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纵向机床传动部分的改造设计
日期：2010年01月12 来源：沈阳第一机床厂 关键字：机床
改造X62铣床三个进给方向(X轴、Y轴、Z轴)，在改造中将这三个方向都改造成数控控制的进给系统。根据上面的分析，决定将三个轴都改造成开环控制的步进机床电动机伺服系统。
改造过程中，首先将三相异步电动机改成步进电动机，z轴、x轴、Y轴的丝杠改为滚珠丝杠副。摇臂钻床步进电动机与丝杠之间的传动采用齿轮一级传动式，在设计步进电动机与丝杠的连接时，尽量减少传动间隙。由于滚珠丝杠不能自锁，需在升降台Z轴装一个超越离合器及制动器，以防升降台因重力下降。
以纵向部分改造为例，简单介绍改造思路。对纵向进给机构的机械结构进行改造时，首先将原机床的丝杠拆掉换成滚珠丝杠；把原机床的旧电动机更换成步进电动机。机床由于原机床的轴承已经严重磨损，精度达不到要求，也一起更换。
2．滚珠丝杠的选择计算
传动系统的元件要能快速响应，因此传动元件之间的摩擦阻力应尽可能小。滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的一种新型传动装置，且它的传动负载比梯形的滑动丝杠要大得多，精度又高，平稳性好，因此滚珠丝杠副作为精密、高效的传动元件在精密机床摇臂钻床、数控机床中得到广泛应用，在机械工业、交通运输、航天航空、军工产品等各个领域应用得很普遍，可用作精密定位、自动控制、动力传递和运动转换。
在对x62铣床的改造过程中，滚珠丝杠的选择要根据机床的实际情况及工作负载情况，计算出丝杠工作时的最大动载荷及丝杠的工作寿命等参数进行选择，机床最大动载荷必须小于丝杠的额定动载荷。滚珠丝杠螺母副是标准化生产，其规格型号都有按国家标准。
3．传动齿轮选择及间隙调整
开式齿轮传动的齿轮完全暴露在外边，而汽车、机床、航空发动机等所用的召轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体(机匣)内，称为闭式齿轮巾动(齿轮箱)[刨。考虑到电动机转速与机床所需转速差距不大，摇臂钻床依次取两齿轮的召数一致；而且通过齿轮传动，使该传动系统的转矩加大，传动更加平稳。闭式齿匀传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以多齿数为好，小召轮齿数可取Zl：20—40个齿。为了使各个相啮合齿的相对磨损均匀，传动平稳取齿轮齿数Z1：24、Z：：24，齿轮模数m二2mm，机床齿轮传动效率吁；：0．98。
为了提高传动精度和传动平稳性，避免齿轮在旋转中产生冲击和噪声，对于纵向、横向齿轮都需要设计中心距的调整机构。由于主、从动齿轮在制造过程中不可避免地存在着加工误差，为使这一对相互啮合的齿轮在安装后的中心距达到标准中心距，采取如下措施：将主动轮安装在步进电动机的轴上，而步进电动机1的端部用螺钉与偏心套2联接，偏心套2装在箱体上，转动偏心套(这时步进电动机连同主动轮4一起转动)，机床从而可以调整主、摇臂钻床从动轮之间的中心距。
4．滚动轴承的选择
传动系统的平稳性是检测数控机床性能的一项重要指标。改造后的机床在进给速度方面会有一定的提高，如果支撑原件本身没有好的刚性，那么将会影响加工的可靠性。轴承的刚度太高，则会造成物不尽其用，增加改造成本，太低会影响到丝杠的传动精度和寿命。
滚珠丝杠螺母副传递驱动力矩，驱动其来回移动，因此丝杠必须采用三点式支撑方式。原来的进给箱已经拆除，改造时在丝杠的一端装减速齿轮，需设计一个轴承座，用来安装深沟球轴承；在另一端需预留两个轴承座的位置，安装角接触球轴承。
各方向传动系统的丝杠采用一端轴向固定，摇臂钻床机床另一端浮动的结构形式，使丝杠轴向留有移动的空间，这种安装方式可以减少机床的振动和传动的误差，避免轴承卡死的情况发生，适用于较长的卧式安装丝杠[引。固定端采用一对角接触球轴承7602025TVP面对面组配，成对使用能限制两个方向的轴向位移。浮动端支承采用6205／P5型深沟球轴承，只承受丝杠的重力。
5．伺服系统选择计算
(1)伺服电动机选择要求。伺服电动机的种类有很多，在经济型的数控化改造中常选用步进电动机。步进电动机是将电脉冲控制信号转换成机械角位移的执行元件，机床通过控制输入点脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序等实现单位时间内通过电脉冲越多，电动机的转速越高。
步进电动机按工作原理可分为反应式步进电动机、电磁式步进电动机、摇臂钻床永磁感应式步进电动机。不同类型的步进电动机，其工作原理、驱动装置也不完全一样。步进电动机是受数字脉冲信号控制，输出角位移与输入脉冲成正比；转向可以通过改变定子绕组通电顺序来改变；易于直接与微机的I／O接口相连。由于步进电动机的这些优点，且价格也较合适，所以在本设计中选用反应式步进电动机。
选择伺服电动机应考虑三个要求：
1)最大切削负载转矩不得超过电机床动机的额定转矩。
2)电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配(匹配条件可根据伺服电动机样本。
3)快速移动时，转矩不得超过伺服电动机的最大转矩。
(2)负载转动惯量计算。负载转动惯量估算可以通过折算到步进电动机轴上的转动惯量估算，具体的估算方法可以通过式(2—32)计算。
(5)伺服电动机驱动装置选择。摇臂钻床步进电动机的驱动器一般是由脉冲分配器、功率放大器组成。驱动器将脉冲信号以及方向信号按要求的配电方式自动循环供给电动机各相绕组，从而驱动电动机转子正反向转动。
对旧机床的数控化改造是属于经济型机床数控化改造，驱动元件是步进电动机，伺服系统选择开环控制方式。这类控制五位置反馈，工作的实质是数字脉冲到角位移的转换，也无需位置检测元件实现定位，机构简单，易于控制，适用于本设计的数控机床。
根据以上所选的步进电动机的各项参数，选择广州数控设备有限公司生产的DY3B系列三相混合式步进电动机驱动装置，其特点：
1)正弦波驱动，数字技术实现矢量细分，电动机旋转定位精度高、运行平稳、噪声低。
2)用户可设置十五种电动机步距角(0．036‘-0．75‘)，应用灵活、适合精密控制。
3)选用三菱公司第四代智能模块(1PM)，耐电压冲击力强，稳定性好，具有过载、短路、过压、过热等完善的保护功能。
4)控制线路集成度高，可靠性好，摇臂钻床机床整机结构紧凑、合理。
5)具有外部电流可调功能，用户可根据负载情况灵活调节。
6)采用DC310V驱动电压，高速高转矩输出。
7)机外风冷散热设计，防护好。
DY3B一28驱动器的保持转矩及适配电动机类型都和前面计算所选的电动机型号相同。这样就可以保证兼容性，且价格在同类产品中居中。机床因此，摇臂钻床本改造设计选择DY3B--28三相混合式步进电动机驱动装置。
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