X525立式銑床的數(shù)控改造進給系統(tǒng)設計

1、韶關學院本科生畢業(yè)設計說明書題目：x525立式銑床的數(shù)控改造 進給系統(tǒng)設計姓名：孔智文學號：071101221005專業(yè)班級： 2007級 機械設計制造及其自動化（1）班指導教師：李小平x525立式銑床的數(shù)控改造摘 要我所設計的畢業(yè)課題為“x525立式銑床的數(shù)控改造 進給系統(tǒng)設計”。對于機床的設計來說 ，我首先對所要設計的機床進行技術調查，查閱了很多有關文獻資料，在此基礎上，對其用途范圍、性能指標、方案對比等進行論證分析。對于通用機床我更是查閱了大量的有關銑床的資料后，擬定了此機床的總體方案。然后根據(jù)總體方案的布局形式，規(guī)格參數(shù)，精度性能等要求，對此機床的進給傳動系統(tǒng)進行了專題設計。首先是對進

2、給傳動的運動設計。此設計主要功能和主要參數(shù)以及各系統(tǒng)的基本工作原理及其數(shù)控化。數(shù)控化的銑床的定位精度和重復定位精度明顯提高，獲得了明顯的經(jīng)濟效益。該x525立式銑床的數(shù)控改造后具有以下特點：1、 采用高性能的無級變速主軸及伺服傳動系統(tǒng)，機械傳動結構大為簡化，傳動鏈縮短。2、 采用剛度和抗振性較好的機床新結構，如鋼板焊接結構的支承件等。3、 采用在效率、剛度、精度等各方面較優(yōu)良的傳動元件，如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動導軌等。4、 采取減小機床熱變形的措施，保證機床的精度穩(wěn)定，獲得可靠的加工質量。5、 能完成曲面等復雜面的加工。關鍵詞：數(shù)控化改造；定位精度；重復定位精度；無級變速；伺服傳動系統(tǒng)。 目

3、 錄摘 要.1前言.4第一章 概述61.1 數(shù)控機床的發(fā)展史61.1.1 國外數(shù)控機床的發(fā)展31.1.2 國內數(shù)控機床的發(fā)展41.1.3 未來數(shù)控機床的發(fā)展趨勢41.2 數(shù)控銑床的功能和特點及組成原理61.2.1 數(shù)控銑床的主要功能61.2.2 數(shù)控銑床的主要特點8 1.2.3 數(shù)控銑床的組成 .9 1.2.4 數(shù)控銑床的工作原理.111.3 本設計的內容及特點121.4 本設計的控制方式121.5 本設計的總體方案13第二章 結構設計142.1 傳動系統(tǒng)設計142.2 滾珠絲杠螺母副設計與原理152.3 直流電機的結構16第三章 設計計算.173.1 力能參數(shù)的計算173.1.1 滾珠絲杠螺

4、母副的選用設計173.1.2 軸成的選擇213.2 伺服電機的選擇及計算23 3.2.1 選擇伺服電機.23 3.2.2 最大切削負載轉矩計算.23 3.2.3負載慣量計算.24 3.2.4 空載加速轉矩計算.25 3.2.5 伺服系統(tǒng)增益.25 3.2.6 精度驗算.283.3.1 鍵的選擇293.3.2 鍵的強度校核29第四章 輔助元件的選擇.314.1 導軌的選擇.31 4.1.1 滑動導軌的特點.314.2 脈沖編碼器的選用.32 4.2.1 脈沖編碼器的工作原理.324.3 數(shù)控系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng).334.4 數(shù)控系統(tǒng)的潤滑系統(tǒng).354.5 數(shù)控銑床排屑裝置.354.6 數(shù)控系統(tǒng)的選擇.

5、36第五章 價值分析.385.1 價值的概念.385.2 lom價值分析.38第六章 結束語. 396.1 設計中的結論性的問題.396.2 設計體會.39參考文獻.43 前 言對于培養(yǎng)工程技術人才的工科性大學來說 ，我們學生的實踐就顯得尤為重要，但在大學的四年里，我們都是以書本上的理論知識為重，實踐也大多數(shù)是參觀，自己真正動手的機會很少，所以我們的實踐經(jīng)驗可以說幾乎為零。所以提高學生的動手能力，理論與實際相結合來解決實際工程問題的能力是很有必要的，而大學最后的畢業(yè)設設計，就是真正的理論與實踐相結合，要求我們綜合運用四年所學的知識來解決實際工程問題，這對我們來說絕對是一次很好的鍛煉機會，不僅可

6、以溫故以前的所學的專業(yè)知識而且可以鍛煉自己解決實際工程問題的 能力，為將來的工作打下良好的基礎。所以我們應該好好珍惜這次難得的機會，盡自己最大的努力將畢業(yè)設計做好，為自己四年的大學畫上完美的句號。這次畢業(yè)設計我做的題目是“x525立式銑床的數(shù)控改造 進給系統(tǒng)設計”。我們知道制造業(yè)是工業(yè)的基礎，也是直接創(chuàng)造社會財富的基礎，是人類生存所不可缺少的行業(yè)。世界上各個國、造技術可以很快將發(fā)明制造成產(chǎn)品，首先占領市場。先進制造技術可提高原有產(chǎn)品的質量，降低成本等，可獲明顯的經(jīng)濟效益?？傊冗M制造技術是提高本國產(chǎn)品市場經(jīng)濟競爭力的基本保證。制造業(yè)領域很寬廣，但機械制造業(yè)是制造業(yè)的根本，而機械加工又是機械制

7、造業(yè)的根本。數(shù)控技術是機械制造業(yè)的先進制造技術之一，是提高多品種，中小批量生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益的有效途徑，也是先進制造技術發(fā)展的重要基礎。作為一名學機械專業(yè)的學生，在將來的工作中肯定也要接觸到數(shù)控類產(chǎn)品，所以我要更加珍惜這次難得的機會，做好畢業(yè)設計為將來的工作打下基礎。本次設計在李小平老師的指導和其他老師與同學的幫助下，終于較為完滿地完成了對x525立式銑床的數(shù)控改造 進給系統(tǒng)設計這項設計，下面是我這次設計的主要內容：1 進給伺服系統(tǒng)傳動方案的確定進給系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能。例如，數(shù)控機床的最高移動速度，跟蹤精度，定位精度等重要指標，均卻決進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性。根據(jù)設計

8、要求和設計參數(shù)確定合理的進給系統(tǒng)。2 伺服系統(tǒng)的選擇（1）伺服電機的選擇，（2）計算轉動慣量（3）計算轉矩3 滾珠絲杠的選擇（1）絲杠型號的選擇（2）絲杠強度的校核（3）系統(tǒng)的剛度計算4 傳動系統(tǒng)的設計進給系統(tǒng)應能在x，y兩個坐標方向實現(xiàn)行程為500mm的自動進給，定位精度0.02mm, 重復定位精0.01mm。主傳動系統(tǒng)能在z坐標方向實現(xiàn)行程400mm自動進給，定位精度0.02mm, 重復定位精0.01mm。5主軸傳動系統(tǒng)的設計通過設計的主軸傳動系統(tǒng)，可以使主軸箱能在z軸方向上下移動，從而擴大了機床的加工范圍。在我這次的設計過程中得到了李小平老師的精心指導，在此表示衷心的感謝，同時也對其他組

9、的老師和同學對我們提供幫助表示誠挈的感謝。由于我個人水平有限，再加時間緊迫，在我的設計中還存在許多錯誤和不妥之處，敬請各位老師，同學批評指正。 第一章 概 述 1.1數(shù)控機床的發(fā)展史1.1.1國外數(shù)控機床的發(fā)展機床的信息化隨著網(wǎng)絡技術日益普遍運用，互聯(lián)網(wǎng)進入車間只是時間問題，這將是數(shù)字化制造的主要標志。 從另一角度來看，企業(yè)資源計劃如果僅僅局限于業(yè)務管理部門(人、財、物、產(chǎn)、供、銷)或設計開發(fā)等企業(yè)上層的信息化是遠遠不夠的，車間最底層的加工設備數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡或信息化，就必然成為制造業(yè)信息化的制約瓶頸。所以，對于現(xiàn)代制造工廠來說，除了要提高機床的數(shù)控化率外，更要使所擁有的數(shù)控機床具有雙向

10、、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間的底層之間及底層與上層之間通信暢通無阻。例如，日本mazak公司推出新一代的加工中心不僅實現(xiàn)了加工過程和刀具交換的自動化，還配備一個稱為信息塔(e-tower)外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信功能。該機床與生產(chǎn)計劃調度聯(lián)網(wǎng)，實時反映機床工作狀態(tài)和加工進度。操作者需指紋確認權限，在屏幕上觀察加工過程、故障報警顯示、在線幫助排除。它是獨立的、自主管理的制造單元。企業(yè)的生產(chǎn)計劃調度系統(tǒng)安排一周的加工任務，發(fā)送到信息塔。信息塔向操作者發(fā)出指令，并在屏幕上顯示機床的實時工作狀態(tài)。操作者按照屏幕指示進行操作。遇到問

11、題時，可隨時查閱計算機中的操作手冊。正常情況下，機床自動工作，操作者與機床在時間和空間上都是分離的。管理者和操作者皆配備有手機，通過手機可以查詢生產(chǎn)工況，預計加工完成時間以及延期報告和故障報警。機床發(fā)生故障時，屏幕會顯示排除故障的方法，mazak公司維修中心能同時看到問題所在，遠距離及時提供幫助，盡可能減少機床的停機時間。新一代數(shù)控系統(tǒng) 德國andron公司的最新產(chǎn)品是新一代基于微機的、在windows平臺上的開放式數(shù)控系統(tǒng)。它采用由兩個intel處理器，通過pci-pci橋進行相互通信。一個處理器承擔數(shù)控運算(nc計算機)，另一個作為人機界面計算機。nc計算機中插有nc cpu卡、nc機床卡

12、。nc機床卡與數(shù)控驅動裝置連接，并通過2塊帶pci橋的總線卡與人機界面計算機通信。人機界面計算機的內部總線卡與數(shù)控系統(tǒng)操作面板和外部接口連接。人機界面計算機的cpu卡控制觸摸式lcd顯示屏以及計算機外設和網(wǎng)絡通信。 傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是將編程系統(tǒng)的數(shù)字信號轉換成為電壓模擬信號，再以電壓的大小控制驅動電動機的轉速，事實上仍是模擬量控制。新一代數(shù)控系統(tǒng)的最大特點還在于采用串行實時通信接口sercos和皮米級插補技術。它可將位置控制、速度控制、精密插補以及伺服電動機的控制集成在一個集成電路中。數(shù)字伺服驅動技術借助sercos接口將數(shù)控系統(tǒng)與伺服控制器用光纖連接起來，大幅度提高系統(tǒng)的傳輸率和響應速度，可達

13、到納秒級。數(shù)控系統(tǒng)性能以及數(shù)控機床的加工精度和效率的提高與插補精度是分不開的。andron公司采用sercos接口技術后，開發(fā)了皮米級插補技術，將插補精度從110-7m提高到0.610-12 m。插補精度越高，機床加工零件的尺寸精度也越高，表面粗糙度越小，機床運動越平穩(wěn)，刀具磨損也越小，可進一步降低加工成本。1.1.2國內數(shù)控機床的發(fā)展我國從1958開始研究數(shù)控技術，到20世紀60年代中期處于研制、開發(fā)階段。1965年進入晶體管數(shù)控裝置的研制。60年代末至70年代初研制成功了數(shù)控銑床。從20世紀70年代開始，數(shù)控技術在車、銑、磨、齒輪加工、電加工等領域全面展開。但由于電子元件的質量和制造工藝水

14、平低，致使數(shù)空系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性沒有得到解決，因此未能廣泛推廣。20世紀80年代，中國先后從日本、美國等國家引進了部分數(shù)控裝置和伺服單元技術，并于1981年開始批量生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，包括數(shù)控裝置和伺服單元。在此期間，中國在引進、消化吸收的基礎上，跟蹤國外先進技術的發(fā)展，開發(fā)出了一些高檔的數(shù)控系統(tǒng)，如多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿形系統(tǒng)、為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)等。為了適應機械工業(yè)不同層次的需要，還開發(fā)出多種經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，并得到了廣泛應用。現(xiàn)在，中國已經(jīng)建立了以中、低檔數(shù)控機床為主的產(chǎn)業(yè)體系。1.1.3未來數(shù)控機床的發(fā)展趨勢隨著科學技術的發(fā)展，制造技術的進步，以及社會對產(chǎn)品質量和品種多樣化的要求越來越

15、強烈。中、小批量生產(chǎn)的比例明顯增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機床成為一種精密、高效、復合、集成功能和低成本的自動化加工設備。同時，為滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，以及計算機集成制造系統(tǒng)提供基礎設備，也要求數(shù)控機床向更高水平發(fā)展。當前，數(shù)控機床技術呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢。（1） 高精度化現(xiàn)代科學技術與生產(chǎn)的發(fā)展，對機械加工與測量提出了越來越高的精度要求。加工精密化不只是由于發(fā)展高、新技術的需要，也是為了提高普通機電產(chǎn)品的性能質量、壽命和可靠性的需要，同時還是為了減少機械產(chǎn)品裝配時的修配工作，提高裝配效率的需要。故提高機床的加工精度是現(xiàn)代數(shù)控機床發(fā)展方向之一。其精度已從微米級到亞微米級，乃

16、至納米級（10nm 。提高數(shù)控機床的加工精度，一般可通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機床誤差補償技術實現(xiàn)。近幾十年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 提高到，精密級加工中心精度則從提高到。（2） 運動高速化 高速是高效的基礎，要提高生產(chǎn)率，首先就得提高切削速度。這正是機床技術發(fā)展追求的基本目標之一。而實現(xiàn)這個目標的主要、最直接的方法就是提高切削速度、進給速度、減少輔助時間。目前銑削的切削速度已達到50008000m/min以上，主軸轉速達到30000100000r/min;工作臺的移動速度，當分辨率為時，在100200m/min以上。自動換刀速度在1s以內，小線段插補進給速度達到12m/min。（3

17、） 高柔性化實踐證明，采用柔性自動化設備或系統(tǒng)，是提高加工精度和效率、縮短生產(chǎn)和供貨周期、并能對市場變化作出快速響應和提高競爭能力的有效手段。柔性是指機床適應加工對象變化的能力。傳統(tǒng)的自動化設備，由于采用機械或剛性連接和控制，當被加工對象變換時，調整很困難，甚至是不可能的，有時只得全部更新或更換。數(shù)控機床的出現(xiàn)，開創(chuàng)了柔性自動化加工的新紀元，對滿足加工對象變換有很強的適應能力。而且，在提高單機柔性化的同時，正努力向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。（4） 高自動化高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入而自動完成規(guī)定的任務，包括物流和信息流的自動化。20世紀80年代中期以來，以數(shù)控機床為主體

18、的加工自動化已從“點”（單臺數(shù)控機床）、“線”的自動化（fmc、fms、ftl、fml）發(fā)展到“面”的自動化。在國外已出現(xiàn)fa（自動化工廠）和cims（計算機集成制造）工廠的實體。盡管由于這種高自動化的技術還不完備，投資過大，回收期較長，但數(shù)控機床的高自動化以及向fmc、fms的系統(tǒng)集成方向發(fā)展的總趨勢仍是機械制造業(yè)發(fā)展的主流。（5） 高可靠性 數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質量的一項關鍵性指標。數(shù)控機床能否發(fā)揮其高性能、高精度、高效率，并獲得良好的效益，還要取決于可靠性。 數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。通過硬件

19、功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時采用硬件結構機床本體的模塊化、標準化、通用化和系列化，使得既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質量把關。還通過自動運行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷和報警。利用報警提示，及時排除故障。利用容錯技術，對重要部件采用“冗余”設計，以實現(xiàn)故障自恢復。利用各種測試、監(jiān)控技術，自動進行相應的保護。（6） 智能化 隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透與發(fā)展，為適應制造業(yè)生產(chǎn)的柔性化、自動化發(fā)展的需要，智能化正在成為數(shù)控設備包括數(shù)控機床研究及發(fā)展的熱點，目前采取的主要技術手段有以下幾個方面。 a、 自適應控制技

20、術 自適應控制可根據(jù)切削條件的變化，自動調節(jié)工作參數(shù)，使加工過程能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產(chǎn)效率，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的?？赏ㄟ^監(jiān)控切削過程中的刀具磨損、破損、切屑形態(tài)、切削力及零件的加工質量等，向制造系統(tǒng)反饋信息，通過將過程控制、過程監(jiān)控、過程優(yōu)化結合在一起，實現(xiàn)自適應調節(jié)。 b、 專家系統(tǒng)技術 將專家的經(jīng)驗和切削加工一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入計算機中，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)，提供經(jīng)過優(yōu)化的切削參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于罪優(yōu)和最經(jīng)濟的工作狀態(tài)，從而提高編程效率和降低對操作人員的技術要求，縮短

21、生產(chǎn)準備時間。 c、 故障診斷技術 系統(tǒng)隨時對cnc系統(tǒng)本身以及與其相連的個種設備進行自診斷和檢查。出現(xiàn)故障立即采取停機等措施，進行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等，并利用“冗余”技術，自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工廠工作環(huán)境的要求。 d、 模式識別技術 應用圖象識別和聲控技術，使機器自己辨認圖樣，按照自然語音命令進行加工。1.2數(shù)控銑床的功能和特點及組成原理 1.2.1數(shù)控銑床的主要功能數(shù)控銑床可以分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各類銑床配置的數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡相同。除各有其特點之外，常具有下列主要功能。（1） 點位控制功能 利用這一功能，數(shù)控銑床可以進行

22、只需要作點位控制的鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔和鏜孔等加工。（2） 連續(xù)輪廓控制功能 數(shù)控銑床通過直線與圓弧插補，可以實現(xiàn)對刀具運動軌跡的連續(xù)輪廓控制，加工出由直線和圓弧兩種幾何要素構成的平面輪廓工件。對非圓曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等二次曲線及對數(shù)螺旋線、阿基米德螺旋線和列表曲線等）構成的平面輪廓，在經(jīng)過直線或圓弧逼近后也可以加工。除此之外，還可以加工一些空間曲面。（3） 刀具半徑自動補償功能 使用這一功能，在編程時可以很方便得按工件實際輪廓形狀和尺寸進行編程計算，而加工中心可以使刀具中心自動偏離工件一個刀具半徑，加工出符合要求的輪廓表面。也可以利用該功能，通過改變刀具半徑補償量的方法來彌補銑刀制

23、造的尺寸精度誤差，擴大刀具直徑選用范圍及刀具返修刃磨的允許誤差。還可以利用改變刀具半徑補償值的方法，以同一加工程序實現(xiàn)分層銑削和粗、精加工或用于提高加工精度。此外，通過改變刀具半徑補償值的正負號，還可以用同一加工程序加工某些需要相互配合的工件。（4） 刀具長度補償功能 利用該功能可以自動改變切削平面高度，同時可以降低在制造與返修時對刀具長度尺寸的精度要求，還可以彌補軸向對刀誤差。（5） 鏡像加工功能 鏡像加工也稱為軸對稱加工。對于一個軸對稱形狀的工件來說，利用這一功能，只要編出一半形狀的加工程序就可以完成全部加工了。（6） 固定循環(huán)功能 利用數(shù)控銑床對孔進行鉆、擴、鉸、锪和鏜加工時，加工的基本

24、動作是：刀具無切削快速到達孔位慢速切削進給快速退回。對于這種典型化動作，可以專門設計一段程序（子程序），在需要的時候進行調用來實現(xiàn)上述加工循環(huán)。特別是在加工許多相同的孔時，應用固定循環(huán)功能可以大大簡化程序。利用數(shù)控銑床的連續(xù)輪廓控制功能時，也常常遇到一些典型化的動作，如銑整圓、方槽等，也可以實現(xiàn)循環(huán)加工。對于大小不等的同類幾何形狀（圓、矩形、三角形、平行四邊形等），也可以用參數(shù)方式編制出加工各種幾何形狀的子程序，在加工中按需要調用，并對子程序中設定的參數(shù)隨時賦值，就可以加工出大小不同或形狀不同的工件輪廓及孔徑、孔深不同的孔。目前，已有不少數(shù)控銑床的數(shù)控系統(tǒng)附帶有各種已編好的子程序庫，并可以進行

25、多重嵌套，用戶可以直接加以調用，使編程更加方便。（7） 特殊功能 有些數(shù)控銑床在增加了計算機仿加工裝置后，可以在數(shù)控和靠模兩種控制方式任選一種進行加工，從而擴大了機床使用范圍。 具備自適應功能的數(shù)控銑床可以在加工過程中把感受到的且削狀況（如切削力、溫度等）的變化，通過適應性控制系統(tǒng)及時控制機床改變切削量，使銑床及刀具始終保持最佳狀態(tài)，從而可獲得較高的切削效率和加工質量，延長刀具使用壽命。 數(shù)控銑床在配置了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，就具備了數(shù)據(jù)采集功能。目前已出現(xiàn)既能對實物掃描采集數(shù)據(jù)，又能對采集到的數(shù)據(jù)進行自動處理并生成數(shù)控加工程序的系統(tǒng)。這些未進行設計制造一體化工作提供了有效手段。1.2.2數(shù)控銑床的

26、主要特點(1) 高柔性及工序復合化數(shù)控銑床具有柔性（可變性）高和工序復合化的特點。所謂“柔性”即靈活、通用和萬能性，可以適應加工不同形狀工件的自動化機床。數(shù)控銑床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工工序的概念，打破了傳動的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度地提高設備利用率。 數(shù)控銑床一般都能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑謝冕、銑槽、銑曲綿（凸輪）、攻螺紋等加工。而且，一般情況下，可以再一次裝夾中，完成所需的加工工序。（2） 加工精度高 目前數(shù)控裝置的脈沖當量（即每發(fā)出一個脈沖后滑板的移動量）一般為0.001mm。高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達0.0001mm。一般情況下，可以保證工件的加工精度。另外，數(shù)控

27、加工可避免公認的操作誤差，一批加工件的尺寸同一性特別好（包括工件的主要尺寸和倒角等尺寸的同一性），而且還可利用軟件進行精度校正和補償，大大提高了產(chǎn)品質量。 由于數(shù)控銑床的高精度和靈活性，能加工很多普通機床難以完成或根本不能加工的復雜型面（如高精度螺旋推進器）。因此，數(shù)控銑床首先在航空、航天工業(yè)中應用。而加工各種復雜模具更顯示優(yōu)越性。（3） 生產(chǎn)效率高 零件加工所需要的時間包括機動實踐與輔助時間兩部分。數(shù)控能夠有效地減少這兩部分時間。因而加工生產(chǎn)率比一般銑床高得多。良好的結構性允許數(shù)控進行大切削用量的強力切削，有效地節(jié)省了機動時間。數(shù)控銑床一動部件的快速移動和定位采用了加速與減速措施，因而選用了

28、很高的空行程運動速度，消耗在快進、快退和定位的時間要比一般銑床少得多。 數(shù)控銑床一般很少使用專用夾具和工藝裝備，在更換工件時，只需調用儲存于計算機中的加工程序，裝夾工件和調整刀具數(shù)據(jù)，可大大縮短生產(chǎn)周期。更主要的是數(shù)控銑床的萬用性帶來的高效率，如一般的數(shù)控銑床都具有銑床、鏜床和鉆床的功能。使工序高度集中，大大提高了生產(chǎn)效率并減少了工件的裝夾誤差。另外，數(shù)控銑床得主軸轉速和進給量都是無級變速的。因此，有利于選擇最佳切削用量。數(shù)控銑床都有快進、快退、快速定位功能，可大大減少機動時間。據(jù)統(tǒng)計，采用數(shù)控銑床比普通銑床可提高生產(chǎn)率35倍。對于復雜的成型棉加工可提高十幾倍，甚至幾十倍。（4） 減輕操作者的

29、勞動強度 數(shù)控銑床對零件加工是按事先編好的程序自動完成的。操作者除了操作鍵盤、裝卸工件和中間測量及觀察機床運行外，不需要進行繁重的重復性操作，可大大減輕勞動強度。 由于數(shù)控銑床具有以上獨特的優(yōu)點，因此數(shù)控銑床已成為機械制造業(yè)的主要裝備。 但是，數(shù)控銑床的編程操作比較復雜，對編程人員的素質要求較高。否則，很難發(fā)揮數(shù)控銑床的作用。另外，數(shù)控銑床的價格昂貴，如編程操作不慎，萬一發(fā)生碰撞，其后果不勘設想。為此，必須重視編程操作人員的培訓。1.2.3數(shù)控銑床的組成數(shù)控銑床于一般的數(shù)控機床一樣，是由控制介質、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體組成。下圖實線所示為開環(huán)控制的數(shù)控銑床框圖。圖1.2.3 數(shù)控銑床的組

30、成為了提高機床的加工精度，在上述系統(tǒng)中再加入一個測量裝置（即上途中的虛線部分），這樣就構成了閉環(huán)控制的數(shù)控機床框圖。開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程是這樣的：將控制機床工作臺運動的位移量、位移速度、位移方向、位移軌跡等參量通過控制介質輸入給機床數(shù)控裝置，數(shù)控裝置根據(jù)這些參量指令計算得出進給脈沖序列（包含有上述4個參量），然后經(jīng)伺服系統(tǒng)轉換放大，最后控制工作臺按所要求的速度、軌跡、方向和距離移動。若為閉環(huán)系統(tǒng)，則在輸入指令值得同時，反饋檢測機床工作臺的事跡位移值，反饋量與輸入量在數(shù)控裝置中進行比較，若有差值，說明二者兼有誤差，則屬控裝置機床向著消除誤差的方向運動?，F(xiàn)將各組成部分簡述如下。（1） 控制介質

31、數(shù)控銑床工作時，不需要工人去搖動手柄操作機床，但又要自動地執(zhí)行人們的意圖，這就必須在人和數(shù)控銑床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的媒介物稱為控制介質（或稱程序介質、輸入介質、信息載體）。在普通機床上零件加工時，由工人按圖紙和工藝要求進行加工。在數(shù)控銑床商加工時，則要把加工零件所需的全部動作及刀具相對于工件的位置等內容，用數(shù)控裝置所能接受的數(shù)字文字代碼來表示，并把這些代碼儲存在控制介質上。控制介質可以是川孔帶，也可以是穿孔卡、磁帶、磁盤或其他可以儲存代碼的載體。至于采用哪一種，則取決于數(shù)控裝置的類型。而在cad/cam集成系統(tǒng)中，將其程序直接送入數(shù)控裝置，不需上述控制介質。（2） 數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)

32、控銑床的中樞，在普通數(shù)控銑床中一般由輸入裝置、存儲器、控制器、運算器和輸出裝置組成。數(shù)控裝置接受輸入介質的信息，并將其代碼加以識別、儲存、運算，輸出相應的指令脈沖以驅動伺服系統(tǒng)，進而控制機床動作。在計算機數(shù)控銑床中，由于計算機本身即含有運算器、控制器等上述單元，因此其數(shù)控裝置的作用由一臺計算機來完成。（3） 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉換為機床一動部件的運動，使工作太（或溜板）精確定位或按照規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出符合圖紙要求的零件。因此伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控銑床的加工精度、表面質量和生產(chǎn)率的主要因素之一。相對于每個脈沖，機床一動部件的位移量叫做脈沖當量（

33、用 來表示）。常用的脈沖當量為0.01mm/脈沖、0.005mm/買沖及0.001mm/脈沖。在數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)中，常用的伺服驅動元件有功率步進電機、電脈沖馬達、直流伺服電機和交流伺服電機等。（4） 機床本體 機床主機是數(shù)控銑床的主體，它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺、主軸箱、進給機構、刀架等機械部件。它是在數(shù)控銑床上自動完成各種切削加工的機械部件。數(shù)控銑床中的機床本體，在開始階段使用通用機床，只是在自動變速、刀架或工作臺自動轉位和手柄等方面做些改變。實踐證明，數(shù)控銑床除了由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱多等影響工件精度外，還由于是自動控制，在加工中不能像在普通機床上那樣可以雖由人工進

34、行干涉。所以其設計要求比通用機床更為嚴格，制造要求更精密。因而在后來的數(shù)控設計時，采用了許多新的加強剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施，使得數(shù)控銑床的外部造型、整體布局、傳動系統(tǒng)及刀具系統(tǒng)等方面都發(fā)生了很大的變化。1.2.4數(shù)控銑床的工作原理數(shù)控銑床工作前，要預先根據(jù)被加工零件的要求，確定零件加工工藝過程、工藝參數(shù)，并按一定的規(guī)則形成數(shù)控系統(tǒng)能理解的數(shù)控加工程序。即將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，按規(guī)定的代碼和格式編制成數(shù)控加工程序。然后用適當?shù)姆绞綄⒋思庸こ绦蜉斎氲綌?shù)控裝置中。此時，即可啟動機床運行數(shù)控加工程序。在運行數(shù)控加工程序的過程中，數(shù)控裝置會根據(jù)數(shù)控加工程序的內容，發(fā)出各

35、種控制命令，如啟動主軸電機、打開冷卻液，并進行刀具軌跡計算，同時向特殊的執(zhí)行單元發(fā)出數(shù)字位移脈沖并進行進給速度控制，正常情況下可直到程序運行結束，零件加工完畢為止。具體而言，數(shù)控銑床的工作過程，即加工零件的過程，如下圖所示。其主要步驟如下。 圖1.2.4 數(shù)控銑床加工過程 （1） 根據(jù)被加工零件途中所規(guī)定的零件形狀、尺寸、材料及技術要求等，制定工件加工的工藝過程，刀具相對工件的運動軌跡、切削參數(shù)及輔助動作順序等，進行零件加工的程序設計。 （2） 用規(guī)定的代碼和程序格式編寫零件加工程序單。 （3） 按照程序單上的代碼編作控制介質。 （4） 通過輸入裝置把加工程序輸入給數(shù)控裝置。 （5） 啟動機床

36、后，數(shù)控裝置根據(jù)輸入的信息進行一系列的運算和控制處理，將結果以脈沖形式送往機床的伺服系統(tǒng)（如步進電機、直流伺服電機、電液脈沖馬達等）。 （6） 伺服系統(tǒng)驅動機床的運動部件，使機床按程序預定的軌跡運動，從而加工出合格的零件。 1.3本設計的內容、特點本文設計的題目為：普通銑床的數(shù)控化改造，故名四億就是在機床上增加微型控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。這種機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床的缺點和存在的問題，生產(chǎn)率提高。本設計的內容主要就是對普通銑床的工作臺改造，在原有的傳動的基礎上采用伺服電機控制的傳動系統(tǒng)。提高機床的定位的精度和重復定

37、位精度，使之達到定位精度0.01mm,重復定位精度達到0.001mm進給速度達到14000mm/min,快移速度達到=10m/min.機床由底座、中間滑臺、傳動機構、工作臺四部分組成，本設計主要是對傳動系統(tǒng)的設計，采用了直流伺服電機，直接帶動絲杠，絲杠帶動工作臺移動。其主要特點是：采用伺服系統(tǒng)，使直流電機轉動，通過滾珠絲杠副驅動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。采用半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內部部分遠見的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結構與調試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移

38、檢測元件與速度檢測元件和伺服電動機做成一個整體是則無需考慮位置檢測的安裝問題。所以不僅使傳動機構簡單化，從而提高了機床的精度問題，擴大了加工范圍，并且可以進行曲面加工。1.4 本設計的控制方式采用半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機構中裝有位移檢測裝置，通過檢測伺服機構的滾珠絲杠轉角，間接檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進行比較，用比較厚的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)將移動部件的傳動絲杠螺母機構不包括在閉環(huán)之內，所以傳動絲杠螺母機構的誤差仍然會影響移動部件的位移精度。圖1.4為半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖1.

39、5本設計的整體方案根據(jù)改造目的，需將縱向和橫向還有主軸z想進給運動改造為微機控制。總想進給系統(tǒng)需作以下改動：獎勵和崎脫開，去掉手輪，將首輪直接與直流電機相連，由直流電機驅動縱向工作臺；工作臺由原來的手輪進給，現(xiàn)改為由直流電機驅動，z向也如此，并自行設計滾珠絲杠副等元件。這里只敘述他它的傳動方案：電動機減速機構滾珠絲杠副工作臺移動。其明顯的特點是：電動機與減速機構作為一體。數(shù)控部分采用8255的單片機，cpu上帶的兩片rom，外接2764（rprom）等擴展成的微機控制系統(tǒng)。圖1.5 系統(tǒng)設計框圖 第二章 結構設計2.1 傳動系統(tǒng)設計根據(jù)本題目給定的定位精度要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，從手冊中

40、查得伺服電機的最高轉速為1000r/min獲1500r/min。如果伺服電機通過聯(lián)軸器與絲杠直接連接。即,工作臺快速進給的最高轉速達到=10m/min，取電機的最高轉速:所以取=10mm根據(jù)精度要求數(shù)控機床的脈沖當量為mm/脈沖，伺服電機每轉應發(fā)出的脈沖數(shù)達到伺服系統(tǒng)中常用的位置反饋器有旋轉變壓器和脈沖編碼器。旋轉變壓器的分解精度為每轉2000個脈沖，如果采用旋轉變壓器方案，則在伺服電機和旋轉變壓器軸之間安裝5：1的升速齒輪。采用脈沖編碼器方案時，因脈沖編碼器有每轉2000個、2500個、5000個脈沖等數(shù)種產(chǎn)品，故編碼器后應加倍頻器。如選用每轉2500個脈沖編碼器，則倍頻器的倍數(shù)為4。速度反

41、饋裝置中，與旋轉變壓器相配套的可采用測速發(fā)電機。其性能為電機按1000r/min輸出一定的電壓量（如輸出6v）如采用脈沖編碼器方案，則可在倍頻器后架頻率/電壓轉換器（f/v）。其轉換比例為每分鐘個脈沖，輸出電壓（如6v）。本設計伺服電機每轉發(fā)出的脈沖為個，故轉換比例仍為6（v）/1000（r/min）.下圖為上述兩種方案的傳動系統(tǒng)圖。這兩種方案目前都有使用，各配不同的數(shù)控系統(tǒng)。本設計采用圖（b）方案。圖2.1 傳動系統(tǒng)圖1旋轉變壓器；2測速發(fā)電機；3伺服電機；4撓性連周期；5滾珠絲杠；6工作臺；7頻率/電壓轉換器；8倍頻器；9脈沖編碼器；2.2 滾珠絲杠螺母副設計與原理由于本系統(tǒng)要求達到的定位

42、精度，根據(jù)此要求，查閱滾珠絲杠手冊。p型是用于精確定位且能夠根據(jù)旋轉角度和導程間接測量軸向行程的滾珠絲杠副，t型是用于傳遞力的滾珠絲杠，其軸向行程的測量由與滾珠絲杠副的旋轉角度和導程無關的測量裝置來完成。所以選用p型。根據(jù)精度推薦表，銑床x、y軸的絲杠精度為4、5級，z軸的絲杠精度為4、5級，所以本設計選用4級?？劂姶采系玫搅藦V泛的應用。它的結構特以減少摩擦。圖2.2滾珠絲杠結構圖圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，它們對合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內裝有滾珠，當絲杠與螺母相對運動時，滾珠沿螺旋槽向前滾動，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導裝置，逐個地又滾回到絲杠與螺母之間，構成一個閉環(huán)的

43、回路。2.3直流電機的結構直流伺服電機具有良好的啟動、制動和調速特性，可以方便地在寬范圍內實現(xiàn)平滑無級調速，故多用在對伺服電機的調速性能要求較高的生產(chǎn)設備中。直流伺服電機的結構主要包括以下三大部分。（1） 定子 定子磁極磁場由釘子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，直流伺服電機可分為永磁式和他勵事。本設計采用用此事。（2） 轉子 又成為電樞，有硅鋼片疊壓而成，表面嵌優(yōu)線圈，通以直流電時，在釘子磁場作用下產(chǎn)生帶動夫在旋轉的電磁轉矩。（3） 電刷與換向片 為使所產(chǎn)生的電磁轉矩保持恒定方向，轉子能沿固定方向均勻地連續(xù)旋轉，電刷域外價直流電源相接，換向片與電樞導體相連。 第三章 設計計算已知參數(shù)： 工作臺

44、重量 40kg 工件最大重量 100kg 機床定位精度 機床重復定位精度 工作臺進給速度 1400mm/min 工作太快移速度 10m/minx軸行程 500mmy軸行程 500mmz軸行程 400mm工作臺為 500500 3.1力能參數(shù)的計算3.1.1滾珠絲杠螺母副的選用設計1、主切削力計算：在以工作壽命為基礎進行計算時，應按實際加工過程平均銑削條件為準，因此取=2.5mm, =0.2mm/齒，=70mm,z=4, =50mm,對圓柱高速銑刀，=68.2，則=5855（n）對圓柱銑刀逆銑加工，各切削分力有=11.2, 0.20.3 ，=0.350.4，取中間值即=1.1，=0.25，=0.

45、38，則：=0.38=0.385855=2225nn=2.225(kn)而插補平面內合力f=6616(n)在一周的切削過程中取平均切削力為 =f=6.616=4.14（kn）工作時的周向壓力為 對于三角形形導軌，k=1.15, =0.2,而=0，=2.225(kn),g=1.4(kn),則=1.153.1+0.2（2.225+1.4）=3887（n）2、進給傳動系統(tǒng)滾珠絲杠的計算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應按當量動載荷選擇。絲杠的最大載荷，當切削時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進給力=2.225kn，工作臺加工件的質量m=140kg，導軌的摩擦因數(shù)為0.1，故

46、絲杠的最小載荷（即摩擦力）=0.114010=140 n 絲杠最大載荷 =2225+140=2365 n軸向工作載荷（平均載荷）=3887 n其中，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉速為1500r/min,工作臺最小進給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉速為0.1r/min,可取為0，則平均轉速n=(1500+0)/2=750r/min.故絲杠工作壽命為 式中 l工作壽命 ，以r為1個單位 n絲杠轉速 r/min t絲杠使用壽命，對數(shù)控機床可取t=15000h計算當量動載荷為=49（kn）式中 載荷性質系數(shù)，無沖擊11.2，一般情況取1.21.5，有較大沖擊振動時取1.52.5。本設

47、計=1.5精度影響系數(shù)，對于4、5級滾珠絲杠取=0.9。查表12113，由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸為內循環(huán)浮動式反向器ffz5020，絲杠底徑42.8mm名義直徑d=50,額定動載荷=49kn，符合設計要求。軸向剛度=1138 n/m.預緊力=/4=49/4=12.3kn，只要軸向載荷值不達到或不超過預緊力的3倍，就 不必對預緊力提出額外的要求。本設計中絲杠最大載荷為 =2.36kn遠小于3。3、主傳動系統(tǒng)的滾珠絲杠的計算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應按當量動載荷選擇。絲杠的最大載荷，當切削時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進給力=2.225kn，工作臺加工件

48、的質量m=140kg，導軌的摩擦因數(shù)為0.1，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）=0.120010=200 n 絲杠最大載荷 =2225+200=2425 n 軸向工作載荷（平均載荷）=3947 n其中，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉速為1500r/min,工作臺最小進給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉速為0.1r/min,可取為0，則平均轉速n=(1500+0)/2=750r/min.故絲杠工作壽命為 式中 l工作壽命 ，以r為1個單位 n絲杠轉速 r/min t絲杠使用壽命，對數(shù)控機床可取t=15000h計算當量動載荷為=58（kn）式中 載荷性質系數(shù)，無沖擊11.2，一般情況取1.21.5，有較大沖擊振動時取1.52.5。本設計=1.5精度影響系數(shù)，對于4、5級滾珠絲杠取=0.9。查表12113，由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸為內循環(huán)浮動式反向器ffz50204，絲杠底徑42.8mm名義直徑d=50,額定動載荷=58kn ,，符合設計要求。軸向剛度=1476 n/m.預緊力=/4=60/4=15kn，只要軸向載荷值不達到或不超過預緊力的3倍，就 不必對預緊力提出額外的要求。本設計中絲杠最大載荷為=2.42kn遠小于3。4、滾珠絲杠支承的選擇本設計傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端固