XA5132升降台铣床的数控化改造【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第1页共92页摘要本文在XA5132升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XA5132型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。XA5132型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XA5132型铣床的定位精度为士001MM，重复定位精度为士0005MM。X、Y电机能够拖动工作台以62300R/MIN的切削进给速度进行X向、Y向运动。数控系统是一个基于SINUMERIK802C单片机的数字型控制系统。采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，滚珠丝杠买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第2页共92页ABSTRACTBASEDONTHEASPECTSOFTHEIMPROVEMENTONXA5132MILLINGMACHINEASFOLLOWSTHEECONOMY，CONVENIENCE,FUNCTIONANDRELIABILITYTHISDISSERTATIONCONDUCTSTHESYSTEMATICDESIGNANDHARDWARECIRCUITDESIGNTHESEWORKIMPROVETHEFUNCTIONSOFMILLINGMACHINEONSOMEASPECTSASFOLLOWSTHELARGESTATICANDDYNAMICSTIFFNESSOFTHEMECHANICALDRIVEPARTS，THELITTLEFRICTIONFACTOROFTHEMOTIONPAIRS，NOCLEARANCEINDRIVING，THELARGEPOWERANDTHECONVENIENTOPERATIONANDMAINTENANCETHESYSTEMDESIGNSOFXA5132NUMERICALMACHINESMECHANICALINCLUDETHEDESIGNANDTHECALCULATIONOFTHEDESIGNANDTHECALCULATIONOFTHESERVODRIVESYSTEM,OFTHELEADSCREWNUTPAIRINTHEDESIGNOFHEFEEDMOTIONSDRIVESYSTEM，ITSHOULDBEREMOVEDTHATTHELONGITUDINALANDTHETRAVERSEANDTHEVERTICALFEEDCHANGEGEARSJOINTTHEHANDLEWHEELAXELWITHTHEVERTICALSTEPPINGMOTORTHROUGHAPAIROFREDUCTIONGEARTHERE,THEBALLSCREWISUSEDINSTEADOFTHELEADSCREW,WHICHISCONNECTEDWITHTHEGEARBOXACCURACYOFPOSITIONOFTHEIMPROVEDXA5132MILLINGMACHINEIS士001MM,ITSPRECISIONOFREPEATABILITYIS士0005MMTHEMOTORSFORXANDYDIRECTIONSINTHESPEEDOF62300R/MINTHENUMERICALSYSTEMISADATACONTROLSYSTEMDESIGNEDBYMODELBLOCKBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTEROFSINUMERIK802CTHESINGLECHIPMICROCOMPUTEROFSMALLERVOLUMEISADOPTEDTOREALIZETHEORDINARYFUNCTION,COMMANDTHELOCOMOTIONOFTHEXANDYKEYWORDSMILLINGMACHINE,NCINNOVATION,STEPPINGMOTOR，BALLBEARINGTHREADSTICK买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第3页共92页目录摘要1ABSTRACT2第一章前言511概述512普通铣床数控化改造的条件513普通铣床数控化改造的一般步骤6第二章总体方案的确定821研究意义822主要研究内容及技术路线823机床的经济型数控化改造主要解决的问题824机械部分的改装925数控系统的选择10第三章主传动系统改造设计1231确定主轴传动功率1232主轴电动机的选择1333主传动的调速过程14第四章伺服进给系统的设计1541滚珠丝杠螺母副的设计和选用1542轴承的选用和计算2443同步带轮传动的设计和计算27买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第4页共92页44电机的选择和计算30第五章数控铣床的PLC控制3351电气接口3352铣床的安全互锁3453XA5132升降台控制系统36第六章数控机床的润滑系统3761润滑的作用3762数控铣床的润滑系统37结论39致谢40参考文献41附录142附录267买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第5页共92页买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第6页共92页买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第7页共92页买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第8页共92页第一章前言11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，而且买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第9页共92页又会造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。12普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0001MM，开环系统的脉冲当量为0005MM或001MM。高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。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第10页共92页13普通铣床数控化改造的一般步骤（1）旧机床的设备选型通常对一台旧机床，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。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第11页共92页（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、典型零件的加工等。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第12页共92页第二章总体方案的确定21研究意义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001至002MM，22主要研究内容及技术路线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。23机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。2NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第13页共92页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，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CNC系统以最新CNC进行更新。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XA5132型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80R/MIN5440R/MIN，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。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。24机械部分的改装（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。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第14页共92页粘接前的导轨工作表面采用磨削加工，表面粗糙度RA08MM，以提高粘接强度。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（116）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001MM。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。25数控系统的选择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买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第15页共92页度，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SIEMENS公司、日本FANUC公司；国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KT400T经济型车床数控系统和KT300步进驱动装置买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第16页共92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。31确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D100MM，刀齿数为5，工件材料为HT200，硬度190HBS，切削速度205，进给VMIN速度为120，背吃刀量5，切削宽度为65。MINAP（3DV101）式中N主运动的转速（）SRV切削速度（）MD刀具的最大直径（MM）代入数值得65RMINN则每齿进给量MZFSZ1803912根据典型切削工艺公式买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第17页共92页19010827409HBNZSTPZ切（32）式中T切削厚度，即被吃刀量（MM）每齿进给量（MM）SZB切削宽度（MM）Z刀具齿数HB材料硬度代入数值得P切176KW主传动的总效率一般可取为070085,数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KW280761切P32主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31。通常，额定转速为ND1500R/MIN，额定转速向上至最高转速恒功率，如图所示区域；额定转速NMAX至最低转速为恒转矩，如图所示区域。NDMIN图31交流电动机的功率、转矩特性MAXDMINP/KWA买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第18页共92页恒功率区；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，交流调速电动机占优势，应用更加广泛。33主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OUT时离合器脱离，主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IN时离合器吸合，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。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第19页共92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410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。41滚珠丝杠螺母副的设计和选用411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、Z向的滚珠丝杠都要进行计算与分析，滚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X向的滚珠丝杠，对其进行分析。（1）工作台X向进给部分的改造计算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085。主传动功率包括切削功率，空载功率，附加功率三部分，即总功率CPMOMCPMCOCP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、买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第20页共92页高速的中、小型机床，可达总效率的50，现取。PMO50附加功率是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MCP大小有关。可用下式计算，即，所以总功率为CMCP1（4CC1501）则（42PC2）在进给传动中的切削功率（4250PKA3）主轴上的传动功率为145KW，电动机功率为22KW，则602451（KW）988CTP切削时主轴上的转矩为9740CMNNMAN（44）主轴上的转速有8种，先用最低转速N80代入，则主轴上最大转矩MINR为621097CNN铣刀的最大直径为32，主切削力28536CF铣削加工时铣削进给力与主切削力之间的比值由机床设计手册查得1012,FCFF115,则2852N，垂直分力与主切削力之间的比值为07508，取CFFFFNFCCFN/075，则CFN/买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第21页共92页07528522139（N）FNF2）滚珠丝杠承载能力的计算当量动载荷选用滚珠丝杠直径时，必须保证丝杠工作时，在一定的轴向MCOD载荷作用下，丝杠在运转转后，在它的滚道上不产生疲劳点蚀现象。这个轴610向负载的最大值即为该滚珠丝杠副所能承受的最大当量动载荷。MMC燕尾形导轨（42WFFKFCP5）式中、切削分力（N）；FPCW移动部件的重量（）；导轨上的摩擦因数FK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K14004，工作台质量，工件与夹具的最大质量为。FKG10KG250将数据代入式中142852004（22139285235098）44152NMF（1/21/3）（1/21/3）0350120175SVMAXVMIN取015SIN丝杠平均转速IN/2561010RVSL式中最大切削力下的进给速度（）SVMI滚珠丝杠导程（MM）OL工作寿命，单位为R225610661052NTL则1348KN（46）/425/33AWMFFC式中运转系数，无冲击取1215，有冲击取1525；WF精度系数，精度为1、2、3级时1，精度为4、5、6级时09；AAFAF买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第22页共92页轴向平均载荷（N）MF查滚珠丝杠产品样本中与相近的额定动载荷，使得，然后由此确MCACMA定滚珠丝杠副的型号和尺寸。查滚珠丝杠产品样本，选择14318KN,丝杠直径为32MM，导程为6MM，初步选择丝杠型号为FZ32063P3903/1060。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的万分之一。此WD时的轴向负载称为额定静载荷。选用时应使相应的滚珠丝杠的额定静载荷满OAC足如下条件（4SOAFFMX7）式中滚珠丝杠的最大轴向工作载荷；AX静态安全系数。一般12，当有冲击时23。SFFF所选丝杠的静载荷为40699KN，2，代入式中得SFKNFCSOA34952064而N4902831MINMAXFFM远远小于额定静载荷，满足上述条件。OAC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）ERF321231750028（M）（4WDD21028）式中丝杠公称直径，M滚珠直径，MW买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第23页共92页NLDFFER14507281043104326（49）式中丝杠底径，M2丝杠最大受压长度，M0L丝杠的支承方式系数，见表431F表43滚珠丝杠的支承方式系数支承方式一端固定一端自由（FO）两端浮动（SS）一端固定一端游动（FS）两端固定（FF）1F025100200400而34584（N），满足条件410MAXF2041MAX3LDFFER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。INRC4439R/MIN411227508391910CNALDFN式中丝杠支承方式系数F临界转速计算长度，自由端或浮动端到螺母的最大距离（M）C丝杠的最大转速3000，符合条件。MAXNINRCRNMAX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FZ32065P3903/1060。（2）工作台Y向进给部分的改造计算对于Y向的滚珠丝杠的计算与X向基本相同。首先对切削力进行估算，然后根据当量动载荷和最大静载荷初选滚珠丝杠的型号，最后对所选型号的滚MC珠丝杠进行刚度验算。若符合要求就选定此型号滚珠丝杠，若不符合要求则按买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第24页共92页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和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MC工作台、夹具和工件的质量，还需加上床鞍的重量。所以W（10025045）983871（N）机械设计手册可取K14004F轴向平均载荷4122WFKFCPFM142852004（2213928523871）3992848004447284（N）最大切削力下的进给速度（1/21/3）（1/21/3）SVMAXV0350120175M/MIN取015M/MINSV丝杠平均转速413IN/2561010RVSN工作寿命，单位为R4146L运转系数，无冲击取1215，有冲击取1525；WF精度系数，精度为1、2、3级时1，精度为4、5、6级时09；AAFAF查机械设计手册得121F则KN4156591328475233AWMFFLC查滚珠丝杠产品样本中与相近的额定动载荷，使得，然后由此确MCACMA定滚珠丝杠副的型号和尺寸。查滚珠丝杠产品样本，选择14318KN,丝杠直径为32MM，导程为6MM，初步选择丝杠型号为FZ32065P3450/530。最大静载荷所选丝杠的静载荷为40699KN，查机械设计手册得2，代入式中得SF买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第25页共92页KNFCSCA34952064而4900N远远小于额定静载荷，满足。MAXFOACSOAFCFMX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）ERF丝杠底径321231750028（M）WDD2102查表43得2F临界载荷N4161450702814310432CERLFF而34584（N），满足条件417MAXF201MAX3LDFFER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。INRC查手册得32F临界转速MIN/439750283919102RLDFNCA丝杠的最大转速3000，符合条件。MAXINRCRAX到此完成Y向滚珠丝杠的计算，经验算此型号滚珠丝杠符合要求，因此Y向滚珠丝杠选择型号为FZ32065P3450/530。（3）Z向进给部分改造计算根据X、Y向滚珠丝杠的计算过程，可推出Z向滚珠丝杠的型号。在这里Z向滚珠丝杠就不作详细的计算，同理可得Z向滚珠丝杠的型号为FZ40055P3198/284。412滚珠丝杠的安装与选用（1）为了满足加工精度的要求，对原来X、Y向滚珠丝杠共用一个螺母座，这样放置要达到所需的加工精度很困难。需将X、Y向滚珠丝杠各配置一个螺母买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第26页共92页座，Y向滚珠丝杠还放置在原来的位置上；X向滚珠丝杠在导轨靠右边安放。在安装前首先要选好测量精度的仪器，这里选择丝杠表。在安装X向丝杠时轴承是已经安装好的，把丝杠装进轴承里把先调试好的挂角用螺钉预紧。由于机床在工作时主要以导轨面作为行为轨迹，所以在调试丝杠时采用滑块作为移动体。把丝杠表粘和在滑块上以导轨面作为基准面，移动滑块把表针对准丝杠慢慢移动滑块。按照国家的机床安装标准丝杠误差范围在002以内。在校对丝杠时主要从两个方面检测一是丝杠的上母线，此时的表针因该与丝杠上母线是垂直状态；二则是从丝杠的侧母线考虑。在使用丝杠表时要灵活地应用，旋转丝杠表要使表针与丝杠处于正确的接触点。来回移动滑块观察丝杠表的走针情况，并切用铜棒轻轻敲击达到误差的精度在002范围之内，然后开始固定挂角从而达到固定丝杠。用同样的方法可以安装固定好Y、Z轴。（2）在经济型数控铣床的进给系统中，螺旋传动主要用来实现精密进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。滚珠丝杠副传动是在具有螺旋滚道的丝杠和螺母间放入适当数量的滚珠。这些滚珠作为中间传动件，使螺杆和螺母之间的摩擦由滑动摩擦变为滚动摩擦的一种传动装置。它由丝杠、螺母、滚珠及滚珠循环返回装置等四个部分组成。当螺杆转动螺母移动时，滚珠则沿螺杆螺旋滚道面滚动，在螺杆上滚动数圈后，滚珠从滚道的一端滚出并沿返回装置返回另一端，重新进入滚道，从而构成闭和回路。而滚珠丝杠副传动的特点A传动效率高，摩擦损失小。B给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。C启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。D有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。E磨损小，使用寿命长，精度保持性好。F制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度值特别小，故制造成本高。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第27页共92页G不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于中立的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，所以需要添加制动装置。为了满足高精度、高刚度进给系统的需要，必须充分重视滚珠丝杠副支承的设计滚珠丝杠副的支承方式A一端固定一端自由A丝杠的静态稳定性和动态稳定性都很低。B结构简单C轴向刚度小D适用于较短的滚珠丝杠安装和垂直的滚珠丝杠安装B两端铰支A结构简单B轴向刚度小C适用于对刚度和位移精度要求不高的滚珠丝杠安装D对丝杠的热伸长较敏感E适用于中等回转速度C一端固定一端铰支A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B结构稍复杂C轴向刚度大D适用于对刚度和位移精度要求较高的滚珠丝杠安装E推力球轴承应安置在离热源（步进电机）较远的一端D两端固定A丝杠的静态稳定性和动态稳定性最高，适用于高速回转B结构复杂，两端轴承均调整预紧，丝杠的温度变形可转化为推力轴承的预紧力。C轴向刚度最大D适用于对刚度和位移精度要求高的滚珠丝杠安装E适用于较长的丝杠安装买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第28页共92页综上所述，本设计中滚珠丝杠副支承方式由原来的一端固定、一端悬空，变为一端固定，一端径向支承。关于滚珠丝杠副轴向间隙的调整，由于滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙，为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。消除间隙的方法采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，预紧力大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。此外，还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。413滚珠丝杠螺母副的支承方式为提高传动刚度，选择合理的支承结构并正确安装很重要。滚珠丝杠主要承受轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重，因此滚珠丝杠的轴向精度和刚度要求较高。常见的丝杠安装有以下几种形式图42滚珠丝杠支承方式根据改造设计要求X、Y向滚珠丝杠较长且卧式安装，还为了防止热变形造成丝杠伸长。因此X、Y向滚珠丝杠支承方式采用一端轴向固定，一端浮动的支承方式，如图42C所示。这种支承形式的特点是安装时需保持螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难；丝杠的轴向刚度和一端固定，一端自由的相同；压杆稳定性和临界转速比同长度的一端固定，一端自由的高；丝杠有热膨胀的余地即丝杠固定端承受径向力和两个方向的轴向力，而另一端只承受径向力，并能作微量轴向浮动。而Z向滚珠丝杠较短、行程小、转速较低且竖直安放，为满足上述要求。Z向买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第29页共92页滚珠丝杠支承方式采用一端轴向固定，一端自由的方式，如图42A所示。这种支承形式结构简单，但丝杠的轴向刚度不高。42轴承的选用和计算本文所设计的轴承主要用于滚珠丝杠的支承，在承受轴向载荷的同时，还承受不太大的径向载荷。首先以X向轴承为例，根据滚珠丝杠的支承方式，一端选用单列角接触轴承的背对背的组合方式，另一端选用圆柱滚子轴承。查轴承手册得7006C型轴承基本额定动载荷CR152KN，102KN。ORC7006AC型轴承基本额定动载荷CR145KN，985KN。R421轴承的载荷计算（1）确定径向载荷1RFKNLFR8270521FR图43支承结构（2）由值查图44，找出相应的值。1COTRAFB1查表得到此型号轴承即09605COT186902COT1RA418查图可知03B1买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第30页共92页147301B图44与之对应值1COTRAFB1（3）确定径向载荷2RFKNBLFR85147012422轴承的派生轴向力计算查机械设计手册得，单列角接触轴承的派生轴向力为S，则REF0518209KNS1REF051850925KN2R423轴承的轴向载荷计算轴承外加的轴向力2KNAF092522925KN2SA1S所以轴承被“压紧”，轴承被“放松”，故2925KNA12AF0925KNSB1买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第31页共92页424轴承的当量动载荷计算查机械设计基础得载荷系数15PF轴承的当量动载荷1P50628195EFR查机械设计手册得044，11X1YY150441821292556KN1PPF1RAF轴承的当量动载荷2P05E052RAF89150查机械设计手册得1，02X2Y151852775KN2PPF2R425验算两轴承的寿命由于轴承是在正常温度下工作，T120，查表机械设计手册得1TF球轴承3，则轴承I的寿命HPCFNLZRTH531610104652419轴承的寿命HFNZRTH5362621010297510420综上所述，轴承满足5年，一年工作300天、每天24小时的寿命，不必重新选择。而对Y、Z向的轴承选用与X向计算一样，在这里就不作详细的计算。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第32页共92页43同步带轮传动的设计和计算431确定梯形齿同步带轮的基本参数（1）确定设计功率设计功率P,其中为载荷修正系数ADKPAK根据已知工作条件查表取2,则P07515KWDPAK（2）选择带形和节距根据15KW和电机转速查表确定为L型，节距9525MMDDP（3）传动比的选择带传动是一种最常见的机械传动形式，它的主要用传递转矩和改变转速。大部分带传动是依靠扰性传动与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的，铣床方面的传动还有电机直连式，在此选择了带传动的方式，带传动简单，而且效率高，选择的传动比2I（4）小带轮齿数1Z根据带型XL和小带轮的转速，由表查得小带轮的最小齿数12，此1NMINZ处取12，则大带轮的齿数2412IZ（5）小带轮的节圆直径,1DMPZDB3865291421查表得其外径258571375720其中2为节根距1AD（6）大带轮节圆直径2MPZDB75942422查表得其外径117141371157722DA买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第33页共92页（7）带传动速度VSMRHDV85210631423432确定带的中心距（1）初定轴间距0A查机械设计手册得0742421021DAD同时根据对铣床产品的测绘和设计经验初定100MM0（2）带长及其齿数的确定0212104ADDAL4252001713653310374675MM查表应选用带长代号为150的L型同步带，其节线长度38100MM，节线长PL上的齿数40Z（3）实际轴间距，所设计的结构的轴间距可调整AMLAP162503274381020426433选择带的类型（1）小带轮啮合齿数的确定51246031429522121ENTZPZENTBM（2）基本额定功率的确定0根据小带轮的转速和节圆直径查表知07KW0P（3）带宽0B买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第34页共92页14050PKBZD427其中带的基本宽度表41查得5表41代号050075100BS0/MM127191254当6时1，当5时08，当4时04，此处取08MZZKMZKMZZKZK则B4078517245至此X向带轮的设计已经完成，根据上面的计算数据，取标准带宽代号为050的L型带，其带宽为40，则带轮的宽度427。5BFB同理可知Y、Z向带轮取标准带宽代号为075的L型带，其带宽为50。44电机的选择和计算411确定电机的类型为了将手动进给改成由微机控制的自动进给，改造后性能不低于原铣床，电机的类型选择主要有以下几种方案如果采用步进电动机，必须相应地降低机床的某些性能，主要是快速性。此外，由于步进电动机没有过载能力，高速时转距下降很多，容易丢步，大功率步进电动机的驱动较困难等原因，所以选用步进电动机驱动是不合适的。若采用交流伺服电动机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难得多，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。由于所改造数控铣床工件加工精度不很高，采用闭环控制系统的必要性不大。若采用交流伺服电动机的半闭环控制，其性能在开环和闭环控制之间。由于其调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于步进电动机的开环控制，调试比闭环简单，系统的稳定性易保证，所以此方案比较合适。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第35页共92页442伺服电机的计算（1）电动机转矩计算加速力矩42864915036MAXMNTNJMR式中折算到电动机轴上总惯量，RJT系统时间常数，S电动机转速，NINR摩擦力矩MNISFMO09158014326903429式中导轨摩擦力，NOF丝杠螺距，S齿轮降速比I传动链总效率，一般07085附加摩擦力矩4303232MAX10980146901ISFMP式中最大轴向载荷，NMAX滚珠丝杠未预紧时的效率，一般09OO电动机力矩4600922689（NM）0MAXMF根据快速空载启动力矩应小于电动机的最大转矩，即，为电动MAXMAX机输出转矩的最大值，综上所述选择电动机的最大转矩为716（NM），额定功率为750W的交流伺服电机。（2）负载惯量计算伺服电机的转子惯量应与负载惯量相匹配。负载惯量可按下式计算。MJRJ买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985第36页共92页工件、夹具与工作台折算到电机轴上的惯量,工件、夹具与工作台的最1J大质量350，可按下式计算，即M2222103143605MKGPWVJN式中V工作台移动速度，M/S伺服电机的角速度，SRAD工件、夹具与工作台的质量，M丝杠加在电动机轴上的惯量丝杠的名义直径320032M，长度2JOD12M，丝杠材料密度78。根据下式计算L310MKGKGLDJ8732143402轴承加上锁紧螺母等的惯量可直接查手册得3J0001（）3J负载总惯量000030003000100043（）R123J按照小型数控机床惯量匹配条件，所选伺服电机的转子惯量应41RMJMJ在0004300172范围之内。根据上述计算可选定伺服电机，X向可选中达11OBC380D电机，其额定转矩为239NM，转子惯量为108E4，额定功率为750W的步进电机。同理可知，Y向可选中达11OBC380