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1、摘要本设计说明书包括：概论、总体设计和结论三大部分。通过对我校教学实习基地的一台X6132铣床结构和性能的研究，针对盘式凸轮加工的特点，并结合现有条件，确定了铣床的数控化改造方案，介绍了滚珠丝杠、步进电动机的计算和选型设计及铣床数控改造的方法、改造部位、数控系统设计及机床改造时应注意的问题。改造后的铣床，进给传动实现自动变速，纵向、横向、垂直进给系统进行数控控制，并要求达到纵向最小运动单位为0.01 /脉冲，横向最小运动单位0.005 /脉冲，垂直方向最小运动单位0.005 /脉冲并且可以提高生产效率，保证产品质量和减轻工人的劳动强度。关键词：铣床；数控改造；滚珠丝杠；步进电动机ABSTRAC
2、TThis introduction of the design included three main parts: The draw-up of the general outline, the decision and the conclusion. After studying the construction and capability of X6132 milling machine in our collegeS teaching practice basement，the rebuilding method of X6132 milling machine was intro
3、duced，including the selection and design of ball screw and step electromotor. It also introduces the method and changing parts of milling machineS numerization rebuilding，the design of numerical system are also discussed and it inquires into the relevant questions of the numerization rebuilding. Aft
4、er the transformation of the milling, feed speed automatic transmission, vertical, horizontal, vertical feed CNC control systems and requirements to achieve the minimum vertical movement of 0.01 units / pulse, the minimum lateral movement 0.005 units / pulse, vertical movement smallest unit 0.005 /
5、pulse and can increase productivity and ensure product quality and reduce labor intensity of workers.Keywords： Milling machine ；Numerization rebuilding; Ball screw; Step electromotor目 录序言 4第1章 绪论61、1数控系统发展史6 1、2国内数控机床的状况分析71、3数控机床的改造的必要性111、4数控机床改造的经济性技术分析12 1、5数控机床改造的可行性分析15第2章、数控铣床总体方案的拟定 162、1设计目
6、的和意义16 2、2设计任务与要求17 2、3设计应注意的问题192、4总体设计方案的拟订19第3章、伺服进给系统机械部分的设计计算和选型20 3、1工作台总质量的估算20 3、2确定系统的脉冲当量203、3切削力的计算213、4机床导轨的选择233、5滚珠丝杠螺母副的计算和选型233、6齿轮传动比计算333、7步进电动机的计算和选型343、8控铣床加工程序的编制49第4章、滚珠丝杠副间隙的调整52 4、1滚珠丝杠副的调整方法 52 4、2滚珠丝杠螺母副在数控机床上的使用55第5章 数控操作系统55 5、1“世纪星”HNC-21/22数控系统简介56 5、2“世纪星”HNC-21/22数控系统
7、使用技巧58 5、3“世纪星”HNC-21/22数控系统编程指令特点59第6章 设计总结61第7章 参考文献62第8章 致谢辞63第9章 附录64 序言经济型数控是我国80年代科技发展的产物。这种数控系统由于功能适宜，价格便宜，用它来改造铣床，投资少、见效快，成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快。因此，对数控机床的改造也就显得比较重要，数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。铣床的应用十分广泛，主要用于加工面或成型表面。若要在立式铣床上加工圆弧、凸轮等特殊类平面时，就要借助于圆工
8、作台、分度头等机床附件，并对机床进行整体调整。加工精度较低，基础调整工作费事。所以，为提高工件的加工精度，保证产品质量，便于加工圆弧面和凸轮的曲面等，可以利用数控方法对铣床进行数控化改造。数控铣床，由于可以较好的解决形状复杂、精密小批多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，因此，在世界上得到了大力的发展，各种类型的数控铣床不断出现，数控铣床的发展趋势是：一方面研究功能齐全自动化程度高的数控铣床，以促进社会生产达到更高的自动化水平；另一方面普遍推广经济型数控铣床以加速现有生产体系的改造。由于历史的原因，我国普通加工设备多，数控加工设备少;老设备多，新设备少。许多企业的机床精度差、故障率
9、高。通过机床数控改造使普通机床不仅具有好的加工精度，而且还具有数控机床的功能。十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控铣床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。毕业
10、设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生解决工程问题的重要环节。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。本说明书分为绪论、设计内容、总结三大部分，分别介绍了此次设计任务将万能卧式铣床（X6132）改造为经济型数控铣床；有关经济型数控铣床改造总体方案确定及框图、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、加工程序编制；主要是对本次毕业设计的心得。 第1章绪论1、1系统发展史1949年美国Parson公司与麻省理工学院开始合作，历时三
11、年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机，取名“Numerical Control”。 1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线，即可生成NC程序的自动编程语言。 1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库，能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、攻丝等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种类加工中心。 1968年英国首次将多台数控机床、无人化搬运小车和自动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统，这就是柔性制造系统FMS。1974年微处理器开始用于机床的数控系统中，从此CNC(计算机数控系统)软线数控技术随着计算机技术的发展得以快速发展。 197
12、6年美国Lockhead公司开始使用图像编程。利用CAD(计算机辅助设计)绘出加工零件的模型，在显示器上“指点”被加工的部位，输入所需的工艺参数，即可由计算机自动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。DNC(直接数控)技术始于20世纪60年代末期。它是使用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及数控加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。FMS柔性制造技术的基础，现代数控机床上的DNC接口就是机床数控装置与通用计算机之间进行数据传送及通讯控制用的，也是数控机床之间实现通讯用的接口。随着DNC数控技术的发展，数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元。20世纪90年代，出现了包括市场预测、
13、生产决策、产品设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS。其中，数控是其基本控制单元。20世纪90年代，基于PC-NC的智能数控系统开始得到发展，它打破了原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式，提供开放式基础，使升级换代变得非常容易。充分利用现有PC机的软硬件资源，使远程控制、远程检测诊断能够得以实现。1、2国内数控机床的状况分析近年来我国企业的占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001年，我
14、国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 近年来我国出口额增幅较大的有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的品种以中低档为主。 1、2、1新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位 例如：全长33公里的上海磁悬浮快速列车线，是“十
15、五”期间国家重点建设项目，其中组成列车线的2550根轨道梁是整个工程的最关键部分，对加工轨道梁的精度提出了相当高的要求。去年年初，沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊厂以工期6个月、标的6200万元在磁悬浮轨道专用项目公开招标中折桂，并于8月底将一次性验收合格的8台数控镗铣床组成的轨道梁生产线一次试车成功，目前这套铣镗加工中心已加工出轨道梁1100根，确保了轨道梁的加工精度和速度，为实现今年年底试车打下了良好的基础。 1、2、2产量大幅度增长，数控化率显著提高 2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的
16、22.7%。 1、2、3发展的关键配套产品有了突破 近年来通过政府的支持，配套生产得到了快速发展。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台；烟台第二机床附件厂开发了为配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置；济南第二机床集团公司的数控龙门镗铣床、数控落地镗铣床及数控锻压设备等30多个系列100多个品种的数控配套产品。 1998年世界机床进口额中大部分是，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用、成套设备为主。随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，走向网络化、集成化已成为必然的
17、趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。 以FANVC和
18、西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口，为联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。 专家分析预测 1、2、1推广应用逐步由经济型为主向普及型为主转变。据预测分析，到2005年我国机床的数控化率为9.5%-10.36%，到2010年将达到16.5%-19.27%。在2001-2010年，经济型所占比重继续减少，普及型所占比重继续增长，高级型的需求缓慢增长。1、2、2 数控金切机床的构成比逐渐趋于合理。工序集中的加工特点，将使具有复合功能的高效的需求增长，这将
19、导致拥有量和市场消费量中各类的构成比不同于传统的机床构成比.1、2、3数控系统的应用由向单元（系统）方向发展。目前欧、美、日等国应用DNC已很普遍，柔性制造单元已占销售量的30%以上。而我国FMC、FMS和FML的拥有量不足50套，相当于日本80年代的水平，占消费额不到5%。 1、2、4出口前景良好。1998年及前几年我国机床工具的出口额徘徊在5亿美元左右，2000年上升到7.85亿美元，随着东南亚经济复苏和我国出口多极化市场的形成和巩固，以及我国加入WTO，今后几年我国机床出口将实现平稳、持续增长。预计到2005年出口创汇可达到12亿美元。入世对中国机械工业的结构性冲击 1、2、1部分行业发
20、展主导权有可能受到冲击。在以下行业将表现得更为突出：一是在国内处于市场成长期、外方掌握专有技术并处于垄断地位的技术密集型行业，如燃气轮机、直流输电关键设备、半喂入式水稻联合收割机、机电一体化的汽车发动机附配件等；二是单靠有限市场难以发挥企业生产能力、迫切需要全球市场支撑的行业，如高压开关、大型变压器、高档科学仪器、高档数控系统、智能化工业控制系统等；三是国内外制造成本相差较大、外方享有明显的品牌优势、在华设厂可以在世界市场获取丰厚利润的劳动密集型或易于流通的装配型产品行业，如照相机、复印机、部分工业和民用仪表、高品质低压电器等。1、2、2工程成套行业将面临更严峻的竞争。随着服务贸易领域对外开放
21、，实力雄厚的国外公司可能更积极地到国内举办由其控制的、以工程承包为主要业务的工程公司，以其母公司产品为后盾，以熟悉国内情况的中方雇员为业务骨干，与我内资企业展开激烈的竞争。 1、2、3我国机械工业自主技术创新的积极性有可能被抑制。由于外资在华机械企业主要承担制造车间的角色，技术来源主要依靠其母公司，而原本就实力有限的内资企业在完全开放的市场竞争中坚持自行研制开发将冒很大风险，为了节省投入，提高产品的形象，多数内资企业将尽可能与外方合作，采用国际同行的技术进行生产。1、2、4处于幼稚期的自主产业的成长环境趋于严峻。由于国外企业将更加不愿转让技术，更愿意通过在华举办由他们控制的企业来与内资机械企业
22、争夺中国用户的订单，国内用户也有了更多的便利采购外资产品，从而部分处于成长初期的重要产品自主产业的培育壮大将更困难。1、3数控机床的改造的必要性1、3、1微观看改造的必要性 微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 （1） 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。（2）由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 （3）可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。（4）由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，
23、然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了柔性自动化。 （5）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要修配。 （6）可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 （7）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数
24、控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 1、3、2宏观看改造的必要性 宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机
25、械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已达20.8，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。这是一批很大的设备存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决好关键技术问题，就能以最小的投资盘活最大的存量资产，即可争取到最大的经济效益和社会效益。尤其对引进的CNC机床，已经花费了几十万到上千万美元，若在出现故障后不能及时维修、排除故障，就会造成较大的经济损失
26、。数控机床维修、升级改造与购买新机床相比，只需花费购买相同新机床30%以下的费用即可获得相同的使用效果，因此，机床的数控维修改造具有很多优势。1、4数控机床改造的经济性技术分析1、4、1 品种多样 经济型数控系统最早应用于普通车床的数控化改造，现已扩展到车床、铣床、钻床、镗床、磨床、齿轮机床、拉床、刨床、冲床、螺纹磨床、气割机和各种专机以及各种辅助装置等，行业的分布也从传统的机床行业为主向其它行业发展，比如汽车、航天航空、兵器工业以及一些检测设备等。同时一些非传统用户如印刷、包装、医疗、缝纫、化工等行业对经济型数控系统的需求也在增加。针对于不同的行业，经济型数控系统有它自己不同的功能。1、4、
27、2功能较全 目前高档型数控系统和普及型数控系统的功能虽然越来越齐全，但因价格较贵，且在某些具体应用的场合，这些系统的功能得不到充分应用。所以，为了降低价格，追求实用性，便出现了适应不同加工要求，功能简化的经济型数控系统。经型数控系统可以满足一般的精度要求，用于加工形状简单的直线、斜线、圆弧以及带有螺纹的零件。它适用于多品种、大、中、小批量的自动化生产，对产品的适应性强。加工出的产品尺寸一致性好、合格率高。可以节省大量工装费用，减轻工人的劳动强度，提高工人素质，促进技术进步，增强企业应变能力，为提高企业竞争力创造条件。目前的经济型数控系统，已经具有一定的开放性，用户可以根据需要增加系统的功能。控
28、制轴数可达1-5轴，并可实现4轴联动。既可采用开环控制，也可实现闭环控制。具有刀具半径补偿、长度补偿、丝杠螺距补偿等补偿功能。系统分辨率高达0.001mm，快移速度可达8000mm/min，并有完整的S、M、T功能。多数系统采用大尺寸高分辨率LCD显示屏，人-机界面友好，全中文显示，全屏幕编辑，动态显示运动轨迹。可以进行故障自诊断，可与PC机通讯实现“海量”存储2-5。一些经济型数控系统已从单CPU发展到多CPU并行工作，提高了加工精度，减少了辅助时间，自动化程度进一步提高。1、4、3可靠性较高 在工业环境中，经济型数控系统由于采用了一定的硬件抗干扰和软件抗干扰措施，因此，对于电网的电压波动、
29、射频干扰均具有一定的抵抗能力；在有油污、粉尘的环境中能够比较可靠地地工作，防尘、防溅能力较强。目前，诸如烧功率管的系统性故障与5年前相比明显降低，MTBF一般可达5000-10000小时。1、4、4价格低廉 经济型数控系统一个最明显的优势就是它的经济性价格低廉。经济型数控系统的成本通常不超过主机成本的1/3，具有可观的经济性，其价格大约是同等配置带伺服电机系统的1/4，甚至更低，它特别适合于普通机床的数控化改造，易于在生产一线大面积推广。经济型数控系统在今后的发展中只有继续保持价格方面的优势，才能不断扩大其市场的占有份额。1、4、5 操作简单 经济型数控系统之所以在我国具有强大的生命力，能够生
30、存并迅速发展，除了价格方面的优势外，另一个突出的特点就是其使用方面的“简易”性，与中、高档数控系统相比，它具有操作简单、方便易学的特点，适合目前我国企业的员工水平，容易掌握和使用，不需要花大力气进行培训，用户乐意接受。1、4、6 维修方便 数控系统在使用过程中出现故障是不可避免的，问题的关键在于，一旦发生故障，怎样在最短的时间内予以排除，尽可能不影响生产。中、高档的数控系统因为系统环节比较多、结构比较复杂，出现问题后，使用单位的维修人员不能准确判断，常常要依赖系统的生产厂家来解决问题。这样，既影响了生产，又增加了使用单位的维修费用。并且一些进口的数控系统，即使你能判断出问题的所在，但你没有可替
31、换的备件或元件，最后也只得求助系统的制造商或代理商，花去的费用相当可观。而经济型数控系统因为系统环节少、结构简单，发生故障后，维修人员很容易查出问题，只要更换备件或个别器件即可排除故障，修理耗时短、费用低，企业自己能够掌握。1、4、7 售后服务有保障 目前，比较大的经济型数控系统生产厂家，在全国范围内都建立有售后服务网，并在主要工业城市设有售后服务点。利用这些网点一方面可以进行设备的维修，一方面可以对用户进行使用培训，解决了用户的后顾之忧，巩固了自己的销售市场。从实际可操作性出发列出几种应考虑的情况：从机床自身的价值考虑，分析要达到改造目标所需投入是否偏高；从该机床在本单位产品制造中的地位和重
32、要程度来分析改造价值；从该机床的投入产出率估算，是否能较快收回投资，然后迅速产生较好效益； 机床改造后提高了机床精度，增加了功能，是否能使本单位产品提高水平，或者能有利于开发新产品，从而获得附加效益。改造资金来源可靠。1、5数控改造的可行性分析主要是瞄准改造目标及加工对象，对被改造机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否合理；机床的基础部件和结构件是否仍然完好；普通机床改为数控机床，要考察各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用；测量机床目前的各项精度与出厂精度进行对比，是否存在差距； 综合总结目前机床存在的一切故障和历史上出现过的重大故障。针对上述问
33、题，对照改造目标和典型工件，编写改造任务书，做到改造后的机床达到一定的先进性和实用性。第2章 数控铣床改造总体方案的拟订2、1设计目的和意义通过毕业设计，学习了系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深时所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识，使认识提高到一个新的水平，通过毕业设计的实践，培养了调查研究的习惯和工作能力，练习查阅查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择设计计算公式，正确计算，并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果，通过毕业设计，不但提高了解决具体问题的独立工作能力，具体动脑动手能力，而且建立了正确的设计和科研思想和牢固树立实事求是的
34、态度。2、1、1节省资金机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机严肃认真的改造只需工作床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。2、1、2性能稳定可靠因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。2、1、3提高生产效率机床经数控改造后可实现加工的自动化效率比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。将万能卧式铣床的本体进行适当的修复和改造，配上经济型数控系统和伺服系统，改造
35、成性能和价格比较高的经济型数控铣床，具有重大的社会经济意义。2、2设计任务与要求 2、2、1设计任务 将万能铣床改造成经济型数控铣床，要求该铣床能够加工复杂机械零件，主要用于加工面或成型表面，借助于圆工作台、分度头等机床附件加工圆弧、凸轮等特殊类平面。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。（1）、设计计算、编程、操作说明书一份。（2）、数控铣床改造传动系统图一份。（3）、改造后的整理布置图一份。（4）、纵向进给系统改造装配图一份。（5）、横向进给系统改造装配图一份。2、2、2设计参数X6132铣床数控改造技术，设计参数如下：工作台尺寸(长*宽)（）： 1250*320工作台最大行程: （）： 纵
36、向 800横向 300垂直 400主轴转速范围(18级)：(r/min) 301500 主轴端孔锥度： 7:24刀杆直径(三种) ：（） 22 27 32主轴孔径 ： （）： 29快速进给量: （）纵向 2.3 横向 2.3垂直 0.77 进给量范围: （） 纵向 0.01-1 横向 0.01-1垂直 0.0033-0.33定位精度：（） 主电机:功率 () 7.5转速 (r/min) 1450进给电动机：功率 () 1.5转速 (r/min) 1410起动加速时间 ： () 25滚珠丝杠导程 ： （mm） 纵向 6横向 6垂直 6机外形尺寸：（mm） 1831*2064*17182、3设计应
37、注意的问题2、3、1应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。2、3、2改造前先测出丝杆传动间隙，并在编程时予以补偿，改造后应测出有关参数，如最大实载切削速度、最大背刀吃刀量等，作为编程时参考依据。2、3、3应尽量消除齿轮副和丝杆副的间隙，齿轮全部采用双片薄齿轮错齿法消除啮合间隙。也可采用软件补偿进给量的方法消除。2、3、4铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大功率的驱动电动机，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡。2、3、5滚动丝杆没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，工作台会自动下降，可采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达到自锁。2、4总体设计方案的拟订2、4、1主传动的
38、数控化改造：（1）、主传动的电气部分的数控改造：保留原来的电气系统的方案。因X6132是小型铣床改造故主传动用普通交流电动机拖动。（2）、主传动机械部分的数控改造：因保留原电气系统，因此主传动链维持不变。主轴箱体内的传动部分不需要改造，主传动机械部分改造主要是主轴部件和支承或工作台导轨的改造。2、4、2进给传动的数控化改造：（1）、进给传动电气的数控改造：电气部分的改造主要是确定控制方式；选择伺服系统和测量元件。(a)、确定控制方式：因X6132属小型机床，数控化改造采用开环控制方式，数控系统多为以单板机或单片机为主控制单元的简易控制系统。（b）、选择伺服系统：因步进电机驱动系统价格低，结构简
39、单，安装调试和维修方便，故X6132伺服系统采用步进电动机驱动。 因所选开环控制方式，故无须位置检测元件。（2）、进给传动机械部分的数控改造：进给系统机械部分数控化改造主要是提高移动部件的灵活性，减少或消除传动间隙；特别是减少反向间隙等内容。其改造量较大，通常改造部位有导轨副、进给箱和移动元件等。（a）、采用滚动导轨副。（b）、将步进电动机直接与丝杠相连接。（c）、采用滚珠丝杠副将旋转运动转换为直线运动。第三章 伺服进给系统机械部分的设计计算和选型3、1工作台总质量的估算 数控系统的工作台包括溜板箱、床鞍、拖板等零部件，则工作台的总质量等于上述零部件的质量和。纵向工作台质量为：=2200N横向
40、工作台质量为：=4500N垂直工作台质量为： =10000N3、2确定系统的脉冲当量控制系统给出一个脉冲指令，机床工作台就前进一个单位的位移量，这个最小的运动单元称为脉冲当量，它决定了数控机床的加工精度和驱动系统的最高频率。经济型数控铣床的脉冲当量在0.0050.01mm/step之间。所以取 : 纵向进给的脉冲当量为：0.01mm/step； 横向进给的脉冲当量为：0.005mm/step； 垂直进给的脉冲当量为：0.005mm/step。3、3切削力的计算切削力的计算：由机床设计手册可知，切削功率为：N切削功率=KN额=10.87.5=6（KW） （3、1）式中：N额主传动电动机功率，取N
41、额=7.5(KW)主传动系统总功率，取=0.8；=（0.70.85）；K进给系统功率系数，K =1; 主切削力Fz(N)按经验公式估算（取为=0.8）Fz=60000N切削功/V线=600006100=3600N （3、2）式中取 V线=100m/min表2.1 端铣时铣削力的经验比值端铣方式比值对称端铣不对称逆铣不对称顺铣F纵/Fz0.300.400.600.900.150.30F垂/Fz0.850.950.450.700.901.00F横/Fz0.500.550.500.550.500.55端铣时由表格选取参数计算得铣削时切削力各分力为： F纵=0.35Fz=0.353600=1260N
42、F垂=0.90Fz=0.903600=3240NF横=0.53Fz=0.533600=1908N表2.2圆柱铣刀的铣削分力的经验比值周铣方式比值逆铣顺铣F纵/Fz1.001.200.800.95F垂/Fz0.200.300.750.80F横/Fz0.350.400.350.40圆柱铣刀的铣削时由表格选取参数计算得铣削时切削力各分力为：F纵=1.1Fz=1.103600=3960NF垂=0.40Fz=0.403600=1440NF横=0.30Fz=0.303600=1080N以上是从刀具角度进行计算,从机床和夹具设计角度为便于和机床坐标系统一,在机床坐标系中:端铣时:Fz = F纵=1260NF
43、y = F垂=3240NFx= F横=1908N圆柱铣刀的铣削时:Fx = F纵=3960NFy= F垂=1440NFz = F横=1080N3、4机床导轨的选择纵向方向上丝杠带着工作台沿导轨移动，要求移动部件对指令信号作出快速响应的同时，还要求有恒定的摩擦阻力和无爬行现象。且运动部件重量不大，切削力也不大，行程较小，所以确定采用有预加载荷燕尾形滚动导轨。横向、垂直方向上丝杠传动，螺母带着工作台移动，承载较大一些，采用矩形滑动导轨。3、5滚珠丝杠螺母副的计算和选型表3.1各种类型导轨的工作台负载计算公式工作台负载Fm计算公式矩形导轨Fm= KFx+f(Fz+Fy+G)燕尾形导轨Fm=KFx+f
44、(Fy+2Fz+G)三角形导轨Fm=KFx+f(Fz+G)圆形导轨Fm=Fx+f表中：Fx, Fy, Fz切削分力(N);G移动部件的重力(N)；K考虑颠覆力矩影响的试验系数；f导轨上的摩擦系数；f轴套和轴架以及主轴键上的摩擦系数；T主轴上的扭矩(N.M);主轴直径（mm）;G:为纵向溜板及工件的重力；3、5、1纵向进给丝杠的计算和选型（选导轨为燕尾形导轨）（1）计算进给牵引力Fm(N) 纵向进给时：Fm=KFx+f(Fy+2Fz+G)=1.1+0.2(1440+2+2200)N =551 6N （3、3）正常情况下燕尾形导轨取：K=1.1；f=0.2；G=2200N；（2）计算最大动负载= （3、4）
