X53K普通銑床進行改造畢業(yè)設計終稿

1、內(nèi) 容 摘 要本文主要對X53K普通銑床進行改造，首先分析銑床的加工特點和加工要求確定其主參數(shù)，運動和動力參數(shù)；根據(jù)主參數(shù)和改造要求進行進給系統(tǒng)，電氣部分改造。通過對機床各部分結(jié)構(gòu)、運動及參數(shù)的分析，確定了機械部分改造方案。保留原機床主軸箱，取消進給箱的傳動裝置，改為用步進電機代替；導軌進行打磨、刮研、墊塑；絲杠改為滾珠絲杠；通過對國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的比較，遵從性價比高、綜合成本低的原則，最后確定采用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)；電氣部分分別對強電進行了改造，將主軸電機更換為交流伺服電機，實現(xiàn)寬的調(diào)速范圍；進給部分增加步進電機，實現(xiàn)數(shù)控化控制。關(guān)鍵詞X53K；數(shù)控化改造；滾珠絲杠；步進電機AbstractThis

2、 article mainly carries on the transformation to the X53K general milling machine. First analyzes the vertical milling machine the processing characteristic and the processing request determines its host parameter, including movement and electrical appliances. After the analysis of structure，motion

3、and parameters of the machine in question，the headstock was remained，the transmission elements of feed box was cancelled and replaced with step motorThe ways were grinding and scrapingAnd the lead screw was replaced by the ball screw. Compared with ratio of performance and cost in this country and a

4、broad，the numerical control system was selected called DTM-5T. The spindle motor Was replaced with step motor dynamo for wider velocity modulationWith step motor ，the electrical control Was carried outKey wordsX53K；modification of machine tool；the ball screw ; step motor目 錄摘要 1Abstract.2目錄.3第一章 X53K

5、升降臺銑床的簡介.51.1 X53K升降臺銑床.51.2 X53K立式升降臺銑床的結(jié)構(gòu)特點.61.3 X53K升降臺銑床主要參數(shù).7第二章 X53K升降臺銑床數(shù)控改造總體方案.82.1 總體改造要求.82.2 總體改造方案.9第三章 機床機械部分改造.103.1 機床計算數(shù)據(jù)估計.103.2 Y軸進給系統(tǒng)數(shù)控改造設計.113.3 X軸進給系統(tǒng)數(shù)控改造設計.213.4 Z軸進給系統(tǒng)數(shù)控改造設計.313.5 步進電機型號選擇.45第四章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇.454.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇的原則.454.2 國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)比較與選擇46第五章 電氣部分改造.475.1 電氣改造總體方案.475.2 電氣系統(tǒng)

6、數(shù)控改造的設計.48小結(jié).51參考文獻.52第一章 X53K升降臺銑床的簡介1.1 X53K升降臺銑床X53K機床是一種強力金屬切削機床，機床的主軸傳動系統(tǒng)由功率為7.5kw的電動機驅(qū)動，能承受重負荷切屑。主軸錐孔可直接或通過附件安裝各種圓柱銑刀、圓片銑刀、成型銑刀、端面銑刀等刀具，適于加工各種零件的平面、斜面、溝槽、孔等，是機械制造、模具、儀器、儀表、汽車、摩托車等行業(yè)的理想加工設備X53K升降臺銑床實物圖1.2 X53K立式升降臺銑床的結(jié)構(gòu)特點X53K為立式升降臺銑床，其主軸軸線垂直于工作臺面，外形如圖所示，主要由床身、立銑頭、主軸、工作臺、升降臺、底座組成。X53K升降臺銑床結(jié)構(gòu)圖(1)

7、 床身固定和支承銑床各部件；(2) 立銑頭支承主軸，可左右傾斜一定角度；(3)主軸為空心軸,前端為精密錐孔，用于安裝銑刀并帶動銑刀旋轉(zhuǎn)；(4)工作臺承載、裝夾工件，可縱向和橫向移動，還可水平轉(zhuǎn)動；（5）升降臺通過升降絲杠支承工作臺，可以使工作臺垂直移動；（6）變速機構(gòu)主軸變速機構(gòu)在床身內(nèi)，使主軸有18種轉(zhuǎn)速，進給變速機構(gòu)在升降臺內(nèi)，可提供18種進給速度；（7）底座支承床身和升降臺，底部可存儲切削液。1.3 X53K升降臺銑床主要參數(shù)X53K立式銑床主要技術(shù)參數(shù)X53K主軸端面至工作臺距離45415主軸中心線到床身垂直導軌的距離350主軸孔錐度7：24 ISO50主軸孔徑29主軸轉(zhuǎn)速302500

8、/18極立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度45主軸軸向移動距離85工作臺工作面(寬度長度) 1325320工作臺行程縱向/橫向/垂向（手動/機動) 720/700、255/240、370/350工作臺進給范圍縱向/橫向/垂向23.51180/23.51180/8394工作臺快速移動速度縱向/橫向/垂向2300/2300/770T型槽槽數(shù)/槽寬/槽距3/18/70主電機功率7.5進給電機功率1.5外形尺寸253018902380機床凈重3200第二章 X53K升降臺銑床數(shù)控改造總體方案2.1 總體改造要求 主軸轉(zhuǎn)速r/min30-2500X軸最大行程mm800Y軸最大行程mm280Z軸最大行程mm380X軸脈沖

9、當量mm0.01Y軸脈沖當量mm0.01Z軸脈沖當量mm0.01主電機功率kW7.5主電機轉(zhuǎn)速r/min1450重復定位精度mm0.01X軸定位精度mm0.03/1000Y軸定位精度mm0.03/1000Z軸定位精度mm0.03/1000最大移動速度m/min6工作進給速度mm/min10-2000運動控制方式開環(huán)軌跡控制方式輪廓2.2 總體改造方案2.2.1、機床機械部分改造。通過對機床機械部分的分析和計算，在利用原機床的基礎(chǔ)上，通過對導軌的維修和滾珠絲杠的更換，來設定機械部件的規(guī)格、性能，以便數(shù)控系統(tǒng)正確且準確的控制整部機床的機械部件，達到機床NC化。基于以上數(shù)控機床的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，

10、對于X53K銑床機械部分改造的內(nèi)容如下：(1)導軌與絲杠。由于長時間的磨損，導軌面產(chǎn)生摩擦致使產(chǎn)生了凹凸不平的現(xiàn)象，從而影響加工精度，因此要對導軌面進行加工，如貼塑等；絲杠方面，為了提高傳動精度，把普通絲杠換為滾珠絲杠。滾珠絲杠的最大特點是可以減小正反向的傳動間隙和減小傳動阻尼，可大大提高傳動精度。(2)保留原機床主傳動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過改造實現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)，啟動停車的NC控制；將工作臺實現(xiàn)垂直、橫向和縱向三個方向拖板的進給傳動裝置取消，將滑動絲杠副更換為滾動絲杠副，并增加同步帶傳動、步進電機。垂向工作臺傳動升降機構(gòu)在更換滾珠絲杠副后會因失去自鎖而自動下滑，增加平衡裝置和制動裝置；步進電機通過減

11、速同步帶輪帶動滾珠絲杠，從而帶動拖板移動。因此機械結(jié)構(gòu)更為簡單，減少了傳動誤差。2.2.2、數(shù)控系統(tǒng)的選擇。從性價比高、綜合成本低這兩個主要的原則出發(fā)，在這兩個原則的指導下對眾多的數(shù)控系統(tǒng)進行比較，選擇最合適的數(shù)控系統(tǒng)。不選擇那些已經(jīng)或?qū)⒁惶蕴漠a(chǎn)品，這樣用不了多長時間又要進行更新，也不要一味追求高性能而增加投入，應該在選擇性能優(yōu)良產(chǎn)品的同時，考慮價格因素，除產(chǎn)品本身的價值外，還要顧及與其配套的配件的采購、維修成本，因故障停機導致的時間成本，以及壽命周期等等。2.2.3、電氣部分改造。對機床電氣進行數(shù)控改造，需拆除原機床工作臺進給電機及其相應強電線路，由步進電機輸出控制信號，設計由個繼電器和

12、接線端子排構(gòu)成的附件板，通過電纜與系統(tǒng)控制箱相連，接受系統(tǒng)的控制，可實現(xiàn)機床緊急停機、機床原點的設置、各坐標軸限位、主軸的正反轉(zhuǎn)、啟動停車、冷卻泵控制等功能。第三章 機床機械部分改造3.1 機床計算數(shù)據(jù)估計3.1.1、機床重要計算參數(shù)估計X軸工作臺重量：Y軸工作臺重量：Z軸工作臺重量：工件及夾具最大重量：3.1.2、各種切削方式的縱向切削力,速度和時間比例切削方式縱向切削力(N)垂向切削力(N)進給速度(m/min)工作時間百分比%強力切削200012000.610一般切削10005000.830精切削500200150快速進給006103.2 Y軸進給系統(tǒng)數(shù)控改造設計Y軸進給系統(tǒng)數(shù)控改造示意

13、圖3.2.1、橫向滾珠絲杠的設計與計算1、確定滾珠絲杠副的導程 ：工作臺最高移動速度：步進電機最高轉(zhuǎn)速 ： 傳動比步進電機與絲杠間為同步帶連接式，=1.25由上表查得=6m/min， =800r/min 代入得 =6mm查現(xiàn)代機床設計手冊取=6mm2、各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速由上表查的=0.6, =0.8, =1, ,代入得100，133.3，166.7，1000各種切削方式下，絲杠軸向載荷 ：絲杠軸向載荷 N ：縱向切削力 N ：垂向切削力 N 由上表得 (=1,2,3,4)分別為2000 N,1000N,500N,0N (=1,2,3,4)分別為1200N,500N,200N,0N 已知1

14、600 N，200 N 代入得 (=1,2,3,4)分別為2300N，1230N，700N，200N3、當量轉(zhuǎn)速當量轉(zhuǎn)速 r/min： 工作時間百分比數(shù)據(jù)代入得233r/min4、當量載荷帶入數(shù)據(jù)得989N5、初選滾珠絲杠副由公式現(xiàn)代機床設計手冊（3.724）知查現(xiàn)代機床設計手冊表（3.751）表（3.754）得1，1，1，0.53， =1.3，1500h代入數(shù)據(jù)可求得6690N6、確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量（1/31/4）重復定位精度 (1/41/5 )定位精度：最大軸向變形量已知重復定位精度10定位精度303，6取兩種結(jié)果最小值3（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求

15、預拉伸，由于橫向絲杠行程比較短，取一端固定，一端自由的支承形式：最小螺紋底徑mm（1.11.2）行程+(1014)靜摩擦力=已知行程280mm，1600N, =0.2，=420mm，360N, 代入數(shù)據(jù)得=17.7mm7、確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號 (1)選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預緊形式(2)由計算出的，在現(xiàn)代機床設計手冊中選取相應規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD3206-5 =6mm, =20200N=6690N8、確定滾珠絲杠副預緊力= 其中2300N767N9、行程補償值與拉伸力（1）行程補償值C=11.8式中=行程+=364mm溫差取代入數(shù)據(jù)得C=10.7(2)預拉伸力1.95 代入得

16、3822N10、確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷382223006122N（2）軸承類型一端固定、一端自由的支承形式，選面對面60滾珠絲杠用軸承25TAC62A，軸承內(nèi)徑略小于28mm，=，取25mm帶入數(shù)據(jù)得2007軸承預緊力：預力負荷按現(xiàn)代機床設計手冊選取軸承型號規(guī)格當25mm，預加負荷為：所以選25TAC62A滾珠絲杠用軸承25mm，預加負荷為3040 2007N11、滾珠絲杠副工作圖設計(1)絲杠螺紋長度由表查得余程=16mm （2）到固定支承距離，絲杠L (3)行程起點離固定支承距離396mm，420mm 16mm，35mm12、傳動系統(tǒng)剛度（1）絲

17、杠抗壓剛度1）絲杠最小抗壓剛度:絲杠底徑：到固定支承距離代入數(shù)據(jù)1232N/2）絲杠最大抗壓剛度 代入數(shù)據(jù)得=4032 N/（2）支承軸承組合剛度1）一對預緊軸承的組合剛度：滾珠直徑mm， Z：滾珠數(shù)：最大軸向工作載荷N ：軸承接觸角由現(xiàn)代機床設計手冊查得25TAC62A軸承=20580N =7，Z15， 8700N/代入數(shù)據(jù)算得 =1080 N/2）支承軸承組合剛度 1080N/3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 ：現(xiàn)代機床設計手冊上的剛度2150 N/, =2300N, =767N代入數(shù)據(jù)得3212 N/12、剛度驗算及精度選擇（1） 代入前面所算數(shù)據(jù)得 代入前面所算數(shù)據(jù)得=（2）驗算傳動

18、系統(tǒng)剛度已知1600N, ,=0.2, =360N:靜摩擦力，：靜摩擦系數(shù)，：正壓力=57.6N/；已知反向差值或重復定位精度為10 48857.6（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差（），代入數(shù)據(jù)得 0.20可以忽略不計（4）確定精度：任意mm內(nèi)行程變動量對系統(tǒng)而言定位精度定位精度為30/=/,絲杠精度取為3級10=800r/min3.2.2、同步帶傳動設計 1、確定同步帶傳動的設計功率式中： 載荷修正系數(shù)。查表1工作機上電動機功率由下表1 查得。故可得：=2、確定帶的型號和節(jié)距可根據(jù)同步帶傳動的設計功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。其中,。查表選同步帶的型號

19、為：HTD，節(jié)距為：3、選擇小帶輪齒數(shù)可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表 得。選小帶輪齒數(shù)： 。故大帶輪齒數(shù)為：45，圓整為 故： 4、確定帶輪的節(jié)圓直徑小帶輪節(jié)圓直徑：大帶輪節(jié)圓直徑： 5、驗證帶速V由公式 計算得，6、確定同步帶的節(jié)線長度利用AutoCAD 作圖法求節(jié)線長度,結(jié)果如下圖1 所示。帶輪示意圖由上圖可=,其中。可以求得：弧AB=弧BD=故=305.832+140.78+179.9=932.34mm經(jīng)查表，選取型號為HTD-936-8M的同步帶。其節(jié)線長度=936mm，齒數(shù)7、計算傳動中心距a式中:,8、確定同步帶的所需寬度小帶輪嚙合齒數(shù): =62908、確定滾珠絲杠副預緊力=

20、 其中2200 7339、行程補償值與拉伸力（1）行程補償值=11.8式中行程+=884溫差取代入數(shù)據(jù)得C=26(2) 預拉伸力1.95 代入得631810、確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷631822008518（2）軸承類型兩端固定支承形式，選面對面60滾珠絲杠用軸承35TAC72A，軸承內(nèi)徑略小于36mm，=，取35mm帶入數(shù)據(jù)得2839軸承預緊力：預力負荷按現(xiàn)代機床設計手冊選取軸承型號規(guī)格當35mm，預加負荷為：所以選35TAC72A滾珠絲杠用軸承35mm，預加負荷為 2839N 11、滾珠絲杠副工作圖設計(1) 絲杠螺紋長度由表查得余程=47mm 則

21、（2）兩固定支承距離，絲杠 =，(3)行程起點離固定支承距離mm，1162mm ，=mm12、傳動系統(tǒng)剛度（1）絲杠抗壓剛度1）絲杠最小抗壓剛度:絲杠底徑：固定支承距離代入數(shù)據(jù)736N/2）絲杠最大抗壓剛度 代入數(shù)據(jù)得1636 N/（2）支承軸承組合剛度1）一對預緊軸承的組合剛度：滾珠直徑mm， Z：滾珠數(shù)：最大軸向工作載荷N ：軸承接觸角由現(xiàn)代機床設計手冊查得25TAC62A軸承=20580N =7，Z20， 8700N/代入數(shù)據(jù)算得 =1225 N/2）支承軸承組合剛度 2450N/3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 ：現(xiàn)代機床設計手冊上的剛度2150 N/, =2200N, =733N代

22、入數(shù)據(jù)得3211 N/12、剛度驗算及精度選擇（1） 代入前面所算數(shù)據(jù)得 代入前面所算數(shù)據(jù)得=已知800N, =0.2, =160N:靜摩擦力，：靜摩擦系數(shù)，：正壓力（2）驗算傳動系統(tǒng)剛度=25.6N/；已知反向差值或重復定位精度為10 48125.6（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差（），代入數(shù)據(jù)得 0.15可以忽略不計（4）確定精度：任意300mm內(nèi)行程變動量對系統(tǒng)而言0.8定位精度定位精度為30/1000=10/30014.3,絲杠精度取為3級10=800r/min3.3.2、同步帶傳動設計 1、確定同步帶傳動的設計功率式中： 載荷修正系數(shù)。查表1工作機上電動機功率由下表1 查得。故可

23、得：=2、確定帶的型號和節(jié)距可根據(jù)同步帶傳動的設計功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。其中,。查表選同步帶的型號為：HTD，節(jié)距為：3、選擇小帶輪齒數(shù)可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表 得，選小帶輪齒數(shù)： 。故大帶輪齒數(shù)為：40故： 4、確定帶輪的節(jié)圓直徑小帶輪節(jié)圓直徑：大帶輪節(jié)圓直徑： 5、驗證帶速V由公式 計算得，6、確定同步帶的節(jié)線長度利用AutoCAD 作圖法求節(jié)線長度,結(jié)果如下圖1 所示。同步帶輪示意圖由上圖可=,其中。可以求得：弧AB=弧CD=故=171.472+123+166.2=632.14mm經(jīng)查表，選取型號為HTD-640-8M的同步帶。其節(jié)

24、線長度=640mm，齒數(shù)7、計算傳動中心距a式中:,8、確定同步帶的所需寬度小帶輪嚙合齒數(shù): =14570N8、確定滾珠絲杠副預緊力= 其中4240N 1414N9、行程補償值與拉伸力（1）行程補償值C=11.8式中=行程+=溫差取代入數(shù)據(jù)得C=14.2(2)預拉伸力1.95 代入得9438N10、確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷9438424013678N（2）軸承類型一端固定、一端自由的支承形式，選面對面60滾珠絲杠用軸承35TAC72A，軸承內(nèi)徑略小于44mm，=，取35mm 帶入數(shù)據(jù)得4559N軸承預緊力：預力負荷按現(xiàn)代機床設計手冊選取軸承型號規(guī)格當3

25、5mm，預加負荷為：所以選35TAC72A滾珠絲杠用軸承35mm，預加負荷為 11、滾珠絲杠副工作圖設計（1)絲杠螺紋長度 由表查得余程=16mm （2）到固定支承距離，絲杠L (3)行程起點離固定支承距離500mm，596mm 16mm，90mm12、傳動系統(tǒng)剛度（1）絲杠抗壓剛度1）絲杠最小抗壓剛度:絲杠底徑：到固定支承距離代入數(shù)據(jù)2143N/2）絲杠最大抗壓剛度 代入數(shù)據(jù)得=4180 N/（2）支承軸承組合剛度1）一對預緊軸承的組合剛度：滾珠直徑mm， Z：滾珠數(shù)：最大軸向工作載荷N ：軸承接觸角由現(xiàn)代機床設計手冊查得35TAC72A軸承=21660N =7，Z20， 8700N/代入數(shù)

26、據(jù)算得 =1860 N/2）支承軸承組合剛度 1860N/3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 ：現(xiàn)代機床設計手冊上的剛度2150 N/, =4240N, =1414N代入數(shù)據(jù)得3212 N/12、剛度驗算及精度選擇（1） 代入前面所算數(shù)據(jù)得 代入前面所算數(shù)據(jù)得=（2）驗算傳動系統(tǒng)剛度已知5800N, ,=0.2, =1200N:靜摩擦力，：靜摩擦系數(shù)，：正壓力=192N/；已知反向差值或重復定位精度為10 760192（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差（），代入數(shù)據(jù)得 0.27可以忽略不計（4）確定精度：任意mm內(nèi)行程變動量對系統(tǒng)而言定位精度定位精度為30/=/,絲杠精度取為3級10=260

27、r/min3.4.2、同步帶傳動設計 1、確定同步帶傳動的設計功率式中： 載荷修正系數(shù)。查表1工作機上電動機功率由下表1 查得。故可得：=2、確定帶的型號和節(jié)距可根據(jù)同步帶傳動的設計功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。其中,。查表選同步帶的型號為：HTD，節(jié)距為：3、選擇小帶輪齒數(shù)總傳動比根據(jù)傳動比分配規(guī)律，取齒輪傳動比，則同步帶傳動比可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表 得。選小帶輪齒數(shù)： 。故大帶輪齒數(shù)為：，圓整為 故： 4、確定帶輪的節(jié)圓直徑小帶輪節(jié)圓直徑：大帶輪節(jié)圓直徑： 5、驗證帶速V由公式 計算得，6、確定同步帶的節(jié)線長度利用AutoCAD 作圖法求節(jié)

28、線長度,結(jié)果如下圖1 所示。帶輪示意圖由上圖可=,其中?？梢郧蟮茫夯B=弧BD=故=338.842+106.39+209.9=993.97mm經(jīng)查表，選取型號為HTD-1000-8M的同步帶。其節(jié)線長度=1000mm，齒數(shù)7、計算傳動中心距a式中:,8、確定同步帶的所需寬度小帶輪嚙合齒數(shù): =20故嚙合系數(shù)：=1-0.2(20-)=0.36基準額定功率： = 1.2 查表得,其中=30mm寬度系數(shù)：額定功率： 根據(jù)設計要求,。故帶寬根據(jù)表7 可已選擇的同步帶，其寬度代號為：040。9、結(jié)果整理同步帶： 選用HTD-1000-8M-40型同步帶： ，=1000mm ;小同步帶輪： 規(guī)格齒數(shù)節(jié)徑

29、 外徑 檔邊直徑 檔邊內(nèi)徑 檔邊厚度 28-8M2871.369.9380601.5大同步帶輪：規(guī)格齒數(shù)節(jié)徑 外徑 檔邊直徑 檔邊內(nèi)徑 檔邊厚度 50-8M50127.38125.951381181.53.4.3、減速齒輪傳動的設計此處減速齒輪模數(shù)取為，傳動比，選擇為直齒圓柱齒輪故分度圓壓力角，齒頂高系數(shù)=1，頂隙系數(shù) =0.25。取，故，取，中心距小齒輪的主要幾何尺寸為：分度圓直徑：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：基圓直徑： 節(jié)圓直徑：大齒輪的主要幾何尺寸為：分度圓直徑：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：基圓直徑： 節(jié)圓直徑： 減速齒輪副結(jié)構(gòu)尺寸圖3.4.4、減速軸的結(jié)構(gòu)設計 減速軸系結(jié)構(gòu)設計圖軸的各段尺寸設

30、計如下：， ， ，圓錐滾子軸承的型號：32307，軸承外徑：80mm，軸承內(nèi)徑：35mm 軸承寬度：24.75mm減速軸結(jié)構(gòu)尺寸圖3.5 步進電機型號選擇3.5.1、Z向絲杠牽引力、傳動效率計算為了防止機床升降臺在重力作用下自行下滑，原機床設置有單向超越離合器及摩擦片制動器，而且為保證工作可靠，將摩擦阻力調(diào)到略大于升降工作臺的重力。在數(shù)控改造后仍需要保留此功能，故在實際運動時X、Y、Z三軸比較，下降的阻力最大，那么以升降(Z軸)方向計算選擇的步進電機均可滿足X、Y兩軸運動的要求。Z向絲杠牽引力 滾珠絲杠螺母副的傳動效率為：=/絲杠螺旋升角=325滾珠絲杠螺母副的滾動摩擦系數(shù) 則3.5.2、步距

31、角 的選擇根據(jù)所要求脈沖當量，減速比計算如下: 由得查步進電機手冊取式中步進電機的步距角（度/脈沖）絲桿螺距脈沖當量 3.5.3、步進電機的選用數(shù)控系統(tǒng)對伺服電機的要求是調(diào)速范圍寬，伺服電機需滿足調(diào)速要求。負載特性硬，在調(diào)速范圍內(nèi)電機有足夠的驅(qū)動力矩，動態(tài)響應快。所以合理選用步進電機是比較復雜的問題，需要根據(jù)電動機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇。為使步進電機正常運行(不失步，不越步)，正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，電機的最大靜轉(zhuǎn)矩(步進電機技術(shù)數(shù)據(jù))必須大于電機實際最大啟動力矩。電機的運行頻率(步進電機技術(shù)數(shù)據(jù))必須高于電機實際最高工作頻率。系統(tǒng)脈沖當量是機床移動部件相對于每

32、一個進給脈沖信號民的位移量，其大小視機床的加工精度而定。根據(jù)X53K升降臺銑床工作狀況選系統(tǒng)脈沖當量。步進電機步距角。電機軸負載力矩式中：傳動效率 導軌摩擦系數(shù)，取0.2 Z向絲杠牽引力 工作臺重量若不考慮啟動時運動部件慣性的影響則啟動力矩：步進電機的最大啟動力矩：電機的最高工作頻率：查表110BYG4502型最大靜轉(zhuǎn)矩為20N.m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，步進電機允許的最高工作頻率為3333.3 ，當快速運動和銑削進給時，110BYG4502型步進電機運行頻率15000，特性完全可以滿足要求。110BYG4502型步進電機參數(shù)表型 號步 距 角相數(shù)驅(qū) 動電 壓相 電 流 保 持 轉(zhuǎn) 矩空載起動頻

33、率空載運 行頻率轉(zhuǎn)動慣量相 電 感相 電 阻重量110BYG45021.8/ 0.9210052012001515.86.50.610.5第四章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇4.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇的原則在進行數(shù)控系統(tǒng)選型時，一般應遵從性價比高、綜合成本低這兩個主要的原則。在這兩個原則的指導下對眾多的數(shù)控系統(tǒng)進行比較，選擇最合適的數(shù)控系統(tǒng)。4.1.1、性價比高的原則一般在選擇數(shù)控系統(tǒng)時，應考慮數(shù)控系統(tǒng)的先進性，不要選那些已經(jīng)或?qū)⒁惶蕴漠a(chǎn)品，這樣用不了多長時間又要進行更新，而要盡量選擇先進的、能代表當前主流技術(shù)的產(chǎn)品。先進的產(chǎn)品代表更加強大的功能，但并不是越先進的越好，隨著性能的提高，其價格必然越貴，但是在

34、實際應用中，眾多強大的功能是否必要，要視使用情況而定，不要一味追求高性能而增加投入，應該在選擇性能優(yōu)良產(chǎn)品的同時，考慮價格因素，對產(chǎn)品的性能價格比進行比較，在同樣能滿足技術(shù)要求的情況下，選擇價格低的產(chǎn)品。4.1.2、綜合成本低的原則所謂綜合成本，是指除產(chǎn)品本身的價值外，其配套的配件采購、維修成本，因故障停機導致的時間成本，以及壽命周期等等。在進行數(shù)控系統(tǒng)選型時，要充分考慮以上因素，選擇故障率低、配件價格低、售后服務及時、壽命周期長的產(chǎn)品。4.2 國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)比較與選擇我國國內(nèi)目前研制開發(fā)與生產(chǎn)的裝置基本上分為兩大類：一類是從國外引進技術(shù)制造的產(chǎn)品，如發(fā)那科生產(chǎn)的.德國公司的/；另一類是在引進

35、、消化、吸收的基礎(chǔ)上研制、開發(fā)、生產(chǎn)的數(shù)控裝置，如華中數(shù)控生產(chǎn)的華中型、型。近年來，我國引進了一些國外的數(shù)控系統(tǒng)，具有代表性的有日本公司和德國公司的產(chǎn)品，另外還有美國公司、西班牙公司、法國公司的產(chǎn)品。對比國內(nèi)外性能相當?shù)臄?shù)控系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)其優(yōu)缺點非常明顯，詳見表22。從表2.2可以看出，國外產(chǎn)品在性能、可靠性、使用壽命上占有很大優(yōu)勢，但價格很高，使得改造成本提高。國內(nèi)產(chǎn)品雖然大轉(zhuǎn)矩、大功率伺服電機的能力沒有國外產(chǎn)品強大，但也能滿足我們的要求，而且綜合成本低。最終我們將機床電氣改造數(shù)控系統(tǒng)的選擇定位在采用國內(nèi)系統(tǒng)上，其中數(shù)控系統(tǒng)是一款能滿足以上要求的數(shù)控系統(tǒng)，所以我們選擇這款專門為中國數(shù)控機床市

36、場而開發(fā)的經(jīng)濟型控制系統(tǒng)。第五章 電氣部分改造5.1 電氣部分改造方案X53K銑床的數(shù)控化改造電氣控制圖如圖所示。在步進電機控制下，驅(qū)動控制執(zhí)行元件運動，完成進給軸的快速移動、啟動停止等運動。用四幅驅(qū)動元件控制工作臺的移動，進給軸的轉(zhuǎn)速有兩部分控制組合而成，一部分由步進電機通過減速齒輪對轉(zhuǎn)速進行調(diào)速，另一部分由機械手柄和帶輪進行有級調(diào)速。強電電路有主電路、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等三部分組成。X53K銑床數(shù)控改造電氣工作控制圖機床上電采用三相380V交流電源供電，由空氣開關(guān)控制機床總電源的切斷?？諝忾_關(guān)還同時受鑰匙開關(guān)和開門斷電開關(guān)的保護控制，使機床只有在鑰匙打開和電氣箱關(guān)閉的情況下才能通電。主電路為下列部件供電：伺服單元主電路、伺服單元控制回路、主軸電動機、切削泵電動機?？刂齐娐肥褂玫碾娫捶謩e有兩個電源變壓器提供。一個電源變壓器電源模塊提供單相200V交流電源，另一個電源變壓器輸出三組單元交流電源。1IOV組為自動潤滑、軸流風扇、電磁閥供電，并為交流控制回路提供1OOV電源。28V組為24V直流穩(wěn)壓電源提供交流輸入電源。24V組為機床工作提供照明電源。52 電氣系統(tǒng)數(shù)控改造的設計5.2.1 主軸電路的電氣控制設計在本次改造主軸的控制中，主要控制主軸的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、啟動停止以及冷卻泵的啟停。主電路的電氣原理如圖所示圖中，為接操作面板上的“