【正文】 n??… （44）式中： ：當(dāng)量轉(zhuǎn)速（r/min）12,ntt， …，：工作時(shí)間百分比由表41得 1＝10 2t＝40 3t＝40 4t＝10代入式44中得：0401. ??????吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2833312022nmmmmtnttFFn???… （45）當(dāng)量載荷m：當(dāng)量載荷（N） ，則： 3 ????????=1890N3．預(yù)期額定動(dòng)載荷（1）按預(yù)期工作時(shí)間估算 3601mwamhacFfCnL? （46）已知 2h小時(shí)代入式46中得：3 . 38274am N????（2）預(yù)緊滾珠絲杠副的軸向負(fù)載 maxF測(cè)算：maxaeCfF （47）式中： ef—預(yù)加負(fù)荷系數(shù)，取值 4ef?已知最大負(fù)荷 max7910FN，通過(guò)式47得：436amC??則取最大值為： 82amC?4．最小底徑的確定（1）預(yù)算允許的最大變形量 [4]機(jī)床的伺服系統(tǒng)精度大多在空載下檢驗(yàn)。（2）型號(hào)選擇：由計(jì)算數(shù)據(jù) hP、 amC、 ind的值在米思米（中國(guó)）精密機(jī)械貿(mào)易有限公司的精密滾珠絲杠副產(chǎn)品選擇表中選取 ，其參數(shù)如下：額定負(fù)載公稱(chēng)直徑 m導(dǎo)程 外徑 底徑循環(huán)圈數(shù) 動(dòng)負(fù)載 靜負(fù)載32 6 32 25 圈 2 列 6．滾珠絲杠傳動(dòng)副預(yù)緊力的計(jì)算吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院30當(dāng)選擇預(yù)緊滾珠絲杠傳動(dòng)副螺母形式時(shí)需要計(jì)算預(yù)緊力 pF，且其大小必須合理。（1）負(fù)載的慣量核算①傳動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()sJdl kgm? ??????A式中： d 0—滾珠絲杠公稱(chēng)直徑（mm） ， l—滾珠絲杠長(zhǎng)度（mm）②移動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 wJ212126()()().8hwPJWkg????????A式中 P h：滾珠絲杠副的導(dǎo)程（mm） ，W：升降臺(tái)及工作臺(tái)質(zhì)量（kg）③負(fù)載折合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 rJ21()rSWJi?? )0..5140.).8()kgm??A（2）滾珠絲杠副上各種轉(zhuǎn)矩的計(jì)算①外加載荷的摩擦力矩 ()FTNm?吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院323102hFPT????? (413)式中： h：滾珠絲杠副的導(dǎo)程 ()m：未預(yù)緊滾珠絲杠傳動(dòng)副的傳動(dòng)效率，此處取 F：添加在滾珠絲杠副上的最大軸向負(fù)載力已知添加在絲杠副最大外加軸向負(fù)載 40FN?， 6hPm?代入式 413 中得：?????A②滾珠絲杠副預(yù)加載荷 FP產(chǎn)生的預(yù)緊力矩 TP（）230phP?? (414)已知 16,.93PhFNm??代入式 414 中得：???A③當(dāng)電機(jī)從靜止升速至 nmax時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩 (.)????A④伺服電機(jī)連續(xù)工作最大轉(zhuǎn)矩 (.)FTN()()/3MFPTi m????式中： ：傳動(dòng)比，電機(jī)與絲杠為一級(jí)減速 1/3i⑤快速空載啟動(dòng)時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 (.)????10．傳動(dòng)剛度計(jì)算（1）絲杠抗拉壓剛度①絲杠最小抗拉壓剛度 ?????吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院33式中 minsK： ?最 小 抗 拉 壓 剛 度 （ N/m)， 2d： 絲 杠 底 徑 （ m） ， 1L： 兩 固 定 支 承 點(diǎn) 間 距 (， ② 絲 杠 最 大 抗 拉 壓 剛 度221max06..4()5. ??????式中 maxs： 最 大 抗 拉 壓 剛 度 （ /u)；2d： (/)N?絲 杠 底 徑 ；1L： 兩 固 定 支 承 點(diǎn) 間 距 （ ） ；0： 螺 母 起 始 點(diǎn) 距 最 近 支 承 點(diǎn) 間 距 （ m）（2）支承軸系剛度①單對(duì)軸承的剛度 *QKdZF?? （416）式中 80： (/)N?單 對(duì) 軸 承 的 剛 度 系 數(shù) ； Qd：向心 推 力 軸 承 滾 珠 直 徑 （ m） ；Z：本案所選向心推力軸承得 1,6。 12： 正 壓 力 ， 滑 座 和 工 作 臺(tái) 給 絲 杠 的 正 壓 力 W=+3N, 吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院35s m?： 機(jī) 床 的 反 射 死 角 誤 差 ， 已 知 反 向 差 值 或 重 復(fù) 定 位 精 度 20。通過(guò)詳細(xì)分析與吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院36計(jì)算，選擇合理的低摩擦系統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)組合件，提升改造后整體數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度高，使該機(jī)床工作的可靠提高。3．采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)G代碼編程，支持常見(jiàn)的CAD／CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院38本機(jī)改造采用竄口、軟驅(qū)、MDI鍵盤(pán)以及計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)接口并配置液晶顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入與輸出單元的改造。4．主傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成它是機(jī)床切削加工時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩的主要部件之一。3．伺服系統(tǒng)作為數(shù)控系統(tǒng)與原機(jī)床本體之間傳動(dòng)聯(lián)系重要環(huán)節(jié)的伺服系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服電動(dòng)機(jī)以及位置檢測(cè)反饋裝置等組成。 9．配置RS232通訊接口，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)通訊 [7]。 華中世紀(jì)星 21M數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介華中世紀(jì)星HNC21數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)有：全中文系統(tǒng)，采用先進(jìn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，嵌入式工業(yè)PC，””液晶顯示屏，集成主軸、進(jìn)給軸接口，具備手搖脈沖發(fā)生器接口，使用CF卡存儲(chǔ)方式以及軟驅(qū)、以太網(wǎng)等程序存貯與輸入輸出功能、具有低價(jià)格、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用的特點(diǎn)。 Y、Z 軸絲杠和伺服電機(jī)選擇與計(jì)算 [4]Y、Z 軸滾珠絲杠副和伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算雷同于 X 軸的相關(guān)選擇與計(jì)算，過(guò)程省略。 3()?（ 417） 式中 c ?： 滾 珠 與 滾 道 的 接 觸 剛 度 （ N/m） ；吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院34 39。 utL???A （410）式中： ：行程補(bǔ)償值（ m?）:t絲 杠 螺 母 副 溫 變 23攝 氏 度 ， 取 為 3度 。)5/1~3(??影響定位精度的主要因素是滾珠絲框副的精度、再次是滾珠絲杠副本身的變形和摩擦力矩的變化等方面。圖 45 HNC21 采用模擬接口伺服驅(qū)動(dòng)器的連接圖如圖 46 所示，絲杠傳動(dòng)副采用的支承方式為“單推配單推”式。圖 44 滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)與傳統(tǒng)螺旋傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)副相比，特點(diǎn)如下：1．傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率高達(dá) 90%~97%，耗費(fèi)能量比滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)小，因此能以較小的扭矩得到較大的推力。伺服進(jìn)給系統(tǒng)主要有以下三種控制方式：1．開(kāi)環(huán)方式 此系統(tǒng)中不帶檢測(cè)裝置，沒(méi)有反饋電路，控制指令單方向傳送，數(shù)控系統(tǒng)不能修正終端執(zhí)行件的實(shí)際偏差，控制精度不高（如圖 41 所示） 。有C軸功能的主軸電動(dòng)機(jī)由主軸電動(dòng)機(jī)直接進(jìn)行定位、分度和進(jìn)給功能。對(duì)于車(chē)、銑復(fù)合機(jī)床，則必須要求車(chē)主軸在銑狀態(tài)下完成銑床C軸所有的進(jìn)給插補(bǔ)功能。這種定向方式參考位置和定向位置都是由磁性傳感器決定，受磁性傳感器的精度及磁性體回轉(zhuǎn)半徑影響，定向質(zhì)量一般不是很高。采用電氣定吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院20向，可以在主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)完成，大大縮短了定向時(shí)間；3)可靠性較高由于控制主軸定向的全是電子部件而無(wú)需復(fù)雜的機(jī)械、開(kāi)關(guān)、液壓缸等裝置，也沒(méi)有機(jī)械定向所形成的機(jī)械沖擊、磨損，因而定向控制裝置的壽命與可靠性大大增加；4)控制簡(jiǎn)單易行通常只需要主軸定向指令信號(hào)、定向完成回答信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)主軸定向控制；5)性能價(jià)格比提高由于簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)和強(qiáng)電控制邏輯，成本大大降低。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的具體特點(diǎn)，為防止定位銷(xiāo)提前頂死主軸而使定向失敗，定位銷(xiāo)伸出的同時(shí)也可以不停止主軸，而是待定位銷(xiāo)到位后立即停止主軸。在自動(dòng)換刀的鏜銑加工中心上，切削時(shí)的切削轉(zhuǎn)矩不能完全靠主軸錐孔的摩擦力傳遞，因此通常在主軸前端設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)凸鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時(shí)，刀柄上的鍵槽必須與此凸鍵對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)齒輪到位后必須有到位檢測(cè)元件檢測(cè)，以確保主軸換擋成功 [12]。對(duì)于采用交流伺服電機(jī)的主軸電動(dòng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速。此工藝的切削速度比常規(guī)的要高幾倍到十多倍，如高速銑削鋁合金件時(shí)的最高切削速度可達(dá) 250~4/min；加工鋼件為 40~2/min；加工鑄鐵為800~2400m/min，進(jìn)給速度也可以相應(yīng)提高很多倍。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，并且具有寬范圍調(diào)節(jié)速度的能力。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動(dòng)，采用內(nèi)徑定心與側(cè)面定心的花鍵更有利于降低噪聲 [4]。尤其對(duì)于加工中心、車(chē)銑中心以及一些專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)各種工序以及各種加工材料的要求，主軸系統(tǒng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。圖 35 主軸電機(jī)的功率特性在考慮本單位的使用習(xí)慣和設(shè)備的用途之后再來(lái)選擇具體的型號(hào)。 功率選擇輸出功率是主軸電機(jī)負(fù)載能力的指標(biāo)。伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動(dòng)換刀、剛性攻絲、主軸C軸進(jìn)給功能等對(duì)主軸位置控制性能要求很高的加工。普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配簡(jiǎn)易型變頻器可以實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速，但主軸電動(dòng)機(jī)只有工作在約500轉(zhuǎn)/分鐘以上才能有比較好的力矩輸出，否則，特別是銑床很容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情況，一般會(huì)采用兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸也只能工作在中高速范圍，此外，因受到普通電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，主軸的轉(zhuǎn)速范圍受到較大的限制。而主軸驅(qū)動(dòng)裝置一般不具備絕對(duì)式編碼器接口和第二編碼器接口。而主軸電動(dòng)機(jī)主要用于速度控制，因此主軸驅(qū)動(dòng)裝置一般都具備和采用0~10V模擬電壓作為速度指令，由開(kāi)關(guān)量控制旋轉(zhuǎn)方向，而不提供脈沖指令輸入接口。因此，在接口上主軸驅(qū)動(dòng)裝置又具有自身的特點(diǎn)。 交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性 交流變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性數(shù)控改造選用的主軸變頻驅(qū)動(dòng)器要與交流主軸電動(dòng)機(jī)相適應(yīng)，交流變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性如表31所示。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院9第三章 X5032 立式銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造在X5032立式銑床的數(shù)控化改造過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重決定機(jī)床性能的主軸及其PLC控制系統(tǒng)選擇。 X5032立式銑床數(shù)控改造的總體方案該數(shù)控銑床采用立式布局，總體布局簡(jiǎn)圖如圖 21 所示。第二個(gè)方案是用 PLC 控制進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的改造。在無(wú)級(jí)調(diào)速的機(jī)械、液壓和電氣等多種形式中，通常都采用交流調(diào)速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力源的調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí)又因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力極差，高速時(shí)易丟步。進(jìn)給速度高，機(jī)床位置控制分辨率高。 數(shù)控系統(tǒng)及進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇1．?dāng)?shù)控系裝置的選配進(jìn)行數(shù)控機(jī)床改造時(shí)，選擇合適的數(shù)控裝置很重要，如果選擇性能過(guò)高的數(shù)控裝置，改造成本就會(huì)增加，反之，改造后的機(jī)床性能過(guò)低，就不能夠滿足使用的需要，因此就必要結(jié)合改造后機(jī)床的使用范圍要求的技術(shù)要求進(jìn)行數(shù)控裝置的合理選用。由于采用華中世紀(jì)星 HNC21M 銑削數(shù)控系統(tǒng)，具有 英寸彩色液晶顯示器，顯示機(jī)床的工作狀態(tài)，并具有實(shí)時(shí)圖形顯示功能。3．制定改造工作過(guò)程方案 決策制定后，進(jìn)行系統(tǒng)軟、硬件的聯(lián)合調(diào)試、數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC 程序設(shè)計(jì)及調(diào)試、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試的方案與步驟，確保數(shù)控機(jī)床的精度與穩(wěn)定性。數(shù)控化改造可以根據(jù)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求合理安排改造時(shí)間，在確保生產(chǎn)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控化改造，吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院3可以達(dá)到既保證生產(chǎn)效益，又能控制改造成本的目的 [3]。因此，我們提出了這一普通機(jī)床數(shù)控化改造的研究課題。因此就必須大力提倡普通機(jī)床的數(shù)控化改造 [2]。當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在國(guó)內(nèi)的航空軍事、機(jī)械加工、汽車(chē)制造、化工生產(chǎn)、公共交通、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域等方面得到迅速而廣泛地應(yīng)用。具備低價(jià)格、配置靈活、高性能、使用簡(jiǎn)單容易的特點(diǎn)。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）課題名稱(chēng) X5032 普通銑床的數(shù)控化改造姓 名學(xué) 號(hào)系(分院)專(zhuān) 業(yè)班 級(jí)指導(dǎo)教師企業(yè)指導(dǎo)教師 2022年 5月 10日目 錄摘 要 ....................................................I第一章 緒 論 ...............................................................................................1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 .................................1 項(xiàng)目的來(lái)源及研究意義 ...................................2 改造方案的可行性分析 ...................................2 本文研究的主要內(nèi)容 .....................................3第二章 X5032 立式銑床總體設(shè)計(jì) ..............................................................4 X5032立式銑床數(shù)控化改造的調(diào)查研究與方案設(shè)計(jì) .......................4 國(guó)內(nèi)立式銑床數(shù)控改造的成功案例調(diào)查 .........................4 數(shù)控系統(tǒng)及進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇 ...........................5 主傳動(dòng)軸系統(tǒng)改造方案 .......................................6 X5032立式銑床數(shù)控改造的總體方案 .......................7 本章小結(jié) ...............................................8第三章 X5032 立式銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 .........................