电子论文-X62W铣床的数控化改造.pdf

X62W 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 在主电动机端面加一电磁离合器 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一对齿轮驱动 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 G 100 200 300kg 2 切削力计算 切削功率为 Nc N K 1 式中 N 主电动机功率 7 5kW 主传动系统总效率 一般为 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 Nc 4 32kW 又因为Nc FzV 6120 则Fz 6120Nc V V为切削线速度 取 100mm min 所以主切削力Fz 2 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 6Fz 1 55kN F垂 0 45Fz 1 165kN F横 0 5Fz 1 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 K 1 1 F横 横向切削分力f 导轨上的摩擦系数 f 0 15 W 工作台 床鞍和回转盘重力 W 10G 3kN 根据式 2 可得 F轴 2 049kN a 强度计算 滚珠丝杠的转速 n Vf p 其中 进给速度Vf 60mm min 滚珠丝杠的螺距p 6mm 则得 n Vf p 10r min 取寿命时间T 15000h 则寿命值L1 60nT 106 9 取运转系数fw 1 2 硬度系数 fH 1 1 则最大负载Q L 1fwfHF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 一圈二列 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 7 10 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 p 0 01mm 脉冲 选用步距角 b 0 75 b 启动力矩的计算 丝杠牵引力 Fs F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 Fs 1 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 M F负L 4 又F负 Fs W F1 数控装置发出一个脉冲后 工作台的位移量L为一个脉冲当量 0 001cm 这时 电动机转过的角度 2 b 360 代入式 4 得 M F负L 360 p Fs G F1 2 b 167N cm 式中 机床导轨摩擦系数 取 0 18 F1 与重力方向一致 作用在移动部件上的负载力 F1 F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Mq M 0 3 0 5 取安全系数为 0 3 Mq 556N cm 对于工作方式为四相八拍的步进电动机 Mmax Mq 0 707 786N cm c 步进电动机的最高频率 取横向进给速度最大为Vmax 1m min 则步进电动机的最高频率为fmax 1000Vmax 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一对齿轮的传 动比为 I Z1 Z2 p 360 b p 0 8 选Z1 48 Z2 60 根据经验 齿轮模数取 1 5mm 3 数控系统硬件设计数控系统硬件设计 所用数控系统是我们最近开发的 BKC2 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