铣床数控化改造

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铣床数控化改造
铣床的数控化改造


把X62W铣床改造成数控铣床，主要改造的部位是：在主电动机端面加-电磁离合器，以便用指令控制主轴停转：把工作台的纵横向进给运动改造成用步进电动机来控制。垂直进给运动仍采用机动和手动方式。下面主要介绍横向进给系统的改造和数控系统的硬件设计。
1 横向进给系统设计
在横向进给系统的改造中，拆掉了原机床的丝杠螺母机构，更换上用步进电动机和-对齿轮驱动的滚珠丝杠螺母副。
1. 工作台重量的估算
纵向工作台约重100kg，床鞍和回转盘约重200kg，总重量G100200300kg。
2. 切削力计算
切削功率为
NcNK (1)
式中：N--主电动机功率，7.5kW
--主传动系统总效率，-般为0. 6～0. 7，取0.6
K--进给系统功率系数，取0.96
根据式(1)可得：Nc4.32kW。又因为NcFzV/6120，则Fz6120Nc/V，V为切削线速度，取100mm/min，所以主切削力Fz2.59kN。通常：纵向切削分力F纵(0.6～0.9)Fz，垂直切削分力F垂(0.45～0.7)Fz，横向切削分力F横(0.5～0.55)Fz。取F纵0.6Fz1.55kN，F垂0.45Fz1.165kN，F横0.5Fz1.295kN。
3. 滚珠丝杠设计
工作台横向进给丝杠的轴向力
F轴KF横f(F垂W) (2)
式中：K--考虑颠覆力矩影响的实验系数，K1.1
F横--横向切削分力f--导轨上的摩擦系数，f.15
W--工作台、床鞍和回转盘重力，W≈10G3kN
根据式(2)可得：F轴2.049kN。
a. 强度计算
滚珠丝杠的转速：nVf/p，其中，进给速度Vf60mm/min，滚珠丝杠的螺距p6mm，则得：nVf/p10r/min。取寿命时间T15000h，则寿命值L160nT/1069。取运转系数fw1.2，硬度系数fH1.1，则最大负载Q(L)⅓1fwfHF轴5.625kN。根据经验，选取滚珠丝杠的型号ND3506-1×2/E左，即内循环，双螺母垫片调隙式、公称直径为35mm、螺距为6mm、-圈二列、E级精度、左旋、滚珠直径为3.969mm。其额定动负荷为12.847kN>Q，其强度够用。
b. 效率计算
由于所选滚珠丝杠的螺旋升角3°7，摩擦角10，则滚珠丝杠的传动效率tg/tg()tg3°7/tg(3°710)0.95。
纵向进给系统的设计与横向进给系统的设计类似，计算从略。
2 步进电动机及齿轮的选用
1. 横向步进电动机的选取
a. 确定步距角取系统的脉冲当量p0.01mm/脉冲，选用步距角b0.75°
b. 启动力矩的计算
丝杠牵引力
FsF横1.414f当W (3)
式中f当--当量摩擦系数，f当0.01
代入式(3)得
Fs1.337kN
设步进电动机等效负载力矩为M，负载力为F负，根据能量守恒原理，电动机所作的功与负载所作的功相等，即MF负L，则
MF负L/ (4)
又F负Fsµ(WF1)，数控装置发出-个脉冲后，工作台的位移量L为-个脉冲当量0.001cm，这时电动机转过的角度2b/360°，代入式(4)得
MF负L/360°p[Fsµ(GF1)]/2b167N•cm
式中：µ--机床导轨摩擦系数，取µ0.18
F1--与重力方向-致，作用在移动部件上的负载力，F1F垂1.165kN
如果不考虑启动时的运动部件惯性的影响，则启动力矩MqM/0.3～0.5，炔全系数为0.3，Mq556N•cm。对于工作方式为四相八拍的步进电动机，MmaxMq/0.707786N•cm。
c. 步进电动机的最高频率
柔向进给速度最大为Vmax1m/min，则步进电动机的最高频率为fmax1000Vmax/(60×p)1667Hz。根据以上数据和经验，选用110BFG型步进电动机较合适，该电动机步距角为0.75°/1.5°，最大静转距为800N•cm，最高空载启动频率为1800Hz。
2. 齿轮设计(横向)
据步距角b、滚珠丝杠螺距p、脉冲当量p，则在步进电动机与滚珠丝杠之间所加的-对齿轮的传动比为：IZ1/Z2p×360°/(b•p)0.8，选Z148，Z260，根据经验，齿轮模数取1.5mm。
3 数控系统硬件设计
所用数控系统是我们最近开发的BKC2-Ⅷ型数控系统，主要由主控制系统和显示系统两部分组成。主控制系统用于控制键盘的输入和输出，工作台在X、Y方向上的超程，侧门关闭，查询，X和Y向步进电动机的相位及主轴正反转等。显示系统用于控制H716501液晶显示器。这两部分都采用了新型的单片机 GMS90C32作中央处理器，它可以与MCS-51系列单片机兼容，具有快速脉冲编程算法，采用了CMOS技术，最高工作频率可达40MHz(本设计采用18MHz)，有良好的性能价格比。