X53K普通銑床進(jìn)行改造畢業(yè)設(shè)計(jì)終稿

1、內(nèi) 容 摘 要本文主要對(duì)X53K普通銑床進(jìn)行改造，首先分析銑床的加工特點(diǎn)和加工要求確定其主參數(shù)，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)；根據(jù)主參數(shù)和改造要求進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)，電氣部分改造。通過對(duì)機(jī)床各部分結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及參數(shù)的分析，確定了機(jī)械部分改造方案。保留原機(jī)床主軸箱，取消進(jìn)給箱的傳動(dòng)裝置，改為用步進(jìn)電機(jī)代替；導(dǎo)軌進(jìn)行打磨、刮研、墊塑；絲杠改為滾珠絲杠；通過對(duì)國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的比較，遵從性價(jià)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(duì)強(qiáng)電進(jìn)行了改造，將主軸電機(jī)更換為交流伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)速范圍；進(jìn)給部分增加步進(jìn)電機(jī)，實(shí)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(jìn)電機(jī)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(tái)銑床的簡介.51.1 X53K升降臺(tái)銑床.51.2 X53K立式升降臺(tái)銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).61.3 X53K升降臺(tái)銑床主要參數(shù).7第二章 X53K升降臺(tái)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(jī)床機(jī)械部分改造.103.1 機(jī)床計(jì)算數(shù)據(jù)估計(jì).103.2 Y軸進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì).113.3 X軸進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì).213.4 Z軸進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì).313.5 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)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(shè)計(jì).48小結(jié).51參考文獻(xiàn).52第一章 X53K升降臺(tái)銑床的簡介1.1 X53K升降臺(tái)銑床X53K機(jī)床是一種強(qiáng)力金屬切削機(jī)床，機(jī)床的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)由功率為7.5kw的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，能承受重負(fù)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(jī)械制造、模具、儀器、儀表、汽車、摩托車等行業(yè)的理想加工設(shè)備X53K升降臺(tái)銑床實(shí)物圖1.2 X53K立式升降臺(tái)銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)X53K為立式升降臺(tái)銑床，其主軸軸線垂直于工作臺(tái)面，外形如圖所示，主要由床身、立銑頭、主軸、工作臺(tái)、升降臺(tái)、底座組成。X53K升降臺(tái)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(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn)；(4)工作臺(tái)承載、裝夾工件，可縱向和橫向移動(dòng)，還可水平轉(zhuǎn)動(dòng)；（5）升降臺(tái)通過升降絲杠支承工作臺(tái)，可以使工作臺(tái)垂直移動(dòng)；（6）變速機(jī)構(gòu)主軸變速機(jī)構(gòu)在床身內(nèi)，使主軸有18種轉(zhuǎn)速，進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)在升降臺(tái)內(nèi)，可提供18種進(jìn)給速度；（7）底座支承床身和升降臺(tái)，底部可存儲(chǔ)切削液。1.3 X53K升降臺(tái)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(tái)距離45415主軸中心線到床身垂直導(dǎo)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(dòng)距離85工作臺(tái)工作面(寬度長度) 1325320工作臺(tái)行程縱向/橫向/垂向（手動(dòng)/機(jī)動(dòng)) 720/700、255/240、370/350工作臺(tái)進(jìn)給范圍縱向/橫向/垂向23.51180/23.51180/8394工作臺(tái)快速移動(dòng)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(jī)功率7.5進(jìn)給電機(jī)功率1.5外形尺寸253018902380機(jī)床凈重3200第二章 X53K升降臺(tái)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(dāng)量mm0.01Y軸脈沖當(dāng)量mm0.01Z軸脈沖當(dāng)量mm0.01主電機(jī)功率kW7.5主電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min1450重復(fù)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(dòng)速度m/min6工作進(jìn)給速度mm/min10-2000運(yùn)動(dòng)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(jī)床機(jī)械部分改造。通過對(duì)機(jī)床機(jī)械部分的分析和計(jì)算，在利用原機(jī)床的基礎(chǔ)上，通過對(duì)導(dǎo)軌的維修和滾珠絲杠的更換，來設(shè)定機(jī)械部件的規(guī)格、性能，以便數(shù)控系統(tǒng)正確且準(zhǔn)確的控制整部機(jī)床的機(jī)械部件，達(dá)到機(jī)床NC化?；谝陨蠑?shù)控機(jī)床的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，

10、對(duì)于X53K銑床機(jī)械部分改造的內(nèi)容如下：(1)導(dǎo)軌與絲杠。由于長時(shí)間的磨損，導(dǎo)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(duì)導(dǎo)軌面進(jìn)行加工，如貼塑等；絲杠方面，為了提高傳動(dòng)精度，把普通絲杠換為滾珠絲杠。滾珠絲杠的最大特點(diǎn)是可以減小正反向的傳動(dòng)間隙和減小傳動(dòng)阻尼，可大大提高傳動(dòng)精度。(2)保留原機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過改造實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)，啟動(dòng)停車的NC控制；將工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)垂直、橫向和縱向三個(gè)方向拖板的進(jìn)給傳動(dòng)裝置取消，將滑動(dòng)絲杠副更換為滾動(dòng)絲杠副，并增加同步帶傳動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)。垂向工作臺(tái)傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)在更換滾珠絲杠副后會(huì)因失去自鎖而自動(dòng)下滑，增加平衡裝置和制動(dòng)裝置；步進(jìn)電機(jī)通過減

11、速同步帶輪帶動(dòng)滾珠絲杠，從而帶動(dòng)拖板移動(dòng)。因此機(jī)械結(jié)構(gòu)更為簡單，減少了傳動(dòng)誤差。2.2.2、數(shù)控系統(tǒng)的選擇。從性價(jià)比高、綜合成本低這兩個(gè)主要的原則出發(fā)，在這兩個(gè)原則的指導(dǎo)下對(duì)眾多的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)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(shí)間又要進(jìn)行更新，也不要一味追求高性能而增加投入，應(yīng)該在選擇性能優(yōu)良產(chǎn)品的同時(shí)，考慮價(jià)格因素，除產(chǎn)品本身的價(jià)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(jī)導(dǎo)致的時(shí)間成本，以及壽命周期等等。2.2.3、電氣部分改造。對(duì)機(jī)床電氣進(jìn)行數(shù)控改造，需拆除原機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)及其相應(yīng)強(qiáng)電線路，由步進(jìn)電機(jī)輸出控制信號(hào)，設(shè)計(jì)由個(gè)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(shí)現(xiàn)機(jī)床緊急停機(jī)、機(jī)床原點(diǎn)的設(shè)置、各坐標(biāo)軸限位、主軸的正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)停車、冷卻泵控制等功能。第三章 機(jī)床機(jī)械部分改造3.1 機(jī)床計(jì)算數(shù)據(jù)估計(jì)3.1.1、機(jī)床重要計(jì)算參數(shù)估計(jì)X軸工作臺(tái)重量：Y軸工作臺(tái)重量：Z軸工作臺(tái)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(shí)間比例切削方式縱向切削力(N)垂向切削力(N)進(jìn)給速度(m/min)工作時(shí)間百分比%強(qiáng)力切削200012000.610一般切削10005000.830精切削500200150快速進(jìn)給006103.2 Y軸進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì)Y軸進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造示意

13、圖3.2.1、橫向滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 ：工作臺(tái)最高移動(dòng)速度：步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 ： 傳動(dòng)比步進(jìn)電機(jī)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(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)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(dāng)量轉(zhuǎn)速當(dāng)量轉(zhuǎn)速 r/min： 工作時(shí)間百分比數(shù)據(jù)代入得233r/min4、當(dāng)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(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（3.724）知查現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)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(fù)定位精度 (1/41/5 )定位精度：最大軸向變形量已知重復(fù)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(yù)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(hào) (1)選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒螺母型墊片預(yù)緊形式(2)由計(jì)算出的，在現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中選取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD3206-5 =6mm, =20200N=6690N8、確定滾珠絲杠副預(yù)緊力= 其中2300N767N9、行程補(bǔ)償值與拉伸力（1）行程補(bǔ)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(yù)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(hào)，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(duì)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(yù)緊力：預(yù)力負(fù)荷按現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)選取軸承型號(hào)規(guī)格當(dāng)25mm，預(yù)加負(fù)荷為：所以選25TAC62A滾珠絲杠用軸承25mm，預(yù)加負(fù)荷為3040 2007N11、滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)(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(diǎn)離固定支承距離396mm，420mm 16mm，35mm12、傳動(dòng)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(duì)預(yù)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(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)上的剛度2150 N/, =2300N, =767N代入數(shù)據(jù)得3212 N/12、剛度驗(yàn)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(yàn)算傳動(dòng)

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(fù)定位精度為10 48857.6（3）傳動(dòng)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(jì)（4）確定精度：任意mm內(nèi)行程變動(dòng)量對(duì)系統(tǒng)而言定位精度定位精度為30/=/,絲杠精度取為3級(jí)10=800r/min3.2.2、同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1、確定同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率式中： 載荷修正系數(shù)。查表1工作機(jī)上電動(dòng)機(jī)功率由下表1 查得。故可得：=2、確定帶的型號(hào)和節(jié)距可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)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(hào)和節(jié)距。其中,。查表選同步帶的型號(hào)

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(yàn)證帶速V由公式 計(jì)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?？梢郧蟮茫夯B=弧BD=故=305.832+140.78+179.9=932.34mm經(jīng)查表，選取型號(hào)為HTD-936-8M的同步帶。其節(jié)線長度=936mm，齒數(shù)7、計(jì)算傳動(dòng)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(yù)緊力=

20、 其中2200 7339、行程補(bǔ)償值與拉伸力（1）行程補(bǔ)償值=11.8式中行程+=884溫差取代入數(shù)據(jù)得C=26(2) 預(yù)拉伸力1.95 代入得631810、確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號(hào)，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(duì)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(yù)緊力：預(yù)力負(fù)荷按現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)選取軸承型號(hào)規(guī)格當(dāng)35mm，預(yù)加負(fù)荷為：所以選35TAC72A滾珠絲杠用軸承35mm，預(yù)加負(fù)荷為 2839N 11、滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)(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(diǎn)離固定支承距離mm，1162mm ，=mm12、傳動(dòng)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(duì)預(yù)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(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)上的剛度2150 N/, =2200N, =733N代

22、入數(shù)據(jù)得3211 N/12、剛度驗(yàn)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(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度=25.6N/；已知反向差值或重復(fù)定位精度為10 48125.6（3）傳動(dòng)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(jì)（4）確定精度：任意300mm內(nèi)行程變動(dòng)量對(duì)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(jí)10=800r/min3.3.2、同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1、確定同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率式中： 載荷修正系數(shù)。查表1工作機(jī)上電動(dòng)機(jī)功率由下表1 查得。故可

23、得：=2、確定帶的型號(hào)和節(jié)距可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)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(hào)和節(jié)距。其中,。查表選同步帶的型號(hào)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(yàn)證帶速V由公式 計(jì)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?？梢郧蟮茫夯B=弧CD=故=171.472+123+166.2=632.14mm經(jīng)查表，選取型號(hào)為HTD-640-8M的同步帶。其節(jié)

24、線長度=640mm，齒數(shù)7、計(jì)算傳動(dòng)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(yù)緊力= 其中4240N 1414N9、行程補(bǔ)償值與拉伸力（1）行程補(bǔ)償值C=11.8式中=行程+=溫差取代入數(shù)據(jù)得C=14.2(2)預(yù)拉伸力1.95 代入得9438N10、確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號(hào)，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(duì)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(yù)緊力：預(yù)力負(fù)荷按現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)選取軸承型號(hào)規(guī)格當(dāng)3

25、5mm，預(yù)加負(fù)荷為：所以選35TAC72A滾珠絲杠用軸承35mm，預(yù)加負(fù)荷為 11、滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)（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(diǎn)離固定支承距離500mm，596mm 16mm，90mm12、傳動(dòng)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(duì)預(yù)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(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)上的剛度2150 N/, =4240N, =1414N代入數(shù)據(jù)得3212 N/12、剛度驗(yàn)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(yàn)算傳動(dòng)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(fù)定位精度為10 760192（3）傳動(dòng)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(jì)（4）確定精度：任意mm內(nèi)行程變動(dòng)量對(duì)系統(tǒng)而言定位精度定位精度為30/=/,絲杠精度取為3級(jí)10=260

27、r/min3.4.2、同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1、確定同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率式中： 載荷修正系數(shù)。查表1工作機(jī)上電動(dòng)機(jī)功率由下表1 查得。故可得：=2、確定帶的型號(hào)和節(jié)距可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)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(hào)和節(jié)距。其中,。查表選同步帶的型號(hào)為：HTD，節(jié)距為：3、選擇小帶輪齒數(shù)總傳動(dòng)比根據(jù)傳動(dòng)比分配規(guī)律，取齒輪傳動(dòng)比，則同步帶傳動(dòng)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(yàn)證帶速V由公式 計(jì)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。可以求得：弧AB=弧BD=故=338.842+106.39+209.9=993.97mm經(jīng)查表，選取型號(hào)為HTD-1000-8M的同步帶。其節(jié)線長度=1000mm，齒數(shù)7、計(jì)算傳動(dòng)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(zhǔn)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(shè)計(jì)要求,。故帶寬根據(jù)表7 可已選擇的同步帶，其寬度代號(hào)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(dòng)的設(shè)計(jì)此處減速齒輪模數(shù)取為，傳動(dòng)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(shè)計(jì) 減速軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖軸的各段尺寸設(shè)

30、計(jì)如下：， ， ，圓錐滾子軸承的型號(hào)：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(jìn)電機(jī)型號(hào)選擇3.5.1、Z向絲杠牽引力、傳動(dòng)效率計(jì)算為了防止機(jī)床升降臺(tái)在重力作用下自行下滑，原機(jī)床設(shè)置有單向超越離合器及摩擦片制動(dòng)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(tái)的重力。在數(shù)控改造后仍需要保留此功能，故在實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)X、Y、Z三軸比較，下降的阻力最大，那么以升降(Z軸)方向計(jì)算選擇的步進(jìn)電機(jī)均可滿足X、Y兩軸運(yùn)動(dòng)的要求。Z向絲杠牽引力 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：=/絲杠螺旋升角=325滾珠絲杠螺母副的滾動(dòng)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(dāng)量，減速比計(jì)算如下: 由得查步進(jìn)電機(jī)手冊(cè)取式中步進(jìn)電機(jī)的步距角（度/脈沖）絲桿螺距脈沖當(dāng)量 3.5.3、步進(jìn)電機(jī)的選用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求是調(diào)速范圍寬，伺服電機(jī)需滿足調(diào)速要求。負(fù)載特性硬，在調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)有足夠的驅(qū)動(dòng)力矩，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。所以合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇。為使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行(不失步，不越步)，正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩(步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù))必須大于電機(jī)實(shí)際最大啟動(dòng)力矩。電機(jī)的運(yùn)行頻率(步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù))必須高于電機(jī)實(shí)際最高工作頻率。系統(tǒng)脈沖當(dāng)量是機(jī)床移動(dòng)部件相對(duì)于每

32、一個(gè)進(jìn)給脈沖信號(hào)民的位移量，其大小視機(jī)床的加工精度而定。根據(jù)X53K升降臺(tái)銑床工作狀況選系統(tǒng)脈沖當(dāng)量。步進(jìn)電機(jī)步距角。電機(jī)軸負(fù)載力矩式中：傳動(dòng)效率 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.2 Z向絲杠牽引力 工作臺(tái)重量若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響則啟動(dòng)力矩：步進(jìn)電機(jī)的最大啟動(dòng)力矩：電機(jī)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(jìn)電機(jī)允許的最高工作頻率為3333.3 ，當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和銑削進(jìn)給時(shí)，110BYG4502型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率15000，特性完全可以滿足要求。110BYG4502型步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表型 號(hào)步 距 角相數(shù)驅(qū) 動(dòng)電 壓相 電 流 保 持 轉(zhuǎn) 矩空載起動(dòng)頻

33、率空載運(yùn) 行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)選型時(shí)，一般應(yīng)遵從性價(jià)比高、綜合成本低這兩個(gè)主要的原則。在這兩個(gè)原則的指導(dǎo)下對(duì)眾多的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較，選擇最合適的數(shù)控系統(tǒng)。4.1.1、性價(jià)比高的原則一般在選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮數(shù)控系統(tǒng)的先進(jìn)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(shí)間又要進(jìn)行更新，而要盡量選擇先進(jìn)的、能代表當(dāng)前主流技術(shù)的產(chǎn)品。先進(jìn)的產(chǎn)品代表更加強(qiáng)大的功能，但并不是越先進(jìn)的越好，隨著性能的提高，其價(jià)格必然越貴，但是在

34、實(shí)際應(yīng)用中，眾多強(qiáng)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(yīng)該在選擇性能優(yōu)良產(chǎn)品的同時(shí)，考慮價(jià)格因素，對(duì)產(chǎn)品的性能價(jià)格比進(jìn)行比較，在同樣能滿足技術(shù)要求的情況下，選擇價(jià)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(jià)值外，其配套的配件采購、維修成本，因故障停機(jī)導(dǎo)致的時(shí)間成本，以及壽命周期等等。在進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)選型時(shí)，要充分考慮以上因素，選擇故障率低、配件價(jià)格低、售后服務(wù)及時(shí)、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(jìn)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(jìn)

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(jìn)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(duì)比國內(nèi)外性能相當(dāng)?shù)臄?shù)控系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)其優(yōu)缺點(diǎn)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(shì)，但價(jià)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(jī)的能力沒有國外產(chǎn)品強(qiáng)大，但也能滿足我們的要求，而且綜合成本低。最終我們將機(jī)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(jī)床市

36、場而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)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(jìn)電機(jī)控制下，驅(qū)動(dòng)控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)，完成進(jìn)給軸的快速移動(dòng)、啟動(dòng)停止等運(yùn)動(dòng)。用四幅驅(qū)動(dòng)元件控制工作臺(tái)的移動(dòng)，進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)速有兩部分控制組合而成，一部分由步進(jìn)電機(jī)通過減速齒輪對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速，另一部分由機(jī)械手柄和帶輪進(jìn)行有級(jí)調(diào)速。強(qiáng)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(jī)床上電采用三相380V交流電源供電，由空氣開關(guān)控制機(jī)床總電源的切斷?？諝忾_關(guān)還同時(shí)受鑰匙開關(guān)和開門斷電開關(guān)的保護(hù)控制，使機(jī)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(dòng)機(jī)、切削泵電動(dòng)機(jī)。控制電路使用的電源分別有兩個(gè)電源變壓器提供。一個(gè)電源變壓器電源模塊提供單相200V交流電源，另一個(gè)電源變壓器輸出三組單元交流電源。1IOV組為自動(dòng)潤滑、軸流風(fēng)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(jī)床工作提供照明電源。52 電氣系統(tǒng)數(shù)控改造的設(shè)計(jì)5.2.1 主軸電路的電氣控制設(shè)計(jì)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(dòng)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“