XA5132升降台铣床的数控化改造（全套含CAD图纸）
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a of of . 1)* R T I C L E I N F O B S T R A C T By of of on is by a of 1. by a in to to is as is to be by of is an of T it is an of is it is to or of is to be on of in to is by 13. In of by A at to to to is to of It to 2. to of 1 of in is as of 1. dt is of at x. of is to in At qf to be as (1) k is of hf is To of at is as T =; 0 ,0(2) 22 (3) At y = 0 no 22 (4) (2) 4) be to a 2123 T (5) of is in so is as no in of to 1. of on in 122 (6) u is in x m is of u = 0; 0 u = d d is vs is p is By q. (6) be as 2 121 2 (7) be 0 ) b is r is By (7) 8) be 13)2(12 kb s (9) of u y be (10) q. (9) be 22 s (11) By in a on 2, be to 2. * 3. of at 3: 020 )()(12) 3 it is by is by at be or 58. uo 4, of uu of h 0)( 3) 02 222222 4) is on D, R is p is is to an w it .4 of of uo is in of be In in 4. of 5. of on 0:6m=s;, d = 0.2 0.1 (a) of b) of OE 4, be 9,10 s i 15) is at vw is OE is by t is as a of on t to . of t on of t = 2 mm in 4. By (13)(15), be 5(a) of at (3), on mm 030 m/ s). to of of is to be 5(b). of is 0 4), of an d = 0 _ d/2 _ a be a 6. 200 mm 50, 146 m/s 1 mm/s of 0.4 51. of of 10 mm to to 6). is a 12 so at be to (16) kw is of be by （ 17） on 10. to by 11, to by a 000 8C. , to 090% of be by in 12,13, of by no 6% of no on of of a of GE is to be of at as m/s) J/%) hf _103 W/) (%) hf _103 W/) 50 4 283 _ 5 710 50 4 393 _ 5 710 50 2 229 _ 3 710 50 17 20 220 146 9 213 _ 15 380 T. 7 (2008) 367370 369 7. 0 8C 045 8C ) to is as of 7). be is as be mm to of 4. 4. of be by of in be a of of be to a in 5 8C, so of of on of to a on it is to by a in he to 参考资料 1 (1974) 6:11771183. 2 , , , (1999) 8(1):247250. 3 , J, B (2003) of of 17:397407. 4 , (1992) 14(427434. 5 , , (1992) 14( 6166. 6 , , , (1982) in rc of 8(11):112. 7 C, H, Z (1996) On 18:332338. 8 Z (1998) 9 R, , W, r E. (1991) a 13(190197. 10 , J, (2002) of 16:357364. 11 S (1962) On of of 129154. 12 K, , (1997) of 6(1):227232. 13 J, (2003) , , , ( 1003:130121. of in T I C L E I N F S T R A C of of to is be to on by to At 1K in 5% of 2. is an of on 35. et 5 20% of et 6 040%. et 7 of a at et 8as as et 9 of at of an in of a A to 58 as 1012a is at be to to on et 13 to to 1, to be a 14of to by of A is 2, in on u (1)is to vs is F is .5 a f is a on It to 3)3) up to in a in 4 to is is 1. 2. of a 530%. to a 0%. in of A is (2)b is it it 070% it to 060% of a 50% 3. %) 18.9 l/24:2m=4% 4. 30m=s,a = 30 10mm=s, 4% of It be 0100% to be as FD FD of a 5) a in 15. of of on 6 a et 16 It be FX 15. An is 7. as of L, as at of to it is to at a at a to of of to of is at of 155. of 6. .2 l/30m=s, 28m=s, 7. of be to 3) is We s of to a f = 1. in r,v, l, a is if is a to is in .5 .5 8 of 9 of .5 mm or up mm or as of 2.9 5 l/of 10 1 a a is at of be 8. 9. in 10. 11. of a , d = b a a is q. (2). (4)q. (4) a b = 25 a mm a 0 In a is to be at be 0% of to a to be of It be 0100% of to , (1993) on of 2/1:367370.2 (2007) 3 R, B, W, . (1991)a of 13(2):190197.4 , (1992) 14:427434.5 , , (1992) 1666 , , (1984) in of a of .7 C, H, Z (1996) On of 18/3:332338.8 , B, N (2004) 57258:333338.9 , H, D, R, B (2000)on 0/2:209223.10 (1985) u 11 W (1991) fur Ku, 2122 .12 (1996) t 13 A, , r (1995) of 4/1:333338.14 (2008) f n 15 A (2008) 16 , , W, E (1952) 117. 优化中的应用磨削液 a,*, a, H. V. b, A. a, 1)a a UK b 键词： 磨削 冷却剂 流体 使用 本文流体研磨所需的方法和应用 应流量需要 4倍，实现 有用 流量，十分浪费。结果表明，射流速度和射流流量可以单独指定。改进后的系统设计，让 实际 有用的流量接近 实现 有用的流量。实现的有益的流量取决于轮孔隙度和轮速，而实际有用的流量取决于设计，流量和流速。实验方法的补充，计算流体力学 ， 动力学（ 模拟。 1 。导言 废弃物的 产 生是因为供应流未能成为有用的内流，达到磨削接触。唯一有用的流动可以润滑磨削行动，防止车轮磨损和堵塞，维 持较低的表面粗糙度和避免过度磨削温度。在很高的车轮速度，流体的交付要求增加机器成本和功耗的要求 1 。信息来自英国政府表明，购买，管理和处置的金属加工液可以在某些情况下，方法的 15 ，制造成本 2 。还有一个环境影响的磨削液。 研究人员发现，各种有用的流量取决于喷嘴的位置，喷射速度和方向盘孔隙 3 。工程师等。 5 发现，百分之有用的流量是 5的飞机 6 发现 20 。 7 深度分析流体渗透多孔小四轮，并预测在更高轮深入 速度。 8 发现，是有用的流量最大化的喷嘴尽可能接近的接触带等。 9 表明挠度的磨削液的空气边界层在高轮的速度，也有利于空气铲运机使用前面的喷嘴。喷嘴切的 砂 轮和定位 10 10 月 12 日 。如果 流动 速度等于轮速，切针对飞机可以很容易地取代空气因为液体势头大于空气势头。然而，在较低的喷气飞机的速度可能需要更直接点对 砂 轮，以免被转移。最佳角度可能会因此取决于射流速度 /轮速比。韦伯斯特等人。 13 表明，必须对 流动 的一致性。本文件的目的是寻找可行的方法，估 计液体交货要求 2 。有用的流动方案 流分离器的开发，图 1 ，让有用的流量将收集定时期间，实际磨削。那个系统捕捉流体通过联系地区，而且排除其他流动。传感器监测温度，声学排放，动力和力量 14 。 的能力，车轮运输流体通过磨削接触决心通过测量表面地形车轮。 砂轮修整后孔隙度和磨损后，也被调查。复制技术，就业和评价通过光学扫描系统。一个典型的形象获得光学干涉图所示。 2 ，孔隙率以蓝色显示。 实现的有益的流量估计基于表面孔隙度。 实现的有益的流量从估计： （ 1） 在 指孔深度相当于平均晶粒尺寸， 对是轮速， 它 的孔隙度通常是 一个中等孔隙度轮和 约等于 结果发现，实际有用的流量通常不到流量要求填写表面气孔（见图 3 ） 。 有用的流量不同线性轮速（图 3 ）最多速度超过飞机的速度 。线性部分在最佳条件是可以实现的有益的流量的速度范围。进一步增加有益的流量，需要更多的多孔 砂 轮。提高射流速度的线性区域只会增加能源消耗。图。 4表明，过多的飞机供应流量没有增加有用的流量。供过于求流量减少百分之有用流动和增加流量，同时拒绝了有益的流量只有略有增加。提高射流速度增加有用流量略有直到车轮速度达到。在这之后有 图。 1 。有用的流量分离。 图。 2 。光学图像的一个车轮表面。 降低受益。就中期车轮表明孔隙度，最高有用的流量通常是 25 。然而，对于高孔氧化铝轮，最大可能是有用的流量增加至最多 50 。这些数字让飞机流量，以具体而言，实现有用的流量。的建议准则是， (2) 如果 B 是磨削宽度。 从地形测试和比较，最大有用的流量测量，发现它是可能的 ,实现大约 60孔隙空间的充填多孔氧化铝轮。随着中等孔隙度 轮是唯一可能的，以填补 50的孔隙空间下最好的条件。这些结果表明， 50 的假设是一个合理的基础上实现的 有益的估计流量。 田口实验评估有用的流量的变化在车轮的速度，工作速度，穿 空 深度，材料，喷管位置，射流速度和喷嘴流量。试验进行了 图。 3 。有用的流量（ ）和预测。流量 = ,氧化铝车轮 54 多孔。 图。 4 。有用的流量与喷射速度为两个不同的流量下 0m/s 。 3.。 喷嘴的实验和 刮板效果获得的 5 ）表明，刮板应立即喷嘴的位置，因为之前边界层低压以蓝色显示） 15 。喷嘴形状的影响射流一致性的影响。 喷嘴的效果上的立场是有益的流量测量实验研究。结果在图。 6凸喷嘴的基础 ， 关于设计的劳斯等人。 16 下的最佳距离 5厘米。可以看出，有用的流量减少而增加喷嘴距离磨削接触。 多相位模拟发达国家在 15 。实验液体喷射流速剖面显示图。 7 。喷气射流宽度随长度的 增加，平均射流速度下降。射流速度落在了进一步从中心线和地区的峰值血流速度降低与距离喷嘴孔口相干长度发光，被界定为在该距离地区高峰射流速度减少到零。这个定义意味着这是最好的位置飞机在距离明显减少相关 长度比，因为在距离等于相 关 长 度，峰值速度将不包括任何的宽度车轮。预测相干长度允许喷嘴的位置是 这样的确 定，该地区的峰值速度，至少应等同于该地区的磨削宽度 15 。 图。 5 。仿真结果的空气压力分布与顺时针刮板车轮转动。 图 6，百分 比有用的流量与喷嘴距离。 8.2 l/30m/s, 28m/s, 图。 7 。测量喷气流宽度 一个分析模型，适合喷嘴损失因素实验可以用来预测相干长度。损耗因素 (3)中 管架 1 。中的值是韦伯数密度研究， 速度 v ，特征长度 到流量，如果需要提供流体通过一个插槽喷嘴射流速度，以确保整个保持宽度。喷嘴的插槽中使用有益流测试，一致性长度约 米。喷嘴之间的距离和磨削接触大于一点五厘米，将减少有用流量。图。 8显示的例子喷嘴形状测试。 图 9显示实验值相比的相干长度与预测值为各种喷嘴从 毫米直径或宽度适当。 总长度的喷嘴为 水管直径 19毫米。流量为 15 l / 测值使合理的协议。三维多相模拟喷嘴显示区域停滞和再循环和提供指导，为改善效率。10日和 11日显示插槽喷嘴和基础劳斯喷嘴。根据喷嘴了 而，长期连贯长度为基础喷嘴劳斯以 减少 增加流量要求典型轮宽度。这可以看出 图。 8 。喷嘴类型。 图。 9 。相干长度以米为单位。 色） ，实验性 ;上（红色） - 预测 图。 10 。内流槽喷嘴 图。 11 。内流的劳斯 /韦伯斯特喷嘴。 通过计算比率流量两个喷嘴。那个流量为一个圆形孔是： 4 ，其中 d = 佳流量的插槽，给出了 方程式（ 2 ） 同样的射流速度 h （ 4） 方程式 （ 4 ）对一个车轮宽度 b = 25毫米揭示了流量要求大 10倍的根据喷嘴的劳斯。在实践中，要小得多直径劳斯形喷嘴很可能是受雇于 4 。结论有用的 流量通常占用不到的孔隙空间方向盘表面。实现的有益的流动可以估计大约 50 的表面孔隙空间。高孔隙率车轮往往允许比例更高有用流量比低孔车轮。流量需要秩序的 4 倍有用的流量比实现的。据证实，速度应约 80的轮速匹配实现的有益的流量。 鸣谢 支持 这项工作 的工程和自然科学研究理事会， 参考资料 1 , (1993) on of 2/1:367 370. 2 (2007) 3 R, B, W, . (1991) a of 13(2):190 197. 4 , (1992) 14:427 434. 5 , , (1992) 14:61 66 6 , , (1984) in ap of a of . 7 C, H, Z (1996) On of 18/3:332 338. 8 , B, N (2004) 57 258: 333 338. 9 , H, D, R, B (2000) on 0/2:209 223. 10 (1985) u 11 W (1991) r in , 21 22 . 12 (1996) t 13 A, , r (1995) of 4/1:333 338. 14 (2008) f n 15 A (2008) n 16 , , W, E (1952) f 117. 关于磨床对流热转移的研究 关键词： 模化 磨 削 液体 摘要 通过利用 流体力学 和 热模型 ， 在磨床内部的热传递系数 （ 的变化过程已经得到过研究。 从事不同工作的液体磨床的热传递系数的实验性数据显示 轮的转速 ， 接触面的液体薄层厚度有关。 液体薄层厚度是由 砂 轮转速， 空间隙度， 颗粒的大小，液体的种类，流速和喷嘴的尺寸决定的。 包括高效深磨削（ ,缓慢进给和停止磨削 介绍 利用液体冷却在磨削过程中扮演了一个关键性的角色，它可以避免热量破坏工件 的表面。这对于深磨削是 尤其重要的，例如缓慢进给磨削和高效率深磨削（ 产生高热量的部位应由高级材料来代替。冷却效率可以通过液体的热传递系数（ 计算。它是一个重要变量决定着总额 比率 和对流传热的比率以及以后 加工工件的表面温度。 机床温度，都知道用它来反映液体的对流传热系数是最合适不过得了。不幸的是它不能有效地计算出性能并且 甚至数量级估计被认为是困难的。因此，最先前的研究集中在能源分区总磨削热 ， 为了估计温度，而能源分区系数通常是得到了相匹配的理论 和 测量温度范围内磨削区 1 。在本文件中， 削条件已经预测耦合流体动力学和热模型。特别试验台，与热电偶嵌入式在不同距离的磨削表面，已经被用于测量热通量的工件，用于计算 理论预测具有良的协议，与实验结果。它已被结果表明，该 于 高级砂轮速度远远高于价值以前的报告。 2 。水热耦合模型预测 图 1， 显示了温度分布的磨削液中的热边界层之间的轮和工件表面。 工件表面温度，吐温，简化为均匀分布的，而大量的磨削液温度外边界层表 周围，这 已得到证实的流体力学分析磨削流体流动的信息。在工件表面，当地热通量的资历架构流体可以表示为 的 (1) 其中 要获取价值高频，流体的温度梯度 工件表面是必要的 的条件，温度 分布在流体必须满足如下： T =; 0 ,0 (2) 简化的能量方程为不可压缩流体 忽略了粘性耗散是： 22 (3) 在为 Y = 0 ，没有粘性暖气 022 (4) 等式 （ 2 ）和（ 4 ）可 计算 到三次多项式 32123 T (5) 磨削宽度轮一般要远远 大于相互关联的孔隙间距在车轮和流体穿透深度，因此流体流动是作为二维， 也就是说，任何一方流动的轴线方向的方向盘。据 图 1 。热边界层的磨削液对工件表面。 限全磨差距122（ 6） 其中 是动态粘度磨削液。 边界条件是 u = 0 ; 0 u = D 其中 与砂轮速度 ， 过求解方程（ 6 ） 的边界条件，流速可以表示 2 121 2 (7) 大规模流动的流体之间轮和工件可计算公式为： 0 (8) 如果 程式 （ 7 ）及（ 8 ）以下表达的压力梯度 ，可以得出： 13)2(12 kb s (9) 为抛物线分布 体 流动可近似为 (10) 因此， 方程式 （ 9 ）可以简化为 122 s （ 11） 考虑能量平衡在控制体积内磨削 区的工作表面，如图 2 下面的方程可用于计算和热划分。 图 2 。控制音量的磨削区的 能量平衡 。 图。 3 。厚度的热边界区的磨削水室温度 厚度 3 ： 020 )()( (12) 图 3表明，热边界层厚度减少时增加了车轮的速度和它影响 的 整体流体膜厚度。流体膜厚度的影响这一进程的条件。以往的研究表明 过实验测量或理论分析 5 。 据郭和金 4 ，下面的差别 方程描述了切向速度的磨削液解脲脲原体 和深度的流体渗透 0)( (13) 02 222222 (14) 在 角上的立场车轮表面覆盖 角度 向盘表面被认为是一种有效的孔隙瓦特的流体流动，可能有所不同约 有内存压力的的喷 嘴审议了 是适当的时候使用低车轮速度和相对多孔车轮。然而，在深磨，高喷嘴压力和高轮速显着增加的影响，动水压力，这是不容忽视的。本文 达国家在薄膜和工件之间 车轮 已考虑到。 雷诺方程的动水压力 发达国家之间的轮和工件，涵盖角 图。 4 。示意图磨削冷却液供给。 冷却剂渗透深度的车轮表面（水性液体 0时 ， 6m=s; ， d = ，（ a） 在动水 压力的影响和（ b ）与动水压力的影响。 一系列 数据都 在图 4， 可写为 9,10 s （ 15） 其中 大众汽车是工作台速度。美国能源部的范围确定车轮半径和流体膜厚度吨时，磨削冷却液是仿照作为层流体流动对工件表面对楔。 现范围为 1到 3毫米 4 。在此范围内， 响不大的深度渗透液的车轮。 t= 2毫米中使用了以下的分析，参见图 4 。 通过求解 方程式 13， 图 方程式 。 第 5图 2表明，流体的深度渗透交界点 图 3 ，它决定了流体膜厚度的磨削区，取决于砂轮速度（ 0 s） 。由于动水压力影响的深度 ， 流体渗透率预测要高得多的图。第 5 （ b ） 。那个上界值的深度渗透液的磨削 4 ） ，其中包括影响的车轮孔隙。平均粒径 d = 低 数 / 2 _ 管这可能是一个更大的价值，多孔 图。 6 。热电偶倾斜试验台。 表 1 测试条件 电镀立方氮化硼砂轮， 200毫米直径 轮速 50 ， 146米 /秒 工作台速度 1毫米 /秒 切削深度 钢铁工件 51 。实验测量 特别试验台，有三个 10毫米厚）嵌入式下方的样品表面，一直被用来测量热通量的工件（图 6 ） 。该钻机是倾斜角度在 12 ，这样的温度在不同深度从地面可以衡量。 温度读数从三个热电偶用来获取热流进入工件表面，： (16) 在千瓦是导热系数的工件材料。 该 铪，然后可以得到使用下列 表达。 （ 17） 总热通量， 算出的具体磨削 热能 ， 在此 基础上，主轴功率监测和 磨削参数 10 。热流的磨料磨具，分流，是计算哈恩模型 11 ，和热通量研磨芯片， 估计假设芯片温度恒定 1000 8C 。测试下进行蠕变磨削模式， 见表 1 ，以避免流体精疲力竭，实现低温。 前实验研究和详细的能源分割 分析表明，超过 80的能源可磨削带走磨削液在蠕变磨削 12,13 ， 数额热带走芯片和磨料磨削车轮不会超过 5的热通量，因此没有重大影响的整体准确性 三种类型的水性液体和矿物油已 测试。表 2列出的平均值的上海黄金交易所和 体膜厚度大约在 性能的水和矿物油在室温温度被用于预测，作为衡量 表 2结果 m/s) J/%) hf _103 W/) (%) hf _103 W/) 50 4 283 _ 5 710 50 4 393 _ 5 710 50 2 229 _ 3 710 50 17 20 220 146 9 213 _ 15 380 性， 物油。 蒂芬森 / 制造技术 57 （ 2008 ） 36769 图。 7 。变化 铪，与车轮速度和流体膜厚度（矿物油） 。 磨削温度小于 30 80果 2 ）是相当密切的预测。该 加了车轮的速度，这是内置的理论分析，为流体流动速度增强了强制对流的流体行为（图 7 ） 。该预测值为水性液体和矿物油的高于实测值。这种情况的原因可能是 流体速度低于轮速，因为粗工件表面纹理正在地面拖累流动 的 同时，实际的流体膜厚度可大于 由于存在流体入口楔图所示 4 。 4 。结论 这两种理论分析和实验测量表明 以前报告要高的多， 薄膜厚度又可以是一个功能的轮速，孔隙度，粒度，冷却液的粘度和流量。深磨削条件（缓进给和 ，上限价值的流体膜厚度，才能实现由于高冷却液供给的压力和流量。预测 削温度低于 45 8C ，因此温度依赖性的热性能 的液体没有任何显着影响 物理特性，如粘度和导热系数的磨削液似乎稍微增强效应的敏感性比工艺参数 初步研究表明，有可能估计 法。 鸣谢 作者要感谢的财政支持 从工程和自然科学研究理事会和克兰菲尔德 参考资料 1 (1974) 6:11771183. 2 , , , (1999) 8(1):247250. 3 , J, B (2003) of of 17:397407. 4 , (1992) 14(427434. 5 , , (1992) 14( 6166. 6 , , , (1982) in rc of 8(11):112. 7 C, H, Z (1996) On 18:332338. 8 Z (1998) 9 R, , W, r E. (1991) a 13(190197. 10 , J, (2002) of 16:357364. 11 S (1962) On of of 129154. 12 K, , (1997) of 6(1):227232. 13 J, (2003) , , , ( 1003:130121. 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 1 页 共 91 页 摘 要 本文在 降台铣床数控改造设计时主要从经济性、方便性、实用性、可靠性四方面因素出发，对 铣床进行了数控铣床机械系统设计，硬件及电路设计。使改造后的机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度 ;运动副之间的摩擦因数小，传动无间隙 ;功率大 ;便于操作和维修。 数控铣床机械系统设计包括伺服驱动系统的设计计算，滚珠丝杠螺母副的设计计算。进给传动系统设计中，拆除纵向、横向、垂向进给箱齿轮，在该处将手轮轴通过一对减速齿轮和纵向、横向及垂向步进电机相连。丝杠拆去，换上滚珠丝杠，并 由齿轮箱与滚珠丝杠连接，改造后的 铣床的定位精度为士 复定位精度为士 X、 Y 电机能够拖动工作台以 62300r/向、 数控系统是一个基于 用较小体积的单片机来实现一般的逻辑功能， 对进给系统的两个轴进行控制。 关键词：铣床，数控改造，步进电机，滚珠丝杠 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 2 页 共 91 页 on of as of on as of of no in s of of of In of he s it be a of is of is of of of in is a by on of is to of . NC 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 3 页 共 91 页 目 录 摘 要 . 1 . 2 第一章 前言 . 8 概述 . 8 通铣床数控化改造的条件 . 9 通铣床数控化改造的一般步骤 . 9 第二章 总体方案的确定 . 12 究意义 . 12 要研究内容及技术路线 . 12 床的经济型数控化改造主要解决的问题 . 12 械部分的改装 . 13 控系统的选择 . 14 第三章 主传动系统改造设计 . 16 定主轴传动功率 . 16 轴电动机的选择 . 17 传动的调速过程 . 18 第四章 伺服进给系统的设计 . 19 珠丝杠螺母副的设计和选用 . 19 承的选用和计算 . 28 步带轮传动的设计和计算 . 31 机的选择和计算 . 34 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 4 页 共 91 页 第五章 数控铣床的 制 . 37 气接口 . 37 床的安全互锁 . 38 . 40 第六章 数控机床的润滑系统 . 41 滑的作用 . 41 控铣床的润滑系统 . 41 结 论 . 43 致 谢 . 44 参 考 文 献 . 45 附录 1 . 46 附录 2 . 71 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 5 页 共 91 页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 6 页 共 91 页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 7 页 共 91 页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 8 页 共 91 页 第一章 前言 概述 随着现代工业的迅猛发展，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求，数控机床已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。目前大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是普通机床，机床数控化比较低。如果大量添置全新的数控机床，不仅资金投入量大、成本高，而且又会造购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 9 页 共 91 页 成原有设备的闲置浪费。把普通机床改造为数控机床则不失为一条提高数控化率的有效途径。普通机床的数控化改造，就是在机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。这种机床改造花费少，改造针对性强，时间短 ，改造后的机床大多能克服原有机床的缺点和存在的问题，生产效率高。 在实际生产中铣床的应用十分广泛，主要用于加工平面或成形表面。例如，在立式铣床上加工圆弧、凸轮一类的平面曲线时，就要借助于圆工作台、分度头等机床附件，并对机床进行相应调整。加工精度较低，机床调整困难。所以对铣床进行数控化改造的实际应用有很多，改造的目的一方面提高加工精度，另一方面可以利用数控方法加工任意圆弧面和凸轮的曲面。 通铣床数控化改造的条件 并不是所有的旧机床都适合于数控改造。改造的机床应具备如下几个条件： （ 1）机床基础件必须 有足够的刚度 数控机床属于高精度机床，要求有很高的移动精度。通常闭环系统的脉冲当量为 环系统的脉冲当量为 的定位精度和轮廓加工精度要求机床的基础件具有很高的动、静刚度。基础件刚性不好则受力后容易变形，且这种变形具有很大的不确定性，无法用数控系统中的补偿功能进行补偿。因此，基础件刚性不好的机床不适宜改造为数控机床。 （ 2）改造费用合适、经济性好 机床改造费用分为机床和电气两部分。一方面是维修和改动原有机床部分，更换已磨损的部件；另一方面是更换原有机床控制柜，用新的 数控系统和强电装置代替。改造费用与原有机床零件的利用多少有关，也与采用何种控制系统有关。由于经济上的考虑，目前通常采用步进驱动的经济型数控系统进行机床改造。改造总费用多少才算合适要因用户而异。一般来说，不超过同类规格设备价格的一半，在经济上就算合适。 通铣床数控化改造的一般步骤 （ 1）旧机床的设备选型 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 10 页 共 91 页 通常对一台旧机床，是否需要进行数控化改造，首先应对设备进行基础估价，这也就是设备选型。以判断该设备是否具有改造价值，改造后能不能满足要求，改造成功的可能性等，这些都与设备的选择密切相关，所以选型是设 备改造的首要环节。 （ 2）确定改造的技术方案 设备选择确定后，就要制定、落实明确的技术改造方案。通常需要从以下两个方面论证；一是明确该设备改造后的加工对象及预期目标；二是资金投入的估算。上述两项的确定，最好综合考虑，因为投入的改造费用主要与以下几点有关。 数控系统的选择。 机床本身固有几何精度的修复及保养。 机床电器及附件的更换。 机床辅助系统（主轴系统、液压系统、冷却系统等）的维修及保养。 机床外观质量的修复。 机床改造的技术劳务费用。 机床改造后的综合调试、检测、参数补偿等。 （ 3）改造前 的准备工作 技术改造方案确定以后，应对机床进行检测，若机床精度低，就必须对机床本身的精度进行恢复。主要有两方面：一是机械进度的恢复；二是电气部分的恢复。如主轴精度的恢复、机床导轨精度的恢复（平行度、垂直度等），以提高传动精度和效率。对机电系统、液压系统、机械接口进行测绘、设计、制造、修复、保养。同时要做好对改造机床机械及电气部分的准备工作，如数控系统及相应配置的准备、机械改造条件（传动箱连接件、滚珠丝杠等）的准备。 （ 4）机床的改造 包括对机床改造部分的现场施工、安装和连接；机床联调实验；机床及控制系统各部 分功能联动实验；工作可靠性运行；机床定位精度、重复定位精度、各种补偿功能的调试；机床的加工切削实验。 （ 5）改造完成后的验收 一般验收要做以下工作：外观检查、机床及系统的各种功能检测、机床精度检测（定位精度、重复定位精度等）、机床的负荷实验、标准试件的切削、典型购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 11 页 共 91 页 零件的加工等。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 12 页 共 91 页 第二章 总体方案的确定 企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控 机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。普通车床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且费用较高。因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。 数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实 用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达 (1)纵向和横向滚珠丝杠的选型及校核。 (2)纵向和横向步进电机的选择。 (3)主轴交流伺服电机的选择与校核。 (4)其他元件的选择。 床的经济型数控化改造主要解决的问题 (1) 恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。 (2) 普通机床上加数显装置， 或加数控系统，改造成 (3) 翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 13 页 共 91 页 对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的 统以最新 (4) 技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。 而将一台 立式升降台铣床改造成数控铣床，改造目的主要能完成铣、镗、钻等切削运动，能在没有模板的情况下完成凸轮、样板、模具等形状复杂零件加工。 所要达到的技术要求：主轴转速 80 r/r/提高其自动化程度，或者批量相对集中，需在 加工过程中自动变换切削速度。如何将机械传动的进给改造成数控系统控制的自动进给，还应具有更好的精度要求。驱动部件具有高性能，伺服电机要可靠，输出力矩要大，高低速性能要好，系统具备手动回机械零点功能，机床的定位精度和重复定位精度要高，能在不需要模具的情况下能确保零件的加工精度。 为了满足主传动的要求，需更换原有的主轴电机；对进给系统而言，将原来的手动进给的手柄、刻度盘、轴承、轴承支座、普通丝杠、螺母支座 等零件拆除。为了满足高的定位精度和重复定位精度，需将在原来的导轨表面粘接聚四乙烯软带，对其表面还要进行铲、刮，才能到达所需的精度要求。 为了充分发挥数控系统的技术性能，保证改造后的车床在系统控制下重复定位精度，微机进给无爬行，使用寿命长、外型美观，机械部分作了如下改动。 （ 1）床身 为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零件、部件的耐磨性，尤其是机床导轨的耐磨性。 增加耐磨性的方法有 1，增加导轨的表面强度如：淬火； 2，降低摩擦系数 等。 当前国内外数控机床的床身等大件多采用普通铸铁。而导轨则采用淬硬的合金钢材料，其耐磨性比普通铸铁导轨高 5至 10倍。据此，在改造中利用旧床身，采用 淬火 制成导轨 ，贴塑 用螺钉和粘剂固定在铸铁床身上。 粘接前的导轨工作表面采用磨削加工，表面粗糙度 提高粘接强购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 14 页 共 91 页 度。 (2) 主轴变速箱 选用数控系统 ,主运动方式和传统机床一样都要求有十分宽广的变速范围 （ 1 16） 来保证加工时选择合理的切速，从而获得较高的生产率和表面质量 ,所以要根据具体情况对主轴边速箱进行改造。 (3) 拖板 拖板是数控系统直接控 制的对象，不论是点位控制还是连续控制，对被加工零件的最后坐标精度将受拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。对于应用步进电机作拖动元件的开环系统尤其是这样。因为数控系统发出的指令仅使拖板运动而没有位置检测和信号反馈，故实际移动值和系统指令值如果有差别就会造成加工误差。因此，除了拖板及其配件精度要求较高外，还应采取以下措施来满足传动精度和灵敏度要求。 在传动装置的布局上采用减速齿轮箱来提高传动扭矩和传动精度 (分辨率为 (4) 自动换刀装置 为了满足在一台机床上一次装夹完成多工序加工， 可 采用自动刀 架。自动刀架不但可代替普通车床手动刀架，还可用作数控机床微机控制元件。刀架体积小，重复定位精度高，适用于强力车削并安全可靠。 (5) 拖板箱 采用数控系统控制。拆除原拖板箱，利用此位置安装新拖板箱，新拖板箱除固定 在 滚珠丝杠的螺母 上 。挂轮箱、走刀箱拆除，在此两个位置分别装控制螺纹加工的主轴脉冲编码器和拖板轴向伺服元件功率步进电机及减速箱。使改造后的机床外型美观、合理。改造后机床的启动、停机均由数控系统完成，故拆除原机床操纵杆，变向杠、立轴等杠杆零件。 数控系统主要有三种类型，改造时 ，应根据具体情况进行选择。 (1)步进电机拖动的开环系统系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称该之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构 简单，调试维修购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 15 页 共 91 页 方便，工作可靠，成本低，易改装成功。 (2)异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统 。该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标 。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。 （ 3）交 /直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统 。半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。 当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国 司、日本 内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集 团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求 ,所以依据改造的具体要求选用上海通用数控公司 济型车床数控系统和 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 16 页 共 91 页 第三章 主传动系统改造设计 对普通铣床进行数控改造时，为提高其自动化程度，或者批量相对集中，需在加工过程中自动变换切削速度，可用双速电机代替原铣床的主电动机。一般采用由直流或交流调速电动机作为驱动的电气无级调速。但由于数控铣床的运动调速范围较大，单靠调速电机无法 满足这么大的调速范围，另一方面调速电机的功率扭矩特性也难于直接与机床的功率和转矩要求相匹配。为扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也可以用齿轮有级调速和电动机的无级调速相结合的调速方式，以满足机床要求的调速范围和转矩特性。 定主轴传动功率 数控铣床的加工范围一般都比较大，所传动的额定功率可以根据典型切削工艺的情况计算，根据设计的铣床主要的加工范围，查机床设计手册确定如下典型加工工艺：用高速刚圆柱平刀铣削灰铸铁工件平面，刀具直径 D=100齿数为 5，工件材料为 度 190削 速度 v =20.5 进给速度为120 背吃刀量 5，切削宽度为 65。 n = 000 （ 3 式中 n 主运动的转速（ v 切削速度（ D 刀具的最大直径（ 代入数值得： n =65r 每齿进给量 010 12 0 根据典型切削工艺公式： z 切 （ 3 式中： t 切削厚度，即被吃刀量（ 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 17 页 共 91 页 每齿进给量（ B 切削宽度（ Z 刀具齿数 材料硬度 代入数值得： 传动的总效率一般可取为 =控机床的主传动多用调速电机和有限的机械变速传动实现，传动链较短，因此效率可取较大值，由此可求得主轴传递的功率为： 切轴电动机的选择 现在数控铣床常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。本设计中采用交流调速电动机，它是靠调节供电频率的办法调速。因此，常称为调频主轴电动机。这种电机的功率、转矩特性见图 3常，额定转速 500r/定转速向上至最高转速 图所示区域；额定转速 图所示区域。 图 3矩特性 恒功率区； 恒转矩区 这种电机由于体积小，转动惯性小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，磨损和故障也少。现在，在中、小功率领域，交n m a xn dn m i WP 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 18 页 共 91 页 流调速电动机占优势，应用更加广泛。 传动的调速过程 为了实现数控铣床的无级变速，本机床的主轴电机采用双速电机，通过双速开关可实现主轴正转高速，低速和反转高速， 低速四档功能，而每一种功能状态下，又可通过机械齿轮变速达到调整的目的。当手柄处于 电动机由宝塔式带轮带动同步带轮进行减速再经小齿轮和大齿轮减速带动主轴旋转；当手柄处于 离合器吸合，小齿轮和大齿轮脱离，主电动机由宝塔式带轮直接带动主轴旋转，从而达到调整的目的。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 19 页 共 91 页 第四章 伺服进给系统的设计 根据设计的目的，将原来的手动进给改换成由电机经同步带轮带动丝杠进行控制，为提高传动精度和工作平稳性将普通丝杠改换成滚珠丝杠传动。与普通丝杠相比滚珠丝杠具有以下优点：摩擦力低及效率高，其传动扭矩只有普 通丝杠的1/3，所以滚珠丝杠的机械效率远高于普通丝杠，即使在低速情况下也不会出现爬行现象。滚珠丝杠可以完全消除丝杠与螺母之间的间隙并可实现滚珠的预紧，因而轴向刚度高，反向时无空行程，定位精度高。与普通丝杠相比，滚珠丝杠的使用寿命是普通丝杠的 4 10倍。 根据铣床的机械结构特点和加工需要，选择内循环方式的滚珠丝杠，其内循环滚珠的回路短，滚珠数目少，流畅性好，摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸紧凑，轴向刚度高。 珠丝杠螺母副的设计和选用 滚珠丝杠螺母副的计算 本文所改造的铣床需将三个轴都 用数字控制，对 X、 Y、 珠丝杠螺母副是将电机的旋转运动转化为工作台的直线运动。首先计算 其进行分析。 （ 1）工作台 1）切削力的估算 切削力由刀具的材料、铣削工件的材料、切削用量等许多因素决定。但还可以从已知机床的电动机的功率和主轴上传动的功率反推出工作台进给时的铣削力。该机床进给传动的功率较小，可在主传动功率上乘以一个系数 k。由机床设计手册查得铣床 k 为 主传动功率包括切削功率 空 载功率 附加功率 部分，即总功率： 空载功率是机床无切削负载时主传动系统空载所消耗的功率，对于一般轻载、高购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 20 页 共 91 页 速的中、小型机床，可达总效率的 50%，现取 。 附加功率 指有了切削载荷后所增加的传动件的摩擦功率，它直接与载荷大小有关。可用下式计算，即 P )1( ，所以总功率为 1( （ 4 则 2 5.0 4 在进给传动中的切削功率 2 4 主轴上的传动功率为 动机功率为 69 切削时主轴上的转矩为 ).(97 400 （ 4 主轴上的转速有 8 种 ，先用最低转速 n=80 入，则主轴上最大转矩为 ).( 铣刀的最大直径为 32，主切削力 28 2 主切削力 间的比值由机床设计手册查得 2852N，垂直分力 主切削力 间的比值为 F / =F /= 2852=2139（ N） 2）滚珠丝杠承载能力的计算 当量动载荷 用滚珠丝杠直径 ，必须保证丝杠工作时，在一定的轴向购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 21 页 共 91 页 载荷作用下，丝杠在运转 610 转后，在它的滚道上不产生疲劳点蚀现象。这个轴向负载的最大值 为该滚珠丝杠副所能承受的最大当量动载荷 燕尾形导轨： )2( （ 4 式中 切削分力（ N）； W 移动部件的重量（）； f 导轨上的摩擦因数 K 考虑颠覆力矩影响的实验系数。 本文中机床导轨为燕尾滑动导轨，表面粘接聚四乙烯软带，查机械设计手册可取K=f =作台质量 工件与夹具的最大质量为 将数据代入式中： 2852 2 2139 2852 350 =（ 1/2 1/3） （ 1/2 1/3） 取 丝杠平均转速： m 56 0 01 0 0 0 0 式中 最大切削力下的进给速度（ 滚珠丝杠导程（ 工作寿命，单位为 610 r：66 101500025601060 1/33 （ 4 式中 运转系数，无冲击取 冲击取 精度系数，精度为 1、 2、 3级时 1，精度为 4、 5、 6级时 轴向平均载荷（ N） 查滚珠丝杠产品样本中与 近的额定动载荷 使得 然后由此确定滚珠丝杠副的型号和尺寸。查滚珠丝杠产品样本，选择 N,丝杠直购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 22 页 共 91 页 径为 32程为 6步选择丝杠型号为 903/1060。 最大静载荷 当滚珠丝杠在静态或低速情况下工作时，滚珠丝杠副的 破坏形式主要是滚珠与滚道型面在接触点上产生塑性变形，当塑性变形超过一定限度就会使滚珠丝杠无法正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径 万分之一。此时的轴向负载 为额定静载荷。选用时应使相应的滚珠丝杠的额定静载荷满足如下条件： （ 4 式中 滚珠丝杠的最大轴向工作载荷； 静态安全系数。一般 f =1 2，当有冲击时 f =2 3。 所选丝杠的静载荷为 N， 2，代入式中得： 4 9 而 49002 m i nm a x N 远远小于额定静载荷 满足上述条件。 稳定性验算 细长丝杠在受压缩载荷时，不会发生失稳的最大压缩载荷为临界载荷 N） = m） （ 4中 0d 丝杠公称直径， m 滚珠直径， m Nl 4 5 410204216 （ 4 式中 2d 丝杠底径， m 0L 丝杠最大受压长度， m 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 23 页 共 91 页 1f 丝杠的支承方式系数，见表 4 4滚珠丝杠的支承方式系数 支承方式 一端固定一端自由 （ 两端浮动 （ 一端固定一端游动 （ 两端固定 （ 1f N），满足条件：2042110m a x (4 临界转速 对于高速长丝杠有可能发生共振，需验算临界转速，不会发生共振的最高转速为临界转速 ) 991 0 =4439r/ (4式中 2f 丝杠支承方式系数 临界转速计算长度，自由端或浮动端到螺母的最大距离（ m） 丝杠的最大转速 000 符合条件 根据上述验算此型号滚珠丝杠符合要求，因此 X 向滚珠丝杠选择型号为903/1060。 （ 2）工作台 对于 向基本相同。首先对切削力进行估算，然后根据当量动载荷 最大静载荷初选滚珠丝杠的型号，最后对所选型号的滚珠丝杠进行刚度验算。若符合要求就选定此型号滚珠丝杠，若不符合要求则按上述步骤进 行重新选择。 上面已经对切削力进行了估算，这里就不需要重复计算。接下来就计算当量动载荷 最大静载荷初选滚珠丝杠的型号。 Y 向移动部件的重量不仅包括工作台、夹具和工件的质量，还需加上床鞍的重量。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 24 页 共 91 页 所以 W=（ 100+250+45） 871（ N） 机械设计手册可取： K=f =向平均载荷： )2( (4=2852 2 2139 2852 3871） =N） 最大切削力下的进给速度： （ 1/2 1/3） （ 1/2 1/3） 杠平均转速： m 56 0061 0 00 (4工作寿命，单位为 610 r： 5 0002560 6 L(4 运转系数，无冲击取 冲击取 精度系数，精度为 1、 2、 3级时，精度为 4、 5、 6级时 查机械设计手册得： f = 则 (4查滚珠丝杠产品样本中与 近的额定动载荷 使得 然后由此确定滚珠丝杠副的型号和尺寸。查滚珠丝杠产品样本，选择 N,丝杠直径为 32程为 6步选择丝杠型号为 450/530。 最大静载荷 所选丝杠的静载荷为 N，查机械设计手册得：，代入式中得：
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