X5040立式銑床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)方案
——進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯金辰 云南工程職業(yè)學(xué)院 云南昆明

本次主要是對X5040立式銑床的進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造設(shè)計(jì)的方案。首先將三相異步電動機(jī)改成步進(jìn)電動機(jī)，X軸、Y軸、Z軸的絲杠改為滾珠絲杠副。其次步進(jìn)電動機(jī)與絲杠之間的傳動采用齒輪一級傳動式，在設(shè)計(jì)步進(jìn)電動機(jī)與絲杠的聯(lián)接時(shí)，盡量減少傳動間隙，滿足精度要求。

一、機(jī)床數(shù)控化改造的意義

(1)減少投資額，交貨期短。同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60%~80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低，大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。

(2)力學(xué)性能穩(wěn)定可靠。舊機(jī)床所利用的床身、立柱燈基礎(chǔ)構(gòu)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。

(3)熟悉設(shè)備，便于操作維修。購買新設(shè)備可能不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于使用多年，操作者對機(jī)床的性能已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快，改造的機(jī)床易安裝好，可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

(4)可充分利用現(xiàn)有的條件。例如可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。

(5)可以采用最新的控制技術(shù)。可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備檔次和質(zhì)量，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。

二、銑床數(shù)控化改造的步驟

在改造之前，要先做好充分的技術(shù)準(zhǔn)備，安排技術(shù)人員做好技術(shù)規(guī)劃，電氣原理圖及各種轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計(jì)等。

(1)作好改造的前期準(zhǔn)備工作。對被改造機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀的全面分析。

(2)進(jìn)行電氣改造的機(jī)床一般均需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求、范圍、內(nèi)容，也要確定因改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改動的要求和內(nèi)容。為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測量、計(jì)算、設(shè)計(jì)、繪圖、零件制作等應(yīng)先期完成。停機(jī)后需拆、改、加工的部分等也應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求。機(jī)械性能完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。

(3)改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料，做到思路清晰，層次分明。

(4)原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙進(jìn)行，并及時(shí)作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆。

(5)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙合理配置新系統(tǒng)，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。

(6)調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜，隨時(shí)記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)、系統(tǒng)靈敏度，防止發(fā)生人身及設(shè)備事故。

三、X5040型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)床設(shè)計(jì)的初使，首先需確定有關(guān)參數(shù)，它們是傳動設(shè)計(jì)和就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求，因此，參數(shù)擬定是機(jī)床設(shè)計(jì)中的重要問題。

X5040 型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)如下：

工作臺面積：1600x400mm；工作臺縱向最大行程：900mm；工作臺橫向最大行程：375mm；工作臺垂向最大行程：400mm；工作臺T型槽數(shù)：3；工作臺T型槽寬：18mm工作臺；T型間距：100mm；主軸轉(zhuǎn)速種數(shù)：18；主軸轉(zhuǎn)速范圍：30~1500r/min；工作臺縱向進(jìn)給速度范圍：10~1500mm/min；工作臺橫向進(jìn)給速度范圍：10~1500mm/min；工作臺垂向進(jìn)給速度范圍：10~600mm/min；工作臺橫向及縱向快速移動速度：1500mm/min；工作臺垂直快速移動速度：1500mm/min；

主傳動電動機(jī)功：7.5KW；主傳動電動機(jī)轉(zhuǎn)速：1450r/min；脈沖當(dāng)量：0.01mm；

外形尺寸：2495mmx2100mmx2170mm；質(zhì)量：2700kg；工作臺負(fù)載：500kg；

四、總體方案設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)的運(yùn)動方式與伺服系統(tǒng)的選擇

在驅(qū)動執(zhí)行裝置中，直流伺服電動機(jī)的價(jià)格昂貴，在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中一般采用步進(jìn)電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)采用脈沖數(shù)字信號進(jìn)行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動變?yōu)榱悖芊奖愕貙?shí)現(xiàn)調(diào)速及定位，改變各組繞組的接通次序可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，在X5040銑床數(shù)控化改造中，采用步進(jìn)電動機(jī)拖動的開環(huán)控制系統(tǒng)。

（2）機(jī)械部分的設(shè)計(jì)改造

在改造過程中，采用步進(jìn)電動機(jī)與滾珠絲杠，并裝有減速機(jī)構(gòu)的傳動方式，通過減速機(jī)構(gòu)可得到所需的減速比并增大驅(qū)動力矩。原機(jī)床使用滑動絲杠，傳動誤差大，因此在數(shù)控化改造中將其更換為滾珠絲杠。滾珠絲杠的傳動效率高、無爬行、預(yù)緊后可消除反向間隙、精度高。改造后X5040銑床的橫向、縱向傳動方式：步進(jìn)電動機(jī)——消隙齒輪——滾珠絲杠螺母副——工作臺的傳動方式。X5040銑床垂直方向的傳動方式為：步進(jìn)電動機(jī)——圓錐齒輪——滾珠絲杠螺母副——工作臺。

X5040銑床的導(dǎo)軌改造也應(yīng)考慮其材料的摩擦因數(shù)，抗磨損，靜、動摩擦因數(shù)差值小，定位準(zhǔn)確，防振消聲運(yùn)行平穩(wěn)，低能耗，耐老化和足夠的力學(xué)性能等。