第三章 普通铣床数控系统总体设计方案的拟定
3.1 总体方案确定
3.1.1系统的运动方式与伺服系统的选择
由于改造后的经济型数控铣床应具有定位、直线插补、顺、逆时针插补、暂 停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，并且在车削加工中，要求刀具沿X Y轴运动有确定的函数关系（即：刀具以给定的速率相对于工件沿加工路径运动）， 所以不能选用点位控制系统，因为点位控制系统要求工件相对于刀具移动过程中 不进行切削。因此，改造后的机床应选用连续控制系统。
普通铣床型铣床改造属于经济型数控机床，加工精度要求不高，为了简化结 构，降低成本，采用步进电机开环控制系统，因为闭环控制系统适用于精度要求 较高的机床设计，且闭环控制系统的造价昂贵。
3.1.2控制系统
根据机床要求，采用PLC控制。由于PLC控制系统具有稳定性好，工作环境 不挑剔，易于检修等特点，且对PIC系统较为熟悉，因此采用PLC控制系统系统。
3.1.3机械传动方式
为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经过齿轮减速再传向传动杠，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，所以选用滚珠丝杠螺母副以及滚动导轨。 同时，为提高传动刚度和消除齿间间隙，所以采用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副机构。 齿轮传动也采用消除齿侧间隙的消隙齿轮结构。
25
第四章 普通铣床进给伺服系统机械部分
4.1 设计计算
一台铣床铣床改造成数控铣床，采用PLC控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，具有升降速控制功能。其主要设计参数如下：
规 格 工作台行程(mm) 工作台、夹具及工作重力(N) X纵向 Y横向 X纵向 Y横向 X纵向 Y横向 X纵向 Y横向 工作台快移速度(m/min) 最大进给速度(m/min) 走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同(N) 启动加速时间ms 1250± 定位精度 mm 3 320 680 240 3300 5500 16 16 0.6 0.6 2750/2200 40 0.01
伺服系统机械部分设计：确定系统的负载、确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图及零件工作图。现分述如下：
4.1.1系统脉冲当量的选择
一个进给脉冲，使机床运动部件产生的位移量，也称为机床的最小设定单位（脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个最基本技术参数）。经济型数控铣床常采用的脉冲当量是0.01～0.005mm/脉冲。
根据机床精度要求调研确定脉冲当量，纵向：0.01mm/脉冲，横向：0.005mm/脉冲
26
4.1.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型
滚珠丝杠螺母副的选型首先要选择结构类型：确定滚珠循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式等。结构类型确定之后，即可计算和确定其他技术参数，例如：公称直径d0（丝杠外径d），导程，圈数j，列数K等。
滚珠丝杠副的滚珠循环方式可分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。在此选用螺旋槽式外循环：在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔，与螺母的螺纹滚道相切，形成滚珠返回通道。为防止滚珠脱落，螺旋槽用钢套盖住。在通孔口设有挡珠器，引导滚珠进入通孔。挡珠器用圆形型钢弯成弧形，并焊接上螺栓，固定在螺母上。它的优点是：工艺简单，螺母外径尺寸较小。与此同时缺点是：螺旋槽同通孔不易连接准确，挡珠器钢性差、耐磨性差。 滚珠丝杠副的预紧方法有以下几种，双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧、单螺母变导程预紧以及过盈滚珠预紧等。
本次设计选用双螺母螺纹式预紧结构，它通过调整端部的圆螺母，使螺母产生轴向位移，其特点是结构比较紧凑，工作可靠，滚道磨损时可随时调整，预紧量不很准确，应用较普遍。
4.1.3 滚珠丝杠螺母副的选用与设计
1、铣削力的计算
对高速钢圆柱铣刀，切削力的计算公式为：
FZ?xf9.81CFapfzyzaefzd(60n)qpowFKFt
式中：
CFi??系数，其值取决于切削条件和工件材料。当工件为碳钢时，取CFi=65，ae=4mm；
fZ--每齿进给量，取fZ=0.1mm；
ap--背吃刀量，取ap=30mm； z—铣刀齿数，取z=4；
27
do一铣刀直径，取do=27mm； n～铣刀转数；
KFI，一切削条件改变时，切削力的修正系数。
其中参数按实际加工过程中平均铣削条件为标准来选择。
由己知条件，取X，=1．0、yF=O．72、UF=O．86、OF=0及gF 20．73，加工 碳钢时，?b =673MPa，其修正系数KFI为：
??vb?KFi???????b?0.3?673?????673?0.3?1，FZ?4313N (3-3)
用圆柱铣刀进行逆铣加工时： 由任务书可知：
水平铣削分力PH?2750N 垂直铣削分力PN V?2200轴向分力PO?(0.35~0.4)FZ,取PO?0.375FZ 由此可算出：
轴向铣削力 PO=0.375*4313=1617.4N; 轴向铣削力
22P?FZPH?P?27502?22002?15.189(KN)V?4313
2、强度校核计算
燕尾形导轨工作时轴向力Pm为：
Pm?kpx?f（Py?PZ?G）式中：k—考虑颠覆力矩影响的系数，取1.4； f—导轨上的摩擦系数，取0.2；
PX、PY、PZ--切削分力，PX=2P/3=（2/3）*4.865=3.243(KN),
PY=0, 、PZ=P0=1.617(KN).
G—工作台重量，G=80*9.8=784=0.784(KN) 由此可得：
28