《X52K铣床X向进给系统数控改造》由会员分享，可在线阅读，更多相关《X52K铣床X向进给系统数控改造（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录1.引言：32.设计任务43.总体方案的确定.5 3.1 机械传动部件的选择3.1.1导轨副的选用3.1.2丝杠螺母副的选用3.1.3减速装置的选用3.1.4伺服电机的选用3.1.5检测装置的选用3.2 控制系统的设计73.3 绘制总体方案图74.机械传动部件的计算与选型84.1 导轨上移动部件的重量估算84.2 铣削力的计算84.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）84.3.1 块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取4.3.2 距离额定寿命L的计算4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型94.4.1 最大工作载荷Fm的计算4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算4.4.3 初选型号4.4.4 传动
2、效率的计算4.4.5 刚度的验算4.4.6 压杆稳定性校核4.5 步进电动机减速箱的选用114.6 步进电动机的计算与选型114.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定4.6.4 步进电动机的性能校核5.增量式旋转编码器的选用146. 绘制进给传动系统示意图147工作台控制系统的设计148步进电动机的驱动电源选用179.选择AT89S52单片机的控制系统计 1810.致谢 19参考文献 20 1.引言：现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造
3、。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。X52K铣床数控改造是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵横向进刀机构、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的X52K铣床数控改造，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠
4、螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。2.设计任务题目：X52K铣床X向进给系统数控改造主要参数如下：1.X方向的脉冲当量0.005mm/step;2.定位精度均为mm;3.最大快移速度:4000mm/min.具体要求： 1.机械部分设计计算，选择适当元器件； 2.确定总体方案，绘制系统组成框图一张A3；3.绘制X向机械部分改造装配图一张A0；4.设计控制系统，画出电器原理图一张A1.5.编写说明书一份3. 总体方案的确定 X52K基本技术规格主轴端面到工作台的距离 400mm 30mm主轴轴线到床身垂直导轨面的距离350mm面积： 宽长3201250
5、mm最大纵向行程手动（机动） 700（680）mm最大横向行程手动（机动）260（240）mm最大升降行程手动（机动）370（350）mm进给级数 18级进级量范围 纵向：23.5 1180mm/min横向：15 786mm/min垂直：8 394mm/min 孔径 29mm主轴孔锥度7：24刀杆公称直径32 50 mm转速级数 18级转速范围30 1500r/min轴向调整距离70 mm主轴电动机功率7.5KW工作台进给电动机功率1.5KW最大工件质量 150 Kg机床进给部件重量横向4410N 纵向 2200N3.1 机械传动部件的选择3.1.1导轨副的选用腰设计数控车床工作台，需要承受的
6、载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。3.1.2丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足0.005mm冲当量和mm的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。3.1.3减速装置的选用选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构，选用无间隙齿轮传动减速箱。3.1
7、.4伺服电动机的选用任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此4000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。3.1.5检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。3.2 控制系统的设计1）设计的X-Z工
8、作台准备用在数控车床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的相关指标。3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。3.3 绘制总体方案图总体方案图如图所示。 4. 机械传动部件的计算与选型4.1 导轨上移动部件的重量估算按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作台、上
9、层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为800N4.2 铣削力的计算设零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢。则由表3-7查得立铣时的铣削力计算公式为： (6-11)今选择铣刀的直径为d=15mm，齿数Z=3,为了计算最大铣削力，在不对称铣削情况下，取最大铣削宽度为，背吃刀量=5mm ，每齿进给量，铣刀转速。则由式（6-11）求的最大铣削力：（1）主切削力，总切削力F在铣刀主运动方向上的分力，即沿铣刀外圆切线方向上的分力，是主要消耗功率的力（2）进给力 ,总切削力在纵向进给方向上的分力（3）横向进给力,总切削力在横向进给方向上的分力（4）垂直进给力，总切削力
10、在垂直进给方向上的分力采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由表查得，考虑逆铣时的情况，可估算三个方向的铣削力分别为：,，。图3-4a为卧铣情况，现考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力，受到水平方向的铣削力分别为和。今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向，则纵向铣削力，径向铣削力为4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（X向）4.3.1 块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为： (6-1
11、2)其中，移动部件重量800N，外加载荷，代入式（6-12），得最大工作载荷=1183N=1.183kN。查表根据工作载荷=1.183kN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷，额定静载荷。任务书规定加工范围为200150，考虑工作行程应留有一定余量，查表选取导轨的长度为520mm。4.3.2 距离额定寿命L的计算上述所取的KL系列JSA-LG15系列导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过C，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。分别取硬度系数f=1.0，温度系数f=1.00，接触系数f=0.81，精度系数f=0.9，载荷系数f=1.
12、5，代入式（3-33），得距离寿命：L=远大于期望值50Km，故距离额定寿命满足要求。4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型4.4.1 最大工作载荷Fm的计算如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=2845N,受到横向载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=647N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=983N.已知移动部件总重量G=800N，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：Fm=KFx+(Fz+Fy+G)=1.12845+0.005(983+647+800)N3142N4.4.2 最大动工作载
13、荷FQ的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min，初选丝杠导程Ph=5mm,则此时丝杠转速n=v/Ph=80r/min。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入L0=60Nt/106,得丝杠寿命系数L0=72（单位为：106r）。查表，取载荷系数fw=1.2,滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=1.0,代入式（3-23），求得最大动载荷：FQ=4.4.3 初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列4006-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为40mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈*1系列，精度
14、等级取5级，额定动载荷为15960N，大于FQ，满足要求。4.4.4 传动效率的计算将公称直径d0=40mm,导程Ph=5mm,代入=arctanPh/(d0)，得丝杠螺旋升角=253。将摩擦角=10，代入=tan/tan(+),得传动效率=97%。4.4.5 刚度的验算(1) X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距约为a=500mm；钢的弹性模量E=2.1105Mpa;查表得滚珠直径Dw=3.969mm，丝杠底径d2=35.2mm,丝杠截面积S=/4=972.65m。忽略式（3-25）中的第二项，算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压
