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。 p-UACMN&c
:#"gQ^YNp
1 横向进给系统设计 |:`f#H
Zgt, 'T
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。 U^?/nRZ
mKtZ@r)u
1. 工作台重量的估算 AYd7qx:~
P49lE
纵向工作台约重100kg,床鞍和回转盘约重200kg,总重量G=100+200=300kg。 +?[TH?2c+
6 DD^h:*>
2. 切削力计算 lz
EF^6I
wt[MzpR P
切削功率为 `&b8wF
2J^6(vk
Nc=NhK (1) ~K 8eRT
BbA>1#i5]
式中:N——主电动机功率,7.5kW "2)<'4q5)
h——主传动系统总效率,一般为0. 6~0. 7,取0.6 sAfSI<L_
K——进给系统功率系数,取0.96 #IA[erf:
uI@:\Rss
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。 m'XzZmI
7m{ 'V`F
3. 滚珠丝杠设计 nM34zVy
Z$kff-Y4
工作台横向进给丝杠的轴向力 kdmannM
9
bYoWw
F轴=KF横+f'(F垂+W) (2) ^q_0(Vf
r5Jy( ~
式中:K——考虑颠覆力矩影响的实验系数,K=1.1 4~hd{8
F横——横向切削分力f'——导轨上的摩擦系数,f'=0.15 k/=J<?h0
W——工作台、床鞍和回转盘重力,W≈10G=3kN (]^9>3{|
v$s3f|Y
根据式(2)可得:F轴=2.049kN。 YTpSR~!Rj
\eH~1@\S
1. 强度计算 +'2Mj|d@p
DbP!wU lqR
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)⅓1fwfHF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。 _)O1v%]"4
R5NDT4QYU
2. 效率计算 _N$3c<dY'
dE^:-t
由于所选滚珠丝杠的螺旋升角a=3°7',摩擦角f=10',则滚珠丝杠的传动效率h=tga/tg(a+f)=tg3°7'/tg(3°7'+10')=0.95。 IUAx*R
,>V|%tD'
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。 AcyiP
$FZ~]Ef
2 步进电动机及齿轮的选用 ]Vo;ZY_\
tm @&f
1. 横向步进电动机的选取 S=~[ 6;G
d5fnJ*a>l
1. 确定步距角取系统的脉冲当量dp=0.01mm/脉冲,选用步距角qb=0.75° |sMRIW,P
O&V}T#8n
2. 启动力矩的计算 B/:q
|Nd!+zE$Z
丝杠牵引力 *r@7 :a5
B BbGq8p
Fs=F横+1.414f当W (3) 0=# :x()e
fPZt*A__
式中f当——当量摩擦系数,f当=0.01 bdZ[`uMD
[-_3Zr
代入式(3)得 %/"I.\%d
XxcY
Fs=1.337kN iagl^(s
%%)"W
n#`
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Mfh=F负L,则 ~ P"@^cq
f5"1WtB
M=F负L/hf (4) ^90';ACFy
\ ,ARYwd
又F负=Fs+µ(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f=2pqb/360°,代入式(4)得 +%7v#CY
&
KV9'ew+M
M=F负L/hf=360°dp[Fs+µ(G+F1)]/2pqbh=167N·cm #( F/P!qk
@X+m,u
式中:µ——机床导轨摩擦系数,取µ=0.18 _VGAh:v
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 m_zl*s*6
B>rz<bPT
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。 f(:+JH<P~
?;zu>4f|
3. 步进电动机的最高频率 yG)xsY V
[Ul"I-K
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×dp)=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。 kd)Q$RA(
1K?RA*aj
2. 齿轮设计(横向) g>-pC a
]$Pl[Vegy
据步距角qb、滚珠丝杠螺距p、脉冲当量dp,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=dp×360°/(qb·p)=0.8,选Z1=48,Z2=60,根据经验,齿轮模数取1.5mm。 FM;NA{
WHeyE3}p
3 数控系统硬件设计 CuC1s>
`-fWNHs
所用数控系统是我们最近开发的BKC2-Ⅷ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型的单片机 GMS90C32作中央处理器,它可以与MCS-51系列单片机兼容,具有快速脉冲编程算法,采用了CMOS技术,最高工作频率可达40MHz(本设计采用18MHz),有良好的性能价格比。