普通銑床的數(shù)控化改造

1、<p><b>　　普</b></p><p><b>　　通</b></p><p><b>　　銑</b></p><p><b>　　床</b></p><p><b>　　的</b></p><p

2、><b>　　數(shù)</b></p><p><b>　　控</b></p><p><b>　　化</b></p><p><b>　　改</b></p><p><b>　　造</b></p><p>&

3、lt;b>　　系部：</b></p><p><b>　　班級：</b></p><p><b>　　姓名：</b></p><p>　　普通銑床的數(shù)控化改造總體方案的設計</p><p>　　一：普通銑床的數(shù)控化改造方案的設計</p><p>　　1.原來

4、的XQ6125B普通升降臺銑床的用途</p><p>　　原XQ6125B臥式萬能升降臺銑床是屬于通用機床，主要適用于加工單件、小批量生產和工具修理部門，也可以用于成批生產部門?？衫酶鞣N圓柱銑刀、圓片銑刀、成型銑刀和端面銑刀等，銑削各種平面、斜面、成型表面、溝槽及齒輪等。還可以利用分度頭，可以加工各種螺旋槽。外觀如圖1-1。對于它的數(shù)控化改造用于擴大加工范圍，提高加工精度，提高工作效率，滿足生產急需是非常必要的

5、，從經濟角度上也是可行的。 圖1-1 XQ6125B普通升降臺銑床外觀圖</p><p><b>　　2.總體設計任務</b></p><p>　　將原來的X6132要改造成加工精度高、定位準確、可靠，擴大其加工范圍，提高加工效率，各性能參數(shù)有所提高，使其可以銑削圓弧面與斜面等形狀復雜的高精度零件(如凸輪軸)。</p><p><

6、b>　　3.總體設計方案</b></p><p>　　經濟型數(shù)控銑床的改造，為了保證被改造后的性能不低于原銑床，選X、Z坐標快進速度不低于2.4m/min，水平拖動力按15KN計算，則所需的功率為：</p><p>　　P=FV=15=0.6Kw</p><p>　　如果采用步進電機作為伺服驅動元件，步進電機達不到此功率要求。</p>

7、<p>　　例如：200BF001反應式步進電機，最大靜轉矩為，最高運行頻率為11000step/s，步距角為1/6°，若取最高工作頻率下的工作扭矩為靜扭矩的1/4，則高速小的功率為：</p><p>　　因此，如果選用步進電機，必須相應地降低機床的某些性能，主要是快速性。另一方面由于步進電機在低速工作時有明顯的沖動，易自激振蕩，而且激振頻率很可能落入銑削加工所用的進給速度范圍內，著對加工極

8、為不利，造成工件超差。此外，由于步進電機沒有過載能力，高速時扭矩下降很多，容易丟失，大功率步進的驅動較困難等，選用步進電機驅動是不合適的。</p><p>　　若采用直流或交流伺服電機的閉環(huán)控制方案，結構復雜，技術難度大，調試和維修困難得多，造價也高。閉環(huán)控制可以達到很好的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙，干擾等對加工精度的影響，一般應用于要求高的數(shù)控設備中，由于所改造數(shù)控銑床工件的加工精度不十分

9、高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。</p><p>　　若采用直流或交流伺服電機的半閉環(huán)控制,其性能介于開環(huán)和閉環(huán)之間.由于調速范圍寬,過載能力強,有采用反饋控制因此性能遠優(yōu)于步進電機的開環(huán)控制;反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機械傳動元件,調試比閉環(huán)簡單,系統(tǒng)的穩(wěn)定性較易保證,所以比閉環(huán)容易實現(xiàn).但是采用半閉環(huán)控制,調試比開環(huán)控制的步進電機要困難些,設計上也有自身的特點.在直流和交流伺服電機之間進行比較時,交流調試逐漸擴大了其

10、使用范圍,似乎有取代直流伺服的趨勢.但是交流伺服的控制結構復雜,技術難度高,普及不廣,而且價格高.直流伺服電機原理接近于直流電機,控制系統(tǒng)技術比較成熟,普及廣。</p><p>　　用直流伺服電動機的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成如圖1-2。數(shù)控裝置NC發(fā)出的位置指令在位置控制器內與位置反饋信號比較，然后轉換成位置誤差的模擬電壓。這個電壓是速度指令電壓。速度指令電壓與速度反饋電壓在速度控制器內比較和放大后轉換成速度控制電壓

11、并輸給伺服電動機，使電機得到一定的轉速。直流伺服電動機的基本性能是：轉速決定于輸入電壓，電流決定于負載力矩。因此，輸入直流伺服電動機的，必須是速度模擬電壓。速度環(huán)的作用在于把位置誤差模擬電壓變成一個比較穩(wěn)定的速度模擬電壓。速度反饋的作用在于使轉速穩(wěn)定。位置控制則用以檢查伺服電動機的轉角是否符合位置指令的要求。</p><p>　　圖1-2 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成</p><p>　　圖1-3

12、是直流伺服電動機的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理。數(shù)控裝置來的位置指令D0與位置反饋系統(tǒng)檢測出的實際位置檢測值Da在位置偏差監(jiān)測器1中比較。其差值為位置偏差值ΔD。ΔD經位置控制放大器2放大后成為速度指令值v0。D0、Da、ΔD、v0都是數(shù)字量。v0經數(shù)/模(D/A)轉換器3成為模擬電壓Uc。位置偏差越大，則要求伺服電動機的轉速越高，這時的Uc也越大。因此，Uc是速度指令電壓。Uc于速度反饋電壓Ug在速度偏差監(jiān)測器4內比較，其差值為速度偏差電壓Ua

13、。設置速度反饋的目的是穩(wěn)定電動機的轉速。由于伺服電動機的轉速還受負載的影響，當負載發(fā)生變化（如切深發(fā)生變化）時，電動機轉速將發(fā)生變化。加上速度反饋后轉速可以比較穩(wěn)定。速度偏差電壓Ua經速度控制放大器5放大后，成為速度控制電壓Um。這個電壓加在伺服電機6上，使它得到角速度θm。與伺服電動機相聯(lián)系的有速度反饋裝置7和位置反饋裝置8。速度反饋裝置發(fā)出與伺服電動機轉速成正比的速度反饋電壓Ug，與速度指令電壓Uc相比較。位置反饋裝置8發(fā)出與伺服電

14、動機的轉角成正比的實際位置檢測值Da，與位置指令值D0相比較。</p><p>　　圖1-3 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理</p><p>　　控制部分的設計要能控制三個坐標軸的運動,根據(jù)加工要求,至少要控制兩軸聯(lián)動完成圓弧插補,為了在加工中使用不同尺寸的刀具,數(shù)控裝置應具有刀具的半徑和長度的補償功能,以便數(shù)控加工按輪廓編程程序而能適應刀具尺寸的變化。</p><p>　　綜

15、上所述，銑床數(shù)控改造方案確定為：</p><p>　　直流伺服半閉環(huán)控制，采用三坐標2.5軸聯(lián)動數(shù)控裝置，整個改造方案如圖1-4</p><p>　　圖1-4 總體改造方案示意圖</p><p>　　1、3、4---傘齒輪 2、7、10---直流伺服電機 5、8、11—滾珠絲杠 6、9、12---滾珠絲杠螺母</p><p>　

16、　圖1-5 數(shù)控改造設計總圖</p><p>　　二：普通銑床的數(shù)控化進給系統(tǒng)的設計</p><p>　　減少數(shù)控進給系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，采用步進電機+剛性聯(lián)軸器+滾珠螺母絲杠的傳動方案。并進行計算安裝。</p><p>　　三：普通銑床的數(shù)控化系統(tǒng)軟件結構的設計 </p><p>　　CNC裝置是一個機床計算機控制系統(tǒng)，其數(shù)控

17、軟件必須完成管理和控制兩種不同性質的任務。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的管理系統(tǒng)是實現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調工作的主體，它管理著數(shù)控加工程序從輸入、預處理，到插補運算以及位置控制和輸入、輸出的全過程，并管理著系統(tǒng)參數(shù)設置，刀具參數(shù)設置，數(shù)控加工程序的編輯，數(shù)據(jù)的輸入、輸出及在各種機床運行方式下操作員的操作處理等各種人機交互過程。除此之外，先進的數(shù)控系統(tǒng)的管理程序還能適時運行診斷模塊以便及時判斷和消除故障，并能進行通信、

18、聯(lián)網等功能的管理。</p><p>　　1.數(shù)控系統(tǒng)軟件功能的實現(xiàn)</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的各功能分別由不同的軟件來實現(xiàn)。一般數(shù)控系統(tǒng)軟件主要由以下幾部分組成：系統(tǒng)總控程序，零件程序的輸入輸出管理程序，譯碼程序，零件加工程序編輯程序，機床手動控制程序，零件加工程序的解釋執(zhí)行程序，伺服控制及開關控制程序和系統(tǒng)自檢程序。</p><p><b>　　（1

19、）系統(tǒng)總控程序</b></p><p>　　系統(tǒng)總控程序是系統(tǒng)軟件的主循環(huán)程序。數(shù)控系統(tǒng)加電以后便進入這部分程序運行。其基本結構如圖3-1所示，它由四部分組成： </p><p>　　1）初始化部分 當CNC系統(tǒng)上電或重新復位時，首先需要進行一些必要的初始化處理。</p><p>　　2）接

20、收命令環(huán)節(jié) 它的使命是接收操作者的命令，若不是命令則循環(huán)等待。</p><p>　　3）命令分析 它的任務是把從鍵盤上接收的命令進行分析，引導到執(zhí)行該命令的相應處理程序。</p><p>　　4）返回環(huán)節(jié) 它的任務是執(zhí)行了命 圖3-1 系統(tǒng)總控程序結構圖</p><p>　　令處理程序后，返回到管理程序接收命令環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于等待新的操作狀態(tài)

21、。</p><p>　?。?）輸入輸出管理程序</p><p>　　輸入程序主要完成兩個任務，一個是從光電閱讀機和鍵盤輸入零件加工源零件程序儲存器；另一個是從零件程序儲存器中把零件程序送入緩沖區(qū)中，以便加工時使用。無論是那種途徑輸入的零件程序去譯碼之前都必須經過相應的緩沖器，如圖3-2。零件程序緩沖器接收來自閱讀機或零件程序儲存器的程序段。當正常加工時，譯碼程序從這里取出程序段。當從MDI

22、鍵盤輸入程序段時，程序段被存入MDI緩沖器中，此時譯碼程序則從MDI緩沖器取出程序段。 圖3-2 輸入輸出管理程序</p><p>　　輸出程序較為簡單，它的功能是將調試成功的零件程序存入磁盤、磁帶、或穿孔輸出，以便長期保存。 </p><p><b>　?。?）譯碼程序</

23、b></p><p>　　數(shù)據(jù)段送入零件程序儲存器后，由程序將輸入的零件程序數(shù)據(jù)段翻譯成本系統(tǒng)能識別的語言。一個數(shù)據(jù)段從輸入到傳送至插補工作寄存器需要以下幾個環(huán)節(jié)，如圖3-3。</p><p><b>　　圖3-3 譯碼程序</b></p><p>　　譯碼程序將零件程序的源程序進行詞法和語法分析，發(fā)現(xiàn)可能的詞法或語法錯誤，如無錯誤，則對

24、程序段的語義，即它能產生的動作進行分析；識別程序段所規(guī)定的G、M、S、T等功能，將它們翻譯成內部表示形式存放在結構信息表中，供執(zhí)行使用。</p><p>　　（4）零件加工程序的編輯程序</p><p>　　編輯程序實際上是一個鍵盤命令處理程序，它與鍵盤輸入通常成為一體，既可以用來從鍵盤輸入新的零件加工程序，也可以用來對已經存儲在零件程序儲存器中的零件加工程序進行編輯和修改。常用的編輯功能

25、包括插入、刪除、查找、移動等。</p><p>　?。?）機床手工控制程序</p><p>　　機床手工控制程序是一個對操作面板和鍵盤來的命令進行掃描的程序。它不斷地讀取操作面板和鍵盤地輸入信息，分析識別輸入地命令并進行相應地處理。</p><p>　　這部分程序提供了在手動調整狀態(tài)下通過機床操作面板控制動作地功能。機床手動調整動作包括：各坐標軸地運動、主軸運動、刀

26、架的轉位、冷卻泵的開停等。</p><p><b>　?。?）插補運算程序</b></p><p>　　插補運算程序是根據(jù)建立的插補數(shù)學模型而編制的運算處理程序，常用的脈沖增量插補方法有逐電比較法和數(shù)字積分法等。通過運行插補程序，生成控制數(shù)控機床各軸運動的脈沖分配規(guī)律。采用數(shù)據(jù)采樣插補時，則是生成各軸位置增量，該位置增量用數(shù)值表示。</p><p&

27、gt;<b>　　（7）伺服控制程序</b></p><p>　　伺服控制程序是插補程序每次運行后的結構，通過適當?shù)倪\算后直接輸出控制執(zhí)行元件的程序。當一個數(shù)據(jù)段開始插補加工時，系統(tǒng)控制程序還要準備下一個數(shù)據(jù)段的讀入、讀碼、數(shù)據(jù)處理等。</p><p>　　（8）系統(tǒng)字行自檢程序</p><p>　　在主控程序空閑時（如延時），可以安排CPU執(zhí)

28、行預防性診斷程序，或對尚未執(zhí)行程序段的輸入數(shù)據(jù)進行預處理。診斷程序控制CNC系統(tǒng)各個硬件功能的正確性，指示可能存在的故障的位置與性質，它的存在有助于操作人員定位故障部位，縮短系統(tǒng)維護時間，提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　2．數(shù)控系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　本軟件采用模塊化設計，共分為：系統(tǒng)初始化模塊、工作方式選擇模塊、機床控制模塊、命令處理模塊、中斷處理模塊等。</p

29、><p><b>　　2.1系統(tǒng)初始化</b></p><p>　　系統(tǒng)初始化包括：工作單元初始化，中斷延時初始化，系統(tǒng)診斷，數(shù)據(jù)區(qū)初始化，電源有無檢查等。該模塊程序框圖為圖3-4。 圖3-4 系統(tǒng)初始化程序框圖</p><p>　　2.2 工作方式選擇</p><p>　　工

30、作方式選擇包括：手動，自動，單段運行，單步運行，編輯等。該模塊程序框圖為圖3-5。</p><p>　　圖3-5 工作方式選擇程序框圖</p><p>　　2.3機床控制 </p><p>　　機床控制包括：X、Y、Z方向的進給，電機的起動、回零等。該模塊程序框圖為圖3-6。</p><p>　　圖3-6

31、 機床控制模塊程序框圖</p><p>　　四：普通銑床的數(shù)控化主傳動系統(tǒng)的設計</p><p>　　將原機床的主軸電動機換成變頻調速電動機，無級調速部分由變頻器控制。將原機床的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機構。改造后使其主運動和進給運動分離，主軸電動機的作用只是帶動主軸旋轉。</p><p>　　第二章普通銑床機械部分的數(shù)控化改造</p>

32、;<p>　　一．主軸傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造</p><p>　　1. 數(shù)控化改造主傳動系統(tǒng)</p><p>　　根據(jù)本題目給定的定位精度要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，從手冊中查得伺服電機的最高轉速為1000r/min獲1500r/min。如果伺服電機通過聯(lián)軸器與絲杠直接連接。即,工作臺快速進給的最高轉速達到=10m/min，取電機的最高轉速:</p><p

33、><b>　　所以取=10mm</b></p><p>　　根據(jù)精度要求數(shù)控機床的脈沖當量為mm/脈沖，伺服電機每轉應發(fā)出的脈沖數(shù)達到</p><p>　　伺服系統(tǒng)中常用的位置反饋器有旋轉變壓器和脈沖編碼器。旋轉變壓器的分解精度為每轉2000個脈沖，如果采用旋轉變壓器方案，則在伺服電機和旋轉變壓器軸之間安裝5：1的升速齒輪。采用脈沖編碼器方案時，因脈沖編碼器有每

34、轉2000個、2500個、5000個脈沖等數(shù)種產品，故編碼器后應加倍頻器。如選用每轉2500個脈沖編碼器，則倍頻器的倍數(shù)為4。</p><p>　　速度反饋裝置中，與旋轉變壓器相配套的可采用測速發(fā)電機。其性能為電機按1000r/min輸出一定的電壓量（如輸出6v）如采用脈沖編碼器方案，則可在倍頻器后架頻率/電壓轉換器（F/V）。其轉換比例為每分鐘個脈沖，輸出電壓（如6v）。本設計伺服電機每轉發(fā)出的脈沖為個，故轉換

35、比例仍為6（v）/1000（r/min）.</p><p>　　下圖為上述兩種方案的傳動系統(tǒng)圖。這兩種方案目前都有使用，各配不同的數(shù)控系統(tǒng)。本設計采用圖（B）方案。</p><p>　　圖2.1 傳動系統(tǒng)圖</p><p>　　1—旋轉變壓器；2—測速發(fā)電機；3—伺服電機；4—撓性連周期；5—滾珠絲杠；6—工作臺；7—頻率/電壓轉換器；8—倍頻器；9—脈沖編碼器；&

36、lt;/p><p>　　2.主軸脈沖編碼器的選用與工作原理</p><p>　　2.1. 主軸脈沖編碼器的選用</p><p>　　脈沖編碼器是一種旋轉式脈沖發(fā)生器，它把機械轉角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。在數(shù)控銑床上只使用光電式脈沖編碼器，因為光電式的精度和可靠性優(yōu)于其它。根據(jù)表4—2選擇導程=10mm，選擇2500/轉，每轉脈沖移動量0.5 in</

37、p><p>　　圖4.2 增量式光電編碼器的結構圖</p><p>　　增量式光電編碼器如上圖的所示，其實就是一種光電盤。在一個圓盤的圓周上分成相等的透明與不透明的部分，圓盤與工作軸一起旋轉，此外，還有一個固定不動的扇形薄片與圓盤平行放置，并制作有辨向窄縫，當光線通過這兩個作相對運動的薄透光與不透光部分時，使光電元件接受到的光通量也時大時小地連續(xù)變化，經放大、整形電路的變換后變成脈沖信號。&l

38、t;/p><p>　　2.2主軸脈沖編碼器的工作原理 </p><p>　　光線透過圓光柵和指示光柵的線紋，在光電元件上形成明暗交替變化的條紋，產生兩組近似于正弧波的電流信號A與B，兩者的相位相差，經放大、整形電路，變成方波，如圖：</p><p>　　圖4.2.1 脈沖編碼器的輸出波形</p><p>　　若A相超前于B相對應電機作正向旋轉；若

39、B相超前于A相，則對應電機作反向旋轉。若以該方波的前沿或后沿產生計數(shù)脈沖，可以形成代表正向位移和反向位移的脈沖序列。</p><p>　　Z相是一轉脈沖，也稱為零位脈沖，它是用來產生機床的基準點的。通常，數(shù)控銑床的機械參考點與各軸的脈沖編碼器發(fā)生出Z相脈沖是一致的，即該信號與A、B信號嚴格同步。</p><p>　　在應用時，從脈沖編碼器輸出的A和，B和四個方波被引入位置控制回路，經辨向和

40、乘以倍率后，變成代表位移的測量脈沖。經頻率/電壓變換器變成正比于頻率的電壓作為速度反饋信號、供給速度控制單元進行速度調節(jié)。</p><p>　　二 機床進給系統(tǒng)的數(shù)控化改造</p><p>　　1.滾珠絲杠螺母副的設計計算與選型</p><p>　　1.1.滾珠絲杠螺母副設計與原理</p><p>　　由于本系統(tǒng)要求達到的定位精度，根據(jù)此要求

41、，查閱滾珠絲杠手冊。P型是用于精確定位且能夠根據(jù)旋轉角度和導程間接測量軸向行程的滾珠絲杠副，T型是用于傳遞力的滾珠絲杠，其軸向行程的測量由與滾珠絲杠副的旋轉角度和導程無關的測量裝置來完成。所以選用P型。根據(jù)精度推薦表，銑床X、Y軸的絲杠精度為4、5級，Z軸的絲杠精度為4、5級，所以本設計選用4級?？劂姶采系玫搅藦V泛的應用。它的結構特以減少摩擦。</p><p>　　圖2.2滾珠絲杠結構圖</p>&

42、lt;p>　　圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，它們對合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內裝有滾珠，當絲杠與螺母相對運動時，滾珠沿螺旋槽向前滾動，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導裝置，逐個地又滾回到絲杠與螺母之間，構成一個閉環(huán)的回路。</p><p>　　1.2．滾珠絲杠螺母副的選用設計</p><p><b>　　1、主切削力計算：</b></p>

43、;<p>　　在以工作壽命為基礎進行計算時，應按實際加工過程平均銑削條件為準，因此取=2.5mm, =0.2mm/齒，=70mm,z=4, =50mm,對圓柱高速銑刀，=68.2，則</p><p><b>　　=5855（N）</b></p><p>　　對圓柱銑刀逆銑加工，各切削分力有=1～1.2, ＝ 0.2～0.3 ，=0.35～0.4，取中間值

44、即=1.1，=0.25，=0.38，則：</p><p>　　=0.38=0.38×5855=2225Nn=2.225(kN)</p><p><b>　　而插補平面內合力</b></p><p>　　F==6616(N)</p><p>　　在一周的切削過程中取平均切削力為

45、 </p><p>　　=F=×6.616=4.14（KN）</p><p>　　工作時的周向壓力為 </p><p>　　對于三角形形導軌，k=1.15, =0.2,而=0，==2.225(KN),G=1.4(KN),則</p><p>　　=1.15×3

46、.1+0.2（2.225+1.4）=3887（N）</p><p>　　2、進給傳動系統(tǒng)滾珠絲杠的計算</p><p>　　滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應按當量動載荷選擇。</p><p>　　絲杠的最大載荷，當切削時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進給力=2.225KN，工作臺加工件的質量M=140Kg，導軌的摩擦因數(shù)為0.1，故絲杠

47、的最小載荷（即摩擦力）</p><p>　　==0.1×140×10=140 N</p><p><b>　　絲杠最大載荷 </b></p><p>　　=2225+140=2365 N</p><p>　　軸向工作載荷（平均載荷）</p><p><b>　　=38

48、87 N</b></p><p>　　其中，，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉速為1500r/min,工作臺最小進給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉速為0.1r/min,可取為0，則平均轉速n=(1500+0)/2=750r/min.故絲杠工作壽命為 </p><p>　　式中 L—工作壽命 ，以r為1個單位</p><p>　　N—絲杠

49、轉速 r/min</p><p>　　T—絲杠使用壽命，對數(shù)控機床可取T=15000h</p><p><b>　　計算當量動載荷為</b></p><p><b>　　===49（Kn）</b></p><p>　　式中 —載荷性質系數(shù)，無沖擊1～1.2，一般情況取1.2～1.5，有較大沖擊

50、振動時取1.5～2.5。本設計=1.5—精度影響系數(shù)，對于4、5級滾珠絲杠取=0.9。查表12—1—13，＜，由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸為內循環(huán)浮動式反向器FFZ5020—３，絲杠底徑＝42.8mm　</p><p>　　名義直徑d=50,額定動載荷=49Kn，＜，符合設計要求。軸向剛度=1138 N/m.預緊力=/4=49/4=12.3KN，只要軸向載荷值不達到或不超過預緊力的3倍，就

51、 不必對預緊力提出額外的要求。本設計中絲杠最大載荷為 =2.36kN遠小于3。</p><p>　　3、主傳動系統(tǒng)的滾珠絲杠的計算</p><p>　　滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應按當量動載荷選擇。絲杠的最大載荷，當切削時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進給力=2.225KN，工

52、作臺加工件的質量M=140Kg，導軌的摩擦因數(shù)為0.1，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）</p><p>　　==0.1×200×10=200 N</p><p><b>　　絲杠最大載荷 </b></p><p>　　=2225+200=2425 N</p><p>　　軸向工作載荷（平均載荷）<

53、/p><p><b>　　=3947 N</b></p><p>　　其中，，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉速為1500r/min,工作臺最小進給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉速為0.1r/min,可取為0，則平均轉速n=(1500+0)/2=750r/min.故絲杠工作壽命為 </p><p>　　式中 L—工作壽命 ，以r

54、為1個單位</p><p>　　N—絲杠轉速 r/min</p><p>　　T—絲杠使用壽命，對數(shù)控機床可取T=15000h</p><p><b>　　計算當量動載荷為</b></p><p><b>　　===58（Kn）</b></p><p>　　式中 —載荷

55、性質系數(shù)，無沖擊1～1.2，一般情況取1.2～1.5，有較大沖擊振動時取1.5～2.5。本設計=1.5—精度影響系數(shù)，對于4、5級滾珠絲杠取=0.9。查表12—1—13，＜，由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸為內循環(huán)浮動式反向器FFZ5020—4，絲杠底徑＝42.8mm　名義直徑d=50,額定動載荷=58KN ,＜，符合設計要求。軸向剛度=1476 N/m.預緊力=/4=60/4=15KN，只要軸向載荷值不達到或不超過預緊力的3倍，就

56、 不必對預緊力提出額外的要求。本設計中絲杠最大載荷為=2.42kN遠小于3。</p><p>　　4、滾珠絲杠支承的選擇</p><p>　　本設計傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端固定，一端鉸接，因為軸向剛度=1138 N/m大，而且適用于對剛度和位移精度要求高的場合，絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性都較高，適用于中等回轉速度。</p><p>　　

57、圖3.1.1.4 選定后的絲杠的支承簡圖</p><p>　　固定端采用一對 的角接觸球軸承面對面相配合。</p><p>　　5、主軸傳動系統(tǒng)的制動方式</p><p>　　由于滾珠絲杠副的傳動效率高，無自鎖作用（特別是滾珠絲杠處于垂直傳動時），為防止因自重下降，故必須裝有制動裝置。如下圖所示為數(shù)控銑床主軸箱進給絲杠制動裝置示意圖。機床工作時，電磁鐵通電，使摩擦離

58、合器脫開。運動有電機經減速裝置傳給絲杠，使主軸箱上、下移動。當加工完畢或中間停車時，電機和電磁鐵同時斷電，借壓力彈簧作用合上摩擦離合器，使絲杠不能傳動，主軸箱便不會下落。圖如下所示：</p><p>　　圖3.1.1.5 主周箱進給絲杠制動裝置</p><p><b>　　1.3.軸承的選擇</b></p><p><b>　　1、選

59、擇軸承的型號</b></p><p>　　由于絲杠工作時，既承受軸向載荷又承受徑向載荷,故支承絲杠的軸承選用能同時承受徑向載荷與單向軸向載荷的角接觸球軸承.絲杠在傳動是要正反轉,則軸承承受的軸向力的方向可能反復變化,故采用兩個軸成面對面安裝.如圖所示:</p><p>　　圖3.1.2.1 角接觸球軸承面對面安裝</p><p><b>　　軸

60、承型號:</b></p><p><b>　　2、計算軸承的壽命</b></p><p>　　所謂軸承的壽命,是指軸承中任一滾動體或內,外圈輥道上出現(xiàn)疲勞點蝕前所經歷的總轉數(shù)或一定轉速下工作的小時數(shù).滾動軸承壽命計算的目的是防止軸承在預期工作時間內產生點蝕破壞,其壽命與所受載荷的大小有關,作用載荷越大,引起的接觸應力也就越大,因而在發(fā)生點蝕破壞前所經歷的總

61、轉數(shù)也就越少,即軸承的壽命越短.</p><p>　　3.1.2.2 滾動軸承的疲勞曲線</p><p><b>　　軸承的壽命:</b></p><p>　　----基本額定動載荷</p><p><b>　　----當量動載荷</b></p><p><b>　

62、　----軸承轉速</b></p><p><b>　　----溫度系數(shù)</b></p><p>　　----壽命指數(shù),球軸承 ； 滾子軸承 </p><p>　　對角接觸球軸承,其徑向當量動載荷為:</p><p>　　---軸向動載荷系數(shù)</p><p>　　----徑向動載荷系數(shù)

63、</p><p>　　----軸承所承受的徑向載荷</p><p>　　----軸承所承受的軸向載荷</p><p>　　由于軸承工作時的溫度低于120 ,查表的溫度系數(shù)=3</p><p>　　軸承成對安裝故 </p><p><b>　　故軸承的壽命</b></p>&

64、lt;p>　　軸承的預期壽命一般約為5000～20000h.本設計滿足要求。</p><p>　　2.伺服電機的選擇及計算</p><p>　　2.1直流電機的結構</p><p>　　直流伺服電機具有良好的啟動、制動和調速特性，可以方便地在寬范圍內實現(xiàn)平滑無級調速，故多用在對伺服電機的調速性能要求較高的生產設備中。直流伺服電機的結構主要包括以下三大部分。&l

65、t;/p><p>　　（1） 定子 定子磁極磁場由釘子的磁極產生。根據(jù)產生磁場的方式，直流伺服電機可分為永磁式和他勵事。本設計采用用此事。</p><p>　?。?） 轉子 又成為電樞，有硅鋼片疊壓而成，表面嵌優(yōu)線圈，通以直流電時，在釘子磁場作用下產生帶動夫在旋轉的電磁轉矩。</p><p>　　（3） 電刷與換向片 為使所產生的電磁轉矩保持恒定方向，轉子

66、能沿固定方向均勻地連續(xù)旋轉，電刷域外價直流電源相接，換向片與電樞導體相連。 </p><p><b>　　2.2選擇伺服電機</b></p><p>　　伺服電機的選用，應考慮三個要求：最大切削負載轉矩，不得超過電機的額定轉矩；電機的轉子慣量應與負載慣量相匹配；快移時，轉矩不得超過伺服電機的最大轉矩。</p><p>　　1.最大切削負載轉矩

67、計算 </p><p>　　所選伺服電機的額定轉矩應大于最大切削負載轉矩。最達切削負載轉矩T可根據(jù)下式計算，即</p><p><b>　　T=5.88N.m</b></p><p>　　其中，從前面的計算已知最大進給力=2225 N，絲杠導程=10mm，預緊力=3887 N，查手冊，滾珠絲杠副的機械效率=0.9，因滾珠絲杠預加載荷引起附加摩擦

68、力矩</p><p><b>　　==</b></p><p>　　查哈爾濱軸承總廠＜＜角接觸推力球軸承組配技術手冊＞＞得單個軸承的摩擦力矩為0.32N.m，故一對軸承的摩擦力矩=0.64N.m。另一端直接鉸接，其摩擦力可忽略不計。伺服電機與絲杠直連，其傳動比i=1.</p><p><b>　　2.負載慣量計算</b>&

69、lt;/p><p>　　伺服電動機的轉子慣量應與負載慣量相匹配，負載慣量可按以下次序計算。</p><p>　　（1） 工件、工作臺折算到電機軸上的慣量，工件與工 作臺的最大質量M=140kg，可按下式計算，即</p><p><b>　　=m(</b></p><p><b>　　式中：</b><

70、;/p><p>　　V—工作臺移動速度，m/s; </p><p>　　W—伺服電機的角速度，rad/s; </p><p>　　m—直線移動工件、工作臺的質量，kg;</p><p>　　（2）絲杠加在電機軸上的慣量，絲杠名義直徑=50mm,L=1m,絲杠材料鋼的密度=7.8×kg

71、/。根據(jù)下式公式，絲杠加在電機軸上的慣量為</p><p>　　=×7.8××1×=0.0048</p><p>　　（3）聯(lián)軸器加在鎖緊螺母等得慣量可直接查手冊得到</p><p><b>　　=0.001</b></p><p>　?。?） 負載總慣量 </p>

72、<p>　　=++=0.00035+0.0048+0.001=0.00615</p><p>　　按照數(shù)控機床慣量匹配條件，1＜/＜4,所選伺服電機的轉子慣量應在0.00615～0.0246范圍內?？蛇x北京數(shù)控設備廠FB—15型直流伺服電機，其額定轉矩17.6N.m,大于最大切削負載轉矩M=5.88N.m,轉子慣量=0.019，滿足匹配要求。FB—15型直流伺服電機的主要參數(shù)如下；</p>

73、<p>　　最高轉速： 1500r/min</p><p>　　額定轉矩 ： 17.6 N.m</p><p>　　最大轉矩： 154 N.m</p><p>　　轉子慣量： 0.019</p><p>　　機械時間常數(shù)： 15.2ms</p><p>　　輸出功率P： 1.

74、4kw</p><p>　　重量m： 30kg</p><p>　　3.空載加速轉矩計算</p><p>　　當執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動（快移速度）時，所需的空載加速轉矩為</p><p><b>　　= N.m</b></p><p>　?。?） 空載加速時，主要克

75、服的是慣量。如選用FB—15型直流伺服電機總慣量</p><p>　　J=+=0.00615+0.019=0.025</p><p>　?。?） 加速時間通常取得3～４倍，取：</p><p>　　=3=3×15.2=45.6ms=0.046 s</p><p>　　空載加速轉矩不允許超過伺服電機的最大輸出轉矩，由此可見，F(xiàn)B—15

76、型直流伺服電機的=154N.m．＞=85.2 N.m，滿足設計要求 。</p><p><b>　　4.伺服系統(tǒng)增益 </b></p><p>　　通常取伺服增益為8～25。對輪廓控制的數(shù)控銑床可取較大值，如取=。伺服系統(tǒng)的時間常數(shù)為的倒數(shù)，=1/=1/=0.05s。根據(jù)式=選FB—15型直流伺服電機，執(zhí)行件（工作臺）達到的最大加速度為</p><

77、p><b>　　×</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)要求達到的最大加速度發(fā)生在系統(tǒng)處于時間數(shù)內，工作臺的速度從-增加到+時：</p><p>　　由于a大于，因而按照加速能力選擇=是合適的。</p><p><b>　　5.精度驗算</b></p><p>　　本數(shù)控銑床要求的定

78、位精度為，滾珠絲杠副允許的最大軸向變形重復定位精度，×0.01=0.0033mm.。其余誤差為伺服和系統(tǒng)誤差、絲杠軸承的軸向跳動和在載荷作用下各機械環(huán)節(jié)彈性變形引起的位移等。</p><p>　　第三章普通銑床電氣部分的數(shù)控化改造</p><p>　　普通銑床的數(shù)控化改造有兩大部分內容，一是機械部分的數(shù)控化改造 ；二是電氣部分的數(shù)控化改造設計。所以關于電氣部分的數(shù)控化改造設計是普

79、通銑床數(shù)控化改造的一個重要方面。從第一張的總體設計方案分析可以得到，機床電氣控制部分數(shù)控改造后的總體原理圖如下：</p><p>　　圖3-1 改造后的數(shù)控銑床電氣原理圖</p><p>　　對于改造后的數(shù)控銑床主要從以下三個方面進行電氣改造設計，包括主傳動系統(tǒng)控制電路改造設計；進給系統(tǒng)控制電路改造設計；輔助系統(tǒng)控制電路改造設計。進行改造后的數(shù)控銑床電氣安裝圖如圖3-2所示：</p&

80、gt;<p>　　圖3-2 改造后的數(shù)控銑床電氣安裝圖</p><p>　　一 主傳動系統(tǒng)控制電路改造設計</p><p>　　機床主傳動系統(tǒng)采用變頻調速裝置進行調速，使用主軸脈沖編碼器進行分度。對改造機床主傳動系統(tǒng)電氣原理圖如下3-3所示:</p><p>　　圖3-3 主傳動系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　二 進給系統(tǒng)控

81、制電路改造設計</p><p>　　改造后的數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的三坐標軸分別采用步進電機驅動。改造后的控制電路如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4進給系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　三 輔助系統(tǒng)控制電路改造設計</p><p>　　改造后的數(shù)控機床需要冷卻電機。改造后的數(shù)控機床的輔助系統(tǒng)控制電路改造設計如圖3-5所示：<

82、/p><p>　　圖3-5 輔助系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　第四章 改造后數(shù)控銑床的安裝調試試運行</p><p><b>　　一:機床的安裝</b></p><p>　　將機床床身與包裝底座間的連接螺絲旋開,把吊車的鋼繩掛在機床的吊裝環(huán)上將機床吊離包裝底座并的就位位置將可調地腳對準機床地腳孔共八個緩慢落下機床并將可

83、調螺絲調到最小,將機床置正檢查每個地腳的松緊情況，并將其小旋緊。</p><p><b>　　二:機床的調試</b></p><p>　　(一)調試前的準備工作</p><p>　　機床落地就位后由機床的生產廠來校完成調試在調試前我們要進行以下的準備工作.</p><p>　　1、將機床周圍清理干凈。</p>

84、<p>　　2、將三相380V電源接到機床電器控制框里.但不要給機床送電。</p><p>　　3、按機床說明要求準備40L液壓油、20L潤滑油、60L冷卻液及2L煤油。</p><p>　　4、杠桿百分表-表架及磁力表座;千分表、表架及磁力表座-水平儀;300MM標準驗棒。</p><p>　　5、試切刀具、夾具、試切材料。</p>&

85、lt;p><b>　　(二)機床的調試</b></p><p>　　1、用棉布沾煤油將數(shù)控銑床的工作臺和主軸導軋面及防護板面的防銹油擦凈。</p><p>　　2、機床床身水平的調試</p><p>　　1)粗調。把精度為002:1000MM的框式水平儀放在工作臺上,長邊與X軸平行,觀察氣泡的位置,調整機床可調地腳的螺絲,使氣泡處于刻度的

86、中間;X軸調好后將水平儀長邊與Y軸平行.</p><p>　　用同樣的方法調整工作臺Y方向的水平。此時的調整誤差要控制在3小格。</p><p><b>　　(2)精調。</b></p><p>　　檢查每個地腳是否都已著力,如有松動的要使其著力。再重復粗調的過程進行精調。再注意的是地腳要著力盡量均勻,并控制水平調整誤差在1小格(0.02MM)

87、以內。</p><p>　　3、機床注油及注入冷卻液在機床液壓站油箱內注入20號液壓油,注油時要用細過濾網過濾;</p><p>　　向自動潤滑系統(tǒng)油箱注入40號機油;向冷卻液箱內注入冷卻液,并將冷卻液管及水泵電源與機床可靠連接。</p><p>　　4、機床通電并調整正反相機床通電前要檢查接電位置是否正確可靠,接地是否良好,如沒有問題方可送電。</p>

88、<p>　　(1)打開機床總電源,N送電。(注:過幾分鐘再操作機床,目的是液壓站和潤滑系統(tǒng)統(tǒng)分工作)</p><p>　　(2)將主軸低速旋轉,檢查主軸電機的正反相,如反相及時調整。</p><p>　　(3)檢查手輪的正反相。</p><p>　　(4)檢查水泵電機的正反相。</p><p>　　5、檢查操作面版各按鍵是否完好

89、靈敏,數(shù)據(jù)傳輸接口是否完好。</p><p>　　6、調試計算機與機床之間的數(shù)據(jù)傳輸功能使用PCIN軟件來進行數(shù)據(jù)的在線傳輸,使用前注意以下幾點:</p><p>　　(1)機床與計算機之間的波特率要相同。</p><p>　　(2)使用的COM口要和軟件設置的相同。</p><p>　　7、檢查機床的回零點及超行程限位</p>

90、<p>　　檢查回零點和限位的目的是確定機床在出廠時各軸限位塊是否準卻和牢固;行程開關是否敏捷;各軸的行程是否能達到技術要求。</p><p>　　8、移動各軸并變換速度,檢查各軸移動時的噪音是否正常。</p><p><b>　　三、機床精度的檢驗</b></p><p>　　機床生產廠在機床出廠前對機床的精度進行檢驗，其檢驗依據(jù)

91、為JBT8329.1-1999《數(shù)控床身銑床精度檢驗》標準,其中位置精度執(zhí)行QB121?474-2001《數(shù)控銑床位置精度》標準。我們驗收檢驗主要依照機床的《合格說明書》提供的數(shù)據(jù)來完成。精度檢驗前機床要進行主軸試車運轉,主要檢查主軸的溫升。主軸轉速為2000rmin,運轉30分鐘左右,溫度應沒有明顯改變。</p><p>　　在主軸運轉停機后進行以下精度檢驗,并將測得結果與《合格說明書》的檢測結果對照。<