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摘要：数控车床的使用发展已是当前各类加工制造业的普遍趋势，本文主要从杆塔加工企业用普通车床出发，通过整体的改造，将电机、进给系统升级改造实现普车的数控化的过程。
关键词：普通车床 数控化 伺服系统 步进电机 脉冲当量
1绪论
1.1普通车床数控化改造背景
数控车床具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。
目前杆塔制造加工企业在生产一些地脚螺栓、电力铁塔挂线板挂线套管、变电构架的避雷针的针尖以及一些厂内相关的机械零件，仍采用普通车床进行加工，为了提高工效，普车数控化将是一种节省成本的趋势。
1.2数控机床的结构
数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。
2总体方案设计
总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。
（1）本次改造的数控车床具有纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系统。
（2）本次改造的数控车床在保证一定加工精度的前提下应简化原有结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。
（3）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。
（4）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。
2.1 设计参数
本次改造的数控车床最大加工直径160mm，开环系统，脉冲当量0.005mm，如下表。
2.2 传动原理
经过设计，得出如下
（1）传动原理主要满足设计任务所给出的精度要求。
（2）应当在保证精度的情况下尽量使结构简单。
（3）主轴的转速范围为40—1800用交流电机实现变速。
（4）脉冲当量为0.001—0.003米/分钟，若采用较高级数的步进电机，通过齿轮减速来带动丝杠就可以达到，并且结构简单，在该处还没有传动误差，可以使电控部分的结构及程序编制更为简单。因此，得到如下传动原理图。
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3 进给伺服系统机械部分设计改造
3.1 进给系统机械结构设计
本机床采用“旋转伺服电机+滚珠丝杠副”驱动方式。
3.2 进给伺服系统机械部分的计算与选型
进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量、计算切削力
滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型、齿轮传动计算、步进电机的计算和选型等。
3.2.1 确定系统的脉冲当量
本次改造的数控车床技术参数中，要求纵向脉冲当量fp为0.01mm/step。横向脉冲当量为fp=0.005mm/step，纵向为0.01mm/step。
3.2.2 纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择与校核步骤
最大工作荷载计算
滚珠丝杠的工作载荷Fm（N）包括滚珠丝杠的走到抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。由于本次改造的数控车床的纵向导轨是三角形导轨，则用公式3-1计算工作载荷的大小。
Fm=KFL+f’(Fv+G) （3-1）
1）车削抗力分析
车削外圆时的切削抗力有Fx﹑Fy﹑Fz，主切削力Fz与主切削速度方向一致垂直向下，是计算机床主轴电机切削功率的主要依据。切深抗力Fy与纵向进给垂直，影响加工精度或已加工表面质量。进给抗力Fx与进给方向平行且相反指经计算
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4 步进电动机计算与选型
4.1纵向步进电机的选择
4.1.1 确定系统的脉冲当量
本机床的定位精度为±0.015mm，因此选用的脉冲当量为0.01mm/脉冲 ~ 0.005mm/脉冲。
4.1.2 步距角的选择初选电机型号时应合理选择θb及i, 并满足：θb ≤(δpi360)/L0
θb ≤δpi360/L0=3600.011/10=0.36°初选电机型号为:90B
YG5502。
5 主传动系统的设计
根据所有主要技术参数查表，车床最大回转直径320/360mm，刀架最大回转直径D=160/180mm。
5.1确定变速级数
(1) 转速级数结构式的确定:
确定变速组传动副数目：
实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：
A．12=3*4 B. 12=4*3 C。12=3*2*2 D．12=2*3*2
确定变速组扩大顺序：12=3*2*2的传动副组合，根据级比指数非陪要“前密后疏”的原则。
(2)由《机械工程及其自动化简明设计手册》表2-2查得,选用额定电压为4p/kw,满载转速为1400r/min.额定转距为2.2,型号为Y112M-4型的电动机.
(3)确定是否需要增加降的定比传动副:
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（4）由《机械工程及其自动化简明设计手册（2）》查得。可得主轴转速系列为：40，56，80，116，160，236，315，450，630，900，1250， 1800。
参考文献
[1]《实用机床设计手册》 辽宁科学技术出版社 李洪 1999.
[2]哈尔滨工业大学、天津大学.机床设计图册.上海科学技术出版社.1979.
[3]机械设计手册编委会.机械设计手册.机械工业出版社,
2004,8.
[4]周延佑.中国机械工程,1998，9(5): 5～24.
[5]《数控车床设计》 化学工业出版社 陈婵娟 2005.
论文作者:樊志勇
论文发表刊物:《电力设备》2015年第9期供稿
论文发表时间:2016/4/19
标签：脉冲论文; 当量论文; 纵向论文; 滚珠论文; 加工论文; 车床论文; 抗力论文; 《电力设备》2015年第9期供稿论文;