姜 慧

(江西氣體壓縮機(jī)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(duì)零件的表面進(jìn)行刨削，已經(jīng)無法滿足一些零件的刨削要求，因此急需要改進(jìn)。文中具體討論了這方面的問題。

1 機(jī)械部分總體方案的制定

1.1 X坐標(biāo)進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將龍門刨床X坐標(biāo)進(jìn)行進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制改造，需要采用110BYG3502型混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角可以設(shè)定程a=0.6。，而脈沖量則要設(shè)置成0.01 mm，滾珠絲杠的螺距設(shè)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(jù)這個(gè)公式進(jìn)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(dòng)比。若想讓滾珠絲杠在熱脹冷縮的情況下，能夠給步進(jìn)電機(jī)軸不會(huì)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(jī)軸和絲杠直聯(lián)，最好運(yùn)用傳動(dòng)比是1∶1的齒輪箱。

1.2 X坐標(biāo)軸承選型和分布情況

在X坐標(biāo)進(jìn)給伺服系統(tǒng)軸承種類和分布中，在右側(cè)和步進(jìn)電機(jī)比較近的地方，要安裝單列向心球軸承，通常情況下為2個(gè)，而且無法承受軸向力，僅是承受徑向力；不過要是在左側(cè)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(gè)，由于步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，要產(chǎn)生非常多的熱量，止推軸承就會(huì)和步進(jìn)電機(jī)拉遠(yuǎn)距離，降低熱變形，這樣就能夠避免軸向擠緊對(duì)進(jìn)給造成干擾。

1.3 Y坐標(biāo)進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)Y坐標(biāo)進(jìn)行進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控改造期間，最好采用110BYG3501型混合式步進(jìn)電機(jī)，其中，步距角可以設(shè)定成a=0.6°，脈沖當(dāng)量可以設(shè)定為o=0.01 mm，滾珠絲杠的螺距設(shè)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(dòng)比是2∶3。

2 用電磁傳感器協(xié)調(diào)刨運(yùn)動(dòng)和兩坐標(biāo)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

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(tái)，并讓兩者和工作件一同進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，通過分析能夠了解到，如果對(duì)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(huì)往電腦中傳送相關(guān)的信號(hào)，顯示X、Y兩個(gè)坐標(biāo)無法進(jìn)給；如果刀具、傳感器和金屬條分開的話，那么傳感器就會(huì)在電腦當(dāng)中顯示高點(diǎn)平，X、Y兩坐標(biāo)進(jìn)給。

3 控制系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)思路

在刨床工作臺(tái)進(jìn)行作用運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，通常都是行程開關(guān)所掌控，然后再采取伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而在龍門刨床數(shù)控技術(shù)改進(jìn)的過程中對(duì)傳感器電路設(shè)計(jì)一直是非常重要的一項(xiàng)技術(shù)。而X、Y兩坐標(biāo)補(bǔ)進(jìn)傳感器檢測(cè)流程為：開始——刨到開始刨削第一刀——檢查傳感器是不是對(duì)低電平進(jìn)行了輸出——刨刀剛進(jìn)入后空行程完成X、Y插補(bǔ)進(jìn)給——檢查刨削是否到了終點(diǎn)——結(jié)束刨削。

4 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì)

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(tái)尺寸為2 000 mm×12 000 mm。主軸端面至工作臺(tái)的距離是1 800 mm；最大切削進(jìn)給速度是1.5 m/min；快速進(jìn)給速度是2 m/min；驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速是2 000 r/min；主軸電機(jī)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(jī)械部分。而在進(jìn)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(jìn)行傳送，這樣就會(huì)出現(xiàn)變形的情況，從而對(duì)加工的精度造成破壞，所以一定要進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

4.1 主軸組件的設(shè)計(jì)

機(jī)床的執(zhí)行件為主軸組件，其作用主要是讓刀具進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)表面成形，此外，主軸組件還能夠承受切削力。因?yàn)橹鬏S組件的工作能力會(huì)決定機(jī)床加工的效果，所以也成為了機(jī)床非常重要的構(gòu)成部分。

(1)主軸的構(gòu)造。主軸中所使用的刀具種類、數(shù)量等能夠直接決定主軸的結(jié)構(gòu)。相關(guān)技術(shù)人員在對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，通常會(huì)采用刨床的主軸端部，而刨床會(huì)在錐孔里進(jìn)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(shí)候，通常是查看其荷載、熱處理等方面的情況。而在對(duì)主軸進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要根據(jù)主軸材料的特點(diǎn)來進(jìn)行選擇正確的設(shè)計(jì)方式，通常情況下會(huì)選擇鍍Cr。由于主軸頸在運(yùn)行期間要面對(duì)非常大的負(fù)荷，而且還必須要具備一定的硬度，所以主軸頸通常會(huì)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(tái)的最快移動(dòng)速率，單位是mm/min；nmax代表的是電動(dòng)機(jī)的最快轉(zhuǎn)速，r/min；i則代表為傳動(dòng)比。

在通過計(jì)算后得出Ph=10 mm/r。

(2)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過研究得出脈沖當(dāng)量為:o=bphi/360。

式中，b代表的是步進(jìn)電機(jī)的步聚角。在通過計(jì)算后得出脈沖當(dāng)量為o=0.05 mm/r。

(3)確立絲杠的預(yù)期動(dòng)載荷為

Caml：Caml=60nmLnfmfw/100fafc

式中，nm是絲杠的平均轉(zhuǎn)速;Ln是滾珠絲杠副的工作時(shí)間，h一般情況下會(huì)根據(jù)Ln的實(shí)際情況，以此確定為2.0×10 h；fn是運(yùn)算載荷；fa是負(fù)荷性質(zhì)；而fc是可靠性。通過計(jì)算能夠了解到，絲杠的動(dòng)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(gè)關(guān)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(jù)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(dǎo)軌靜摩擦的情況；lo是兩個(gè)固定支承的距離；

經(jīng)計(jì)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(jìn)行安裝的時(shí)候，通常會(huì)采取一方固定，而另一方自由的方式，并通過下列公式來運(yùn)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(jìn)行運(yùn)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(guī)格。要掌握好如何對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行使用，然后要讓滾珠絲杠的負(fù)荷不能夠小于需要的最大動(dòng)載荷，同時(shí)還要能夠符合導(dǎo)程需求，全面掌握精度情況，再將內(nèi)循環(huán)墊片放入到雙螺母預(yù)緊的絲杠當(dāng)中。而通常情況下，X軸使用的絲杠的規(guī)格是：FFZD5010-5；橫梁提升軸規(guī)格則是：FFZD3210-5；Z軸使用的絲杠規(guī)格是：FDU2510-4。

4.3 伺服電機(jī)選用

如果想要正確地選用伺服電機(jī)，那么就要遵循下面的原則：

(1)慣量匹配：負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定不能夠大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

(2)電機(jī)轉(zhuǎn)矩一定不能夠小于電機(jī)的力矩。通過系統(tǒng)的運(yùn)算能夠了解到，所適合選用的伺服電機(jī)是；X軸為p10b18350bxs，Y軸是p10b10075HXS，Z軸是P10B18350BXS。

5 結(jié)束語

在對(duì)龍門刨床進(jìn)行數(shù)控改進(jìn)以后，能夠?qū)A柱形零件進(jìn)行準(zhǔn)確的刨削，而且還可以讓刨床的操作更加簡便，同時(shí)提高生產(chǎn)能力，從而很大程度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。另外，在對(duì)龍門刨床數(shù)控技術(shù)改進(jìn)以后，還能夠利用自動(dòng)編程，對(duì)所有繁雜的圓柱零件進(jìn)行刨削，而要進(jìn)行更改的也只有程序設(shè)定，這樣企業(yè)提高了工作能力和經(jīng)濟(jì)收益。