數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)cy

1、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))論文題目 基于FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床縱向傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （英 文） Based on the FANUC system of CNC lathe machine longitudinal feed system design 摘要本文主要研究了經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床的縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其改造。本文對(duì)數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造方案進(jìn)行了重點(diǎn)論述對(duì)該機(jī)構(gòu)的主要組成部件:滾珠絲杠副、交流伺服電機(jī)、聯(lián)軸器等進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算與選型。其中對(duì)滾珠絲杠副、交流伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型作了詳細(xì)論述。進(jìn)行這一設(shè)計(jì)主要是為了進(jìn)一步地提高數(shù)控車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的定位精度，重復(fù)定位精度以及

2、改造手動(dòng)進(jìn)給裝置，以使其能夠可靠地運(yùn)行，且能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求,達(dá)到預(yù)期的結(jié)果,即滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。最后, 本文還對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì),并繪制了全部零件圖以及該數(shù)控車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配圖。此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,可應(yīng)用于相似的各類數(shù)控車床上。關(guān)鍵詞: 數(shù)控車床；進(jìn)給系統(tǒng)；潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)AbstractThis article mainly told the research, the designing and transformation on the longitudinal motion system and track lubrication mechanism of economic

3、medium precision NC machine. The article made a brilliant exposition on the designing and transformation scheme of the longitudinal motion system and track lubrication mechanism of NC machine. The article also exposed brilliantly the mechanisms mail parts: the ball-race bearing, the servo-electric m

4、achine, the coupling and so on. Doing the design is for the sake of improving the site precision, duplicate site precision and transformating the Longitudinal motion system .So it can work credibility, meet the request of every property norm, come to the expected consequence, and fulfill the require

5、 of design assignment list. Besides, the author has designed and drawed all of mechanism parts, and also drawed the assemble chart. This mechanism is simple and reliable, it can apply to every similar NC machine. Key words: NC machine;Longitudinal motion system;Track lubrication mecham目錄1 緒論11.1 數(shù)控設(shè)

6、備與技術(shù)現(xiàn)狀11.1.1 數(shù)控設(shè)備11.1.2 數(shù)控技術(shù)11.1.3 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21.2 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況21.2.1 數(shù)控機(jī)床的一般原理31.2.2 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類61.2.3 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)71.2.4 國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析81.2.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測(cè)92 總體方案設(shè)計(jì)102.1總體設(shè)計(jì)方案論證102.2總體設(shè)計(jì)方案確定123 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算133.1 EL6140n基本參數(shù)133.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算133.2.1 縱向滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算133.2.2 滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn)223.2.3交流伺服電機(jī)的計(jì)算與選用273.2.4

7、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析303.2.5機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析313.2.6確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)314 縱向進(jìn)給系統(tǒng)電氣控制設(shè)計(jì)334.1 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)334.1.1 機(jī)床進(jìn)給伺系統(tǒng)的概述334.1.2 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇與控制原理345 使用說明書365.1 機(jī)床的使用和說明365.2 機(jī)床的保養(yǎng)和維護(hù)365.3 機(jī)床重要零部件的維護(hù)和保養(yǎng)365.4 其他36總結(jié)38致 謝39參 考 文 獻(xiàn)4031 緒論1.1 數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀1.1.1 數(shù)控設(shè)備近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)

8、控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國(guó)的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長(zhǎng)27.3%。近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)

9、床等，出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。1.1.2 數(shù)控技術(shù)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)說過“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)，有什么勞動(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)廣泛采用的數(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

10、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。1.1.3 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的

11、戰(zhàn)略思考一 、戰(zhàn)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

12、質(zhì)，多我國(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。二 、發(fā)展戰(zhàn)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)控技術(shù)、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

13、附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、買得掉”為目標(biāo)，按國(guó)家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國(guó)家之急需。在競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。1.2 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況1949年，美國(guó)帕森公司與美國(guó)空軍合作，研制了一種計(jì)算裝置，用于滿足日益復(fù)雜的飛機(jī)葉片的自動(dòng)加工，于是，帕森公司首先提出了機(jī)床數(shù)字控制的概念。在半個(gè)

14、世紀(jì)里，數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了電子管數(shù)控系統(tǒng)、晶體管數(shù)控系統(tǒng)、集成電路數(shù)控系統(tǒng)到微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）四個(gè)階段?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的機(jī)床控制新技術(shù)，它綜合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的核心。而采用數(shù)控技術(shù)的典型產(chǎn)品數(shù)控機(jī)床是機(jī)電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，是汽車、石化、電子等支柱產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要手段。從20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在引進(jìn)、消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的開發(fā)工作，到1995年底，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的可供品種已超過300種，其中數(shù)控車床占40%以上。1.2.1 數(shù)控機(jī)床的一般原理一 、數(shù)字控制的基

15、本概念數(shù)字控制（Numerical ControlNC），簡(jiǎn)稱為數(shù)控，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。數(shù)字控制是相對(duì)于模擬控制而言的，數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量，而模擬控制系統(tǒng)中的控制量是模擬量。數(shù)字控制與模擬控制相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如可用不同的字長(zhǎng)表示不同精度的信息，可對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算等復(fù)雜的信息處理工作，特別是可用軟件來(lái)改變信息處理的方式或過程，而不用改動(dòng)電路或機(jī)械機(jī)構(gòu)，從而使機(jī)械設(shè)備具有很大的“柔性”。因此數(shù)字控制已被廣泛用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡控制和機(jī)械系統(tǒng)的開關(guān)量控制，如機(jī)床的控制、機(jī)器人的控制等。數(shù)字控制的對(duì)象是多種多樣的，但數(shù)控機(jī)床是

16、最早應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的控制對(duì)象，也是最典型的數(shù)控化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國(guó)際信息處理聯(lián)盟（International Federation of Information ProcessingIFIP）第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其它符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。定義中所提的程序控制系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)輸入載體上事先給定數(shù)字量，并將其譯碼，在進(jìn)行必要的信息處理和運(yùn)算后，控制機(jī)床動(dòng)作和加工零件。最初的數(shù)

17、控系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control）簡(jiǎn)稱CNC。CNC系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)控中的命令發(fā)生器和控制器的數(shù)控系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)可完全由軟件來(lái)確定數(shù)字信息的處理過程，從而具有真正的“柔性”，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。二、 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成，如圖1-1所示 圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成1. 信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床加工一

18、個(gè)零件所必需的各種信息，如零件加工位置數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)等，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的信息載體有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等，并通過相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入，或通過竄行口將計(jì)算機(jī)上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)可能還包括一套自動(dòng)編程機(jī)或者CAD/CAM系統(tǒng)。由這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)編制程序、輸入程序、輸入數(shù)據(jù)以及顯示、模擬顯示、存儲(chǔ)和打印等功能。2. 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來(lái)的加工信息，經(jīng)計(jì)算和處理后去控制機(jī)床的動(dòng)作。它由硬件和軟件組成。硬件除計(jì)算機(jī)外，其外圍設(shè)備

19、主要包括光電閱讀機(jī)、CRT、鍵盤、棉板、機(jī)床接口等。光電閱讀機(jī)是輸入系統(tǒng)程序和零件加工程序；CRT供顯示和監(jiān)控用；鍵盤用于輸入操作命令及編輯、修改程序段，也可輸入零件加工程序；操作面板可供操作人員改變操作方式、輸入整定數(shù)據(jù)、啟停加工等；機(jī)床接口是計(jì)算機(jī)和機(jī)床之間聯(lián)系的橋梁，機(jī)床接口包括伺服驅(qū)動(dòng)接口及機(jī)床輸入/輸出接口。伺服驅(qū)動(dòng)接口主要是進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)化，以及對(duì)反饋元件的輸出進(jìn)行數(shù)字化處理并記錄，以供計(jì)算機(jī)采樣；機(jī)床輸入/輸出接口是用于處理輔助功能。軟件由管理軟件和控制軟件組成。管理軟件主要包括輸入輸出、顯示、診斷等程序；控制軟件包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等部分組成。數(shù)控裝置

20、控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為：（1）機(jī)床主運(yùn)動(dòng)，包括主軸的啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向和速度選擇等 ；（2）機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如點(diǎn)位、直線、圓弧、循環(huán)進(jìn)給的選擇，坐標(biāo)方向進(jìn)給速度的選擇等；（3）刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償（長(zhǎng)度、半徑）；（4）其它輔助運(yùn)動(dòng)，如各種輔助操作，工作臺(tái)的鎖緊和松開，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)與分度和冷卻泵的開、停等。3. 伺服系統(tǒng) 它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它接受數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。4. 機(jī)床它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，但也做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特

21、點(diǎn)是：（1）由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸和伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；（2）為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較?。唬?）更多的采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；（4）不少數(shù)控技術(shù)還采用了刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床各種效率。三、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理1.輸入 輸入給數(shù)控系統(tǒng)的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。 2.譯碼 輸入的程序段含有零件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線還是圓弧等）、要求的加工速度以及其它的輔助信息（換刀、換檔、冷卻液開關(guān)等）。計(jì)算機(jī)依靠譯碼程序來(lái)識(shí)別這些符

22、號(hào)，將加工程序翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語(yǔ)言。3.數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算是解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)的問題。加工速度的確定也是一個(gè)工藝問題。數(shù)控系統(tǒng)僅僅是保證這個(gè)編程速度的可靠實(shí)現(xiàn)。另外，輔助功能如換刀、換檔等亦在這個(gè)程序中實(shí)現(xiàn)。4.插補(bǔ) 即根據(jù)給定的曲線類型（如直線、圓弧或高次曲線）、起點(diǎn)、終點(diǎn)以及速度，在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能主要由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前主要有兩類插補(bǔ)方法：一是脈沖增量插補(bǔ)，它的特點(diǎn)是每次插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)給脈沖；二是數(shù)字增量插補(bǔ)，它的特點(diǎn)是插補(bǔ)運(yùn)算在每個(gè)插補(bǔ)周期進(jìn)行一次，根據(jù)指令進(jìn)行速度計(jì)算出一個(gè)微小的直

23、線數(shù)據(jù)段。5.伺服控制 將計(jì)算機(jī)送出的位置進(jìn)給脈沖或進(jìn)給速度指令，經(jīng)變換和放大后轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)或交、直流伺服電機(jī)）的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。6.管理程序 當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段開始插補(bǔ)時(shí)，功能程序即著手準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)段的讀入、譯碼、數(shù)據(jù)處理。即由它調(diào)用各個(gè)功能子程序，且保證一個(gè)數(shù)據(jù)段加工過程中將下一個(gè)程序段準(zhǔn)備就緒。一旦本數(shù)據(jù)段加工完成，即開始下一個(gè)數(shù)據(jù)段的插補(bǔ)加工。整個(gè)零件加工就是在這種周而復(fù)始的工程中完成。1.2.2 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，為了便于了解和研究，可以從不同的角度對(duì)其分類?？梢园此欧到y(tǒng)的控制方式，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡，數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類。一般地，按伺服系

24、統(tǒng)的控制方式進(jìn)行分類。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，按其控制原理可分為以下三類。1.開環(huán)控制系統(tǒng)（Open Loop Control System）典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-2所示，是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng)。對(duì)于數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的每一個(gè)進(jìn)給脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路放大并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距（即一個(gè)固定的角度，如1.5º），再經(jīng)減速齒輪帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，并通過絲杠螺母副傳東工作臺(tái)的移動(dòng)。可以看出工作臺(tái)的移動(dòng)量與進(jìn)給脈沖的數(shù)量成正比。顯然這種開環(huán)系統(tǒng)的精度完全依賴于步進(jìn)電機(jī)的步距精度及齒輪、絲杠的傳動(dòng)精度。它沒有測(cè)量反饋矯正措施，所以對(duì)高精度的數(shù)控機(jī)床往往不能滿足要求，但

25、開環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試容易、造價(jià)低，在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過程中占有一定的重要地位，現(xiàn)在仍普遍采用。圖1-2 開環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖 2. 半閉環(huán)控制系統(tǒng)（Semi-closed Loop Control System）如圖1-3所示，采用裝在絲杠上的角位測(cè)量絲杠或電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量間接地測(cè)量工作臺(tái)的移動(dòng)量。它的優(yōu)點(diǎn)就是不論工作臺(tái)位移的長(zhǎng)短，角位移測(cè)量元件制成可循環(huán)使用。圖1-3 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖半閉環(huán)的意思就是用絲杠（或電機(jī)軸）的轉(zhuǎn)動(dòng)量與數(shù)控裝置的命令相比較（閉環(huán)），而另一部分絲杠螺母工作臺(tái)的位移量不受閉環(huán)控制（開環(huán)），故稱為半閉環(huán)。顯然，從理論上講，半閉環(huán)的精度低于閉環(huán)，但半閉環(huán)調(diào)試方便，穩(wěn)定性好

26、，角位移的測(cè)量元件簡(jiǎn)單、價(jià)廉，所以配備傳動(dòng)精度較高的齒輪、絲杠的半閉環(huán)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。3.閉環(huán)控制系統(tǒng)（Closed Control System）如圖1-4所示，采用直線位移測(cè)量元件，測(cè)量機(jī)床移動(dòng)部件工作臺(tái)（主軸箱）的位置并將測(cè)量結(jié)果送回與數(shù)控裝置命令的移動(dòng)量相比較，二者不相等而有差值時(shí)，將此差值放大外控制伺服電機(jī)帶工作太繼續(xù)移動(dòng)；直至測(cè)量值與命令值相等差值為零或接近于零時(shí)停止移動(dòng)。從理論上講，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度取決于測(cè)量工作臺(tái)的精度，但實(shí)際上機(jī)床的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)裝置以及傳動(dòng)間隙等非線形因素都會(huì)影響精度，嚴(yán)重的還會(huì)使閉環(huán)伺服系統(tǒng)的品質(zhì)下降甚至引起振蕩。圖1-4 閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖1.2.3 國(guó)

27、內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1. 新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位例如：全長(zhǎng)33公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”期間國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其中組成列車線的2550根軌道梁是整個(gè)工程的最關(guān)鍵部分，對(duì)加工軌道梁的精度提出了相當(dāng)高的要求。前年年初，沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)機(jī)床股份有限公司中捷友誼廠以工期6個(gè)月、標(biāo)的6200萬(wàn)元在磁懸浮軌道專用數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目公開招標(biāo)中折掛，并于8月低將一次性驗(yàn)收合格的8臺(tái)數(shù)控鏜銑床組成的軌道梁生產(chǎn)線一次試車成功，目前這套銑鏜加工中心已加工出軌道梁1100根，確保了軌道梁的加工精度和速度，為實(shí)現(xiàn)今年年底試車打下了良好了基礎(chǔ)。2. 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，數(shù)控化率顯著提高20

28、01年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)28.5%。金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。3. 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破今年來(lái)通過政府的支持，數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)；煙臺(tái)第二機(jī)床附件廠開發(fā)了為數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控落地鏜銑床及數(shù)控鍛壓設(shè)備等30多個(gè)系列100多個(gè)品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。1.2.4 國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析1.國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床1998年世界機(jī)床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國(guó)進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)70%，我國(guó)為60%。目前世界數(shù)控機(jī)床

29、消費(fèi)額趨勢(shì)已從初期以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。2.國(guó)外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已為必然的趨勢(shì)和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時(shí)間的問題。從另一角度來(lái)看，目前流行的ERP即工廠信息化對(duì)于制造業(yè)來(lái)說，僅僅局限于通常的管理部門（人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷）或設(shè)計(jì)、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠、車間的最底層加工設(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)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對(duì)于面臨日益全球化競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)

30、代制造工廠來(lái)說，第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無(wú)阻。以FANUC和SIEMENS為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS232接口外，還備有以太網(wǎng)，為數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國(guó)外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷。1.2.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測(cè)1. 數(shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主普及型為主轉(zhuǎn)變據(jù)預(yù)測(cè)分析，到2006年我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率為9.5%1

31、0.36%，到2010年將達(dá)到16.5%19.27%。經(jīng)濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長(zhǎng)，高級(jí)型的需求緩慢增長(zhǎng)。2. 數(shù)控金切機(jī)床的構(gòu)成比逐漸趨于合理數(shù)控機(jī)床工序集中的加工特點(diǎn)，將使具有復(fù)合功能的高效數(shù)控機(jī)床的需求增長(zhǎng)，這將導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床擁有量和市場(chǎng)消費(fèi)量中各類數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成比不同于傳統(tǒng)的機(jī)床構(gòu)成比。3. 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用由單機(jī)向單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展目前歐、美、日等國(guó)應(yīng)用DNC已很普遍，柔性制造單元已占數(shù)控機(jī)床銷售量的30%以上。而我國(guó)FMC、FMS和FML的擁有量不足50套，相當(dāng)于日本80年代的水平，占數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額不到5%。 4. 出口前景良好1998年及前幾年我國(guó)機(jī)床工具的出口額

32、徘徊在5億美元左右，2000年上升到7.85億美元，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國(guó)出口多極化市場(chǎng)的形成和鞏固，以及我國(guó)加入WTO，今后幾年我國(guó)機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2006年出口創(chuàng)匯可達(dá)到12億美元。 2總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書及要求提出系統(tǒng)總體方案，對(duì)方案進(jìn)行分析比較和論證，并查閱有關(guān)EL6140n數(shù)控改造的資料，在老師的指導(dǎo)下，最后確定總體方案。2.1總體設(shè)計(jì)方案論證由于該設(shè)計(jì)是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，包括橫向和縱向進(jìn)給，屬經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮具體方案時(shí)，應(yīng)遵守的基本原則是:在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。本次以EL6140n型機(jī)床為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。（1）數(shù)

33、控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)(輪廓)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，EL6140n數(shù)控車床具有定位，縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能，還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工復(fù)雜輪廓零件等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）EL6140n數(shù)控臥式車床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）數(shù)控系統(tǒng)硬件電路任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。數(shù)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分是數(shù)控裝置,硬件電路

34、概括起來(lái)有以下四部分組成：(a) 中央處理單元CPU。(b) 總線。包括數(shù)據(jù)總線( DB )，地址總線( AB )和控制總線( CB )(c) 存儲(chǔ)器。包括只讀可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器。(d) I/O口，即輸入/輸出接口電路。其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)于外界進(jìn)行信息交換的橋梁?？偩€則是CPU于存儲(chǔ)器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)系的紐帶，是CPU于部分電路進(jìn)行信息交換和通信的必由之路。數(shù)據(jù)系統(tǒng)硬件框圖如下：控制系統(tǒng)采用了MCS51系列的8031單片機(jī)，8031單片機(jī)運(yùn)算速度快

35、、各種指令運(yùn)行時(shí)間短、而且有完美的多級(jí)中斷條件和內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)，且具有體積小、重量輕、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用普遍，軟件較多，其配套芯片廉價(jià)，普及性、通用性強(qiáng)，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的需求。因此采用8031單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU是非常經(jīng)濟(jì)的選擇。本次CJK6140的改造以MCS51系列單片機(jī)中的8031芯片作為中心控制系統(tǒng)。圖21 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖存儲(chǔ)器ROM RAM控制對(duì)象外設(shè)CPUI/O 接口信號(hào)變換（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O接口電路，包括能輸入加工程序和控制

36、命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。（a）光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大器后控制步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大，如果將輸出信號(hào)與功率放大器直接相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾。輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常工作，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和接口電路的損壞。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要接上隔離電路。（b）功率放大電路功率放大電路分為單電源和雙電源型。單電源線路簡(jiǎn)單，但效率不高，所以選用雙電源型。雙電源型采用高低壓供電電路。（c）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)用軟件進(jìn)行環(huán)行分配，微機(jī)通過子程序進(jìn)行環(huán)行分配，然后將步進(jìn)電機(jī)的各向繞組通

37、電狀態(tài)經(jīng)74LS373輸出，再經(jīng)過光電耦合器將此通電狀態(tài)送給各繞組的驅(qū)動(dòng)電路。將信號(hào)進(jìn)行功率放大，并采取措施使通入電機(jī)繞組的電流上升沿陡、下降沿陡，從而改善電機(jī)的矩頻特性。一般采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的組成其框圖見下圖所示： 伺服電動(dòng)機(jī)功 率放 大 器脈 沖分 配 器變 頻信 號(hào) 源指令 圖2-2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源組成及其框圖（d）強(qiáng)電控制主軸的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制，刀架控制，切削液開關(guān)，都是開關(guān)量控制。除刀架控制外，其它控制都只有輸出，沒有輸入。開關(guān)信號(hào)由8255輸出經(jīng)隔離后驅(qū)動(dòng)機(jī)床的繼電器，接觸器。 （e）輔助電路為了防止機(jī)床行程越界，所以在機(jī)

38、床上裝有行程控制開關(guān)，為防止意外。裝有急停按鍵。由于這些開關(guān)都安裝在機(jī)床上，距離控制箱較近，容易產(chǎn)生電氣干擾，為避免干擾，在電路與接口之間實(shí)行光電隔離，設(shè)報(bào)警電路，當(dāng)綠色二極管亮為正常工作狀態(tài)，紅色二極管亮?xí)r表示溜板已到極限位置。綜上所述,因?yàn)榭v向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲杠螺母副組成，它的傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。具體改造為：縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆去原機(jī)床的溜板箱、光杠與絲杠以及安裝座,配上滾珠絲杠及相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)及減速箱安裝在車床的床尾,不占據(jù)絲杠空間；橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：由于原橫向進(jìn)給空間有限,拆除原橫向絲杠換上滾珠絲杠,由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng),

39、并保留橫向原手動(dòng)機(jī)構(gòu),步進(jìn)電機(jī)和減速箱安裝在機(jī)床后側(cè)。2.2總體設(shè)計(jì)方案確定總體設(shè)計(jì)方案論證后，確定EL6140n型經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造的總體方案。EL6140n車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床功能，即手動(dòng)變速。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng).由MCS51系列的8031單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在由I/O接口電路輸出步進(jìn)電機(jī)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。開環(huán)系統(tǒng)原理如下： 工作人員按加工圖紙1，編寫數(shù)控加工程序單2，然后將規(guī)定的程序命令用手工直接3或用計(jì)算器4經(jīng)磁帶5記錄，輸入車床控制計(jì)算器6。自6發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器7。驅(qū)動(dòng)X向及Z向的兩

40、個(gè)步進(jìn)電機(jī)8、9，在經(jīng)變速箱10及11，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使托板按程序命令動(dòng)作。3 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算3.1EL6140n基本參數(shù)參照普通車床參數(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1582-79及金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，參考大連機(jī)床廠生產(chǎn)的EL6140n車床及武漢第三機(jī)床廠的EL6140n為準(zhǔn)，選擇設(shè)計(jì)基本技術(shù)參數(shù)： 最大工件回轉(zhuǎn)直徑 400mm（床身上） 最大車削直徑 400mm(刀架上) 最大工件長(zhǎng)度 1000mm 主 軸 轉(zhuǎn) 速 401600r/min 主軸通孔直徑 52mm 主軸錐孔 6°（莫氏） 快移速度 5m分(Z向)2.5 m分（x向） 絲 杠 螺 距 10mm(Z向) 5mm（x向

41、） 主 功 率 7.5Kw 主電機(jī)轉(zhuǎn)速 400rmin 外形尺寸 2680*1150*1400 工作臺(tái)重量+工件重量 650kg 工況參考：運(yùn)轉(zhuǎn)方式軸向載荷Fa=F+Fw （N）進(jìn)給速度(mm/min)工作時(shí)間比例無(wú)切削F1=650V1=4000q1=15輕切削F2=1300V2=1000q2=25普通切削F3=2000V3=600q3=50重切削F4=3600V4=120q4=10Fa -軸向載荷（N） F -切削阻力（N） Fw -摩擦阻力（N）I=6 (電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比) Fw=×W ×g = 0.1×2041×9.8 2000 N(摩擦阻力)

42、3.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1 縱向滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）滾珠絲杠副的載荷計(jì)算(a) 工作載荷F工作載荷F是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向作用力，其數(shù)值可用下列進(jìn)給作用力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算： 對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌機(jī)床 (3-1)對(duì)于矩形導(dǎo)軌機(jī)床 (3-2)對(duì)于三角形或組合導(dǎo)軌機(jī)床 (3-3)對(duì)于鉆鏜主軸圓導(dǎo)軌機(jī)床 (3-4)對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)床 (3-5)式(3-1)(3-5)中：Fx、Fy、Fzx、y、z方向上的切削分力，N； Fr密封阻力，N；W移動(dòng)部件的重量，N； M主軸上的扭矩，N·m；dz主軸直徑，mm；f導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； f軸套和軸架以及主軸的鍵的摩擦系數(shù)；k考慮顛

43、覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。正常情況下，k、f'與f可取表1數(shù)值。本次設(shè)計(jì)采用三角形或組合導(dǎo)軌機(jī)床 由公式(3-3) 計(jì)算工作載荷。表3-1導(dǎo)軌型式 kff燕尾形1.40.2矩形1.10.15三角形、組合形1.150.150.18鉆鏜主軸圓導(dǎo)軌0.15滾動(dòng)導(dǎo)軌0.0030.004(b) 最小載荷Fmin最小載荷Fmin為數(shù)控機(jī)床空載時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷。此時(shí)，F(xiàn)x=Fy=Fz=0。根據(jù)絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)方式可取Fmin650N(c) 最大工作載荷Fmax 最大載荷Fmax為機(jī)床承受最大切削力時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷。根據(jù)絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)方式可取Fmax3600N(d) 平均工作載荷Fm與平均轉(zhuǎn)速Nm當(dāng)

44、機(jī)床工作載荷隨時(shí)間變化且此間轉(zhuǎn)速不同時(shí)， (3-6)式中：t1,t2,，tn分別為滾珠絲杠在轉(zhuǎn)速n1,n2,，nn下，所受軸向載荷分別是F1,F2,，F(xiàn)n時(shí)的工作時(shí)間(min) (3-7) 則根據(jù)參考數(shù)據(jù)，代入數(shù)值，計(jì)算平均工作載荷Fm與平均轉(zhuǎn)速Nm如下 當(dāng)工作載荷與轉(zhuǎn)速接近正比變化且各種轉(zhuǎn)速使用機(jī)會(huì)均等時(shí)可用下式求得Fm和nm。Fm=(2Fmax+Fmin)3 (3-8)Nm=(Nmax+Nmin)2 (3-9)（e）計(jì)算主切削力求工作載荷F由金屬切削原理等有關(guān)資料可知， 切削功率 NC =NK （3-10） N電機(jī)功率，查有關(guān)資料得7.5KW NC切削功率 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般取0.60

45、.7，這里取0.65K進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，這里取0.96NC =7.5×0.65×0.96=4.68KW 由機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)切削功率公式 （3-11） Vc切削速度,取3.14m/s 則主切削力 由切削力經(jīng)驗(yàn)公式（3-12）查閱機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中可得知，則可計(jì)算得表3-2 切削參數(shù) Ap(mm)22F(mm)0.10.2Fz(N)13901505由表可知：當(dāng)F=1490N，時(shí)，切削深度Ap=2，走刀量F=0.2mm,從金屬切削原理中可得知在一般外圓車削時(shí)， Fx=(0.10.6)Fc Fy=(0.150.7)Fc取 Fx=0.5Fc=0.5×1490=745NFy=0.

46、6Fc=0.6×1490=894N其中(Fc為主切削力，F(xiàn)x為走刀抗力，F(xiàn)y為吃刀抗力)則工作載荷由上公式（3-3） ，取K=1.15，f=0.18，W=800N,得F=1.15×1404+0.18×（2808+800）=1614.6+649.44=2160.85N橫向進(jìn)給量為縱向的1/21/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2。Fc=0.5×1490=745N在切斷工件時(shí)， Fy=0.5 Fc =0.5×745=372.5N Fx=0.4Fc=0.4×745=290N (2) 滾珠絲杠副主要技術(shù)參數(shù)的確定(a) 導(dǎo)程Ph根據(jù)機(jī)床傳

47、動(dòng)要求，負(fù)載大小和傳動(dòng)效率等因素綜合考慮確定。一般選擇時(shí)，先按機(jī)床傳動(dòng)要求確定，其公式為： Phvmax/nmax (3-13)式中：vmax機(jī)床工作臺(tái)最快進(jìn)給速度，mm/min； nmax驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，r/min。在滿足控制系統(tǒng)分辨率要求的前提下，P h應(yīng)取較大的數(shù)值。 在此為了安全性考慮：Ph =10mm 表3-3 進(jìn)給速度及進(jìn)給轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)給速度(mm/min)進(jìn)給轉(zhuǎn)速(r/min)無(wú)切削V1=4000n1=400輕切削V2=1000n2=100普通切削V3=600n2=60重切削V4=120n2=12(b) 螺母選擇由于數(shù)控機(jī)床對(duì)滾珠絲杠副的剛度有較高要求，故選擇螺母時(shí)

48、要注重其剛度的保證。推薦按高剛度要求選擇預(yù)載的螺母型式，其中插管式外循環(huán)的端法蘭雙螺母應(yīng)用最為廣泛，它適用重載荷傳動(dòng)、高速驅(qū)動(dòng)及精密定位系統(tǒng)，并在大導(dǎo)程、小導(dǎo)程和多頭螺紋中具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，且較為經(jīng)濟(jì)。（1）滾珠的工作圈數(shù)i和列數(shù)j。根據(jù)所要求性能、工作壽命、推薦按表3-2選取。表3-4 滾珠圈數(shù)i和列數(shù)要求特性插管式(i×j)滾珠循環(huán)流暢1.5×1 2.5×1 3.5×1剛性2.5×2 2.5×3（2）法蘭形狀。按安裝空間由標(biāo)準(zhǔn)形狀選擇，亦可根據(jù)需要制成特殊法蘭形狀。本次設(shè)計(jì)采用插管式外循環(huán)的端法蘭雙螺母，取滾珠圈×列為3.5

49、×1，剛性2.5×2.即FFT系列。(c) 導(dǎo)程精度選擇根據(jù)機(jī)床定位精度，確定滾珠絲杠副導(dǎo)程的精度等級(jí)。一般情況下，推薦按下式 （3-14）式中：E累計(jì)代表導(dǎo)程偏差，m;TD機(jī)床有效行程的定位精度，m。典型機(jī)床進(jìn)給滾珠絲杠的精度等級(jí)選擇見表3-5。 表3-5 滾珠絲杠的精度等級(jí)NC機(jī)床應(yīng)用車床銑床鏜床加工中心坐標(biāo)鏜床鉆床磨床電火花機(jī)床(EDM)線切割(EDM)沖床激光切割機(jī)床木材加工機(jī)床軸XZXYZXYZXYZXYZXZXY(Z)XYUVXYXYZ精度等級(jí)C0C1C2C3C5C7C10 根據(jù)表3-5選擇，對(duì)于車床一般選擇三級(jí)或五級(jí)，精度偏高，導(dǎo)程應(yīng)取小點(diǎn)，考慮公稱直徑不變，

50、導(dǎo)程小，則螺旋升角小，傳動(dòng)效率相對(duì)變小，所以在導(dǎo)程數(shù)值滿足機(jī)床加工精度的條件下，應(yīng)盡可能取大。初步選擇三級(jí)精度。（d）滾珠絲杠的支承與連接（1）滾珠絲杠副的支承 為了獲得高精度、高剛度的進(jìn)給系統(tǒng)，不僅應(yīng)選用高精度、高剛度的滾珠絲杠副，而且必須十分重視滾珠絲杠支承的設(shè)計(jì)。滾珠絲杠主要承受軸向載荷，除自重外，一般無(wú)徑向外載荷。因此，滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高，為此應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、軸向剛度高、摩擦力矩小的滾動(dòng)軸承。滾珠絲杠副的支承，主要是約束絲杠的軸向竄動(dòng)，其次才是徑向約束。較短的絲杠或者垂直安裝的絲杠，可采用單支承形式；水平安裝絲杠較長(zhǎng)時(shí)，可以一端固定一段游動(dòng)；對(duì)于精密或高精度機(jī)床的滾珠絲

51、杠副，為了提高拉壓剛度，可以兩端固定；為了補(bǔ)償熱膨脹和減少絲杠因自重下垂，兩端固定絲杠還可以進(jìn)行預(yù)拉伸。常用支承形式如下表3-9。連接形式 滾珠絲杠副與電機(jī)的連接形式可分為三種形式：與電機(jī)直接連接、通過齒輪連接和通過同步齒形帶連接。第一種形式雖然減少了零件的數(shù)目與中間環(huán)節(jié)的影響，精度度高、效率高，但此種連接對(duì)安裝、加工的要求較高，最好選用撓性聯(lián)軸器。這種結(jié)構(gòu)減速比i=1，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩較大，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與快速性影響不利；電機(jī)通過減速裝置聯(lián)結(jié)絲杠，采用此輪副減速，要采取減速齒輪間的措施，否則就會(huì)產(chǎn)生噪聲，影響傳動(dòng)精度；采用同步齒形帶減速，可以自由調(diào)節(jié)傳動(dòng)比，沒有傳動(dòng)間隙，工作中沒有沖擊，這種結(jié)構(gòu)減速比大于一，減速后的傳動(dòng)件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)電機(jī)的影響隨減速比的平方減少，而使等效轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)閉兩降低。另外電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩減小，尺寸縮小。本次設(shè)計(jì)采用兩端固定的支承方式，采二級(jí)齒輪減速傳動(dòng)的連接形式。(e) 累積基準(zhǔn)導(dǎo)程目標(biāo)值T 為補(bǔ)償由于溫度升高或在外部載荷下滾珠絲杠延伸，需規(guī)定累積導(dǎo)程的目標(biāo)值T。以避免溫度上升對(duì)導(dǎo)程精度