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永磁交流伺服电机下的拉床多轴同步控制

2018年10月25日14:11
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        摘要:普通铣床数控化改造,实质就是在普通铣床上增加微机控制装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。其目的是使原机床具有一定的柔性,提高生产效率和质量,解决复杂零件的加工问题。用单片机扩展系统将普通铣床改造为经济型铣床,简便易行,能保证零件的加工精度,对复杂零件尤其是对弧面和凸面的加工效果显著。

      (一)机械部分设计
      对数控机床的改造最主要的部分就是对其纵、横进给机构的改造及控制系统的设计改造,以便使其具有更加合理的结构和更全面的控制系统,便于其真正的应用于实际的生产中。

       1.工作台的进给运动
        因为改造后主要加工圆弧、凸轮一类的平面曲线轮廓,所以采用微机数控实现三坐标两轴联动控制,工作台纵向(轴)、横向(轴)及垂直方向(轴)的运动,分别由步进电动机经过一级齿轮减速后,由滚珠丝杠螺母副拖动。由于铣削时作用在电动机轴上的负载转矩较大,所以要选择大功率的步进电动机。而大功率的步进电动机的驱动较困难,步进电动机没有过载能力,在高速运动时转矩下降很多,容易丢步。要使改造后的铣床进给伺服性能较好,在改造时采用直流伺服电动机驱动。

         2. 机械部分结构设计
        (1)保留原机床的主轴旋转运动,工作台升降运动仍采用手动操作,纵、横向进给改造后既可机动进行复杂零件的计算机数控加工,又可手动操作完成简单零件的加工或用于数控加工前的对刀工作。
         (2)保留原机床纵向进给的机动部分,将离合器脱开,去掉手轮,将手轮轴通过一对齿轮与步进电机相联,用微机数控系统控制纵向进给运动。加工时,将离合器脱开,使原来的机动进给停止工作。
         (3)工作台横向运动方面,在原手轮安装位置,安装减速齿轮及步进电机,用微机数控系统控制横向进给运动。
         (4)采用直流伺服电动机作驱动元件,伺服电动机的轴端为光轴,齿轮与电动机轴,电动机轴与传动轴采用锥环无键连接消除连接器的结构。这种连接的特点是不需要开键槽,而且两连接件的相对角度可任意调节。由于锥环之间的楔紧作用,内外环分别产生径向弹性变形,靠磨擦力与套连接,消除配合间隙,保证对中性。

         (二) 数控系统硬件设计

         数控部分采用MCS-51系列的8031单片机实现对整个系统的主控制。用8031外接3片2764(E-PROM),一片6264(RAM)及一片8255(扩展I/O),一片8155芯片,扩展成一个较简单的微机控制系统。2764用作程序存储器,6264用来扩展8031的RAM存储器, 8155用作键盘和显示接口,8255用于接收控制面板上多路转换开关的控制信号。
        当单片机系统控制X、Y轴某一台步进电机单动时,可实现铣床横向、纵向的直线进给;当控制X-Y轴配合联动时,可实现水平面内直线、斜线、圆弧及复合轨迹的加工,可以近似地复合出水平面内非圆曲线。在铣床原有加工功能的基础上,其控制精度和加工精度远高于普通铣床。

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