x5032銑床主傳動系統(tǒng)數控改造畢業(yè)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文在X5032數控銑床改造設計時主要從經濟性、方便性、實用性、可靠性四方面因素出發(fā)，對X5032型銑床進行了數控銑床主傳動機械系統(tǒng)設計。使改造后的機床的機械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度；運動副之問的摩擦因數小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。改造后的數控銑床可以實現(xiàn)主傳動系統(tǒng)電機正、反轉，轉速分為兩檔，并在各檔內可以實

2、現(xiàn)無級調速；可以在平面或空問范圍內按設定曲線(直線、圓弧等)恒速或變速運行；可以實現(xiàn)數值的任意設定并顯示；可以實現(xiàn)輔助控制系統(tǒng)的任意起停和故障報警；可以實現(xiàn)與上位機的通訊。</p><p>　　X5032數控銑床機械系統(tǒng)設計包括伺服驅動系統(tǒng)的設計計算，絲杠螺母副的設計計算，主傳動系統(tǒng)的參數計算，主傳動系統(tǒng)結構設計。進給傳動系統(tǒng)設計中，全部拆除縱向、橫向、垂向進給箱齒輪，拆除縱向、橫向、垂向進給手柄，在該處將手輪軸

3、通過一對減速齒輪和縱向、橫向及垂向步進電機相連。絲杠拆去，換上滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，改造后的X5032銑床的定位精度為±0.01mm，重復定位精度為±0.005mm。X、Y電機能夠拖動工作臺以6-3200r／min的切削進給速度進行X向、Y向運動，Z相電機能使主軸箱獲得3-1600r／min的進給速度。主傳動系統(tǒng)設計拆除機床主軸，重新設計主軸。為了保證主軸在運動時有準確的定位，安裝主傳動的定位檢測裝置。

4、采用電氣式主軸準停裝置，利用磁力傳感器檢測定位。只要數控系統(tǒng)發(fā)出指令信號，主軸就可以準確的定位。將主傳動改為采用變頻交流電動機無級調速。低檔轉速為270-1500r/min，高檔轉速為1500-4500r/min，在各檔內可以實現(xiàn)無級調速。與原立式銑床的機械結構相比比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構</p><p>　　關鍵詞：X5032銑床 數控變頻

5、調速 模塊化設計</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Based on the aspects of the improvement on X5032 milling machine as follows: the Economy, convenience, function and reliability. This dis

6、sertation conducts the systematic design，hardware circuit design and software design .These work improve the functions of milling machine on some aspects as follows：The large static and dynamic stiffness of the mechanica

7、l drive parts，the little friction factor of the motion pairs，no clearance in driving，the large power and the convenient operation and maintenan</p><p>　　The system design of X5032 numerical machine's mec

8、hanical include the design and the calculation of the servo drive system, of the lead screw nut pair, parameters calculation of the main drive system, and its structure design. in the design of the feed motion's driv

9、e system ,it should be removed that all the longitudinal and the traverse and the vertical feed change gears. Joint the handle wheel axle with the vertical stepping motor through a pair of reduction gear there. The ball

10、screw is used </p><p>　　Keywords: X5032 milling machine numerical control frequency conversion regulating speed modularity design</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前

11、 言1</b></p><p><b>　　1 緒 論3</b></p><p><b>　　1.1 引 言3</b></p><p>　　1.1.1 微觀看改造的必要性3</p><p>　　1.1.2 宏觀看改造的必要性4</p><p>　　1.

12、2 國內外研究的現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2.1 數控機床發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.3 機床數控化改造的優(yōu)越性7</p><p>　　1.3.1 機床數控化改造的技術優(yōu)越性7</p><p>　　1.3.2 機床數控化改造的客觀優(yōu)越性7</p><p>　　1.4 機床數控化改造的現(xiàn)實意義與市

13、場前景8</p><p>　　1.5 X5032數控銑床改造設計總體要求和內容8</p><p>　　1.5.1 數控銑床改造設計總體要求8</p><p>　　1.5.2 數控銑床改造設計內容9</p><p>　　1.5.3 改造后的數控銑床功能分析10</p><p>　　2 數控機床及控制方式12

14、</p><p>　　2.1 數控機床的組成及工作原理12</p><p>　　2.1.1 數控機床的組成12</p><p>　　2.1.2 數控機床的工作原理13</p><p>　　2.2 數控機床控制方式選擇13</p><p>　　2.2.1 位置控制方式分類13</p><p&

15、gt;　　2.2.2 步進電機的開環(huán)控制15</p><p>　　2.2.3 數控機床開環(huán)系統(tǒng)速度計算16</p><p>　　3 機械傳動系統(tǒng)的改造設計17</p><p>　　3.1 主傳動系統(tǒng)的參數計算17</p><p>　　3.1.1 主傳動的變速方式的選擇17</p><p>　　3.1.2 主

16、軸電機的選擇18</p><p>　　3.1.3 分級變速箱的設計18</p><p>　　3.1.4 主傳動系統(tǒng)結構設計37</p><p><b>　　4 結束語44</b></p><p><b>　　5 致 謝45</b></p><p>　　6 參考

17、文獻46</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國或地區(qū)經濟的實力，科技水平，生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產能力及機械制造裝備的競爭。機床是制造業(yè)的主要生產設備，而數控機床是高精度、高效率的自動化生產設備。目前，國內、外數控機床正朝著高性能、高精度、高效

18、率、高柔性、高自動化和模塊化方向迅速發(fā)展。盡管我國數控機床的制造、設計、檢測等技術得到了一定的發(fā)展，但與國外相比，差距還是很大，主要表現(xiàn)在：可靠性差、應變能力差、產品開發(fā)周期長、設計手段落后等，這種差距尤其表現(xiàn)在高精度、高速度等尖端機床方面。因此，我們必須緊跟國際機床技術發(fā)展的前沿，發(fā)展機床的設計、檢測、制造等技術。</p><p>　　最初的數控機床只是在機械結構上對普通機床進行了局部改進。但是，隨著數字控制技

19、術在數控機床上的發(fā)展，以及數控機床高剛度、高精度、高速度的要求，逐步發(fā)展到目前數控機床獨特的結構特點。它在總體布局、傳動系統(tǒng)、刀具裝置以及操作輔助機構等方面發(fā)生了很大變化，最基本的表現(xiàn)是改進了普通機床傳動鏈長、傳動結構剛度不足、抗振性能差、滑動面的摩擦阻力大以及傳動元件的間隙大等缺點，經濟型數控機床機械基本功能的構成模式仍然沒有脫離普通機床的基本模式，如機床支承件、導軌、主傳動及進給傳動系統(tǒng)等組成部件是不可缺少的。</p>

20、<p>　　我國數控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”， 從20世紀70年代開始，由于打破國外的技術封鎖和我國的基礎條件不斷改善，我國的數控銑床等數控技術全面開展，并成功研制了一些簡單的數控銑床。特別是最近幾年，我國數控產業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從

21、2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控系統(tǒng)生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。

22、因此我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發(fā)展先進技術，加大技術創(chuàng)新與培訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距。</p><p>　　數控機床具有高精度、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點，并且機床結構趨于模塊化、數控功能專門化。數控機床是集計算機技術、電子技術、自動控制、傳感測量、機械制造、網絡通信技術于一體的典型的機電一體化產品。它的發(fā)展和運用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產方式、產業(yè)結構、管理方

23、式、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數控技術水平的高低已經成為衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標志，實現(xiàn)加工機床及生產過程數控化，已成為當今制造業(yè)的發(fā)展方向。我國是世界上機床產量最多的國家，但在數控機床的產品競爭力仍然處于較低的水平。因為開發(fā)一臺新的數控機床的周期比較長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產品。為此我們應該在普通機床上考慮，不能一味的大量添置全新的數控機床，這樣會造成資金投資量大，成本高，而且又會造成原有設備閑置浪費

24、。把普通機床改造為數控機床不失為一條提高數控化率的有效途徑。普通機床數控化改造，顧名思義就是在機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。這種機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床缺點和存在的問題，生產效率高，尤其適合中國機床擁</p><p>　　銑床是普通機床中比較常見的一種，而數控銑床則是數控機床中應用比較廣泛的一種。與普通機床相比，數控機床具有傳

25、動鏈短、傳動結構剛度好、抗振性好、滑動面的摩擦阻力小以及傳動元件的間隙小等優(yōu)點。對數控銑床的設計，無疑會有助于理解各類數控機床的工作原理和結構特性。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設計，可以達到以下目的：</p><p>　　1.培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力；</p><p>　　2.強化工程實踐能力和意識,提高本人綜合素質和創(chuàng)新能力

26、；</p><p>　　3.使本人受到從事本專業(yè)工程技術和科學研究工作的基本訓練，提高工程繪圖、計算、數據處理、外文資料文獻閱讀、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力；</p><p>　　4.培養(yǎng)正確的設計思想和工程經濟觀點，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態(tài)度以及積極向上的團隊合作精神。</p><p><b>　　1 緒 論&

27、lt;/b></p><p><b>　　1.1 引 言 </b></p><p>　　數控機床具有高精度、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點，并且機床結構趨于模塊化、數控功能專門化。數控機床是集計算機技術、電子技術、自動控制、傳感測量、機械制造、網絡通信技術于一體的典型的機電一體化產品。它的發(fā)展和運用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產方式、產業(yè)結構、管理方式、

28、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數控技術水平的高低已經成為衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標志，實現(xiàn)加工機床及生產過程數控化，已成為當今制造業(yè)的發(fā)展方向。我國是世界上機床產量最多的國家，但在數控機床的產品競爭力仍然處于較低的水平。因為開發(fā)一臺新的數控機床的周期比較長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產品。為此我們應該在普通機床上考慮，不能一味的大量添置全新的數控機床，這樣會造成資金投資量大，成本高，而且又會造成原有設備閑置浪費。把

29、普通機床改造為數控機床不失為一條提高數控化率的有效途徑。普通機床數控化改造，顧名思義就是在機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。這種機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床缺點和存在的問題，生產效率高，尤其適合中國機床擁</p><p>　　1.1.1 微觀看改造的必要性</p><p>　　微觀上看，數控機床比傳統(tǒng)機床有突出

30、的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。數控機床可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面?？梢詫崿F(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。 由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數控機床只要更換一個程

31、序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償等多種自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處，如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力(一個人可以看管多臺機床)，減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反

32、應等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數控化還是推行</p><p>　　1.1.2 宏觀看改造的必要性</p><p>　　宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年初已開始大規(guī)模應用數控機床。其本質是采用信息技術對傳統(tǒng)產業(yè)(包括軍、民機械工業(yè))進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床、FMC、FMS外，還包括在產品開發(fā)中推行CAD、C

33、AE、CAM、虛擬制造以及在生產管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統(tǒng)產業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年，如我國機床擁有量中，數控機床的比重(數控化率)到1995年只有1．9％，而日本在1994年己達20．8％，因此每年都有大量機

34、電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。</p><p>　　1.2 國內外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展，各方

35、用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。較著名的控制系統(tǒng)有：日本FANUC系列、Mitsubishi系列、OKUMA系列、SoDICK系列、日立系列、德國SIEMENS系列、DECKEL系列、Heidenhain系列、HELLER系列、美國ALLEN．BRADLEYfAB)系列、CINClNNANTI系列、法國Num系列、意大利FIDIA系列、西班牙FACK)R系列、瑞士的AG

36、系列、國產系列等。</p><p>　　在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們將機床改造作為新的經濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacmring)業(yè)

37、。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsehe工程公司、Ayton機床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。</p><p>　　趕上計算機體系結構前進的步伐、加快數控系統(tǒng)的開發(fā)速度，已

38、成為數控發(fā)展的最主要趨勢。以第四代計算機的工程結構和微電子工藝技術為基礎，充分利用現(xiàn)有微機的硬件、軟件資源，發(fā)展總線式、模塊式、開放型、嵌入式的柔性數控系統(tǒng)，使之即適合加工復雜零件、分立式機床用的數控系統(tǒng)的組成，又適合未來自動化升級時功能可擴展的要求。</p><p>　　我國數控系統(tǒng)發(fā)展具有以下3個特征：</p><p>　　(1) 高檔數控系統(tǒng)技術已經突破。如華中I型等數控系統(tǒng)，都具有

39、多軸聯(lián)動功能，快速進給速度在1．67m／s以上，具有較強的通信、管理功能。</p><p>　　(2) 普及型數控系統(tǒng)技術已經成熟。如北京機床研究所的BS91系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一般配有CRT顯示器，可配置直流和交流司服驅動，2～4軸聯(lián)動。</p><p>　　(3) 經濟型數控系統(tǒng)仍有廣闊的市場前景。由于這類系統(tǒng)結構簡單，價格便宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是我國應用面最廣的數控系統(tǒng)。比較典型

40、的有南京大方的JWK系列。</p><p>　　我國是機床生產大國，又是使用大國。數控機床是機械工業(yè)發(fā)展的關鍵產品，我國的數控機床在機床產品中的比例總體水平低。但是我國是發(fā)展中國家，許多企業(yè)財力薄弱，不可能花費大量的資金添置許多全新的數控機床，同時大量的通用機床不可能全部淘汰。因此，把普通機床改造為數控機床則不失為是一條提高數控化率的有效途徑，機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床的缺

41、點和存在的問題，生產效率高。 </p><p>　　1.2.1 數控機床發(fā)展趨勢</p><p>　　高速、高效、高精度、高可靠性</p><p>　　1) 高速、高效加工</p><p>　　進入21世紀，機床向高速化方向發(fā)展，大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質量和精度。上世紀90年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一

42、代高速數控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。</p><p>　　2) 高精度、超精密化加工</p><p>　　當前，機械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍，達到5um；精密加工精度提高了兩個數量級，超精密加丁精度進入納米級(0.001um)，主軸回轉精度要求達到0.01-0.05um，加工圓度為0.1um，加工表面粗糙度Ra=0.003um等。從精密加工發(fā)展到超精密加工(特高精度加

43、工)，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<10nm)，其應用范圍日趨廣泛。</p><p><b>　　高可靠性</b></p><p>　　是指數控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設備的可靠性在一個數量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠。對于每天工作兩班的無人工廠而言．如果要求在16小時內連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=9

44、9％以上的話，則數控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。當前國外數控裝置的MTBF值已達60000小時以上，驅動裝置達30000小時以上。</p><p>　　模塊化、智能化、柔性化和集成化</p><p>　　1）模塊化、專門化與個性化</p><p>　　為了適應數控機床多品種、小批量的特點，機床結構模塊化，數控功能專門化，機床性能價格比顯著

45、提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾年來特別明顯的發(fā)展趨勢。</p><p><b>　　2）智能化</b></p><p>　　在數控系統(tǒng)中智能化的內容包括：①為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如自適應控制，工藝參數自動生成；②為提高驅動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算等：③簡化編程、簡化操作方面的智能化；④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容等

46、。</p><p><b>　　2）柔性化和集成化</b></p><p>　　數控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、工廠自動化FA)、體(cIMS、分布式網絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展。</p><p&g

47、t;<b>　　開放性</b></p><p>　　為適應數控進線、聯(lián)網、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢是體系結{每的開放性，設計生產開放式的數控系統(tǒng)，例如美國的OMAC、歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開放式數控的計劃等。</p><p>　　出現(xiàn)新一代數控加工工藝與裝備</p><p>　　

48、1.3 機床數控化改造的優(yōu)越性</p><p>　　1.3.1 機床數控化改造的技術優(yōu)越性</p><p>　　(1) 數控機床比傳統(tǒng)機床有突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數控系統(tǒng)中計算機的作用。</p><p>　　(2) 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。</p><p>　　(3) 可以實現(xiàn)加工的柔性自動化，效率可

49、比傳統(tǒng)機床提高3到7倍。傳統(tǒng)機床靠凸輪或擋等可實現(xiàn)“剛性自動化”，且只有進行大批量生產時，才經濟合算；而數控機床只要更換一個程序就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以白動化，故稱之為“柔性自動化”。</p><p>　　(4) 加工的零件精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要“修配”。這是由于加工過程自動化，不受人的情緒和疲勞影響的結果。計算機還可以自動進行刀具壽命管理，不會因刀具磨損而影響工件

50、精度和其一致性。數控系統(tǒng)中增加的機床誤差、加工誤差修正補償的功能，使加工精度得到進一步提高。</p><p>　　(5) 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床問的頻繁搬運。這是自動化帶來的效果(可以自換刀)，如加工中心，在工件裝夾好后，可實現(xiàn)鉆、銑、攻絲、擴孔等多工序的加工。這些多工序是在同一基面、同一次裝夾下實現(xiàn)的，提高了相關的加工精度。現(xiàn)已出現(xiàn)其他工序集中的機床。如車削中心、車銑中心、磨削中心等。</p&

51、gt;<p>　　(6) 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償等多種自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。</p><p>　　(7) 數控加工降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力，減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，并可對市場需求做出快速反應。</p><p>　　1.3.2 機床數控化改造的客觀優(yōu)越性</p><p>　　(1) 費用低，經濟性

52、好，改造周期短可滿足生產急需，同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60%～80%的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，以大型的龍門加工中心為例，進口新的需要1000-5000萬元，而升級改造只需要100～500萬元，僅占成本的1/10，且交貨期短。</p><p>　　(2) 改造后的機床機械性能穩(wěn)定可靠、功能增強、質量好、效率高，可作為新設備繼續(xù)使用多年。&l

53、t;/p><p>　　(3) 降低了對操作者的技術要求，更易提高管理水平，操作者只需編程、裝夾工件和按開關，加工全部由電腦控制自動完成，即使再復雜的工件也能快速完成，省去了對技術要求的煩惱，同時提高了定額管理水平。</p><p>　　(4) 可以采用雖新的控制技術，可根據技術革新的速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成具有當今水平的機床。</p&g

54、t;<p>　　1.4 機床數控化改造的現(xiàn)實意義與市場前景</p><p>　　目前在我國400余萬臺機床擁有量中，數控機床總數只有11.34萬臺，機床數控化率不到3%，而陳舊普通機床占到60％之多。這些舊裝備(機床)大部分結構陳舊，操作系統(tǒng)復雜，控制系統(tǒng)落后。用這種舊裝備加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、

55、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。如果購置新機床全部去取代舊機床，顯然義會導致舊機床的閑置和巨大浪費，也不現(xiàn)實：況且購買一臺數控機床動輒十幾萬、幾十萬，甚至上百萬，在我國一些企業(yè)是很難承受的。因此如何用較少的費用，獲得具有數控功能的機床就成為一個值得探討的問題。普通機床數控化升級改造不失為一種行之有效的方法，并可為企業(yè)節(jié)約大量資金，具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的市場前景。如：國防科技工業(yè)完成了3000多臺普通機床數控化改造，改造后生產效率提高約3

56、倍，加工精度提高20%，與新購設備相比可節(jié)約資金50％以上。</p><p>　　1.5 X5032數控銑床改造設計總體要求和內容</p><p>　　1.5.1 數控銑床改造設計總體要求</p><p>　　數控銑床改造設計主要考慮以下四方面因素：</p><p><b>　　(1) 經濟性</b></p>

57、;<p>　　既然是用于普通銑床的數控化改造，因此，必須充分考慮系統(tǒng)的成本，這是保證達到系統(tǒng)設計目的關鍵。這里的成本包括數控系統(tǒng)，主傳動系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)及機械傳動系統(tǒng)等。</p><p><b>　　(2) 方便性</b></p><p>　　數控系統(tǒng)的方便性主要反映在系統(tǒng)的人機界面。人機界面應當對用戶友好，對此系統(tǒng)應從以下幾個途徑來體現(xiàn)： <

58、/p><p>　　漢化按鍵，方便各種層次的操作者使用。</p><p>　　輸入、檢索、修改盡量一體化。即輸入時可以檢索、修改，檢索時可以修改、輸入，并且自動顯示程序段號。</p><p>　　快速檢索，即能對程序進行上下翻頁顯示。</p><p><b>　　(3) 實用性</b></p><p>

59、　　經濟型數控系統(tǒng)的設計不應追求功能的大而全，應以實用為原則。一般的機械加工只要能具有以下功能即可滿足需要：</p><p><b>　　直線、圓弧插補。</b></p><p>　　插補速度要充分考慮被改造機床本身的內在素質，如剛性、抗震性、耐磨性等，不宜過高。</p><p>　　速度銜接技術，即速度升/降速控制。速度銜接技術可以保證系統(tǒng)在

60、加工過程中實現(xiàn)2段程序問的速度平滑連接，從而避免造成加工刀痕，保證精度。</p><p><b>　　變頻調速。</b></p><p>　　加工程序的掉電保護能力。</p><p><b>　　(4) 可靠性</b></p><p>　　由于數控系統(tǒng)工作環(huán)境十分惡劣，必須有足夠的可靠性才能保證系統(tǒng)

61、穩(wěn)定運行。</p><p>　　1.5.2 數控銑床改造設計內容</p><p>　　(1) 主傳動系統(tǒng)設計</p><p>　　拆除機床主軸，重新設計主軸。為了保證主軸在運動時有準確的定位，安裝主傳動的定位檢測裝置。采用電氣式主軸準停裝置，利用磁力傳感器檢測定位。只要數控系統(tǒng)發(fā)出指令信號，主軸就可以準確的定位。這種磁力傳感器的工作原理是，在主軸上裝上永磁鐵和主軸一

62、起旋轉，在距離磁鐵l-2mm的旋轉軌跡外，固定一個磁傳感器，當傳感器發(fā)出信號后經過放大，由定向電路使電動機準確的停止在規(guī)定的周向位置上。將主傳動改為采用變頻交流電動機無級調速。低檔轉速為270-1500r/min，高檔轉速為1500-4500r/min，在各檔內可以實現(xiàn)無級調速。與原立式銑床的機械結構相比比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構，主傳動系統(tǒng)是一個開環(huán)控制的交流變頻調速系

63、統(tǒng)，通過軟件來實現(xiàn)它的調速。</p><p>　　(2) 進給傳動系統(tǒng)設計</p><p>　　縱向、橫向、垂向進給箱齒輪全部拆除，拆除縱向、橫向、垂向進給手柄，在該處將手輪軸通過一對減速齒輪和縱向、橫向及垂向步進電機相連。絲杠拆去，換上滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，使改造后的機床的機械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦因數小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。改造后的

64、X5032銑床傳動示意圖如圖1.1所示，其定位精度為±0.01mm，重復定位精度為±0．005mm。X、Y電機能夠拖動工作臺以6-3200r／min的切削進給速度進行x向、Y向運動，Z向電機能使主軸箱獲得3-1600r／min的進給速度。</p><p>　　(3) 數控系統(tǒng)的設計</p><p>　　采用AT89C58單片機控制系統(tǒng)。采用模塊化設計方案，從總體上分為人

65、機界面模塊、坐標進給模塊、變頻調速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及基于89C58單片機的主控模塊。利用變頻調速的原理，設計主軸的無級變頻調速系統(tǒng)；通過插補算法，實現(xiàn)步進電機的準確定位以便達到工件的精確度；通過鍵盤和顯示模塊，實現(xiàn)程序的編輯和顯示；通過其他輔助系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)機床功能的完善化。</p><p>　　1—雙聯(lián)齒輪 2—雙聯(lián)齒輪 3—齒輪軸 4—主軸電機 5—齒輪 6—

66、主軸齒輪 7—主軸齒輪 8—縱向滾珠絲杠 9—薄片齒輪 10—縱向步進電機 11—橫向步進電機</p><p>　　12—薄片齒輪 13—橫向滾珠絲杠 14—垂直步進電機 15—薄片齒輪</p><p>　　16—圓錐齒輪 17—垂直進給絲杠</p><p>　　圖1.1 X5032銑床傳動示意圖</p><p>　　1.

67、5.3 改造后的數控銑床功能分析 </p><p>　　根據設計要求，改造后的數控銑床應具有以下功能：</p><p>　　以實現(xiàn)程序的存儲和編輯功能；</p><p>　　以實現(xiàn)主傳動系統(tǒng)電機正、反轉，轉速分為兩檔，并在各檔內可以實現(xiàn)無級調速；</p><p>　　可以在平面或空間范圍內按設定曲線(直線、圓弧等)恒速或變速運行；</p

68、><p>　　以實現(xiàn)數值的任意設定并顯示；</p><p>　　以實現(xiàn)輔助控制系統(tǒng)的任意起停和故障報警；</p><p>　　以實現(xiàn)與上位機的通訊。</p><p>　　2 數控機床及控制方式 </p><p>　　2.1 數控機床的組成及工作原理</p><p>　　數控機床是采用了數控技術的機

69、床，或者說是裝備了數控系統(tǒng)的機床。國際信息處聯(lián)盟(International Federation of Information Processing，IFIP)第五技術委員會，對數控機床作了如下定義：數控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號碼或其它符號指令規(guī)定的程序。</p><p>　　2.1.1 數控機床的組成</p><p>　　圖2.1數控機床組成與工作

70、過程框圖</p><p>　　數控機床通常由程序載體(控制介質)、輸入裝置、數控裝置、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)和機床本體組成，如圖2-1所示。其中實線部分為開環(huán)控制數控機床框圖，上述系統(tǒng)再加上虛線部分，就構成具有測量反饋功能的閉環(huán)控制數控機床框圖。</p><p>　　(1) 控制介質(信息載體)</p><p>　　數控機床加工時，為了得到圖樣上所規(guī)定的零件形狀和加

71、工精度，在加工過程中，機床所需要的全部操作動作和刀具相對于工件的運動軌跡，都是由我們按著一定的要求和順序編成控制指令即加工程序，并把它存放在一種存儲物上。此存儲物就是在人和機床之間建立聯(lián)系的媒介物，也就是控制介質或稱信息載體。控制介質可以是穿孔紙帶，磁帶、磁盤或其他可存儲物質。</p><p><b>　　(2) 數控裝置</b></p><p>　　數控裝置是數控機

72、床的中心環(huán)節(jié)，它接受控制介質輸入的信息，經過處理與運算去控制機床動作。數控裝置由輸入裝置、存儲器、控制器及一套處理數控加工的相關軟件、運算器和輸出裝置組成。</p><p><b>　　(3) 伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)(英文Servo的音譯)是數控裝置與機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數控裝置的指令轉變?yōu)闄C床部件的運動，使工作臺和主軸按規(guī)定的動作運動，加

73、工出合格產品。</p><p>　　2.1.2 數控機床的工作原理</p><p>　　在使用數控機床進行數控加工時，把零件的加工信息(如零件尺寸、形狀和技術條件)編出工件加工程序，將加工工件時刀具相對于工件的位置和機床全部動作順序，按規(guī)定格式和代碼記錄在信息載體上；</p><p>　　把信息載體(控制介質)即工件加工程序輸入計算機數控裝置；</p>

74、<p>　　控裝置接收由穿孔帶、閱讀機、磁盤、鍵盤等送入的代碼信息，經過識別與譯碼之后送到指定存儲區(qū)，作為控制與運算的原始數據；</p><p>　　伺服驅動系統(tǒng)把來自數控裝置的運動指令轉變成機床移動部件的運動，使工作臺按規(guī)定軌跡移動或定位，加工出符合圖樣要求的工件；</p><p>　　輔助裝置把計算機送來的輔助控制指令，經機床接口電路轉換成強電信號，用來控制機床主軸電機的啟

75、動停車，主軸轉速調整，冷卻泵啟停以及轉位換刀；</p><p>　　反饋系統(tǒng)將機床移動的實際位置，速度參數檢測出來。轉換成電信號。并反饋到計算機中，使計算機隨時判斷機床的實際位置、速度是否與指令一致，并發(fā)出相應指令，糾正所產生的誤差。零件在機床上加工過程如圖2-1所示，當改變加工工件時，在數控機床上只需改變加工程序即可進行新零件加工。</p><p>　　2.2 數控機床控制方式選擇<

76、;/p><p>　　2.2.1 位置控制方式分類</p><p>　　伺服系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，是數控裝置與機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，位置控制按其結構分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。</p><p>　　(1) 開環(huán)控制形式</p><p>　　如圖2-2是典型的開環(huán)數控系統(tǒng)，其中沒有位置檢測反饋裝置，指令是單方向傳送的，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。

77、開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)主要使用步進電機。插補器進行插補，發(fā)出指令脈沖，經驅動放大電路放大后，驅動步進電機轉動，一個進給脈沖使步進電機轉動一個角度，通過齒輪減速，絲杠傳動使工作臺移動一定距離，因此，工作臺的位移量與步進電機的轉角成正比，即與進給脈沖數目成正比。改變進給脈沖數目和頻率，可以控制工作臺的移動量和速度。開環(huán)控制結構簡單，調試方便，容易維修，成本較低，但控制精度不高，適宜于經濟型數控機床及數控改造。</p><p&

78、gt;　　圖2.2 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　(2) 閉環(huán)控制形式</p><p>　　安裝在工作臺上的檢測元件將工作臺的實際位移量反饋到計算機中，與所要求的位移量相比較，用比較的差值進行控制，直到差值消除為止，從而使精度大大提高，如圖2-3所示。閉環(huán)控制加工精度高，移動速度快，但電機控制電路比較復雜，檢測原件價格昂貴，調試維修費用高。</p><p>

79、　　圖2.3閉環(huán)系統(tǒng)框圖</p><p>　　(3) 半閉環(huán)控制形式</p><p>　　半閉環(huán)控制沒有直接檢測工作臺的位移量，原因是檢測元件安裝在電機的端頭或絲杠的端頭，閉環(huán)環(huán)路內不包括絲杠螺母副工作，所以可獲得較穩(wěn)定的控制特性?？刂凭缺乳]環(huán)控制的要差，但控制系統(tǒng)調試維修方便。如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 半閉環(huán)控制系統(tǒng)</p>

80、<p>　　目前，機床數控化改造大多采用經濟型數控改造即開環(huán)數控系統(tǒng)來提高機床的自動化程度和機床的加工精度，X5032升降臺銑床數控化改造采用的即是開環(huán)控制形式。</p><p>　　2.2.2 步進電機的開環(huán)控制</p><p>　　步進電機是典型的開環(huán)驅動裝置，與所選定的WA-21M數控系統(tǒng)相匹配，是將電脈沖信號轉換成機械角位移的電磁機械裝置。其角位移量和輸入脈沖的個數嚴格的

81、成正比，在時間上與輸入脈沖同步。</p><p><b>　　步進電機的工作原理</b></p><p>　　(1) 步進電機的定子繞組每換接一次通電相序，步進電機轉子就沿某旋向旋轉一個角度即步距角。</p><p>　　其中-步距角；m-定子繞組相數，通常有三相，四相，五相等；Z-轉子齒數；K-與通電方式有關的系數，K=拍數/相數。</

82、p><p>　　(2) 步進電機的輸出轉角與輸入的脈沖個數嚴格的成正比例，控制輸入步進電機的脈沖個數就能控制位移量。</p><p>　　(3) 進電機的轉速與輸入的脈沖頻率成正比，控制脈沖頻率就能調節(jié)步進電機的轉速。</p><p>　　其中n-轉速(r/min)；f-控制脈沖頻率(Hz)；-步距角(度數)。</p><p>　　(4) 改變通

83、電相序即可改變電機轉向。</p><p>　　步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)構成</p><p>　　圖2-5 步進電機控制系統(tǒng)構成及原理圖</p><p>　　如圖2-5是步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)的構成及原理框圖，它由脈沖信號源、脈沖分配器、功率放大器、步進電機組成。</p><p>　　脈沖信號源是一個脈沖發(fā)生器，脈沖的頻率可以連續(xù)調整，送出的脈沖個數

84、和脈沖頻率由控制信號控制。在CNC系統(tǒng)由計算機根據程序控制脈沖個數和脈沖頻率，對步進電機實行各種運行狀態(tài)的控制。</p><p>　　脈沖分配器一方面接受輸入脈沖和方向指令，另一方面面向功率驅動器供給控制信號。在方向指令的作用下，脈沖分配器將輸入CP脈沖信號按一定順序分配，然后送到驅動器進行功率放大，驅動步進電機使其轉子按順時針或逆時針方向轉動。</p><p>　　功率驅動器是一功率開關

85、電路，其作用就是將從脈沖分配器送來的弱電信號經功率放大，控制步進電機各項繞組電流按一定的順序切換，步進電機按要求運轉。</p><p>　　步進電機是拖動負載的執(zhí)行元件。</p><p>　　2.2.3 數控機床開環(huán)系統(tǒng)速度計算</p><p>　　在開環(huán)系統(tǒng)中，坐標軸運動速度是通過控制向步進電機輸出脈沖的頻率來實現(xiàn)的，系統(tǒng)每發(fā)出一個脈沖，步進電機就轉過一個角度，從

86、而驅動坐標軸移動一定距離即脈沖當量（δmm）。插補程序根據零件輪廓要求向各個坐標軸分配脈沖，提供位置指令。而脈沖發(fā)送到步進電機的頻率則確定了進給速度，進給速度V與脈沖發(fā)送頻率f有如下關系：</p><p>　　其中V-進給速度(m/s)；f-脈沖發(fā)送頻率(Hz)；δ-脈沖當量(mm)。</p><p>　　3 機械傳動系統(tǒng)的改造設計</p><p>　　在機床數控

87、化改造中，很重要的工作之一便是進行機械傳動系統(tǒng)的改造設計，這里所提到的機械傳動系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，除要求有較高的定位精度外，還應具有良好的動態(tài)響應特性，就是說響應要快。穩(wěn)定性要好。為此在設計中，常提出無間隙，低摩擦．低慣量，高剛度，高諧振頻率，適當的阻尼比要求。X5032數控銑床機械系統(tǒng)設計包括伺服驅動系統(tǒng)的設計計算，絲杠螺母副的設計計算，主傳動系統(tǒng)的參數計算，主傳動系統(tǒng)結構設計。主傳動系統(tǒng)的參數計算包括主傳動的變速方式的選擇，主

88、軸電機的選擇及分級變速箱的設計，主傳動系統(tǒng)結構設計包括主軸部件的機械結構設計，主軸主要結構參數的確定。</p><p>　　機械系統(tǒng)一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件，以及連桿機構、凸輪機構等非線性傳動部件、導向支承件、旋轉支承件、軸系及架體等機構組成。常用的機械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶、高速帶以及各種非線性傳動部件等。</p><p>　　3.1 主傳動

89、系統(tǒng)的參數計算</p><p>　　3.1.1 主傳動的變速方式的選擇</p><p>　　主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，它應具有一定的轉速(速度)和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動等。</p><p>　　為了適應不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)主要有三種變速方式：

90、</p><p>　　1) 一級帶傳動變速方式優(yōu)點是結構簡單，安裝調試方便，且在一定條件下能滿足轉速與轉矩的輸出要求。但系統(tǒng)的調速范圍受電動機的調速范圍的約束，適用于低轉矩特性要求的主軸，因此不適于本改造。</p><p>　　2) 調速電機直接驅動方式優(yōu)點是結構緊湊，占用空間小，但是主軸轉數的變化及轉矩的輸出和電動機的輸出特性完全一致，電動機的發(fā)熱對主軸的精度影響大，因而也不適于本改造。

91、</p><p>　　3) 二級以上齒輪變速系統(tǒng) 雖然此種結構復雜，制造和維修費用高，但和以上兩種驅動方式比，變速裝置多采用齒輪變速結構，可以使用可調的交、直流無級變速電動機，經齒輪變速后，實現(xiàn)分段無級變速，調速范圍增加，且能滿足各種切削運動的轉矩輸出，因此選用二級以上齒輪變速系統(tǒng)作為主傳動的變速方式。</p><p>　　3.1.2 主軸電機的選擇</p><p>

92、;　　主軸電動機是數控銑床主傳動系統(tǒng)的主要部件之一，它的選擇涉及到主傳動系統(tǒng)的變速方式。</p><p>　　(1)采用交流電動機無級調速</p><p>　　伺服電動機和脈沖步進電動機都是恒轉矩的，而且功率不大，所以只能用于直線進給運動和輔助運動。直流電動機結構復雜，價格高。又因為換向器和電刷，在運行中容易出故障。所以對X5032銑床進行數控改造時選擇交流調速電動機，因為交流調速電動機體

93、積小、轉動貫量小、動態(tài)相應快，沒有電刷，能達到的最高轉速比同功率的直流電動機高，磨損和故障也少。</p><p>　　目前適用于這類機床的系列交流主軸電機，其連續(xù)運轉額定功率分別為7.5、1l、15、18.5、22 kW五種規(guī)格，電機的最高轉速ndmax=4500r/min，額定轉速nd=1500r/min，，最低轉速ndmin=45r/min。。其功率轉矩特性曲線如圖2．15所示。</p><

94、;p>　　圖2．15 電機功率轉矩特性圖</p><p>　　由圖2.15看出，電機在恒轉矩區(qū)功率隨轉速降低而減小，當電機轉速低于</p><p>　　ndmin時因功率的減小而不能利用，實際可用的電機最低轉速取決于機床所要求的最小切削功率和電機的額定輸出功率。</p><p>　　3.1.3 分級變速箱的設計</p><p>　　(1

95、) 銑削力的計算：</p><p>　　根據《簡明銑工手冊》，對高速鋼圓柱銑刀，切削力的計算公式：</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　C-系數，值取決于切削條件和工作材料，當工件為碳鋼時，查《簡明銑工手冊》表3-13，取C

96、FZ=65</p><p>　　ap-銑削寬度(銑刀每轉一個齒間角時，工件與銑刀的相對移動量)</p><p><b>　　ae-背吃刀量</b></p><p><b>　　z-銑刀齒數</b></p><p><b>　　d0-銑刀直徑</b></p><

97、;p><b>　　n-銑刀轉數</b></p><p>　　XF、YF、uF和WF，——公式中各個系數的指數。</p><p>　　KFC——切削條件改變時，切削力的修正指數，其中參數按實際加工過程</p><p>　　中平均銑削條件為標準來選擇。查《簡明銑工手冊》表3-13取</p><p>　　d0=27mm；

98、ae=4mm；z=4；ap=30mm</p><p>　　fz=0.1 mm，n取r/min，</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　xF=1.0；yF=0.72；uF=0.86；WF=0；qF=0.73；</p><p>　　加工碳鋼時，σb=673MPa修正系數由《簡明銑工手冊》3-14得：&

99、lt;/p><p><b>　　則</b></p><p>　　利用圓柱銑刀進行逆銑時，工作臺的工作載荷：</p><p>　　工作臺縱向進給方向載荷：Fl=(1～1.2)Fz</p><p>　　工作臺垂向進給方向載荷：Fv=(0.2～0.3)Fz</p><p>　　工作臺橫向進給方向載荷：Fc=

100、(0.35～0.4)Fz</p><p>　　各系數分別取中間值，則：</p><p>　　Fl=1.1Fz=1.1×4366.6=4803N</p><p>　　Fv=0.25Fz=0.25×4366.6=1092N</p><p>　　FC=0.375FZ=0.375×4366.6=1637N</p&g

101、t;<p>　　由此可以算出周向銑削力:</p><p>　　(2) 初選交流調速主軸電動機的功率</p><p>　　nd為主軸傳遞全部功率時的最低切削速度，即電動機的額定轉數,為</p><p>　　1500r/min。</p><p><b>　　所以</b></p><p>

102、　　Pm=Fv≈Fzv=4366.6×πd0nd/(60×1000)</p><p>　　=4366.6×π×27×1500/(60×1000)=9259.7W=9.3KW，</p><p>　　取總效率η=0.75，</p><p>　　則初選電動機功率Pd=9.3/0.75=12KW</p>

103、<p>　　電動機額定轉速為nd=1500/min；</p><p>　　額定最高轉速為ndmax=4500r/min；</p><p>　　最低轉速ndmin=45r/min；</p><p>　　(3) 主軸電動機的功率的確定</p><p>　　由2中初選電動機功率Pd為12KW，</p><p>

104、　　則電動機的恒功率調速范圍</p><p>　　Rdp=ndmax/nd=4500/1500=3</p><p>　　X5032主軸的計算轉速</p><p><b>　　=83r/min</b></p><p>　　主軸恒功率調速范圍Rnp=nmax/nj=4500/83=54.22≈54</p>&l

105、t;p>　　因此，主軸要求的恒功率變速范圍Rnp遠大于電動機所能提供的恒功率變速范圍Rdp，所以在電動機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，來擴大電動機的恒功率變速范圍。如圖2-15所示。</p><p>　　圖2-15 串聯(lián)變速組特性</p><p>　　調速電動機的恒功率變速范圍為ψm，如圖2-15所示，在保證無級變速連續(xù)的前提下，串聯(lián)一個雙速變速組，獲得的最大變速范圍為ψm2，此時

106、，Z=Pa=2，ψm2=ψfZ，ψm=ψf；串聯(lián)兩個雙速變速組后，能得到的連續(xù)無極變速范圍是ψm4，這時，Z=PaPb=22=4,ψm4=ψfZ，因而，調速電動機串聯(lián)K級變速變速組后，能獲得的最大變速組范圍是Rpn=ψfZ，Z=2k，分級傳動公比ψf=ψm。即串聯(lián)的分機傳動系統(tǒng)的公比等于電動機恒功率變速范圍時，輸出的無極變速范圍最大。換言之，變速范圍一定，當分級傳動系統(tǒng)的公比ψm=ψf時，需串聯(lián)的變速組數最小。設計無極變速系統(tǒng)時，主軸的

107、變速范圍一定，可用如下關系式得到至少需要串聯(lián)的變速組數。</p><p>　　(4)分級變速箱的傳動系統(tǒng)的設計 </p><p><b>　　變速級數Z的確定</b></p><p><b>　　如取變速箱的公比</b></p><p><b>　　ψf=Rnp=3</b>&l

108、t;/p><p><b>　　則由于無級變速時</b></p><p>　　Rnp=ψfZ-1Rdp=ψfz</p><p>　　故變速箱的變速級數可以取</p><p><b>　　Z=4</b></p><p>　　變速箱所需要的變速組數</p><p&g

109、t;<b>　　即</b></p><p>　　K=2 Z=4</p><p>　　分級傳動系統(tǒng)的實際公比為</p><p><b>　　結構式為</b></p><p>　　分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比為</p><p>　　根據前緩后急的原則取</p>

110、<p>　　其他傳動副的傳動比為</p><p>　　調速電動機的最低工作轉速為</p><p>　　電動機最低工作轉速時所傳遞的功率為</p><p><b>　　.</b></p><p>　　圖2-16 X5032銑床轉速圖</p><p>　　轉速圖如圖2-16所示，從轉速圖

111、中可知，電動機的額定轉速產生主軸的計算轉速；電動機的最高轉速產生主軸的最高轉速；電動機的最低工作轉速產生主軸的最低轉速；區(qū)域I是橫轉矩變速范圍，有分級傳動的最小傳動比產生，電動機的恒轉矩變速范圍等于主軸的主軸的恒轉矩變速范圍。區(qū)域II為恒功率變速范圍，有四段部分重合的無極轉速，分別是209~250r/min，572~655r/min，1500~1717r/min。段與段值間是等比的，比值就是分級傳動的公比。每段的無極變速范圍。因此，無極