龍門刨床數控的改造設計

姜 慧

(江西氣體壓縮機有限公司，江西 贛州 341000)

0 引 言

過去所采用的龍門刨床僅僅可以對零件的表面進行刨削，已經無法滿足一些零件的刨削要求，因此急需要改進。文中具體討論了這方面的問題。

1 機械部分總體方案的制定

1.1 X坐標進給伺服系統設計

將龍門刨床X坐標進行進給伺服系統控制改造，需要采用110BYG3502型混合式步進電機，步距角可以設定程a=0.6。，而脈沖量則要設置成0.01 mm，滾珠絲杠的螺距設置成T=6 mm，那么通過公式s=aT/360。i能夠得到i=aT/360。s=0.6×/(360×0.01)=1。根據這個公式進行分析能夠了解到，在減速齒輪箱中，可以形成了1∶1齒輪傳動比。若想讓滾珠絲杠在熱脹冷縮的情況下，能夠給步進電機軸不會形成很大的軸向力，那么就算是形成1∶1的比例，也不能夠電機軸和絲杠直聯，最好運用傳動比是1∶1的齒輪箱。

1.2 X坐標軸承選型和分布情況

在X坐標進給伺服系統軸承種類和分布中，在右側和步進電機比較近的地方，要安裝單列向心球軸承，通常情況下為2個，而且無法承受軸向力，僅是承受徑向力；不過要是在左側的話，那么最好安裝止推軸承承受雙向軸向力，而且也是2個，由于步進電機在運轉的時候，要產生非常多的熱量，止推軸承就會和步進電機拉遠距離，降低熱變形，這樣就能夠避免軸向擠緊對進給造成干擾。

1.3 Y坐標進給伺服系統設計

在對Y坐標進行進給伺服系統數控改造期間，最好采用110BYG3501型混合式步進電機，其中，步距角可以設定成a=0.6°，脈沖當量可以設定為o=0.01 mm，滾珠絲杠的螺距設定為T=4 mm，可以通過這組公式：i=aT/360°=0.6×4/(360×0.01)=2/3。通常情況下，減速齒輪的齒輪傳動比是2∶3。

2 用電磁傳感器協調刨運動和兩坐標進給運動

通常情況下，傳感器、金屬條要與工作件平齊，金屬條要安裝在刨床工作臺，并讓兩者和工作件一同進行運動，通過分析能夠了解到，如果對工具采取刨削工作的話，那么傳感器就要靠近金屬條。傳感器會往電腦中傳送相關的信號，顯示X、Y兩個坐標無法進給；如果刀具、傳感器和金屬條分開的話，那么傳感器就會在電腦當中顯示高點平，X、Y兩坐標進給。

3 控制系統控制程序設計思路

在刨床工作臺進行作用運動的時候，通常都是行程開關所掌控，然后再采取伺服系統設計。而在龍門刨床數控技術改進的過程中對傳感器電路設計一直是非常重要的一項技術。而X、Y兩坐標補進傳感器檢測流程為：開始——刨到開始刨削第一刀——檢查傳感器是不是對低電平進行了輸出——刨刀剛進入后空行程完成X、Y插補進給——檢查刨削是否到了終點——結束刨削。

4 系統方案的總體設計

例如，X軸有效行程為12 000 mm；Y軸有效行程為1 800 mm；工作臺尺寸為2 000 mm×12 000 mm。主軸端面至工作臺的距離是1 800 mm；最大切削進給速度是1.5 m/min；快速進給速度是2 m/min；驅動電機最高轉速是2 000 r/min；主軸電機功率為11 kW；定位精度為0.1 mm。而床身、橫梁等部位是刨床的主要機械部分。而在進行切削過程中，刀具和工件能夠形成相互作用，然后在支承件中慢慢的進行傳送，這樣就會出現變形的情況，從而對加工的精度造成破壞，所以一定要進行改造設計。

4.1 主軸組件的設計

機床的執行件為主軸組件，其作用主要是讓刀具進行轉動，從而實現表面成形，此外，主軸組件還能夠承受切削力。因為主軸組件的工作能力會決定機床加工的效果，所以也成為了機床非常重要的構成部分。

(1)主軸的構造。主軸中所使用的刀具種類、數量等能夠直接決定主軸的結構。相關技術人員在對機床進行設計的過程中，通常會采用刨床的主軸端部，而刨床會在錐孔里進行定位，然后采用拉桿將主軸勒緊。

(2)主軸的材料和熱處理。在選用主軸材料的時候，通常是查看其荷載、熱處理等方面的情況。而在對主軸進行設計的過程中，要根據主軸材料的特點來進行選擇正確的設計方式，通常情況下會選擇鍍Cr。由于主軸頸在運行期間要面對非常大的負荷，而且還必須要具備一定的硬度，所以主軸頸通常會使用高頻碎火，碎后硬度通常保持在45～50 HRC之間。

4.2 滾珠絲杠副的選用

(1)Ph=vmax/inmax。而vmax是工作臺的最快移動速率，單位是mm/min；nmax代表的是電動機的最快轉速，r/min；i則代表為傳動比。

在通過計算后得出Ph=10 mm/r。

(2)傳動系統設計。通過研究得出脈沖當量為:o=bphi/360。

式中，b代表的是步進電機的步聚角。在通過計算后得出脈沖當量為o=0.05 mm/r。

(3)確立絲杠的預期動載荷為

Caml：Caml=60nmLnfmfw/100fafc

式中，nm是絲杠的平均轉速;Ln是滾珠絲杠副的工作時間，h一般情況下會根據Ln的實際情況，以此確定為2.0×10 h；fn是運算載荷；fa是負荷性質；而fc是可靠性。通過計算能夠了解到，絲杠的動載荷Cmd=4.986×10 N。

(4)絲杠的量大軸向變形量o，通常情況下的最小值為o<(1/3-1/4)oml；o<(1/4-1/5)oml。

在這個關系式中，o是絲杠最小的螺紋底徑；oml代表的是定位精度。

(5)估算最小螺紋底徑

a.根據兩邊的固定支承形式，能夠利用公式：

d2ml>10noE/10folo=0.039/folo/om

式中，d2ml是絲杠最小螺紋底徑；fo是導軌靜摩擦的情況；lo是兩個固定支承的距離；

經計算，X、Y軸的最小螺紋底徑是38.3 mm和26.2 mm。

b.橫梁和軸絲在進行安裝的時候，通常會采取一方固定，而另一方自由的方式，并通過下列公式來運算出最小螺紋底徑

d2m2>2×10/10fol=0.078/fol

式中，L是滾珠螺母和滾珠絲杠之間的距離。而在進行運算以后能夠了解到，橫梁和z軸的螺紋底徑為25.6 mm和20.5 mm。

(6)確立滾珠絲杠副的規格。要掌握好如何對滾珠絲杠進行使用，然后要讓滾珠絲杠的負荷不能夠小于需要的最大動載荷，同時還要能夠符合導程需求，全面掌握精度情況，再將內循環墊片放入到雙螺母預緊的絲杠當中。而通常情況下，X軸使用的絲杠的規格是：FFZD5010-5；橫梁提升軸規格則是：FFZD3210-5；Z軸使用的絲杠規格是：FDU2510-4。

4.3 伺服電機選用

如果想要正確地選用伺服電機，那么就要遵循下面的原則：

(1)慣量匹配：負載轉動慣量一定不能夠大于電機轉動慣量。

(2)電機轉矩一定不能夠小于電機的力矩。通過系統的運算能夠了解到，所適合選用的伺服電機是；X軸為p10b18350bxs，Y軸是p10b10075HXS，Z軸是P10B18350BXS。

5 結束語

在對龍門刨床進行數控改進以后，能夠對圓柱形零件進行準確的刨削，而且還可以讓刨床的操作更加簡便，同時提高生產能力，從而很大程度降低了勞動強度。另外，在對龍門刨床數控技術改進以后，還能夠利用自動編程，對所有繁雜的圓柱零件進行刨削，而要進行更改的也只有程序設定，這樣企業提高了工作能力和經濟收益。