床的改造與翻新是近期發(fā)展起來的一個新興產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)形成了一定的規(guī)模和市場。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacturing)業(yè)，有Bertsche、ayton、Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團、US設(shè)備公司等；在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)，從事改造業(yè)的公司有大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。根據(jù)國際該行業(yè)的記載，即使將原機床的結(jié)構(gòu)性能進行徹底改造升級，也只需花費購買新機床60%左右的價格，顯著的經(jīng)濟效益是機床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動力。機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代，我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新行業(yè)。我國雖已躋身機床生產(chǎn)大國行列，但要實現(xiàn)“十一五”期末成為機床生產(chǎn)強國的目標仍任重道遠。在我國，大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且約有半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長等缺點，從而在國際、國內(nèi)市場缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場和效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。然而，從目前企業(yè)面臨的情況看，數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資較大，使有些企業(yè)難以承擔。為此投入少、收效大的機床數(shù)控化改造是提高機床數(shù)控化率的捷徑和有效手段，符合中國的國情。1.2對機床的認識CA6140車床是我國制造業(yè)使用比較普遍的機床，該機床加工范圍寬，可以實現(xiàn)軸類、套類、圓錐面、成型面、螺紋和較復(fù)雜工件的加工，能適應(yīng)較大的切削力，加工工件的精度也較高。但是該類機床在我國使用時間大多數(shù)已經(jīng)超過十年，一些機床的精度及性能已遠遠達不到需要，有些甚至被閑置。重新大修后也達不到使用要求，而且操作者勞動強度比較大，生產(chǎn)效率低，不適合現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。1.3機床改造意義數(shù)控機床在機械制造業(yè)中日益被廣泛應(yīng)用，與普通機床相比具有以下優(yōu)點：（l）加工適應(yīng)性強，可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件，為多品種小批量的生產(chǎn)和新產(chǎn)品的研制提供了有利的條件。（2）加工精度高，質(zhì)量好，加工質(zhì)量穩(wěn)定。（3）加工生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟效益好。（4）工序集中，可實現(xiàn)一機多用。（5）可實現(xiàn)加工自動化，操作簡單，減輕了操作者的勞動強度。（6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機床有著普通機床所沒有的諸多優(yōu)點，已逐步代替了普通機床在機械制造業(yè)的主導(dǎo)地位，為提高生產(chǎn)效率和保證零件加工質(zhì)量提供了有利的保障。對機床進行數(shù)控改造還有助于促進工人去適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的飛速發(fā)展?？梢酝ㄟ^改造后的機床，了解數(shù)控機床的構(gòu)成及工作原理，掌握數(shù)控加工方法。這對于提高工人素質(zhì)，提高企業(yè)形象以及在市場中的競爭能力都起到積極作用。改造后的車床應(yīng)達到以下基本要求:（1）提高原機床加工工件時所能達到的精度。（2）能實現(xiàn)工件加工的自動循環(huán)要求，縮短輔助時間，提高加工效率。（3）保持車床所具有的一切加工性能，即具有加工內(nèi)、外圓柱面、曲面、端平面，內(nèi)、外圓錐面及公制、英制螺紋等的能力及其他復(fù)雜型面的加工。（4）根據(jù)表面粗糙度的要求，允許機床在同一工作循環(huán)中采用高速精加工操作。（5）控制系統(tǒng)可靠，擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能。（6）車床總體造型要美觀、大方。1.4改造的總體方案設(shè)計查看原車床及有關(guān)資料，并且參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為：①恢復(fù)機床原功能，對機床存在故障的部分進行診斷并恢復(fù)；②對機床的改造部位是：拆掉手動刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲杠、光杠、進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；拆掉主軸箱并在主軸后端裝上光電編碼器，供加工螺紋使用。③數(shù)控系統(tǒng)選用國產(chǎn)廣州數(shù)控系統(tǒng)。④驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，主軸系統(tǒng)采用交流伺服電機驅(qū)動，需要實現(xiàn)無級調(diào)速，且調(diào)速范圍寬，并需要數(shù)控制動停車裝置。進給系統(tǒng)由交流伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠副實現(xiàn)進給運動，縱向（Z向）脈沖當量為0.001mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當量為0.0005mm/脈沖。改造后的機床應(yīng)具有以下特點：①具有足夠的剛度與強度；②可以實現(xiàn)各種復(fù)雜型面的加工；③有高的定位精度和重復(fù)定位精度；④生產(chǎn)效率高；⑤減輕勞動強度，改善勞動條件；⑥改造后的機床外形將類似于國產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控車床，整體較美觀、大方。第二章機床的機械結(jié)構(gòu)改造2.1主軸系統(tǒng)的改造將原主軸箱內(nèi)的齒輪和離合器以及掛輪等拆除，主軸箱僅僅用于支撐主軸，因此主軸不會受到熱量和動力傳遞因素的影響，主軸是機床的重要部件，它應(yīng)滿足傳遞精度高，剛性好、旋轉(zhuǎn)精度高、熱變形小、噪聲低等要求。主軸部件改造后結(jié)構(gòu)如圖2-1，前支撐采用雙列圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列球軸承，后支撐采用成對安裝的角接觸軸承。這樣配置可以使主軸的綜合剛度得到大幅度的提高。圖2-1主軸組件在主軸前端安裝主軸脈沖編碼器及編碼器支架，通過同步帶輪帶動脈沖編碼器與主軸同步運動。加工螺紋或絲杠時,為保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),刀具準確移動一個導(dǎo)程,須配置主軸脈沖發(fā)生器作為主軸位置信號的反饋元件。主軸脈沖發(fā)生器安裝時須注意:①小心輕放,不能有較大的沖擊和振動,以防損壞光柵盤。②車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā)生器的最高允許轉(zhuǎn)速,以免損壞編碼器。2.2進給系統(tǒng)的改造一、數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的要求有：1、摩擦阻力??；2、運動慣量??；3、無間隙傳動，高的傳動精度與定位精度；4、寬調(diào)速范圍，響應(yīng)速度要快；5、穩(wěn)定性好，使用維護方便，壽命長。對CA6140車床的進給系統(tǒng)改造時應(yīng)將機床的進給箱、溜板箱、絲杠、光杠、滑板及刀架全部拆除，只保留溜板。橫、縱向進給由固定在床身上的交流伺服電機驅(qū)動，經(jīng)聯(lián)軸器與滾珠絲杠螺母副連接，帶動溜板運動而實現(xiàn)進給運動。滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置。滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖2-2所示：圖2-2滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理圖1-螺母2-滾珠3-絲杠α-滾珠回路管道在絲杠3和螺母1上都有半圓弧形的螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道a，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠2。當絲杠旋轉(zhuǎn)時，絲杠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動。二、滾珠絲杠螺母的特點1、傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率η=0.92～0.96,比常規(guī)的絲杠螺母副提高3～4倍。因此功率消耗只是常規(guī)絲杠螺母副的1/4～1/3。2、給予適當預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。3、運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。4、有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。5、磨損小，使用壽命長。6、但是制造工藝復(fù)雜，不能自鎖。三、滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊和滾珠絲杠的預(yù)拉伸由于制造和裝配的誤差，滾珠絲杠副總是存在間隙，同時，滾珠絲杠在軸向載荷的作用下，滾珠和螺紋滾道接觸部位會產(chǎn)生彈性變形。因此在反向轉(zhuǎn)動時，就會產(chǎn)生空程誤差，從而降低了滾珠絲杠副的軸向剛度，影響傳動精度。通常采用施加預(yù)緊力的方法來提高滾珠絲杠的軸向剛度，這樣可以消除絲杠、滾珠和螺母之間的間隙，可以將整個絲杠螺母副的彈性變形量減少到最小，從而提高滾珠絲杠副的剛度。如圖2-3所示，表示施加了預(yù)緊力的滾珠絲杠副與沒有施加預(yù)緊力的滾珠絲杠副的彈性變形曲線，曲線1表示無預(yù)緊，曲線2表示預(yù)加載荷。根據(jù)這個曲線圖可知，當施加的載荷恰好為預(yù)緊力的3倍時，預(yù)緊的滾珠絲杠的剛度是沒有預(yù)緊的滾珠絲杠的剛度的2倍。而彈性變形量是沒有預(yù)緊的滾珠絲杠的1/2。滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊一般采用各種形式的雙螺母機構(gòu)和帶預(yù)緊的滾珠絲杠螺母副，把彈性變形量控制在最小限度內(nèi)。對于不同形式的螺母結(jié)構(gòu)，采用的預(yù)緊方式也不同。下面主要介紹雙螺母預(yù)緊時的方法，應(yīng)用此結(jié)構(gòu)時應(yīng)注意預(yù)緊力不能太大，否則會使驅(qū)動力矩大，位移效率降低和壽命縮短。用雙螺母消除間隙時，有三種方法:(l)墊片調(diào)隙式。通常用螺釘連接滾珠絲杠副兩個螺母的凸緣，并在凸緣間加墊片，通過調(diào)整墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。這種結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，剛度好及裝卸方便，但調(diào)整較復(fù)雜，并且在工作中不能隨意調(diào)整，除非更換厚度不同的墊片。(2)螺紋調(diào)隙式。雙螺母中一個螺母的外端有凸緣而另一個沒有凸緣而制有螺紋，它伸出套筒外，并用兩個圓螺母固定著。旋轉(zhuǎn)圓螺母時，即可消除間隙，并可產(chǎn)生預(yù)緊力。調(diào)整好后，再用另一個圓螺母把它鎖緊。其結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，故應(yīng)用廣泛，但不是很精確。(3)齒差調(diào)隙式。在兩個螺母的凸緣上分別有圓柱齒輪，兩者相差一個齒，裝入內(nèi)齒圈中，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷固定在套筒上。調(diào)整時，先取下兩端的內(nèi)齒圈，當兩個滾珠螺母相對于套筒同方向轉(zhuǎn)動相同齒數(shù)時，一個滾珠螺母相對于另一個滾珠螺母產(chǎn)生相對角位移，從而使?jié)L珠螺母相對于滾珠絲杠副的螺旋滾道產(chǎn)生相對位移，達到消除間隙并施加預(yù)緊力的目的。結(jié)構(gòu)尺寸大，裝配比較復(fù)雜，使用于高精度的傳動機構(gòu)。比較幾種結(jié)構(gòu)，本機床采用螺紋調(diào)隙方式。2.3導(dǎo)軌的改造一、導(dǎo)軌精度對機床精度的影響床身導(dǎo)軌面是測量機床各項幾何精度和反映加工精度的基準面，導(dǎo)軌的精度直接影響機床的精度,對被加工零件的精度也起著決定性作用。床身導(dǎo)軌的精度包括導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、剛度等。(1)導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度主要是指導(dǎo)軌運動軌跡的精確度。影響導(dǎo)向精度的因素包括導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形、靜(動)壓導(dǎo)軌副之間的油膜厚度及其剛度等。(2)導(dǎo)軌的剛度包括導(dǎo)軌的自身剛度和接觸剛度,它表示導(dǎo)軌受載后抵抗變形的能力,是導(dǎo)軌工作質(zhì)量的重要指標。若導(dǎo)軌變形過大,則剛度很差,這不僅嚴重破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度和影響各部件之間的相對位置,還會使工作條件惡化,導(dǎo)軌上的比壓分布不均,加劇導(dǎo)軌的磨損。尤其在機床低速運行時,則伴隨有振動出現(xiàn),此時還要求導(dǎo)軌要有良好的阻尼特性,以抑制和衰減振動,減少被加工表面的波紋度和振紋。二、床身導(dǎo)軌磨損導(dǎo)軌磨損后,導(dǎo)軌面的形狀精度就會下降,使機床的一些幾何精度項目受到直接影響，必然影響工件的尺寸公差、形狀誤差和位置誤差及表面粗糙度。導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度超差,導(dǎo)軌面磨損值。如圖2-4所示,在導(dǎo)軌全長上不均勻地磨損δ值(導(dǎo)軌面磨損值),加工軸類零件時,直線度誤差Δ1直接影響工件直徑的誤差,使工件直徑增大了2Δ1。圖2-4導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差對工件的影響V型導(dǎo)軌與平導(dǎo)軌的磨損量不等,使溜板移動時產(chǎn)生傾斜誤差。如圖2-5所示,由于V型導(dǎo)軌與平導(dǎo)軌的磨損量不等,使刀具繞順時針方向偏轉(zhuǎn)α角,造成工件上的半徑誤差Δ2。圖2-5導(dǎo)軌的傾斜對工件的影響(3)導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度超差。如圖2-6所示,由于導(dǎo)軌在全長上的磨損不均勻而產(chǎn)生垂直平面內(nèi)的直線度誤差δ,將使溜板運動出現(xiàn)升降,刀具的高度位置就發(fā)生δ變化,反映在工件上的半徑誤差Δ3。圖2-6導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差對工件的影響實踐證明,上述3種情況中,在精加工長軸類零件時,以第1種情況對加工精度影響最大。在綜合影響方面,以第2種情況的磨損對圓柱工件精度影響最大,而以第3種情況的影響為最弱,有時可忽略不計。2、床身導(dǎo)軌磨損類型造成床身導(dǎo)軌磨損的原因是多方面的。(1)磨粒磨損。溜板在導(dǎo)軌面上移動時,兩表面之間產(chǎn)生相對滑動,由于細微的鐵屑落入滑動表面之間而產(chǎn)生的磨損就屬于磨粒磨損。磨粒磨損不可避免,只能設(shè)法盡量減少。(2)粘著磨損。粘著磨損是指相對滑動的兩個表面相互咬嚙造成的磨損,其磨損的特點是出現(xiàn)咬裂痕跡(即擦傷)，嚴重的粘著磨損容易使2個導(dǎo)軌面無法運動。一般情況下,磨粒磨損是產(chǎn)生粘著磨損的原因,粘著磨損反過來又會加劇磨粒磨損。(3)腐蝕磨損。腐蝕磨損與環(huán)境、溫度、滑動速度、載荷和潤滑條件有關(guān),相互關(guān)系極為復(fù)雜。防止腐蝕磨損應(yīng)從選材(如用不銹鋼和耐蝕合金等)、表面保護處理、降低表面工作溫度和選擇適當?shù)臐櫥瑒┑热胧帧?、降低導(dǎo)軌磨損速度的措施導(dǎo)軌的磨損是可控而不可除的。在實際導(dǎo)軌工作中,各種磨損會同時出現(xiàn),只是隨著各種因素的影響,其中某一種磨損會慢慢地更突出一些。因此,需根據(jù)主要的磨損形式提出降低導(dǎo)軌磨損速度的措施。改變摩擦形式。采用滾動摩擦代替滑動摩擦的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu),在正常使用條件下,磨損速度會降低。因此,在一些特殊的機床中,宜采用滾動導(dǎo)軌來提高其耐磨性。(2)改變滑動摩擦的規(guī)范。通過增加潤滑油層的厚度,使干摩擦變?yōu)榛旌夏Σ粱蛞后w摩擦,從而使磨損速度顯著降低。(3)改善油的性能。采用具有表面活性添加劑的潤滑油(如導(dǎo)軌防爬油),可提高承載能力和壽命。如對重載部件采用具有含硫、氯、磷及其它元素的化學(xué)作用添加劑的抗擦傷潤滑油可有效防止摩擦副粘合。(4)提高摩擦副材料的硬度和韌性。對于在磨粒磨損條件下工作的導(dǎo)軌,提高導(dǎo)軌材料的硬度是提高其耐磨性的方向。用整體或表面熱處理、化學(xué)處理、敷以耐磨鍍層、堆焊耐磨材料等方法,都可提高導(dǎo)軌材料的耐磨性,降低導(dǎo)軌的磨損速度。(5)用彼此不易粘合的材料制作導(dǎo)軌副。比如用塑料-金屬副導(dǎo)軌、塑性金屬-脆性金屬副等,在工作時因材質(zhì)特性差異,比較難粘合而降低粘著磨損速度,若通過淬火以降低金屬的塑性,則效果會更佳。(6)保證摩擦壓力均勻分布。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)考慮零部件壓力均勻分布,無局部高壓或傾斜重壓出現(xiàn)。為節(jié)約成本，我們采用原導(dǎo)軌，將原導(dǎo)軌重磨，重磨后導(dǎo)軌面的平面度為0.015mm，長度方向直線度為0.01mm，側(cè)導(dǎo)向面的直線度為0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面之間的平行度為0.014mm，側(cè)導(dǎo)向面對導(dǎo)軌底面的垂直度為0.01mm，然后在導(dǎo)軌上貼上Turcite-B塑料軟帶，使貼塑導(dǎo)軌具有以下工作特性：1、摩擦因數(shù)低，其動、靜摩擦因數(shù)相近，運動平穩(wěn)性和爬行性能好。2、具有良好的自潤滑性，在斷油或干摩擦下也不致拉傷導(dǎo)軌面，耐磨性好。3、吸振性好，具有良好的阻尼性。4、化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨、耐低溫、耐強酸、耐堿、強氧化劑及各種有機溶劑。5、維護修理方便，軟帶耐磨，損壞后更換容易。6、經(jīng)濟性好，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。2.4刀架的改造選用WZD4四方位電動刀架，如圖2-7所示。該刀架可以安裝四把不同的刀具，轉(zhuǎn)位信號由加工程序指定，當換刀指令發(fā)出后，電動機1起動正轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器2使蝸桿軸轉(zhuǎn)動，從而帶動蝸輪絲杠4轉(zhuǎn)動。刀架體7內(nèi)孔加工有內(nèi)螺紋，與蝸桿絲杠旋合，當蝸輪開始轉(zhuǎn)動時，由于在刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態(tài)，且蝸輪絲杠軸向固定，這時刀架體抬起，當抬至一定距離后，端面齒脫開，轉(zhuǎn)位套9用銷釘與蝸輪絲杠4聯(lián)接，隨著蝸輪絲杠一起轉(zhuǎn)動，當端面齒完全脫開，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160°，球頭銷8在彈簧力的作用下進入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動刀位體轉(zhuǎn)位。刀位體轉(zhuǎn)動時帶著電刷座10轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到程序指定的刀號時，定位銷15在彈簧的作用下進入粗定位盤6的槽中進行粗定位，同時電刷13，14接觸導(dǎo)通，使電動機反轉(zhuǎn)，由于粗定位槽的限制，刀位體7和刀架底座5上的端面齒嚙合，實現(xiàn)精確定位。電動機繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時蝸輪停止轉(zhuǎn)動，蝸杠軸3繼續(xù)轉(zhuǎn)動，隨夾緊力增加，轉(zhuǎn)矩不斷增大，達到一定值時，在傳感器的控制下，電動機停止轉(zhuǎn)動，譯碼裝置由發(fā)信體11、電刷13、14組成，電刷13負責(zé)發(fā)信，電刷14負責(zé)位置判斷，刀架不定期會出現(xiàn)過位或不到位時，可松開螺母12調(diào)好發(fā)信體11與電刷14的相對的位置。圖2-7數(shù)控車床四方刀架結(jié)構(gòu)1-電動機2-聯(lián)軸器3-蝸桿軸4-蝸輪絲杠5-刀架底座6-粗定位盤7-刀架體8-球頭銷9-轉(zhuǎn)位套10-電刷座11-發(fā)信體12-螺母13、14-電刷15-粗定位銷電動刀架的安裝較為方便,安裝時須注意以下兩點:①電動刀架的兩側(cè)面與原車床縱、橫向的進給方向平行。②電動刀架與系統(tǒng)的連線在安裝時應(yīng)合理,以免加工時切屑、冷卻液及其它雜物磕碰電動刀架連線。2.5安全防護裝置由于滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵特別是切屑進入，因此暴露在外邊的絲杠采用防護罩以防塵埃和磨粒黏附到絲杠表面上，防護裝置一般采用螺旋鋼帶、伸縮套筒、錐形套筒以及折疊式塑料或人造革等形式，滾珠絲杠采用鋼帶纏繞式，它與導(dǎo)軌的防護罩相似，一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支撐座上。為保障操作者的安全，在數(shù)控機床上安裝了防護門，防護門采用推拉式，防護玻璃采用亞克力材料，操作者可以很清楚的看到整個加工過程，操作方便安全。第三章機床的電氣改造3.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇機床的數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機床的核心，隨著機床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，提高了數(shù)控機床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著。目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)多種多樣，在我國應(yīng)用比較廣泛的有日本FANUC系統(tǒng)、德國的SIEMENS系統(tǒng)，此外我國的系統(tǒng)功能也日益完善，國產(chǎn)系統(tǒng)的代表有廣州數(shù)控、華中數(shù)控等等。經(jīng)考證，廣州數(shù)控性價比較高，界面友好，操作方便，符合學(xué)校教學(xué)要求，因此我們采用了GSK980TD系統(tǒng)，作為經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的升級換代產(chǎn)品，其具有以下技術(shù)特點：（1）采用先進的插補技術(shù)，實現(xiàn)高速μm級控制；（2）集成度高，整機工藝結(jié)構(gòu)合理，可靠性高；（3）液晶（LCD）中文顯示，全屏幕編輯界面、操作方便易用；（4）內(nèi)嵌PLC系統(tǒng)，可按使用需求變更I/O控制邏輯；（5）加減速可調(diào)，可配套伺服驅(qū)動器；（6）可變電子齒輪比，應(yīng)用方便。3.2數(shù)控系統(tǒng)電氣控制線的連接3.2.1系統(tǒng)的安裝增加一個電控柜，根據(jù)改造后的電氣原理圖，設(shè)計制作電控柜，圖中原有元器件仍放置在原柜中，按電氣原理圖做必要的改動，該電控柜除放置數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)外，還必須具有接管原電控柜部分功能的能力。兩柜之利用電纜進行傳輸。電柜必須能夠有效地防止灰塵、冷卻液及有機溶液的進入。設(shè)計電柜時，系統(tǒng)后蓋和機箱的距離不小于20cm，需考慮當電柜內(nèi)的溫度上升時，必須保證柜內(nèi)和柜外的溫差不超過10℃。電柜必須安裝風(fēng)扇以保證內(nèi)外空氣流通，顯示面板必須安裝在冷卻液不能噴射到的地方，設(shè)計電柜時，還必須考慮要盡量降低外部電氣干擾，防止干擾向系統(tǒng)傳送。系統(tǒng)在設(shè)計時已經(jīng)采取了屏蔽空間電磁輻射、吸收沖擊電流、濾除電源雜波等穩(wěn)定工作，在系統(tǒng)安裝連接時有必要采取以下措施：1、CNC要遠離產(chǎn)生干擾的設(shè)備（如變頻器、交流接觸器、靜電發(fā)生器、高壓發(fā)生器以及動力線路的分段裝置等）。2、要通過隔離變壓器給系統(tǒng)供電，安裝系統(tǒng)的機床必須接地，CNC和驅(qū)動器必須從接地點連接獨立的地線。3、抑制干擾：在交流線圈兩端并聯(lián)RC回路（0.01μF，100～200Ω，如圖3-1），RC回路安裝時要盡可能靠近感性負載；在直流線圈的兩端反向并聯(lián)續(xù)流二極管（如圖3-2）；在交流電機的繞組端并接浪涌吸收器（如圖3-3）?？垢蓴_措施，可以在一定程度上防止外部干擾源對系統(tǒng)本身的影響。為了確保系統(tǒng)圖3-1RC回路圖3-2并聯(lián)二極管圖3-3接浪涌吸收器4、CNC的引出電纜采用絞合屏蔽電纜或屏蔽電纜，電纜的屏蔽層在系統(tǒng)側(cè)采取單端接地，信號線應(yīng)盡可能短。5、為減小CNC信號電纜間以及與強電電纜間的相互干擾，布線時應(yīng)遵循以下原則：3.2.2系統(tǒng)連接系統(tǒng)后蓋接口布局圖3-4系統(tǒng)后蓋接線布局接口說明電源盒：采用GSK-PB電源盒，提供+5V、+24V、+12V、-12V、GND電源濾波器（選配）：輸入端為交流220V電源輸入，PE端接地，輸出端GSK-PB電源盒的L、N端XS30、XS33、XS31：15芯D型孔插座，連接X、Y、Z軸驅(qū)動器XS32：15芯D型孔插座，連接主軸編碼器XS36：9芯D型孔插座，連接PC機RS232接口XS37：9芯D型針插座，連接變頻器XS38：9芯D型針插座，連接手輪XS39：25芯D型孔插座，系統(tǒng)接收機床信號的接口XS40：25芯D型針插座，系統(tǒng)信號輸出到機床的接口XS41：25芯D型針插座，擴展輸入信號的接口XS42：25芯D型孔插座，擴展輸出信號的接口總體連線圖圖3-5總體連線圖3.3數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)信息的傳輸3.3.1與驅(qū)動器的連接驅(qū)動接口定義圖3-6XS30、XS31、X33驅(qū)動接口注：n代表X、Y或Z，“*”表示負邏輯，對于I/O信號，帶“*”記的輸入信號與+24V接通時輸入功能無效，與+24V斷開時輸入功能有效；對于其它輸出信號，帶“*”記表示輸出0電平有效。二、指令脈沖與方向信號nCP+，nCP-為脈沖信號，nDIR+，nDIR-為方向信號，這兩組信號均為差分輸出n代表X、Y或Z），外部使用26LS32連接，內(nèi)部電路見下圖：圖3-7指令脈沖和方向信號電路三、驅(qū)動器報警信號nDALM由系統(tǒng)參數(shù)NO.009的Bit0、Bit1位設(shè)定驅(qū)動器報警電平是低電平還是高電平。內(nèi)部電路見圖：四、系統(tǒng)準備好信號nEN系統(tǒng)正常工作時nEN輸出低電平，當系統(tǒng)報警時，nEN電平發(fā)生轉(zhuǎn)換。內(nèi)部接口電路見下圖：五、設(shè)定信號*nSET*nSET用于控制伺服輸入禁止，提高CNC和驅(qū)動器之間的抗干擾能力，該信號在系統(tǒng)無脈沖信號輸出時為高電平，有脈沖信號輸出時為低電平。內(nèi)部接口電路見圖3-10。六、零點信號nPC機械回零時用電機編碼器的旋轉(zhuǎn)信號或接近開關(guān)信號等作為零點信號，內(nèi)部連接電路見下圖：注：上圖的PC信號采用+24V電平，如果驅(qū)動器輸出的PC信號采用+5V電平，則系統(tǒng)中電阻阻值3K3改為470Ω。與驅(qū)動器的連接圖3-12系統(tǒng)與驅(qū)動器連接3.3.2與主軸編碼器的連接一、主軸編碼器接口定義3-13XS32編碼器接口二、信號說明本系統(tǒng)要求使用增量式編碼器。*PCS/PCS、*PBS/PBS、*PAS/PAS分別為編碼器的C相、B相、A相的差分輸入信號，采用26LS32接收；*PAS/PAS、*PBS/PBS為相差90°的正交方波，最高信號頻率<1MHz；內(nèi)部連接電路如圖3-14：（圖中n=A、B、C）三、主軸編碼器接口連接系統(tǒng)與主軸編碼器的連接如下圖所示，連接時采用雙絞線。圖3-15系統(tǒng)與編碼器的連接3.3.3與手輪的連接一、手輪接口定義圖3-16XS38手輪接口二、信號說明HA、HB分別為手輪的A相、B相輸入信號。內(nèi)部連接電路如下圖所示：圖3-17手輪信號電路三、系統(tǒng)與手輪的連接圖3-18系統(tǒng)與手輪的連接3.3.4與變頻器的連接一、模擬主軸接口定義圖3-19XS37模擬主軸接口二、信號說明模擬主軸接口SVC端可輸出0-10V電壓，信號內(nèi)部電路見下圖：圖3-20SVC信號電路三、變頻器接口連接圖3-21系統(tǒng)與變頻器連接3.3.5系統(tǒng)與PC機的連接一、通訊接口定義圖3-22XS36通訊接口二、通訊接口連接本系統(tǒng)可通過RS232接口與PC機進行通訊，系統(tǒng)與PC機的連接如下圖：圖3-23系統(tǒng)與PC機的連接3.3.6電源接口連接本系統(tǒng)采用GSK-PB電源盒，共有四組電壓：+5V（5A）、+12V（1A）、-12V（1A）、+24V（2A），共用公共端COM（0V）。產(chǎn)品出廠時，電源盒到系統(tǒng)XS2的連接已完成，用戶只需要連接220V交流電源。外部連接如下圖所示：圖3-24電源盒的外部連接3.3.7I/O接口定義圖3-25XS40機床輸入圖3-26XS39機床輸出注1：部分輸入、輸出接口可定義多種功能，在上表中用“/”表示；注2：輸出功能有效時，該輸出信號與0V導(dǎo)通。輸出功能無效時，該輸出信號與0V截止；注3：輸入功能有效時，該輸入信號與+24V導(dǎo)通。輸入功能無效時，該信號與+24V截止。帶“*”記的輸入信號與+24V導(dǎo)通時輸入功能無效，與+24V截止時輸入功能有效；注4：+24V、0V與系統(tǒng)配套電源盒的同名端子等效；注5：T07、T08輸出口為復(fù)用輸入口，主軸自動換擋功能及自動循環(huán)允許在輸入設(shè)置為無效時，仍可作為T07、T08刀位輸入口；擴展I/O接口定義XS41擴展輸入和XS42擴展輸出為預(yù)留接口，各預(yù)留16個I/O接口。圖3-27XS41機床輸入圖3-28XS42機床輸出輸入信號是指從機床到系統(tǒng)的信號，該輸入信號與+24V接通時，輸入功能有效，該輸入信號與+24V斷開時，輸入功能無效；帶“*”記的輸入信號與+24V接通時，輸入功能無效，與+24V斷開時輸入功能有效。輸入信號在機床側(cè)的觸點應(yīng)滿足下列條件：觸點容量：DC30V、16mA以上；開路時觸點間的泄漏電流：1mA以下；閉路時觸點間的電壓降：2V以下（電流8.5mA，包括電纜的電壓降）輸出信號用于驅(qū)動機床側(cè)的繼電器和指示燈，該輸出信號與0V接通時，輸出功能有效。與0V截止時輸出功能無效，該輸出信號；包括S1～S4、M3、M4、M5、M8、M10、M11、M32、TL-、TL+、UO0～UO5、DOQPJ、DOQPS、SPZD信號。除TL-、TL+、SPZD為脈沖信號（輸出不保持）外，其它輸出均為電平信號（輸出保持），信號的公共端為＋24V。系統(tǒng)內(nèi)用于輸出信號的晶體管規(guī)格:輸出有效時的最大負載電流，包括瞬間電流在200mA以下；輸出有效時的飽和電壓，在200mA時最大為1.6V，典型值為1V；輸出無效時的耐電壓，包括瞬間電壓在28.8V以下；輸出無效時的泄漏電流，在100μA以下。3.4數(shù)控系統(tǒng)與進給控制模塊間信息傳輸該系統(tǒng)配用STZ系列交流永磁伺服電動機,伺服驅(qū)動裝置為DA98交流伺服驅(qū)動裝置,該裝置采用數(shù)字信號處理器DSP、大規(guī)?？删幊涕T陣列CPLD和智能化功率模塊LPM,集成度高,體積小,保護完善,可靠性好。數(shù)控系統(tǒng)GSK980TD和驅(qū)動裝置DA98及交流永磁伺服電動機的連接關(guān)系如圖3-29所示。圖3-29數(shù)控系統(tǒng)連接關(guān)系3.5數(shù)控系統(tǒng)與輸入輸出模塊間信息傳輸數(shù)控系統(tǒng)及刀架電動機由電網(wǎng)提供220V電源,X軸和軸的驅(qū)動裝置由隔離變壓器提供AC220V電源。圖3-30所示為機床電源配置。整個系統(tǒng)的電源配置應(yīng)注意接地的可靠性,因為接地的好壞直接影響到系統(tǒng)的抗干擾性和安全性。圖3-30機床電源配置3.5.1變頻調(diào)速的特點及基本原理一、變頻調(diào)速的特點在普及型數(shù)控車床主軸中,主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電機,它具有調(diào)速范圍寬,速度穩(wěn)定高,過載能力強,加減速時間短,噪聲低,振動小,壽命長等特點。二、主軸變頻控制的基本原理由異步電機理論可知,主軸電機的轉(zhuǎn)速公式為:n=(60f1/p)(1-s)=n0-Δn(3-1)在忽略定子阻抗壓降的情況下,異步電機定子電路的電壓平衡方程為:U1≈E1=4.44f1N1ΦmKw1(3-2)式中:p—電動機的極對數(shù);S——轉(zhuǎn)差率;f1——供電電源的頻率;n0——同步轉(zhuǎn)速;U1——定子繞組相電壓;E1——定子繞組感應(yīng)電動勢;Φm——每極對的氣隙磁通。從式(3-1)可見,電機轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比,改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,而對于變頻器而言,其頻率的調(diào)節(jié)范圍很寬,可在0~400Hz(甚至更高頻率)之間任意調(diào)節(jié)。因此,主軸電機轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。從式(3-2)可以看出,當頻率發(fā)生變化時,不僅影響電動機的運行速度,而且也影響電動機內(nèi)部磁通量和各部分磁路磁通密度的變化。當然變頻調(diào)速是通過改變電源頻率實現(xiàn)調(diào)速的,但這也會引起氣隙磁通量Φm的變化,從而影響電動機的性能。但如果變頻調(diào)速時,隨著電源頻率的改變同時改變電源電壓,以保持氣隙磁通量Φm不變,電動機將獲得良好的運行性能,便可有效地實現(xiàn)變頻調(diào)速的功能。3.5.2變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置,其功能是將電網(wǎng)電壓提供的恒壓、恒頻的交流電轉(zhuǎn)換為變頻變壓交流電。在數(shù)控車床中采用變頻器的最主要目的是為了提高調(diào)速特性,使被調(diào)的交流電動機在低轉(zhuǎn)差率運行狀態(tài)下,減少轉(zhuǎn)子損耗和起動電流沖擊,有利于系統(tǒng)及電網(wǎng)的穩(wěn)定運行,且調(diào)速范圍寬,精度高,速度穩(wěn)定性好。一、變頻器的選用1、變頻器類型的選擇在數(shù)控車床中選用變頻器除了正?？紤]調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動轉(zhuǎn)矩、負載情況外,更重要的是控制方式的選擇。目前,在數(shù)控車床中運用的主軸變頻器有標量控制和矢量控制2種。標量控制因其在低頻時轉(zhuǎn)矩不夠、速度穩(wěn)定性差(調(diào)速范圍1∶10),因此,在數(shù)控車床主軸變頻中已逐步淘汰,而矢量控制的變頻器正在逐漸推廣應(yīng)用。矢量控制的目的是使鼠籠式異步電機像直流電機那樣具有優(yōu)秀的運行性能及很高的控制性能,通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相配位,用以維持電機內(nèi)部的磁通設(shè)定值產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)矩。它控制特性非常優(yōu)良,可以與直流電機的電樞電流加勵磁電流調(diào)節(jié)相媲美,能適應(yīng)要求高速響應(yīng)的場合,調(diào)速范圍大(1∶100),還可進行轉(zhuǎn)矩控制。矢量控制分為無速度傳感器和有速度傳感器2種。有速度傳感器的精度更高,但在數(shù)控車床中無速度傳感器就能滿足控制要求。無速度傳感器既具有矢量控制高性能的優(yōu)點,又具有通用變頻器沒有速度傳感器的長處的,其最大特點是不僅改善了轉(zhuǎn)矩控制的特性,而且改善了針對負載變化產(chǎn)生的不特定環(huán)境下的速度可控性,即使在低速范圍時同樣可以產(chǎn)生強大的轉(zhuǎn)矩。目前,西門子、艾默生、東芝、LG、日立、森蘭等廠家都有成熟的產(chǎn)品,可供各制造廠家選用。2、功率的選定系統(tǒng)效率等于變頻器與電動機效率的乘積,只有二者都在較高效率下工作系統(tǒng)效率才是最佳的因此,在通常情況下,變頻器的功率與電動機功率相當,以利于變頻器在高效率下運轉(zhuǎn)。如果電動機頻繁啟動、制動或處于重載啟動且較頻繁時,可選取大一級的變頻器,以利于變頻器長期、安全運行。二、變頻器的聯(lián)接方式和速度控制變頻器在數(shù)控車床中的聯(lián)接方式如圖所示它與數(shù)控裝置的聯(lián)系包括以下幾個部分:1)數(shù)控裝置到變頻器的正反轉(zhuǎn)信號;2)數(shù)控裝置到變頻器的速度或頻率信號;3)變頻器到數(shù)控裝置的故障等狀態(tài)信號。對于變頻器的操作與反饋均是在數(shù)控面板進行編程和顯示的。圖3-31變頻器控制示意圖速度控制是在調(diào)速過程中,速度信號的傳遞通過數(shù)控裝置到變頻器的模擬給定通道(電壓或流),通過變頻器內(nèi)部關(guān)于輸入信號與設(shè)定頻率的出特性曲線的設(shè)置,數(shù)控裝置就可以方便而自由控制主軸的速度。該變頻調(diào)速特性曲線包含電壓/電流信號、正/反作用、單/雙極性的不同配置,以滿足數(shù)控車床正反轉(zhuǎn)、自由調(diào)速、變速切削的要求。因此,變頻調(diào)速比機械式換檔更為方便、準確,只要在數(shù)控面板上直接輸入需要的轉(zhuǎn)速,從而實現(xiàn)了無級調(diào)速,并最終實現(xiàn)恒線速切削的要求。第四章PLC的控制原理及程序設(shè)計4.1PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PLC是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型自動化控制裝置。它采用的是典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要由微處理器（CPU）、RAM、ROM和輸入、輸出接口模塊、電源和外部設(shè)備等組成。其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如果把PLC看作一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量-PLC-輸出變量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算、處理后送到輸出端子，它們是PLC的輸出變量。由這些輸出變量對外圍設(shè)備進行各種控制。PLC工作過程是通過CPU的周期性循環(huán)掃描，并采用集中采樣、集中輸出的方式來完成。當PLC在加電運行時，首先清除輸入/輸出寄存器狀態(tài)表中的原有內(nèi)容，然后進行自診斷，即檢查機內(nèi)硬件（如CPU、各輸入輸出模塊等），確認其正常工作后，開始循環(huán)掃描。在每個掃描周期內(nèi)，PLC對用戶程序的掃描過程可分成輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出處理三個階段，如圖4-1所示。圖4-1PLC的工作過程①輸入采樣階段PLC以重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶程序，在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)(輸入信號)讀入輸入映像寄存器中，然后開始執(zhí)行用戶程序，在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。②用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC順序掃描用戶程序，每執(zhí)行一條程序所需要的信息都從輸入映像寄存器和其他內(nèi)部寄存器中讀出并參與算術(shù)和邏輯運算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)輸出映像寄存器中。對于每個元件而言，元件映像寄存器所寄存的內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的進程而變化。③輸出處理階段在輸出處理階段，PLC執(zhí)行完全部指令后，將輸出映像寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成PLC的實際輸出并由輸出端子送出，以驅(qū)動輸出電路，使輸出設(shè)備做出相應(yīng)的動作。4.2PLC在數(shù)控機床控制中的應(yīng)用CNC數(shù)控系統(tǒng)的控制信號有兩類。一類是高速信號，主要用于各個坐標軸的插補運動；另一類是低速信號，主要用于控制主軸電機的正、反運轉(zhuǎn)、接觸器、電磁閥的通斷等開關(guān)量。低速信號的控制對象主要是一些高電壓或大電流的強電設(shè)備，其控制采用可編程序控制器具有可靠性高，柔性好等特點，而且隨著可編程控制器本身性能價格比不斷提高，在現(xiàn)代CNC、FMS系統(tǒng)中的應(yīng)用有不斷上升的趨勢。目前，數(shù)控機床PLC的形式有兩種:一種是內(nèi)裝型PLC，即PLC內(nèi)含在CNC裝置及于一體，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-2所示。這種內(nèi)裝型的PLC擴大了CNC直接處理數(shù)據(jù)的能力和窗口通信功能，可以使用梯形圖編輯和傳送高級控制功能，且造價比較便宜，提高了CNC系統(tǒng)的性價比。圖4-2內(nèi)裝型PLC的結(jié)構(gòu)示意圖一種是獨立型PLC，它完全獨立于CNC裝置，能獨立完成CNC控制任務(wù)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-3所示。圖4-3外裝型PLC的結(jié)構(gòu)示意圖獨立型的PLC有自己的硬件和軟件配置，可以根據(jù)相配機床和設(shè)備的需要靈活配置I/O點數(shù)，采用通信模塊，可與外部輸入輸出設(shè)備、編程設(shè)備、上位機等進行數(shù)據(jù)交換；采用了D/A模塊可對伺服裝置直接控制；采用了計數(shù)模塊，可對加工工件數(shù)量，刀具使用次數(shù)，回轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)分度進行檢測和控制；采用了定位模塊可直接對刀庫、轉(zhuǎn)臺、直線運動軸等的機械運動裝置進行控制。但其造價較高，應(yīng)用不廣泛?？删幊炭刂破髋cCNC機床的聯(lián)接方式本質(zhì)上是外電路聯(lián)接方法，通過CNC數(shù)控系統(tǒng)I/0口發(fā)出控制指令，使可編程控制器輸入端無觸點開關(guān)通斷，完成可編程控制器對機床強電的邏輯控制。CNC機床的被控對象有帶動主軸旋轉(zhuǎn)的主電機、大量開關(guān)量、伺服電機等，可編程控制器與CNC機床的強電、CNC數(shù)控裝置I/0口的聯(lián)接可歸納為下列三部分:圖4-4PLC車床控制系統(tǒng)分解圖圖4-5數(shù)控系統(tǒng)原理圖車床的操作過程比較復(fù)雜，而PLC一般只適用于動作的順序控制。要將PLC用于控制車床動作，必須解決三個問題：（1）如何產(chǎn)生驅(qū)動伺服機構(gòu)的信號及X、Z向動作的協(xié)調(diào)；（2）如何改變進給系統(tǒng)速度；（3）車螺紋如何實現(xiàn)內(nèi)聯(lián)系傳動及螺紋導(dǎo)程的變化。將PLC及其控制模塊和相應(yīng)的執(zhí)行元件組合，這些問題是可以解決的。PLC在CNC機床中的主要作用是控制強電部分，如:主控電源、伺服電源、刀架電機正反轉(zhuǎn)、主軸風(fēng)扇、潤滑電機等。由于流過強電電路的電流很大，在PLC輸出端都接有保護用繼電器。在每一個交流線圈兩側(cè)并聯(lián)阻容電路以吸收由于線圈通斷時產(chǎn)生的浪涌電流。為了提高電機運行的可靠性，在接觸器線圈電路中加有互鎖保護觸點。同理，每個電機的運行程序控制邏輯都固化在PCROM卡中，受機床操作面板開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制?？删幊炭刂破鬏敵龆说耐〝嗍怯善漭斎攵送〝酄顟B(tài)及梯形圖程序決定的，CNC機床數(shù)控裝置與可編程控制器的聯(lián)接是通過軟開關(guān)直接控制PLC輸入端的通斷，以決定PLC輸出端的狀態(tài)。CNC機床數(shù)控裝置I/0口與PLC輸入端的聯(lián)接，從數(shù)控裝置I/0口的信息流向分析，可以分為兩種情況:一是數(shù)控裝置從I/O口輸出指令，控制PLC完成相應(yīng)的動作;另一種是檢測PLC輸入口的開關(guān)狀態(tài)，數(shù)控裝置的1/0口是輸入信號，數(shù)控裝置根據(jù)輸入信號的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。4.3CNC加工代碼在PLC上的實現(xiàn)方法目前，數(shù)控機床程序中，有關(guān)機床坐標系約定、準備功能、輔助功能、刀具功能及程序格式等方面己趨于統(tǒng)一，形成了統(tǒng)一的標準，即所謂的CNC機床ISO代碼。在一個加工程序中包含許多程序段，每個段又由若干字組成，每1個字表示一種功能，歸納起來有4種:一種是準備功能，即所謂的G代碼;第二種是輔助功能，即所謂的M代碼;第三種是刀具功能，即所謂的T代碼;第四種是轉(zhuǎn)速功能即所謂的S代碼。根據(jù)數(shù)控機床性能的不同能執(zhí)行這4種功能多少的程度也不同。在數(shù)控機床內(nèi)部4種功能中，G功能主要與聯(lián)動坐標軸驅(qū)動有關(guān)，是通過CPU控制數(shù)控裝置的1/0接口實現(xiàn);M功能主要控制機床強電部分，包括主軸換向、冷卻液開關(guān)等功能;T功能與刀具的選擇和補償有關(guān)。4.3.1T功能代碼的實現(xiàn)方法T功能代碼包含兩部分，一是刀具選擇;二是刀具位置補償。在PLC上實現(xiàn)的是第1部分功能:刀具選擇。換刀過程如下:運行數(shù)控程序，發(fā)出某個刀具號的換刀指令，對應(yīng)的數(shù)控裝置I/0口變?yōu)楦唠娖?，使PLC輸入端的軟開關(guān)接通，換刀電機正轉(zhuǎn)，當在刀架上的干簧管觸點開關(guān)接通后，換刀電機反轉(zhuǎn)，使刀架下落壓緊，當壓緊力足夠大時，微動開關(guān)接通，換刀電機停止運轉(zhuǎn)。4.3.2M功能代碼實現(xiàn)方法ISO數(shù)控加工代碼標準中輔助功能很多，對于不同的數(shù)控機床，所能實現(xiàn)的輔助功能也不盡相同，但是各種數(shù)控機床都具有一些基本的輔助功能，如M00(程序停止)，M03(主軸正轉(zhuǎn))，M05(主軸停止)等，M功能的一部分是由數(shù)控系統(tǒng)本身的硬件和軟件實現(xiàn)，還有一部分需要數(shù)控裝置與PLC相結(jié)合來完成，如主軸的正轉(zhuǎn)與停止功能，M功能的實現(xiàn)與T功能的實現(xiàn)方法類似，同樣是數(shù)控裝置工/0接口發(fā)出指令，由PLC輸入端狀態(tài)和PLC內(nèi)部ROM中的梯形圖程序決定PLC輸出端的狀態(tài)，進而完成M功能。第五章機床的加工精度檢驗及間隙補償5.1影響加工精度的因素在機械加工過程中,零件的加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。影響數(shù)控機床加工精度的因素很多總的看來，可以分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差。5.1.1靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差:是在不切削的情況下檢測得到的機床誤差，它包括機床的幾何精度和定位精度兩項內(nèi)容，反映的是機床的原始制造精度以及機床本身的重力引起的誤差等。一、幾何誤差數(shù)控系統(tǒng)的幾何誤差是準靜態(tài)誤差，是由機床原始制造缺陷、裝配缺陷、使用磨損、間隙、潤滑等原因造成的，是機床固有的誤差。之所以稱之為準靜態(tài)，是由于在給定的條件下，能夠在一定時期內(nèi)基本保持不變或變化緩慢。機床的準靜態(tài)誤差對加工產(chǎn)品的尺寸精度占很大的比重。如機床熱誤差、工件熱誤差、刀具磨損(引起)誤差等，影響機床的重復(fù)精度和運動精度，可以直接測量，但是測量結(jié)果包含其它原因。1、機床的幾何誤差加工中刀具相對于工件的運動一般都是通過機床完成的,因此,工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。由組成機床各部件工作表面的幾何形狀、表面質(zhì)量、相互之間的位置誤差所引起的機床運動誤差，是數(shù)控機床幾何誤差產(chǎn)生的主要原因。其中工件加工精度影響較大的有:主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差。（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差,機床主軸是裝夾工件或刀具的基準,并將運動和動力傳給工件或刀具,主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。①純軸向竄動誤差的影響主軸具有純軸向竄動誤差時，對加工圓柱面沒有影響。但是加工端面時主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，就要沿軸向竄動一次，向前竄動的半周中形成右螺旋面，向后竄動的半周形成左螺旋面，因而端面產(chǎn)生平面度誤差以及對工件軸線的垂直度誤差。平面度誤差的大小與工件直徑和軸向竄動規(guī)律有關(guān)，其值不大于端面對軸線的垂直度誤差。但垂直度誤差的大小卻是一常數(shù)，等于主軸的軸向竄動量。因此在具有軸向竄動誤差的車床上加工螺紋時，必然產(chǎn)生單個螺距內(nèi)的周期誤差;加工錐體時，錐面產(chǎn)生圓跳動誤差和錐角誤差。②純徑向跳動誤差的影響主軸具有純徑向跳動誤差時對加工端面沒有影響。但如果徑跳量較大且發(fā)生在Y軸時，將會產(chǎn)生“反切”現(xiàn)象。③純偏心運動誤差的影響主軸幾何軸線作純偏心運動時，主軸帶動工件繞其回轉(zhuǎn)軸線作定軸轉(zhuǎn)動，刀尖到回轉(zhuǎn)軸線的距離固定不變，因而車出的外圓表面不產(chǎn)生形狀誤差。但會造成外圓表面與定位基準面之間的同軸度誤差。④純角度擺動的影響當主軸幾何軸線在某一平面內(nèi)作純角度擺動時，則在垂直于平均回轉(zhuǎn)軸線的各個截面里相當于主軸作純徑向跳動，而徑跳量隨截面位置的不同而變化，加工圓柱面將產(chǎn)生圓度誤差和圓柱度誤差。工件前端處圓度誤差最大，圓柱度誤差的大小等于最大圓度誤差。當主軸具有平面內(nèi)的純角度擺動時，如果加工端面，則加工出的端面產(chǎn)生平面度誤差和對工件軸線的垂直度誤差。（2）導(dǎo)軌誤差,除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外,導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量,也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素，導(dǎo)軌潤滑不良、導(dǎo)軌移動部位未及時清掃鐵屑、刮屑板壞，鐵屑進入導(dǎo)軌運動副之間，導(dǎo)軌嚴重磨損也是機床精度下降的主要原因之一。（3）傳動鏈誤差,傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差，一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。從進給電機到與刀架或工作臺連接的螺母之間任何一個傳動元件間有間隙或松動都可能引起隨機性精度超差，如電機與絲杠連接銷釘及防止絲杠軸向竄動的螺母松動等。2、刀具的誤差數(shù)控車床加工一個零件通常需要幾把不同的刀具，換刀指令通過指定程序給定，在換刀過程中產(chǎn)生的誤差主要有對刀誤差、轉(zhuǎn)刀誤差和可轉(zhuǎn)位刀片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)位誤差，這些總稱為換刀誤差。對同一把刀而言，其換刀誤差為對刀誤差與轉(zhuǎn)刀誤差及轉(zhuǎn)位誤差之和。（1）對刀誤差由于刀具安裝及刀具偏差，每把刀轉(zhuǎn)到切削位置時，其刀尖所處的位置不可能完全重合，為了達到在編程時無需考慮刀具間偏差之目的，數(shù)控車床均需對刀，從而使刀具偏置自動生成。對刀通常使用試切對刀法，在此過程中，由于操作者的操作水平和數(shù)控車床最小度量單位等一些因素的限制，一般都會產(chǎn)生誤差。（2）轉(zhuǎn)刀誤差刀架換刀的動作程序通常為：換刀信號→電機→減速機構(gòu)減速→刀架放松→刀架轉(zhuǎn)位→信號符合→電機反轉(zhuǎn)→粗定位→精定位→刀體鎖緊→電機停轉(zhuǎn)→換刀答信→下一道程序。刀架上端的發(fā)信盤中對應(yīng)的每一個刀位都裝有一個霍爾元件，當?shù)扼w旋轉(zhuǎn)到某一刀位時，該刀位上的霍爾元件向數(shù)控系統(tǒng)輸出低電平（其它刀位霍爾元件輸出高電平），說明反饋刀位信號與指令刀位信號相同，此時數(shù)控系統(tǒng)立即命令刀架控制繼電器使電動機反轉(zhuǎn)，這時先用活動銷進行粗定位，再通過定位端齒盤進行精定位。以上在轉(zhuǎn)刀環(huán)節(jié)產(chǎn)生的最終誤差的部件主要是定位端齒盤。根據(jù)統(tǒng)計資料顯示，一對端齒盤結(jié)合后的重復(fù)定位精度一般為3″~5″，從而使轉(zhuǎn)刀過程產(chǎn)生誤差。（3）轉(zhuǎn)位誤差數(shù)控車刀一般都采用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片，在轉(zhuǎn)位前后均會產(chǎn)生誤差。影響轉(zhuǎn)位精度的因素主要有：①刀桿的磨損或損壞可轉(zhuǎn)位刀片在刀桿上的定位多數(shù)是依靠刀片的周邊，若刀片槽因磨損而變大或產(chǎn)生任何形式的變形，則轉(zhuǎn)位后的刀片位置會隨之產(chǎn)生或大或小的變化。②刀桿的主偏角刀桿的主偏角也會影響轉(zhuǎn)位精度,90°主偏角的刀桿，與其它主偏角的刀桿相比，轉(zhuǎn)位精度更易受刀片誤差的影響。③刀槽角刀桿上刀片槽的兩個定位面間的角度也有其公差范圍。三角形刀片的刀槽角通常為60°，而正方形刀片則為90°，為保證刀片、刀墊、刀桿在刀尖附近的接觸面貼合緊密，在有孔刀片裝夾時，這種措施尤為重要。④熱膨脹鋼質(zhì)刀桿和硬質(zhì)含金刀片均會受熱膨脹變形,這會影響轉(zhuǎn)位精度。⑤刀片誤差刀片必須按公差制造，所選公差須具經(jīng)濟可行性。若要使公差減小，成本會增加很多。三角形刀片的尺寸和公差通常根據(jù)內(nèi)切圓直徑來進行分類；而正方形刀片則按對邊之間的尺寸和公差來進行分類。⑥刀尖變動刀片的刀尖必須由尺寸一致的圓弧構(gòu)成，這些圓弧應(yīng)精確定位，并精確地與刀片各邊相切。（4）減少換刀誤差的方法①減少對刀誤差：對刀時采用單步進給方式，同時采用最小單步值（如0.001）進行試切。此外，宜采用專用夾具，以提高Z方向?qū)Φ兜木_度。因為Z方向?qū)Φ兑话阈柙赯方向設(shè)一個固定點，測量不同的刀尖在同一位置時，對該點的距離，并輸入，采用專用夾具可有效提高輸入值的精確度?；蛳溶囈粋€端面，再用車臺階然后測量臺階寬度的方法進行Z向?qū)Φ?。②減少轉(zhuǎn)刀誤差：方法一是采用高精度刀架，二是減少刀具的種類，以減少換刀次數(shù)。③減少轉(zhuǎn)位誤差：一是采用高精度刀桿與刀片；二是保證一定的定位精度；三是夾緊元件應(yīng)具有足夠的硬度和強度。④適當采用刀尖圓弧半徑補償車刀刀尖部分均為一半徑為r的小圓弧，如圖5-1所示。它不僅可以降低加工工件的表面粗糙度，還能減緩刀具的磨損，提高刀具的使用壽命。圖5-1刀尖圓角r編程員可直接根據(jù)零件輪廓形狀進行編程，編程時可假設(shè)刀具圓角半徑為零，在數(shù)控加工前必須在數(shù)控機床上的相應(yīng)刀具補償號輸入刀具圓弧半徑值，加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工程序和刀具圓弧半徑自動計算假想刀尖軌跡，進行刀具圓角半徑補償，完成零件的加工。刀具半徑變化時，不需修改加工程序，只需修改相應(yīng)刀號補償號刀具圓弧半徑值即可。根據(jù)工件與刀具的相對位置不同，刀尖圓弧半徑補償?shù)闹噶钜膊煌?。圖5-2表示了刀尖半徑補償?shù)膬煞N不同方向，如果刀尖沿ABCDE運動見圖5-2a，順著刀尖運動方向看，刀具在工件右側(cè)，即為刀具的右補償，用G42指令刀尖右補償，若刀尖沿FGHI運動，如圖5-2b，順著刀尖運動方向看，刀具在工件左側(cè)，即為刀具的左補償，用G41指令刀尖左補償。（a）刀尖半徑右補償（b）刀尖半徑左補償圖5-2刀尖圓弧半徑補償方向需要注意的是：除了輸入刀頭圓角半徑外，還應(yīng)輸入假想刀尖相對于圓頭刀中心的位置，這是由于內(nèi)、外圓車刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。根據(jù)各種刀尖形狀與刀尖位置的不同，數(shù)控車刀的刀具切削沿位置共有9種，如圖5-3所示。圖5-3數(shù)控車床的刀具切削沿位置當數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)具有刀具長度補償器時，直接根據(jù)零件輪廓形狀進行編程，加工前在機床的刀具長度補償器輸入上述的ΔX和ΔZ的值，在加工時調(diào)用相應(yīng)刀具的補償號即可。3、夾具的幾何誤差:夾具的作用時使工件相當于刀具和機床具有正確的位置,因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(特別是位置精度)有很大影響。工件在裝夾過程中,如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當,將引起工件變形,造成相應(yīng)的加工誤差。4、熱誤差:通過對數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)和加工過程分析可知，由于受不同熱源影響，機床會產(chǎn)生熱變形，引起熱誤差。數(shù)控機床的熱源主要分內(nèi)外兩大部分，內(nèi)部熱源主要是指機床的工作條件，外部熱源主要指機床的環(huán)境條件。由于內(nèi)外熱源的共同影響，輸入機床的熱量與輸出機床的熱量產(chǎn)生偏差，從而使數(shù)控機床各個位置產(chǎn)生不均勻溫升，發(fā)生了膨脹、彎曲、收縮等熱變形，從而引起刀具與工件間的相對位置發(fā)生變化，產(chǎn)生熱誤差。5、由于切削力變化引起的誤差:加工過程中,由于工件的加工余量發(fā)生變化工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化,使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化,從而產(chǎn)生加工誤差。以上各種誤差源對數(shù)控機床的加工精度影響程度不一樣。根據(jù)美國Klnie等的研究成果，影響程度分配如表5-1所示。由表中可以看出，幾何誤差、熱誤差、力誤差及刀具誤差占誤差的75%左右。表5-1數(shù)控機床各種誤差所占比例二、定位誤差定位精度是指所測量的機床運動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運動所能達到的位置精度,是評價數(shù)控機床的質(zhì)量和狀態(tài)的重要技術(shù)指標之一，它與機床的幾何精度共同對機床切削精度產(chǎn)生重要的影響,對數(shù)控機床的定位精度進行檢測和補償是保證加工質(zhì)量的必要途徑。對于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，定位精度主要產(chǎn)生于由傳動剛度變換而引起的定位誤差，啟動或反向時的死區(qū)誤差和運動時的動態(tài)誤差。在伺服系統(tǒng)中機械傳動機構(gòu)系統(tǒng)的最后執(zhí)行元件是絲杠螺母機構(gòu)，當工作臺處于不同位置時，由于滾珠絲杠受力狀態(tài)的變化，所以絲杠螺母副的傳動剛度是變化的。伺服系統(tǒng)中機械傳動部分的變形主要為滾珠絲杠螺母副的軸向接觸變形、滾珠絲杠的拉壓變形和軸承的軸向接觸變形，這三項剛度構(gòu)成機械傳動部分的綜合拉壓剛度。在滾珠絲杠傳動的伺服系統(tǒng)中，普通精度的數(shù)控機床為了簡化結(jié)構(gòu)，方便調(diào)試，滾珠絲杠的支承多采用單端軸向定位，當螺母在滾珠絲杠上的不同位置時，滾珠絲杠的拉壓剛度是不同的，這時綜合傳動剛度也隨之值變化，即使在均勻載荷下(如沒有切削只有運動部件載荷的情況)，在不同的位置也將產(chǎn)生定位誤差，要減少綜合傳動剛度引起的定位誤差，必須要求伺服系統(tǒng)的機械傳動部件有足夠大的剛度，導(dǎo)軌有盡量小的摩擦系數(shù)。死區(qū)誤差也是影響定位精度的主要因素之一。傳動系統(tǒng)啟動或反向時產(chǎn)生的輸入運動和輸出運動之間的差值，稱為死區(qū)誤差。產(chǎn)生死區(qū)誤差的原有兩個方面:一是由于機械傳動裝置中存在間隙，伺服電機在反向或啟動時首先要消這部分間隙，而造成運動誤差，稱為間隙死區(qū)誤差;二是由于導(dǎo)軌摩擦力的存在，摩擦死區(qū)的產(chǎn)生是由于有靜摩擦力的存在，當運動部件啟動或反向時，首先必須在傳動部件上產(chǎn)生一定的彈性變形，使其產(chǎn)生足以克服靜摩擦力的驅(qū)動力，才能使運動部件移動，而這部分彈性變形稱為摩擦死區(qū)。死區(qū)誤差是整個進給伺服系統(tǒng)輸入與輸出之間的差值，產(chǎn)生的原因主要有機械傳動系統(tǒng)的間隙、電氣元件的死區(qū)及摩擦死區(qū)。對于機械間隙，可以采取消除間隙或通過數(shù)控系統(tǒng)補償，電氣元件的死區(qū)則可以通過選擇參數(shù)來避開。若測得數(shù)控機床的定位誤差超出誤差允許范圍,則必須對機床進行誤差補償。常用方法是計算出螺距誤差補償表,手動輸入數(shù)控機床CNC系統(tǒng),從而消除定位誤差。其定位精度補償方法如下:(1)先備份數(shù)控機床CNC控制系統(tǒng)中的已有補償參數(shù)。(2)由計算機調(diào)出進行逐點定位精度測量的機床CNC程序,并傳送給CNC系統(tǒng)。(3)自動測量各點的定位誤差。(4)根據(jù)指定的補償點產(chǎn)生一組新的補償參數(shù),并傳送給CNC系統(tǒng),同時使補償參數(shù)生效,螺距補償完成。(5)重復(fù)檢測過程并進行精度驗證。根據(jù)數(shù)控機床各軸的精度狀況,利用螺距誤差補償功能和反向間隙補償功能,合理地選擇分配各軸補償點,使數(shù)控機床達到最佳使用精度狀態(tài),并大大提高了檢測機床定位精度的效率。5.1.2動態(tài)誤差動態(tài)誤差是指機床在實際切削加工條件下加工的工件所達到的精度，它不僅與數(shù)控機床的原始制造精度相關(guān)，如加工時的夾具、刀具和工件本身的誤差，也與切削時的力、速度等相關(guān)。一、機床的控制系統(tǒng)誤差包括機床軸系的伺服誤差（輪廓跟隨誤差），數(shù)控插補算法誤差，機床參數(shù)設(shè)置不合理，如與位置控制有關(guān)的參數(shù)反向間隙、夾緊允差等設(shè)置不合理會引起精度超差。二、檢測系統(tǒng)的測試誤差（1）由于測量傳感器的制造誤差及其在機床上的安裝誤差引起的測量傳感器反饋系統(tǒng)本身的誤差；（2）由于機床零件和機構(gòu)誤差以及在使用中的變形導(dǎo)致測量傳感器出現(xiàn)的誤差。三、切削負荷造成工藝系統(tǒng)變形所導(dǎo)致的誤差包括機床、刀具、工件和夾具變形所導(dǎo)致的誤差。這種誤差又稱為“讓刀”，它造成加工零件的形狀畸變，尤其當加工薄壁工件或使用細長刀具時，這一誤差更為嚴重。四、機床的振動誤差在切削加工時，數(shù)控機床由于工藝的柔性和工序的多變，其運行狀態(tài)有更大的可能性落入不穩(wěn)定區(qū)域，從而激起強烈的顫振。導(dǎo)致加工工件的表面質(zhì)量惡化和幾何形狀誤差。五、運動誤差:反應(yīng)了機床達到準確位置的能力。運動誤差受機床溜板、齒輪、軸承、電機等的影響。幾何誤差和運動誤差是內(nèi)在聯(lián)系的。六、力誤差:機床受力(包括切削力、工件和夾具重力、裝卡力等)引起變形所造成的機床誤差，也稱為剛度誤差。七、隨機誤差:外界干擾造成的機床誤差。除以上所述還有許多因素，如機床地基和水平不符合要求；機床接地要求不符合規(guī)范，無屏蔽措施,抗干擾能力差；機床修理調(diào)整不當?shù)取?.2加工精度的提高對于靜態(tài)誤差可采用螺距誤差補償和反向間隙誤差補償來抵消，而動態(tài)誤差補償主要用來校正熱切削力引起的誤差。如何減少各種因素對加工精度的影響,提高工件的加工質(zhì)量,需要進行深度分析。要提高機床的精度，主要采取兩種方法：一種是通過提高零件設(shè)計、制造和裝配的水平來消除可能的誤差源，稱為誤差防止法(errorprevention)。該方法一方面主要受到加工母機精度的制約，另一方面零件質(zhì)量的提高導(dǎo)致加工成本膨脹，致使該方法的使用受到一定限制。另一種叫誤差補償法(errorcompensation)，是在不改變機床結(jié)構(gòu)和制造精度的基礎(chǔ)上，將該誤差量反饋到機床的控制系統(tǒng)中，改變坐標驅(qū)動量來實現(xiàn)誤差修正，從而提高機床定位精度。采用誤差補償技術(shù)能使加工出的零件精度高于其加工所用工藝系統(tǒng)能達到的正常精度，具有高效率低成本的優(yōu)點，由此可見，誤差補償技術(shù)是提高機床精度必要的和實際的方法。一、誤差防止法機械傳動機構(gòu)系統(tǒng)對整個伺服進給系統(tǒng)伺服剛度造成影響的主要因素是工作臺及其負載的質(zhì)量和導(dǎo)軌的阻尼。慣性負載的變化對伺服系統(tǒng)伺服剛度的影響也較大，要減弱慣性負載的變化對數(shù)控進給伺服動態(tài)性能的影響，可以采用增大工作臺的自重，隨著工作臺自重的增加，相同負載質(zhì)量變化引起伺服系統(tǒng)干擾力階躍輸入響應(yīng)的變化位移變動量減少，伺服動剛度對質(zhì)量變動的敏感性也會降低。所以可以采用增加工作臺自重的方法使工件質(zhì)量在慣性負載中的比例減小，工件質(zhì)量的改變就可以忽略不計，但這樣會增大進給伺服系統(tǒng)的絕對慣性負載，影響數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的加減速能力，從而影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。同時還要求導(dǎo)軌具有一定的阻尼以提高進給伺服系統(tǒng)的抗震性，提高進給伺服系統(tǒng)的定位精度。二、誤差補償法由于絲杠預(yù)緊力不夠或磨損導(dǎo)致絲杠螺母副出現(xiàn)間隙，造成各坐標軸在由正向運動轉(zhuǎn)為反向運動時形成反向偏差,通常也稱反向間隙或矢動量，這種誤差在每個運動軸上表現(xiàn)為，同一點處由于運動的改變而造成的位置偏差，一般認為是常量，但會隨著磨損逐漸增加。進而會影響到機床的定位精度和重復(fù)定位精度,從而影響產(chǎn)品的加工精度。如在G01切削運動時,反向偏差會影響插補運動的精度,若偏差過大就會造成“圓不夠圓,方不夠方”的情形，因此需要定期對機床各坐標軸的反向偏差進行檢測和補償。這就需要數(shù)控系統(tǒng)提供反向間隙補償功能，以便在加工過程中自動補償一些有規(guī)律的誤差，提高加工零件的精度。1、直線運動軸反向偏差的檢測與補償測量直線運動軸的反向偏差時,可采用測量工具千分表或百分表。當進行測量時,需要注意的是表座和表桿不要伸出過高過長,因為測量時由于懸臂較長,表座易受力移動,造成計數(shù)不準,補償值也就不真實了。在所測量數(shù)控機床坐標軸的行程內(nèi),預(yù)先向正向或反向移動一個距離并以此停止位置為基準,再同一方向給予機床一定移動指令值,使移動一段距離,然后再往相反方向移動同的距離,測量停止位置與基準位置之差在靠近行程的中點及兩端的三個位置分別進行多次檢測(一般為七次),求出各個位置上的平均值,以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。在測量時一定要先移動一段距離,否則不能得到正確的反向偏差值。數(shù)控裝置內(nèi)存中通常設(shè)有若干個地址,專供存儲各軸的反向間隙值。當機床的某個軸被指令改變運動方向時,數(shù)控裝置會自動讀取該軸的反向間隙值,對坐標位移指令值進行補償、修正,使機床準確地定位在指令位置上,消除或減小反向偏差對機床精度的不利影響。2、滾珠絲杠的竄動、回動檢測在機床某一方向滾珠絲杠的軸端中心孔內(nèi)放入一粒一級精度的鋼球(選絲杠的約束止推端;中心孔一定要清潔干凈;鋼球用優(yōu)質(zhì)的黃油粘著上)。將千分表吸合固定在剛性牢固的合適部位,表觸頭垂直接觸到鋼球的中心部位并表針刻度校零。轉(zhuǎn)動手搖脈沖發(fā)生器驅(qū)動絲杠向一個方向慢慢旋轉(zhuǎn)的同時觀察表針的擺動量,要求表針擺動值在3μm內(nèi)時為合格。此為絲杠的軸向竄動。轉(zhuǎn)動手搖脈沖發(fā)生器驅(qū)動絲杠向一個方向慢慢旋轉(zhuǎn)并待表針相對穩(wěn)定時突然反搖,觀測表針的擺動值,要求表針擺動值在3μm內(nèi)時為合格。此為絲杠的軸向回動。超差時反映的主要問題：①絲杠支撐軸承的精度不夠;約束止推端的軸承外環(huán)沒有用端蓋壓緊或軸承內(nèi)環(huán)沒有用螺母背緊,致使軸承內(nèi)、外環(huán)之間存有未消除的間隙。②軸承在殼體內(nèi)安裝位置不佳、歪了或是絲杠三點支撐(進給箱、絲母座及軸承支座)之間的同軸度太差。③此項精度超差會影響該進給軸的重復(fù)定位精度和定位精度,致使工件加工精度下降。3、絲杠螺母處滾道的竄動、回動檢測將千分表吸合固定在機床大拖板合適的部位,表觸頭接觸到絲杠滾道一側(cè)的中徑處(與絲杠軸線呈45°角接觸)并表針刻度校零。同滾珠絲杠軸端的竄動、回動檢測方式一樣,搖動手要脈沖發(fā)生器進行檢測,表針擺動值在3μm內(nèi)時為合格。(注:滾道的左、右兩個側(cè)面均要進行檢測。)超差時反映的主要問題：①滾珠絲杠制造精度不良,絲杠與螺母之間有未消除的間隙。②絲杠三點支撐之間的同軸度太