數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)說明書

1、數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)說明書學(xué) 院：專 業(yè)： 班 級：機(jī)自 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2011年 1 月 5 日摘 要當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的cnc系統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。關(guān)鍵字：機(jī)電一

2、體化的基礎(chǔ) 基本組成要素 特點(diǎn) 發(fā)展趨勢 前 言一、當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀在我國對外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的

3、滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。（一）、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對國計(jì)民生的一些重要行業(yè) it、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:(1)、 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。從 emo2001 展會(huì)情況來看 ,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/

4、 min ,甚至更高 ,空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/ min左右。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10m提高到 5m ,精密級加工中心則從 35m ,提 高到 11.5m并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級 0.1m 。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。(2) 、5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率

5、也大幅度提高。但過去因 5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價(jià)格要比 3 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床 含 5 面加工機(jī)床 的發(fā)展。(3) 、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,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 ,如加工過程的自適應(yīng)控制 ,工藝參數(shù)自

6、動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上 ,面向機(jī)床廠家和最終用戶 ,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放數(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、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會(huì)的一

7、個(gè)新亮點(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 ,反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。（二）、對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個(gè)階段：第一階段從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階段。在此階段 ,由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進(jìn)技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段 ,由于改革開放和國家的重

8、視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進(jìn)入市場競爭階段?？v觀我國數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別是經(jīng)過 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān) ,總體來看取得的成績還是不小。（三）、對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考(1) 、戰(zhàn)略考慮。我國是制造大國 ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會(huì)安全看 ,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而

9、且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會(huì)的穩(wěn)定;其次從國防安全看 ,西方發(fā)達(dá)國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。(2)、發(fā)展策略。從我國基本國情的角度出發(fā) ,以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向 ,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo) ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容 ,實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、曲

10、型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)值低廉而富有競爭力的產(chǎn)品;當(dāng)然 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。.數(shù)控機(jī)床基本概述隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且改型頻繁，尤其是在宇航、軍事、造船等領(lǐng)域所需的零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量又小。傳統(tǒng)的普通加工設(shè)備已難以適應(yīng)市場對產(chǎn)品多樣化的要求。為了滿足上述要求，以數(shù)字控制技術(shù)為核心的新型數(shù)字程序控制機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生

11、。1948年，美國帕森斯公司（parsons co）受美國空軍委托與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究所（servo mechanismus laboratory of the massachusetts institute of technology）合作進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的研制工作。1952年，第一臺三坐標(biāo)立式銑床試制成功，但第一臺工業(yè)用數(shù)控機(jī)床直到1954年11月才生產(chǎn)出來。我國數(shù)控機(jī)床的研制是從1958年起步的，由清華大學(xué)研制出了最早的樣機(jī)。早期的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)采用電子管，其體積大，功耗高，只在軍事部門應(yīng)用，只有在微處理機(jī)用于數(shù)控機(jī)床后，才真正使數(shù)控機(jī)床得到了普及。何謂數(shù)控機(jī)床數(shù)控（nc）是數(shù)字控制

12、（numerical control）的簡稱，是20世紀(jì)中葉發(fā)展起來的一種用數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)控制的一種方法。裝備了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床，也簡稱為nc機(jī)床。70年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格急劇下降，采用小型計(jì)算機(jī)代替專用控制計(jì)算機(jī)的第四代數(shù)控系統(tǒng)，不僅在經(jīng)濟(jì)上更為合算，而且許多功能可用編制的專用程序來實(shí)現(xiàn)，將它存儲(chǔ)在小型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，構(gòu)成所謂控制軟件，提高了系統(tǒng)的可靠性和功能特色。這種數(shù)控系統(tǒng)又稱為軟接線（軟線）數(shù)控，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，簡稱cnc（computerized nc）。1976年制成以微處理機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)，稱為第五代微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。簡稱mnc（m

13、icrocomputerized nc）。國際信息聯(lián)盟第五技術(shù)委員會(huì)對數(shù)控機(jī)床做了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理，具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定程序。定義中的控制系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床工作原理，首先根據(jù)被加工零件的圖樣，將工件的形狀、尺寸及技術(shù)要求等，采用手工或計(jì)算機(jī)按運(yùn)動(dòng)順序和所用數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編成加工程序單，并將這些程序代碼存儲(chǔ)在穿孔紙帶、磁帶、磁盤、由計(jì)算機(jī)用通信方式等信息載體上（或直接用鍵盤輸入），然后經(jīng)輸入裝置， 讀出信息并送入數(shù)字控制裝置。數(shù)控裝置就依照指令帶上的數(shù)碼指令進(jìn)行一系列地處理和運(yùn)算，變成脈

14、沖信號，并將其輸入驅(qū)動(dòng)裝置，帶動(dòng)機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)床工作部件有次序地按要求的程序自動(dòng)進(jìn)行工作（如工件夾緊與放松、冷卻液的開閉、刀具的自動(dòng)更換、各軸的進(jìn)給等），加工出圖樣要求的零件。數(shù)控機(jī)床的組成組成一臺完整的數(shù)控機(jī)床，主要由控制介質(zhì)（穿孔帶、磁帶）、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分及輔助裝置組成.1控制介質(zhì)數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不需要人直接操縱機(jī)床，但機(jī)床又必須執(zhí)行人的意圖。這就需要在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系的中間媒介物稱為控制介質(zhì)。在控制介質(zhì)上存儲(chǔ)著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對工件的位移信息。因此，控制介質(zhì)就是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置類型

15、的不同而不同，常用的有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等?？刂平橘|(zhì)上記載的加工信息要經(jīng)過輸入裝置傳送給數(shù)控裝置，常用的輸入裝置有光電紙帶輸入機(jī)、磁帶錄音機(jī)和磁盤驅(qū)動(dòng)器等。除了上述幾種控制介質(zhì)以外，還有一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用數(shù)碼撥盤、數(shù)碼插銷或利用鍵盤直接將程序及數(shù)據(jù)輸入。另外，隨著cad/cam技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用cad/cam軟件在其它計(jì)算機(jī)上編程，然后通過計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。2數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的控制中心，人們喻為“中樞系統(tǒng)”。數(shù)控裝置包括輸入裝置，控制運(yùn)算器(cpu)和輸出裝置等構(gòu)成，如圖1-3所示。圖中虛線內(nèi)包含部分為數(shù)控裝置。數(shù)控裝置的功能是接

16、受控制介質(zhì)上的各種信息，經(jīng)過識別與譯碼后，送到運(yùn)算控制器進(jìn)行計(jì)算處理再經(jīng)過輸出裝置將運(yùn)算控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，帶動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。目前均采用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置。微型計(jì)算機(jī)的中央處理單元（cpu）又稱為微處理器，是一種大規(guī)模集成電路，它將運(yùn)算器、控制器集成在一塊集成電路芯片中。在微型計(jì)算機(jī)中，輸入與輸出電路也采用大規(guī)模集成電路，即所謂的i/o接口。微型計(jì)算機(jī)擁有較大容量的寄存器，并采用高密度的存儲(chǔ)介質(zhì)，如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤存儲(chǔ)器等。3伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行和反饋裝置。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求與位置、速度反饋信號相比較后

17、帶動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件或執(zhí)行部件動(dòng)作，加工出符合圖紙要求的零件。指令信息以脈沖信號表示，反映到機(jī)床移動(dòng)部件上的移動(dòng)量稱為脈沖當(dāng)量，常用脈沖當(dāng)量為0.0010.01mm，脈沖當(dāng)量在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)即已規(guī)定。伺服系統(tǒng)直接影響數(shù)控機(jī)床的速度、位置、加工精度、表面粗糙度等。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)有功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。后兩者都帶有光電編碼器等位置測量元件，可用來精確控制工作臺的實(shí)際位移量和移動(dòng)速度。4機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的實(shí)體，是完成實(shí)際切削加工的機(jī)械部分，它包括床身、底座、工作臺、床鞍、主軸等。它與普通機(jī)床相比較有所改進(jìn)，具有以下特點(diǎn)：（1）數(shù)控機(jī)床采用

18、了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡化，傳動(dòng)鏈較短。（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。（3）更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局，傳動(dòng)系統(tǒng)與刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化。這些變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。因此，必須建立數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的新概念。5輔助裝置輔助裝置主要包括換刀機(jī)構(gòu)、工件自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、工件夾緊機(jī)構(gòu)、潤滑裝置、冷卻裝置、照明裝置、排屑裝置、液壓汽動(dòng)系統(tǒng)、過載保護(hù)與限位保護(hù)裝置等。數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的種類很多，一般可以按以下幾種方式來劃分，見

19、表1-1。表1-1數(shù)控機(jī)床的分類方式分類方式包括內(nèi)容按運(yùn)動(dòng)軌跡分類點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、直線控制數(shù)控機(jī)床、輪廊切削(連續(xù)軌跡)控制數(shù)控機(jī)床按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類2軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、2.5軸聯(lián)數(shù)控機(jī)床、3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床按工藝類型分類金屬切削類數(shù)控機(jī)床、金屬成型類數(shù)控機(jī)床、特種加工、其它類型數(shù)控機(jī)床按伺服類型分類開環(huán)、閉環(huán)、和半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、混合環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床按數(shù)控裝置功能水平分類低檔、中檔、高檔數(shù)控機(jī)床一、 按運(yùn)動(dòng)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)是控制刀具或機(jī)床工作臺等移動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，即控制移動(dòng)部件由一個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，而點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡沒有嚴(yán)格要求

20、。在移動(dòng)和定位過程中刀具不進(jìn)行任何切削加工。因此，為了盡可能減少移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和提高定位精度，通常先以快速移動(dòng)到接近終點(diǎn)坐標(biāo)，然后進(jìn)行13次減速，準(zhǔn)確移動(dòng)到定位點(diǎn)，以保證定位精度，如圖1-4所示。使用這類控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)、數(shù)控折彎機(jī)和數(shù)控測量機(jī)等。2 直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是刀具相對于工件的運(yùn)動(dòng)既要控制起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置外，又要控制刀具在這兩點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)的速度和軌跡。刀具相對工件移動(dòng)軌跡是平行于機(jī)床某一坐標(biāo)軸的直線方向，刀具在移動(dòng)過程中進(jìn)行切削，如圖1-5所示。使用這類控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床和數(shù)控

21、磨床等。3 輪廊切削(連續(xù)軌跡)控制數(shù)控機(jī)床大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都具有輪廊切削控制功能，其特點(diǎn)是這類數(shù)控機(jī)床能控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸，坐標(biāo)方向同時(shí)嚴(yán)格地連續(xù)控制，不僅要控制每個(gè)坐標(biāo)的行程移置，還要控制每個(gè)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，這樣可以加工出任意的斜線、曲線或曲面組成的復(fù)雜零件，如圖1-6所示。使用這類控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床和數(shù)控加工中心等。 二、 按聯(lián)動(dòng)軸分類數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)能夠控制的坐標(biāo)數(shù)目，反映了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算處理能力，它與計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量、運(yùn)算速度密切相關(guān)。目前世界上數(shù)控系統(tǒng)最高能控制幾十軸。聯(lián)動(dòng)是指各個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)達(dá)到空間某一點(diǎn)。在1999年

22、10月舉行的中國國際機(jī)床展覽會(huì)上已看到國產(chǎn)可控軸數(shù)為30，24或16，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)達(dá)9軸的數(shù)控系統(tǒng)，如華中數(shù)控公司展出的5軸聯(lián)動(dòng)加工中心（用于葉輪的加工）；北京機(jī)電院和北京航空航天大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的jt2010型數(shù)控系統(tǒng)，可以用一個(gè)系統(tǒng)，控制總軸數(shù)多達(dá)50的多臺機(jī)床組成的成套機(jī)群。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床絕大多數(shù)都具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的功能，不僅有刀具半徑補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、還有機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、絲杠、齒輪的間隙誤差補(bǔ)償?shù)纫幌盗泄δ?。按?lián)動(dòng)軸可分為以下幾種1二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床如數(shù)控車床，加工曲面回轉(zhuǎn)體；某些數(shù)控銑床，二軸聯(lián)動(dòng)銑斜面。如圖1-7 a所示2三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床如數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心，三軸聯(lián)動(dòng)加工

23、曲面零件。如圖1-7 b所示。3二軸半聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是指有三個(gè)坐標(biāo)控制軸(x、y、z)，其中任意兩個(gè)軸聯(lián)動(dòng)，第三軸作周期性等距運(yùn)動(dòng)。如某些數(shù)控銑鉆床。如圖1-7 c所示。4 多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是指能四軸或四軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床。如多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床和多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心等。三、按工藝類型分類1 金屬切削類數(shù)控機(jī)床金屬切削類數(shù)控機(jī)床發(fā)展最早，種類繁多，功能差異大。與傳統(tǒng)的通用機(jī)床一樣，這類數(shù)控機(jī)床主要包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床及數(shù)控加工中心等。數(shù)控加工中心也稱為具有刀庫或自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。其特點(diǎn)是：在一次裝夾后，可以進(jìn)行多種工序加工的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控加工

24、中心目前主要有兩大類：一類是以數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，叫做銑削中心，另一類是在數(shù)控車床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，叫做車削中心，如圖1-8所示。數(shù)控加工中心又稱為多工序數(shù)控機(jī)床。在加工中心上，可使零件一次裝夾后，進(jìn)行多種工藝、多道工序的集中連續(xù)加工，這就大大減少了機(jī)床臺數(shù)。由于減少了裝卸工件、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間，從而提高了機(jī)床效率，同時(shí)由于減少了多次安裝造成的定位誤差，從而提高了各加工面間的位置精度；因此，近年來加工中心得以迅速發(fā)展。圖1-8 金屬切削類數(shù)控機(jī)床a）車削中心 b）銑削中心2 金屬成型類數(shù)控機(jī)床金屬成型類數(shù)控機(jī)床主要包括數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控組合沖床、數(shù)控轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。這類機(jī)床

25、起步晚，但發(fā)展較快。3 數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控特種加工機(jī)床主要包括數(shù)控線(電極)切割機(jī)床，如圖1-9所示的數(shù)控火焰切割機(jī)床，如圖1-10所示的數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控激光切割機(jī)。圖1-9 數(shù)控火焰切割機(jī)床圖1-10 數(shù)控電火花加工機(jī)床4 其它類型的數(shù)控機(jī)床其它類型的數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控三坐標(biāo)測量機(jī)等。 四、按伺服類型分類1 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床構(gòu)造簡單，它沒有位置測量裝置和反饋裝置，不能對移動(dòng)工作臺實(shí)際移動(dòng)距離進(jìn)行位置測量并反饋回來與原指令值進(jìn)行比較較正，如圖1-12所示。這類系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床一般采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或電液脈沖馬達(dá)，按指令脈沖驅(qū)動(dòng)各軸進(jìn)給。其移動(dòng)部件的速度與位移量由輸入脈沖

26、的頻率和脈沖數(shù)決定，位移精度主要決定于該系統(tǒng)各有關(guān)零件的制造精度，如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度、減速裝置和滾珠絲杠的精度等。圖1-12 開環(huán)伺服系統(tǒng) 2閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床有位置測量裝置和反饋裝置，如圖1-13所示。加工中將實(shí)際測量的結(jié)果反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令進(jìn)行比較及較正直至差值為零，即實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的最終精確定位。其特點(diǎn)是加工精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和調(diào)試較困難，主要用于一些精度較高的數(shù)控鏜銑床，超精度數(shù)控車床和數(shù)控加工中心等。圖1-13 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床3 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床不直接測量機(jī)床工作臺的位移量，而通過檢測絲杠轉(zhuǎn)角間接地測量工作臺

27、的位移量，然后反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行位移校正，如圖1-14所示。其精度低于閉環(huán)系統(tǒng)，但測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，常用于中檔數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。圖1-14 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床4 混合環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床將以上三類控制系統(tǒng)的特點(diǎn)有選擇地集中起來，組成混合環(huán)控制系統(tǒng)，特別適用于大型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度和返回速度，又需要相當(dāng)高的精度，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺全部置于控制環(huán)中，因素十分復(fù)雜，難于調(diào)試得穩(wěn)定?；旌檄h(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床如圖1-15所示，這實(shí)際是半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的混合形式，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，控制進(jìn)給速度，外環(huán)是位置環(huán)，主要對數(shù)控機(jī)床

28、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)位置進(jìn)行控制?，F(xiàn)在采用這類方式控制的數(shù)控機(jī)床越來越多。五按數(shù)控裝置功能水平分類按數(shù)控裝置功能水平通常把數(shù)控機(jī)床分為低、中、高檔三類。這種分類方式在我國用得很多。低、中、高三檔的界限是相對的，不同時(shí)期，劃分標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有所不同。就目前的發(fā)展水平看，可以見表1-2的一些功能及指標(biāo)，將各種類型的數(shù)控產(chǎn)品分為低、中、高檔三類。其中高、中檔一般稱為全功能數(shù)控或標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控。在八十年代及九十年代初我國還有經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的提法。當(dāng)時(shí)所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控是指由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)和其功能簡單、價(jià)格低的數(shù)控系統(tǒng)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控也在不斷進(jìn)步，新一代的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控介于低檔與中檔數(shù)控之間。為

29、此，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控已被稱作普及型或簡易型數(shù)控。其目的是根據(jù)實(shí)際機(jī)床的使用要求，合理簡化系統(tǒng)，降低產(chǎn)品價(jià)格。表1-2不同檔次數(shù)控功能及指標(biāo)表功 能低 檔中 檔高 檔系統(tǒng)分辨率10m1m0.1m進(jìn)給速度815m/min1524m/min24100m/min伺服進(jìn)給類型開環(huán)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)半閉環(huán)及直、交流伺服閉環(huán)及直、交流伺服聯(lián)動(dòng)軸數(shù)23軸24軸5軸或5軸以上通信功能無rs-232c或dncrs-232c、dnc、map顯示功能數(shù)碼管顯示crt：圖形、人機(jī)對話crt：三維圖形、自診斷內(nèi)裝plc無有強(qiáng)功能內(nèi)裝plc主cpu8位cpu16位、32位cpu32位、64位cpu數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍一、數(shù)控機(jī)

30、床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床不同于普通機(jī)床，也不同于專用機(jī)床和一般程序控制的自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床。在數(shù)控機(jī)床上加工零件的整個(gè)過程全由數(shù)字指令控制。機(jī)床按數(shù)字指令信息進(jìn)行加工段長度、進(jìn)給方向、進(jìn)給量、切削速度、主軸的開停、冷卻液的通斷、刀具更換等方面的控制。1數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別（1）手動(dòng)與自動(dòng)。數(shù)控機(jī)床一般具有手動(dòng)加工（用電手輪）、機(jī)動(dòng)加工和控制程序自動(dòng)加工功能，加工過程中一般不需要人工干預(yù)。普通機(jī)床只有手動(dòng)加工和機(jī)動(dòng)加工功能，加工過程全部由人工控制。（2）數(shù)控機(jī)床一般具有crt屏幕顯示功能。顯示加工程序、多種工藝參數(shù)、加工時(shí)間、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡以及工件圖形等。數(shù)控機(jī)床一般還具有自動(dòng)報(bào)警顯示功能，根據(jù)報(bào)警信號

31、或報(bào)警提示，可以迅速查找機(jī)器故障。而普通機(jī)床不具備上述功能。（3）數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)采用直流或交流無級調(diào)速伺服電動(dòng)機(jī)。一般沒有主軸變速箱，傳動(dòng)鏈短。而普通機(jī)床主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)一般采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)，由變速箱實(shí)現(xiàn)多級變速以滿足工藝要求，機(jī)床傳動(dòng)鏈長。（4）數(shù)控機(jī)床一般具有工件測量系統(tǒng)。加工過程中一般不需要進(jìn)行工件尺寸的人工測量。而普通機(jī)床在加工過程中必須由人工不斷地進(jìn)行測量，以保證工件的加工精度。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床最顯著的區(qū)別是當(dāng)對象（工件）改變時(shí)，數(shù)控機(jī)床只需改變加工程序（應(yīng)用軟件），不需要對機(jī)床作較大的調(diào)整，即能加工出各種不同的工件。2數(shù)控機(jī)床有以下特點(diǎn)（1）加工精度高。數(shù)控機(jī)床是

32、高度綜合的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它由精密機(jī)械和自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。所以數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)床結(jié)構(gòu)都有較高的精度、剛度、熱穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)敏感度。此外，目前數(shù)控機(jī)床的刀具或工作臺最小移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量）普遍達(dá)到了0.001mm，而且在設(shè)計(jì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)采用了減少誤差的措施（如位置和速度反饋部件等），并由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此，數(shù)控機(jī)床能達(dá)到很高的加工精度。當(dāng)前中、小型數(shù)控機(jī)床，定位精度普遍可達(dá)0.03mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.01mm。數(shù)控機(jī)床加工零件的質(zhì)量有保證。數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)加工方式避免了人為操作誤差的影響，同批零件的尺寸一致性強(qiáng)，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。（2）生產(chǎn)效率高。加工零件所需時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間

33、和輔助時(shí)間兩部分。數(shù)控機(jī)床能有效地減少這兩部分時(shí)間。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床具有良好剛性、機(jī)床功率大、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度范圍大等優(yōu)點(diǎn)，所以在加工時(shí)可采用強(qiáng)力切削和選用最合適的切削用量。數(shù)控機(jī)床能自動(dòng)連續(xù)完成整個(gè)切削過程，這樣就提高了數(shù)控機(jī)床的切削效率，減少了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)部件在空行程時(shí)采用快速移動(dòng)（一般在15m/min以上）。在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，對工夾具的要求低且裝夾時(shí)間短，對刀、換刀快，數(shù)控機(jī)床有較高的重復(fù)定位精度，更換被加工零件時(shí)幾乎不需要重新調(diào)整機(jī)床，這樣大大地縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少測量和檢測時(shí)間。在數(shù)控加工中心上加工時(shí)，一臺機(jī)床能實(shí)現(xiàn)多道工序的連續(xù)加工，生產(chǎn)效率的提高更加明顯。所以

34、數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床的生產(chǎn)效率高得多，一般能提高23倍，甚至幾十倍。（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件和勞動(dòng)環(huán)境。在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工時(shí)，操作者要做的是，按圖紙要求制定加工工藝及編制加工程序、裝卸零件、裝夾刀具及對刀、鍵盤操作、觀察監(jiān)視機(jī)床運(yùn)行過程、抽測零件質(zhì)量。除此之外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作。因此，能大大減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度。數(shù)控機(jī)床一般都有安全罩，實(shí)現(xiàn)封閉式生產(chǎn)，這樣即能減少安全事故的發(fā)生，又能改善勞動(dòng)條件和勞動(dòng)環(huán)境。（4）良好的經(jīng)濟(jì)效益。在數(shù)控機(jī)床上改變加工零件時(shí)，只要重新修訂加工程序，不需制造更換工具、夾具和模具，更不需要更新機(jī)床，而且可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。這樣可以縮短生產(chǎn)

35、準(zhǔn)備周期、降低生產(chǎn)設(shè)備投資費(fèi)用、節(jié)省廠房面積、節(jié)約建廠投資。數(shù)控機(jī)床加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。因此，數(shù)控機(jī)床加工具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。（5）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信號與標(biāo)準(zhǔn)代碼作為輸入信號，適用于與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。但是，利用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工，初期設(shè)備投資大，維修費(fèi)用高，對管理及操作人員的專業(yè)技術(shù)素質(zhì)要求較高。因此，應(yīng)合理地選擇及使用數(shù)控機(jī)床，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭力。二、數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化的機(jī)床，其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是一般機(jī)床不具備的，所以數(shù)控機(jī)床的

36、應(yīng)用范圍較廣。但數(shù)控機(jī)床的技術(shù)含量要求高、生產(chǎn)成本高、使用維修都有一定難度，若從性價(jià)比考慮，數(shù)控機(jī)床一般要考慮加工情況。1零件批量在多品種、小批量零件的生產(chǎn)中優(yōu)先考慮使用數(shù)控機(jī)床。2輪廓要求高結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高或必須用數(shù)字方法決定的復(fù)雜曲線、曲面輪廓的零件加工多以數(shù)控機(jī)床為主。3試制階段在產(chǎn)品需要頻繁改型或試制階段，數(shù)控機(jī)床可以隨時(shí)適應(yīng)產(chǎn)品的變化。4關(guān)鍵零件價(jià)格昂貴，不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件可以由數(shù)控來保證。5周期短對于需要最小生產(chǎn)周期的急需零件，數(shù)控機(jī)床可以縮短加工時(shí)間。6多工序零件需進(jìn)行多工序聯(lián)合加工的零件，如需要進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、攻絲及銑削等的箱體、殼體零件，多以數(shù)控加工中心來完成。數(shù)控

37、機(jī)床設(shè)計(jì)部分技術(shù)要求工作臺、工件和夾具的總重量m970kg（所受的重力w=9500n），其中，工作臺的質(zhì)量=540kg（所受的重力=5300n）；工作臺的最大行程=600mm；工作臺快速移動(dòng)速度=15000；工作臺采用貼塑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)=0.15,靜摩擦系數(shù)=0.2；工作臺的定位精度為20，重復(fù)定位精度為12；機(jī)床的工作壽命為20000h（即工作時(shí)間為10年）機(jī)床采用株洲伺服電機(jī)，額定功率=11，機(jī)床采用端面銑刀進(jìn)行強(qiáng)力切削，銑刀直徑d=125mm，主軸轉(zhuǎn)速n=8000，切削狀況如表2-1所示表2-1數(shù)控銑床的切削狀況切削方式進(jìn)給速度/()時(shí)間比例/(%)備注強(qiáng)力切削0.610主電動(dòng)機(jī)

38、滿功率條件下切削一般切削0.830粗加工精加工切削150精加工快速進(jìn)給1510空載條件下工作臺快速進(jìn)給總體方案設(shè)計(jì)為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案。（1） 工作臺工作面尺寸（寬度*長度）確定為400*1100。（2） 工作臺的導(dǎo)軌采用矩形導(dǎo)軌，在與之相配的動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼聚四氟乙烯（pt-fe）導(dǎo)軌板。同時(shí)采用斜鑲條消除導(dǎo)軌導(dǎo)向面的間隙，在背板上通過設(shè)計(jì)偏心輪結(jié)構(gòu)來消除導(dǎo)軌背面與背板的間隙，并在與工作臺導(dǎo)軌相接觸的斜鑲條接觸面上和背板接觸面上貼塑。（3） 對滾珠絲桿螺母副采用預(yù)緊措施，并對滾珠絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。（4） 采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（5） 采用膜片彈性聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿直連。

39、設(shè)計(jì)計(jì)算部分主切削力及其切削分力計(jì)算（1）計(jì)算主切削力。根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削（銑刀直徑d=125mm）時(shí)，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率。此時(shí)，銑刀的切削速度為若主傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率=0.8，按式可計(jì)算主切削力；（2）計(jì)算各切削分力。根據(jù)表2-2可得工作臺縱向切削力、橫向切削力和垂向切削力分別為 表2-2 工作臺工作載荷與切向銑削力的經(jīng)驗(yàn)比值切削條件比值對稱端銑不對稱端銑逆銑順銑端銑（圓柱銑、立銑、盤銑和成形銑()-導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算（1）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-8a )計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力。此時(shí)，動(dòng)摩擦系數(shù)，-主切削力的垂向切削分力（n

40、）-橫向切削分力（n）；w-坐標(biāo)軸上移動(dòng)部件的全部重量（包括機(jī)床夾具和工件的重量，n）；-摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式不同而不同，對于帖塑導(dǎo)軌，=0.15；對于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，=0.01；-鑲條緊固力（n）,其推薦值可查表2-3得鑲條緊固力=2000n，則=（w+）=0.15(8820+2000+1514.7+925.65)n=1986.1n表2-3 鑲條緊固力推薦值導(dǎo)軌形式主電動(dòng)機(jī)功率/kw2.23.75.57.5111518貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌50080015002000250030003500滾動(dòng)直線導(dǎo)軌254075100125150175（2）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-9a )，計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)

41、軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力 n=0.2(9500+2500)n=2400n計(jì)算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力（1）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-10a )計(jì)算最大軸向負(fù)載力 （w+）, -主切削力的縱向切削力（w+）=58.78+0.15（9500+2500+159.53+92.36）n=1896.56n（2）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-11a )計(jì)算最小軸向負(fù)載 =1800n滾珠絲桿的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算1）確定滾珠絲桿的導(dǎo)程根據(jù)已知條件，取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則由式得：=10mm2)計(jì)算滾珠絲桿螺母副得平均轉(zhuǎn)速和平均載荷（1）估算在各種切削方式下滾珠絲桿的軸向載荷。將強(qiáng)力切削時(shí)的軸向載荷定為最大軸向載

42、荷，快速移動(dòng)和鉆鏜定位時(shí)的軸向載荷定為最小軸向載荷。一般切削(粗加工)和精細(xì)切削（精加工）時(shí)，滾珠絲桿螺母副的軸向載荷、分別可按下列公式計(jì)算：=+20，=+5，并將計(jì)算結(jié)果填入表2-4。表2-4 數(shù)控銑床滾珠絲桿的計(jì)算切削方式軸向載荷/n進(jìn)給速度/()時(shí)間比例/()備注強(qiáng)力切削1896.56=0.610一般切削（粗加工）2179.31=0.830=+20精細(xì)加工（精加工）1894.83=150=+5快移和定鏜定位180010,(2)計(jì)算滾珠絲桿螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速，（3） 按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-17 )計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速。（4）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-18 )計(jì)算滾

43、珠絲桿螺母副的平均載荷。3)確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷（1）按預(yù)定工作時(shí)間估算。查表2-5得載荷性質(zhì)系數(shù)。已知初步選擇的滾珠絲桿的精度等級為2級，查表2-6得精度系數(shù)。查表2-7得可靠性系數(shù)，則由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-19 )得= =35974.6n表2-5 載荷性質(zhì)系數(shù)載荷性質(zhì)無沖擊（很平穩(wěn)）輕微沖擊伴有沖擊或振動(dòng)11.21.21.51.52表2-6精度系數(shù)精度等級1、2、34、571010.90.80.7 表2-7可靠性系數(shù)可靠性/()90959697989910.620.530.440.330.21(2)因?qū)L珠絲桿螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以可按式n估算最大軸向載荷。查表2-8得欲加動(dòng)

44、載荷系數(shù)，則=4.51896.56n=8534.52n表2-8 欲加動(dòng)載荷系數(shù)欲加載荷類型輕預(yù)載中預(yù)載重預(yù)載6.74.53.4（3）確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷。取以上兩種結(jié)果的最大值，即=35974.6n。4）按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)（1） 根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲桿的最大軸向變形。已知工作臺的定位精度為20，重復(fù)定位精度為12，根據(jù)公式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-23 )、( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-24 )以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。（2）估算允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)。本機(jī)床工作臺（x）軸滾珠絲桿螺母副的安裝方式

45、擬采用兩端固定式。滾珠絲桿螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為l=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支承長度（1.21.4）行程+（2530）取l=1.4行程+30=（1.4600+3010）mm=1140mm,又=2164n，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-26 )得5）初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號根據(jù)計(jì)算所得的、，初步選擇ffzd型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿螺母副ffzd4010-5（見數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄a表a-3）,其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷和絲桿底徑如下：，故滿足式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-27 )的要求。6） 由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-29 )確定滾珠絲桿螺母副的預(yù)緊力7） 計(jì)

46、算滾珠絲桿螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值和預(yù)拉伸力（1） 按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-31 )計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值-目標(biāo)行程補(bǔ)償值；-溫度變化值（），一般情況下為23；-絲桿的線膨脹系數(shù)（1/）,一般情況下為11/;-滾珠絲桿副的有效行程(mm)。已知溫度變化值=2，絲桿的線膨脹系數(shù)= /，滾珠絲桿副的有效行程=工作臺行程+安全行程+2余程+螺母長度=（600+100+2 20+146）mm=886mm故 =112886mm=0.02mm(2) 按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-32 )計(jì)算滾珠絲桿的預(yù)拉伸力。已知滾珠絲桿螺紋底徑=34.3mm,滾珠絲桿的溫度變化值=2，則8)確定滾珠絲桿螺母副支承用軸承的規(guī)

47、格型號（1）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-33 )計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷。（2） 計(jì)算軸承的預(yù)緊力(3)計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷(4)按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-15 )計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷c。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速,軸承所受的當(dāng)量軸向載荷=3605.84n,軸承的基本額定壽命l=20000h。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為=3605.840.5n=1802.92n=3605.840.87n=3137.08n 因?yàn)?，所以查?-9得，徑向系數(shù)x=1.9，軸向系數(shù)y=0.54，故p=(1.91802.92+0.543137.08)n=5119.57n=表2-9 載荷系數(shù)組合列數(shù)2列3列4列承載

48、列數(shù)1列2列1列2列3列1列2列3列4列組合形式dfdtdfddfddtddftdffdftdttx1.9-1.432.331.172.332.53-y0.54-0.770.350.890.350.26-x0.920.920.920.020.020.920.920.920.92y1.01.01.01.01.01.01.01.01.0(5)確定軸承的規(guī)格型號因?yàn)闈L珠絲桿螺母副擬采取預(yù)拉伸措施，所以選用角接觸球軸承組背對背安裝，以組成滾珠絲桿兩端固定的支承形式。由于滾珠絲桿的螺紋底徑為34.3mm，所以選擇軸承的內(nèi)徑d為30mm，以滿足滾珠絲桿結(jié)構(gòu)的需要。在滾珠絲桿的兩個(gè)固定端均選擇國產(chǎn)角接觸球軸

49、承兩件一組背對背安裝，組成滾珠絲桿的兩端固定支承方式。軸承的型號為760360tni/p4dfb,尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為30mm72mm19mm），選擇脂潤滑。該軸承的預(yù)載荷能力 為2900n，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力=1735.72n.并在脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為1900r/min,高于滾珠絲桿的最高轉(zhuǎn)速 ，故滿足要求。該軸承的額定動(dòng)載荷為 =34500n，而該軸承在20000h工作壽命下的今本額定動(dòng)載荷c=34395n,也滿足要求。工作臺部件的裝配圖設(shè)計(jì)將以上計(jì)算結(jié)果用于工作臺部件的裝配圖設(shè)計(jì)（見數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)插頁圖2）。數(shù)控技術(shù)課設(shè)程計(jì)后插頁圖3為工作臺零件圖，插頁圖4為滑鞍零件圖。滾

50、珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn)1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)本工作臺的滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲桿始終受拉而不受壓，因此，不存在壓桿補(bǔ)穩(wěn)定問題。2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)根據(jù)以上的計(jì)算可得滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長度=837.5mm。已知彈性模量e=，材料密度，重力加速度，安全系數(shù)。查數(shù)控技術(shù)課設(shè)程計(jì)表2-44得。滾珠絲桿的最小慣性矩為滾珠絲桿的最小截面積為故可由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-36)得=10738.5 本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1500，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn)滾珠絲桿螺母副的壽命，主要是指疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同

51、的滾珠絲桿在相同的條件下回轉(zhuǎn)時(shí)，其中90不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄a表a-3得滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷=46500n，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，滾珠絲桿的軸向載荷,滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速,由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-37)、( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-38)得， 一般來講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命故滿足要求。傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算1傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算(1)計(jì)算滾珠絲桿的拉壓剛度。本工作臺的絲桿支承方式為兩端固定，當(dāng)滾珠絲桿的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置時(shí)()時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛度，可按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-45a)計(jì)算： 當(dāng)或時(shí)（即滾珠絲桿的

52、螺母中心位于行程的兩端位置時(shí)），滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度，可按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-45b)計(jì)算：（2）計(jì)算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度。已知軸承接觸角，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)z=17，軸承的最大軸向工作載荷,由表2-45、2-46得= （3） 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄a表a-3得滾珠與滾道的接觸剛度k=1585，額定載荷=46500n，滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷=3119.94n，故由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-46b)得（4） 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度k。由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-47a)得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為故。由式( 數(shù)控技術(shù)課

53、程設(shè)計(jì)2-47b)得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為軸承類型未預(yù)緊/有預(yù)緊/角接觸球軸承（6000型）圓錐滾子軸承（7000型）推力球軸承（8000型）推力圓柱滾子軸承（9000型）備注（1） 表中公式的使用條件：軸承的預(yù)緊力； 滾子軸承的預(yù)緊力；（2） 表中公式個(gè)字母的意義：； ； ；故。2滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算由以上計(jì)算可知，扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)之間的距離已知剪切模量，滾珠絲桿的底徑由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-48)得 表3-1 一個(gè)未預(yù)緊的軸承或一對預(yù)緊軸承的組合剛度的計(jì)算公式(來自數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)表2-45)表3-2 滾珠絲杠螺母副支承剛度的計(jì)算公式(來自數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)表2-45)滾珠