普通铣床的数控化改造 .docx

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1、普通洗床的数控化改造系部:班级:姓名：学号：2011134018第一章 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卧式万能升降台铳床是属于 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。可利用各种圆柱铳刀、圆片铳刀、成型 铳刀和端面铳刀等，铳削各种平面、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

2、 XQ6125B普通升降台铣床外观图2. 总体设计任务将原来的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，使其可以铳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铳床的改造，为了保证被改造后的性能不低于原铳床，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： 一一 一_ 2.4 - P=FV=15 一 二0。6Kw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16.8N M，最高运行频率为 11000st

3、ep/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的1/4, 则高速小的功率为：1/兀Ph =示x 16.8x 11000x 6 * = 133.4W = 0.1334KW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

4、，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

5、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，普及广。用直流伺服电动机的半闭环伺服系统的组成如图12。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

6、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AD. AD经位置控制放大器2放大后成为速度指令值v0。D0、 Da.AD. 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。

7、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Om. 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

8、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1-4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15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

9、，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

10、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。（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。图31系统总控程序结构4）返回环节 它的任务是执行了命 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

11、操作状态。（2）输入输出管理程序阕该机零件程序存储器零件程序缓神嚣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32。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32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。

12、(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寄存器需要以下几个环 节，如图33。零件程序译码译码结果数据处一数据处理插补工作1缓冲器程序寄存器理程序结果缓冲器寄存器图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

13、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(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

14、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，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

15、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。图34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35。,I , , I ,，I , , I . , L .试年行I I手南I 日讪| I甲游行I |第眸运 I I斓辑I | 呼I 液杪理1旺低忧斥投制.方式图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

16、的进给，电机的起动、回零等。该模块程序框 图为图36。配呷左I iI. 一 L *一一匚一枢盼 I 瘤I |十丫脸 | -丫醒I+E雌 | 吟 |电此甫I 回零!一 卷% j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

17、速n 为1000r/min获1500r/min.如果伺服电机通过联轴器 max与丝杠直接连接。即i = 1，工作台快速进给的最高转速达到v =10m/min，取电机的最高转速n:maxn= 100Vax = 1000 x10= 10皿max 10001000所以取P =10mm根据精度要求数控机床的脉冲当量为5 = 0.001 mm/脉冲，伺服电机每转应发 出的脉冲数达到b = 土工 X 1 = 10450.001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的升速齿轮。采用脉冲

18、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输出一定的电压量气（如输出6v）如采用脉冲编码器方案，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107个脉冲，输出电 压气（如6v）。本设计伺服电机每转发出的脉冲为104个，故转换比例仍为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.本设计采用图（B）方案.L

19、IE/-1 吕DAF stao - 3速度反伊&戾慌* 札：Hi 泠if；最大.速度=1丽/际日速度反惯.:顶最大速 minCCDIGM-J|-#.iW导涂 I I:- 11 iln图2。1传动系统图1一旋转变压器；2-测速发电机；3伺服电机；4-挠性连周期；5一滚珠丝杠；6-工作 台；7频率/电压转换器；8一倍频器;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4-2选择导程P广10mm,选择250

20、0/转,每转脉冲移动 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，产生两组近似于正孤波的电流信号A与B,两者的相位相差90 0，经放大、整 形电路，变成方波，如图：占中目

21、B相图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A，B和万四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

22、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0.02的定位精度，根据此要求，查阅滚珠丝杠手册。P 型是用于精确定位且能够根据旋转角度和导程间接测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

23、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a =2。5mm, f =0.2mm/齿，a =70mm,z=4， d =50mm，对圆柱高速铣刀， ezp0CZ =68.2，贝QF = 9.81C a Q86 f 0.72a zd -0-86 5855 (N) cFZ e z p 0对圆柱铣刀逆铣加工，各切削分力有F广11。2 F ,七 =0.20.3 F ,F =0。350.4F，取中间值即 F =1。1F，F

24、=0。25F，F =0.38F，则：0cfc fNc 0F0 =0.38 F =0。38X5855=2225Nn=2。225(kN)而插补平面内合力F=2 + FJ = f 1.12 + 0.25 r 1.13 F =6616 (N)在一周的切削过程中取平均切削力为F = -F= - X6。616=4.14 (KN)X 33工作时的周向压力为F = kF +p (F + 2 F + G)对于三角形形导轨，k=1。15， r =0。2，而F =0, F = F0=2。225 (KN)，G=1。 4(KN),则F =1.15X3。1+0.2 (2.225+1.4) =3887 (N)2、进给传动系

25、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C选择。m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Ff =2.225KN，工作台加工件的质量M=140Kg，导轨的摩擦因数为0。1,故丝杠的最小载荷(即摩擦力)F .=七=0.1X140X10=140 N丝杠最大载荷F =2225+140=2365 N轴向工作载荷(平均载荷)F =3887 N其中，Fmax，Fmin分别为丝杠最大、最小轴向载荷；丝杠的最高转速为 1500r/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= (1

26、500+0) /2=750r/min.故丝杠工作寿命为L _ 60nT _ 60 x 750 x 15000 _ 675106 106-式中L一工作寿命，以106r为1个单位N一丝杠转速r/minT一丝杠使用寿命，对数控机床可取T=15000h计算当量动载荷C为C = 388 3蒂 x 技=49(Kn)m k0.9a式中 七-载荷性质系数,无冲击11.2, 一般情况取1。21.5,有较大 冲击振动时取1。52。5。本设计k =1.5k 一精度影响系数，对于4、5级滚珠 丝杠取k=0.9。查表12-1-13, C V C ,由此确定滚珠丝杠副的型号和尺寸为 内循环浮动式反向器FFZ50203 ,

27、丝杠底径d =42。8mm1名义直径d=50，额定动载荷C =49Kn, C V C，符合设计要求。轴向刚度k =1138 N/h m。预紧力七二匕/4=49/4=12.3KN,只要轴向载荷值不达到或不超过预紧力 F的3倍，就不必对预紧力提出额外的要求。本设计中丝杠最大载荷为F =236kN远小于3 F。3、主传动系统的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C选择。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F=2.225KN，工作台加工件的质量M=140Kg，导轨的摩擦因数为0。1, 故丝杠的最小载荷(即摩擦力)F . =

28、 fG =0.1X200X10=200 N丝杠最大载荷F =2225+200=2425 N轴向工作载荷(平均载荷)F =3947 N其中，Fmax , Fm.n分别为丝杠最大、最小轴向载荷；丝杠的最高转速为 1500r/min，X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L _ 60nT _ 60 x 750 x 15000 _ 675 _10式中L一工作寿命，以106r为1个单位N一丝杠转速r/minT一丝杠使用寿命，对数控机床可取T=15000h计算当量动载荷C为0.9C = F

29、 = 3947x届xL5 =58 (Kn) m k a式中 七-载荷性质系数，无冲击11.2, 一般情况取1。21。5,有较大 冲击振动时取1.52.5。本设计k=1。5k 一精度影响系数，对于4、5级滚珠 丝杠取k=0。9。查表12113，C V C ,由此确定滚珠丝杠副的型号和尺 寸为内循环浮动式反向器FFZ50204，丝杠底径4=42.8mm名义直径d=50， 额定动载荷C =58KN , C V C.,符合设计要求。轴向刚度kc=1476 N/ R m。预紧力二气/4=60/4=15KN,只要轴向载荷值不达到或不超过预紧力F的3倍， 就不必对预紧力提出额外的要求。本设计中丝杠最大载荷为

30、F =2.42kN远小于3 F。4、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kc =1138 N/ 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60 0的角接触球轴承面对面相配合.5、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（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

31、、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30 L轴豁进蛤绶机.制动装置图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：7007 ACDF GBT 292-19942、计算轴承的寿命所谓轴承的寿命，是指轴承中任一滚

32、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:C基本额定动载荷P当量动载荷n轴承转速ft温度系数8寿命指数，球轴承8 = 3 ；滚子轴承8 = 103对角接触球轴承，其径向当量动载荷为：P = XF + YF=1 x 1463.75 + 0.92 x 2224.9=3510.6( N)轴向动载荷系数Y径向动载荷系数Fr轴承所承受

33、的径向载荷Fa轴承所承受的轴向载荷由于轴承工作时的温度低于120 0C，查表的温度系数f =3 轴承成对安装故Cr = 1.65C=1.65 x 19.5=32.17 (KN)故轴承的寿命/106 (Cf.L =() h 60n P10632.17 x 103 x 1、r 八,lcc ()360 x 15003.510 x 103=8554h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

34、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jM应与负载惯量j,相匹配;快移时，转矩不得超过伺 服电机的最大转矩.1.最大切削负载转矩计算所

35、选伺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= （maxP + T + T ）i= 2225 X 0.01 +1.30 + 0.64 = 5.88N。m2兀门p0f02兀 x 0.9其中，从前面的计算已知最大进给力Fmax =2225 N，丝杠导程p=10mm，预紧力F =3887 查手册，滚珠丝杠副的机械效率门二0。9，因滚珠丝杠预加载荷引起附加摩擦力矩Tp 0=FX = 3887 X 0.01 = 1.30N mp0 29.829.8查哈尔滨轴承总厂VV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=0.6

36、4N.m。另一端直接铰接， 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.负载惯量计算伺服电动机的转子惯量jM应与负载惯量j,相匹配，负载惯量可按以下 次序计算。（1）工件、工作台折算到电机轴上的惯量j；，工件与工 作台的最大质量 M=140kg，可按下式计算，即J =m （- ）2 = m（史=mJ ）2 = 140（：01）2 = 0.00035（奴 m 2）1 w2nn2 兀2 兀式中：V一工作台移动速度，m/s;W一伺服电机的角速度，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J/丝杠名义直径D0 =50mm,L=1m，丝杠材料钢的密度P

37、 =7。8X103 kg/m3。根据下式公式，丝杠加在电机轴上的惯量J2为11 、J2 = 32兀plD04 =五兀 X7.8X 10 3 X 1X 0.054 =0.0048(kg m2)(3 )联轴器加在锁紧螺母等得惯量J 3可直接查手册得到J3=0。001(kg m2)(4) 负载总惯量J = J + J + J =0.00035+0.0048+0。001=0。00615 (kg m2)r 123按照数控机床惯量匹配条件，1v jM / J V4,所选伺服电机的转子惯量jM应 在0.006150。0246kg m2范围内。可选北京数控设备厂FB15型直流伺服电 机，其额定转矩17.6Nm

38、,大于最大切削负载转矩M=5.88Nm,转子惯量八二0。 019kg m2，满足匹配要求。FB15型直流伺服电机的主要参数如下；最高转速n :1500r/minmax额定转矩T :17。6 N。m最大转矩T :154 N。m转子惯量 jM :0。019 kg m2机械时间常数t : 15。2ms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f J n 0.025 x 1500T =a 9.6tac9.6 x 0.04637.50.44=85.2N.m(1) 空载加速时，主要克服的是惯量。如选用FB-15型直

39、流伺服电 机总惯量J= J + jM =0.00615+0。019=0.025 (kg m2)(2) 加速时间t通常取t得34倍，取：t =31 =3X15.2=45。6ms=0。046 s空载加速转矩J不允许超过伺服电机的最大输出转矩密，由此可见，FB 15型直流伺服电机的T =154N。m. T=85。2 N。m，满足设计要求。4. 伺服系统增益通常取伺服增益七为825。对轮廓控制的数控铣床可取较大值，如取k = 20s-1.伺服系统的时间常数t为k的倒数，t =1/k =1/20s-1 =0。05s。根据 sasas式T二M 选FB15型直流伺服电机，执行件(工作台)达到的最大加速度为

40、a 9.6taca =二 P 二旦J 2 兀 0.025X 001 = 9.81m/ s22兀伺服系统要求达到的最大加速度发生在系统处于时间数t内，工作台的速度a从、x增加到+ vmax时:a = At 二冬=6.67 m / s 2max 3030由于a大于a ，因而按照加速能力选择k = 20s-1是合适的。5。精度验算本数控铣床要求的定位精度为土 0.02mm，滚珠丝杠副允许的最大轴向变形1118 = (- 4)重复定位精度，8 = 一 X0.01=0。0033mm。其余误差为伺服和系 统误差、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

41、化改造普通铳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铳床数 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31改造后的数控铳床电气原理图对于改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:AC3807 3 相501伺服童压器QF50F14C3S0/300W伺服电源4 模块食QF2SOIQF3QF4901AJC1

42、1OVeraLAC5S0V100WTsawioawJkJtZZOV300W控制斐压器Ull11Wil主轴变额器5. SET激压电机QF7QF6冷却电机g对M开拉电即100WQF114SiDC纨开关恩诲心罚W50W DC2dQFLOFl-LOL2dVi廉电窟主袖变场蜀主轴换档阀刀具松冏主轴润滑阀工轴抱闸外伺脆电诲蕾供图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33所示：f in in i111 来自破 艰I I 11reiS(L2)TO州g翌mi inYD1100in mi i

43、n i ini书踞 球 7 4主褫位 燮“611、 d挪颇器g彰1 砌V12 CIMH5U45P5U 为AOUT 2 1 45. 5KVG HD 5主幡主捆1朝达X30K32100二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34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：窒气开关主期变频器JJ架也机正反料怜却装电机2L12DVVFCM FIDREHA1EU VI1图3-5辅助系统电气原理图AB-25-TH第四章改造后数控铣床的安

44、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、表架及磁力表座一水平仪;300MM标准验棒。

45、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。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