X6132经济型数控改造设计(垂向改造)

目录

一、设计任务书 (1)

二、数据准备 (2)

三、总体方案的拟定 (3)

四、步进电机和滚珠丝杠副的选取计算 (6)

五、改造后传动机构的性能分析 (14)

六、双片齿轮错齿法 (16)

七、部分控制软件的框图 (17)

八、工艺程序段 (18)

九、设计体会 (20)

参考资料 (21)

一、毕业设计任务书

1、毕业设计的目的

通过毕业设计，学习了系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深时所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识，使认识提高到一个新的水平，通过毕业设计的实践，培养了调查研究的习惯和工作能力，练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择设计计算公式，正确计算，并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果，通毕设计，不但提高了解决具体问题的独立工作能力，具体动脑动手能力，而且建立了正确的设计和科研思想，加强了科学性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。

2、毕业设计的课题

１、卧式升降台铣床的数控改造

（１）、拟定方案：根据加工零件的精度、生产率、批量，分析应采用的数控系统、伺服系统实施方案的合理性。

（２）、设计内容：

①铣床Ｘ（或Ｙ或Ｚ）坐标机械伺服机构的设计计算，绘制装配图。

②数控系统框图及硬件电路接线图的设计与绘制。

③用软件实现串行数据通讯程序的设计。绘图工作量不少于Ａ0图示２张，设计

计算书一份。

２、设计时间安排

设计阶段的任务包括方案设计、图纸设计和编写技术文件等。总设计时间为６周。其中：

方案设计时间约１周（包括查资料）

计算及图纸设计时间约４周

编写技术文件约１周

二、数据准备

１、机床数据：

进给电机1.5KW 工作台最大拖力1500kgf 工作台最大承载重量500kg 工作台快速进给量Ｖ垂=766.6mm/min Ｖ横=Ｖ纵

=2300mm/min 工作台行程：Ｌ纵≤800mm

Ｌ横≤300mm Ｌ垂≤400mm.。最大回转角度（±45。）

工作进给量：纵横向10～1000mm/min 垂向3.3～333mm/min

——《机床设计图册》

２、工艺数据：

通用机床由于工艺范围广，在同一台机床上常用不同材料刀具对不同材料和尺寸的工件进行多种加工，故取具有代表性的典型加工条件为计算依据。通常以加工量最大的钢料或铸件为工件材料，硬质合金或高速钢为刀具材料，选取用该机床上用得最多的常用工序或极限加工工序及与此相应的切削用量。

结合本次改造，选取加工材料为HT200的平板凸轮的加工工艺。

刀具：

粗齿圆柱铣刀：孔径27mm，直径Ｄ为63mmＬ取63前角α。为15。，后

角α。为12。，螺旋角β为45。，齿数Ｚ为6

切削用量：铣削铸铁铣前深度t＝５～７mm 取t＝６mm。

进给量：粗齿圆柱铣刀，在加工铸铁装夹系统刚性一般，机床功率7.5kw的条件下，取每齿进给量f z＝0.01～0.15毫米／齿，取f z＝0.15毫米／齿

——《金属切削手册》

(第二版，上海市金属切削技术协会编)

三、总体改造方案

采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出泳冲，经光电隔离电路，功率放大到步进电机，再齿轮减速，带动滚珠丝杠转动。从而实现X、Y、Z方向的进给运动。总体设计示意图如下所示：

结合实际工作量，本次数控改造只涉及进给系统的数控改造，对于主轴部分不予考虑。数改过程中，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小，调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。滚珠丝杠作为当代数控机床进给的主要传动机构，以其寿命长、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的重要配套部件，并已实现了标准化、通用化和商品化。为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。

（１）、伺服驱动：在我国设备数控改造的一段时间里，较多采用步进电机作为伺服驱动元件，步进电机是一种特殊结构的电机，它利用通电激磁绕组产生反应力矩：将脉冲电信号的能量转换为机械位移的机电执行元件。当激磁绕组每产生一定规律获得分配脉冲时，步进电机的转子就转动。转了转过的角度与输入的脉冲个

数具有较严格的比例关系，而且转动与输入脉冲在时间上同步，因此可以利用这些特点控制运动的速度和位移量。

由于步进电机容易丢步，启动频率低，工作频率也不够高，低频时振动大，有时还自激振荡，且没有过载能力，当工作条件变动时，可能造成失误，因此步进电机多用于负载较小、负载变化不大或要求不太高的经济型简易型数控设备中。

开环伺服是由步进电机和机械传动装置组成的开环式控制系统。由于没有位置检测及反馈装置，就必须使其机械传动装置在任何时刻、任何情况下均能严格跟随步进电机的运动而运动。然而实际上，在机械传动装置的输入与输出之间总会有误差存在的。这误差的产生，除了有一部分是由传动链的传误差（如丝杠螺距累积误差）引起的之外，还有一部分是由于传动系统的动力参数（如传动刚度、移动件惯量、导轨摩擦力、间隙、速度阻尼等）产生的。这部分误差在设计开环伺服进给系统中必须予以注意。它包括三部分：

１、启动或反向时的死区误差：

２、由于传动刚度的变化引起的定位误差：

３、运动时的动态误差。

（２）、数控装置：

数控装置的选择也有多种方案，可以全部自行设计制作，可以来用单板机或ＳＴＤ模块改制等，工厂中一般多采用以下两种方法：

一种情况是所需的功能和要求有现成的数控装置可以满足，这时绝大多数都采取买现成产品的方案，因为自行设计制作不但费时间，投资也不一定能省，往往是投资更多，而且质量也不容易保证的，另一种情况是买不到现成产品来实现有些特殊功能，这时大多采取买性价比尽量高的性能接近的装置，然后自行补充或改造，至少也是买ＳＴＤ模块或工控机，单板机来制作，很少全部自行设计制作，对于我们所需的数控装置，除了直接能进行渐开线插补这一条功能外，其它没有特殊的功能要求，市场上可以有很多种型号的铣床数控装置供选择，因此直接选用市场上现成的装置切合实际，可以加快改造步伐，适合生产需要，但是作为毕业设计，也需对其结构、原理。控制方式等有新了解。能提出自己的处理办法，即设计方案。

根据所选方案确定选用国产的经济数控系统ＪＷＫ—２０Ｍ，控制轴数X、Ｙ、Ｚ，联动轴数任意二轴，生产厂家：南京微分电机厂江南机床数控工程公司。