X6132縱向垂直數控改造

寇鵬德

摘要：目前加快數控機床技術研發越來越成為機床企業的發展重點。企業紛紛采用加快技術創新，優化生產管理等方式，不斷提升其加工效率和質量，有效地推動了機床制造業的健康有序發展。本文主要研究了X6132縱向垂直數控改造技術，并提出了具體的設計方案，進行了經濟技術性與環保分析。

關鍵詞：銑床 絲杠 數控改造 設計方案 伺服驅動

1 普通銑床改造的意義

隨著市場競爭的日趨激烈，企業要想在激烈的競爭環境下保證競爭優勢，實現可持續發展，就必須加快科技創新，優化內部管理，構建良好的產品和服務能力領先策略，不斷提升其知名度和影響力。目前，普通銑床技術已無法適應小批量、多品種、高質量的生產要求。普通銑床改造已成為必然趨勢。而數控銑床技術的出現則解決了這一問題，它不僅能夠適應現代化生產需求，生產出高質量的機械部件，而且還能很好地滿足產品變化頻繁的加工要求，提升加工質量和效率。與普通銑床相比，數控銑床技術具有適應性好、靈活度高、加工精度高、加工質量穩定可靠等優勢。數控銑床是在普通銑床的基礎上發展起來的，它繼承和發展了普通銑床的生產工藝與技術特點，并針對傳統生產方式中存在的問題進行了處理和分析，極大地提高了產品品質和勞動效率。隨著數控銑床的不斷發展，其逐漸呈現出以下兩方面發展趨勢：一是全功能與高性能；二是低成本，簡便耐用。經濟型數控銑床的自動化加工水平較高，同時其維修與保養難度較小，符合企業的具體發展要求。同時，經濟型數控銑床的系統定位精度更高，誤差率小，能夠滿足加工的精度需要。

經過技術改造后，普通銑床的加工效率顯著上升。但總體來看，其故障發生率仍居高不下。為解決這一問題，技術人員依據傳統修理方案進行了修整與改造，但效果不理想。傳統的修理方案不僅成本高，而且難以滿足大修驗收標準。因此，為提高普通銑床改造質量，保證機床的穩定性和安全性，技術人員合理選擇數控系統改造普通銑床，并將微機控制技術應用至改造當中，有效地提高了產品質量和工藝水平，減輕了操作人員的工作量。

2 設計方案和基本方案的確定

2.1 設計任務

2.1.1 進給伺服系統設計計算

在進行進給伺服系統設計計算時，必須根據脈沖當量、選型計算以及滾珠絲杠螺母副設計等的要求進行，以保證其計算的準確性。

2.1.2 單片機控制系統設計

單片機控制系統的設計主要包括控制系統圖的設計及繪制、直線差補程序編寫、圓弧插補程序編寫三個環節。

2.2 總體方案設計的內容

■

在擬定機床數控系統總體方案時，設計人員一般先擬定出幾個總體方案，再通過綜合對比和分析選出最優方案。

2.2.1 伺服驅動

步進電機的結構較為特殊，它主要利用電激磁繞組原理將脈沖電信號成功轉化為機械位移電擊執行軟件。激磁繞組接收到分配脈沖信號時，會根據信息指令進行數據處理，進而引起步進電機的轉子轉動。其中，轉子的轉動角度與脈沖個數存在一定比例關系。因此，技術人員通常利用這一特性控制運動速度和位移量的方式。

步進電機具有結構簡單、體積小、成本低、便于維修、位移精度好等優勢，受到了企業的一致歡迎。但與此同時，它也存在著數據容易丟失、啟動效率低、低頻振度大等缺陷。

2.2.2 采用滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠螺母副主要包括螺母、絲杠、滾珠等零件，它們直接決定著銑床的旋轉運動情況，它是在傳統滑動絲杠的基礎上發展起來的。滾珠絲杠螺母副具有精度高、摩擦小、運行平穩、實用性強等優勢，被廣泛用至數控銑床加工中。

2.2.3 數控裝置

微機數控系統主要包括伺服電機驅動電路、CPU、I/O接口電路等組成。在數控系統中，微機是其控制核心，它控制著其他系統裝置的運行，決定著系統的運行方式和實際功能。在數控系統中，微機的技術要求是極為嚴格的，其字長和速度必須滿足相關要求，以保證加工精度和運算精度。本設計采用的是MCS-51單片機，并擴展2片2764芯片，1片6264芯片，3片8155可編程并行I/O等組成的控制系統。

2.2.4 系統功能

①垂直和水平方向進行進給伺服運動。

②控制行程進度。

③控制鍵盤操作。

④報警電路、復位電路、隔離電路等。

2.2.5 采用環形分配器

在本系統中，技術人員選用的是環形分配器，這種分配器能夠更好地適應數控銑床的實際加工需求，提升加工效率。由于數控銑床的三步進電機有三個方向，因此在進行分配時，應根據其具體要求進行接口連接。

3 伺服系統機械部分設計計算

3.1 設計要求

采用MSC-51系列單片機控制系統對X5132立式銑床進行改造，通過有效調節最終將其改造成微機數控立式銑床，并通過電機開環實現對銑床的有效控制。改良后的銑床具有良好的直線和圓弧插補功能，能夠更好地滿足銑床加工的實際需要。

主要設計參數如下：

機動范圍：320mm

加工最大長度：350mm

快進速度：縱向：2.4m/min

橫向：2.4m/min

垂向：0.78m/min

切削速度：0.06m/min

定位精度：0.015mm/300mm

移動部件重量：縱向：1000kg

橫向：450kg

垂向：1000kg

加速時間：30ms

機床效率：0.8

3.2 確定系統脈沖當量

經濟型數控銑床的脈沖當量一般在0.01-0.005mm之間。在計算時，一般取0.01mm/脈沖。

3.3 縱向進給系統的確定

切削力的計算：

在進行切削力計算時，首先要計算出工件和刀具的進給量。在選擇銑刀時，應選擇高速鋼材料的銑刀，并選用不對稱切削的逆銑形式。

表1 縱向傳動齒輪幾何參數

■

3.4 橫向進給系統的確定

橫向絲杠的選擇

計算進給牽引力Fm

導軌類型為矩形導軌

Fm=KFx+f′（FZ+2Fy+G）

=1.1×1380+0.15×（2208+3790.4+450×9.8）

=3079.26N

式中：f′——導軌上的摩擦系數0.15；

G——移動部件重量60kg。

3.5同步帶及帶輪的選擇

傳動比i=1.25，則齒數取Z=16，

查慈溪恒力同步帶輪有限公司帶輪得：

小輪型號為20L，節徑10mm，外徑260mm；

大輪型號為25L，外徑400mm，

同步帶型號為382L，節線長971.55mm，齒數102。

4 經濟技術性與環保分析

隨著我國工業化發展水平的不斷提升，企業越來越重視其產品質量和經濟效益，進一步優化產品設計和加工程序，并通過經濟和技術分析不斷提升其產品的經濟性，實現利潤最大化。在進行產品設計時，企業必須重視產品的經濟技術性與環保分析，堅持可持續發展原則。

經過縱向垂直數控改造之后，數控銑床的加工質量與加工效率顯著提升，產品精度不斷提高，誤差率和故障率大大降低，保障了銑床加工的穩定有序進行。

參考文獻：

[1]王啟義.機械制造裝備設計[M].冶金工業出版社，2002：48-78.

[2]戴向國，于復生，李方義.Solidworks 2003基礎教程[M].清華大學出版社，2003.

[3]張德忠.X52K銑床數控化改造[M].機械設計，2005.10.endprint

摘要：目前加快數控機床技術研發越來越成為機床企業的發展重點。企業紛紛采用加快技術創新，優化生產管理等方式，不斷提升其加工效率和質量，有效地推動了機床制造業的健康有序發展。本文主要研究了X6132縱向垂直數控改造技術，并提出了具體的設計方案，進行了經濟技術性與環保分析。

關鍵詞：銑床 絲杠 數控改造 設計方案 伺服驅動

1 普通銑床改造的意義

隨著市場競爭的日趨激烈，企業要想在激烈的競爭環境下保證競爭優勢，實現可持續發展，就必須加快科技創新，優化內部管理，構建良好的產品和服務能力領先策略，不斷提升其知名度和影響力。目前，普通銑床技術已無法適應小批量、多品種、高質量的生產要求。普通銑床改造已成為必然趨勢。而數控銑床技術的出現則解決了這一問題，它不僅能夠適應現代化生產需求，生產出高質量的機械部件，而且還能很好地滿足產品變化頻繁的加工要求，提升加工質量和效率。與普通銑床相比，數控銑床技術具有適應性好、靈活度高、加工精度高、加工質量穩定可靠等優勢。數控銑床是在普通銑床的基礎上發展起來的，它繼承和發展了普通銑床的生產工藝與技術特點，并針對傳統生產方式中存在的問題進行了處理和分析，極大地提高了產品品質和勞動效率。隨著數控銑床的不斷發展，其逐漸呈現出以下兩方面發展趨勢：一是全功能與高性能；二是低成本，簡便耐用。經濟型數控銑床的自動化加工水平較高，同時其維修與保養難度較小，符合企業的具體發展要求。同時，經濟型數控銑床的系統定位精度更高，誤差率小，能夠滿足加工的精度需要。

經過技術改造后，普通銑床的加工效率顯著上升。但總體來看，其故障發生率仍居高不下。為解決這一問題，技術人員依據傳統修理方案進行了修整與改造，但效果不理想。傳統的修理方案不僅成本高，而且難以滿足大修驗收標準。因此，為提高普通銑床改造質量，保證機床的穩定性和安全性，技術人員合理選擇數控系統改造普通銑床，并將微機控制技術應用至改造當中，有效地提高了產品質量和工藝水平，減輕了操作人員的工作量。

2 設計方案和基本方案的確定

2.1 設計任務

2.1.1 進給伺服系統設計計算

在進行進給伺服系統設計計算時，必須根據脈沖當量、選型計算以及滾珠絲杠螺母副設計等的要求進行，以保證其計算的準確性。

2.1.2 單片機控制系統設計

單片機控制系統的設計主要包括控制系統圖的設計及繪制、直線差補程序編寫、圓弧插補程序編寫三個環節。

2.2 總體方案設計的內容

■

在擬定機床數控系統總體方案時，設計人員一般先擬定出幾個總體方案，再通過綜合對比和分析選出最優方案。

2.2.1 伺服驅動

步進電機的結構較為特殊，它主要利用電激磁繞組原理將脈沖電信號成功轉化為機械位移電擊執行軟件。激磁繞組接收到分配脈沖信號時，會根據信息指令進行數據處理，進而引起步進電機的轉子轉動。其中，轉子的轉動角度與脈沖個數存在一定比例關系。因此，技術人員通常利用這一特性控制運動速度和位移量的方式。

步進電機具有結構簡單、體積小、成本低、便于維修、位移精度好等優勢，受到了企業的一致歡迎。但與此同時，它也存在著數據容易丟失、啟動效率低、低頻振度大等缺陷。

2.2.2 采用滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠螺母副主要包括螺母、絲杠、滾珠等零件，它們直接決定著銑床的旋轉運動情況，它是在傳統滑動絲杠的基礎上發展起來的。滾珠絲杠螺母副具有精度高、摩擦小、運行平穩、實用性強等優勢，被廣泛用至數控銑床加工中。

2.2.3 數控裝置

微機數控系統主要包括伺服電機驅動電路、CPU、I/O接口電路等組成。在數控系統中，微機是其控制核心，它控制著其他系統裝置的運行，決定著系統的運行方式和實際功能。在數控系統中，微機的技術要求是極為嚴格的，其字長和速度必須滿足相關要求，以保證加工精度和運算精度。本設計采用的是MCS-51單片機，并擴展2片2764芯片，1片6264芯片，3片8155可編程并行I/O等組成的控制系統。

2.2.4 系統功能

①垂直和水平方向進行進給伺服運動。

②控制行程進度。

③控制鍵盤操作。

④報警電路、復位電路、隔離電路等。

2.2.5 采用環形分配器

在本系統中，技術人員選用的是環形分配器，這種分配器能夠更好地適應數控銑床的實際加工需求，提升加工效率。由于數控銑床的三步進電機有三個方向，因此在進行分配時，應根據其具體要求進行接口連接。

3 伺服系統機械部分設計計算

3.1 設計要求

采用MSC-51系列單片機控制系統對X5132立式銑床進行改造，通過有效調節最終將其改造成微機數控立式銑床，并通過電機開環實現對銑床的有效控制。改良后的銑床具有良好的直線和圓弧插補功能，能夠更好地滿足銑床加工的實際需要。

主要設計參數如下：

機動范圍：320mm

加工最大長度：350mm

快進速度：縱向：2.4m/min

橫向：2.4m/min

垂向：0.78m/min

切削速度：0.06m/min

定位精度：0.015mm/300mm

移動部件重量：縱向：1000kg

橫向：450kg

垂向：1000kg

加速時間：30ms

機床效率：0.8

3.2 確定系統脈沖當量

經濟型數控銑床的脈沖當量一般在0.01-0.005mm之間。在計算時，一般取0.01mm/脈沖。

3.3 縱向進給系統的確定

切削力的計算：

在進行切削力計算時，首先要計算出工件和刀具的進給量。在選擇銑刀時，應選擇高速鋼材料的銑刀，并選用不對稱切削的逆銑形式。

表1 縱向傳動齒輪幾何參數

■

3.4 橫向進給系統的確定

橫向絲杠的選擇

計算進給牽引力Fm

導軌類型為矩形導軌

Fm=KFx+f′（FZ+2Fy+G）

=1.1×1380+0.15×（2208+3790.4+450×9.8）

=3079.26N

式中：f′——導軌上的摩擦系數0.15；

G——移動部件重量60kg。

3.5同步帶及帶輪的選擇

傳動比i=1.25，則齒數取Z=16，

查慈溪恒力同步帶輪有限公司帶輪得：

小輪型號為20L，節徑10mm，外徑260mm；

大輪型號為25L，外徑400mm，

同步帶型號為382L，節線長971.55mm，齒數102。

4 經濟技術性與環保分析

隨著我國工業化發展水平的不斷提升，企業越來越重視其產品質量和經濟效益，進一步優化產品設計和加工程序，并通過經濟和技術分析不斷提升其產品的經濟性，實現利潤最大化。在進行產品設計時，企業必須重視產品的經濟技術性與環保分析，堅持可持續發展原則。

經過縱向垂直數控改造之后，數控銑床的加工質量與加工效率顯著提升，產品精度不斷提高，誤差率和故障率大大降低，保障了銑床加工的穩定有序進行。

參考文獻：

[1]王啟義.機械制造裝備設計[M].冶金工業出版社，2002：48-78.

[2]戴向國，于復生，李方義.Solidworks 2003基礎教程[M].清華大學出版社，2003.

[3]張德忠.X52K銑床數控化改造[M].機械設計，2005.10.endprint

摘要：目前加快數控機床技術研發越來越成為機床企業的發展重點。企業紛紛采用加快技術創新，優化生產管理等方式，不斷提升其加工效率和質量，有效地推動了機床制造業的健康有序發展。本文主要研究了X6132縱向垂直數控改造技術，并提出了具體的設計方案，進行了經濟技術性與環保分析。

關鍵詞：銑床 絲杠 數控改造 設計方案 伺服驅動

1 普通銑床改造的意義

隨著市場競爭的日趨激烈，企業要想在激烈的競爭環境下保證競爭優勢，實現可持續發展，就必須加快科技創新，優化內部管理，構建良好的產品和服務能力領先策略，不斷提升其知名度和影響力。目前，普通銑床技術已無法適應小批量、多品種、高質量的生產要求。普通銑床改造已成為必然趨勢。而數控銑床技術的出現則解決了這一問題，它不僅能夠適應現代化生產需求，生產出高質量的機械部件，而且還能很好地滿足產品變化頻繁的加工要求，提升加工質量和效率。與普通銑床相比，數控銑床技術具有適應性好、靈活度高、加工精度高、加工質量穩定可靠等優勢。數控銑床是在普通銑床的基礎上發展起來的，它繼承和發展了普通銑床的生產工藝與技術特點，并針對傳統生產方式中存在的問題進行了處理和分析，極大地提高了產品品質和勞動效率。隨著數控銑床的不斷發展，其逐漸呈現出以下兩方面發展趨勢：一是全功能與高性能；二是低成本，簡便耐用。經濟型數控銑床的自動化加工水平較高，同時其維修與保養難度較小，符合企業的具體發展要求。同時，經濟型數控銑床的系統定位精度更高，誤差率小，能夠滿足加工的精度需要。

經過技術改造后，普通銑床的加工效率顯著上升。但總體來看，其故障發生率仍居高不下。為解決這一問題，技術人員依據傳統修理方案進行了修整與改造，但效果不理想。傳統的修理方案不僅成本高，而且難以滿足大修驗收標準。因此，為提高普通銑床改造質量，保證機床的穩定性和安全性，技術人員合理選擇數控系統改造普通銑床，并將微機控制技術應用至改造當中，有效地提高了產品質量和工藝水平，減輕了操作人員的工作量。

2 設計方案和基本方案的確定

2.1 設計任務

2.1.1 進給伺服系統設計計算

在進行進給伺服系統設計計算時，必須根據脈沖當量、選型計算以及滾珠絲杠螺母副設計等的要求進行，以保證其計算的準確性。

2.1.2 單片機控制系統設計

單片機控制系統的設計主要包括控制系統圖的設計及繪制、直線差補程序編寫、圓弧插補程序編寫三個環節。

2.2 總體方案設計的內容

■

在擬定機床數控系統總體方案時，設計人員一般先擬定出幾個總體方案，再通過綜合對比和分析選出最優方案。

2.2.1 伺服驅動

步進電機的結構較為特殊，它主要利用電激磁繞組原理將脈沖電信號成功轉化為機械位移電擊執行軟件。激磁繞組接收到分配脈沖信號時，會根據信息指令進行數據處理，進而引起步進電機的轉子轉動。其中，轉子的轉動角度與脈沖個數存在一定比例關系。因此，技術人員通常利用這一特性控制運動速度和位移量的方式。

步進電機具有結構簡單、體積小、成本低、便于維修、位移精度好等優勢，受到了企業的一致歡迎。但與此同時，它也存在著數據容易丟失、啟動效率低、低頻振度大等缺陷。

2.2.2 采用滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠螺母副主要包括螺母、絲杠、滾珠等零件，它們直接決定著銑床的旋轉運動情況，它是在傳統滑動絲杠的基礎上發展起來的。滾珠絲杠螺母副具有精度高、摩擦小、運行平穩、實用性強等優勢，被廣泛用至數控銑床加工中。

2.2.3 數控裝置

微機數控系統主要包括伺服電機驅動電路、CPU、I/O接口電路等組成。在數控系統中，微機是其控制核心，它控制著其他系統裝置的運行，決定著系統的運行方式和實際功能。在數控系統中，微機的技術要求是極為嚴格的，其字長和速度必須滿足相關要求，以保證加工精度和運算精度。本設計采用的是MCS-51單片機，并擴展2片2764芯片，1片6264芯片，3片8155可編程并行I/O等組成的控制系統。

2.2.4 系統功能

①垂直和水平方向進行進給伺服運動。

②控制行程進度。

③控制鍵盤操作。

④報警電路、復位電路、隔離電路等。

2.2.5 采用環形分配器

在本系統中，技術人員選用的是環形分配器，這種分配器能夠更好地適應數控銑床的實際加工需求，提升加工效率。由于數控銑床的三步進電機有三個方向，因此在進行分配時，應根據其具體要求進行接口連接。

3 伺服系統機械部分設計計算

3.1 設計要求

采用MSC-51系列單片機控制系統對X5132立式銑床進行改造，通過有效調節最終將其改造成微機數控立式銑床，并通過電機開環實現對銑床的有效控制。改良后的銑床具有良好的直線和圓弧插補功能，能夠更好地滿足銑床加工的實際需要。

主要設計參數如下：

機動范圍：320mm

加工最大長度：350mm

快進速度：縱向：2.4m/min

橫向：2.4m/min

垂向：0.78m/min

切削速度：0.06m/min

定位精度：0.015mm/300mm

移動部件重量：縱向：1000kg

橫向：450kg

垂向：1000kg

加速時間：30ms

機床效率：0.8

3.2 確定系統脈沖當量

經濟型數控銑床的脈沖當量一般在0.01-0.005mm之間。在計算時，一般取0.01mm/脈沖。

3.3 縱向進給系統的確定

切削力的計算：

在進行切削力計算時，首先要計算出工件和刀具的進給量。在選擇銑刀時，應選擇高速鋼材料的銑刀，并選用不對稱切削的逆銑形式。

表1 縱向傳動齒輪幾何參數

■

3.4 橫向進給系統的確定

橫向絲杠的選擇

計算進給牽引力Fm

導軌類型為矩形導軌

Fm=KFx+f′（FZ+2Fy+G）

=1.1×1380+0.15×（2208+3790.4+450×9.8）

=3079.26N

式中：f′——導軌上的摩擦系數0.15；

G——移動部件重量60kg。

3.5同步帶及帶輪的選擇

傳動比i=1.25，則齒數取Z=16，

查慈溪恒力同步帶輪有限公司帶輪得：

小輪型號為20L，節徑10mm，外徑260mm；

大輪型號為25L，外徑400mm，

同步帶型號為382L，節線長971.55mm，齒數102。

4 經濟技術性與環保分析

隨著我國工業化發展水平的不斷提升，企業越來越重視其產品質量和經濟效益，進一步優化產品設計和加工程序，并通過經濟和技術分析不斷提升其產品的經濟性，實現利潤最大化。在進行產品設計時，企業必須重視產品的經濟技術性與環保分析，堅持可持續發展原則。

經過縱向垂直數控改造之后，數控銑床的加工質量與加工效率顯著提升，產品精度不斷提高，誤差率和故障率大大降低，保障了銑床加工的穩定有序進行。

參考文獻：

[1]王啟義.機械制造裝備設計[M].冶金工業出版社，2002：48-78.

[2]戴向國，于復生，李方義.Solidworks 2003基礎教程[M].清華大學出版社，2003.

[3]張德忠.X52K銑床數控化改造[M].機械設計，2005.10.endprint