X525立式銑床的數(shù)控改造進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、韶關(guān)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：x525立式銑床的數(shù)控改造 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：孔智文學(xué)號(hào)：071101221005專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 2007級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（1）班指導(dǎo)教師：李小平x525立式銑床的數(shù)控改造摘 要我所設(shè)計(jì)的畢業(yè)課題為“x525立式銑床的數(shù)控改造 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。對(duì)于機(jī)床的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō) ，我首先對(duì)所要設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)行技術(shù)調(diào)查，查閱了很多有關(guān)文獻(xiàn)資料，在此基礎(chǔ)上，對(duì)其用途范圍、性能指標(biāo)、方案對(duì)比等進(jìn)行論證分析。對(duì)于通用機(jī)床我更是查閱了大量的有關(guān)銑床的資料后，擬定了此機(jī)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(duì)此機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了專(zhuān)題設(shè)計(jì)。首先是對(duì)進(jìn)

2、給傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)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(fù)定位精度明顯提高，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。該x525立式銑床的數(shù)控改造后具有以下特點(diǎn)：1、 采用高性能的無(wú)級(jí)變速主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈縮短。2、 采用剛度和抗振性較好的機(jī)床新結(jié)構(gòu)，如鋼板焊接結(jié)構(gòu)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(dòng)元件，如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌等。4、 采取減小機(jī)床熱變形的措施，保證機(jī)床的精度穩(wěn)定，獲得可靠的加工質(zhì)量。5、 能完成曲面等復(fù)雜面的加工。關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造；定位精度；重復(fù)定位精度；無(wú)級(jí)變速；伺服傳動(dòng)系統(tǒng)。 目

3、 錄摘 要.1前言.4第一章 概述61.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史61.1.1 國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展31.1.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展41.1.3 未來(lái)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)41.2 數(shù)控銑床的功能和特點(diǎn)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(diǎn)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(shè)計(jì)的內(nèi)容及特點(diǎn)121.4 本設(shè)計(jì)的控制方式121.5 本設(shè)計(jì)的總體方案13第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)142.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)142.2 滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)與原理152.3 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)16第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算.173.1 力能參數(shù)的計(jì)算173.1.1 滾珠絲杠螺

4、母副的選用設(shè)計(jì)173.1.2 軸成的選擇213.2 伺服電機(jī)的選擇及計(jì)算23 3.2.1 選擇伺服電機(jī).23 3.2.2 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算.23 3.2.3負(fù)載慣量計(jì)算.24 3.2.4 空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算.25 3.2.5 伺服系統(tǒng)增益.25 3.2.6 精度驗(yàn)算.283.3.1 鍵的選擇293.3.2 鍵的強(qiáng)度校核29第四章 輔助元件的選擇.314.1 導(dǎo)軌的選擇.31 4.1.1 滑動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn).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(rùn)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(jià)值分析.385.1 價(jià)值的概念.385.2 lom價(jià)值分析.38第六章 結(jié)束語(yǔ). 396.1 設(shè)計(jì)中的結(jié)論性的問(wèn)題.396.2 設(shè)計(jì)體會(huì).39參考文獻(xiàn).43 前 言對(duì)于培養(yǎng)工程技術(shù)人才的工科性大學(xué)來(lái)說(shuō) ，我們學(xué)生的實(shí)踐就顯得尤為重要，但在大學(xué)的四年里，我們都是以書(shū)本上的理論知識(shí)為重，實(shí)踐也大多數(shù)是參觀，自己真正動(dòng)手的機(jī)會(huì)很少，所以我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以說(shuō)幾乎為零。所以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，理論與實(shí)際相結(jié)合來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力是很有必要的，而大學(xué)最后的畢業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)，就是真正的理論與實(shí)踐相結(jié)合，要求我們綜合運(yùn)用四年所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)絕對(duì)是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，不僅可

6、以溫故以前的所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)而且可以鍛煉自己解決實(shí)際工程問(wèn)題的 能力，為將來(lái)的工作打下良好的基礎(chǔ)。所以我們應(yīng)該好好珍惜這次難得的機(jī)會(huì)，盡自己最大的努力將畢業(yè)設(shè)計(jì)做好，為自己四年的大學(xué)畫(huà)上完美的句號(hào)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我做的題目是“x525立式銑床的數(shù)控改造 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。我們知道制造業(yè)是工業(yè)的基礎(chǔ)，也是直接創(chuàng)造社會(huì)財(cái)富的基礎(chǔ)，是人類(lèi)生存所不可缺少的行業(yè)。世界上各個(gè)國(guó)、造技術(shù)可以很快將發(fā)明制造成產(chǎn)品，首先占領(lǐng)市場(chǎng)。先進(jìn)制造技術(shù)可提高原有產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本等，可獲明顯的經(jīng)濟(jì)效益?？傊冗M(jìn)制造技術(shù)是提高本國(guó)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的基本保證。制造業(yè)領(lǐng)域很寬廣，但機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的根本，而機(jī)械加工又是機(jī)械制

7、造業(yè)的根本。數(shù)控技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)之一，是提高多品種，中小批量生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑，也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。作為一名學(xué)機(jī)械專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，在將來(lái)的工作中肯定也要接觸到數(shù)控類(lèi)產(chǎn)品，所以我要更加珍惜這次難得的機(jī)會(huì)，做好畢業(yè)設(shè)計(jì)為將來(lái)的工作打下基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)在李小平老師的指導(dǎo)和其他老師與同學(xué)的幫助下，終于較為完滿地完成了對(duì)x525立式銑床的數(shù)控改造 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)這項(xiàng)設(shè)計(jì)，下面是我這次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定進(jìn)給系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。例如，數(shù)控機(jī)床的最高移動(dòng)速度，跟蹤精度，定位精度等重要指標(biāo)，均卻決進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。根據(jù)設(shè)計(jì)

8、要求和設(shè)計(jì)參數(shù)確定合理的進(jìn)給系統(tǒng)。2 伺服系統(tǒng)的選擇（1）伺服電機(jī)的選擇，（2）計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（3）計(jì)算轉(zhuǎn)矩3 滾珠絲杠的選擇（1）絲杠型號(hào)的選擇（2）絲杠強(qiáng)度的校核（3）系統(tǒng)的剛度計(jì)算4 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)能在x，y兩個(gè)坐標(biāo)方向?qū)崿F(xiàn)行程為500mm的自動(dòng)進(jìn)給，定位精度0.02mm, 重復(fù)定位精0.01mm。主傳動(dòng)系統(tǒng)能在z坐標(biāo)方向?qū)崿F(xiàn)行程400mm自動(dòng)進(jìn)給，定位精度0.02mm, 重復(fù)定位精0.01mm。5主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)計(jì)的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，可以使主軸箱能在z軸方向上下移動(dòng)，從而擴(kuò)大了機(jī)床的加工范圍。在我這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了李小平老師的精心指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝，同時(shí)也對(duì)其他組

9、的老師和同學(xué)對(duì)我們提供幫助表示誠(chéng)挈的感謝。由于我個(gè)人水平有限，再加時(shí)間緊迫，在我的設(shè)計(jì)中還存在許多錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)各位老師，同學(xué)批評(píng)指正。 第一章 概 述 1.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史1.1.1國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展機(jī)床的信息化隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入車(chē)間只是時(shí)間問(wèn)題，這將是數(shù)字化制造的主要標(biāo)志。 從另一角度來(lái)看，企業(yè)資源計(jì)劃如果僅僅局限于業(yè)務(wù)管理部門(mén)(人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷(xiāo))或設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等企業(yè)上層的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，車(chē)間最底層的加工設(shè)備數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化，就必然成為制造業(yè)信息化的制約瓶頸。所以，對(duì)于現(xiàn)代制造工廠來(lái)說(shuō)，除了要提高機(jī)床的數(shù)控化率外，更要使所擁有的數(shù)控機(jī)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(chē)間的底層之間及底層與上層之間通信暢通無(wú)阻。例如，日本mazak公司推出新一代的加工中心不僅實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程和刀具交換的自動(dòng)化，還配備一個(gè)稱(chēng)為信息塔(e-tower)外部設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音、圖形、視像和文本的通信功能。該機(jī)床與生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)反映機(jī)床工作狀態(tài)和加工進(jìn)度。操作者需指紋確認(rèn)權(quán)限，在屏幕上觀察加工過(guò)程、故障報(bào)警顯示、在線幫助排除。它是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)安排一周的加工任務(wù)，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(jī)床的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。操作者按照屏幕指示進(jìn)行操作。遇到問(wèn)

11、題時(shí)，可隨時(shí)查閱計(jì)算機(jī)中的操作手冊(cè)。正常情況下，機(jī)床自動(dòng)工作，操作者與機(jī)床在時(shí)間和空間上都是分離的。管理者和操作者皆配備有手機(jī)，通過(guò)手機(jī)可以查詢(xún)生產(chǎn)工況，預(yù)計(jì)加工完成時(shí)間以及延期報(bào)告和故障報(bào)警。機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，屏幕會(huì)顯示排除故障的方法，mazak公司維修中心能同時(shí)看到問(wèn)題所在，遠(yuǎn)距離及時(shí)提供幫助，盡可能減少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間。新一代數(shù)控系統(tǒng) 德國(guó)andron公司的最新產(chǎn)品是新一代基于微機(jī)的、在windows平臺(tái)上的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。它采用由兩個(gè)intel處理器，通過(guò)pci-pci橋進(jìn)行相互通信。一個(gè)處理器承擔(dān)數(shù)控運(yùn)算(nc計(jì)算機(jī))，另一個(gè)作為人機(jī)界面計(jì)算機(jī)。nc計(jì)算機(jī)中插有nc cpu卡、nc機(jī)床卡

12、。nc機(jī)床卡與數(shù)控驅(qū)動(dòng)裝置連接，并通過(guò)2塊帶pci橋的總線卡與人機(jī)界面計(jì)算機(jī)通信。人機(jī)界面計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線卡與數(shù)控系統(tǒng)操作面板和外部接口連接。人機(jī)界面計(jì)算機(jī)的cpu卡控制觸摸式lcd顯示屏以及計(jì)算機(jī)外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)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(hào)轉(zhuǎn)換成為電壓模擬信號(hào)，再以電壓的大小控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，事實(shí)上仍是模擬量控制。新一代數(shù)控系統(tǒng)的最大特點(diǎn)還在于采用串行實(shí)時(shí)通信接口sercos和皮米級(jí)插補(bǔ)技術(shù)。它可將位置控制、速度控制、精密插補(bǔ)以及伺服電動(dòng)機(jī)的控制集成在一個(gè)集成電路中。數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)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(lái)，大幅度提高系統(tǒng)的傳輸率和響應(yīng)速度，可達(dá)

13、到納秒級(jí)。數(shù)控系統(tǒng)性能以及數(shù)控機(jī)床的加工精度和效率的提高與插補(bǔ)精度是分不開(kāi)的。andron公司采用sercos接口技術(shù)后，開(kāi)發(fā)了皮米級(jí)插補(bǔ)技術(shù)，將插補(bǔ)精度從110-7m提高到0.610-12 m。插補(bǔ)精度越高，機(jī)床加工零件的尺寸精度也越高，表面粗糙度越小，機(jī)床運(yùn)動(dòng)越平穩(wěn)，刀具磨損也越小，可進(jìn)一步降低加工成本。1.1.2國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展我國(guó)從1958開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù)，到20世紀(jì)60年代中期處于研制、開(kāi)發(fā)階段。1965年進(jìn)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(jì)70年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)在車(chē)、銑、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面展開(kāi)。但由于電子元件的質(zhì)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(méi)有得到解決，因此未能廣泛推廣。20世紀(jì)80年代，中國(guó)先后從日本、美國(guó)等國(guó)家引進(jìn)了部分?jǐn)?shù)控裝置和伺服單元技術(shù)，并于1981年開(kāi)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(guó)在引進(jìn)、消化吸收的基礎(chǔ)上，跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出了一些高檔的數(shù)控系統(tǒng)，如多軸聯(lián)動(dòng)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(yīng)機(jī)械工業(yè)不同層次的需要，還開(kāi)發(fā)出多種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在，中國(guó)已經(jīng)建立了以中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系。1.1.3未來(lái)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進(jìn)步，以及社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求越來(lái)越

15、強(qiáng)烈。中、小批量生產(chǎn)的比例明顯增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床成為一種精密、高效、復(fù)合、集成功能和低成本的自動(dòng)化加工設(shè)備。同時(shí)，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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備，也要求數(shù)控機(jī)床向更高水平發(fā)展。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床技術(shù)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢(shì)。（1） 高精度化現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工與測(cè)量提出了越來(lái)越高的精度要求。加工精密化不只是由于發(fā)展高、新技術(shù)的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能質(zhì)量、壽命和可靠性的需要，同時(shí)還是為了減少機(jī)械產(chǎn)品裝配時(shí)的修配工作，提高裝配效率的需要。故提高機(jī)床的加工精度是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床發(fā)展方向之一。其精度已從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃

16、至納米級(jí)（10nm 。提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般可通過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)。近幾十年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 提高到，精密級(jí)加工中心精度則從提高到。（2） 運(yùn)動(dòng)高速化 高速是高效的基礎(chǔ)，要提高生產(chǎn)率，首先就得提高切削速度。這正是機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的基本目標(biāo)之一。而實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的主要、最直接的方法就是提高切削速度、進(jìn)給速度、減少輔助時(shí)間。目前銑削的切削速度已達(dá)到50008000m/min以上，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到30000100000r/min;工作臺(tái)的移動(dòng)速度，當(dāng)分辨率為時(shí)，在100200m/min以上。自動(dòng)換刀速度在1s以?xún)?nèi)，小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到12m/min。（3

17、） 高柔性化實(shí)踐證明，采用柔性自動(dòng)化設(shè)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(duì)市場(chǎng)變化作出快速響應(yīng)和提高競(jìng)爭(zhēng)能力的有效手段。柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。傳統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備，由于采用機(jī)械或剛性連接和控制，當(dāng)被加工對(duì)象變換時(shí)，調(diào)整很困難，甚至是不可能的，有時(shí)只得全部更新或更換。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，開(kāi)創(chuàng)了柔性自動(dòng)化加工的新紀(jì)元，對(duì)滿足加工對(duì)象變換有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。而且，在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，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(dòng)化高自動(dòng)化是指在全部加工過(guò)程中盡量減少人的介入而自動(dòng)完成規(guī)定的任務(wù)，包括物流和信息流的自動(dòng)化。20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，以數(shù)控機(jī)床為主體

18、的加工自動(dòng)化已從“點(diǎn)”（單臺(tái)數(shù)控機(jī)床）、“線”的自動(dòng)化（fmc、fms、ftl、fml）發(fā)展到“面”的自動(dòng)化。在國(guó)外已出現(xiàn)fa（自動(dòng)化工廠）和cims（計(jì)算機(jī)集成制造）工廠的實(shí)體。盡管由于這種高自動(dòng)化的技術(shù)還不完備，投資過(guò)大，回收期較長(zhǎng)，但數(shù)控機(jī)床的高自動(dòng)化以及向fmc、fms的系統(tǒng)集成方向發(fā)展的總趨勢(shì)仍是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主流。（5） 高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機(jī)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(zhuān)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(guò)硬件

19、功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)機(jī)床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量把關(guān)。還通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示，及時(shí)排除故障。利用容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)重要部件采用“冗余”設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù)。利用各種測(cè)試、監(jiān)控技術(shù)，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。（6） 智能化 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透與發(fā)展，為適應(yīng)制造業(yè)生產(chǎn)的柔性化、自動(dòng)化發(fā)展的需要，智能化正在成為數(shù)控設(shè)備包括數(shù)控機(jī)床研究及發(fā)展的熱點(diǎn)，目前采取的主要技術(shù)手段有以下幾個(gè)方面。 a、 自適應(yīng)控制技

20、術(shù) 自適應(yīng)控制可根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過(guò)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(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的?？赏ㄟ^(guò)監(jiān)控切削過(guò)程中的刀具磨損、破損、切屑形態(tài)、切削力及零件的加工質(zhì)量等，向制造系統(tǒng)反饋信息，通過(guò)將過(guò)程控制、過(guò)程監(jiān)控、過(guò)程優(yōu)化結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。 b、 專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù) 將專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和切削加工一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入計(jì)算機(jī)中，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)，提供經(jīng)過(guò)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(jì)的工作狀態(tài)，從而提高編程效率和降低對(duì)操作人員的技術(shù)要求，縮短

21、生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。 c、 故障診斷技術(shù) 系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)cnc系統(tǒng)本身以及與其相連的個(gè)種設(shè)備進(jìn)行自診斷和檢查。出現(xiàn)故障立即采取停機(jī)等措施，進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等，并利用“冗余”技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保無(wú)人化工廠工作環(huán)境的要求。 d、 模式識(shí)別技術(shù) 應(yīng)用圖象識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)器自己辨認(rèn)圖樣，按照自然語(yǔ)音命令進(jìn)行加工。1.2數(shù)控銑床的功能和特點(diǎn)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(lèi)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(diǎn)之外，常具有下列主要功能。（1） 點(diǎn)位控制功能 利用這一功能，數(shù)控銑床可以進(jìn)行

22、只需要作點(diǎn)位控制的鉆孔、擴(kuò)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(guò)直線與圓弧插補(bǔ)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)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(gòu)成的平面輪廓工件。對(duì)非圓曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等二次曲線及對(duì)數(shù)螺旋線、阿基米德螺旋線和列表曲線等）構(gòu)成的平面輪廓，在經(jīng)過(guò)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(dòng)補(bǔ)償功能 使用這一功能，在編程時(shí)可以很方便得按工件實(shí)際輪廓形狀和尺寸進(jìn)行編程計(jì)算，而加工中心可以使刀具中心自動(dòng)偏離工件一個(gè)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(guò)改變刀具半徑補(bǔ)償量的方法來(lái)彌補(bǔ)銑刀制

23、造的尺寸精度誤差，擴(kuò)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(bǔ)償值的方法，以同一加工程序?qū)崿F(xiàn)分層銑削和粗、精加工或用于提高加工精度。此外，通過(guò)改變刀具半徑補(bǔ)償值的正負(fù)號(hào)，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(zhǎng)度補(bǔ)償功能 利用該功能可以自動(dòng)改變切削平面高度，同時(shí)可以降低在制造與返修時(shí)對(duì)刀具長(zhǎng)度尺寸的精度要求，還可以彌補(bǔ)軸向?qū)Φ墩`差。（5） 鏡像加工功能 鏡像加工也稱(chēng)為軸對(duì)稱(chēng)加工。對(duì)于一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)形狀的工件來(lái)說(shuō)，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(duì)孔進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、锪和鏜加工時(shí)，加工的基本

24、動(dòng)作是：刀具無(wú)切削快速到達(dá)孔位慢速切削進(jìn)給快速退回。對(duì)于這種典型化動(dòng)作，可以專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一段程序（子程序），在需要的時(shí)候進(jìn)行調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)上述加工循環(huán)。特別是在加工許多相同的孔時(shí)，應(yīng)用固定循環(huán)功能可以大大簡(jiǎn)化程序。利用數(shù)控銑床的連續(xù)輪廓控制功能時(shí)，也常常遇到一些典型化的動(dòng)作，如銑整圓、方槽等，也可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)加工。對(duì)于大小不等的同類(lèi)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(diào)用，并對(duì)子程序中設(shè)定的參數(shù)隨時(shí)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(kù)，并可以進(jìn)行

25、多重嵌套，用戶可以直接加以調(diào)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(jì)算機(jī)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(jìn)行加工，從而擴(kuò)大了機(jī)床使用范圍。 具備自適應(yīng)功能的數(shù)控銑床可以在加工過(guò)程中把感受到的且削狀況（如切削力、溫度等）的變化，通過(guò)適應(yīng)性控制系統(tǒng)及時(shí)控制機(jī)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(zhì)量，延長(zhǎng)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(duì)實(shí)物掃描采集數(shù)據(jù)，又能對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理并生成數(shù)控加工程序的系統(tǒng)。這些未進(jìn)行設(shè)計(jì)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(diǎn)(1) 高柔性及工序復(fù)合化數(shù)控銑床具有柔性（可變性）高和工序復(fù)合化的特點(diǎn)。所謂“柔性”即靈活、通用和萬(wàn)能性，可以適應(yīng)加工不同形狀工件的自動(dòng)化機(jī)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(dòng)的工序界限和分開(kāi)加工的工藝規(guī)程，可最大限度地提高設(shè)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(dāng)量（即每發(fā)出一個(gè)脈沖后滑板的移動(dòng)量）一般為0.001mm。高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達(dá)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(rèn)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(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 由于數(shù)控銑床的高精度和靈活性，能加工很多普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜型面（如高精度螺旋推進(jìn)器）。因此，數(shù)控銑床首先在航空、航天工業(yè)中應(yīng)用。而加工各種復(fù)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(shí)間包括機(jī)動(dòng)實(shí)踐與輔助時(shí)間兩部分。數(shù)控能夠有效地減少這兩部分時(shí)間。因而加工生產(chǎn)率比一般銑床高得多。良好的結(jié)構(gòu)性允許數(shù)控進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，有效地節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控銑床一動(dòng)部件的快速移動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度，消耗在快進(jìn)、快退和定位的時(shí)間要比一般銑床少得多。 數(shù)控銑床一般很少使用專(zhuān)用夾具和工藝裝備，在更換工件時(shí)，只需調(diào)用儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中的加工程序，裝夾工件和調(diào)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(wàn)用性帶來(lái)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(zhuǎn)速和進(jìn)給量都是無(wú)級(jí)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(jìn)、快退、快速定位功能，可大大減少機(jī)動(dòng)時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用數(shù)控銑床比普通銑床可提高生產(chǎn)率35倍。對(duì)于復(fù)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(dòng)強(qiáng)度 數(shù)控銑床對(duì)零件加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的。操作者除了操作鍵盤(pán)、裝卸工件和中間測(cè)量及觀察機(jī)床運(yùn)行外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性操作，可大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 由于數(shù)控銑床具有以上獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)控銑床已成為機(jī)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(fù)雜，對(duì)編程人員的素質(zhì)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(jià)格昂貴，如編程操作不慎，萬(wàn)一發(fā)生碰撞，其后果不勘設(shè)想。為此，必須重視編程操作人員的培訓(xùn)。1.2.3數(shù)控銑床的組成數(shù)控銑床于一般的數(shù)控機(jī)床一樣，是由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體組成。下圖實(shí)線所示為開(kāi)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(jī)床的加工精度，在上述系統(tǒng)中再加入一個(gè)測(cè)量裝置（即上途中的虛線部分），這樣就構(gòu)成了閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床框圖。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程是這樣的：將控制機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的位移量、位移速度、位移方向、位移軌跡等參量通過(guò)控制介質(zhì)輸入給機(jī)床數(shù)控裝置，數(shù)控裝置根據(jù)這些參量指令計(jì)算得出進(jìn)給脈沖序列（包含有上述4個(gè)參量），然后經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)換放大，最后控制工作臺(tái)按所要求的速度、軌跡、方向和距離移動(dòng)。若為閉環(huán)系統(tǒng)，則在輸入指令值得同時(shí)，反饋檢測(cè)機(jī)床工作臺(tái)的事跡位移值，反饋量與輸入量在數(shù)控裝置中進(jìn)行比較，若有差值，說(shuō)明二者兼有誤差，則屬控裝置機(jī)床向著消除誤差的方向運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)將各組成部分簡(jiǎn)述如下。（1） 控制介質(zhì)

31、數(shù)控銑床工作時(shí)，不需要工人去搖動(dòng)手柄操作機(jī)床，但又要自動(dòng)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(chēng)為控制介質(zhì)（或稱(chēng)程序介質(zhì)、輸入介質(zhì)、信息載體）。在普通機(jī)床上零件加工時(shí)，由工人按圖紙和工藝要求進(jìn)行加工。在數(shù)控銑床商加工時(shí)，則要把加工零件所需的全部動(dòng)作及刀具相對(duì)于工件的位置等內(nèi)容，用數(shù)控裝置所能接受的數(shù)字文字代碼來(lái)表示，并把這些代碼儲(chǔ)存在控制介質(zhì)上?？刂平橘|(zhì)可以是川孔帶，也可以是穿孔卡、磁帶、磁盤(pán)或其他可以?xún)?chǔ)存代碼的載體。至于采用哪一種，則取決于數(shù)控裝置的類(lèi)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(zhì)。（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(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成。數(shù)控裝置接受輸入介質(zhì)的信息，并將其代碼加以識(shí)別、儲(chǔ)存、運(yùn)算，輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)床動(dòng)作。在計(jì)算機(jī)數(shù)控銑床中，由于計(jì)算機(jī)本身即含有運(yùn)算器、控制器等上述單元，因此其數(shù)控裝置的作用由一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。（3） 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床一動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使工作太（或溜板）精確定位或按照規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(zhì)量和生產(chǎn)率的主要因素之一。相對(duì)于每個(gè)脈沖，機(jī)床一動(dòng)部件的位移量叫做脈沖當(dāng)量（

33、用 來(lái)表示）。常用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖、0.005mm/買(mǎi)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(qū)動(dòng)元件有功率步進(jìn)電機(jī)、電脈沖馬達(dá)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。（4） 機(jī)床本體 機(jī)床主機(jī)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(tái)、主軸箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架等機(jī)械部件。它是在數(shù)控銑床上自動(dòng)完成各種切削加工的機(jī)械部件。數(shù)控銑床中的機(jī)床本體，在開(kāi)始階段使用通用機(jī)床，只是在自動(dòng)變速、刀架或工作臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)位和手柄等方面做些改變。實(shí)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(dòng)控制，在加工中不能像在普通機(jī)床上那樣可以雖由人工進(jìn)

34、行干涉。所以其設(shè)計(jì)要求比通用機(jī)床更為嚴(yán)格，制造要求更精密。因而在后來(lái)的數(shù)控設(shè)計(jì)時(shí)，采用了許多新的加強(qiáng)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(dòng)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(yù)先根據(jù)被加工零件的要求，確定零件加工工藝過(guò)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(dāng)?shù)姆绞綄⒋思庸こ绦蜉斎氲綌?shù)控裝置中。此時(shí)，即可啟動(dòng)機(jī)床運(yùn)行數(shù)控加工程序。在運(yùn)行數(shù)控加工程序的過(guò)程中，數(shù)控裝置會(huì)根據(jù)數(shù)控加工程序的內(nèi)容，發(fā)出各

35、種控制命令，如啟動(dòng)主軸電機(jī)、打開(kāi)冷卻液，并進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算，同時(shí)向特殊的執(zhí)行單元發(fā)出數(shù)字位移脈沖并進(jìn)行進(jìn)給速度控制，正常情況下可直到程序運(yùn)行結(jié)束，零件加工完畢為止。具體而言，數(shù)控銑床的工作過(guò)程，即加工零件的過(guò)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(guò)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(shù)要求等，制定工件加工的工藝過(guò)程，刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡、切削參數(shù)及輔助動(dòng)作順序等，進(jìn)行零件加工的程序設(shè)計(jì)。 （2） 用規(guī)定的代碼和程序格式編寫(xiě)零件加工程序單。 （3） 按照程序單上的代碼編作控制介質(zhì)。 （4） 通過(guò)輸入裝置把加工程序輸入給數(shù)控裝置。 （5） 啟動(dòng)機(jī)床

36、后，數(shù)控裝置根據(jù)輸入的信息進(jìn)行一系列的運(yùn)算和控制處理，將結(jié)果以脈沖形式送往機(jī)床的伺服系統(tǒng)（如步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等）。 （6） 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件，使機(jī)床按程序預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而加工出合格的零件。 1.3本設(shè)計(jì)的內(nèi)容、特點(diǎn)本文設(shè)計(jì)的題目為：普通銑床的數(shù)控化改造，故名四億就是在機(jī)床上增加微型控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對(duì)性強(qiáng)，時(shí)間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問(wèn)題，生產(chǎn)率提高。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要就是對(duì)普通銑床的工作臺(tái)改造，在原有的傳動(dòng)的基礎(chǔ)上采用伺服電機(jī)控制的傳動(dòng)系統(tǒng)。提高機(jī)床的定位的精度和重復(fù)定

37、位精度，使之達(dá)到定位精度0.01mm,重復(fù)定位精度達(dá)到0.001mm進(jìn)給速度達(dá)到14000mm/min,快移速度達(dá)到=10m/min.機(jī)床由底座、中間滑臺(tái)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)四部分組成，本設(shè)計(jì)主要是對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用了直流伺服電機(jī)，直接帶動(dòng)絲杠，絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。其主要特點(diǎn)是：采用伺服系統(tǒng)，使直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。采用半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分遠(yuǎn)見(jiàn)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(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。在將角位移

38、檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電動(dòng)機(jī)做成一個(gè)整體是則無(wú)需考慮位置檢測(cè)的安裝問(wèn)題。所以不僅使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單化，從而提高了機(jī)床的精度問(wèn)題，擴(kuò)大了加工范圍，并且可以進(jìn)行曲面加工。1.4 本設(shè)計(jì)的控制方式采用半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有位移檢測(cè)裝置，通過(guò)檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角，間接檢測(cè)移動(dòng)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(jìn)行比較，用比較厚的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)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(dòng)部件的傳動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)不包括在閉環(huán)之內(nèi)，所以傳動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的誤差仍然會(huì)影響移動(dòng)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(shè)計(jì)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)改造為微機(jī)控制?？傁脒M(jìn)給系統(tǒng)需作以下改動(dòng)：獎(jiǎng)勵(lì)和崎脫開(kāi)，去掉手輪，將首輪直接與直流電機(jī)相連，由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱向工作臺(tái)；工作臺(tái)由原來(lái)的手輪進(jìn)給，現(xiàn)改為由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，z向也如此，并自行設(shè)計(jì)滾珠絲杠副等元件。這里只敘述他它的傳動(dòng)方案：電動(dòng)機(jī)減速機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副工作臺(tái)移動(dòng)。其明顯的特點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)作為一體。數(shù)控部分采用8255的單片機(jī)，cpu上帶的兩片rom，外接2764（rprom）等擴(kuò)展成的微機(jī)控制系統(tǒng)。圖1.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(cè)中

40、查得伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為1000r/min獲1500r/min。如果伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠直接連接。即,工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到=10m/min，取電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速:所以取=10mm根據(jù)精度要求數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量為mm/脈沖，伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)達(dá)到伺服系統(tǒng)中常用的位置反饋器有旋轉(zhuǎn)變壓器和脈沖編碼器。旋轉(zhuǎn)變壓器的分解精度為每轉(zhuǎn)2000個(gè)脈沖，如果采用旋轉(zhuǎn)變壓器方案，則在伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)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(shí)，因脈沖編碼器有每轉(zhuǎn)2000個(gè)、2500個(gè)、5000個(gè)脈沖等數(shù)種產(chǎn)品，故編碼器后應(yīng)加倍頻器。如選用每轉(zhuǎn)2500個(gè)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(zhuǎn)變壓器相配套的可采用測(cè)速發(fā)電機(jī)。其性能為電機(jī)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(zhuǎn)換器（f/v）。其轉(zhuǎn)換比例為每分鐘個(gè)脈沖，輸出電壓（如6v）。本設(shè)計(jì)伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖為個(gè)，故轉(zhuǎn)換比例仍為6（v）/1000（r/min）.下圖為上述兩種方案的傳動(dòng)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(shè)計(jì)采用圖（b）方案。圖2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)圖1旋轉(zhuǎn)變壓器；2測(cè)速發(fā)電機(jī)；3伺服電機(jī)；4撓性連周期；5滾珠絲杠；6工作臺(tái)；7頻率/電壓轉(zhuǎn)換器；8倍頻器；9脈沖編碼器；2.2 滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)與原理由于本系統(tǒng)要求達(dá)到的定位

42、精度，根據(jù)此要求，查閱滾珠絲杠手冊(cè)。p型是用于精確定位且能夠根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程間接測(cè)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(cè)量由與滾珠絲杠副的旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程無(wú)關(guān)的測(cè)量裝置來(lái)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(jí)，z軸的絲杠精度為4、5級(jí)，所以本設(shè)計(jì)選用4級(jí)?？劂姶采系玫搅藦V泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)特以減少摩擦。圖2.2滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，它們對(duì)合起來(lái)就形成了螺旋滾道。在滾道內(nèi)裝有滾珠，當(dāng)絲杠與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺旋槽向前滾動(dòng)，在絲杠上滾過(guò)數(shù)圈以后通過(guò)回程引導(dǎo)裝置，逐個(gè)地又滾回到絲杠與螺母之間，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的

43、回路。2.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流伺服電機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速特性，可以方便地在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，故多用在對(duì)伺服電機(jī)的調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)設(shè)備中。直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括以下三大部分。（1） 定子 定子磁極磁場(chǎng)由釘子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式，直流伺服電機(jī)可分為永磁式和他勵(lì)事。本設(shè)計(jì)采用用此事。（2） 轉(zhuǎn)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(shí)，在釘子磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生帶動(dòng)夫在旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。（3） 電刷與換向片 為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻地連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷域外價(jià)直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相連。 第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算已知參數(shù)： 工作臺(tái)

44、重量 40kg 工件最大重量 100kg 機(jī)床定位精度 機(jī)床重復(fù)定位精度 工作臺(tái)進(jìn)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(tái)為 500500 3.1力能參數(shù)的計(jì)算3.1.1滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)1、主切削力計(jì)算：在以工作壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按實(shí)際加工過(guò)程平均銑削條件為準(zhǔn)，因此取=2.5mm, =0.2mm/齒，=70mm,z=4, =50mm,對(duì)圓柱高速銑刀，=68.2，則=5855（n）對(duì)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(bǔ)平面內(nèi)合力f=6616(n)在一周的切削過(guò)程中取平均切削力為 =f=6.616=4.14（kn）工作時(shí)的周向壓力為 對(duì)于三角形形導(dǎo)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(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)滾珠絲杠的計(jì)算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。絲杠的最大載荷，當(dāng)切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進(jìn)給力=2.225kn，工作臺(tái)加工件的質(zhì)量m=140kg，導(dǎo)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(zhuǎn)速為1500r/min,工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min,可取為0，則平均轉(zhuǎn)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(gè)單位 n絲杠轉(zhuǎn)速 r/min t絲杠使用壽命，對(duì)數(shù)控機(jī)床可取t=15000h計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷為=49（kn）式中 載荷性質(zhì)系數(shù)，無(wú)沖擊11.2，一般情況取1.21.5，有較大沖擊振動(dòng)時(shí)取1.52.5。本設(shè)

47、計(jì)=1.5精度影響系數(shù)，對(duì)于4、5級(jí)滾珠絲杠取=0.9。查表12113，由此確定滾珠絲杠副的型號(hào)和尺寸為內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式反向器ffz5020，絲杠底徑42.8mm名義直徑d=50,額定動(dòng)載荷=49kn，符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度=1138 n/m.預(yù)緊力=/4=49/4=12.3kn，只要軸向載荷值不達(dá)到或不超過(guò)預(yù)緊力的3倍，就 不必對(duì)預(yù)緊力提出額外的要求。本設(shè)計(jì)中絲杠最大載荷為 =2.36kn遠(yuǎn)小于3。3、主傳動(dòng)系統(tǒng)的滾珠絲杠的計(jì)算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。絲杠的最大載荷，當(dāng)切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進(jìn)給力=2.225kn，工作臺(tái)加工件

48、的質(zhì)量m=140kg，導(dǎo)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(zhuǎn)速為1500r/min,工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min,可取為0，則平均轉(zhuǎn)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(gè)單位 n絲杠轉(zhuǎn)速 r/min t絲杠使用壽命，對(duì)數(shù)控機(jī)床可取t=15000h計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷為=58（kn）式中 載荷性質(zhì)系數(shù)，無(wú)沖擊11.2，一般情況取1.21.5，有較大沖擊振動(dòng)時(shí)取1.52.5。本設(shè)計(jì)=1.5精度影響系數(shù)，對(duì)于4、5級(jí)滾珠絲杠取=0.9。查表12113，由此確定滾珠絲杠副的型號(hào)和尺寸為內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式反向器ffz50204，絲杠底徑42.8mm名義直徑d=50,額定動(dòng)載荷=58kn ,，符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度=1476 n/m.預(yù)緊力=/4=60/4=15kn，只要軸向載荷值不達(dá)到或不超過(guò)預(yù)緊力的3倍，就 不必對(duì)預(yù)緊力提出額外的要求。本設(shè)計(jì)中絲杠最大載荷為=2.42kn遠(yuǎn)小于3。4、滾珠絲杠支承的選擇本設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端固