X5040立式銑床數控化改造設計方案
——進給運動系統設計

侯金辰 云南工程職業學院 云南昆明

本次主要是對X5040立式銑床的進給運動系統進行數控化改造設計的方案。首先將三相異步電動機改成步進電動機，X軸、Y軸、Z軸的絲杠改為滾珠絲杠副。其次步進電動機與絲杠之間的傳動采用齒輪一級傳動式，在設計步進電動機與絲杠的聯接時，盡量減少傳動間隙，滿足精度要求。

一、機床數控化改造的意義

(1)減少投資額，交貨期短。同購置新機床相比，一般可以節省60%~80%的費用，改造費用低，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，交貨期短。

(2)力學性能穩定可靠。舊機床所利用的床身、立柱燈基礎構件都是重而堅固的鑄造構件，而不是焊接構件，改造后的機床性能高、質量好，可以作為新設備繼續使用多年。

(3)熟悉設備，便于操作維修。購買新設備可能不了解新設備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確計算出機床的加工能力；另外，由于使用多年，操作者對機床的性能已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快，改造的機床易安裝好，可以實現全負荷運轉。

(4)可充分利用現有的條件。例如可以充分利用現有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。

(5)可以采用最新的控制技術。可根據技術革新的發展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備檔次和質量，將舊機床改成當今水平的機床。

二、銑床數控化改造的步驟

在改造之前，要先做好充分的技術準備，安排技術人員做好技術規劃，電氣原理圖及各種轉換接口的設計等。

(1)作好改造的前期準備工作。對被改造機床進行結構、性能、精度等技術現狀的全面分析。

(2)進行電氣改造的機床一般均需進行機械修理。要確定修理的要求、范圍、內容，也要確定因改造而需進行機械結構改動的要求和內容。為配合電氣改造而需進行的機械大修改造的測量、計算、設計、繪圖、零件制作等應先期完成。停機后需拆、改、加工的部分等也應事先規劃完畢，提出明確要求。機械性能完好是電氣改造成功的基礎。

(3)改造前應熟悉技術資料，做到思路清晰，層次分明。

(4)原系統的拆除必須對照原圖紙進行，并及時作出標記，防止遺漏或過拆。

(5)根據設計圖紙合理配置新系統，以確保連線工藝規范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。

(6)調試必須按事先確定的步驟和要求進行。調試人員應頭腦冷靜，隨時記錄，以便發現和解決問題。調試中首先試安全保護、系統靈敏度，防止發生人身及設備事故。

三、X5040型數控銑床的主要技術參數

機床設計的初使，首先需確定有關參數，它們是傳動設計和就結構設計的依據，影響到產品是否能滿足所需要的功能要求，因此，參數擬定是機床設計中的重要問題。

X5040 型數控銑床的主要技術參數如下：

工作臺面積：1600x400mm；工作臺縱向最大行程：900mm；工作臺橫向最大行程：375mm；工作臺垂向最大行程：400mm；工作臺T型槽數：3；工作臺T型槽寬：18mm工作臺；T型間距：100mm；主軸轉速種數：18；主軸轉速范圍：30~1500r/min；工作臺縱向進給速度范圍：10~1500mm/min；工作臺橫向進給速度范圍：10~1500mm/min；工作臺垂向進給速度范圍：10~600mm/min；工作臺橫向及縱向快速移動速度：1500mm/min；工作臺垂直快速移動速度：1500mm/min；

主傳動電動機功：7.5KW；主傳動電動機轉速：1450r/min；脈沖當量：0.01mm；

外形尺寸：2495mmx2100mmx2170mm；質量：2700kg；工作臺負載：500kg；

四、總體方案設計

（1）系統的運動方式與伺服系統的選擇

在驅動執行裝置中，直流伺服電動機的價格昂貴，在普通機床的數控化改造中一般采用步進電動機和交流伺服電動機。步進電動機采用脈沖數字信號進行控制，每轉一轉步距誤差自動變為零，能方便地實現調速及定位，改變各組繞組的接通次序可實現正反轉，在X5040銑床數控化改造中，采用步進電動機拖動的開環控制系統。

（2）機械部分的設計改造

在改造過程中，采用步進電動機與滾珠絲杠，并裝有減速機構的傳動方式，通過減速機構可得到所需的減速比并增大驅動力矩。原機床使用滑動絲杠，傳動誤差大，因此在數控化改造中將其更換為滾珠絲杠。滾珠絲杠的傳動效率高、無爬行、預緊后可消除反向間隙、精度高。改造后X5040銑床的橫向、縱向傳動方式：步進電動機——消隙齒輪——滾珠絲杠螺母副——工作臺的傳動方式。X5040銑床垂直方向的傳動方式為：步進電動機——圓錐齒輪——滾珠絲杠螺母副——工作臺。

X5040銑床的導軌改造也應考慮其材料的摩擦因數，抗磨損，靜、動摩擦因數差值小，定位準確，防振消聲運行平穩，低能耗，耐老化和足夠的力學性能等。