多功能微型數(shù)控機(jī)床的研制

1、多功能微型數(shù)控機(jī)床的研制 多功能微型數(shù)控機(jī)床的研制 摘要：數(shù)控機(jī)床對(duì)提高機(jī)器制造業(yè)的實(shí)力起重大作用。本文著重論述了小型數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。根據(jù)DIY飛機(jī)模型具體需要，本人研制出多功能微型數(shù)控機(jī)床，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活，功能多樣， 尤其適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)直升機(jī)的配件的加工。1、前言機(jī)床，是制造汽車、飛機(jī)等各種機(jī)器的復(fù)雜生產(chǎn)工具。而數(shù)控機(jī)床，是人利用各種先進(jìn)科技對(duì)機(jī)床的創(chuàng)新成果，為機(jī)器制造業(yè)開辟了嶄新的中小批、多品種、柔性生產(chǎn)自動(dòng)化新時(shí)代。進(jìn)入21世紀(jì)，世界工業(yè)國都在進(jìn)一步加強(qiáng)具有基礎(chǔ)性、創(chuàng)造性、戰(zhàn)略性的機(jī)床工業(yè)，加速發(fā)展先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。要切實(shí)提高整個(gè)制造業(yè)的實(shí)力，只有認(rèn)真總結(jié)自己過去的經(jīng)驗(yàn)教

2、訓(xùn)，借鑒海外經(jīng)驗(yàn)，明確戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)，加速國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床不同于以往傳統(tǒng)機(jī)床，有其獨(dú)特的特點(diǎn)：(1)是世界上最早采用數(shù)字控制原理的機(jī)電產(chǎn)品。靈活善變，調(diào)整方便，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，加工任意曲面，特適于近代增多的復(fù)雜件、曲面件、特殊件之制造，具有攻堅(jiān)性、高效性、戰(zhàn)略性；(2)在加工工藝上，改變過去分散工序?yàn)榧泄ば蛟瓌t，不斷提高加工精度、效率和自動(dòng)化程度。在機(jī)床結(jié)構(gòu)上，簡(jiǎn)化機(jī)械部分，充分運(yùn)用電液氣光新技術(shù)。由于高速、強(qiáng)力工作，對(duì)主機(jī)之剛性、熱變形、振動(dòng)，要求特別嚴(yán)格；(3)機(jī)床由主機(jī)、功能部件、數(shù)控系統(tǒng)等構(gòu)成，并與先進(jìn)刀具配合工作，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、集成化，對(duì)可靠性、穩(wěn)定性、耐用性有特嚴(yán)

3、要求。所有這些特點(diǎn)，隨科技發(fā)展而發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，社會(huì)要求是動(dòng)力、科技水平是基礎(chǔ)、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(shù)教育的要求，為使學(xué)生能系統(tǒng)地掌握數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單的實(shí)踐操作來滿中社會(huì)的高需要。因而，需要簡(jiǎn)單、方便、靈活、價(jià)格低廉的數(shù)控機(jī)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(shè)計(jì)研制出了一種多功能微型數(shù)控機(jī)床，它精化了目前機(jī)床的一些進(jìn)給、傳動(dòng)、變速等結(jié)構(gòu)。借鑒了數(shù)控機(jī)床的原理，結(jié)合精密制造技術(shù)與現(xiàn)代微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和專用的CNC控制軟件通過細(xì)分功放板來控制由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多樣。從實(shí)踐上來看，滿足了

4、模型制DIY的需要。同時(shí)，可作為小型復(fù)雜零部件的、銑削和精雕加工，甚至可進(jìn)行簡(jiǎn)單模具的加工，如可用于加工小型模具電極。 2、進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)機(jī)床的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。由三個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向分別為X、Y、Z ，X軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)大拖板在機(jī)床底座上作X方向移動(dòng)，最大距離為40cm，而Z軸步進(jìn)電機(jī)安裝在Z軸拖板上，驅(qū)動(dòng)小拖板作Z方向移動(dòng)，最大移動(dòng)距離為15cm；在工作臺(tái)上按裝的Y軸步進(jìn)電機(jī)控制Y軸拖板作Y方向上的移動(dòng)。按照不同要求，還可以在工作臺(tái)上按裝C軸步進(jìn)電機(jī)控制第4軸C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)亦可安裝工件實(shí)現(xiàn)四軸連動(dòng)的小數(shù)控銑。 圖1 微型機(jī)床的結(jié)構(gòu)原理 拖板在X、Y、Z方向的

5、運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)線性導(dǎo)軌導(dǎo)向的，這種線性導(dǎo)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(gè)滾道的導(dǎo)軌滑塊，滾珠絲杠的精度非常高經(jīng)實(shí)際測(cè)量反向間隙不超過0.005MM導(dǎo)軌與滑塊的配合精度也非常高，做小機(jī)床非常適用。經(jīng)實(shí)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(dòng)軸，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)并加裝除隙裝置。這樣，即降低了步進(jìn)電機(jī)每個(gè)脈沖使刀具旋轉(zhuǎn)的角度，提高步進(jìn)電機(jī)到旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的保持力距又提高了回轉(zhuǎn)精度。3、動(dòng)力部分該機(jī)床的另一優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)床動(dòng)力箱部分與機(jī)床進(jìn)給部分為可拆分結(jié)構(gòu)，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(shí)現(xiàn)精

6、雕功能。更換成激光頭，實(shí)現(xiàn)激光雕刻。如果更換成電脈沖頭就可實(shí)現(xiàn)電火花加工。根據(jù)加工對(duì)象要求，可靈活選擇,上圖機(jī)床使用了一只1800W220V變頻電主軸，轉(zhuǎn)速最高達(dá)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(shè)計(jì)要求為學(xué)生服務(wù)，由于此類加工通常進(jìn)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(jìn)電機(jī)為永磁式Sn-Syn型，具有高效率、高速度和好的阻尼性。對(duì)于復(fù)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(jī)4個(gè)功放電路板都具有細(xì)分調(diào)節(jié)功能，并可在PC機(jī)按絲杠螺距和細(xì)分?jǐn)?shù)調(diào)整坐標(biāo)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(jià)格要高一些?？刂瞥绦?/p>

7、中有用手點(diǎn)動(dòng)發(fā)出脈沖，使某步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。5、控制軟件的調(diào)試與應(yīng)用 本機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化控制。機(jī)床控制界面機(jī)床速度調(diào)整界面計(jì)算機(jī)與機(jī)床端口設(shè)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(gè)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(gè)控制軟件的調(diào)試采有脫機(jī)調(diào)試，保證最小限度地用正確的加工程式進(jìn)行聯(lián)機(jī)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(jié)構(gòu)控制軟件自編程加工手動(dòng)加工可視化編程加工 實(shí)體造型自動(dòng)編程加工實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)顯示52主控軟件與控制接口板的連接對(duì)于4軸驅(qū)動(dòng)的加工控制，由一個(gè)專門有匯編語言設(shè)計(jì)高的模塊實(shí)現(xiàn)。該模塊根據(jù)主控軟件送來的4組數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，該模塊根據(jù)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分運(yùn)算并驅(qū)動(dòng)步4組步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)4軸連動(dòng)。較好地滿足職業(yè)技術(shù)學(xué)院的學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)需要。53該機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，適合于小型零件的粗精加工，由于對(duì)數(shù)控機(jī)床作了很大的簡(jiǎn)化，成本低廉，原理清晰，對(duì)目前職業(yè)技術(shù)教育的學(xué)生實(shí)習(xí)起了很大的作用，預(yù)計(jì)有很大的市場(chǎng)空間。54實(shí)際應(yīng)用結(jié)合我們新開設(shè)的MASTERCAM這門課程 ，我們用MASTERCAM造型軟件1、繪制了一只吸塵器風(fēng)扇如下圖 2、生成刀具路徑圖