3 

 

改造后数控摇臂钻床的结构特点

大型数控回转工作台(C 轴)

 

的设计

数控回转工作台的台面直径为 2m，由交流伺服电动机驱动经同步带轮和一对精密蜗轮
蜗杆副传动，使工作台可以绕自己轴线精确地回转，其结构如图 3 所示。为了保证数控

 

工作台较高的传动精度和刚度，在设计制造中采取如下技术措施。

 

导轨与支承 回转工作台体积大(直径 2m), 重量大(转台转动部分重约 2t)，其承受的钻削
轴向力大，摩擦压力也大。为保证工作台回转精确、灵敏、平稳，其圆导轨上粘贴 YT 聚
四氟乙烯导轨软带，径向轴承采用了精密的 3182100 型双列滚柱轴承及 7000 型圆锥滚
子轴承。经实践使用效果良好，符合设计要求。

 

传动元件的选择 工作台传动系统的关键是精确地传递运动，而不是传递动力。因此传
动系统采用同步带和大型精密蜗轮蜗杆副传动，并用调整垫片(见图 3)来调整蜗轮蜗杆
的中心距，从而消除蜗轮蜗杆的传动问隙。

 

伺服电动机及驱动器的选择 由于工作台直径大，重量大，不仅要求工作台的伺服驱动
电动机要有足够大的转矩，更重要的是要有高的伺服精度及刚度，这样才能保证转台
的分度精度及被加工孔的定位精度。经设计计算确定采用日本三菱公司生产的 SF352(B
型)高性能、宽调速半闭环大功率交流伺服电动机驱动。其技术参数如下：所匹配的驱动
器型号为 MR-J2-350A，额定输出功率为 3.5kW 额定输出转矩为 167N·m，最大转矩
50.1N·m，最大转速为 2500r/min。编码器的分辨率为 16384 脉冲/r。该伺服系统能实时地
白动调整系统的增益，从而自动配合电动机及负载使系统达到最优化的设定。
由于采取以上三条措施，使数控转台的安装调试极其方便，其性能指标不仪达到设计
要求，而且超过原先设想。经实测，数控转台的重复定位精度达到 0.01mm(2m 直径上)。
平稳性及快速响应能力亦非常理想。
钻床主轴箱沿摇臂的移动(X 轴) 
根据该轴的传动精度对孔的定位精度的影响，综合考虑工件的精度要求及经济性，此
轴采用步进电动机以及滚珠丝杠副传动。经设计计算，采用内循环浮动式双法兰滚珠丝
杠(型号为 FF5005-5)，以及 130BC3100A 型步进电动机(保持力矩 Mjmax=20N·m，步距
角 qb=0.6°，空载运行频率 fmax=15kHz), 在电动机与丝杠之间装有减速箱(i=1.2)，最大
快移速度 3m/min。经实际使用完全达到设计要求。
主轴的上下进给运动(Z 轴) 
主轴的上下运动(Z 轴)用于控制钻削的徕度，为此，应对主轴箱的传动链进行一定的修
改，并由步进电动机作为驱动源，用于控制 Z 轴进给。此时 Z 轴的脉冲当量接近
0.01mm, Z 轴的轴向力为 10600N ，达到原机床的轴向力的指标。
4 微机控制系统及接口电路
本机床的控制系统在满足加工要求的前提下从经济角度出发．采用国产的 STD 总线模
板搭制而成。其 CPU 为 8088，具有 RS232 串行口，可与 PC 机通信，进行直接加工控
制(DNC 功能)．并配有 9 英寸 CRT 显示器，进行全屏幕编辑加工程序和图形显示。系统
框图如图 4 所示。

图 4

图 5

特别要提及的是本系统控制轴的输出为指令脉冲信号和方向信号，而三菱伺服放大器
接收的是正向脉冲序列和反向脉冲序列信号，两者不匹配。为了使两者匹配，设计了如
图 5 所示的接口电路。经实际使用，工作可靠，效果较好。