摘要：文章介绍了铣床数控化的改造部位，滚珠丝杠、步进电动机的选择计算，以及数控系统软硬件的设计概要。

把X62W铣床改造成
数控铣床，主要改造的部位是：在主电动机端面加一电磁离合器，以便用指令控制主轴停转：把工作台的纵横向进给运动改造成用步进电动机来控制。垂直进给运动仍采用机动和手动方式。下面主要介绍横向进给系统的改造和数控系统的硬件设计。

1 横向进给系统设计

在横向进给系统的改造中，拆掉了原机床的丝杠螺母机构，更换上用步进电动机和一对齿轮驱动的滚珠丝杠螺母副。

工作台重量的估算
纵向工作台约重100kg，床鞍和回转盘约重200kg，总重量G=100+200=300kg。
切削力计算
切削功率为N
_{c=NhK(1)式中：N——主电动机功率，7.5kW}

h——主传动系统总效率，一般为0. 6～0. 7，取0.6

K——进给系统功率系数，取0.96

根据式(1)可得：N
_{c=4.32kW。又因为N_{c=F_{zV/6120，则F_{z=6120N_{c/V，V为切削线速度，取100mm/min，所以主切削力F_{z=2.59kN。通常：纵向切削分力F_{纵=(0.6～0.9)F_{z，垂直切削分力F_{垂=(0.45～0.7)F_{z，横向切削分力F_{横=(0.5～0.55)F_{z。取F_{纵=0.6F_{z=1.55kN，F_{垂=0.45F_{z=1.165kN，F_{横=0.5F_z=1.295kN。}}}}}}}}}}}}}}}}}
滚珠丝杠设计
工作台横向进给丝杠的轴向力F
_{轴=KF_{横+f(F_{垂+W)(2)式中：K——考虑颠覆力矩影响的实验系数，K=1.1}}}

F
_{横——横向切削分力f——导轨上的摩擦系数，f=0.15}

W——工作台、床鞍和回转盘重力，W≈10G=3kN

根据式(2)可得：F
_{轴=2.049kN。

强度计算

滚珠丝杠的转速：n=V

_{f/p，其中，进给速度V_{f=60mm/min，滚珠丝杠的螺距p=6mm，则得：n=V_{f/p=10r/min。取寿命时间T=15000h，则寿命值L_{1=60nT/10^{6=9。取运转系数f_{w=1.2，硬度系数f_{H=1.1，则最大负载Q=(L)^{&frac13;_{1f_{wf_{HF_{轴=5.625kN。根据经验，选取滚珠丝杠的型号ND3506-1×2/E左，即内循环，双螺母垫片调隙式、公称直径为35mm、螺距为6mm、一圈二列、E级精度、左旋、滚珠直径为3.969mm。其额定动负荷为12.847kN>Q，其强度够用。}}}}}}}}}}}}

效率计算

由于所选滚珠丝杠的螺旋升角a=3°7，摩擦角f=10，则滚珠丝杠的传动效率h=tga/tg(a+f)=tg3°7/tg(3°7+10)=0.95。

纵向进给系统的设计与横向进给系统的设计类似，计算从略。

2 步进电动机及齿轮的选用

横向步进电动机的选取

确定步距角取系统的脉冲当量dp=0.01mm/脉冲，选用步距角qb=0.75°
启动力矩的计算

丝杠牵引力F

_{s=F_{横+1.414f_{当W(3)式中f_{当——当量摩擦系数，f_当=0.01}}}}

代入式(3)得 F

_s=1.337kN

设步进电动机等效负载力矩为M，负载力为F

_{负，根据能量守恒原理，电动机所作的功与负载所作的功相等，即Mfh=F_{负L，则M=F_负L/hf(4)}}

又F

_{负=F_{s+µ(W+F_{1)，数控装置发出一个脉冲后，工作台的位移量L为一个脉冲当量0.001cm，这时电动机转过的角度f=2pq_{b/360°，代入式(4)得 M=F _{负L/hf=360°dp[F_{s+µ(G+F_{1)]/2pq_bh=167N·cm}}} 式中：µ——机床导轨摩擦系数，取µ=0.18}}}}

F

_{1——与重力方向一致，作用在移动部件上的负载力，F_{1=F_垂=1.165kN}}

如果不考虑启动时的运动部件惯性的影响，则启动力矩M

_{q=M/0.3～0.5，取安全系数为0.3，M_{q=556N·cm。对于工作方式为四相八拍的步进电动机，M_{max=M_{q/0.707=786N·cm。}}}}

步进电动机的最高频率

取横向进给速度最大为V

_{max=1m/min，则步进电动机的最高频率为f_{max=1000V_{max/(60×dp)=1667Hz。根据以上数据和经验，选用110BFG型步进电动机较合适，该电动机步距角为0.75°/1.5°，最大静转距为800N·cm，最高空载启动频率为1800Hz。}}}

齿轮设计(横向)

据步距角q

_{b、滚珠丝杠螺距p、脉冲当量dp，则在步进电动机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮的传动比为：I=Z_{1/Z_{2=dp×360°/(q_{b·p)=0.8，选Z_{1=48，Z_{2=60，根据经验，齿轮模数取1.5mm。}}}}}}

3 数控系统硬件设计}

所用数控系统是我们最近开发的BKC2-Ⅷ型数控系统，主要由主控制系统和显示系统两部分组成。主控制系统用于控制键盘的输入和输出，工作台在X、Y方向上的超程，侧门关闭，查询，X和Y向步进电动机的相位及主轴正反转等。显示系统用于控制H716501液晶显示器。这两部分都采用了新型的单片机GMS90C32作中央处理器，它可以与MCS-51系列单片机兼容，具有快速脉冲编程算法，采用了CMOS技术，最高工作频率可达40MHz(本设计采用18MHz)，有良好的性能价格比。

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X62W铣床的数控化改造

1 横向进给系统设计

2 步进电动机及齿轮的选用

3 数控系统硬件设计

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