龙门刨床数控的改造设计

姜 慧

(江西气体压缩机有限公司，江西 赣州 341000)

0 引 言

过去所采用的龙门刨床仅仅可以对零件的表面进行刨削，已经无法满足一些零件的刨削要求，因此急需要改进。文中具体讨论了这方面的问题。

1 机械部分总体方案的制定

1.1 X坐标进给伺服系统设计

将龙门刨床X坐标进行进给伺服系统控制改造，需要采用110BYG3502型混合式步进电机，步距角可以设定程a=0.6。，而脉冲量则要设置成0.01 mm，滚珠丝杠的螺距设置成T=6 mm，那么通过公式s=aT/360。i能够得到i=aT/360。s=0.6×/(360×0.01)=1。根据这个公式进行分析能够了解到，在减速齿轮箱中，可以形成了1∶1齿轮传动比。若想让滚珠丝杠在热胀冷缩的情况下，能够给步进电机轴不会形成很大的轴向力，那么就算是形成1∶1的比例，也不能够电机轴和丝杠直联，最好运用传动比是1∶1的齿轮箱。

1.2 X坐标轴承选型和分布情况

在X坐标进给伺服系统轴承种类和分布中，在右侧和步进电机比较近的地方，要安装单列向心球轴承，通常情况下为2个，而且无法承受轴向力，仅是承受径向力；不过要是在左侧的话，那么最好安装止推轴承承受双向轴向力，而且也是2个，由于步进电机在运转的时候，要产生非常多的热量，止推轴承就会和步进电机拉远距离，降低热变形，这样就能够避免轴向挤紧对进给造成干扰。

1.3 Y坐标进给伺服系统设计

在对Y坐标进行进给伺服系统数控改造期间，最好采用110BYG3501型混合式步进电机，其中，步距角可以设定成a=0.6°，脉冲当量可以设定为o=0.01 mm，滚珠丝杠的螺距设定为T=4 mm，可以通过这组公式：i=aT/360°=0.6×4/(360×0.01)=2/3。通常情况下，减速齿轮的齿轮传动比是2∶3。

2 用电磁传感器协调刨运动和两坐标进给运动

通常情况下，传感器、金属条要与工作件平齐，金属条要安装在刨床工作台，并让两者和工作件一同进行运动，通过分析能够了解到，如果对工具采取刨削工作的话，那么传感器就要靠近金属条。传感器会往电脑中传送相关的信号，显示X、Y两个坐标无法进给；如果刀具、传感器和金属条分开的话，那么传感器就会在电脑当中显示高点平，X、Y两坐标进给。

3 控制系统控制程序设计思路

在刨床工作台进行作用运动的时候，通常都是行程开关所掌控，然后再采取伺服系统设计。而在龙门刨床数控技术改进的过程中对传感器电路设计一直是非常重要的一项技术。而X、Y两坐标补进传感器检测流程为：开始——刨到开始刨削第一刀——检查传感器是不是对低电平进行了输出——刨刀刚进入后空行程完成X、Y插补进给——检查刨削是否到了终点——结束刨削。

4 系统方案的总体设计

例如，X轴有效行程为12 000 mm；Y轴有效行程为1 800 mm；工作台尺寸为2 000 mm×12 000 mm。主轴端面至工作台的距离是1 800 mm；最大切削进给速度是1.5 m/min；快速进给速度是2 m/min；驱动电机最高转速是2 000 r/min；主轴电机功率为11 kW；定位精度为0.1 mm。而床身、横梁等部位是刨床的主要机械部分。而在进行切削过程中，刀具和工件能够形成相互作用，然后在支承件中慢慢的进行传送，这样就会出现变形的情况，从而对加工的精度造成破坏，所以一定要进行改造设计。

4.1 主轴组件的设计

机床的执行件为主轴组件，其作用主要是让刀具进行转动，从而实现表面成形，此外，主轴组件还能够承受切削力。因为主轴组件的工作能力会决定机床加工的效果，所以也成为了机床非常重要的构成部分。

(1)主轴的构造。主轴中所使用的刀具种类、数量等能够直接决定主轴的结构。相关技术人员在对机床进行设计的过程中，通常会采用刨床的主轴端部，而刨床会在锥孔里进行定位，然后采用拉杆将主轴勒紧。

(2)主轴的材料和热处理。在选用主轴材料的时候，通常是查看其荷载、热处理等方面的情况。而在对主轴进行设计的过程中，要根据主轴材料的特点来进行选择正确的设计方式，通常情况下会选择镀Cr。由于主轴颈在运行期间要面对非常大的负荷，而且还必须要具备一定的硬度，所以主轴颈通常会使用高频碎火，碎后硬度通常保持在45～50 HRC之间。

4.2 滚珠丝杠副的选用

(1)Ph=vmax/inmax。而vmax是工作台的最快移动速率，单位是mm/min；nmax代表的是电动机的最快转速，r/min；i则代表为传动比。

在通过计算后得出Ph=10 mm/r。

(2)传动系统设计。通过研究得出脉冲当量为:o=bphi/360。

式中，b代表的是步进电机的步聚角。在通过计算后得出脉冲当量为o=0.05 mm/r。

(3)确立丝杠的预期动载荷为

Caml：Caml=60nmLnfmfw/100fafc

式中，nm是丝杠的平均转速;Ln是滚珠丝杠副的工作时间，h一般情况下会根据Ln的实际情况，以此确定为2.0×10 h；fn是运算载荷；fa是负荷性质；而fc是可靠性。通过计算能够了解到，丝杠的动载荷Cmd=4.986×10 N。

(4)丝杠的量大轴向变形量o，通常情况下的最小值为o<(1/3-1/4)oml；o<(1/4-1/5)oml。

在这个关系式中，o是丝杠最小的螺纹底径；oml代表的是定位精度。

(5)估算最小螺纹底径

a.根据两边的固定支承形式，能够利用公式：

d2ml>10noE/10folo=0.039/folo/om

式中，d2ml是丝杠最小螺纹底径；fo是导轨静摩擦的情况；lo是两个固定支承的距离；

经计算，X、Y轴的最小螺纹底径是38.3 mm和26.2 mm。

b.横梁和轴丝在进行安装的时候，通常会采取一方固定，而另一方自由的方式，并通过下列公式来运算出最小螺纹底径

d2m2>2×10/10fol=0.078/fol

式中，L是滚珠螺母和滚珠丝杠之间的距离。而在进行运算以后能够了解到，横梁和z轴的螺纹底径为25.6 mm和20.5 mm。

(6)确立滚珠丝杠副的规格。要掌握好如何对滚珠丝杠进行使用，然后要让滚珠丝杠的负荷不能够小于需要的最大动载荷，同时还要能够符合导程需求，全面掌握精度情况，再将内循环垫片放入到双螺母预紧的丝杠当中。而通常情况下，X轴使用的丝杠的规格是：FFZD5010-5；横梁提升轴规格则是：FFZD3210-5；Z轴使用的丝杠规格是：FDU2510-4。

4.3 伺服电机选用

如果想要正确地选用伺服电机，那么就要遵循下面的原则：

(1)惯量匹配：负载转动惯量一定不能够大于电机转动惯量。

(2)电机转矩一定不能够小于电机的力矩。通过系统的运算能够了解到，所适合选用的伺服电机是；X轴为p10b18350bxs，Y轴是p10b10075HXS，Z轴是P10B18350BXS。

5 结束语

在对龙门刨床进行数控改进以后，能够对圆柱形零件进行准确的刨削，而且还可以让刨床的操作更加简便，同时提高生产能力，从而很大程度降低了劳动强度。另外，在对龙门刨床数控技术改进以后，还能够利用自动编程，对所有繁杂的圆柱零件进行刨削，而要进行更改的也只有程序设定，这样企业提高了工作能力和经济收益。