多功能微型數(shù)控機床的研制

1、多功能微型數(shù)控機床的研制 多功能微型數(shù)控機床的研制 摘要：數(shù)控機床對提高機器制造業(yè)的實力起重大作用。本文著重論述了小型數(shù)控機床的特點。根據(jù)DIY飛機模型具體需要，本人研制出多功能微型數(shù)控機床，結構簡單，操作靈活，功能多樣， 尤其適用于復雜結構直升機的配件的加工。1、前言機床，是制造汽車、飛機等各種機器的復雜生產(chǎn)工具。而數(shù)控機床，是人利用各種先進科技對機床的創(chuàng)新成果，為機器制造業(yè)開辟了嶄新的中小批、多品種、柔性生產(chǎn)自動化新時代。進入21世紀，世界工業(yè)國都在進一步加強具有基礎性、創(chuàng)造性、戰(zhàn)略性的機床工業(yè)，加速發(fā)展先進的數(shù)控機床，競爭異常激烈。要切實提高整個制造業(yè)的實力，只有認真總結自己過去的經(jīng)驗教

2、訓，借鑒海外經(jīng)驗，明確戰(zhàn)略戰(zhàn)術，加速國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展。數(shù)控機床不同于以往傳統(tǒng)機床，有其獨特的特點：(1)是世界上最早采用數(shù)字控制原理的機電產(chǎn)品。靈活善變，調(diào)整方便，可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動，加工任意曲面，特適于近代增多的復雜件、曲面件、特殊件之制造，具有攻堅性、高效性、戰(zhàn)略性；(2)在加工工藝上，改變過去分散工序為集中工序原則，不斷提高加工精度、效率和自動化程度。在機床結構上，簡化機械部分，充分運用電液氣光新技術。由于高速、強力工作，對主機之剛性、熱變形、振動，要求特別嚴格；(3)機床由主機、功能部件、數(shù)控系統(tǒng)等構成，并與先進刀具配合工作，能實現(xiàn)自動化、智能化、集成化，對可靠性、穩(wěn)定性、耐用性有特嚴

3、要求。所有這些特點，隨科技發(fā)展而發(fā)展。而數(shù)控機床的發(fā)展，社會要求是動力、科技水平是基礎、人員素質(zhì)是根本。如沒有高素質(zhì)的人，就沒有高的科技水平，也就不可能滿足職業(yè)技術教育的要求，為使學生能系統(tǒng)地掌握數(shù)控機床的基本結構和簡單的實踐操作來滿中社會的高需要。因而，需要簡單、方便、靈活、價格低廉的數(shù)控機床來滿足多元化的需求。 根據(jù)目前模型發(fā)以的要求，我設計研制出了一種多功能微型數(shù)控機床，它精化了目前機床的一些進給、傳動、變速等結構。借鑒了數(shù)控機床的原理，結合精密制造技術與現(xiàn)代微電子、計算機技術和專用的CNC控制軟件通過細分功放板來控制由步進電機驅(qū)動各個方向的運動，結構簡單、功能多樣。從實踐上來看，滿足了

4、模型制DIY的需要。同時，可作為小型復雜零部件的、銑削和精雕加工，甚至可進行簡單模具的加工，如可用于加工小型模具電極。 2、進給機構工作原理及結構特點機床的結構原理如圖1所示。由三個步進電機帶動三個方向的運動，三個運動方向分別為X、Y、Z ，X軸步進電機驅(qū)動大拖板在機床底座上作X方向移動，最大距離為40cm，而Z軸步進電機安裝在Z軸拖板上，驅(qū)動小拖板作Z方向移動，最大移動距離為15cm；在工作臺上按裝的Y軸步進電機控制Y軸拖板作Y方向上的移動。按照不同要求，還可以在工作臺上按裝C軸步進電機控制第4軸C軸的轉(zhuǎn)動亦可安裝工件實現(xiàn)四軸連動的小數(shù)控銑。 圖1 微型機床的結構原理 拖板在X、Y、Z方向的

5、運動是由三個線性導軌導向的，這種線性導軌軌身為8.5CM*6CM的U形鋼集成了螺距為10MM的滾珠絲杠和2個滾道的導軌滑塊，滾珠絲杠的精度非常高經(jīng)實際測量反向間隙不超過0.005MM導軌與滑塊的配合精度也非常高，做小機床非常適用。經(jīng)實際工作，剛性很好完全符合加工需要。根據(jù)需要還可以加裝第4軸。第4軸是轉(zhuǎn)動軸，由步進電機帶動蝸輪蝸桿機械轉(zhuǎn)動并加裝除隙裝置。這樣，即降低了步進電機每個脈沖使刀具旋轉(zhuǎn)的角度，提高步進電機到旋轉(zhuǎn)工作臺的保持力距又提高了回轉(zhuǎn)精度。3、動力部分該機床的另一優(yōu)點是：機床動力箱部分與機床進給部分為可拆分結構，亦可重新組合。根據(jù)需要可把主軸頭更換成24000轉(zhuǎn)的高速電主軸，實現(xiàn)精

6、雕功能。更換成激光頭，實現(xiàn)激光雕刻。如果更換成電脈沖頭就可實現(xiàn)電火花加工。根據(jù)加工對象要求，可靈活選擇,上圖機床使用了一只1800W220V變頻電主軸，轉(zhuǎn)速最高達24000轉(zhuǎn)/分。4、控制系統(tǒng)部分圖2控制原理圖控制系統(tǒng)原理如圖2所示，如設計要求為學生服務，由于此類加工通常進給量較小，故本系統(tǒng)采用開環(huán)伺服控制方式。所采用步進電機為永磁式Sn-Syn型，具有高效率、高速度和好的阻尼性。對于復雜零件的輪廓（如用于加工小型電器），需要較高精度加工。本機4個功放電路板都具有細分調(diào)節(jié)功能，并可在PC機按絲杠螺距和細分數(shù)調(diào)整坐標位置的增量改善脈沖數(shù)。如有需要，可采用閉環(huán)伺服控制方式，但價格要高一些?？刂瞥绦?/p>

7、中有用手點動發(fā)出脈沖，使某步進電機獨立運行。5、控制軟件的調(diào)試與應用 本機床較好的利用了家用PC的COM口，在WINDOS XP操作系統(tǒng)下安裝控制軟件就可以方便的實現(xiàn)機床的自動化控制。機床控制界面機床速度調(diào)整界面計算機與機床端口設定界面 由于該控制軟件是采用XP系統(tǒng)支持，所以使的整個控制系統(tǒng)的調(diào)整十分順利避免了自已寫控制系統(tǒng)出現(xiàn)的中斷控制帶來的干擾。整個控制軟件的調(diào)試采有脫機調(diào)試，保證最小限度地用正確的加工程式進行聯(lián)機調(diào)試，使軟件調(diào)試中可能帶來的硬件損壞降到最低限度。51控制體系結構控制軟件自編程加工手動加工可視化編程加工 實體造型自動編程加工實時加工數(shù)據(jù)顯示52主控軟件與控制接口板的連接對于4軸驅(qū)動的加工控制，由一個專門有匯編語言設計高的模塊實現(xiàn)。該模塊根據(jù)主控軟件送來的4組數(shù)據(jù)進行控制，該模塊根據(jù)這組數(shù)據(jù)進行細分運算并驅(qū)動步4組步進電機運動，實現(xiàn)4軸連動。較好地滿足職業(yè)技術學院的學生生產(chǎn)實習需要。53該機床結構簡單，控制靈活，適合于小型零件的粗精加工，由于對數(shù)控機床作了很大的簡化，成本低廉，原理清晰，對目前職業(yè)技術教育的學生實習起了很大的作用，預計有很大的市場空間。54實際應用結合我們新開設的MASTERCAM這門課程 ，我們用MASTERCAM造型軟件1、繪制了一只吸塵器風扇如下圖 2、生成刀具路徑圖