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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目： 學(xué) 生 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二O一三年五月 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 學(xué) 生 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二O一三年五月 蘭 州 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 班 級 職 稱 一． 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ460mm數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ550mm數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ600mm數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 二． 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo) 1、主要技術(shù)參數(shù)： ? 床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑(主參數(shù)mm) 320 430 460 500 550 600 630 最大工件長度（第二主參數(shù)，mm?） 700 1000 1200 1500 1600 1700 1800 最大加工長度/mm?????? 650 900 1000 1400 1500 1600 1700 主傳動調(diào)速范圍r·min-1 40/800 10/1400 20/1200 20/1250 25/1250 30/1450 30/1450 2、主傳動采用交、直流調(diào)速電動機(jī)，并可無級調(diào)速。 3、X軸(橫向)、Z軸(縱向)為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動，滾珠絲杠傳動，X軸(橫向)脈沖當(dāng)量0.005mm/脈沖，Z軸(縱向)脈沖當(dāng)量0.010mm/脈沖。 4、刀架采用四方回轉(zhuǎn)刀架、六角回轉(zhuǎn)刀架 6、定位精度：0.03mm 7、重復(fù)定位精度：±0.015mm 8、實(shí)現(xiàn)功能：車削外圓、端面、內(nèi)圓、圓弧、圓錐及螺紋加工 9、操作要求：起動、點(diǎn)動、單步運(yùn)行、自動循環(huán)、暫停、停止 10、工件材料：鋼、鑄鐵 11、刀具材料：高速鋼、硬質(zhì)合金 三． 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量 (一)設(shè)計(jì)說明書 1、數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 ① 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)。 ② 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度。 ③ 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析。 ④ 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 。 2、數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 3、確定切削用量及選擇刀具 4、傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 5、主軸箱裝配圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 6、X軸(橫向)、Z軸(縱向)機(jī)械裝配圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 7、床鞍、刀架裝配圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 8、主軸箱（進(jìn)給變速箱、床身、主軸、主軸箱齒輪、絲杠、開合螺母）的零件圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 9、機(jī)床硬件電路圖的設(shè)計(jì) （二）、圖紙部分 1、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 A0一張 2、機(jī)床傳動系統(tǒng)圖 A0一張 3、主要部件裝配圖 A0一張 4、機(jī)床硬件電路圖 A0一張 說明：1、第1—第2項(xiàng)每個學(xué)生必須選做。 2、第3項(xiàng)要求每個學(xué)生按照題目不同設(shè)計(jì)完成不同內(nèi)容。 3、第4項(xiàng)學(xué)生可根據(jù)自身情況選做。 4、要求每個學(xué)生必須至少完成3張A0圖。 四． 畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求： 能按時獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定的全部內(nèi)容，方案選擇正確，論據(jù)充分，對設(shè)計(jì)中的主要問題分析深入，解決合理，有獨(dú)立見解，能很好運(yùn)用所學(xué)理論和提供的資料解決設(shè)計(jì)中的問題，能獨(dú)立查閱和正確引用中外文參考資料，說明書文字通順、清楚、選用數(shù)據(jù)論證合理、計(jì)算準(zhǔn)確，圖面整潔。 五、 進(jìn)程安排 序號 主 要 任 務(wù) 預(yù)定完成 日期 時間 備注 1 查閱文獻(xiàn)，收集資料 1周 2 工廠調(diào)研、參觀 1周 3 機(jī)床總體方案圖 1.5周 4 機(jī)床傳動系統(tǒng)圖 1.5周 5 主軸箱裝配圖 2周 5 進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖 2周 5 尾座、刀架裝配圖 2周 6 機(jī)床硬件電路圖 1周 7 設(shè)計(jì)說明書 1周 六、主要參考文獻(xiàn) 《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》張新義主編 機(jī)械工業(yè)出版社 《新編機(jī)床數(shù)控技術(shù)》 任玉田主編 北京理工大學(xué)出版社 《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊》 上海紡織工學(xué)院等主編 上海科學(xué)技術(shù)出版社 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社 《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)》 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) 學(xué) 生 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二零一三年十月 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目：Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) 學(xué) 生 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二零一三年十月 蘭 州 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 學(xué) 生 ` 指導(dǎo)教師 胡世軍 班 級 職 稱 副教授 一． 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 Φ430MM型臥式車床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ430MM型臥式車床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ430MM型臥式車床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ430MM型臥式車床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) 二、主要設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo) 1、 X軸(橫向)、Z軸(縱向)改為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動，滾珠絲杠傳動。其中X軸(橫向)脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖，Z軸(縱向)脈沖當(dāng)量：0.010mm/脈沖。 2、 實(shí)現(xiàn)功能：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工 3、 操作要求：起動、點(diǎn)動、單步運(yùn)行、自動循環(huán)、暫停、停止 4、 采用回轉(zhuǎn)刀架及液壓尾座 5、 其余參數(shù)見原機(jī)床 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量 （一） 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 一份0.8—1.0萬字 （二）、 圖紙部分 1、普通車床數(shù)控化改造總體方案圖 A0一張 2、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 A0一張 3、主要部件裝配圖（主軸箱等） A0一張 4、數(shù)控機(jī)床硬件電路圖 A0一張（選做） 四． 畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求： 能按時獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定的全部內(nèi)容，方案選擇正確，論據(jù)充分，對設(shè)計(jì)中的主要問題分析深入，解決合理，有獨(dú)立見解，能很好運(yùn)用所學(xué)理論和提供的資料解決設(shè)計(jì)中的問題，能獨(dú)立查閱和正確引用中外文參考資料，說明書文字通順、清楚、選用數(shù)據(jù)論證合理、計(jì)算準(zhǔn)確，圖面整潔。 五、 進(jìn)程安排 序號 主 要 任 務(wù) 時間 備注 1 查閱文獻(xiàn)、調(diào)研、收集資料、實(shí)習(xí) 0.5周 2 總體方案圖 1.0周 3 機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 2.5周 4 主要部件裝配圖 2.5周 5 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1.0周 6 準(zhǔn)備答辯 0.5周 六.主要參考文獻(xiàn) 《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)》 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社 《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》張新義主編 機(jī)械工業(yè)出版社 《新編機(jī)床數(shù)控技術(shù)》 任玉田主編 北京理工大學(xué)出版社 《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊》 上海紡織工學(xué)院等主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社 7、 設(shè)計(jì)書的裝訂及格式 裝訂必須采用橫向翻頁方式。內(nèi)容順序?yàn)椋悍饷?，任?wù)書，目錄，中文摘要，中文關(guān)鍵詞，引言，正文，結(jié)論（計(jì)算結(jié)果），參考文獻(xiàn)，致謝。 摘 要 本課題的目的在于設(shè)計(jì)出與數(shù)控臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床相匹配的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。本課題將以臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究對象，設(shè)計(jì)出符合數(shù)控臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 為了完成本課題的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作必須做好，首先是搜集和分析資料，包括國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢；液壓技術(shù)和液壓傳動系統(tǒng)的基本資料；同等機(jī)床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖紙和資料等。其次是初步確定的總體布局，包括配置形式、液壓系統(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的配套元件等。最后主要是關(guān)于橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：Φ430MM的數(shù)控車床，數(shù)控改造，滾珠絲杠，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 目 錄 第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 8 1.1數(shù)控機(jī)床 8 1.1.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 8 1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡史 8 1.1.3數(shù)控機(jī)床的分類 9 1.1.4數(shù)控機(jī)床的組成 13 1.1.5數(shù)控機(jī)床的數(shù)字控制 13 1.1.6數(shù)控機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu) 14 1.1.7數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件 14 1.1.8數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 15 1.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 16 1.2.1工藝范圍 16 1.2.2加工精度 16 1.3數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 17 1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 19 第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 20 2.1 總體方案比較 20 2.2設(shè)計(jì)要求 20 2.3 數(shù)控車床方案確定 23 2.4機(jī)床設(shè)計(jì)的總體任務(wù) 23 2.5運(yùn)動系統(tǒng)方案確定 23 2.5.1伺服系統(tǒng)的選擇 23 2.5.2傳動方式的選擇 24 2.6數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì) 24 2.7數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 25 2.8數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 25 第3章 確定切削用量及選擇刀具 26 3.1刀具選擇 26 3.2切削用量確定 27 3.3切削三要素 27 3.4加工精度和表面粗糙度 27 3.5刀具材料 31 第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 31 4.1 參數(shù)的確定 31 4. 2 傳動設(shè)計(jì) 34 4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 36 第5章 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 39 5.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 39 5.2橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 40 5.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 40 5.2.2橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟 41 5.2.3齒輪有關(guān)計(jì)算 42 第6章 步進(jìn)電動機(jī)的計(jì)算與選型 49 6.1步進(jìn)電動機(jī)選用的基本原則 49 6.1.1步距角α 49 6.1.2 精度 49 6.1.3 轉(zhuǎn)矩 49 6.1.4啟動頻率 50 6.2 Φ430MM橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 50 第7章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題 51 7.1滾珠絲杠螺母副的選擇 51 7.2滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 51 7.3聯(lián)軸器的安裝 51 7.4主軸脈沖發(fā)生器的安裝 51 總 結(jié) 52 參考文獻(xiàn) 53 致 謝 54 第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1.1數(shù)控機(jī)床 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動速度和軌跡進(jìn)行自動加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床最早是從美國開始研制的。1948年，美國帕森斯公司在研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進(jìn)和自動編程研究，于1955年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到20世紀(jì)50年代末，由于價格和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。 1.1.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、車床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。 1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡史 1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。1949年，該公司在美國麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機(jī)床研究，并于1952年試制成功第一臺由大型仿形車床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控車床，不久即開始正式生產(chǎn)，于1957年正式投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。 自1952年，美國研制成功第一臺數(shù)控機(jī)床以來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制和精密測量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。 第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。 第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。 第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。 第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。 第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。 目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程序存儲能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。 近年來，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢。 1.1.3數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)床的品種很多，根據(jù)其加工、控制原理、功能和組成，可以從以下幾個不同的角度進(jìn)行分類。 一、按加工工藝方法分類 1．金屬切削類數(shù)控機(jī)床 與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動作和運(yùn)動都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動化程度。 在數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心， 它是在數(shù)控車床基礎(chǔ)上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、 鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺數(shù)和占地面積，縮短了 輔助時間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 2．特種加工類數(shù)控機(jī)床 除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。 3．板材加工類數(shù)控機(jī)床 常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)等。 近年來，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測量機(jī)、自動繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。 二、按控制運(yùn)動軌跡分類 1．點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動部件只能實(shí)現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確定位，在移動和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo) 值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡，因此幾個坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動無任何聯(lián)系?？梢詭讉€坐標(biāo)同時向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動，也可以各個坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動。 這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。 2．直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。 直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩個坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控車床，有三個坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動動力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控鏜車床、加工中心等機(jī)床，它的各個坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。 3．輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€或兩個以上運(yùn)動的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運(yùn)動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位/直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 三、按驅(qū)動裝置的特點(diǎn)分類 1．開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅(qū)動部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動電路 功率放大后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸 入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動機(jī)的失步、步距角誤差、齒 輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 2．閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置，直接對工作臺的實(shí)際位移進(jìn)行檢測，將測量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移 值進(jìn)行比較，用差值對機(jī)床進(jìn)行控制，使移動部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)移動部件的精確運(yùn)動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動精度主要取決于 檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作臺實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進(jìn)行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 3．半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進(jìn)行修正。圖1-4所示的為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中Ａ速度傳感器、Ｂ角度傳感器。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 4．混合控制數(shù)控機(jī)床 將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速 度與相當(dāng)高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜。混合控制系統(tǒng)又分為兩種形 式： （1）開環(huán)補(bǔ)償型。圖1-5為開環(huán)補(bǔ)償型控制方式。它的基本控制選用步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。 （2）半閉環(huán)補(bǔ)償型。圖1-6為半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中Ａ是速度測量元件（如測速發(fā)電機(jī)），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。 1.1.4數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對機(jī)床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動機(jī)床，把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動部件的運(yùn)動指令，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機(jī)床執(zhí)行件(工作臺、轉(zhuǎn)臺、滑板等)的位移和速度變化量，并將檢測結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動；機(jī)床傳動系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動裝置；輔助系統(tǒng)種類繁多，如：固定循環(huán)(能進(jìn)行各種多次重復(fù)加工)、自動換刀(可交換指定刀具)、傳動間隙補(bǔ)償償機(jī)械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差)等等。 1.1.5數(shù)控機(jī)床的數(shù)字控制 數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運(yùn)算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實(shí)現(xiàn)的控制功能分為點(diǎn)位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。 點(diǎn)位控制是只控制刀具或工作臺從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，然后進(jìn)行定點(diǎn)加工，而點(diǎn)與點(diǎn)之間的路徑不需控制。采用這類控制的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控坐標(biāo)鏜床等。 直線控制是除控制直線軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要控制在這兩點(diǎn)之間以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行直線切削。采用這類控制的有平面銑削用的數(shù)控車床，以及階梯軸車削和磨削用的數(shù)控車床和數(shù)控磨床等。 連續(xù)軌跡控制（或稱輪廓控制）能夠連續(xù)控制兩個或兩個以上坐標(biāo)方向的聯(lián)合運(yùn)動。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，使刀具的運(yùn)動軌跡以最小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調(diào)各坐標(biāo)方向的運(yùn)動速度，以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進(jìn)給速度。采用這類控制的有能加工曲面用的數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和加工中心等。 1.1.6數(shù)控機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu) 伺服機(jī)構(gòu)分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型。開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動線路，和步進(jìn)電機(jī)組成。每一脈沖信號使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一定的角度，通過滾珠絲杠推動工作臺移動一定的距離。這種伺服機(jī)構(gòu)比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。 半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達(dá)、速度檢測器和位置檢測器組成。位置檢測器裝在絲杠或伺服馬達(dá)的端部，利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接測出工作臺的位置。常用的伺服馬達(dá)有寬調(diào)速直流電動機(jī)、寬調(diào)速交流電動機(jī)和電液伺服馬達(dá)。位置檢測器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。 閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)相同，只是位置檢測器安裝在工作臺上，可直接測出工作臺的實(shí)際位置，故反饋精度高于半閉環(huán)控制，但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)所用伺服馬達(dá)與半閉環(huán)相同，位置檢測器則用長光柵、長感應(yīng)同步器或長磁柵。 1.1.7數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件 為了保證機(jī)床具有很大的工藝適應(yīng)性能和連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩(wěn)定性和精度保持性。進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。機(jī)床采用塑料減摩導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，以提高運(yùn)動的平穩(wěn)性并使低速運(yùn)動時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 由于采用了寬調(diào)速的進(jìn)給伺服電動機(jī)和寬調(diào)速的主軸電動機(jī)，可以不用或少用齒輪傳動和齒輪變速，這就簡化了機(jī)床的傳動機(jī)構(gòu)。機(jī)床布局便于排屑和工件裝卸，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有自動排屑器和自動工件交換裝置。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強(qiáng)電柜中大量的繼電器，提高了機(jī)床強(qiáng)電控制的可靠性和靈活性。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動編程。 1.1.8數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。 數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下幾方面： ??(1) 高速高精高效化 ?? 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。 ??(2) 柔性化 ? ?包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 ? (3) 工藝復(fù)合性和多軸化 ??以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。 ??(4) 實(shí)時智能化 ??早期的實(shí)時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運(yùn)動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。 1.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 1.2.1工藝范圍 數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。 1.2.2加工精度 由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比數(shù)控車床要寬得多。 1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件 由于數(shù)控車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以車代磨。 2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件 數(shù)控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。 3.輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件 由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。 4.帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件 數(shù)控車床所能車削的螺紋類型相當(dāng)有限，它只能車等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺車床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控車床不但能車削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋。 1.3數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 將數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)成數(shù)控機(jī)床, 是許多機(jī)械生產(chǎn)廠家在沒有大量資金投入的情況下所走的設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)之路1經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)方案不同1得到的經(jīng)濟(jì)效益也不同1針對常德紡織機(jī)械廠提出的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)的技措任務(wù), 結(jié)合其它廠家以往數(shù)控車床設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn), 我們開展了深入細(xì)致的調(diào)研工作, 特別是對沈陽第一機(jī)床廠的數(shù)控車床進(jìn)行了熟悉了解, 下面分析經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)的價值效益 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)方案初探 數(shù)控系統(tǒng)及電氣控制部份: 目前我國生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的廠家有70余家, 知名的有常州寶馬集團(tuán)公司BKC2系列, 北京航天數(shù)控集團(tuán), 南京大方數(shù)控公司J WK系列及重慶巴山儀器廠2385系列等1這些廠家在研制數(shù)控系統(tǒng)時都從系統(tǒng)功能、可靠性、操作宜人性等方面作了大量工作,克服了單板機(jī)TP - 801(Z80)系統(tǒng)的缺點(diǎn),從而促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展,為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)1沈陽一機(jī)廠在研制CAK - 6150時選用了多家系統(tǒng), 經(jīng)過了長時間的反復(fù)考驗(yàn)、篩選, 最后選用了重慶巴山儀器廠2385 - IT系統(tǒng)1該系統(tǒng)性能較好, 可靠性高, 具有細(xì)分?jǐn)夭ㄏ冗M(jìn)技術(shù), 有良好的性價比1步進(jìn)電機(jī)選擇了華中理工大學(xué)試驗(yàn)工廠產(chǎn)品, 切削扭矩大, 這方面是值得我們借鑒的1機(jī)床電氣控制還需考慮: 主軸馬達(dá)啟停、變速控制、轉(zhuǎn)塔刀架、冷卻泵等控制1保證機(jī)床可靠性, 此處不可忽視, 須有一定的投入1212　主軸系統(tǒng): 一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng)是較困難的或根本不加設(shè)計(jì), 這勢必影響機(jī)床主軸速度控制的自動化程度, 并且復(fù)雜工藝零件加工的適應(yīng)性差, 這是不可取的1常紡機(jī)廠車床設(shè)計(jì)可以考慮以下兩種方案: (1) 按沈陽一機(jī)廠方案, 即保留一級手柄三檔變速操作, 另加每檔位四檔自動變速, 用系統(tǒng)S指令控制, 即S1～S4, 加上手動共3×4 = 12級主軸速度, 如此設(shè)計(jì)需增加雙速電機(jī)一臺615/ 8 KW , 電磁離合器兩只, 機(jī)械結(jié)構(gòu)也需作部分設(shè)計(jì)1 (2) 選用變頻器控制主軸速度, 原機(jī)床主軸電機(jī)保留, 主軸手動變速取消1可以考慮高低檔齒輪變速, 通過電磁閥啟動切換, 全部變速系統(tǒng)S指令控制, 但數(shù)控系統(tǒng)需選用南京大方公司J WK - 21T數(shù)控系統(tǒng), 具有12級S指令, 此方案主軸變速自動化程度更高, 但費(fèi)用也相應(yīng)高些, 若典型加工零件四檔自動變速可以滿足工藝要求, 則考慮方案(1) 性價比更高些1213　進(jìn)給系統(tǒng): 對于數(shù)控機(jī)床, 進(jìn)給系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的1它直接影響機(jī)床的定位精度以及零件的加工精度,除了數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的有效保證外, 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的合理選擇和設(shè)計(jì)不容忽視1首先是螺旋傳動, 數(shù)控車床采用數(shù)控絲桿, 主要缺點(diǎn)是精度差, 間隙小, 且傳動機(jī)械效率低, 一般僅為g = 50 %左右, 即使用于精度要求不高的機(jī)床也容易造成步進(jìn)電機(jī)丟步或機(jī)械爬行1因此, 必須采用滾珠絲桿, 其特點(diǎn)是: 傳動效率高g = 90 %以上, 反向間隙小, 運(yùn)動平穩(wěn), 傳動精度高且保持性好, 壽命長, 但設(shè)計(jì)成本也要增加, 一味追求數(shù)控化而忽視數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)械的要求, 是很不合理的1其次機(jī)床導(dǎo)軌也不可忽視, 對原機(jī)床導(dǎo)軌要進(jìn)行檢查, 對磨損部位通過磨削, 配研予以修復(fù)1為了減少摩擦力、振動以及爬行, 增加機(jī)床精度保持性, 可考慮床鞍貼塑即TSF軟帶1最后還須考慮絲桿預(yù)拉伸、軸承座、聯(lián)軸節(jié)等機(jī)械結(jié)合件的設(shè)計(jì)制造以盡可能減少它們對機(jī)械精度的影響1214　自動轉(zhuǎn)塔刀架: 一般來說自行設(shè)計(jì)制造轉(zhuǎn)塔刀架是可以做到的, 但其結(jié)構(gòu)的合理性, 加工工藝、安裝精度是難以與專業(yè)廠家相比的1為了提高機(jī)床可靠性, 外購專業(yè)廠家產(chǎn)品很有必要, 如煙臺機(jī)床附件廠、瓦房店機(jī)床附件廠的產(chǎn)品13　設(shè)計(jì)車床與成品數(shù)控車床的比較311　機(jī)床性能: 在選用相同數(shù)控系統(tǒng)和參照CAK - 6150進(jìn)行設(shè)計(jì), 可以說機(jī)床性能將不會有很大差異1312　機(jī)床結(jié)構(gòu)及外觀: 由于CAK - 6150是按數(shù)控機(jī)床要求設(shè)計(jì), 因此結(jié)構(gòu)合理性超過設(shè)計(jì)車床, 其外觀美也是設(shè)計(jì)機(jī)床無法達(dá)到的1313　機(jī)床精度: 由于一般廠家加工設(shè)備及工藝手段無法與專業(yè)廠家相比, 加之員工素質(zhì)的影響, 在剛性、動靜摩擦力等諸多方面, 設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)將可能影響機(jī)床精度, 想要達(dá)到加工IT6 級的零件, 還有一定距離1314　機(jī)床可靠性: 沈陽一機(jī)廠經(jīng)三年時間研制開發(fā), 且又經(jīng)過兩年多時間廠內(nèi)使用, 投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物? 不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題, 使CAK - 6150達(dá)到了一定的可靠性1他們也有過慘痛教訓(xùn), 就是用BS03系統(tǒng)改進(jìn)100臺數(shù)控車床, 由于可靠性差, 除少數(shù)幾臺還在使用外, 其余全部報(bào)廢或改為數(shù)控車床, 非常類似我廠的情況1雖然我們現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識到可靠性的重要, 也有一定的措施和把握, 但與沈陽一機(jī)廠相比, 無論是技術(shù)素質(zhì)上以及投入的人力、物力上均有天壤之別, 因此可靠性無法與之相比1315　經(jīng)濟(jì)性: 按CAK - 6150的檔次進(jìn)行設(shè)計(jì), 需外購的裝置及部件有: (1) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)及伺服裝置, 估價115萬元～2萬元 (2) 主軸雙速電機(jī)615/ 8 KW一臺, 估價0115萬元～012萬元 (3) 滾珠絲桿兩根, 估價0135萬元 (4) 電磁離合器兩只, 估價0105萬元 (5) 轉(zhuǎn)塔刀架四工位AKZ1150×4型, 估價013萬元～015萬元 (6) 電氣控制柜設(shè)計(jì)安裝, 估價013萬元 另外, 自制機(jī)械零部件, 安裝、調(diào)試、差旅費(fèi)等估計(jì)018萬元, 以上各項(xiàng)總計(jì)4萬元左右, 原數(shù)控車床 CA6140以82年產(chǎn)品估價4萬元, 則設(shè)計(jì)后機(jī)床價值8萬元左右1而沈陽一機(jī)CAK - 6150型報(bào)價10萬元, 與設(shè)計(jì)相比, 價值基本接近1 4結(jié)論 經(jīng)濟(jì)型數(shù)據(jù)控車床設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)各廠的具體情況, 典型零件的加工工藝及精度要求, 批量大小, 決定進(jìn)行設(shè)計(jì)的程度1設(shè)計(jì)的程度越高, 機(jī)床性能越好, 加工零件的適應(yīng)性越強(qiáng), 所花費(fèi)的設(shè)計(jì)費(fèi)用也就越大, 若要求設(shè)計(jì)車床的性能接近和達(dá)到CAK - 6150層次, 則設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)角度來看意義并不太大, 從機(jī)床可靠性方面來看更是得不償失。 1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 數(shù)控機(jī)床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。 高性能：隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強(qiáng)，數(shù)控機(jī)床也實(shí)現(xiàn)多臺集中控制，甚至遠(yuǎn)距離遙控。高精度：數(shù)控機(jī)床本身的精度和加工件的精度越來越高，而精度的保持性要好。高速度：數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)行的速度將大大加快。高柔性：數(shù)控機(jī)床的柔性化將向自動化程度更高的方向發(fā)展，將管理、物流及各相應(yīng)輔機(jī)集成柔性制造系統(tǒng)。模塊化：數(shù)控機(jī)床要縮短周期和降低成本，就必然向模塊化方向發(fā)展，這既有利于制造商又有利于客戶。 我國近幾年數(shù)控機(jī)床雖然發(fā)展較快，但與國際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，應(yīng)變能力差。為了縮小與世界先進(jìn)水平的差距，有關(guān)專家建議機(jī)床企業(yè)應(yīng)在以下6個方面著力研究： 1．加大力度實(shí)施質(zhì)量工程，提高數(shù)控機(jī)床的無故障率。 2．跟蹤國際水平，使數(shù)控機(jī)床向高效高精方面發(fā)展。 3．加大成套設(shè)計(jì)開發(fā)能力上求突破。 4．發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢，擴(kuò)大市場占有率。 5．多品種制造，滿足不同層次的用戶。 6．模塊化設(shè)計(jì)，縮短 開發(fā)周期，快速響應(yīng)市場。 數(shù)控機(jī)床使用范圍越來越大，國內(nèi)國際市場容量也越來越大，但競爭也會加劇，我們只有緊跟先進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的大方向，并不斷創(chuàng)新，才能趕超世界先進(jìn)水平。 第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 2.1 總體方案比較 總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 數(shù)控車床后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。 屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)結(jié)構(gòu)簡化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。 比較項(xiàng)目 方案一 方案二 確定后的方案 具體原因 主軸箱 分級變速采用 調(diào)速電機(jī)+ 齒輪傳動 采用三相異步 電機(jī)+減速器 方案一 變速級數(shù)比較多 滿足多種加工 需要，也符合 任務(wù)書要求 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠 +步進(jìn)電機(jī) 滾珠絲杠 +伺服電機(jī) 方案一 脈沖當(dāng)量 步進(jìn)電機(jī)控制 的準(zhǔn)確 刀架 四工位回轉(zhuǎn) 刀架 六工位回轉(zhuǎn) 刀架 都可以 各有各的好處 尾座 液壓尾座 手動普通尾座 液壓尾座 可通過數(shù)控系統(tǒng) 調(diào)整方便 數(shù)控系統(tǒng) 8位單片機(jī) 16位單片機(jī) 方案一 基本需求可以滿足 2.2設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。 現(xiàn)列出C6143臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)： 名稱 技術(shù)參數(shù) 在床身上 430mm 工件最大直徑 在刀架上 225mm 頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm 公制螺紋 mm 1---12(20種) 加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2---24(20種) 模數(shù)螺紋 mm 0.25---3(11種) 徑節(jié)螺紋 t/m 7---96(24種) 最大通過直徑 48mm 孔錐度 莫氏6# 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10—1400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 14---1580r/min 縱向級數(shù) 64 進(jìn)給量 縱向范圍 0.028---6.33mm/r 橫向級數(shù) 64 橫向范圍 0.014---3.16mm/r 滑板行程 橫向 320mm 縱向 650;900;1400;1900mm 最大行程 140mm 刀架 最大回轉(zhuǎn)角 ±90° 刀杠支承面至中心的距離 26mm 刀杠截面B×H 25×25mm 頂尖套莫氏錐度 5# 尾座 橫向最大移動量 ±10mm 外形尺寸 長×寬×高 2418×1000×1267mm 圓度 0.01mm 工作精度 圓柱度 200:0.02 平面度 0.02/φ300mm 表面粗糙度Ra 1.6---3.2μm 主電動機(jī) 7.5kw 電動機(jī)功率 總功率 7.84kw 改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下: 最大加工直徑 在床面上 430mm 在床鞍上 225mm 最大加工長度 1000mm 快進(jìn)速度 縱向 2.4m/min 橫向 1.2m/min 最大切削進(jìn)給速度 縱向 0.5m/min 橫向 0.25m/min 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法 輸入方式 增量值、絕對值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 2 脈沖當(dāng)量 縱向 0.01mm/脈沖 橫向 0.005mm/脈沖 機(jī)床定位精度 ±0.015mm 刀具補(bǔ)償量 0mm---99.99mm 進(jìn)給傳動鏈間隙補(bǔ)償量 縱向 0.15mm 橫向 0.075mm 自動升降速性能 有 2.3 數(shù)控車床方案確定 (1) 主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為了保證主軸在運(yùn)動時有準(zhǔn)確的定位，安裝主傳動的定位檢測裝置。采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，利用磁力傳感器檢測定位。只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號，主軸就可以準(zhǔn)確的定位。這種磁力傳感器的工作原理是，在主軸上裝上永磁鐵和主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離磁鐵l-2mm的旋轉(zhuǎn)軌跡外，固定一個磁傳感器，當(dāng)傳感器發(fā)出信號后經(jīng)過放大，由定向電路使電動機(jī)準(zhǔn)確的停止在規(guī)定的周向位置上。將主傳動采用變頻交流電動機(jī)無級調(diào)速。低檔轉(zhuǎn)速為270-1500r/min，高檔轉(zhuǎn)速為1500-4500r/min，在各檔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。與原立式車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比比較簡單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動機(jī)的無級調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，主傳動系統(tǒng)是一個開環(huán)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過軟件來實(shí)現(xiàn)它的調(diào)速。 (2) 進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 進(jìn)給采用滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，使機(jī)床的機(jī)械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度；運(yùn)動副之間的摩擦因數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。，其定位精度為±0.01mm，重復(fù)定位精度為±0．005mm。 (3) 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用AT89C58單片機(jī)控制系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)方案，從總體上分為人機(jī)界面模塊、坐標(biāo)進(jìn)給模塊、變頻調(diào)速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及基于89C58單片機(jī)的主控模塊。利用變頻調(diào)速的原理，設(shè)計(jì)主軸的無級變頻調(diào)速系統(tǒng)；通過插補(bǔ)算法，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位以便達(dá)到工件的精確度；通過鍵盤和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)程序的編輯和顯示；通過其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能的完善化。 2.4機(jī)床設(shè)計(jì)的總體任務(wù) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算：此部分為設(shè)計(jì)計(jì)算部分，用以確定脈沖當(dāng)量，進(jìn)給牽引力，選擇絲杠螺母副，計(jì)算傳動效率，確定傳動比，選擇伺服電機(jī)等，并繪制設(shè)計(jì)后機(jī)床的總裝配圖及箱體。 2.5運(yùn)動系統(tǒng)方案確定 2.5.1伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)： 開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置的控制指令直接通過驅(qū)動裝置控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，然后通過機(jī)械傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成刀架或工作臺的位移。這種控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋校正，位移精度一般不高，但其控制方便、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜。 閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱全閉環(huán)控制系統(tǒng)，其檢測裝置安裝在機(jī)床刀架或工作臺等執(zhí)行部件上，用以直接檢測這些執(zhí)行部件的實(shí)際運(yùn)行位置（直線位移），并將其與CNC裝置的指令位置（或位移）相比較，用差值進(jìn)行控制。但是，由于很多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)包含在閉環(huán)控制的環(huán)路中，各部件的摩擦性，剛性等都是非線性量，直接影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，因此，閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)速都有很大難度。所以，閉環(huán)控制系統(tǒng)主要用于精度要求高的場合。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的檢測元件裝在電機(jī)或者絲杠的端頭，通過測量伺服電機(jī)的角位移間接計(jì)算出機(jī)床工作臺等執(zhí)行部件的實(shí)際位置（或位移），然后進(jìn)行反饋控制。由于將絲杠螺母副及機(jī)床工作臺等大慣量環(huán)節(jié)排除在閉環(huán)控制系統(tǒng)之外，不能補(bǔ)償他們的運(yùn)動誤差，精度受到影響，但系統(tǒng)穩(wěn)定性有所提高，調(diào)試比較方便、價格也較全閉環(huán)系統(tǒng)便宜。 本次設(shè)計(jì)由于使用步進(jìn)電機(jī)，所以可以選擇開環(huán)控制系統(tǒng)。 2.5.2傳動方式的選擇 為保證設(shè)計(jì)后的數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度及工作臺的平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動系統(tǒng)時，應(yīng)努力保證傳動系統(tǒng)低摩擦、低慣量、高效率、高剛度。因此在傳動系統(tǒng)中注意以下幾點(diǎn)： (1) 用低摩擦高精度的傳動元件：如滾珠絲杠螺母副，滾動導(dǎo)軌。 (2) 采用消隙齒輪減小傳動間隙。 2.6數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì) 為了使數(shù)控系統(tǒng)能夠長期、可靠、方便地在工業(yè)環(huán)鏡中運(yùn)行，在制定數(shù)控系統(tǒng)總體方案時必須重點(diǎn)考慮以下幾個方面。 (1) 加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，硬件規(guī)模和硬件的制造工藝水平往往是影響可靠性的關(guān)鍵因素。因此，應(yīng)選用高性能的CPU作為系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心，并盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能。在系統(tǒng)的具體硬件構(gòu)成上，選用可靠性高的工控PC作為數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺，減少自制硬件數(shù)量。此外，在軟件設(shè)計(jì)、電源選用、接插件設(shè)計(jì)與選用、接地與屏蔽設(shè)計(jì)等方面采用強(qiáng)抗干擾、高可靠性的設(shè)計(jì)，從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。 (2) 提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度。數(shù)控系統(tǒng)的控制精度是保證機(jī)床加工精度的關(guān)鍵。因此，它在數(shù)控系統(tǒng)中處于重要位置。如提高數(shù)控系統(tǒng)的最小分辨率，使用高精度的步進(jìn)電機(jī)，采用高速高精度插補(bǔ)算法，提高軌跡生成精度;增強(qiáng)位置環(huán)控制能力;增加補(bǔ)償功能等。 (3) 提高使用方便性。提高數(shù)控編程的方便性，是提高數(shù)控系統(tǒng)使用方便性的關(guān)鍵。因此，數(shù)控系統(tǒng)除提供全屏幕編輯進(jìn)行手工編程外，還應(yīng)該配置自動編程系統(tǒng)，從而大大提高數(shù)控編程的速度和智能化程度，大大方便普通用戶的使用。另外，因?yàn)楝F(xiàn)代工人都比較熟悉個人計(jì)算機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)在操作方面應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)鍵盤或與其兼容的薄膜鍵盤等輸入設(shè)備，也可用軟盤、移動磁盤、串行通訊、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等輸入零件程序。此外，數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置仿真功能，便于用戶在加工前檢查零件程序的正確性。 2.7數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)由工控PC硬件平臺、數(shù)控操作面板(包括LCD顯示器，鍵盤)、數(shù)控接口板卡(工/0板，D/A板)和驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。PC硬件平臺包括工控電源、無源母板、工控PC主板和軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器等。數(shù)控操作面板上有液晶顯示器和薄膜鍵盤等。數(shù)控接口板卡是計(jì)算機(jī)與外部執(zhí)行裝置間進(jìn)行信息交換和轉(zhuǎn)換的通道，對內(nèi)通過無源母板與工控PC主板相連，對外通過屏蔽電纜與驅(qū)動執(zhí)行裝置相連接。 該系統(tǒng)的驅(qū)動執(zhí)行環(huán)節(jié)包括四個子系統(tǒng):進(jìn)給軸控制與驅(qū)動子系統(tǒng);主軸控制與驅(qū)動子系統(tǒng);開關(guān)量控制系統(tǒng)。 主軸控制與驅(qū)動子系統(tǒng)的功能包括兩方面:主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)速控制，以滿足寬范圍切削速度的要求;主軸轉(zhuǎn)角的精確控制，以滿足加工螺紋時的主軸與進(jìn)給軸的聯(lián)動控制和換刀時的主軸精確定位控制要求。 開關(guān)量控制系統(tǒng)完成機(jī)床的邏輯順序運(yùn)動控制，如主軸起停控制、刀具交換、工件裝夾、冷卻開關(guān)、行程保護(hù)等任務(wù)。開關(guān)量控制系統(tǒng)與其它模塊相配合，共同完成機(jī)床工作過程的控制。 2.8數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)軟件為實(shí)時多任務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各任務(wù)在數(shù)控實(shí)時操作系統(tǒng)控制下協(xié)調(diào)進(jìn)行。 (1) 數(shù)控實(shí)時操作系統(tǒng)。它是數(shù)控系統(tǒng)軟件中的核心子系統(tǒng)，它對系統(tǒng)中的資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，對各任務(wù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，協(xié)調(diào)各模塊的高效運(yùn)行，并輔助完成各任務(wù)間的通訊和信息交換。 (2) 信息預(yù)處理。該模塊完成輸入信息譯碼，完成軌跡插補(bǔ)前的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和刀補(bǔ)運(yùn)算。 (3) 軌跡插補(bǔ)。它是數(shù)控系統(tǒng)的核心模塊，其任務(wù)是根據(jù)信息預(yù)處理給出的希望軌跡和從檢測裝置獲得的實(shí)際軌跡信息，實(shí)時生成機(jī)床各坐標(biāo)軸的移動指令，并完成機(jī)床運(yùn)動的加減速控制。 (4) 運(yùn)動控制。該模塊是數(shù)控系統(tǒng)的另一核心模塊，它根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)果，通過高速算法對機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)行高精度位置控制，并完成主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的控制任務(wù)。 (5) 加工仿真模塊。該模塊以動畫方式對數(shù)控加工過程進(jìn)行動態(tài)仿真，從而在加工前檢驗(yàn)參數(shù)輸入正確性和機(jī)床運(yùn)動合理性 第3章 確定切削用量及選擇刀具 3.1刀具選擇 （一）刀具選擇： 銑平面：硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。 凸臺、凹槽、箱口面：立銑刀。 毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。 立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。 （二）原則： 安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。 （三）排序原則 減少刀具數(shù)量； 裝夾一次，盡是加工完； 即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開； 先銑后鉆； 精加工，先曲面后二維輪廓； 盡可能自動換刀。 3.2切削用量確定 粗：效率；半精、精：質(zhì)量、兼顧效率。 1、主軸轉(zhuǎn)速n：根據(jù)線速度v確定：π V= 2、切深t：最好是t等于加工余量。 3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。 L＝0.6－0.9d 粗加工：大切深、大進(jìn)給、低切速。 精加工：小切深、小進(jìn)給、高切速。 3.3切削三要素 主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給速度。少切削，快進(jìn)給。 3.4加工精度和表面粗糙度 1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。 （1）尺寸精度：公差與配合國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。 新公差等級與舊公差等級的對照及應(yīng)用 新公差等級 舊精度等級　 加工方法 應(yīng)用 軸 孔 IT01－IT2 無 研磨 用于量塊、量儀制造 IT3－IT4 研磨 用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工 IT5 1 無 研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉 用于一般精密配合。IT7－IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍 IT6 2 1 IT7 3 2 磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金 IT8 3－4 IT9 4 銑、鏜、銑、刨、插 用于一般要求。主要用于長度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合 IT10 5 IT11 6 粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄 用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合 IT12－IT13 7 IT14 8 沖壓、壓鑄 用于非配合 IT15－IT18 9－12 鑄、鍛、焊、氣割 ?。?）形狀精度：零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對于理想形狀的準(zhǔn)確程度。 　 國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項(xiàng)形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。 ?。?）位