普通铣床的数控化改造

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1、普通铣床的数控化改造系部：班级：姓名：普通铣床的数控化改造总体方案的设计一：普通铣床的数控化改造方案的设计1.原来的 XQ6125B普通升降台铣床的用途原 XQ6125B 卧式万能升降台铣床是属于通用机床，主要适用于加工单件、小批量生产和工具修理部门，也可以用于成批生产部门。可利用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀和端面铣刀等，铣削各种平面、斜面、成型表面、沟槽及齿轮等。还可以利用分度头，可以加工各种螺旋槽。外观如图 1-1。对于它的数控化改造用于扩大加工范围，提高加工精度，提高工作效率，满足生产急需是非常必要的，从经济角度上也是可行的。 图 1-1 XQ6125B 普通升降台铣床外观图2.总体

2、设计任务将原来的 X6132要改造成加工精度高、定位准确、可靠，扩大其加工范围，提高加工效率，各性能参数有所提高，使其可以铣削圆弧面与斜面等形状复杂的高精度零件(如凸轮轴)。3.总体设计方案经济型数控铣床的改造，为了保证被改造后的性能不低于原铣床，选 X、Z坐标快进速度不低于 2.4m/min，水平拖动力按 15KN计算，则所需的功率为：P=FV=15 =0.6Kw604.2如果采用步进电机作为伺服驱动元件，步进电机达不到此功率要求。例如：200BF001 反应式步进电机，最大静转矩为 ，最高运行频率MN8.16为 11000step/s，步距角为 1/6，若取最高工作频率下的工作扭矩为静扭矩

3、的1/4，则高速小的功率为：KWPH 134.0.18068.164因此，如果选用步进电机，必须相应地降低机床的某些性能，主要是快速性。另一方面由于步进电机在低速工作时有明显的冲动，易自激振荡，而且激振频率很可能落入铣削加工所用的进给速度范围内，着对加工极为不利，造成工件超差。此外，由于步进电机没有过载能力，高速时扭矩下降很多，容易丢失，大功率步进的驱动较困难等，选用步进电机驱动是不合适的。若采用直流或交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难得多，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙，干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的

4、数控设备中，由于所改造数控铣床工件的加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制,其性能介于开环和闭环之间.由于调速范围宽,过载能力强,有采用反馈控制因此性能远优于步进电机的开环控制;反馈环节不包括大部分机械传动元件,调试比闭环简单,系统的稳定性较易保证,所以比闭环容易实现.但是采用半闭环控制,调试比开环控制的步进电机要困难些,设计上也有自身的特点.在直流和交流伺服电机之间进行比较时,交流调试逐渐扩大了其使用范围,似乎有取代直流伺服的趋势.但是交流伺服的控制结构复杂,技术难度高,普及不广,而且价格高.直流伺服电机原理接近于直流电机,控制系统技术比较成熟,普及

5、广。用直流伺服电动机的半闭环伺服系统的组成如图 1-2。数控装置 NC发出的位置指令在位置控制器内与位置反馈信号比较，然后转换成位置误差的模拟电压。这个电压是速度指令电压。速度指令电压与速度反馈电压在速度控制器内比较和放大后转换成速度控制电压并输给伺服电动机，使电机得到一定的转速。直流伺服电动机的基本性能是：转速决定于输入电压，电流决定于负载力矩。因此，输入直流伺服电动机的，必须是速度模拟电压。速度环的作用在于把位置误差模拟电压变成一个比较稳定的速度模拟电压。速度反馈的作用在于使转速稳定。位置控制则用以检查伺服电动机的转角是否符合位置指令的要求。图 1-2 半闭环伺服系统的组成图 1-3是直流

6、伺服电动机的半闭环伺服系统原理。数控装置来的位置指令D0与位置反馈系统检测出的实际位置检测值 Da在位置偏差监测器 1中比较。其差值为位置偏差值 D。D 经位置控制放大器 2放大后成为速度指令值v0。D0、Da、D、v0 都是数字量。v0 经数/模(D/A)转换器 3成为模拟电压Uc。位置偏差越大，则要求伺服电动机的转速越高，这时的 Uc也越大。因此，Uc是速度指令电压。Uc 于速度反馈电压 Ug在速度偏差监测器 4内比较，其差值为速度偏差电压 Ua。设置速度反馈的目的是稳定电动机的转速。由于伺服电动机的转速还受负载的影响，当负载发生变化（如切深发生变化）时，电动机转速将发生变化。加上速度反馈

7、后转速可以比较稳定。速度偏差电压 Ua经速度控制放大器 5放大后，成为速度控制电压 Um。这个电压加在伺服电机 6上，使它得到角速度 m。与伺服电动机相联系的有速度反馈装置 7和位置反馈装置8。速度反馈装置发出与伺服电动机转速成正比的速度反馈电压 Ug，与速度指令电压 Uc相比较。位置反馈装置 8发出与伺服电动机的转角成正比的实际位置检测值 Da，与位置指令值 D0相比较。图 1-3 半闭环伺服系统原理控制部分的设计要能控制三个坐标轴的运动,根据加工要求,至少要控制两轴联动完成圆弧插补,为了在加工中使用不同尺寸的刀具,数控装置应具有刀具的半径和长度的补偿功能,以便数控加工按轮廓编程程序而能适应

8、刀具尺寸的变化。综上所述，铣床数控改造方案确定为：直流伺服半闭环控制，采用三坐标 2.5轴联动数控装置，整个改造方案如图 1-412089756431数 控装 置图 1-4 总体改造方案示意图1、3、4-伞齿轮 2、7、10-直流伺服电机 5、8、11滚珠丝杠 6、9、12-滚珠丝杠螺母图 1-5 数控改造设计总图二：普通铣床的数控化进给系统的设计减少数控进给系统的中间环节，采用步进电机+刚性联轴器+滚珠螺母丝杠的传动方案。并进行计算安装。三：普通铣床的数控化系统软件结构的设计 CNC装置是一个机床计算机控制系统，其数控软件必须完成管理和控制两种不同性质的任务。数控系统的管理系统是实现 CNC

9、系统协调工作的主体，它管理着数控加工程序从输入、预处理，到插补运算以及位置控制和输入、输出的全过程，并管理着系统参数设置，刀具参数设置，数控加工程序的编辑，数据的输入、输出及在各种机床运行方式下操作员的操作处理等各种人机交互过程。除此之外，先进的数控系统的管理程序还能适时运行诊断模块以便及时判断和消除故障，并能进行通信、联网等功能的管理。1.数控系统软件功能的实现数控系统的各功能分别由不同的软件来实现。一般数控系统软件主要由以下几部分组成：系统总控程序，零件程序的输入输出管理程序，译码程序，零件加工程序编辑程序，机床手动控制程序，零件加工程序的解释执行程序，伺服控制及开关控制程序和系统自检程序

10、。（1）系统总控程序系统总控程序是系统软件的主循环程序。数控系统加电以后便进入这部分程序运行。其基本结构如图 3-1所示，它由四部分组成： 1）初始化部分 当 CNC系统上电或重新复位时，首先需要进行一些必要的初始化处理。2）接收命令环节 它的使命是接收操作者的命令，若不是命令则循环等待。3）命令分析 它的任务是把从键盘上接收的命令进行分析，引导到执行该命令的相应处理程序。4）返回环节 它的任务是执行了命 图 3-1 系统总控程序结构图令处理程序后，返回到管理程序接收命令环节，使系统处于等待新的操作状态。（2）输入输出管理程序输入程序主要完成两个任务，一个是从光电阅读机和键盘输入零件加工源零件

11、程序储存器；另一个是从零件程序储存器中把零件程序送入缓冲区中，以便加工时使用。无论是那种途径输入的零件程序去译码之前都必须经过相应的缓冲器，如图 3-2。零件程序缓冲器接收来自阅读机或零件程序储存器的程序段。当正常加工时，译码程序从这里取出程序段。当从 MDI键盘输入程序段时，程序段被存入 MDI缓冲器中，此时译码程序则从 MDI缓冲器取出程序段。 图 3-2 输入输出管理程序输出程序较为简单，它的功能是将调试成功的零件程序存入磁盘、磁带、或穿孔输出，以便长期保存。 （3）译码程序数据段送入零件程序储存器后，由程序将输入的零件程序数据段翻译成本系统能识别的语言。一个数据段从输入到传送至插补工作

12、寄存器需要以下几个环节，如图 3-3。图 3-3 译码程序译码程序将零件程序的源程序进行词法和语法分析，发现可能的词法或语法错误，如无错误，则对程序段的语义，即它能产生的动作进行分析；识别程序段所规定的 G、M、S、T 等功能，将它们翻译成内部表示形式存放在结构信息表中，供执行使用。（4）零件加工程序的编辑程序编辑程序实际上是一个键盘命令处理程序，它与键盘输入通常成为一体，既可以用来从键盘输入新的零件加工程序，也可以用来对已经存储在零件程序储存器中的零件加工程序进行编辑和修改。常用的编辑功能包括插入、删除、查找、移动等。（5）机床手工控制程序机床手工控制程序是一个对操作面板和键盘来的命令进行扫

13、描的程序。它不断地读取操作面板和键盘地输入信息，分析识别输入地命令并进行相应地处理。这部分程序提供了在手动调整状态下通过机床操作面板控制动作地功能。机床手动调整动作包括：各坐标轴地运动、主轴运动、刀架的转位、冷却泵的开停等。（6）插补运算程序插补运算程序是根据建立的插补数学模型而编制的运算处理程序，常用的脉冲增量插补方法有逐电比较法和数字积分法等。通过运行插补程序，生成控制数控机床各轴运动的脉冲分配规律。采用数据采样插补时，则是生成各轴位置增量，该位置增量用数值表示。（7）伺服控制程序伺服控制程序是插补程序每次运行后的结构，通过适当的运算后直接输出控制执行元件的程序。当一个数据段开始插补加工时

14、，系统控制程序还要准备下一个数据段的读入、读码、数据处理等。（8）系统字行自检程序在主控程序空闲时（如延时） ，可以安排 CPU执行预防性诊断程序，或对尚未执行程序段的输入数据进行预处理。诊断程序控制 CNC系统各个硬件功能的正确性，指示可能存在的故障的位置与性质，它的存在有助于操作人员定位故障部位，缩短系统维护时间，提高系统的可靠性。2数控系统的软件设计本软件采用模块化设计，共分为：系统初始化模块、工作方式选择模块、机床控制模块、命令处理模块、中断处理模块等。2.1系统初始化系统初始化包括：工作单元初始化，中断延时初始化，系统诊断，数据区初始化，电源有无检查等。该模块程序框图为图 3-4。

15、图 3-4 系统初始化程序框图2.2 工作方式选择工作方式选择包括：手动，自动，单段运行，单步运行，编辑等。该模块程序框图为图3-5。图 3-5 工作方式选择程序框图2.3机床控制 机床控制包括：X、Y、Z 方向的进给，电机的起动、回零等。该模块程序框图为图 3-6。图 3-6 机床控制模块程序框图四：普通铣床的数控化主传动系统的设计将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。第二章普通铣床机械部分的数控化改造一主轴传动系统的数控化改造1. 数控化改

16、造主传动系统根据本题目给定的定位精度要求，初步选用半闭环伺服系统，从手册中查得伺服电机的最高转速 为 1000r/min获 1500r/min。如果伺服电机通过联maxn轴器与丝杠直接连接。即 ,工作台快速进给的最高转速达到 =10m/min，1i maxv取电机的最高转速 :maxnV1001maxax 所以取 =10mmhP根据精度要求数控机床的脉冲当量为 mm/脉冲，伺服电机每转应发01.出的脉冲数达到 401.iPbh伺服系统中常用的位置反馈器有旋转变压器和脉冲编码器。旋转变压器的分解精度为每转 2000个脉冲，如果采用旋转变压器方案，则在伺服电机和旋转变压器轴之间安装 5：1 的升速

17、齿轮。采用脉冲编码器方案时，因脉冲编码器有每转2000个、2500 个、5000 个脉冲等数种产品，故编码器后应加倍频器。如选用每转 2500个脉冲编码器，则倍频器的倍数为 4。速度反馈装置中，与旋转变压器相配套的可采用测速发电机。其性能为电机按 1000r/min输出一定的电压量 （如输出 6v）如采用脉冲编码器方案，gU则可在倍频器后架频率/电压转换器（F/V） 。其转换比例为每分钟 个脉冲，710输出电压 （如 6v） 。本设计伺服电机每转发出的脉冲为 个，故转换比例gU4仍为 6（v）/1000（r/min）.下图为上述两种方案的传动系统图。这两种方案目前都有使用，各配不同的数控系统。

18、本设计采用图（B）方案。图 2.1 传动系统图1旋转变压器；2测速发电机；3伺服电机；4挠性连周期；5滚珠丝杠；6工作台；7频率/电压转换器；8倍频器；9脉冲编码器；2.主轴脉冲编码器的选用与工作原理2.1. 主轴脉冲编码器的选用脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，它把机械转角变成电脉冲，是一种常用的角位移传感器。在数控铣床上只使用光电式脉冲编码器，因为光电式的精度和可靠性优于其它。根据表 42选择导程 =10mm，选择 2500/转，每转hP脉冲移动量 0.5 in图 4.2 增量式光电编码器的结构图增量式光电编码器如上图的所示，其实就是一种光电盘。在一个圆盘的圆周上分成相等的透明与不透明的部

19、分，圆盘与工作轴一起旋转，此外，还有一个固定不动的扇形薄片与圆盘平行放置，并制作有辨向窄缝，当光线通过这两个作相对运动的薄透光与不透光部分时，使光电元件接受到的光通量也时大时小地连续变化，经放大、整形电路的变换后变成脉冲信号。2.2主轴脉冲编码器的工作原理 光线透过圆光栅和指示光栅的线纹，在光电元件上形成明暗交替变化的条纹，产生两组近似于正弧波的电流信号 A与 B，两者的相位相差 ，经放大、09整形电路，变成方波，如图：图 4.2.1 脉冲编码器的输出波形若 A相超前于 B相对应电机作正向旋转；若 B相超前于 A相，则对应电机作反向旋转。若以该方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移

20、和反向位移的脉冲序列。Z相是一转脉冲，也称为零位脉冲，它是用来产生机床的基准点的。通常，数控铣床的机械参考点与各轴的脉冲编码器发生出 Z相脉冲是一致的，即该信号与 A、B 信号严格同步。在应用时，从脉冲编码器输出的 A和 ，B 和 四个方波被引入位置控制回路，经辨向和乘以倍率后，变成代表位移的测量脉冲。经频率/电压变换器变成正比于频率的电压作为速度反馈信号、供给速度控制单元进行速度调节。二 机床进给系统的数控化改造1.滚珠丝杠螺母副的设计计算与选型1.1.滚珠丝杠螺母副设计与原理由于本系统要求达到 的定位精度，根据此要求，查阅滚珠丝杠手册。02.P型是用于精确定位且能够根据旋转角度和导程间接测

21、量轴向行程的滚珠丝杠副，T 型是用于传递力的滚珠丝杠，其轴向行程的测量由与滚珠丝杠副的旋转角度和导程无关的测量装置来完成。所以选用 P型。根据精度推荐表，铣床X、Y 轴的丝杠精度为 4、5 级，Z 轴的丝杠精度为 4、5 级，所以本设计选用 4级。控铣床上得到了广泛的应用。它的结构特以减少摩擦。图 2.2滚珠丝杠结构图图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，它们对合起来就形成了螺旋滚道。在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠与螺母之间，构成一个闭环的回路。1.2滚珠丝杠螺母副的选用设计1、主切削力计算：在以工作寿

22、命为基础进行计算时，应按实际加工过程平均铣削条件为准，因此取 =2.5mm, =0.2mm/齿， =70mm,z=4, =50mm,对圆柱高速铣刀，eazfpa0d=68.2，则FZC= 5855（N）cF86.072.086.1.9zfCpzeFZ对圆柱铣刀逆铣加工，各切削分力有 =11.2 , 0.20.3 fcFf， =0.350.4 ，取中间值即 =1.1 ， =0.25 ， =0.38 ，则：cF0cfcfN0cF=0.38 =0.385855=2225Nn=2.225(kN)0Fc而插补平面内合力F= =6616(N)13.25.012cfNf cF在一周的切削过程中取平均切削力为

23、 = F= 6.616=4.14（KN）XF3工作时的周向压力为 )2(GFkyzxm对于三角形形导轨，k=1.15, =0.2,而 =0， = =2.225(KN),G=1.4(KN),z0则=1.153.1+0.2（2.225+1.4）=3887（N）mF2、进给传动系统滚珠丝杠的计算滚珠丝杠的名义直径，滚珠的列数和工作圈数应按当量动载荷 选择。mC丝杠的最大载荷，当切削时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。已知最大进给力 =2.225KN，工作台加工件的质量 M=140Kg，导轨的摩擦因数fF为 0.1，故丝杠的最小载荷（即摩擦力）= =0.114010=140 NminGf丝杠最

24、大载荷 =2225+140=2365 NaxF轴向工作载荷（平均载荷）=3887 Nm其中， ， 分别为丝杠最大、最小轴向载荷；丝杠的最高转速为maxFin1500r/min,工作台最小进给速度为 1mm/min,故丝杠的最低转速为 0.1r/min,可取为 0，则平均转速 n=(1500+0)/2=750r/min.故丝杠工作寿命为 67510756106nTL式中 L工作寿命 ，以 r为 1个单位60N丝杠转速 r/minT丝杠使用寿命，对数控机床可取 T=15000h计算当量动载荷 为mC= = =49（Kn）apkLF39.05.16783式中 载荷性质系数，无冲击 11.2，一般情况

25、取 1.21.5，有较pk大冲击振动时取 1.52.5。本设计 =1.5 精度影响系数，对于 4、5 级滚pka珠丝杠取 =0.9。查表 12113， ，由此确定滚珠丝杠副的型号和akmC尺寸为内循环浮动式反向器 FFZ5020，丝杠底径 42.8mm1d名义直径 d=50,额定动载荷 =49Kn， ，符合设计要求。轴向刚度mma=1138 N/ m.预紧力 = /4=49/4=12.3KN，只要轴向载荷值不达到或不超ckpFaC过预紧力 的 3倍，就 不必对预紧力提出额外的要求。p本设计中丝杠最大载荷为 =2.36kNmaxF远小于 3 。pF3、主传动系统的滚珠丝杠的计算滚珠丝杠的名义直径

26、，滚珠的列数和工作圈数应按当量动载荷 选择。丝mC杠的最大载荷，当切削时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。已知最大进给力 =2.225KN，工作台加工件的质量 M=140Kg，导轨的摩擦因数为fF0.1，故丝杠的最小载荷（即摩擦力）= =0.120010=200 NminGf丝杠最大载荷 =2225+200=2425 NaxF轴向工作载荷（平均载荷）=3947 NmF其中， ， 分别为丝杠最大、最小轴向载荷；丝杠的最高转速为maxFin1500r/min,工作台最小进给速度为 1mm/min,故丝杠的最低转速为 0.1r/min,可取为 0，则平均转速 n=(1500+0)/2=750

27、r/min.故丝杠工作寿命为 67510756106nTL式中 L工作寿命 ，以 r为 1个单位N丝杠转速 r/minT丝杠使用寿命，对数控机床可取 T=15000h计算当量动载荷 为mC= = =58（Kn）apkLF39.05.16743式中 载荷性质系数，无冲击 11.2，一般情况取 1.21.5，有较pk大冲击振动时取 1.52.5。本设计 =1.5 精度影响系数，对于 4、5 级滚pka珠丝杠取 =0.9。查表 12113， ，由此确定滚珠丝杠副的型号和akmC尺寸为内循环浮动式反向器 FFZ50204，丝杠底径 42.8mm名义直径 d=50,额1d定动载荷 =58KN , ，符合

28、设计要求。轴向刚度 =1476 N/ m.预紧mCma ck力 = /4=60/4=15KN，只要轴向载荷值不达到或不超过预紧力 的 3倍，就 pFa pF不必对预紧力提出额外的要求。本设计中丝杠最大载荷为 =2.42kN远小于 3max。p4、滚珠丝杠支承的选择本设计传动系统的丝杠采用一端固定，一端铰接，因为轴向刚度 =1138 ckN/ m大，而且适用于对刚度和位移精度要求高的场合，丝杠的静态稳定性和动态稳定性都较高，适用于中等回转速度。图 3.1.1.4 选定后的丝杠的支承简图固定端采用一对 的角接触球轴承面对面相配合。065、主轴传动系统的制动方式由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用

29、（特别是滚珠丝杠处于垂直传动时） ，为防止因自重下降，故必须装有制动装置。如下图所示为数控铣床主轴箱进给丝杠制动装置示意图。机床工作时，电磁铁通电，使摩擦离合器脱开。运动有电机经减速装置传给丝杠，使主轴箱上、下移动。当加工完毕或中间停车时，电机和电磁铁同时断电，借压力弹簧作用合上摩擦离合器，使丝杠不能传动，主轴箱便不会下落。图如下所示：图 3.1.1.5 主周箱进给丝杠制动装置1.3.轴承的选择1、选择轴承的型号由于丝杠工作时，既承受轴向载荷又承受径向载荷,故支承丝杠的轴承选用能同时承受径向载荷与单向轴向载荷的角接触球轴承.丝杠在传动是要正反转,则轴承承受的轴向力的方向可能反复变化,故采用两个

30、轴成面对面安装.如图所示:图 3.1.2.1 角接触球轴承面对面安装轴承型号: 194-2TGB DFAC 702、计算轴承的寿命所谓轴承的寿命,是指轴承中任一滚动体或内,外圈辊道上出现疲劳点蚀前所经历的总转数或一定转速下工作的小时数.滚动轴承寿命计算的目的是防止轴承在预期工作时间内产生点蚀破坏,其寿命与所受载荷的大小有关,作用载荷越大,引起的接触应力也就越大,因而在发生点蚀破坏前所经历的总转数也就越少,即轴承的寿命越短.3.1.2.2 滚动轴承的疲劳曲线轴承的寿命: )(601PCfnLth-基本额定动载荷C-当量动载荷P-轴承转速n-温度系数tf-寿命指数,球轴承 ； 滚子轴承 3310对

31、角接触球轴承,其径向当量动载荷为:) (3510.69.24.74NYFXPAR-轴向动载荷系数X-径向动载荷系数Y-轴承所承受的径向载荷RF-轴承所承受的轴向载荷A由于轴承工作时的温度低于 120 ,查表的温度系数 =3C0 tf轴承成对安装故 (KN) 17.32 596. rr故轴承的寿命hPCfnLth854)10.372(106)36轴承的预期寿命一般约为 500020000h.本设计满足要求。2.伺服电机的选择及计算2.1直流电机的结构直流伺服电机具有良好的启动、制动和调速特性，可以方便地在宽范围内实现平滑无级调速，故多用在对伺服电机的调速性能要求较高的生产设备中。直流伺服电机的结

32、构主要包括以下三大部分。（1） 定子 定子磁极磁场由钉子的磁极产生。根据产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和他励事。本设计采用用此事。（2） 转子 又成为电枢，有硅钢片叠压而成，表面嵌优线圈，通以直流电时，在钉子磁场作用下产生带动夫在旋转的电磁转矩。（3） 电刷与换向片 为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀地连续旋转，电刷域外价直流电源相接，换向片与电枢导体相连。2.2选择伺服电机伺服电机的选用，应考虑三个要求：最大切削负载转矩，不得超过电机的额定转矩；电机的转子惯量 应与负载惯量 相匹配；快移时，转矩不得超Mjrj过伺服电机的最大转矩。1.最大切削负载转矩计算 所选伺

33、服电机的额定转矩应大于最大切削负载转矩。最达切削负载转矩T可根据下式计算，即T= 5.88N.m64.03.19.025)2(0maxiTPFfph其中，从前面的计算已知最大进给力 =2225 N，丝杠导程 =10mm，maxFhP预紧力 =3887 N，查手册，滚珠丝杠副的机械效率 =0.9，因滚珠丝杠预加pF 载荷引起附加摩擦力矩 0pT= =0p8.29hPFmN30.1.37查哈尔滨轴承总厂角接触推力球轴承组配技术手册得单个轴承的摩擦力矩为 0.32N.m，故一对轴承的摩擦力矩 =0.64N.m。另一端直接铰接，0fT其摩擦力可忽略不计。伺服电机与丝杠直连，其传动比 i=1.2.负载惯

34、量计算伺服电动机的转子惯量 应与负载惯量 相匹配，负载惯量可按以下Mjrj次序计算。（1） 工件、工作台折算到电机轴上的惯量 ，工件与工 作台的最大质量1jM=140kg，可按下式计算，即=m(1J 222 )0.(4)()( hhpmnwv )(35.2mkg式中：V工作台移动速度，m/s; W伺服电机的角速度，rad/s; m直线移动工件、工作台的质量，kg;（2）丝杠加在电机轴上的惯量 ，丝杠名义直径 =50mm,L=1m,丝杠材2J0D料钢的密度 =7.8 kg/ 。根据下式公式，丝杠加在电机轴上的惯量310为2J= 7.8 1 =0.004823240lD31045. )(2mkg（

35、3）联轴器加在锁紧螺母等得惯量 可直接查手册得到3J=0.0013)(2mkg（4） 负载总惯量 = + + =0.00035+0.0048+0.001=0.00615rJ123J )(2mkg按照数控机床惯量匹配条件，1 / 4,所选伺服电机的转子惯量MjrJ应在 0.006150.0246 范围内。可选北京数控设备厂 FB15型直流Mj 2mkg伺服电机，其额定转矩 17.6N.m,大于最大切削负载转矩 M=5.88N.m,转子惯量=0.019 ，满足匹配要求。FB15 型直流伺服电机的主要参数如下；Mj2mkg最高转速 ： 1500r/minmaxn额定转矩 ： 17.6 N.meT最大

36、转矩 ： 154 N.mmax转子惯量 ： 0.019Mj 2kg机械时间常数 ： 15.2msmt输出功率 P： 1.4kw重量 m： 30kg3.空载加速转矩计算当执行件从静止以阶跃指令加速到最大移动（快移速度）时，所需的空载加速转矩 为aT= N.ma 2.854.0376.915026. ctnJ（1） 空载加速时，主要克服的是惯量。如选用 FB15 型直流伺服电机总惯量J= + =0.00615+0.019=0.025rJMj )(2mkg（2） 加速时间 通常取 得 3倍，取：actmt=3 =315.2=45.6ms=0.046 s空载加速转矩 不允许超过伺服电机的最大输出转矩

37、，由此可见，aTmaxTFB15 型直流伺服电机的 =154N.m =85.2 N.m，满足设计要求 。maxaT4.伺服系统增益 通常取伺服增益 为 825。对轮廓控制的数控铣床可取较大值，如取 =sk sk。伺服系统的时间常数 为 的倒数， =1/ =1/ =0.05s。根据式120satskatsk120= 选 FB15 型直流伺服电机，执行件（工作台）达到的最大加速度为aTctnJ6.9025.14maxhPJT2/81.9.sm伺服系统要求达到的最大加速度发生在系统处于时间数 内，工作台的速at度从- 增加到+ 时：maxvmaxv 2axa /67.3021smks由于 a大于 ，

38、因而按照加速能力选择 = 是合适的。max sk15.精度验算本数控铣床要求的定位精度为 ，滚珠丝杠副允许的最大轴向变形02.重复定位精度， 0.01=0.0033mm.。其余误差为伺服和系统)413(m31m误差、丝杠轴承的轴向跳动和在载荷作用下各机械环节弹性变形引起的位移等。第三章普通铣床电气部分的数控化改造普通铣床的数控化改造有两大部分内容，一是机械部分的数控化改造 ；二是电气部分的数控化改造设计。所以关于电气部分的数控化改造设计是普通铣床数控化改造的一个重要方面。从第一张的总体设计方案分析可以得到，机床电气控制部分数控改造后的总体原理图如下：图 3-1 改造后的数控铣床电气原理图对于改

39、造后的数控铣床主要从以下三个方面进行电气改造设计，包括主传动系统控制电路改造设计；进给系统控制电路改造设计；辅助系统控制电路改造设计。进行改造后的数控铣床电气安装图如图 3-2所示：图 3-2 改造后的数控铣床电气安装图一 主传动系统控制电路改造设计机床主传动系统采用变频调速装置进行调速，使用主轴脉冲编码器进行分度。对改造机床主传动系统电气原理图如下 3-3所示:图 3-3 主传动系统电气原理图二 进给系统控制电路改造设计改造后的数控机床进给传动系统的三坐标轴分别采用步进电机驱动。改造后的控制电路如图 3-4所示：图 3-4进给系统电气原理图三 辅助系统控制电路改造设计改造后的数控机床需要冷却

40、电机。改造后的数控机床的辅助系统控制电路改造设计如图 3-5所示：图 3-5 辅助系统电气原理图第四章 改造后数控铣床的安装调试试运行一:机床的安装将机床床身与包装底座间的连接螺丝旋开,把吊车的钢绳挂在机床的吊装环上将机床吊离包装底座并 的 就 位位置将可调地脚对准机床地脚孔共八个缓 慢 落 下 机 床 并将可调螺丝调到最小,将机床置正检查每个地脚的松紧情况，并将其小旋紧。二: 机床的调试(一) 调试前的准备工作机床落地就位后由机床的生产厂来校完成调试在调试前我们要进行以下的准备工作.1、将机床周围清理干净。2、将三相380V 电源接到机床电器控制框里.但不要给机床送电。3、按机床说明要求准备

41、40L 液压油、20L 润滑油、60L 冷却液及2L煤油。4、杠杆百分表-表架及磁力表座;千分表、表架及磁力表座-水平仪;300MM 标准验棒。5、试切刀具、夹具、试切材料。(二) 机床的调试1、用棉布沾煤油将数控铣床的工作台和主轴导轧面及防护板面的防锈油擦净。2、机床床身水平的调试1)粗调。把精度为002:1000MM 的框式水平仪放在工作台上,长边与X 轴平行,观察气泡的位置,调整机床可调地脚的螺丝,使气泡处于刻度的中间;X 轴调好后将水平仪长边与 Y 轴平行.用同样的方法调整工作台 Y 方向的水平。此时的调整误差要控制在3小格。(2)精调。检查每个地脚是否都已着力,如有松动的要使其着力。

42、再重复粗调的过程进行精调。再注意的是地脚要着力尽量均匀,并控制水平调整误差在1小格(0.02MM)以内。3、机床注油及注入冷却液在机床液压站油箱内注入20号液压油,注油时要用细过滤网过滤;向自动润滑系统油箱注入40号机油;向冷却液箱内注入冷却液,并将冷却液管及水泵电源与机床可靠连接。4、机床通电并调整正反相机床通电前要检查接电位置是否正确可靠,接地是否良好,如没有问题方可送电。(1)打开机床总电源,N 送电。( 注:过几分钟再操作机床,目的是液压站和润滑系统统分工作)(2)将主轴低速旋转,检查主轴电机的正反相,如反相及时调整。(3)检查手轮的正反相。(4)检查水泵电机的正反相。5、检查操作面版

43、各按键是否完好灵敏,数据传输接口是否完好。6、调试计算机与机床之间的数据传输功能使用 PCIN 软件来进行数据的在线传输,使用前注意以下几点:(1)机床与计算机之间的波特率要相同。(2)使用的 COM 口要和软件设置的相同。7、检查机床的回零点及超行程限位检查回零点和限位的目的是确定机床在出厂时各轴限位块是否准却和牢固;行程开关是否敏捷;各轴的行程是否能达到技术要求。8、移动各轴并变换速度,检查各轴移动时的噪音是否正常。三、机床精度的检验机床生产厂在机床出厂前对机床的精度进行检验，其检验依据为JBT8329.1-1999数控床身铣床精度检验标准,其中位置精度执行QB121474-2001数控铣床位置精度标准。我们验收检验主要依照机床的合格说明书提供的数据来完成。精度检验前机床要进行主轴试车运转,主要检查主轴的温升。主轴转速为2000rmin,运转30分钟左右,温度应没有明显改变。在主轴运转停机后进行以下精度检验,并将测得结果与合格说明书的检测结果对照。