CA6150車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯 摘 要 本文介紹普通車床的數(shù)控化改造，重點(diǎn)介紹機(jī)床數(shù)控化改造方案的確定，基本步驟，目的，經(jīng)濟(jì)合理性，機(jī)床數(shù)控化改造計(jì)算（各種設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，機(jī)械部分和電氣部分）。 關(guān)鍵詞：普通機(jī)床；數(shù)控化改造；傳動(dòng)裝置；伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；零件加工；編程。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 2 - of to to a to to to he to a to he a 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 3 - 目錄 第一章 緒論 - 4 - 數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢(shì) - 4 - 第二章 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) - 9 - 一 總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容 - 9 - 二 總體方案確定 - 9 - 第三章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 - 11 - 一 選擇脈沖當(dāng)量 - 11 - 二 計(jì)算切削力 - 11 - 三 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 - 12 - 四 齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 - 21 - 五 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 - 22 - 第四章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) - 27 - 一 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綱要 - 27 - 一 硬件電路設(shè)計(jì) - 27 - 二 軟件電路設(shè)計(jì) - 28 - 二 8031 單片機(jī)及其擴(kuò)展 - 28 - 一 8031 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 - 28 - 二 8031 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展 - 29 - 三 存儲(chǔ)器擴(kuò)展 - 31 - 四 I/O 口的擴(kuò)展 - 32 - 三 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 - 33 - 一 脈沖分配器（環(huán)行分配器） - 33 - 二 光電隔離電路 - 34 - 三 功率放大器 - 34 - 四 其他輔助電路 - 35 - 四 數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) - 36 - 一 軟件脈沖分配器 - 36 - 二 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)程序 - 38 - 三 步進(jìn)電機(jī)升降速軟件設(shè)計(jì) - 39 - 第五章 數(shù)控機(jī)床零件加工程序 - 41 - 第六章 總結(jié)與展望 - 42 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 4 - 第一章 緒論 數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢(shì)及我國(guó)數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上討論了在我國(guó)加入 對(duì)外開(kāi)放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(guó)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(guó)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)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò) “各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn) ”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控 技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在 “高精尖 ”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域： (1)機(jī)械制造技術(shù)； (2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)； (3)自動(dòng)控制技術(shù)； (4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)； (5)傳感器技術(shù)； (6)軟件技術(shù)等。 1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（ 車、輕工、 意料等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字 化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有 以下幾個(gè)方面 1 4。 1 1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（ 其確定為 21世紀(jì)的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30 萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒 /輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料 “掏空 ”的方法來(lái)制買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 5 - 造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 從 會(huì)情況來(lái)看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/至更高，空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/右。目前世界上許多汽車廠，包括我國(guó)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。美國(guó)司的 床進(jìn)給速度最大達(dá) 60m/速為 100m/速度 達(dá) 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 60 000r/工一薄壁飛機(jī)零件，只用 30同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加工需 8h；德國(guó) 司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12*!000r/ 1g。 在加工精度方面，近 10 年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10m 提高到5m，精密級(jí)加工中心則從 3 5m，提高到 1 且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí) ( 在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的 已達(dá) 6 000h 以上，伺服系統(tǒng)的 0000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之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。 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(duì)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，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為， 1 臺(tái) 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于 2臺(tái) 3 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)， 5 軸聯(lián)動(dòng)加工可比 3 軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過(guò)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(jiǎn)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。 在 會(huì)上，新日本工機(jī)的 5 面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn) 4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國(guó) 司展出 列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動(dòng)加工，可由 統(tǒng)控制或 能化、開(kāi)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(shì) 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(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(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(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、 智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 6 - 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問(wèn)題。目前許多國(guó)家對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國(guó)的 歐共體的 日本的 中國(guó)的 。數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)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(kāi)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(kāi)放式數(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(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控 系統(tǒng)功能軟件開(kāi)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(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(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(duì)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。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在 中，日本山崎馬扎克（ 司展出的 “智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱 日本大隈（ 床公司展出 “IT 信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱 ；德國(guó)西門子 (司展出的 放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱 ，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(shì)。 視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)規(guī)范 如前所述，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國(guó)、歐共體和日本等國(guó)紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(研究和制定，世界 3 個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了 幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來(lái)臨。我國(guó)在 2000 年也開(kāi)始進(jìn)行中國(guó)的 控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于 準(zhǔn)，即采用 G， M 代碼描述如何（ 工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的 統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 其目的是提供一種不依賴于 具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。 出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先， 出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中， 工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下， 序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次， 控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約 75）、加工程序編制時(shí)間（約 35）和加工時(shí)間（ 約 50）。 目前，歐美國(guó)家非常重視 研究，歐洲發(fā)起了 劃(參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來(lái)自歐洲和日本的 20 個(gè)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 7 - 戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國(guó)的 司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開(kāi)發(fā)者，他已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型 (其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過(guò)程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 及歐洲 控 系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。 2 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì) 我國(guó)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 3 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(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國(guó)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(guó)產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開(kāi)放和國(guó)家的重視，以及研究開(kāi)發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)以及在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了 長(zhǎng)足的進(jìn)步。第三階段是在國(guó)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。在此階段，我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在 “九五 ”末期，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá) 50，配國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達(dá)到了 10。 縱觀我國(guó)數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過(guò) 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān)，總體來(lái)看取得了以下成績(jī)。 本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。我國(guó)現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商 品化開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。 攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。 發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍。 雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)高端數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方 面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國(guó)的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國(guó)外對(duì)比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢(shì)。從國(guó)際上來(lái)看，對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì)大致如下。 國(guó)外先進(jìn)水平大約落后 10 15 年，在高精尖技術(shù)方面則更大。 場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小，還沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對(duì)差；可靠性不高，商品化程度不足；國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng) 尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。 競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)、工程化能力較弱；數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng)；相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后。 分析存在上述差距的主要原因有以下幾個(gè)方面。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足；對(duì)市場(chǎng)的不規(guī)范、國(guó)外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足；對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。 技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 8 - 角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的 時(shí)候少；沒(méi)有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。 良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。 業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。 3 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 略考慮 我國(guó)是制造大國(guó)，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，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在 新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步 “空芯 ”。我們以資源、環(huán)境、市場(chǎng)為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國(guó)際 “加工中心 ”和 “組裝中心 ”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。 我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，首先從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)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，而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定；其次從國(guó)防安全看，西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對(duì)我國(guó)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。 展策略 從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā)，以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)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(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)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(kāi)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(chǎng)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、典型數(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(wèn)題。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 9 - 第二章 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 一 總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容 接到一個(gè)數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)以后，必須首先擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖，才能決定各種設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，然后再分別對(duì)機(jī)械部分和電氣部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定包括以下內(nèi)容：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方 式的確定，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。 一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出數(shù)個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析、比較和論證，最后確定一個(gè)可行的總體方案。 一、 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。 二、 控制方式的選擇 系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號(hào)的流程是單向的，也正是由于信號(hào)的單向流程，它對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件的實(shí)際位置不做檢測(cè)，所以機(jī)床加工精度要求不太高，其精度主要取決于伺服 系統(tǒng)的性能。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這類機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試和維修都比較簡(jiǎn)單。 二 總體方案確定 （ 1）、系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床應(yīng)具備定位，直線插補(bǔ)，順、逆圓弧插補(bǔ)，暫停，循環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]達(dá)到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 2）、數(shù)控系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求，采用 8 位微機(jī)。由于 列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾性強(qiáng)，具有很高的 性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用 列的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。 （ 3）、機(jī)械傳動(dòng)方式 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿，為保證一定買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 10 - 的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒輪間隙的結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)總體方案框圖如下： 圖 1 系統(tǒng)總體方案框圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 11 - 第三章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 一 選擇脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、銑床常采用的脈沖當(dāng)量是 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量： 縱向： 橫向： 徑 ) 二 計(jì)算切削力 用車床經(jīng)驗(yàn)公式 式中 橫切端面時(shí)主切削力 可取縱切時(shí) 1/2。 求出主切削里 后再按以下比例分別求出分力 ： 中 走刀方向的切削力（ N）； 垂直走刀方向的切削力（ N）。 下圖為縱切和橫切時(shí)切削力的示意圖。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 12 - 圖 2 縱切和橫切時(shí)切削力的示意圖 1、 縱車外圓 主切削力 N)按經(jīng)驗(yàn) 公式估計(jì)算： （ N） 按切削力各分力比例： ： x 1 8 7 2 . 7 1 9 1 （ N） 9 9 6 . 3 3 9 1 （ N） 2、 橫切端面 主切削力 （ N）可取縱切的 1/2。 37 45. 421F 21 s （ N） 9 3 6 . 3 4 （ N） 1 4 9 8 . 1 6 4 5 （ N） 三 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 （一） 縱向進(jìn)給絲杠 1、 計(jì)算進(jìn)給軸向力 N） 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 13 - 縱向進(jìn)給這里為三角形導(dǎo)軌： ( 式中 K：指顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 K= f ：指滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)取 間的值； G：指流板及刀架重力， G=1100N。 則 3 6 1 4 . 0 5 2) （ N） 2、 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 Q 考慮滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中沖擊擾動(dòng)對(duì)壽命的影響，則最大動(dòng)負(fù)載 Q 的計(jì)算公式為： 61060 式中 0L：指滾珠絲杠導(dǎo)程，初選0L=8； n：指絲杠轉(zhuǎn)速， （ r/ 最大切削力條件下的進(jìn)給速度（ m/,可取最高進(jìn)給速度的 1/21/3，此處取 T ：指使用壽命時(shí)間（ h） ,對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 T=15000h.。 L：指壽命，以 106 轉(zhuǎn)為一單位； 運(yùn)動(dòng)系數(shù) ，見(jiàn) 表 1， 選 表 1 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 般運(yùn)轉(zhuǎn) 沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) n 3 7 0 01 0 0 00 Lv s ( r/L 0 0 Q 15 18 3. 17 4836 14 . 05 N） 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 14 - 3、 滾珠絲杠螺母副的選型 從手冊(cè)或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找到相應(yīng)的動(dòng)負(fù)載 C 的 滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時(shí)應(yīng)滿足 Q C 的條件。 查表：可采用 5008 外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副， 1 列，其額定動(dòng)負(fù)載為 23400N，符合 Q C 的條件。精度等級(jí)按表 2，選為 1 級(jí)。 106 2 滾珠絲杠行程公差 項(xiàng) 目 符 號(hào) 有效行程 精度等 級(jí) 1 2 3 4 5 目標(biāo)行程公差 315 6 8 12 16 23 315400 7 9 13 18 25 400500 8 10 15 20 27 500630 9 11 16 22 30 行程變動(dòng)量公差 315 6 8 12 16 23 315400 6 8 12 17 25 400500 7 10 13 19 26 500630 7 11 14 21 29 任意 300 行程變動(dòng)量 V 6 8 12 16 23 2 弧度內(nèi)行程變動(dòng)量 V p 2 4 5 6 7 8 4、傳動(dòng)效率計(jì)算 )( tg ：指螺旋升角， =2 55 ：指摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) ,03.0f 其摩擦角 ，約等于 01 。 則 155 2(55 2)( 5、剛度驗(yàn)算 先畫(huà)出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如圖 3 所示，最大軸向力為 ，支承間距 L=1500絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1/3。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 15 - 圖 3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 計(jì)算如下： （ 1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 （ ， E N/材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼來(lái)說(shuō)是等于這個(gè)值 )， 500 D R= e= 20 ( A 1 6 0 3 . . 4 2 2d( 221 (（ A 指滾珠絲杠按內(nèi)徑定的 截面積） 絲杠導(dǎo)程 540 0 1 4 FL m 總長(zhǎng)度 L=1500杠上的變形量 1 ，由于兩端均采用推力球軸承，則值： 1 312115008 (2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2 （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 16 - 由 61.4 承載滾珠數(shù)量 Z Z 列數(shù)圈數(shù) 列數(shù)圈數(shù) 由于滾珠絲杠副施加預(yù)應(yīng)力，且預(yù)應(yīng)力 ，則變形 2 = 4 4 7 1 （ (3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變3（ 這里采用有預(yù)緊時(shí)的推力球軸承則 3 243 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中表 6用 51109 型推力球軸承，其 d=45滾動(dòng)體直徑 滾動(dòng)體數(shù)量 Z=22， 3 243 3 243/ 1 1 （ 則定位誤差 0 0321 333 1 0 3 =定定位精度 ) 6、穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端采用推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需作穩(wěn)定性校核。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 17 - （二） 橫向進(jìn)給絲杠 1、 計(jì)算進(jìn)給軸向力向?qū)к墳檠辔残危?jì)算如下： 2( 由于是燕尾形導(dǎo)軌式中： K=f = 2 7 5 9)5 0 01 6 9 824 1 4 5( 、計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 Q n 0 01 0 0 00 L v s ( r/L 5 00 025601060 66 N） 查表：可采用 2506 外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副， 1 列，其額定動(dòng)負(fù)載為 13100N，符合 Q C 的條件。精度等級(jí)按表 2 滾珠絲杠行程公差表，選為 1 級(jí)。 106 、傳動(dòng)效率計(jì)算 122 4( 22 4)( tg 5、剛度驗(yàn)算 橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖 4 所示，最大軸向力為 2759N， 支承間距 L=550因絲杠長(zhǎng)度較短，不需要預(yù)緊。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 18 - 圖 4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 計(jì)算如下： (1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 （ 根據(jù) 2759 5 E N/ R= e= 20 2 0 . 9 8 3 ( A 3 4 5 . 8 3 4 2d( 221 ( 08 3 7 5 9 m （ (2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2 （ 對(duì)滾珠絲杠副施加預(yù)緊力 F 為軸向負(fù)載的 1/3。 由 969.3 載滾珠數(shù)量 Z Z 列數(shù)圈數(shù) 列數(shù)圈數(shù) 2 =紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 19 - 3 （ (3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變3（ 這里采用有預(yù)緊時(shí)的推力球軸承則 3 243 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中表 6用 51104 型推力球軸承，其 d=20滾動(dòng)體直徑 滾動(dòng)體數(shù)量 Z=14， 3 243 3 243/2 7 5 5 （ 則定位誤差 0 0321 333 =顯然變形量已大于規(guī)定的定位精度（ ），應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改，因橫向溜板空間限制，不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌來(lái)減少摩擦力，從而減少軸向力，采用貼塑導(dǎo)軌 f =重新計(jì)算如下： 2( ) 1528 N Q 5 6 0 61 5 2 N） 由此可知：滾珠絲杠螺母副和軸承的型號(hào)可不改變。 此時(shí)的變形量為： 08 3 5 2 8 m （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 - 20 - 2 = 1 （ 3 243 3 243/1 5 2 2 （ 定位誤差 0 0321 333 定定位精度 ) 6、穩(wěn)定性校核 臨界負(fù)載比稱為穩(wěn)定性系數(shù)果 則壓桿穩(wěn)定， 般 。 計(jì)算臨界負(fù)載N）：22)( 式中 E：指絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼 E （ N/； J：指截面慣性矩（