【正文】 n??… （44）式中： ：當量轉(zhuǎn)速（r/min）12,ntt， …，：工作時間百分比由表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)學院2833312022nmmmmtnttFFn???… （45）當量載荷m：當量載荷（N） ，則： 3 ????????=1890N3．預期額定動載荷（1）按預期工作時間估算 3601mwamhacFfCnL? （46）已知 2h小時代入式46中得：3 . 38274am N????（2）預緊滾珠絲杠副的軸向負載 maxF測算：maxaeCfF （47）式中： ef—預加負荷系數(shù)，取值 4ef?已知最大負荷 max7910FN，通過式47得：436amC??則取最大值為： 82amC?4．最小底徑的確定（1）預算允許的最大變形量 [4]機床的伺服系統(tǒng)精度大多在空載下檢驗。（2）型號選擇：由計算數(shù)據(jù) hP、 amC、 ind的值在米思米（中國）精密機械貿(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：額定負載公稱直徑 m導程 外徑 底徑循環(huán)圈數(shù) 動負載 靜負載32 6 32 25 圈 2 列 6．滾珠絲杠傳動副預緊力的計算吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院30當選擇預緊滾珠絲杠傳動副螺母形式時需要計算預緊力 pF，且其大小必須合理。（1）負載的慣量核算①傳動絲杠轉(zhuǎn)動慣量 ()sJdl kgm? ??????A式中： d 0—滾珠絲杠公稱直徑（mm） ， l—滾珠絲杠長度（mm）②移動件轉(zhuǎn)動慣量 wJ212126()()().8hwPJWkg????????A式中 P h：滾珠絲杠副的導程（mm） ，W：升降臺及工作臺質(zhì)量（kg）③負載折合轉(zhuǎn)動慣量 rJ21()rSWJi?? )0..5140.).8()kgm??A（2）滾珠絲杠副上各種轉(zhuǎn)矩的計算①外加載荷的摩擦力矩 ()FTNm?吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院323102hFPT????? (413)式中： h：滾珠絲杠副的導程 ()m：未預緊滾珠絲杠傳動副的傳動效率，此處取 F：添加在滾珠絲杠副上的最大軸向負載力已知添加在絲杠副最大外加軸向負載 40FN?， 6hPm?代入式 413 中得：?????A②滾珠絲杠副預加載荷 FP產(chǎn)生的預緊力矩 TP（）230phP?? (414)已知 16,.93PhFNm??代入式 414 中得：???A③當電機從靜止升速至 nmax時的加速轉(zhuǎn)矩 (.)????A④伺服電機連續(xù)工作最大轉(zhuǎn)矩 (.)FTN()()/3MFPTi m????式中： ：傳動比，電機與絲杠為一級減速 1/3i⑤快速空載啟動時電機的轉(zhuǎn)矩 (.)????10．傳動剛度計算（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 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 間 距 （ ） ；0： 螺 母 起 始 點 距 最 近 支 承 點 間 距 （ m）（2）支承軸系剛度①單對軸承的剛度 *QKdZF?? （416）式中 80： (/)N?單 對 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 給 絲 杠 的 正 壓 力 W=+3N, 吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院35s m?： 機 床 的 反 射 死 角 誤 差 ， 已 知 反 向 差 值 或 重 復 定 位 精 度 20。通過詳細分析與吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院36計算，選擇合理的低摩擦系統(tǒng)的滾珠絲杠傳動組合件，提升改造后整體數(shù)控機床的定位精度和重復定位精度高，使該機床工作的可靠提高。3．采用國際標準G代碼編程，支持常見的CAD／CAM自動編程系統(tǒng)。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院38本機改造采用竄口、軟驅(qū)、MDI鍵盤以及計算機鍵盤接口并配置液晶顯示器來實現(xiàn)輸入與輸出單元的改造。4．主傳動系統(tǒng)構(gòu)成它是機床切削加工時傳遞轉(zhuǎn)矩的主要部件之一。3．伺服系統(tǒng)作為數(shù)控系統(tǒng)與原機床本體之間傳動聯(lián)系重要環(huán)節(jié)的伺服系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動系統(tǒng)、伺服電動機以及位置檢測反饋裝置等組成。 9．配置RS232通訊接口，可實現(xiàn)計算機與數(shù)控機床數(shù)據(jù)通訊 [7]。 華中世紀星 21M數(shù)控系統(tǒng)簡介華中世紀星HNC21數(shù)控系統(tǒng)的特點有：全中文系統(tǒng)，采用先進的開放式體系結(jié)構(gòu)，嵌入式工業(yè)PC，””液晶顯示屏，集成主軸、進給軸接口，具備手搖脈沖發(fā)生器接口，使用CF卡存儲方式以及軟驅(qū)、以太網(wǎng)等程序存貯與輸入輸出功能、具有低價格、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用的特點。 Y、Z 軸絲杠和伺服電機選擇與計算 [4]Y、Z 軸滾珠絲杠副和伺服電機的選擇與計算雷同于 X 軸的相關(guān)選擇與計算，過程省略。 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)學院34 39。 utL???A （410）式中： ：行程補償值（ 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)動器的連接圖如圖 46 所示，絲杠傳動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與傳統(tǒng)螺旋傳動運動副相比，特點如下：1．傳動效率高 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達 90%~97%，耗費能量比滑動螺旋傳動機構(gòu)小，因此能以較小的扭矩得到較大的推力。伺服進給系統(tǒng)主要有以下三種控制方式：1．開環(huán)方式 此系統(tǒng)中不帶檢測裝置，沒有反饋電路，控制指令單方向傳送，數(shù)控系統(tǒng)不能修正終端執(zhí)行件的實際偏差，控制精度不高（如圖 41 所示） 。有C軸功能的主軸電動機由主軸電動機直接進行定位、分度和進給功能。對于車、銑復合機床，則必須要求車主軸在銑狀態(tài)下完成銑床C軸所有的進給插補功能。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)學院20向，可以在主軸高速旋轉(zhuǎn)時完成，大大縮短了定向時間；3)可靠性較高由于控制主軸定向的全是電子部件而無需復雜的機械、開關(guān)、液壓缸等裝置，也沒有機械定向所形成的機械沖擊、磨損，因而定向控制裝置的壽命與可靠性大大增加；4)控制簡單易行通常只需要主軸定向指令信號、定向完成回答信號即可實現(xiàn)主軸定向控制；5)性能價格比提高由于簡化了機械結(jié)構(gòu)和強電控制邏輯，成本大大降低。根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的具體特點，為防止定位銷提前頂死主軸而使定向失敗，定位銷伸出的同時也可以不停止主軸，而是待定位銷到位后立即停止主軸。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削時的切削轉(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)置一個或兩個凸鍵，當?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與此凸鍵對準。每個齒輪到位后必須有到位檢測元件檢測，以確保主軸換擋成功 [12]。對于采用交流伺服電機的主軸電動機，可實現(xiàn)主軸的無級調(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的最高切削速度可達 250~4/min；加工鋼件為 40~2/min；加工鑄鐵為800~2400m/min，進給速度也可以相應提高很多倍。此種方法的優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉(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，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]。尤其對于加工中心、車銑中心以及一些專用數(shù)控機床，為了適應各種工序以及各種加工材料的要求，主軸系統(tǒng)的調(diào)速范圍還應進一步擴大。圖 35 主軸電機的功率特性在考慮本單位的使用習慣和設(shè)備的用途之后再來選擇具體的型號。 功率選擇輸出功率是主軸電機負載能力的指標。伺服主軸驅(qū)動系統(tǒng)主要應用于加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動換刀、剛性攻絲、主軸C軸進給功能等對主軸位置控制性能要求很高的加工。普通籠型異步電動機配簡易型變頻器可以實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速，但主軸電動機只有工作在約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，因受到普通電動機最高轉(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)動裝置一般不具備絕對式編碼器接口和第二編碼器接口。而主軸電動機主要用于速度控制，因此主軸驅(qū)動裝置一般都具備和采用0~10V模擬電壓作為速度指令，由開關(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)動裝置又具有自身的特點。 交流主軸驅(qū)動裝置的特性 交流變頻主軸驅(qū)動裝置的特性數(shù)控改造選用的主軸變頻驅(qū)動器要與交流主軸電動機相適應，交流變頻主軸驅(qū)動裝置的特性如表31所示。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院9第三章 X5032 立式銑床主傳動系統(tǒng)的改造在X5032立式銑床的數(shù)控化改造過程中，應當注重決定機床性能的主軸及其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，總體布局簡圖如圖 21 所示。第二個方案是用 PLC 控制進行電氣控制系統(tǒng)的改造。在無級調(diào)速的機械、液壓和電氣等多種形式中，通常都采用交流調(diào)速電機作為驅(qū)動力源的調(diào)速系統(tǒng)。同時又因為步進電動機過載能力極差，高速時易丟步。進給速度高，機床位置控制分辨率高。 數(shù)控系統(tǒng)及進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選擇1．數(shù)控系裝置的選配進行數(shù)控機床改造時，選擇合適的數(shù)控裝置很重要，如果選擇性能過高的數(shù)控裝置，改造成本就會增加，反之，改造后的機床性能過低，就不能夠滿足使用的需要，因此就必要結(jié)合改造后機床的使用范圍要求的技術(shù)要求進行數(shù)控裝置的合理選用。由于采用華中世紀星 HNC21M 銑削數(shù)控系統(tǒng)，具有 英寸彩色液晶顯示器，顯示機床的工作狀態(tài)，并具有實時圖形顯示功能。3．制定改造工作過程方案 決策制定后，進行系統(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)的實際生產(chǎn)需求合理安排改造時間，在確保生產(chǎn)順利進行的基礎(chǔ)上進行數(shù)控化改造，吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院3可以達到既保證生產(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床數(shù)控化改造的研究課題。因此就必須大力提倡普通機床的數(shù)控化改造 [2]。當前，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于在國內(nèi)的航空軍事、機械加工、汽車制造、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用。具備低價格、配置靈活、高性能、使用簡單容易的特點。畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）課題名稱 X5032 普通銑床的數(shù)控化改造姓 名學 號系(分院)專 業(yè)班 級指導教師企業(yè)指導教師 2022年 5月 10日目 錄摘 要 ....................................................I第一章 緒 論 ...............................................................................................1 國內(nèi)外數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 .................................1 項目的來源及研究意義 ...................................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 ..............................................................4 X5032立式銑床數(shù)控化改造的調(diào)查研究與方案設(shè)計 .......................4 國內(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)及進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選擇 ...........................5 主傳動軸系統(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 立式銑床主傳動系統(tǒng)的改造 .........................