【正文】 容 數(shù)控銑床改造設(shè)計總體要求數(shù)控銑床改造設(shè)計主要考慮以下四方面因素：(1) 經(jīng)濟(jì)性既然是用于普通銑床的數(shù)控化改造，因此，必須充分考慮系統(tǒng)的成本，這是保證達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計目的關(guān)鍵。一般的機械加工只要能具有以下功能即可滿足需要：直線、圓弧插補。為了保證主軸在運動時有準(zhǔn)確的定位，安裝主傳動的定位檢測裝置。絲杠拆去，換上滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，使改造后的機床的機械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦因數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。1—雙聯(lián)齒輪 2—雙聯(lián)齒輪 3—齒輪軸 4—主軸電機 5—齒輪 6—主軸齒輪 7—主軸齒輪 8—縱向滾珠絲杠 9—薄片齒輪 10—縱向步進(jìn)電機 11—橫向步進(jìn)電機12—薄片齒輪 13—橫向滾珠絲杠 14—垂直步進(jìn)電機 15—薄片齒輪16—圓錐齒輪 17—垂直進(jìn)給絲杠 X5032銑床傳動示意圖 改造后的數(shù)控銑床功能分析 根據(jù)設(shè)計要求，改造后的數(shù)控銑床應(yīng)具有以下功能：以實現(xiàn)程序的存儲和編輯功能；以實現(xiàn)主傳動系統(tǒng)電機正、反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速分為兩檔，并在各檔內(nèi)可以實現(xiàn)無級調(diào)速；可以在平面或空間范圍內(nèi)按設(shè)定曲線(直線、圓弧等)恒速或變速運行；以實現(xiàn)數(shù)值的任意設(shè)定并顯示；以實現(xiàn)輔助控制系統(tǒng)的任意起停和故障報警；以實現(xiàn)與上位機的通訊?？刂平橘|(zhì)可以是穿孔紙帶，磁帶、磁盤或其他可存儲物質(zhì)。 數(shù)控機床控制方式選擇 位置控制方式分類伺服系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，是數(shù)控裝置與機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，位置控制按其結(jié)構(gòu)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。(3) 半閉環(huán)控制形式半閉環(huán)控制沒有直接檢測工作臺的位移量，原因是檢測元件安裝在電機的端頭或絲杠的端頭，閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠螺母副工作，所以可獲得較穩(wěn)定的控制特性。(2) 步進(jìn)電機的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個數(shù)嚴(yán)格的成正比例，控制輸入步進(jìn)電機的脈沖個數(shù)就能控制位移量。在方向指令的作用下，脈沖分配器將輸入CP脈沖信號按一定順序分配，然后送到驅(qū)動器進(jìn)行功率放大，驅(qū)動步進(jìn)電機使其轉(zhuǎn)子按順時針或逆時針方向轉(zhuǎn)動。為此在設(shè)計中，常提出無間隙，低摩擦．低慣量，高剛度，高諧振頻率，適當(dāng)?shù)淖枘岜纫蟆?) 調(diào)速電機直接驅(qū)動方式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，但是主軸轉(zhuǎn)數(shù)的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動機的輸出特性完全一致，電動機的發(fā)熱對主軸的精度影響大，因而也不適于本改造。其功率轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖2．15所示。即串聯(lián)的分機傳動系統(tǒng)的公比等于電動機恒功率變速范圍時，輸出的無極變速范圍最大。(5) 齒輪齒數(shù)的確定在一個變速組中，主動齒輪的齒數(shù)用Zj表示，從動齒輪的齒數(shù)用Zj39。最小齒輪齒數(shù)發(fā)生在ib1中，取K=9； 又因為所以 圖21 無極傳動系統(tǒng)圖無極電動機到軸I的傳動比為，考慮到各軸之間的距離和齒輪直徑的大小，選擇無極電動機軸上的齒輪齒數(shù)為27，與之相配合的齒輪齒數(shù)為45；該無極變速系統(tǒng)的傳動圖如圖21所示；(6) 齒輪模數(shù)的確定（一）第一變速組的齒輪模數(shù)的確定按齒面接觸強度設(shè)計小齒輪齒數(shù)z1=24；大齒輪齒數(shù)z2=60。(6) 由表1021d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim2=550MPa。(9) 設(shè)計計算對比計算結(jié)果，又齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，=2mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=，由公式可知分度圓的直徑d=227=54mm由于d=54mmd1=；所以選取模數(shù)：m=3，則d=327=81mm 所以無極電動機上的齒輪的模數(shù)為m=3；(7) 各軸參數(shù)的確定1) 軸I參數(shù)的確定由以上所述，軸I上所受到得扭矩T1軸I的計算轉(zhuǎn)速為n1=；選擇軸的材料為45鋼，由機械設(shè)計（第八版）表153可知，其[τT]=2545MPa軸的扭轉(zhuǎn)強度條件：τT=由上式可得軸I的直徑應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開有鍵槽時，應(yīng)該增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱，對于直徑d100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%，有兩個鍵槽時，應(yīng)增大7%，對于直徑小于d100mm時，有一個鍵槽時，軸徑增加5%7%，有兩個鍵槽時，應(yīng)增大10%15%，然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該軸不受軸向力，所以選擇深溝球軸承。選擇軸承的代號為6307；經(jīng)過軸承壽命的演算，該軸承滿足設(shè)計要求。根據(jù)功率12KW，選Dl范圍為5090mm，初選Dl為55mm。為減少設(shè)計量，此部分原機床主軸箱體的結(jié)構(gòu)決定。因此最佳跨距k為使因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小的距離。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸剛度。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該軸不受軸向力，所以選擇深溝球軸承。應(yīng)該注意這樣求得直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。(7) 由表106查的材料的彈性影響系數(shù)。(6) 設(shè)計計算對比計算結(jié)果，又齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，=，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=，由公式可知分度圓的直徑d=24=60mm由于d=60mmd1=；所以選取模數(shù)：m=3，則d=324=72mm 所以第一變速組的齒輪的模數(shù)為m=3；(二)第二變速組齒輪模數(shù)的確定按齒面接觸強度設(shè)計由傳動比知，軸II的計算轉(zhuǎn)速n2=(1) 小齒輪齒數(shù)z1=18；大齒輪齒數(shù)z2=81；(2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩根據(jù)機械零件設(shè)計手冊，表21可知，取η=，電動機功率Pd為12KW，則II軸上所傳遞的扭矩為T1：(3）由機械設(shè)計（第八版）可知：載荷系數(shù)K=KAKVKαKβ初選載荷系數(shù)：Kt=(4) 由表101選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。計算如下：1） 第一變速組的齒輪齒數(shù)的確定： S01=7 S02=2 S01，S02的最小公倍數(shù)為14，即S0=14，則Sz=14k。每段的無極變速范圍。如圖215所示。所以對X5032銑床進(jìn)行數(shù)控改造時選擇交流調(diào)速電動機，因為交流調(diào)速電動機體積小、轉(zhuǎn)動貫量小、動態(tài)相應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動機高，磨損和故障也少。為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)主要有三種變速方式：1) 一級帶傳動變速方式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，且在一定條件下能滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求。3 機械傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計在機床數(shù)控化改造中，很重要的工作之一便是進(jìn)行機械傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計，這里所提到的機械傳動系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，除要求有較高的定位精度外，還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，就是說響應(yīng)要快。在CNC系統(tǒng)由計算機根據(jù)程序控制脈沖個數(shù)和脈沖頻率，對步進(jìn)電機實行各種運行狀態(tài)的控制。步進(jìn)電機的工作原理(1) 步進(jìn)電機的定子繞組每換接一次通電相序，步進(jìn)電機轉(zhuǎn)子就沿某旋向旋轉(zhuǎn)一個角度即步距角。 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖(2) 閉環(huán)控制形式安裝在工作臺上的檢測元件將工作臺的實際位移量反饋到計算機中，與所要求的位移量相比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止，從而使精度大大提高，如圖23所示。并反饋到計算機中，使計算機隨時判斷機床的實際位置、速度是否與指令一致，并發(fā)出相應(yīng)指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。(1) 控制介質(zhì)(信息載體)數(shù)控機床加工時，為了得到圖樣上所規(guī)定的零件形狀和加工精度，在加工過程中，機床所需要的全部操作動作和刀具相對于工件的運動軌跡，都是由我們按著一定的要求和順序編成控制指令即加工程序，并把它存放在一種存儲物上。采用模塊化設(shè)計方案，從總體上分為人機界面模塊、坐標(biāo)進(jìn)給模塊、變頻調(diào)速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及基于89C58單片機的主控模塊。與原立式銑床的機械結(jié)構(gòu)相比比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機構(gòu)，主傳動系統(tǒng)是一個開環(huán)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過軟件來實現(xiàn)它的調(diào)速。(4) 可靠性由于數(shù)控系統(tǒng)工作環(huán)境十分惡劣，必須有足夠的可靠性才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行?？焖贆z索，即能對程序進(jìn)行上下翻頁顯示。普通機床數(shù)控化升級改造不失為一種行之有效的方法，并可為企業(yè)節(jié)約大量資金，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的市場前景。(2) 改造后的機床機械性能穩(wěn)定可靠、功能增強、質(zhì)量好、效率高，可作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。這些多工序是在同一基面、同一次裝夾下實現(xiàn)的，提高了相關(guān)的加工精度。(3) 可以實現(xiàn)加工的柔性自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高3到7倍。當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)60000小時以上，驅(qū)動裝置達(dá)30000小時以上。因此，把普通機床改造為數(shù)控機床則不失為是一條提高數(shù)控化率的有效途徑，機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床的缺點和存在的問題，生產(chǎn)效率高。(2) 普及型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsehe工程公司、Ayton機床公司、DevliegBullavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進(jìn)機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。為此我們應(yīng)該在普通機床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機床，這樣會造成資金投資量大，成本高，而且又會造成原有設(shè)備閑置浪費。對數(shù)控銑床的設(shè)計，無疑會有助于理解各類數(shù)控機床的工作原理和結(jié)構(gòu)特性。我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但在數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力仍然處于較低的水平。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～%%。機床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，而數(shù)控機床是高精度、高效率的自動化生產(chǎn)設(shè)備。s step less speed regulation, which skips the plicated gear wheel39。s drive system ,it should be removed that all the longitudinal and the traverse and the vertical feed change gears. Joint the handle wheel axle with the vertical stepping motor through a pair of reduction gear there. The ball screw is used instead of the leads crew, which is connected with the gearbox. Accuracy of position of the improved X032 milling machine is 177。與原立式銑床的機械結(jié)構(gòu)相比比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機構(gòu)，主傳動系統(tǒng)是一個開環(huán)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過軟件來實現(xiàn)它的調(diào)速。重復(fù)定位精度為177。答辯委員會主席（組長） 簽字（蓋章） 年 月 日河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會（小組）決議 學(xué)院 專業(yè) 班 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計（論文）于 年 月 日進(jìn)行了答辯。使改造后的機床的機械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度；運動副之問的摩擦因數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。為了保證主軸在運動時有準(zhǔn)確的定位，安裝主傳動的定位檢測裝置。系統(tǒng)從總體上分為人機界面模塊、坐標(biāo)進(jìn)給模塊、變頻調(diào)速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及基于89C58單片機的主控模塊。s main axle is removed and redesigned. In order to ensure the main axle39。 through the keyboard and the display model, it has realized the procedure edition and the display。因此，我們必須緊跟國際機床技術(shù)發(fā)展的前沿，發(fā)展機床的設(shè)計、檢測、制造等技術(shù)。因此我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。把普通機床改造為數(shù)控機床不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。數(shù)控機床是集計算機技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制、傳感測量、機械制造、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的典型的機電一體化產(chǎn)品。這種機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床缺點和存在的問題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們將機床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、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。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是我國應(yīng)用面最廣的數(shù)控系統(tǒng)。2) 高精度、超精密化加工當(dāng)前，機械加工高精度