1、1继 续 教 育 学 院毕业论文题目：X5032 立式铣床的数控化改造学生姓名： 赵海学 号： 班 级: 专 业： 机电一体化指导教师： 200 年 月2X5032 立式铣床的数控化改造摘 要论文研究的目标是针对 X5032 铣床的特点，在满足生产的前提下，对原铣床做尽可能少的改动，利用数控系统控制铣床运动，实现工作台 X、Y、Z 的三坐标控制及任意三轴的联动控制，提高铣床的加工精度和自动化水平，完成铣床的数控化改造。根据经济性原则和生产的需要，采用的总体方案为：拆除机床工作台 X、 Y、 Z 轴原进给系统。将滑动丝杠副更换为滚珠丝杠副，并改装减速齿轮箱、减速齿轮、步进电机。采用步进电机减速齿
2、轮带动滚珠丝杠转动，并通过丝杠螺母副带动工作台转动。首先进行切削力的计算，然后根据切削力的大小计算丝杠的强度、刚度，再结合效率计算校核所选丝杠。选择合适的滚珠丝杠安装方式。之后进行齿轮传动机构设计，根据所选步进电机的步距角、脉冲当量，结合公式计算出减速比，选择合适的齿轮，根据所选齿轮的参数计算出齿轮的转动惯，再结合丝杠的转动惯量，算出总的转动惯量。最后进行转距的计算，计算负载和空载时的最大转矩，根据最大转矩选择匹配的步进电机。关键词：自动化，经济型，数控化，高精度3THE X5032 VERTICAL MILLING MACHINENUMERICAL CONTROL TRANSFORMATIO
3、NABSTRACTThe aim would be to the characteristics of the X5032 milling machine, and to meet production, under the prerequisite of the milling machine to do as little change, use of numerical control system, realize the milling machine movement X, Y, Z axis control and any of the three coordinates the
4、 linkage of the three axis control, improve the machining precision of the milling machine and automatic level and complete the milling machine numerical control reform .According to the principle of economy and the needs of the production, the overallscheme of the for the machine table: remove the
5、X, Y, Z axis in the system. Will be sliding ball screw vice replacement for ball screw pair, and modified the reduction gear box, the reduction gear, step motor. The stepping motor the reduction gear drive the ball screw rotation, and through the ball screw nut pair worktable rotate. Drive First cut
6、ting force calculation, and then according to the size of the cutting force calculation ball screws strength, stiffness, coupled with the calculation efficiency checking the selected ball screw. Choose the right ball screw installation. After gear transmission mechanism design, according to the sele
7、cted the step motor step distance Angle, pulse equivalent, combined with the formula to calculate the slowdown, than to choose the appropriate gear, according to the selected gear parameters calculated the gear rotating inertia, combine the inertia of a ball screw, calculate general inertia. The las
8、t of the 4torque and computing load and load of maximum torque, according to the maximum torque select match stepping motor. KEY WORDS: Automation，Economic ，Numerical，Precision目 录前 言 .5. 绪 论 .61.1 数控机床在国内的现状 61.2 数控机床发展趋势 71.3 机床数控化改造的优越性 10. 确定设计方案 .112.1 研究目标 .112.2 设备现状及改造总体思路 112.3 改造设计任务 .11.改造
9、机械传动系统 .123.1 纵向(X 向)进给系统的设计 .133.2 横向(Y 向)进给系统的设计 .213.3 垂直(Z 向)进给系统的设计计算 .223.4 升降台自动平衡装置 243.5 两点说明 .25. 机床导轨贴塑工艺实施 264.1 塑料导轨软带的与特点 .264.2 塑料软带应用及贴塑工艺 .26.经济分析 .28结 论 29谢 辞 29参考文献 305前 言数控铣床是发展最早的一种数控机床，以主轴位于垂直方向的立式铣床居多。铣床的主轴只作旋转运动，工作台带动工件作纵，横，垂直三个方向的进给运动，称为升降台式铣床。为了提高刚度，目前多采用主轴既作旋转主运动，又随主轴箱升降台作
10、垂直进给运动，工作台只作纵横 2 个方向的进给运动的不升降类型铣床。立式数控铣床加工平面凸轮零件，只需要工作台沿横纵 2 个坐标协调运动，即可以同时到达平面曲面的某一点这种加工轨迹的控制，称为两坐标联动控制（两轴联动） 。当加工圆锥台零件时，依靠工作台纵横两坐标协调运动完成圆周加工，加工完一圈后，再沿锥台高度方向提升一个高度，接着改变圆的直径（X,Y 的合成值）加工另一圆周，如此下去，直至加工出整个锥台，这称为两轴半控制。如果在圆锥上加工一条螺旋槽曲线，则要求 3 个坐标进给每时每刻都必须协调运动，即同时到达空间的某一点，这称为三坐标联动控制即三轴联动。三轴联动即可加工复杂的空间曲面。从机床数
11、控系统控制的坐标数量来看，目前 3坐标数控立式铣床仍占大多数。一般可进行 3 坐标联动加工，但也有部分机床只能进行 3 坐标中的任意两坐标联动加工。此外，还有机床主轴可以绕 X、Y 、Z坐标轴中其中一个或两个轴作数控摆角运动的 4 坐标和 5 坐标数控立式铣床。一般来说，机床控制的坐标轴越多，特别是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但随之而来的是机床的结构更复杂，对数控系统的要求更高，编程难度更大，设备的价格也更高。数控立式铣床可以附加数控转盘、采用自动交换台、增加靠模装置等来扩大数控立式铣床的功能，加工范围和加工对象，进一步提高生产效率。 绪 论61.1 数
12、控机床在国内的现状随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从 20 世纪 80 年代开始起步，仍处于发展阶段。“十五”期间，中国数控机床行业实现了超高速发展。其产量 2001 年为 17521台，2002 年 24803 台，2003 年 36813 台，2004 年 51861 台，2004 年产量是 2000年的 3.7 倍，平均年增长 39
13、；2005 年国产数控机床产量 59639 台，接近 6 万台大关，是“九五”末期的 4.24 倍。 “十五”期间，中国机床行业发展迅猛的主要原因是市场需求旺盛。固定资产投资增速快、汽车和机械制造行业发展迅猛、外商投资企业增长速度加快所致。2006 年，中国数控金切机床产量达到 85756 台，同比增长 32.8%，增幅高于金切机床产量增幅 18.4 个百分点，进而使金切机床产值数控化率达到 37.8%，同比增加 2.3 个百分点。此外，数控机床在外贸出口方面亦业绩骄人，全年实现出口额3.34 亿美元，同比增长 63.14%，高于全部金属加工机床出口额增幅 18.58 个百分点。2007 年，
14、中国数控金切机床产量达 123,257 台，数控金属成形机床产量达3,011 台；国产数控机床拥有量约 50 万台，进口约 20 万台。2008 年 10 月，中国数控机床产量达 105,780 台，比 2007 年同比增长 2.96。长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了 5-10 年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了 10-15 年。同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还
15、比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创7新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。我国机床业整体素质虽然有了明显提高。但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到 30%;消费值数控化率还不到 50%,而发达国家大多在 76%左右。高档次的数控机床及配套部件只能靠进口.我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。这些
16、数控机床，除少量机床以 FMS 模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态.1.2 数控机床发展趋势1. 高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。（1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机） ，主轴最高转速达200000r/min；（2）进给率：在分辨率为0.01m 时，最大进给率达到240m/min 且可获得复杂型面的精确加工；（3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出 CPU 已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、
17、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1m、0.01m 时仍能获得高达24240m/min 的进给速度；（4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s 左右，高的已达0.5s。德国 Chiron 公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。2. 高精度化数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。8（1）提高 CNC 系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使 CNC 控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度位置伺服系统
18、采用前馈控制与非线性控制等方法；（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%80%；（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。3. 功能复合化复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合加工中心、车铣复合
19、车削中心、铣镗钻车复合复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。4. 控制智能化1.加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态
20、，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性；.2加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器” ，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的；3.智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障的快速准确定位；94.智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验；5.智能化交流伺服驱动装置：能自动识别
21、负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行；6.智能4M 数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量、建模、加工、机器操作四者融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。5. 体系开放化1.向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠
22、性将不断改善并处于长生命周期；2.向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求；3.数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标准ISO14649（STEP-NC） ，以提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化。6. 高可靠性数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故
23、障时间在2万小时以上。为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统平均无故障时间在710万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为10000小时左右，国外整机平均无故障工作时间达800小时以上。101.3. 机床数控化改造的优越性1.同购置新机床相比，一 般东可以节省 60时80的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。 机床经改造后降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。 2. 改造后
24、的机床机械性能稳定可靠、功能增强、质量好、效率高，可作为新设备继续使用多年.3. 降低了对操作者的技术要求，更易提高管理水平操作者只需编程、装夹工件和按开关，加工全部由电脑控制自动完成，即使再复杂的工件也能快速完成。4. 可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率。提高设备质量和档次。确定设计方案2.1 研究目标研究目标是针对 X5032 铣床的特点，利用数控系统控制铣床运动，实现工作台 X、Y、z 轴的三坐标控制及任意三轴的联动控制，提高铣床的加工精度和自动化水平，完成铣床的数控化改造2.2 设备现状及改造总体思路X5032 立式升降台铣床。购于上 1
25、980 年，机床的底座，工作台等基础件很好，机床主传动系统工作正常.运转精度等尽在技术指标范围之内.存在的问题是电气11系统老化，控制落后.机床进给系统传动链太长，工作中存在变速困难。经常发出齿轮啮合、类似打齿一类的噪声，升降台机动升降功能已经消失，丝杠传动链反向间隙过大无法保证零件质量，机械加工精度大大下降。因经常要停车检查维修，生产率大受影响，故需对进给系统、电气控制作彻底的改造在充分调查研究和技术分析的基础上利用数控改造成功经验和自己在机械、电气、数控技术等方面的理论及实践基础，完成 X5032 铣床的数控化改造。改造后该铣床具有数控功能,较先进的自动化加工能力，加工精度、效率、质量稳定
26、性得以提高和保证。1. 机械部件的测绘设计。完成 X、Y、Z 向进给机构设计计算和滚珠丝杠的选型，初选步进电机。2. 数控系统的分析选用，伺服系统和步进电机的配套选用式。2.3 改造设计任务将一台 X5032 普通升降台立式铣床，改造成三坐标控制，三轴联动加工的数控铣床，用以实现平面、凸轮、沟槽、圆弧槽等复杂零件的自动铣削加工。1.拆除机床工作台 X、 Y、 Z 轴原进给系统。将滑动丝杠副更换为滚珠丝杠副，并改装减速齿轮箱、减速齿轮、步进电机。对机床传动系统设计计算，选择合适的滚珠丝杠安装方式。完成齿轮传动机构设计，步进电机选择等，垂向工作台传动升降机构在更换滚珠丝杠后会因失去自锁而自动下滑.
27、必须增加平衡装置和制动装置。2.选择经济型开环数控系统、实现机床工作台 X、Y、Z 轴 3/3 数控。主轴的部分数控功能要求 X、Y、Z 向步进精度为 O.OO5/0.005/0.O1mm/setp;轴向定位精度 0.015 mm;重复定位精度 0.008 mm。改造机械传动系统12机械系统一般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件，以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承件、旋转支承件、轴系及架体等机构组成.常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动，同步带、高速带以及各种非线性传动部件等。1. 原 X5032 铣床数据进给电机额定功率 1.5kw额定转速 1410rpm最
28、大水平拖动力 15O0kg=15KN最大进给速度 纵向 2.3m/min 横向 1.54m/min 垂向(升降台)0.77m/min工件最大重量 200kg机动范围 纵向 690mm 横向 240mm 垂向(升降台)350mm2. 工艺数据根据改造设计任务的要求，参考(切削用量手册, 确定选用 YT15 硬质合金端铣刀铣削。铣刀直径 =0.125m；齿数 Z=4；切削宽度 =0.07m；铣削深度0dea=h=3.7 m；每齿进给量 =2 m/z；刀具耐用度 T= s；pa31fa410310.8主轴转速 n=(4.17-5.0)r/s=(250300)rpm；切削速度 v=(1.64-1.96
29、)m/s；进给速度 =（3.53.92） m/s。fv313. 机床进给部件重量估算纵向（X 轴）工作台 长 1335mm 约重 220kg=2200N横向(Y 轴)工作台 约重 450kg-4500N升降(Z 轴)部分运动件 约重 1000kg=10000N3.1 纵向(X 向) 进给系统的设计X5032 经济型数控改造纵向进给系统采用步进电机一级减速齿轮传动，带动滚珠丝杠转动，并通过丝杠一螺母副带动工作台移动。一般把步进电机安装在纵向丝杠的右端。1. 铣削力的计算根据(切削用量手册对 YT15 硬质合金端铣刀，切削力为：=9.81（789.3） z (3-l)zF1.ea0.75fp1.3
30、0d.2nzfk13考虑修正系数 = （公式中 的单位为 ）zfk0.3()67bbaGP将相关的参数带入（3-1）得： =2224.2 NzF各切削分力为：纵向水平分力 =(0.3-0.4) xPz取 =0.35 （3-2）xzF横向分力 =(0.85-0.95) yz取 =0.9 （3-3）z垂直分力 = (0.5-0.55) Pz取 =0.525 （3-4）zzF于是得 =778.47 Nx=2001.78 Ny=1167.71 NzP2. 滚珠丝杠的设计计算对于燕尾型导轨工作时的轴向力 为：mP=k + ( +2 +G) （3-5）mxfzy其中 、 、 为 X、Y、Z 方向上的铣削分
31、力。单位牛顿 (N);Pyk 为考虑颠覆力矩影响的实验系数，k=1.4;为导轨上的摩擦系数， =0.2;f fG 为移动部件的重量(考虑最大承载重量 200kg)所以 =1.4x78.47+0.2(1167.71+2x2001.78+420x9.8)=2947.3NmP(1)滚珠丝杠的强度计算寿命值计算 L= (3-6) 60nT1其中L-滚珠丝杠的寿命 T-珠丝杠的使用时间 (h) 自动控制机床 T=15000hn-滚珠丝杠的转速（rpm ） n= 0fvL14将 =3.92x m/s =6x m 代入 n=fv3100L310fvL中得：n=39.2rpm滚珠丝杠的寿命值 L = 60x3
32、9.2x15000x =35.286滚珠丝杠承受的最大动负载计算由 Q= (3-7)3whmfP其中 Q-滚珠丝杠承受的最大动载荷L-滚珠丝杠的寿命值-滚珠丝杠运转系数 取 =1.2wf wf-硬度系数 取 =1.2hhf代入（3-7）得Q=12759.77N根据最大动负荷 Q 值，参照汉江机床有限公司的丝杠导轨厂的产品样本，选取 HJG-S 系列 FYCD4006 滚珠丝杠。外循环双螺母法兰凸出导管式，公称直径，导程 =6x m，螺母上的负荷滚珠总圈数为 5 圈，精度为 4 级，动载400L31荷为 29.126KN，远大于 12.76KN,故强度足够用。（2）珠丝杠刚度计算滚珠丝杠受 及受
33、到扭矩引起的导程变化量：mP(3-8)20LMEFI以滚珠丝杠受拉伸计算:20mPLI其中一滚珠丝杠的基本导程 6x m0 310E 一滚珠丝杠的弹性模量 E=20.5x / 62cF 一滚珠丝杠的横截面积 F=214d查阅汉江机床有限公司丝杠导轨厂的产品样本知滚珠丝杠副的接触角 = ；公称直径 =40mm；滚珠直径 =3.969mm0450bd15而外循环滚道圆弧半径 R=1.04 /2=0.52bdb滚道圆弧偏心距 ()cos0.122beRd丝杠小径 1035.984dm所以滚珠丝杠的横截面积 F= =1016.45mm24丝杠承受转矩(参阅 3.2.3-4) M= max19.jMiN
34、所以= =8.60720mPLMEFI27 794.31060.6.2145210m所以丝杠在一米长度上导轨变形总误差为= = 8.607x =14.3401L.620m经查滚珠丝杠弹性变形允许的螺距误差(1 米长)选用 4(F)级精度丝杠的螺距误差 18 /m13.822NM qmax.j0.9516=.2NM电机正常工作频率 20000 电机能正常工作，axpfmaxf38Hz故选用合适。3.2 横向Y 向)进给系统的设计1. 横向(Y 向)进给系统的机械改造结构方案如图 3-2，3-4 所示2. 已知条件 工作台重量含最大承载重量 200kg) G=650kg时间常数 T=25ms 快速
35、进给速度 maxv=1540/in横向进给系统设计与纵向相似，经计算选择滚珠丝杠基本导程 L=6mm，右旋滚珠丝扛型号 HJG-S FY D3201C减速齿轮 , 140Z28步进电机型号 J110BYG5502-6其中导轨工作时滚珠丝杠承受的轴向力 Pm=2.006 KN,最大动载荷 Q=8.685KN21小于滚珠丝杠额定动载荷 =19.417KN,强度足够,同时对其刚度和稳定性进行了Q校核 20=1/8.910/.649830Lm54kkn结果显示，滚珠丝杠能正常工作.3. 有关横向减速齿轮的设计计算，同样取 ，0.5/.1/msetp， 。0.36/.7206/53Li折算到电机轴上的转
36、动惯量22312115.697.684.12035.41zzxJJ NMi电机最大转动力矩发生在快速启动时，此时maxax0397rfMM4.选择步进电机时，要考虑其工作实际中可能会有负载变化情况存在，为此步进电机必须有足够的负载余量即安全系数，k=1.5-2.5，取 k=2.5, =16NMmaxjmax=9.175rkNqj0.6=.219.75NM电机正常工作时的频率 maxpvf40/6.1=2z0H所选步进电机能满足耍求，选择合适3.3 垂直(Z 向)进给系统的设计计算1. 已知条件 垂向升降台质量(含最大承载量 200kg) 1200kg时间常数 T=25ms快速进给速度 1000
37、mm/min在垂向进给系统改造设计中。拆去纵向、横向、垂向进给的齿轮、手柄等部件、机构(这样可大大减轻垂向升降台质量，但在设计时仍以 1000kg 重量计22算)，校核并更换垂向丝杠为滚珠丝杠，保留图 3-5 中弧形锥齿轮 Z3 、Z4 、Z5设计齿轮 Z1、 Z2，选择平衡装置和步进电机型号。改造中采用滚珠丝杠，脉冲当量 ，步距角 ,五相十拍 130BYG5502 步进电机。0.5.1m0.36/.72其设计过程与纵向、横向相似。经计算选择:滚珠丝杠基本导程 L=12mm，右旋滚珠丝扛型号 HJG-S FY D5012 1C减速齿轮 、 、 、 、125Z302Z452Z步进电机型号 130
38、BYG5502其中:(1)垂向滚珠丝杠工作中承受的最大轴向力 ,最大动载荷1.97mpKNQ=44.4217KN。而 FY D5012 型滚珠丝杠额定动载荷为 54.821KN 可见1C该珠丝杠的强度能满足工作要求(2) 经校核滚珠丝杠的刚度和稳定性足够.(3) 有关减速齿轮机构的计算根据已知条件 有减速比 得： =2.4036Li0.72136i在实际改造中，步进电机经过一对直齿轮、一对弧形锥齿轮两次减速后驱动滚珠丝杠转动从而驱动升降台上升或下降。则 (3-20)12i为保证改造时结构不作大的改变， 、 仍用原齿数齿轮即 、3Z432Z，则 =2 所以 =2.4/2=1.24Z423Zi 1
39、2i、 之间的中心距与原齿轮的中心距相同，综合考虑取1=25， = =30，模数 m=2，宽度 b=20mm。于是知垂直进给系统折算到电机21i轴上的总的转动惯量为：（3-21）32121JxJi其中 1Z轴 23ZJ4ZSJ（3-22）200x21280g=giiLWJ2312=.36kgcmZJ22=.617kgcZJ35435m8.7S 2.0轴 2=5.06kgcmJ轴于是 J=25.8217 =0.02532kgcNM电机最大转动力矩发生在快速启动时，此时maxax0.158.94270.814.90fMNM(4)步进电机的选择考虑安全系数 K=1.5-2,取 K=2 时 = 29.
40、818NM,若maxKr选用 J130BYG5502 步进电机，其最大静转 =84NM,按五相十拍驱动，步距角maxJ。由电机正常启动的条件知道必须满足 ,而0.72 q。正常的工作频率qmax951=7.06JNM，电机能够正常工作，选用axpfv/.1=67Hz80合适。3.4 升降台自动平衡装置(1) 步进电机 1 经一对减速齿轮 2 将运动传到 ,轴 右端的弧齿锥齿轮VI3 带动锥齿轮 4 使垂直滚珠丝杠旋转，升降台上升或下降。(2) 垂直滚珠丝杠螺母副的螺母 11 由支承套 12 固定在基座上，丝杠通过锥齿轮 4 与升降台连接。其支撑由深沟球角接触轴承和角接触球轴承承受径向载荷，由
41、D 级精度的推力圆柱滚子轴承承受轴向载荷。(3) 轴 的实际安装位置在水平面内，与轴 的轴线呈 90 度相交。IXVI(4) 轴 的右端为自动平衡机构，由单向超越离合器和摩擦离合器(自锁器)组成。因滚珠丝杠无自锁能力，当垂直放置时，部件因自重会自动下移，因此，除升降台驱动电机带有制动器外，还在传动机构中装有自动平衡机构，一方面防止升降台因自重而下落，另外还可以平衡上升下降的驱动力。其工作原理是，丝杠旋转的同时通过锥齿轮 5 和轴 带动单向超越离合器的星轮 6 转动当升降台上升IX时，星轮 6 的转向使滚子 7 与超越离合器的外环 8 脱开，外环 8 不随星轮 6 转动，自锁器不起作用。当升降台
42、下降时，星轮 6 转向使滚子楔在星轮与外环之间，使外环随轴一起转动，外环与两端固定不动的摩擦环(由防转销固定形成相对运24动，由于内外摩擦片之间由弹簧压紧，增加升降台下降阻力，所以起到阻尼和自锁作用。并使上下运动的力量平衡。(5) 调整自锁力时，适当调整螺母 9 完成。调整前先松开螺母 9 的锁紧螺钉10,调整后应将锁紧螺钉再锁紧。(6) 该自动平衡装置特点:滚珠丝杠的 4 种制动方式是摩擦离合器(机械式、电磁式)具有刹车作用的制动电机;传动链中配置逆转效率高的减速比系统如齿轮、蜗轮蜗杆减速器、超越离合器。本改造实例综合运用滚珠丝杠的几种制动方式，采用具有刹车作用的制动电机.超越离合器和机械式
43、摩擦离合器，收到很好的升降台自动平街效果。3.5 两点说明迸给系统的传动精度，不仅受到步进电机脉冲当量、机床几何精度的影响，同时还受到滚珠丝杠副、齿轮传动副精度的影响。滚珠丝杠副的轴向间隙、齿轮传动副存在的齿侧间象。使进给运动反向滞后于指令信号而造成反向死区，从而影响传动精度，为此必须采取有效措施加以消除。1 消除滚珠丝杠副轴向间隙的措施是双螺母预紧法，其结构形式有垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式、单螺母变导程自预紧及单螺母钢球过盈预紧，本改造方案采用垫片调隙式消除轴向间隙。2 针对本改造实例，对直齿圆柱齿轮采用双薄片齿轮错齿调整法，锥齿轮则采用了周向弹簧调整法消除齿侧间隙。25 机床导轨贴
44、塑工艺实施在机床数控化改造工作中，除进行三坐标轴的机械改造，配置数控系统、步进电机，实现机床的数控加工，提高机床的自动化能力，产品质量和生产力水平外，还有一项对机床性能有重要影响的工艺措施，那就是对机床导轨实施贴塑工艺。4.1 塑料导轨软带的特点塑料导轨己广泛用于数控机床上，其动、静摩擦系数相差很小，能防止低速爬行现象，耐磨性、抗撕伤能力强，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低，并有良好的自润滑和抗震性。塑料导轨多与铸铁导轨或淬硬钢导轨相配使用。塑料导轨与其他导轨相比，有如下特点:1. 摩擦因数低而稳定，比铸铁导轨低一个数量级。2. 动、静摩擦系数相近，运动平稳性和爬行性能较铸铁导轨副好。3
45、. 吸收振动。具有良好的阻尼性。4. 耐磨性好。有自润滑作用，无润滑油也能工作。灰尘磨粒的嵌入性好。5. 化学稳定性好。耐磨、耐低温、耐酸、强氧化性及各种有机溶剂。6. 维护修理方便。7. 经济性好。结构简单，成本低，约为滚动导轨成本的 1/20。4.2 塑料软带应用及贴塑工艺对数控机床来说，导轨副除具有普通机床导向精度和工艺性外，还应考虑具有良好的耐摩擦性、耐磨损特性、并避免因摩擦阻力而产生死区，同时又有足够的刚度，以减小导轨副变形对加工精度的影响。更要有合理的导轨副防护和润滑。本改造实例的改造工艺采用导轨面经机械加工后贴一层聚四氟乙烯软带这一贴塑方案.1. 聚四氟乙烯导轨板的性能26成分：
46、聚四氟乙烯、青铜粉、其它填充料最大可承受压力: 11MP干摩擦系数: 0.05有润滑时的摩擦系数: 0.032. 聚四氟乙烯导轨板的规格导轨板长度约 4m,导轨板一般选用 1.0、1.2mm 厚度。导轨板太厚，导轨板自身容易产生变形影响运动精度，导轨板太薄则在精加工其表面时，容易穿透。本次应月 1.Omm 软带进行工艺改造。3. 贴塑工艺塑料软带一般粘贴在短的动导轨上，不受导轨形式限制，其粘贴工艺包括:金属导轨面加工，软带切割成形及清洗，粘贴及加工。 27 经济分析我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从 1979 1988 年 10 年间，全国引
47、进技术改造项目就有 18446 项，大约 165.8 亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的
48、设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。 这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。28结 论对现在我国的铣床的数控化改造的总体趋势进行分析，首先初步确定了本次数控改造的基本方案，然后设计出了具体的改造方案，本着经济化数控改造的总体思想的指导，尽量保持原来铣床的结构。改造后的铣床铣削精度大大提高，可靠性好，抗干扰能力强，操作方便，反应速度快，性能稳定，提高了表面光洁度和铣床的自动化程度。我们通过修改 R参数及 NC 程序，使该铣床可以加工复杂的零提高了加工的效率，从而降低了成本，具有很高的经济价值。体现了当今的柔性制造的理念。谢 辞毕业设计就要结束了，再设计的这段时间里，虽然辛苦，看见自己能够顺利的完成了毕业设计心理感到由衷的高兴。通过这次毕业设计，我不敢说我获得了丰富的知识，但也获得了的相应的知识，也算小有收获。这在使我拿到题目的时候不在担心害怕，因为我脑在里面形成了如何思考问题和解决问题的思
