畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：Φ600mm 的數(shù)控車(chē)床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院二零一三年十月II摘 要全面闡述了數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)特點(diǎn)，論述了采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)介紹了數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核，并進(jìn)行了分析。另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。其中著重介紹了滾珠絲杠的原理及選用原則，系統(tǒng)地對(duì)滾珠絲杠生產(chǎn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)進(jìn)行了介紹。包括種類(lèi)選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機(jī)匹配的原則以及廠家的選擇等。關(guān)鍵詞：車(chē)床，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠AbstractComprehensively elaborated numerical control lathe structure principle, design features, discusses the use of servo motor and ball screw nut pair advantages. Introduces the NC lathe structure design and verification, and analysis. In addition to collect the related technology parameters.This paper emphasizes on the ball screw principle and selection principle, system of ball screw production, application etc were introduced. Including the type selection, parameter selection, precision, circulation mode selection, matched with the host machine and the selection principle of manufacturers.Key words: lathe, numerical control, servo motor, the ball screwII目 錄摘 要 IIAbstractI目 錄 II第 1 章 緒 論.11.1 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) .11.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 21.3.1 數(shù)控機(jī)床加工工藝分析 21.3.2 數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì) 31.3.3 分析加工工藝路線 31.3.4 編程原點(diǎn)的選擇 31.4 模擬仿真技術(shù) 31.5 數(shù)控機(jī)床的精度影響及分析 41.5.1 間隙誤差的影響 .41.5.2 度的反向誤差控制 51.6 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 .61.6.1 控制系統(tǒng)的選擇 71.6.2 選擇設(shè)計(jì)對(duì)象要適宜 .81.6.3 機(jī)床的機(jī)械設(shè)計(jì)范圍要適當(dāng) .81.6.4 輔助設(shè)計(jì)要合適 .91.7 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 .91.7.1 個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì) .101.7.2 個(gè)性化是市場(chǎng)適應(yīng)性發(fā)展趨勢(shì) .101.7.3 開(kāi)放性是體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì) .10第 2 章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較.122.1 總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容 122.1.1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 132.1.2 控制方式的選擇 13III2.2 總體方案確定 132.2.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式伺服系統(tǒng)的選擇 .132.2.2 數(shù)控系統(tǒng) .132.2.3 機(jī)械傳動(dòng)方式 .142.3 可行性論證 14第 3 章 確定切削用量及選擇刀具.153.1 科學(xué)選擇數(shù)控刀具 .153.1.1 選擇數(shù)控刀具的原則 153.1.2 選擇數(shù)控車(chē)削用刀具 163.2 設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn) 163.3 確定切削用量 173.3.1 確定主軸轉(zhuǎn)速 173.3.2 確定進(jìn)給速度 173.3.3 確定背吃刀量 .17第 4 章 Φ600mm 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì) 184.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .184.2 總體設(shè)計(jì) .184.2.1 擬定傳動(dòng)方案 .184.2.2 選擇電機(jī) .194.2.3 主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定、計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 .224.2.4 轉(zhuǎn)速圖 .244.3 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和選定 .244.4 軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .274.4.1 I 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .274.4.2 II 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 314.4.3 電磁摩擦離合器的計(jì)算和選擇 36第 5 章 橫向進(jìn)給伺服進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).385.1 已知技術(shù)參數(shù) 385.2 確定脈沖當(dāng)量 38IV5.3 切削力的計(jì)算 385.4 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇 415.4.1 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定 .415.4.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 .415.4.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重 .425.4.4 確定絲杠的等效負(fù)載 .425.4.5 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 435.4.6 選擇滾珠絲杠型號(hào) .435.5 校核 445.5.1 臨界壓縮負(fù)荷 .445.5.2 臨界轉(zhuǎn)速 .455.5.3 絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 .455.5.4 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 .465.5.5 傳動(dòng)精度計(jì)算 .475.5.6 伺服電機(jī)計(jì)算 .485.5.7 電機(jī)的選擇 .49第 6 章 單片機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì).506.1 硬件電路設(shè)計(jì) .506.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) .506.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 .506.2 關(guān)于各線路元件之間線路連接 .516.4 關(guān)于電路原理圖的一些說(shuō)明 52總 結(jié).56參考文獻(xiàn).57致 謝.581第 1 章 緒 論1.1 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床與機(jī)床的區(qū)別 數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工過(guò)程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動(dòng)作執(zhí)行的。它是一種高效能自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床，與機(jī)床相比，具有以下明顯特點(diǎn)： 1. 適合于復(fù)雜異形零件的加工 數(shù)控機(jī)床可以完成機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 2. 加工精度高 3. 加工穩(wěn)定可靠 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 4. 高柔性 加工對(duì)象改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應(yīng)性，可大大節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)—FMS。 5. 高生產(chǎn)率 數(shù)控機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為機(jī)床的 3～5 倍，對(duì)某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 6. 勞動(dòng)條件好 機(jī)床自動(dòng)化程度高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工作環(huán)境較好。 7. 有利于管理現(xiàn)代化 采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。 8. 投資大，使用費(fèi)用高 9. 生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜 由于整個(gè)加工過(guò)程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等。 10. 維修困難 數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，技術(shù)含量高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求很高。 21.2 數(shù)控機(jī)床的適用范圍由于數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，適用于數(shù)控加工的零件有： ·批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件； ·幾何形狀復(fù)雜的零件； ·貴重零件加工； ·需要全部檢驗(yàn)的零件； ·試制件。 對(duì)以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)。1.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度數(shù)控機(jī)床綜合了精密機(jī)械、電子、電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、故障診斷和計(jì)算機(jī)等多方面的技術(shù)，是典型的高精度、高效率及高柔性的機(jī)電一體化產(chǎn)品，近年 來(lái)我國(guó)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)正處在突飛猛進(jìn)的階段，在數(shù)控機(jī)床的使用過(guò)程中，加工工藝和精度分析對(duì)于機(jī)床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響，本文結(jié)合筆者 多年的操作經(jīng)驗(yàn)，研究了數(shù)控加工工藝的主要步驟和精度研究中容易出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決方法。1.3.1 數(shù)控機(jī)床加工工藝分析數(shù)控機(jī)床是是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，其數(shù)控加工工藝以自動(dòng)化和高速精密性為 主。高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，近幾年來(lái)，數(shù)控機(jī)床的在機(jī)械加工中的作用更為突出。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、 發(fā)展而不斷創(chuàng)新的一種應(yīng)用技術(shù)，所謂數(shù)控加工工藝就是用數(shù)控機(jī)床加工零件的一種工藝方法。隨著我國(guó)數(shù)控機(jī)床用戶的不斷增加，數(shù)控加工工藝在應(yīng)用的領(lǐng)域的重 要性日益突出，數(shù)控加工工藝以改善加工性能和提高加工效率為主要發(fā)展方向，并將二者融合到控制程序之中，運(yùn)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的規(guī)范處理方式，融合多種加工 方法，以達(dá)到工序集中的復(fù)合加工方式為目的，提供更高水平的加工技術(shù)，從而進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中應(yīng)用與發(fā)展。數(shù)控加工技術(shù)的地位如此重要就必須首 先了解數(shù)控加工工藝的主要特點(diǎn)和技術(shù)原則要求：(1) 數(shù)控加工的工藝內(nèi)容要按照零件加工的要求進(jìn)行工步細(xì)化，所以在進(jìn)行施工的過(guò)程中必須要依據(jù)加工要求進(jìn)行準(zhǔn)確編程；(2) 數(shù)控加工工3藝路線設(shè)計(jì)應(yīng)合理，以保證數(shù)控機(jī)床的加工所產(chǎn)生的誤差最小化；(3) 數(shù)控加工的工序相對(duì)集中，以提高加工效率，對(duì)于復(fù)雜的加工過(guò)程，需要進(jìn)行必要的數(shù)控仿真技術(shù)支持。1.3.2 數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床有著高度的自動(dòng)化特點(diǎn)，其加工工藝要依靠數(shù)控模塊對(duì)設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行實(shí)施，因此要求加工的工藝線路在規(guī)劃時(shí)必須精準(zhǔn)，同時(shí)要把握好加工程序的編 制，因?yàn)榫幊毯w了數(shù)控機(jī)床加工的重要內(nèi)容，也是其工藝質(zhì)量得以保證的重要指標(biāo)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，必須先有合理有效的編程工藝路線設(shè)計(jì)，然后才能保證加 工工藝進(jìn)程的完整。1.3.3 分析加工工藝路線數(shù)控機(jī)床的加工工藝路線設(shè)計(jì)要考慮到具體的加工環(huán)節(jié)，尤其是對(duì)數(shù)控鏜車(chē)床的加工環(huán)節(jié)更要重視，要根據(jù)具體情況做出明確的分辨。在數(shù)控車(chē)、鏜車(chē)床或加工中心 上加工有同軸度要求的內(nèi)、外圓柱面或端面與外圓、內(nèi)孔有垂直度要求時(shí)，均應(yīng)在一次裝夾中完成。在數(shù)控鏜車(chē)床或加工中心上加工有孔與端面有垂直度要求或平面 與平面有位置精度要求時(shí)，應(yīng)注意盡可能在一次裝夾中完成。1.3.4 編程原點(diǎn)的選擇編程原點(diǎn)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和工藝基準(zhǔn)盡量重合，避免產(chǎn)生尺寸鏈誤差及不必要的尺寸換算。設(shè)定的編程原點(diǎn)應(yīng)使工件容易找正，方便對(duì)刀，編程簡(jiǎn)便，有利于編程數(shù)值 的計(jì)算。對(duì)稱(chēng)零件的編程原點(diǎn)應(yīng)選在零件的對(duì)稱(chēng)中心。在加工零件上的工件原點(diǎn)應(yīng)容易準(zhǔn)確的確定，盡可能使加工余量均勻。例如：以孔定位的零件，應(yīng)以孔的中心 作為編程原點(diǎn)，對(duì)于一些形狀不規(guī)則的零件，可在其基準(zhǔn)面( 或線) 上選擇編程原點(diǎn)，當(dāng)加工路線呈封閉形式時(shí)，應(yīng)在精度要求較高的表面選擇編程原點(diǎn)( 或加工起始點(diǎn))。1.4 模擬仿真技術(shù)智能化模擬仿真技術(shù)，可以通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工工藝路線進(jìn)行仿真模擬而得出適合加工的一種軟件控制手段，結(jié)合運(yùn)用成組技術(shù)可以提高數(shù)控加工編程效率。例 如：根據(jù)其外形結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和加工方法的相似性，把零件分成若干組，在每一組零件中選出一個(gè)代表性零件( 它可以是實(shí)際存在的，也可以是假想的，但必須包括組內(nèi)所4有零件的加工要素)，根據(jù)這個(gè)代表零件模擬出一套典型的工藝規(guī)程，選定和設(shè)計(jì)一組機(jī)床及工藝設(shè)備， 并把它們組成一個(gè)專(zhuān)門(mén)的加工設(shè)計(jì)，如果模擬仿真技術(shù)成功就只需要略微做一下調(diào)整，便可以進(jìn)行加工生產(chǎn)。例如，運(yùn)用奧匹茲分類(lèi)方法拆分代號(hào)為12031 的零件結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示。該零件是一個(gè)回轉(zhuǎn)體零件， 所以第一位數(shù)是 1；一端有臺(tái)階，并有緊固螺紋，所以第二位數(shù)是 2；無(wú)內(nèi)孔，所以第三位數(shù)是 0；需要加工鍵槽，所以第四位數(shù)是 3；有四個(gè)軸向孔，與其他要素 無(wú)位置要求，所以第五位數(shù)是1。按成組方式來(lái)組織零件生產(chǎn)時(shí)，首先按照零件的結(jié)構(gòu)特征、工藝特征以及加工設(shè)備的特征，將各種零件進(jìn)行分組、歸類(lèi)與編碼，然后建立每類(lèi)零件的典型圖庫(kù)和成組加工工藝庫(kù)。1.5 數(shù)控機(jī)床的精度影響及分析數(shù)控機(jī)床的加工精度目前已經(jīng)有了高速的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的加工精度已從原來(lái)的絲級(jí)(0.01mm) 提升到目前的微米級(jí)(0.001mm)。而超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到 0.05μm 左右，形狀精度可達(dá) 0.01μm 左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(jí)(0.001μm)。可以說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的精度已經(jīng)進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)代。在這樣高精密 度要求下，必須要把握數(shù)控機(jī)床的精度分析，保證不會(huì)出現(xiàn)由于操作問(wèn)題而導(dǎo)致的精度誤差。1.5.1 間隙誤差的影響進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速齒輪、連軸節(jié)、滾珠絲杠副及支承軸承組成。在這些機(jī)構(gòu)的組成之中，如果出現(xiàn)一定的連接不穩(wěn)定就會(huì)導(dǎo)致間隙的產(chǎn)生，產(chǎn)生的間隙 就會(huì)改變整體的加工環(huán)節(jié)誤差。滾珠絲杠與螺母之間的間隙直接影響工作臺(tái)的進(jìn)給精度。設(shè)滾珠絲杠與螺母之間的間隙為 SF，則反轉(zhuǎn)時(shí)造成工作臺(tái)進(jìn)給誤差 δ1=SF。不僅如此，絲杠螺母副的間隙還影響絲杠螺母副的剛度，進(jìn)而影響工作臺(tái)進(jìn)給精度。針對(duì)這些誤差問(wèn)題必須要轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化操作控制方式，在機(jī)械換向 時(shí)，對(duì)換向時(shí)間和換向方式做出改變。而對(duì)于滾珠絲杠與螺母之間間隙的消除方法，要重視對(duì)間隙的偏差測(cè)定，通過(guò)反復(fù)的間隙測(cè)量來(lái)確定出具體的偏差基數(shù)，要求 測(cè)出機(jī)床各軸的各項(xiàng)原始誤差，比較成熟的測(cè)量方法是激光干涉儀，測(cè)量精度高。用雙頻激光干涉儀進(jìn)行誤差測(cè)量，需時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)操作人員調(diào)試水平要求高，主要是 對(duì)誤差測(cè)量環(huán)境要求高，常用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢測(cè)，不適宜生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作。相對(duì)誤差分解、合成補(bǔ)償法，測(cè)量方法5相對(duì)簡(jiǎn)單，一次測(cè)量可獲得整個(gè)圓周的數(shù)據(jù)信 息，同時(shí)可以滿足機(jī)床精度的檢測(cè)和機(jī)床評(píng)價(jià)。目前也有不少的誤差分解的方法，由于機(jī)床情況各異，難以找到合適的通用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差分解，并且對(duì)測(cè)量結(jié)果 影響相同的原始誤差項(xiàng)不能進(jìn)行分解，也難以推廣應(yīng)用。測(cè)定之后要再將這種基數(shù)輸入到程序控制之中，這樣就可以最大限度地保證數(shù)控程序進(jìn)行時(shí)的偏差數(shù)據(jù)最小 化，做到補(bǔ)償適當(dāng)。具體的補(bǔ)償方法如下： (1) 備份 CNC 控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù)；(2) 由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測(cè)量的機(jī)床 CNC 程序，并傳送給 CNC 系統(tǒng)；(3) 自動(dòng)測(cè)量各點(diǎn)的定位誤差；(4) 根據(jù)指定的補(bǔ)償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù)，并傳送給 CNC 系統(tǒng)，螺距自動(dòng)補(bǔ)償完成；(5) 重復(fù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。除此之外，對(duì)于脈沖當(dāng)量補(bǔ)償就是指每輸出一個(gè)脈沖后數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件相應(yīng)的移動(dòng)量它的大小視機(jī)床精度而定，一般為 0.01~0.0005mm。脈沖當(dāng)量影響數(shù)控機(jī)床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。當(dāng)然，數(shù)控機(jī)床的誤差調(diào)正有兩種方法，一種是靠數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ) 償，一種是調(diào)整機(jī)械部分，如果對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)進(jìn)行數(shù)控補(bǔ)償程序會(huì)十分復(fù)雜困難，那么就可以通過(guò)調(diào)整絲杠間隙進(jìn)行消除。1.5.2 度的反向誤差控制機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度，即機(jī)床各軸的定位精度 P、重復(fù)定位精度 Ps 和反向誤差 U 等指標(biāo)。它們是以 VDI/DGQ3441 的方法進(jìn)行檢測(cè)?？己藬?shù)控機(jī)床的定位精度 P 是用以下公式進(jìn)行計(jì)算“P=6+L/300” 式中 L 代表數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的長(zhǎng)度。針對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是與機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度有著密切的利害關(guān)系。其中，反向偏差的測(cè)定方法：在所測(cè)量坐標(biāo)軸的行程 內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值，使之移動(dòng)一段距離，然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離，測(cè)量停止 位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測(cè)定( 一般為七次)，求出各個(gè)位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測(cè)量值。在測(cè)量時(shí)一定要先移動(dòng)一段距離。如：數(shù)控車(chē)輪車(chē)軸專(zhuān)用外圓，在磨削工件 的 R 與外圓直徑交界處后，發(fā)現(xiàn)有明顯的過(guò)渡不圓滑痕跡。那么在處理這類(lèi)問(wèn)題的時(shí)候，就要考慮該設(shè)備在磨削工件時(shí)，采用寬砂輪一次性切入磨削，砂輪修正器的金鋼 石筆安裝在工作臺(tái)上，利用工作臺(tái) Z 軸和砂輪架 X 軸的復(fù)合插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，使砂輪的形狀與精度修正成與工件完全一樣，再用修正好的砂輪磨削工件。由于該工件外圓形狀的特殊性，需要 X 軸有正負(fù)方向的運(yùn)行，在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn) X 軸和 Z 軸均有明顯的反向間隙存在，使砂輪修正作反向運(yùn)行時(shí)二軸有瞬間停頓現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成輪6修圓弧連接處有痕跡，最終使該現(xiàn)象發(fā)生在砂輪磨削工件的表面上。由于 絲杠螺母副之間的間隙存在，當(dāng)工作臺(tái)反向時(shí)，必產(chǎn)生反向間隙誤差而影響到工作臺(tái)送料定位精度。絲杠螺母副之間的間隙具有兩個(gè)特點(diǎn)：(1) 具有相對(duì)的穩(wěn)定性，即在一定范圍內(nèi)間隙是一個(gè)常數(shù)；(2) 隨著機(jī)械傳動(dòng)的磨損而相應(yīng)增加。因此，在控制過(guò)程中可以預(yù)先測(cè)出其間隙，利用反向間隙的統(tǒng)計(jì)平均值，對(duì)其產(chǎn)生的定位誤差進(jìn)行軟件補(bǔ)償。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，只需 設(shè)計(jì)一方向寄存器，用來(lái)判斷工作臺(tái)是否換向，采用不換向不補(bǔ)償，每換向一次補(bǔ)償一次來(lái)消除絲杠螺母的反向間隙誤差?？傊瑢?duì)于數(shù)控機(jī)床的加工工藝和精度分析來(lái)說(shuō)，都必須要把握技術(shù)尺度，將合理地操作原理運(yùn)用到具體的加工環(huán)節(jié)中去，從數(shù)控機(jī)床的加工工藝來(lái)說(shuō)，要重視有關(guān) 影響數(shù)控機(jī)床加工工藝的若干問(wèn)題，結(jié)合具體的工藝加工情況，采用理論聯(lián)系實(shí)際的操作方法，在編程過(guò)程中保證精準(zhǔn)、細(xì)致，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題也要及時(shí)進(jìn)行分析、總 結(jié)，確保整個(gè)加工工藝路線合理，以能夠有加工出色的產(chǎn)品為最終目的。從數(shù)控機(jī)床的精度分析來(lái)看，要重視研究提高數(shù)控機(jī)床加工精度的方法，首先要對(duì)加工設(shè)備 產(chǎn)生誤差原因和影響進(jìn)行合理地剖析，研究影響數(shù)控機(jī)床精度的因素，找出間隙誤差和反向誤差的處理方法，開(kāi)展定位精度的測(cè)量。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的工藝和精度控制 來(lái)說(shuō)要依靠數(shù)控編程和仿真技術(shù)的完善以及具體操作的合理，來(lái)進(jìn)行合理有效的機(jī)床工藝控制，保證利用現(xiàn)今的數(shù)控技術(shù)來(lái)確保加工工藝和精度更加完美，以達(dá)到延 長(zhǎng)數(shù)控機(jī)床使用壽命，提供加工產(chǎn)品優(yōu)秀性的目的。1.6 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析由于歷史的原因，我國(guó)加工設(shè)備多，數(shù)控加工設(shè)備少；老設(shè)備多，新設(shè)備少。許多企業(yè)的機(jī)床精度差、故障率高。通過(guò)機(jī)床數(shù)控設(shè)計(jì)使機(jī)床不僅具有好的加工精度，而且還具有數(shù)控機(jī)床的功能。對(duì)于中小型企業(yè)，沒(méi)有足夠的資金來(lái)購(gòu)買(mǎi)全功能的數(shù)控機(jī)床，但是使用單板機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)型開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床，具有花錢(qián)少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)改裝加工批量零件的機(jī)床非常合適。微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡(jiǎn)易數(shù)控的工作原理采用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡(jiǎn)易數(shù)控的裝置，主要由單板機(jī)、控制程序、零件加工程序、驅(qū)動(dòng)電源裝置，收發(fā)信板、功率步進(jìn)電機(jī)等部件組成。圖 1.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的系統(tǒng)裝置框圖。7在圖 1.1 所示的系統(tǒng)裝置中，單板機(jī)在控制程序的控制下，可以使數(shù)控系統(tǒng)具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)加工工件輪廓的功能；具有進(jìn)給速度控制和快速回零的功能；具有刀具補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償?shù)墓δ埽约捌渌喾N功能。當(dāng)零件加工程序給出具體的位移尺寸、位移方向和進(jìn)給速度后，控制程序就會(huì)通過(guò)單板機(jī)按照所輸入的零件加工程序發(fā)出一系列的脈沖信號(hào)。經(jīng)隔離放大以后，分別驅(qū)動(dòng) 向和 向功率步進(jìn)電機(jī)，使刀架按照要求的方向、速度和位移量實(shí)現(xiàn)縱向和橫向運(yùn)動(dòng)。從而構(gòu)成了一個(gè)經(jīng)濟(jì)型開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡(jiǎn)易數(shù)控優(yōu)化方案的確定原則1.6.1 控制系統(tǒng)的選擇目前數(shù)控系統(tǒng)的類(lèi)型較多，選擇前應(yīng)對(duì)被設(shè)計(jì)機(jī)床的功能有個(gè)充分了解，再依據(jù)價(jià)格合理、技術(shù)先進(jìn)、服務(wù)方便的原則選擇數(shù)控系統(tǒng)。其中和單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是用得較多的兩種系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是系列的單片微機(jī)。它用三路驅(qū)動(dòng)電路，分別控制、和向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它進(jìn)行機(jī)床的位移運(yùn)動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)任意二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)或三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。單片機(jī)是系列微機(jī)的典型產(chǎn)品，其硬件功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單板機(jī)，尤其適合實(shí)時(shí)控制、智能儀表、自動(dòng)機(jī)床，是控制類(lèi)型領(lǐng)域中最理想的八位微型計(jì)算機(jī)，在全世界都得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控裝置是三坐標(biāo)（車(chē)床）數(shù)控系統(tǒng)，它用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)代碼進(jìn)行編程，除了能執(zhí)行本身的編程指令外，還能執(zhí)行二坐標(biāo)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的編程指令，而且三坐標(biāo)系統(tǒng)的各種操作方法（如輸入、修改、刪除及運(yùn)行加工程序）相同于二坐標(biāo)系統(tǒng)。選擇控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意以下幾方面的問(wèn)題：（1）在資金充足的情況下，盡量選用質(zhì)量好的產(chǎn)品。因?yàn)榇祟?lèi)數(shù)控系統(tǒng)零件篩選嚴(yán)格，制造工藝規(guī)范可靠，能很好地預(yù)防電器元件的故障或提前失效引起的設(shè)備故障。（2）應(yīng)該注重?cái)?shù)控功能的選擇，不應(yīng)單純追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，這對(duì)實(shí)現(xiàn)較高的性能價(jià)格比非常重要。8（3）數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床所能達(dá)到的功能相匹配，盡量減少過(guò)剩的數(shù)控功能。1.6.2 選擇設(shè)計(jì)對(duì)象要適宜采用微機(jī)數(shù)控機(jī)床加工零件，必須首先編制出加工程序。通常適宜于加工具有一定批量的相類(lèi)似零件。因此，在選擇適宜于進(jìn)行設(shè)計(jì)的機(jī)床時(shí)，首先必須對(duì)各類(lèi)機(jī)床的零件加工情況進(jìn)行調(diào)查研究，分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，看零件有無(wú)批量，看各類(lèi)批量主要在哪種機(jī)床上進(jìn)行加工，以及在哪種型號(hào)的機(jī)床上進(jìn)行加工，這樣才能確定出設(shè)計(jì)對(duì)象。一般中小車(chē)床上的工件總是比較飽滿，成批量的零件也比較多。因此，用微機(jī)技術(shù)把中小車(chē)床設(shè)計(jì)成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床比較適宜。對(duì)于一些中小型企業(yè)，為了充分發(fā)揮車(chē)床的作用，更需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的車(chē)床。這樣既能用數(shù)控系統(tǒng)加工批量零件，又具有臥式車(chē)床的功能，以適于加工單件零件。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的零件，機(jī)床往往難于加工成形。如果采用機(jī)械仿形的方法進(jìn)行加工，在不成批量的情況下很不合算。這時(shí)，用微機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)床，就可以使問(wèn)題得到解決，明顯提高企業(yè)加工能力。編程要比制作靠模容易得多，靈活得多。用數(shù)控機(jī)床加工形狀復(fù)雜的零件是非常適宜的。1.6.3 機(jī)床的機(jī)械設(shè)計(jì)范圍要適當(dāng)機(jī)床設(shè)計(jì)范圍的大小，應(yīng)根據(jù)機(jī)床自身精度及性能來(lái)決定。以臥式車(chē)床為例加以說(shuō)明。對(duì)于舊車(chē)床的設(shè)計(jì)范圍，一般都是把原來(lái)的機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，由主軸箱通過(guò)掛輪箱帶動(dòng)進(jìn)給變速箱，將運(yùn)動(dòng)傳給光杠或絲杠。然后再驅(qū)動(dòng)溜板運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)過(guò)程，設(shè)計(jì)為由功率步進(jìn)電機(jī)通過(guò)消隙減速齒輪，直接帶動(dòng)滾珠絲杠，使刀架分別實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)和橫向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行兩個(gè)坐標(biāo)的控制。對(duì)于精度符合要求的車(chē)床，為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)控設(shè)計(jì)，一般都是對(duì)車(chē)床的部件基本不動(dòng)，只是把床鞍的縱向滑動(dòng)絲杠副設(shè)計(jì)為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一套消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)也把中滑板的橫向滑動(dòng)絲杠副設(shè)計(jì)為橫向滾珠絲杠副，在橫向滾珠絲杠的外端安裝一套消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)，從而使車(chē)床的縱向和橫向運(yùn)動(dòng)既能用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，又能由操作者進(jìn)行操作。在機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中，只要把溜板箱中的開(kāi)合螺母及中滑板上的滑動(dòng)螺母拆除，在合適的位置上安裝好滾珠螺母座即可。在電氣控制方面，為了避免數(shù)控操作與操作相干涉，發(fā)生操作失誤現(xiàn)象，必須有電氣連鎖開(kāi)關(guān)控制操作轉(zhuǎn)換。對(duì)9于全新或較新車(chē)床，在進(jìn)行簡(jiǎn)易數(shù)控設(shè)計(jì)時(shí)，一般都是全部保留機(jī)床的零部件。直接把消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)分別按裝在縱向滑動(dòng)絲杠的右端和橫向滑動(dòng)絲杠的外端。從而也可以使車(chē)床同時(shí)具有操作功能和簡(jiǎn)易數(shù)控功能。1.6.4 輔助設(shè)計(jì)要合適如果在設(shè)計(jì)后的簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床上，采用一把刀可以完成全部車(chē)工工序，就沒(méi)有必要對(duì)刀架進(jìn)行設(shè)計(jì)。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)工件需要兩把刀或幾把刀來(lái)分別完成兩個(gè)或幾個(gè)工序的情況，這時(shí)可根據(jù)每把刀的使用情況，分別進(jìn)行編程，通過(guò)一個(gè)程序，使用一把刀，來(lái)完成一個(gè)工序。使原來(lái)操作使用的刀架在數(shù)控操作時(shí)也可以使用。這樣，根據(jù)設(shè)計(jì)后車(chē)床的主要加工對(duì)象，確定刀架是否需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使設(shè)計(jì)費(fèi)用使用得更加合理，避免發(fā)生設(shè)計(jì)過(guò)?，F(xiàn)象。如果設(shè)計(jì)后的簡(jiǎn)易車(chē)床，主要用來(lái)加工比較復(fù)雜的零件，需要采用三、四把刀才能完成全部車(chē)工工序，就必須對(duì)刀架部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般可采用安裝有四把刀、由鼠牙盤(pán)定位、進(jìn)行絕對(duì)刀位控制的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架比較合適。重復(fù)定位誤差可小于 ，精度持久性比較好。這種刀架出廠時(shí)，就規(guī)定了刀號(hào)位置。當(dāng)需要幾號(hào)刀在加工位置時(shí)，只需對(duì)該刀控制信號(hào)口發(fā)出信號(hào)，刀架就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到需要的位置。設(shè)計(jì)后的簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床需要加工螺紋時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號(hào)反饋元件。目的是為了檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給單板機(jī)，使單板機(jī)能按照所需加工的螺距進(jìn)行處理?？刂瓶v向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)縱向滾珠絲杠帶動(dòng)刀架完成螺紋加工。4.結(jié)束語(yǔ)采用微機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)床，選用優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)控，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，安裝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，測(cè)量精度較高，可以使機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，適于加工具有復(fù)雜形狀的零件和小批量零件。產(chǎn)品精度一般可以提高個(gè)等級(jí)，工效提高 ，改裝費(fèi)用幾個(gè)月即可收回。這種技術(shù)在我國(guó)中小企業(yè)中，是適合于廣泛推廣的技術(shù)。1.7 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向高速化、高精度化、高可靠性、復(fù)合化、智能化、柔性化、集成化和開(kāi)放性是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床行業(yè)的主要發(fā)展方向。數(shù)控技術(shù)的問(wèn)世已有 40 多年的歷史，它是由機(jī)械學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科10學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性新型學(xué)科。技術(shù)發(fā)展的需要對(duì) 21 世紀(jì)的數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。1.7.1 個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)1.高速化、高精度化、高可靠性高速化：提高進(jìn)給速度與提高主軸轉(zhuǎn)速。 高精度化：其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)(高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，因?yàn)樯唐肥苄阅軆r(jià)格比的約束。2.復(fù)合化數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化的發(fā)展，其核心是在一臺(tái)機(jī)床上要完成車(chē)、車(chē)、鉆、攻絲、絞孔和擴(kuò)孔等多種操作工序，從而提高了機(jī)床的效率和加工精度，提高生產(chǎn)的柔性。3.智能化智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便等方面的智能化；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化；還有如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等，以及智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。4.柔性化、集成化當(dāng)今世界上的數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線（FMC、FMS、FTL、 FML）向面(工段車(chē)間獨(dú)立制造島FA)、體（ CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。1.7.2 個(gè)性化是市場(chǎng)適應(yīng)性發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)今的市場(chǎng)，國(guó)際合作的格局逐漸形成，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不斷升級(jí)，用戶的個(gè)性化要求日趨強(qiáng)烈，專(zhuān)業(yè)化、專(zhuān)用化、高科技的機(jī)床越來(lái)越得到用戶的青睞。1.7.3 開(kāi)放性是體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)新一代數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)核心是開(kāi)放性。開(kāi)放性有軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)的開(kāi)放式系11統(tǒng)，采用模塊化，層次化的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)形式向外提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問(wèn)題。目前許多國(guó)家對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究， 數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。目前開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年的一個(gè)新的焦點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)。12第 2 章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較2.1 總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容(1) 數(shù)控機(jī)床工作原理：數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的加工程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開(kāi)和冷卻潤(rùn)滑的開(kāi)、關(guān)等動(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。(2) 數(shù)控機(jī)床的組成：數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體等四部分組成，其組成框圖如圖 2-1圖 2-1 數(shù)控機(jī)床的組成圖一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出數(shù)個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析、比較和論證，最后確定一個(gè)可行的總體方案。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(jiǎn)化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。比較項(xiàng)目 方案一 方案二 確定后的方案 具體原因數(shù) 控 裝 置控 制 介 質(zhì) 測(cè) 量 裝 置伺 服 系 統(tǒng) 機(jī) 床13主軸箱 分級(jí)變速采用調(diào)速電機(jī)+齒輪傳動(dòng)采用三相異步電機(jī)+減速器方案一 變速級(jí)數(shù)比較多滿足多種加工需要，也符合任務(wù)書(shū)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(dòng)普通尾座 液壓尾座 可通過(guò)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2.1.1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。2.1.2 控制方式的選擇系統(tǒng)可分為開(kāi)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)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號(hào)的流程是單向的，也正是由于信號(hào)的單向流程，它對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件的實(shí)際位置不做檢測(cè)，所以機(jī)床加工精度要求不太高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這類(lèi)機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試和維修都比較簡(jiǎn)單。2.2 總體方案確定2.2.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床應(yīng)具備定位，直線插補(bǔ)，順、逆圓弧插補(bǔ)，暫停，循環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]達(dá)到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)14環(huán)控制系統(tǒng)。2.2.2 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用 8 位微機(jī)。由于 MCS-51 系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾性強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用 MCS-51 系列的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。2.2.3 機(jī)械傳動(dòng)方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒輪間隙的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體方案框圖如下：圖 2-1 系統(tǒng)總體方案框圖2.3 可行性論證根據(jù)《自動(dòng)化制造系統(tǒng)》 ，可行性論證使用戶建造自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告，是上級(jí)主管部門(mén)審定和批準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù)。同樣，在進(jìn)行15數(shù)控車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)之前進(jìn)行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，數(shù)控車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析，設(shè)計(jì)后車(chē)床的實(shí)施計(jì)劃，結(jié)論等。由于本設(shè)計(jì)僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，故在此，設(shè)計(jì)者僅對(duì)設(shè)計(jì)的投資概算作一簡(jiǎn)要的可行性論證。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是對(duì)數(shù)控車(chē)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中，采用自己設(shè)置的數(shù)控裝置，加上兩臺(tái)伺服電機(jī)，兩套滾珠絲杠副和相配的傳動(dòng)部分以及齒輪副，一臺(tái)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，四個(gè)電磁離合器以及主傳動(dòng)部分的齒輪副。這樣設(shè)備設(shè)計(jì)費(fèi)用和舊設(shè)備費(fèi)用總計(jì)不會(huì)超過(guò) 8 萬(wàn)元。因此，對(duì)數(shù)控車(chē)床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)適合我國(guó)國(guó)情，是國(guó)內(nèi)企業(yè)提高車(chē)床的自動(dòng)化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實(shí)用性。第 3 章 確定切削用量及選擇刀具3.1 科學(xué)選擇數(shù)控刀具3.1.1 選擇數(shù)控刀具的原則刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定.選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來(lái)選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí) 間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取 15-30min。對(duì)于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化 加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。車(chē)間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車(chē)間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選得低些當(dāng)某工序單位時(shí) 間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開(kāi)支 M 較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走16刀，避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度 來(lái)確定。與普通機(jī)床加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時(shí)要求安裝調(diào)整 方便，這樣來(lái)滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細(xì)粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。3.1.2 選擇數(shù)控車(chē)削用刀具在數(shù)控加工中，車(chē)削平面零件內(nèi)外輪廓 及車(chē)削平面常用平底立車(chē)刀，該刀具有關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:一是車(chē)刀半徑 RD 應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑 Rmin，一般取 RD=(0.8 一 0.9)Rmin。二是零件的加工高度 HRdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。取 ，則 對(duì)于數(shù)控車(chē)床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度6f?dp?7.1lgZnp?f?切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取 Z=2故前面?zhèn)鲃?dòng)比分配可取。各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速min/7.4160.5n2/i08nn7.4162mi/Ⅰ1Ⅰ0rrrj??各軸輸入功率24Kwped97.48.01259.6.Ⅰ0???各軸輸入轉(zhuǎn)矩N.m147.6950950.5..2381.509N.m746.50N.m42Ⅰ2Ⅰ11ⅠⅠ??????npTnpT將以上計(jì)算結(jié)果整理后列于表 2.2，供以后計(jì)算選擇，供以后計(jì)算使用：表 2.3 各軸的傳動(dòng)參數(shù)參數(shù) 軸0 軸（電機(jī)軸） I 軸(傳動(dòng)軸） II 軸（中間傳動(dòng)軸）III 軸（主軸)計(jì)算轉(zhuǎn)（ minr） 1000 416.7 208 104/416.7輸入功率（Kw） 5.5 5.28 5.12 4.79轉(zhuǎn)矩（ N?） 54 121 235 456.4/114傳動(dòng)比 ，4.2.4 轉(zhuǎn)速圖由電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍(包括恒功率變速范圍)和各軸傳動(dòng)比,作數(shù)控車(chē)床的轉(zhuǎn)速圖, 見(jiàn)圖 4-2.