陕西电子信息职业技术学院毕业设计（论文）
传动减速比：n=3
滚珠丝杠螺距：p=10mm 根据公式： Vmax=r.p/n 得 Vmax=1500×10×O.OO1/3 =5m/min
故Z轴最大进给速度为5 m/min。
由于X向滚珠丝杠螺距为10mm，X轴最大进给速度为5 m/min。 （2）、负载转动惯量的估算
由于X、Z向坐标的传动减速比都是n=3；所以折算到电机轴上的转动惯量可按下式估算
JF=J1+J2+J3+JK
JF—折算到电机轴上的转动惯量（kg.cm2） J1—联轴节的转动惯量（kg.cm2） J2—丝杠的转动惯量（kg.cm2） J3—联轴节的转动惯量（kg.cm2）
JK—Z向电机转子的转动惯量（kg.cm2）
对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式进行计算： J=7.8×10-4 D4L D—圆柱零件的直径(cm) L—零件轴向长度（cm） 通过计算得： J1=1.16kg.cm2
J2=43.41kg.cm2 J3=2.78 kg.cm2 JK=6.68kg.cm2 故总惯量：
JF=54.03kg.cm2 （3）、切削功率计算 利用下面公式：
切削功率 Pc=P·η·K
P——电机功率18KW η——传动效率0.8 K——功率系数0.96 计算切削功率得： Pc=13.82KW （4）、摩擦阻力的估算
X向摩擦阻力的估算： X向运动部件自重约：1500N
X向运动部件之间摩擦系数（铸铁对铸铁）：0.18 X向摩擦阻力；FMX=1500×0.18=270N Z向摩擦阻力的估算：
Z向运动部件自重约：3000N
Z向运动部件之间摩擦系数（铸铁对铸铁）：0.18 Z向摩擦阻力；FMZ=3000×0.18=540N （4）、切削力计算。
第21页，共37页
陕西电子信息职业技术学院毕业设计（论文）
即； Pc=(FZv10-3)/60 或 Pc=Tn/9550
式中 FZ——主切削力（N）； v——切削速度（m/min） T——切削转矩（Nm）；
N——主轴转速（r/min）。 取v=400m/min
FQ=60Pc103/v=60×13.82×103/400=2073N 在一般外圆车削时取X、Z向分力分别为
FQX=0.5FQ=1036.5N FQZ=0.6FQ=1243.8N （5）、X、Z向坐标运动时的工作阻力 X向坐标运动时的工作阻力：
FX= FMX + FQX=270+1036.5=1306.5 N Z向坐标运动时的工作阻力：
FZ= FMZ + FQZ=540+1243.8=1783.8 N （6）、伺服电机扭矩的计算
根据公式 Pc=60Pc103/v和Pc=Tn/9550
得 X向扭矩 T=9550FXv10-3/(60n)=41.6Nm Z向扭矩 T=9550FZv10-3/(60n)=56.78Nm
由于X、Z项均采用同步带减速装置，减速比为3；故X向选18Nm电机、Z向27 Nm电机适合。
2.2.3改造后机械结构特点
（1）、Z向滚珠丝杠
此车床Z向滚珠丝杠比较长，所以必须采用三点支撑形式加辅助支撑形式。考虑到向心推力球轴承既可承受径向力又可以承受轴向力，因此在丝杠的左右端各设计了一个专用轴承支座，分别采用一对向心推力球轴承来支撑丝杠。由于拆除了走刀箱，在原走刀箱部位设计了一个滚珠丝杠的丝母支架，用来固定丝母，并起到了支撑丝杠的作用，消除了因丝杠自重引起的弯曲，从而提高滚珠丝杠转动时的稳定性。 并根据机床的结构，将伺服电机放在床身尾部，皮带轮与丝杠、电机采用的无键连接，由于采用了无键连接的锥套式联接，这样使得皮带轮与丝杠、电机的连接更加方便、可靠，编码器安装在滚珠丝杠的另一端；节省了空间与零件数量，使结构更加紧凑。
（2）、X向滚珠丝杠
X向滚珠丝杠也是采用的三点支撑方式，伺服电机一般都安装在床鞍的后面，皮带轮与丝杠、伺服电机采用的无键连接，远离操作者的一侧；编码器安装在滚珠丝杠的另一端。滚珠丝杠的支撑利用原车床的丝杠支撑位置，也采用两对向心推力球轴承来支撑丝杠。丝母通过丝母座与中溜板连接在一起，实现丝母带动中溜板的横向运动。X、Z向丝杠的支撑方式基本相同。 （3）、电动刀架
变原手动刀架为电动刀架，实现自动换刀；提高工作效率。
第22页，共37页
陕西电子信息职业技术学院毕业设计（论文）
（4）、润滑装置
取消X、Z向导轨手动润滑装置，增加自动装置。
2.3数控系统及伺服系统的改造 2.3.1数控系统简介
数控系统（numerical control system）是数字控制系统的简称：能按照零件加工程序的数值信息指令进行控制，使机床完成工作运动并加工零件的一种控制系统。早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统，如图2.1。
计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。
CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
常用的数控系统有发那科、西门子、三菱、广数、华中等数控系统。 发那科（FANUC）系统
FANUC系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。FANUC系统进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，使用较为广泛的产品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在这些型号中，使用最为广泛的是FANUC0系列。
FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。
西门子（SINUMERIK）数控系统简介
图2.1 数控系统
第23页，共37页
陕西电子信息职业技术学院毕业设计（论文）
西门子（SINUMERIK）数控系统是德国西门子公司的产品。西门子凭借在数控系统及驱动产品方面的专业思考与深厚积累，不断制造出机床产品的典范之作，为自动化应用提供了日趋完美的技术支持。SINUMERIK 不仅意味着一系列数控产品，其力度在于生产一种适于各种控制领域不同控制需求的数控系统，其构成只需很少的部件。它具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构，适于操作、编程和监控。 主要包括：控制及显示单元、PLC 输入/输出单元（PP）、PROFIBUS 总线单元、伺服驱动单元、伺服电机等部分。
主要数控系统类型有：SINUMERIK 802S/C系统、SINUMERIK 802D系统、SINUMERIK 840D/810D/840Di系统、SINUMERIK 840C系统
三菱（MITSUBISHI）数控系统
1873年，三菱造船厂更名为三菱商会。三菱开始涉足采矿、造船、银行、保险、仓储和贸易。随后，又经营纸、钢铁、玻璃、电气设备、飞机、石油和房地产。现在，三菱建立了一系列的企业，在日本工业现代化的过程中扮演着举足轻重的角色。三菱电机自动化一直致力于为客户在工业自动化、电力控制及其他相关业务上提供专业产品设备和解决方案，产品被广泛应用于机械、冶金、电力等多个领域。
广州数控(GSK)系统
中国南方数控产业基地，广东省20家重点装备制造企业之一，中国国家863重点项目《中档数控系统产业化支撑技术》承担企业，拥有中国最大的数控机床连锁超市。公司秉承科技创新、追求卓越品质，以提高用户生产力为先导，以创新技术为动力，为用户提供GSK全系列机床控制系统、进给伺服驱动装置和伺服电机、大功率主轴伺服驱动装置和主轴伺服电机等数控系统的集成解决方案，积极推广机床数控化改造服务，开展数控机床贸易。GSK拥有国内最大的数控系统研发生产基地，中国一流的生产设备和工艺流程，科学规范的质量控制体系保证每套产品合格出厂。GSK产品批量配套全国五十多家知名机床生产企业，是中国主要机床厂家数控系统首选供应商。
华中数控系统简介
华中数控系统有限公司成立与1995年，由华中理工大学，中国国家科技部，湖北省，武汉市科委，武汉市东胡高新技术开发区，香港大同工业设备有限公司等政府部门和企业共同投资组建。近几年来，公司都以300%的速度迅猛发展。
2.3.2数控控制系统的选择
第24页，共37页
陕西电子信息职业技术学院毕业设计（论文）
图2.2 根据机床加工的需要，此改造只需要对X向、Z向坐标进行数控控制。数控系统采用西门子802C（图2.2）实现对各坐标的进给控制和对各坐标超程的检测以及对冷却泵电机、润滑泵电机、照明工作灯的开启关闭的控制，并实现X、Z向的联动。X向、Z向坐标驱动采用带编码器的伺服电机实现半闭环控制。
2.3.3伺服系统的选择件的
根据改造后该设备加工零精度要求，确定选择编码器半闭环控制系统。 1）、执行机构的结构的选择
执行机构的结构选择西门子伺服控制电机。 2）、机械传动方式确定的确定
机械传动方式采用滚珠丝杠副加一级同步带减速装置进行运动和力的传递。 3）、机械精度的修复
机械精度的修复主要指X、Z向导轨精度的修复及主轴回转精度的修复等。 4）、X、Z向导轨润滑装置
第25页，共37页