x5025立式升降台铣床的数控改造(编辑修改稿)

x5025立式升降台铣床的数控改造(编辑修改稿)内容摘要：

nd 为 1500 minr ，额定转 速向上至最高转速 nmax 为恒功率，如图所示区域Ⅰ；额定转速 nd 至最低转速 nmin 为恒转矩，如图所示区域Ⅱ。 图 31 交流电动机的功率、转矩特性 Ⅰ — 恒功率区；Ⅱ — 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。 主传动 的调速过程 ⅠⅡn maxn dn minPm/KWP a二 00 八年南通纺院毕业设计说明书 第 9 页 共 31 页 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。 二 00 八年南通纺院毕业设计说明书 第 10 页 共 31 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。 滚珠丝杠螺母 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、 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。 主传动功率包括切削功率 cP ，空载功率 moP ，附加功率 mcP 三部分，即总功率 ： mcmoc PPPP  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、高速的中、小型机床，可达总效率的 50%，现取 PPmo 。 附加功率 mcP 是指有了切削载荷后所增加的传动 件的摩擦功率，它直接与载荷大小有关。 可用下式计算，即 cmc PP )1(  ，所以总功率为 二 00 八年南通纺院毕业设计说明书 第 11 页 共 31 页 cc PPPP )1(  则 PPc 在进给传动中的切削功率 2 PkPct 主轴上的传动功率为 ，电动机功率为 ，则   ctP （ KW） 切削时主轴上的转矩为 nPM ctn 974000 （ N cm） 主轴上的转速有 8种，先用最低转速 n=80 minr 代入，则主轴上最大转矩为 2 6 2806 9 4 7 0 0 0 nM （ N cm） 铣刀的最大直径为 32 ㎜，主切削力 2 8 5 2 6 2 cF （ N）。 铣削加工时铣削进给力 fF 与主切削力 cF 之间的比值由机床设计手册查得cf FF ～ ，取 cf FF 1，则 fF =2852N，垂直分力 fNF 与主切削力 cF 之间的比值为 cfNFF ～ ，取 cfNFF ，则 fNF = 2852=2139（ N） 2）滚珠丝杠承载能力的计算 ① 当量动载荷 mC 选用滚珠丝杠直径 od 时，必须保证丝杠工作时，在一定的轴向载荷作用下，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 mC 即为该滚珠丝杠副所能承受的最大当量动载荷 mC。 燕尾形导轨： )2(39。 WFFfKFF cpfm  式中 fF 、 pF 、 cF — 切削分力（ N）； W— 移动部件的重量（㎏）； 39。 f — 导轨上的摩擦因数 二 00 八年南通纺院毕业设计说明书 第 12 页 共 31 页 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= 39。 f =， 工作台质量 Kg100 ，工件与夹具的最大质量为 Kg250。 将数据代入 式中： mF 2852＋ （ 2 2139＋ 2852＋ 350 ） = sv =（ 1/2～ 1/3） maxv =（ 1/2～ 1/3） =～ minm 取 sv = minm 丝杠平均转速 ：osL vn 1000 = 6  =25 minr 式中 sv — 最大切削力下的进给速度 （ minm ） oL — 滚珠丝杠导程（㎜） 工作寿命，单位为 610 r：61060nTL=610 150002560 = 则awmm f fFLC 3 = 1 4 1  =（ KN） 式中 wf — 运转系数，无冲击取 ～ ，有冲击取 ～ ； af — 精度系数，精度为 3级时 af =1，精度为 6级时 af =； mF －轴向平均载荷（ N） 查滚珠丝杠产品样本中与 mC 相近的额定动载荷 aC ，使得 mC ＜ aC ，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 aC = KN,丝杠直径为 32㎜，导程为 6㎜，初步选择丝杠型号为 FZ32063P3 903/1060。 ② 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 wd 的万分之一。 此时的轴向负载 oaC 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足如下条件： soa fCF max 二 00 八年南通纺院毕业设计说明书 第 13 页 共 31 页 式中 maxF — 滚珠丝杠的最大轴向 工作载荷； sf — 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 KN， sf =2，代入式中得： soafC =而 maxF 2 4 1 5323 m i n  FF m =4900N 远远小于 额定静载荷 oaC ，满足上述条件。 ③ 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 erF （ N）  wDdd =（ m） 式中 0d — 丝杠公称直径， m wD — 滚珠直径， m  2 41020 42110 LdfF er 14500(N) 式中 2d — 丝杠底径， m 0L — 丝杠最大受压长度， m 1f — 丝杠的支承方式系数，见表 43 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） 1f 而 maxF =（ N） ， 满足 条件：2042110m a x LdfFF er  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 )min(rncr。 二 00 八年南通纺院毕业设计说明书 第 14 页 共 31 页  222 222 Ccr L dfn 4439（ minr ） 式中 2f — 丝杠支承方式系数 cL — 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 maxn 3000 minr ，符合条件 crnn max。 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FZ32065P3 903/1060。 （ 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 mC 和 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 mC 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工作台、夹具和工件的质量，还需加上床鞍的重量。 所以 W=（ 100+250+45） =3871（ N） 机械设计手册 可取 ： K= 39。 f = 轴向平均载荷 ： )2(39。 WFFfKFF cpfm  = 2852＋ （ 2 2139＋ 2852＋ 3871） =+ =（ N） 最大切削力下的进给速度 ： sv =（ 1/2～ 1/3） maxv =（ 1/2～ 1/3） =～ minm 取 sv = minm 丝杠平均转速：osL vn 1000 = 6  =25 minr 工作寿命，单位为 610 r：61060nTL=610 150002560 = 二 00 八年南通纺院毕业设计说明书 第 15 页 共 31 页 wf — 运转系数，无冲击取 ～ ，有冲击取 ～ ； af — 精度系数，精度为 3级时 af =1，精度为 6级时 af =； 查机械设计手册得： wf = af =1 则awmm f fFLC 3 = 1  =（ KN） 查滚珠丝杠产品样本中与 mC 相近的额定动载荷 aC ，使得 mC ＜ aC ，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 aC = KN,丝杠直径为 32㎜，导程为 6㎜，初步选择丝杠型号为 FZ32065P3 450/530。 ② 最大静载荷 所选丝杠的 静载荷 为 KN，查机械设计手册得： sf =2，代入式中得： soa。