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XB4450銑床的數(shù)控改造

時間:2011-05-20 08:43:50 來源:未知

1 改造原因

XB4450銑床是昆明機床廠生產(chǎn)的仿形銑床。其基本參數(shù)為：最大銑削長度900mm，最大銑削寬度500mm，最大銑削高度350mm。該銑床由于長時間工作，設(shè)備老化，機械傳動偏差大，造成精度不高，速度慢；單軸控制，電路復(fù)雜，操作繁瑣，性能不穩(wěn)定，且效率低下。為適應(yīng)現(xiàn)代制造工業(yè)發(fā)展，合理利用資源，進(jìn)行了如下改造。

2 電氣部分改造

改造后的數(shù)控系統(tǒng)是由內(nèi)外兩個位置環(huán)組成。其中內(nèi)部閉環(huán)為轉(zhuǎn)角位置閉環(huán)，檢測元件為裝在電機軸上的光電編碼盤，驅(qū)動裝置為交流伺服電機(代替原來的可控硅控制的直流電機)，從而構(gòu)成了一個輸入為qi，輸出為q0的隨動系統(tǒng)。由于編碼器分辨率較高，反饋采用數(shù)字脈沖伺服，部分采用雙脈沖輸入控制，所以抗干擾能力強。內(nèi)環(huán)性能穩(wěn)定，同改造以前開環(huán)控制比較，旋轉(zhuǎn)精度明顯提高。外部位置環(huán)采用分辨率為0.05µm光柵尺作為線位移檢測元件，直接獲取加工中機床工作臺的位移信息。產(chǎn)生數(shù)字脈沖傳送給計算機，構(gòu)成全閉環(huán)控制，使機床定位精度得到保證。以內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)角隨動系統(tǒng)的驅(qū)動裝置驅(qū)動工作臺運動，工作臺的位移精度由線位移檢測元件決定。采用雙閉環(huán)控制不但具有全閉環(huán)系統(tǒng)的位置控制精度，而且具有全閉環(huán)控制的精度穩(wěn)定性，有效地保證了機床的響應(yīng)速度和加工精度。

    圖1
  1. 穩(wěn)定性分析
    由于內(nèi)部轉(zhuǎn)角閉環(huán)不包含間隙非線性環(huán)節(jié)，因此通過合理設(shè)計該局部線性系統(tǒng)，可使其成為一無超調(diào)的快速隨動系統(tǒng)，其動態(tài)特性可近似表示為
    q0(S)/qi(S)=Kq/(TqS+1)
    式中：Kq——轉(zhuǎn)角閉環(huán)增益
    Tq——轉(zhuǎn)角閉環(huán)時間常數(shù)
    系統(tǒng)外環(huán)雖然包含了非線性環(huán)節(jié)，但設(shè)計控制器使

    Gp(S)=Kp/S
    式中 Kp——積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)
    將系統(tǒng)校正為Ⅰ型并合理選擇系統(tǒng)增益，可避免系統(tǒng)的頻率特性曲線與非線性環(huán)節(jié)的負(fù)倒幅曲線相交或?qū)⑵浒鼑?，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。顯然當(dāng)Tq較小時，q0(S)/qi(S)=K0，系統(tǒng)將具有更強的穩(wěn)定性。
  2. 跟隨誤差分析
    采用上述方案可保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，因此可忽略非線性因數(shù)的影響，求出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
    系統(tǒng)設(shè)計時使反饋系數(shù)Kf=1，前饋通道
     

    上式說明，雙閉環(huán)系統(tǒng)具有理想的動態(tài)性能和跟隨精度。
    用三菱PLC處理復(fù)雜電路邏輯關(guān)系，使得線路簡化，性能穩(wěn)定，維護方便。另外，為使機床能夠滿足加工不同材料的要求，主軸使用變頻器進(jìn)行無級調(diào)速，保證主軸速度變化情況下，轉(zhuǎn)矩變化小。

1.電機 2、13.螺釘 3.支承座 4、9.螺母 5.同步帶 6、8漲緊套 7.同步齒輪 10.軸承 11.外隔圈 12.內(nèi)隔圈 14.壓緊法蘭 15.滾珠絲桿
圖2

3 機械部分改造

首先，將X、Y、Z三方向拖板的齒輪變速箱拆去不用，電機直接通過皮帶輪、同步帶帶動滾珠絲杠，從而帶動拖板移動。因此機械結(jié)構(gòu)更為簡單，減少了傳動誤差。下面以Z方向的結(jié)構(gòu)為例，說明其新結(jié)構(gòu)。Z軸電機根據(jù)客戶要求安裝在機床的下方。其連接方法如圖2所示。 #p#分頁標(biāo)題#e#
皮帶輪7通過漲緊套固定在電機軸上，它通過皮帶帶動帶輪8，帶輪8通過漲緊套與滾珠絲杠固定(滾珠絲杠采用一端固定，一端浮動方式的固定方式)，帶動Z向拖板升降運動。其中漲緊套機構(gòu)是近幾年發(fā)展起來的一種新型無鍵連接方式，比有鍵連接更易保證精度，更易安裝，其結(jié)構(gòu)、尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

4 改造結(jié)果

改造以后的銑床性能穩(wěn)定，加工精度高。該機床采用三軸聯(lián)動，對于較復(fù)雜的模具曲面、異形工件均能自動加工，而且運算速度快，定位精度好，價格性能比高，適應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)的需要。