图3-5 工作方式选择程序框图

2.3机床控制

机床控制包括：X、Y、Z方向的进给，电机的起动、回零等。该模块程序框图为图3-6。

图3-6 机床控制模块程序框图

四：普通铣床的数控化主传动系统的设计

将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。

第二章普通铣床机械部分的数控化改造

一．主轴传动系统的数控化改造 1. 数控化改造主传动系统

根据本题目给定的定位精度要求，初步选用半闭环伺服系统，从手册中查得伺服电机的最高转速nmax为1000r/min获1500r/min。如果伺服电机通过联轴器与丝杠直接连接。即i?1,工作台快速进给的最高转速达到vmax=10m/min，取电机的最高转速nmax:

nmax?1000Vmax1000?10　　??10mm

10001000所以取Ph=10mm

根据精度要求数控机床的脉冲当量为??0.001mm/脉冲，伺服电机每转应发

出的脉冲数达到

b?Phi?10?1?104 0.001?伺服系统中常用的位置反馈器有旋转变压器和脉冲编码器。旋转变压器的分解精度为每转2000个脉冲，如果采用旋转变压器方案，则在伺服电机和旋转变压器轴之间安装5：1的升速齿轮。采用脉冲编码器方案时，因脉冲编码器有每转2000个、2500个、5000个脉冲等数种产品，故编码器后应加倍频器。如选用每转2500个脉冲编码器，则倍频器的倍数为4。

速度反馈装置中，与旋转变压器相配套的可采用测速发电机。其性能为电机按1000r/min输出一定的电压量Ug（如输出6v）如采用脉冲编码器方案，则可在倍频器后架频率/电压转换器（F/V）。其转换比例为每分钟107个脉冲，输出电压Ug（如6v）。本设计伺服电机每转发出的脉冲为104个，故转换比例仍为6（v）/1000（r/min）.

下图为上述两种方案的传动系统图。这两种方案目前都有使用，各配不同的数控系统。本设计采用图（B）方案。

图2.1 传动系统图

1—旋转变压器；2—测速发电机；3—伺服电机；4—挠性连周期；5—滚珠丝杠；6—工作台；7—频率/电压转换器；8—倍频器；9—脉冲编码器；

2.主轴脉冲编码器的选用与工作原理

2.1. 主轴脉冲编码器的选用

脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，它把机械转角变成电脉冲，是一种常用的角位移传感器。在数控铣床上只使用光电式脉冲编码器，因为光电式的精度和可靠性优于其它。根据表4—2选择导程Ph=10mm，选择2500/转，每转脉冲移动量0.5 in

图4.2 增量式光电编码器的结构图

增量式光电编码器如上图的所示，其实就是一种光电盘。在一个圆盘的圆周上分成相等的透明与不透明的部分，圆盘与工作轴一起旋转，此外，还有一个固定不动的扇形薄片与圆盘平行放置，并制作有辨向窄缝，当光线通过这两个作相对运动的薄透光与不透光部分时，使光电元件接受到的光通量也时大时小地连续变化，经放大、整形电路的变换后变成脉冲信号。

2.2主轴脉冲编码器的工作原理

光线透过圆光栅和指示光栅的线纹，在光电元件上形成明暗交替变化的条纹，产生两组近似于正弧波的电流信号A与B，两者的相位相差900，经放大、整形电路，变成方波，如图：

图4.2.1 脉冲编码器的输出波形

若A相超前于B相对应电机作正向旋转；若B相超前于A相，则对应电机作反向旋转。若以该方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。

Z相是一转脉冲，也称为零位脉冲，它是用来产生机床的基准点的。通常，数控铣床的机械参考点与各轴的脉冲编码器发生出Z相脉冲是一致的，即该信号与A、B信号严格同步。

在应用时，从脉冲编码器输出的A和A，B和B四个方波被引入位置控制回路，经辨向和乘以倍率后，变成代表位移的测量脉冲。经频率/电压变换器变成正比于频率的电压作为速度反馈信号、供给速度控制单元进行速度调节。

二 机床进给系统的数控化改造

1.滚珠丝杠螺母副的设计计算与选型 1.1.滚珠丝杠螺母副设计与原理

由于本系统要求达到?0.02的定位精度，根据此要求，查阅滚珠丝杠手册。P型是用于精确定位且能够根据旋转角度和导程间接测量轴向行程的滚珠丝杠副，T型是用于传递力的滚珠丝杠，其轴向行程的测量由与滚珠丝杠副的旋转角度和导程无关的测量装置来完成。所以选用P型。根据精度推荐表，铣床X、Y轴的丝杠精度为4、5级，Z轴的丝杠精度为4、5级，所以本设计选用4级。控铣床上得到了广泛的应用。它的结构特以减少摩擦。

图2.2滚珠丝杠结构图

图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，它们对合起来就形成了螺旋滚