X6132A型铣床的数控化改造(4)

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3、操作台实物图

图3-2 操作台实物图

1）显示器

操作台的左上部为10.4′TFT彩色液晶显示器。 2）NC键盘

NC键盘包括MDI键盘和F1~F10十个功能键。

标准化的字母数字式键盘的大部分键具有上档键功能，当“UPPER”键有效时，指示灯亮，输入的是上档键。

NC键盘用于零件程序的编制、参数输入、MDI及系统管理操作等。 3）机床控制面板

标准机床控制面板的大部分按键（除“急停”按钮外）位于显示器的右边，机床控制面板用于直接控制机床的动作或加工过程。

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第4章 主传动系统的改造

4.1 主传动系统改造思路

在改造时,只留下一个变速级，拆除其余的变速机构,电动机采用变频器调速，来改变主轴的速度，由于变频器可实现主轴无极调速，故我们仍采用原有的交流异步电动机。用同步齿形带带动编码器，检测主轴速度、位置示意图如图4-1示。

图4-1 主传动示意图

4.2 主轴部件

主轴部件是数控铣床上的重要部件之一，它带动刀具旋转完成切削，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。

4.2.1 主轴的支承

数控机床主轴的支承主要采用图4-2所示的三种主要形式。图4-2a所示结

构的前支承采用双列短圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。这种结构的综合刚度高，可以满足强力切削要求，是目前各类数控机床普遍采用的形式。图中b所示结构的前支承采用多个高精度向心推力球轴承，后支承采用单个向心推力球轴承。这种配置的高速性能好，但承载能

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力较小，适用于高速、轻载和精密数控机床。图中c所示结构为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承。这种配置的径向和轴向刚度很高，可承受重载荷，但这种结构限制了主轴最高转速和精度，因而仅适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。

图4-2主轴支承配置

因为X6132A型数控铣床对于精度及转速的要求不高所以可以选择：前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承这种配置。

4.2.2 主轴箱

主轴箱的设计：为了提高主轴的刚度和便于安装，将主轴设计成阶梯圆柱形，前端外径大，后端外径小，为实现更换刀具时能自动夹紧，主轴内部设计成空心。其前端有7：24锥孔，用于装锥柄刀具，并有自动定心作用，通过摩擦将刀柄夹紧于主轴的端部，大锥度既利于定心，也便于松夹。主轴端面装有定向键，既可传递切削的转矩，又可用于刀具的周向定位。主轴外圆柱面上有前后支承轴承的配合面。

主轴的主要尺寸参数包括：主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。 1、主轴直径 主轴直径越大，其刚度越强，但使得轴承和轴上的其他零件的尺寸相应增大。

2、主轴内孔直径 主轴内径是用来通过刀具夹紧装置固定刀具的。 主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素确定。主轴材料选用38CrMoAIA。

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4.2.3 传动带

传动带是以带作为中间挠性件，靠带与带轮间的摩擦力传递运动和动力。带呈环形，以一定的拉力（张紧力）F0套在一对带轮上，使带和带轮相互压紧。带传动不工作时，带两边的拉力相等，均为F0；工作时主动轮转动，带与带轮面间的摩擦力使其一边拉力加大到F1称为紧边拉力，另一边拉力减小到F2，称为松边拉力。两者之差F=F1-F2即为带的有效拉力，它等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总合。这样，就带动从动轮旋转了，一定条件下，摩擦力有一定的限度，若工作阻力超过极限值、带就在轮面上打滑，传动不能正常工作。

传动带的优点是：结构简单，成本低，主、从动轮的中心距离较大，工作稳定，无噪声，过载时带打滑能防止其他零件损坏。缺点是：外部尺寸大，作用在轴和轴承上的力也较大，此外V带和平带传动有弹性滑动，不能保持恒定的传动比。

V带：V带是截面为等腰梯形（或近似等腰梯形）的传动带。其两腰的夹.角为40°它的结构有帘布结构与线绳结构两种。一般采用帘布结构，在载荷不大、小直径或转速较高时采用线绳结构。它们的结构如图4-3所示，伸张层与压缩层采用弹性好的胶料，易于产生弯曲变形。包布层耐磨，起保护作用。强力层承受带的拉力。

V带根据截面尺寸由小到大的顺序排列，共有Y、Z、A、B、C、D、E七种。应用最多的是A、B、C三种。一般V带型号的截面尺寸和其所能传递的功率大小有关，传递的功率越大，选用的截面尺寸也越大。

1-包布层 2-申张层 3-强力层 4-压缩层

图4-3 V带 截 面 图

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4.3 变频器的选择

机床主传动的变速方式可分为无级变速和有级变速两种。无级变速：指在一定速度(或转速)范围内能连续、任意地变速。优点：可选用最合理的切削速度，没有速度损失，生产率高；可在运转中变速，减少了辅助时间；操纵方便；传动平稳。缺点：机械式和液压式无级变速结构较复杂；电气式成本较高。有级变速：指在若干固定速度(或转速)级内不连续地变速。优点：传递功率大，变速范围大，传动比准确，工作可靠。缺点：速度不能连续变化，有速度损失，传动不够平稳。 方案选择：根据所改造成数控机床的使用要求和结构特点，本方案选择电气无级变速。

变频技术是应交流电机无极调速的需要诞生的，根据交流电动机的同步转速表达式：

n?n：异步电动机的转速

60f（1-s）p

f：异步电动机的电源频率

s：电动机的转差率，因为s很小，一般取0 p：电动机的极对数，这里取2

根据公式可知，要想改变电动机的转速可以通过改变频率、转差率、极对数来改变；可是转差率和极对数在电机最开始的时候即固定了，所以只能通过改变频率来实现，变频器就是通过改变通入电动机的电源频率来改变电机的转速，从而实现主轴的无极调速。

变频器容量选用基本原则是负载电流不超过变频器额定电流。因为变频器没有电动机过载能力强，先损坏的就是变频器，所以变频器保护功能要完善。变频器的供给电动机的是脉动电流，电动机在额定运行状态下，用变频器供电比用工频电网供电电流要大一些，所以选择变频器电流或功率要比电动机电流大一个等级。

一般为：

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