普通铣床的数控化改造(编辑修改稿)

普通铣床的数控化改造(编辑修改稿)内容摘要：

3— 伺服电机； 4— 挠性连周期； 5— 滚珠丝杠； 6— 工作台； 7— 频率 /电压转换器； 8— 倍频器； 9— 脉冲编码器； . 主轴脉冲编码器的选用 脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，它把机械转角变成电脉冲，是一种常用的角位移传感器。 在数控铣床上只使用光电式脉冲编码器，因为光电式的精度和可靠性优于其它。 根据表 4— 2选择导程 hP =10mm，选择 2500/转，每转脉冲移动量 in 图 增量式光电编码器的结构图 增量式光电编码器如上图的所示，其实就是一种光电盘。 在一个圆盘的圆 周上分成相等的透明与不透明的部分，圆盘与工作轴一起旋转，此外，还有一个固定不动的扇形薄片与圆盘平行放置，并制作有辨向窄缝，当光线通过这两个作相对运动的薄透光与不透光部分时，使光电元件接受到的光通量也时大时小地连续变化，经放大、整形电路的变换后变成脉冲信号。 光线透过圆光栅和指示光栅的线纹，在光电元件上形成明暗交替变化的条纹，产生两组近似于正弧波的电流信号 A 与 B，两者的相位相差 090 ，经放大、整形电路，变成方波，如图： 图 脉冲编码器的输出波形 若 A 相超前于 B 相对应电机作正向旋转；若 B相超前于 A相，则对应电机作反向旋转。 若以该方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。 Z 相是一转脉冲，也称为零位脉冲，它是用来产生机床的基准点的。 通常，数控铣床的机械参考点与各轴的脉冲编码器发生出 Z 相脉冲是一致的，即该信号与 A、 B 信号严格同步。 在应用时，从脉冲编码器输出的 A 和 A ， B 和 B 四个方波被引入位置控制回路，经辨向和乘以倍率 后，变成代表位移的测量脉冲。 经频率 /电压变换器变成正比于频率的电压作为速度反馈信号、供给速度控制单元进行速度调节。 二 机床进给系统的数控化改造 由于本系统要求达到  的定位精度，根据此要求，查阅滚珠丝杠手册。 P型是用于精确定位且能够根据旋转角度和导程间接测量轴向行程的滚珠丝杠副，T型是用于传递力的滚珠丝杠，其轴向行程的测量由与滚珠丝杠副的旋转角度和导程无关的测量装置来完成。 所以选用 P 型。 根据 精度推荐表，铣床 X、 Y 轴的丝杠精度为 5级， Z轴的丝杠精度为 5级，所以本设计选用 4 级。 控铣床上得到了广泛的应用。 它的结构特以减少摩擦。 图 图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，它们对合起来就形成了螺旋滚 道。 在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠与螺母之间，构成一个闭环的回路。 ．滚珠丝杠螺母副的选用设计 主切削力计算： 在以工作寿命为基础进行计算时，应按实际加工过程平均铣削条件为准， 因此取 ea =, zf =， pa =70mm,z=4, 0d =50mm,对圆柱高速铣刀，FZC =，则 cF =  zdafaC pzeFZ 5855（ N） 对圆柱铣刀逆铣加工，各切削分力有 fF =1～ cF , fNF ＝ ～ cF ，0F =～ cF ，取中间值即 fF = cF ， fNF = cF ， 0F = cF ，则： 0F = cF = 5855=2225Nn=(kN) 而插补平面内合力 F= 222  cfNf FFF cF =6616(N) 在一周的切削过程中取平均切削力为 XF =32 F=32 =（ KN） 工作时的周向压力为 )2( GFFkFF yzxm   对于三角形形导轨， k=,  =,而 yF =0， zF = 0F =(KN),G=(KN),则 mF = +（ +） =3887（ N） 进给传动系统滚珠丝杠的计算 滚珠丝杠的名义直径，滚珠的列数和工作圈数应按当量动载荷 mC 选择。 丝杠的最大载荷，当切削时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。 已知最大进给力 fF =，工作台加工件的质量 M=140Kg，导轨的摩擦因数为 ，故丝杠的最 小载荷（即摩擦力） minF = Gf = 140 10=140 N 丝杠最大载荷 maxF =2225+140=2365 N 轴向工作载荷（平均载荷） mF =3887 N 其中， maxF ， minF 分别为丝杠最大、最小轴向载荷；丝杠的最高转速为1500r/min,工 作台最小进给速度为 1mm/min,故丝杠的最低转速为 ,可取为 0，则平均转速 n=(1500+0)/2=750r/ 67510 15000750601060 66  nTL 式中 L— 工作寿命 ，以 610 r为 1 个单位 N— 丝杠转速 r/min T— 丝杠使用寿命，对数控机床可取 T=15000h 计算当量动载荷 mC 为 mC =apmk kLF 3 = 3  =49（ Kn） 式中 pk — 载荷性质系数，无冲击 1～ ，一般情况取 ～ ，有较大冲击振动时取 ～。 本设计 pk = ak — 精度影响系数，对于 5 级滚珠丝杠取 ak =。 查表 12— 1— 13， mC ＜ aC ，由此确定滚珠丝杠副的型号和尺寸为内循环浮动式反向器 FFZ5020— ３，丝杠底径 1d ＝ 名义直径 d=50,额定动载荷 mC =49Kn， mC ＜ aC ，符合设计要求。 轴向刚度 ck =1138 N/ pF = aC /4=49/4=，只要轴向载荷值不达到或不超过预紧力pF 的 3 倍，就 不必对预紧力提出额外的要求。 本设计中丝杠最大载荷为 maxF = 远小于 3 pF。 主传动系统的滚 珠丝杠的计算 滚珠丝杠的名义直径，滚珠的列数和工作圈数应按当量动载荷 mC 选择。 丝杠的最大载荷，当切削时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。 已知最大进给力 fF =，工作台加工件的质量 M=140Kg，导轨的摩擦因数为 ，故丝杠的最小载荷（即摩擦力） minF = Gf = 200 10=200 N 丝杠最大载荷 maxF =2225+200=2425 N 轴向工作载荷（平均载荷） mF =3947 N 其中， maxF ， minF 分别为丝杠最大、最小轴向载荷；丝杠的最高转速为1500r/min,工作台最小进给速度为 1mm/min,故丝杠的最低转速为 ,可取为 0，则平均转速 n=(1500+0)/2=750r/ 67510 15000750601060 66  nTL 式中 L— 工作寿命 ，以 610 r为 1 个单位 N— 丝杠转速 r/min T— 丝杠使用寿命，对数控机床可。