畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院摘要現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是未來工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)車床的研究具有重要意義。本文在敘述了數(shù)控技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過對舊機(jī)床的分析，結(jié)合機(jī)床設(shè)計(jì)的總體思想，提出了數(shù)控化設(shè)計(jì)的技術(shù)方案和新數(shù)控系統(tǒng)的選型配置方案;針對舊機(jī)床的要求，進(jìn)行了傳動(dòng)系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)，提高了傳動(dòng)的精度，重新設(shè)計(jì)機(jī)床的控制邏輯，通過對伺服系統(tǒng)的分析，完成了機(jī)床各主要參數(shù)的優(yōu)化和匹配。本機(jī)床設(shè)計(jì)后將會(huì)展示出強(qiáng)大的功能、穩(wěn)定的性能，將完全符合機(jī)床的技術(shù)規(guī)格和精度標(biāo)準(zhǔn)，加工出合格的零件，大大提高

2、了車床的性能，是一次有益的嘗試。關(guān)鍵詞：630;機(jī)床;設(shè)計(jì);數(shù)控系統(tǒng)。 AbstractThe modern Computer Numerical Control （CNC）machine is the foundation of the modern manufactory. The remaking of old machine for CNC is an efficient means to promote the progress of the manufactory, which is adapted to the circumstance for our country. Its

3、range is wide, its cost is low and its period is short. Therefore, it is very important to study a remarking the lathe machine by using CNC system.This paper introduces the history and the development of CNC system. Based on its theory, through the analysis about the components of the old machine, p

4、resents the remaking transmission system to raise the precision of the lathe。Presents the remaking schemes of the CNC system. According to the old machine, the detail design and adjustment of the electric system have been completed, including the design of hardware and control software：Have introduc

5、ed the one-chip computer system briefly, and has designed the electric control circuit of the numerical control lathe with the one-chip computer；And also redesign the control logic of the machine, through analyzing of the servo system, the main parameters of the machine have been confirmed and optim

6、ized also.Have discussed two kinds interpolation numerical control lathes with thematic part, and design the interpolation forms for the numerical control lathe.The remarked machine will show its powerful ability and high reliability, it conforms to the technical regulation and the accuracy standard

7、 of the machine.，and will process the qualified part, it has improved the performance of the lathe greatly, its a beneficial try.Keywords：630;lathe ; Remake ; CNC system ; One-chip computer.目錄摘要IIAbstractIII目錄IV第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述11.1數(shù)控機(jī)床11.1.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)11.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡史11.1.3數(shù)控機(jī)床的分類21.1.4數(shù)控機(jī)床的組成51.1.5數(shù)控機(jī)床的數(shù)字控制

8、51.1.6數(shù)控機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu)61.1.7數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件61.1.8數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向71.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度111.2.1工藝范圍111.2.2加工精度111.3數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析111.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向14第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較152.1 總體方案比較152.2 數(shù)控車床方案確定152.3機(jī)床設(shè)計(jì)的總體任務(wù)162.4運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案確定162.4.1伺服系統(tǒng)的選擇162.4.2傳動(dòng)方式的選擇172.5數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì)172.6數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)182.7數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)18第3章 確定切削用量及選擇刀具193.1刀具選擇193.2切削用量確定193.3切

9、削三要素203.4加工精度和表面粗糙度203.5刀具材料23第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算244.1 參數(shù)的確定244. 2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)264.3轉(zhuǎn)速圖的擬定28第5章 630數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)325.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和研究方法325.2車床刀架的功能,類型和應(yīng)滿足的要求335.2.1車床刀架的功能335.2.2機(jī)床刀架的類型345.2.3機(jī)床刀架應(yīng)滿足的要求345.3數(shù)控車床刀架總體方案設(shè)計(jì)與選擇355.3.1刀架的整體方案設(shè)計(jì)355.3.2車床刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)355.3.3刀架定位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)365.4 車床刀架的工作原理375.5刀架的設(shè)計(jì)計(jì)算375.5.1 驅(qū)動(dòng)刀架的伺服電機(jī)的

10、選擇計(jì)算375.5.2 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算415.5.3 刀架主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算45結(jié)論47致謝48參考文獻(xiàn)4960-第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述1.1數(shù)控機(jī)床 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。1.1.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、車床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪

11、加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡史 1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。1949年，該公司在美國麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機(jī)床研究，并于1952年試制成功第一臺(tái)由大型仿形車床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控車床，不久即開始正式生產(chǎn)，于1957年正式投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個(gè)重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時(shí)代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這

12、一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時(shí)代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。 當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價(jià)格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊需要的部門用來加工復(fù)雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡單和經(jīng)濟(jì)的點(diǎn)位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控車床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。我國于1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，成功試制出配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，1965年開始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控車床。 1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電

13、路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡稱DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC）,使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。 1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡稱MNC），這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴(kuò)大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價(jià)格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。 80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對話式自動(dòng)編制程序的數(shù)控裝置；

14、數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測工件等功能。1.1.3數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的品種很多，根據(jù)其加工、控制原理、功能和組成，可以從以下幾個(gè)不同的角度進(jìn)行分類。一、按加工工藝方法分類1金屬切削類數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。在數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床加裝一個(gè)刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高

15、了數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心， 它是在數(shù)控車床基礎(chǔ)上增加了一個(gè)容量較大的刀庫和自動(dòng)換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、 鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了 輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。2特種加工類數(shù)控機(jī)床除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。3板材加工類數(shù)控機(jī)床常見的應(yīng)用于金屬

16、板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)等。近年來，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。二、按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo) 值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此幾個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無任何聯(lián)系。可以幾個(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各個(gè)坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。2直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控

17、機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控車床，有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控鏜車床、加工中心等機(jī)床，它的各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。3輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的

18、平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。常用的數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位/直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會(huì)帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。三、按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類1開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類控制的數(shù)控機(jī)床

19、是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路 功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸 入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒 輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控

20、制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。2閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床移動(dòng)部件上直接安裝直線位移檢測裝置，直接對工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測，將測量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移 值進(jìn)行比較，用差值對機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于 檢測裝置的檢測精度，也與傳動(dòng)鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí)，若工作臺(tái)沒有移動(dòng)，則沒有反饋量，指令

21、值使得伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過A將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過C將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進(jìn)行位置控制，直至差值為零時(shí)為止。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺(tái)納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。3半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進(jìn)行修正。圖1-4所示的為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中速度傳感器、角

22、度傳感器。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。4混合控制數(shù)控機(jī)床將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床。混合控制數(shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速 度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較

23、復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形 式：（1）開環(huán)補(bǔ)償型。圖1-5為開環(huán)補(bǔ)償型控制方式。它的基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路。用裝在工作臺(tái)的直線位移測量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。（2）半閉環(huán)補(bǔ)償型。圖1-6為半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺(tái)上的直線位移測量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中是速度測量元件（如測速發(fā)電機(jī)），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。1.1.4數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制，通過輸入

24、介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對機(jī)床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床，把來自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)指令，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動(dòng)；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機(jī)床執(zhí)行件(工作臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、滑板等)的位移和速度變化量，并將檢測結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動(dòng)；機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)裝置；輔助系統(tǒng)種類繁多，如：固定循環(huán)(能進(jìn)行各種多次重復(fù)加工)、自動(dòng)換刀(可交換指定刀具)、傳動(dòng)間隙補(bǔ)償償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差)等等。1.1.5數(shù)控機(jī)床的數(shù)字控制 數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的

25、輸入部分、運(yùn)算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實(shí)現(xiàn)的控制功能分為點(diǎn)位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。 點(diǎn)位控制是只控制刀具或工作臺(tái)從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，然后進(jìn)行定點(diǎn)加工，而點(diǎn)與點(diǎn)之間的路徑不需控制。采用這類控制的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控坐標(biāo)鏜床等。 直線控制是除控制直線軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要控制在這兩點(diǎn)之間以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行直線切削。采用這類控制的有平面銑削用的數(shù)控車床，以及階梯軸車削和磨削用的數(shù)控車床和數(shù)控磨床等。 連續(xù)軌跡控制（或稱輪廓控制）能夠連續(xù)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，

26、使刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡以最小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調(diào)各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度，以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進(jìn)給速度。采用這類控制的有能加工曲面用的數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和加工中心等。 1.1.6數(shù)控機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu) 伺服機(jī)構(gòu)分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型。開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路，和步進(jìn)電機(jī)組成。每一脈沖信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，通過滾珠絲杠推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。這種伺服機(jī)構(gòu)比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。 半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達(dá)、速度檢測器和位置檢測器組成。位置檢測器裝在絲杠或伺服馬達(dá)的端部，利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接

27、測出工作臺(tái)的位置。常用的伺服馬達(dá)有寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)、寬調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)和電液伺服馬達(dá)。位置檢測器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。 閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)相同，只是位置檢測器安裝在工作臺(tái)上，可直接測出工作臺(tái)的實(shí)際位置，故反饋精度高于半閉環(huán)控制，但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)所用伺服馬達(dá)與半閉環(huán)相同，位置檢測器則用長光柵、長感應(yīng)同步器或長磁柵。 1.1.7數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件 為了保證機(jī)床具有很大的工藝適應(yīng)性能和連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

28、的特點(diǎn)是具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩(wěn)定性和精度保持性。進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。機(jī)床采用塑料減摩導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，以提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性并使低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 由于采用了寬調(diào)速的進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)和寬調(diào)速的主軸電動(dòng)機(jī)，可以不用或少用齒輪傳動(dòng)和齒輪變速，這就簡化了機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)床布局便于排屑和工件裝卸，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有自動(dòng)排屑器和自動(dòng)工件交換裝置。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強(qiáng)電柜中大量的繼電器，提高了機(jī)床強(qiáng)電控制的可靠性和靈活性。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)

29、日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。1.1.8數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件。當(dāng)

30、前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下幾方面：1 高速、高效機(jī)床向高速化方向發(fā)展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。20 世紀(jì)90 年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速15000 100000r/min）、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（快移速度60120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min）、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水平。隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨

31、具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，為開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床提供了技術(shù)基礎(chǔ)。目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達(dá)到50008000m/min以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000 轉(zhuǎn)/分（有的高達(dá)10 萬r/min）以上；工作臺(tái)的移動(dòng)速度（進(jìn)給速度）：在分辨率為1 微米時(shí)，在100m/min（有的到200m/min） 以上，在分辨率為0.1 m 時(shí)，在24m/min 以上；自動(dòng)換刀速度在1 秒以內(nèi)；小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到12m/min。2 高精度從精密加工發(fā)展到超精密加工，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的

32、方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)（#lt;10nm），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。當(dāng)前，在機(jī)械加工高精度的要求下，數(shù)控級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由±10 m 提高到±5 m；精密級(jí)加工中心的加工精度則從±35 m，提高到±11.5 m，甚至更高；超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)（0.001m），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.010.05 m，加工圓度為0.1m，加工表面粗糙度Ra=0.003 微米等。這些機(jī)床一般都采用矢量控制的變頻驅(qū)動(dòng)電主軸（電機(jī)與主軸一體化），主軸徑向跳動(dòng)小于2 m，軸向竄動(dòng)小于1 m，軸系不平衡度達(dá)到G0.4 級(jí)。高速高精加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，主要有

33、#quot;回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加精密高速滾珠絲杠#quot;和#quot;直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)#quot;兩種類型。此外，新興的并聯(lián)機(jī)床也易于實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給。滾珠絲杠由于工藝成熟，應(yīng)用廣泛，不僅精度能達(dá)到較高（ISO34081 級(jí)），而且實(shí)現(xiàn)高速化的成本也相對較低，所以迄今仍為許多高速加工機(jī)床所采用。當(dāng)前使用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的高速加工機(jī)床最大移動(dòng)速度90m/min，加速度1.5g。滾珠絲杠屬機(jī)械傳動(dòng)，在傳動(dòng)過程中不可避免存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應(yīng)地造成運(yùn)動(dòng)滯后和其它非線性誤差，為了排除這些誤差對加工精度的影響，1993 年開始在機(jī)床上應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，由于是沒有中間環(huán)節(jié)的#quot;零傳動(dòng)#quo

34、t;，不僅運(yùn)動(dòng)慣量小、系統(tǒng)剛度大、響應(yīng)快，可以達(dá)到很高的速度和加速度，而且其行程長度理論上不受限制，定位精度在高精度位置反饋系統(tǒng)的作用下也易達(dá)到較高水平，是高速高精加工機(jī)床特別是中、大型機(jī)床較理想的驅(qū)動(dòng)方式。目前使用直線電機(jī)的高速高精加工機(jī)床最大快移速度已達(dá)208 m/min，加速度2g，并且還有發(fā)展余地。3 高可靠性隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機(jī)床制造商追求的目標(biāo)。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16 小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在P（t） 99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時(shí)間MTBF 就必須大于3000 小時(shí)。我們只對一臺(tái)數(shù)控

35、機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1（數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí)）。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF 就要大于33333.3 小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF 就必須大于10 萬小時(shí)。當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF 值已達(dá)6000 小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000 小時(shí)以上，但是，可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。4 復(fù)合化在零件加工過程中有大量的無用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時(shí)間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺(tái)機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種。柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機(jī)床便

36、能按照數(shù)控加工程序，自動(dòng)進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個(gè)復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種加工工序。就棱體類零件而言，加工中心便是最典型的進(jìn)行同一類工藝方法多工序復(fù)合加工的機(jī)床。事實(shí)證明，機(jī)床復(fù)合加工能提高加工精度和加工效率，節(jié)省占地面積特別是能縮短零件的加工周期。5 多軸化隨著5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5 軸聯(lián)動(dòng)控制的加工中心和數(shù)控車床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)開發(fā)熱點(diǎn)，由于在加工自由曲面時(shí)，5 軸聯(lián)動(dòng)控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3 維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度

37、提高加工效率，而在3 軸聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，因此，5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機(jī)床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點(diǎn)。最近，國外還在研究6 軸聯(lián)動(dòng)控制使用非旋轉(zhuǎn)刀具的加工中心，雖然其加工形狀不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一時(shí)尚難實(shí)用化。6 智能化智能化是21 世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大方向。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動(dòng)，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預(yù)才能解決的問題。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)量的智能化，如自適應(yīng)控

38、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；簡化編程、簡化操作的智能化，如智能化的自動(dòng)編程，智能化的人機(jī)界面等；智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會(huì)針對鉆削的智能加工方案具有代表性。7 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化，主要指機(jī)床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控機(jī)床一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet 技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)

39、技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱#quot;e-制造#quot;，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時(shí)要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。機(jī)械制造企業(yè)在普遍采用CAD/CAM的基礎(chǔ)上，越加廣泛地使用數(shù)控加工設(shè)備。數(shù)控應(yīng)用軟件日趨豐富和具有#quot;人性化#quot;。虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造等高端技術(shù)也越來越多地為工程技術(shù)人員所追求。通過軟件智能替代復(fù)雜的硬件，正在成為當(dāng)代機(jī)床發(fā)展的重要趨勢。在數(shù)字制造的目標(biāo)下，通過流程再造和信息化設(shè)計(jì)，ERP 等一批先進(jìn)企業(yè)管理軟件已經(jīng)脫

40、穎而出，為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益。8 柔性化數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(diǎn)（數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨(dú)立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)；注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善；CNC 單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、

41、CAPP、MTS 聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。9 綠色化21 世紀(jì)的金切機(jī)床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實(shí)現(xiàn)切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因?yàn)榍邢饕杭任廴经h(huán)境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進(jìn)行，但也包括在特殊氣體氛圍中（氮?dú)庵?、冷風(fēng)中或采用干式靜電冷卻技術(shù)）不使用切削液進(jìn)行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削目前尚難與實(shí)際應(yīng)用，故又出現(xiàn)了使用極微量潤滑（MQL） 的準(zhǔn)干切削。目前在歐洲的大批量機(jī)械加工中，已有1015%的加工使用了干和準(zhǔn)干切削。

42、對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機(jī)床來說，主要是采用準(zhǔn)干切削，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經(jīng)由機(jī)床主軸與工具內(nèi)的中空通道噴向切削區(qū)。在各類金切機(jī)床中，采用干切削最多的是滾齒機(jī)?？傊?，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使制造業(yè)向著高效、優(yōu)質(zhì)以及人性化的方向發(fā)展?？梢灶A(yù)見，隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，制造業(yè)將迎來一次足以撼動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。1.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度1.2.1工藝范圍數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好

43、、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過程序控制自動(dòng)完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。1.2.2加工精度由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比數(shù)控車床要寬得多。1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以車代磨。2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就

44、可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。3.輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。4.帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控車床所能車削的螺紋類型相當(dāng)有限，它只能車等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺(tái)車床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控車床不但能車削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋

45、。 1.3數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析將數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)成數(shù)控機(jī)床, 是許多機(jī)械生產(chǎn)廠家在沒有大量資金投入的情況下所走的設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)之路1經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)方案不同1得到的經(jīng)濟(jì)效益也不同1針對常德紡織機(jī)械廠提出的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)的技措任務(wù), 結(jié)合其它廠家以往數(shù)控車床設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn), 我們開展了深入細(xì)致的調(diào)研工作, 特別是對沈陽第一機(jī)床廠的數(shù)控車床進(jìn)行了熟悉了解, 下面分析經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)的價(jià)值效益經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)方案初探數(shù)控系統(tǒng)及電氣控制部份: 目前我國生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的廠家有70余家, 知名的有常州寶馬集團(tuán)公司BKC2系列, 北京航天數(shù)控集團(tuán), 南京大方數(shù)控公司J WK系列及重慶巴山儀器廠2385

46、系列等1這些廠家在研制數(shù)控系統(tǒng)時(shí)都從系統(tǒng)功能、可靠性、操作宜人性等方面作了大量工作,克服了單板機(jī)TP - 801(Z80)系統(tǒng)的缺點(diǎn),從而促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展,為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)1沈陽一機(jī)廠在研制CAK - 6150時(shí)選用了多家系統(tǒng), 經(jīng)過了長時(shí)間的反復(fù)考驗(yàn)、篩選, 最后選用了重慶巴山儀器廠2385 - IT系統(tǒng)1該系統(tǒng)性能較好, 可靠性高, 具有細(xì)分?jǐn)夭ㄏ冗M(jìn)技術(shù), 有良好的性價(jià)比1步進(jìn)電機(jī)選擇了華中理工大學(xué)試驗(yàn)工廠產(chǎn)品, 切削扭矩大, 這方面是值得我們借鑒的1機(jī)床電氣控制還需考慮: 主軸馬達(dá)啟停、變速控制、轉(zhuǎn)塔刀架、冷卻泵等控制1保證機(jī)床可靠性, 此處

47、不可忽視, 須有一定的投入1212主軸系統(tǒng): 一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng)是較困難的或根本不加設(shè)計(jì), 這勢必影響機(jī)床主軸速度控制的自動(dòng)化程度, 并且復(fù)雜工藝零件加工的適應(yīng)性差, 這是不可取的1常紡機(jī)廠車床設(shè)計(jì)可以考慮以下兩種方案: (1) 按沈陽一機(jī)廠方案, 即保留一級(jí)手柄三檔變速操作, 另加每檔位四檔自動(dòng)變速, 用系統(tǒng)S指令控制, 即S1S4, 加上手動(dòng)共3×4 = 12級(jí)主軸速度, 如此設(shè)計(jì)需增加雙速電機(jī)一臺(tái)615/ 8 KW , 電磁離合器兩只, 機(jī)械結(jié)構(gòu)也需作部分設(shè)計(jì)1 (2) 選用變頻器控制主軸速度, 原機(jī)床主軸電機(jī)保留, 主軸手動(dòng)變速取消1可以考慮高低檔齒輪變速, 通過

48、電磁閥啟動(dòng)切換, 全部變速系統(tǒng)S指令控制, 但數(shù)控系統(tǒng)需選用南京大方公司J WK - 21T數(shù)控系統(tǒng), 具有12級(jí)S指令, 此方案主軸變速自動(dòng)化程度更高, 但費(fèi)用也相應(yīng)高些, 若典型加工零件四檔自動(dòng)變速可以滿足工藝要求, 則考慮方案(1) 性價(jià)比更高些1213進(jìn)給系統(tǒng): 對于數(shù)控機(jī)床, 進(jìn)給系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的1它直接影響機(jī)床的定位精度以及零件的加工精度,除了數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的有效保證外, 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的合理選擇和設(shè)計(jì)不容忽視1首先是螺旋傳動(dòng), 數(shù)控車床采用數(shù)控絲桿, 主要缺點(diǎn)是精度差, 間隙小, 且傳動(dòng)機(jī)械效率低, 一般僅為g = 50 %左右, 即使用于精度要求不高的機(jī)床也容易造成步進(jìn)電機(jī)丟

49、步或機(jī)械爬行1因此, 必須采用滾珠絲桿, 其特點(diǎn)是: 傳動(dòng)效率高g = 90 %以上, 反向間隙小, 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn), 傳動(dòng)精度高且保持性好, 壽命長, 但設(shè)計(jì)成本也要增加, 一味追求數(shù)控化而忽視數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)械的要求, 是很不合理的1其次機(jī)床導(dǎo)軌也不可忽視, 對原機(jī)床導(dǎo)軌要進(jìn)行檢查, 對磨損部位通過磨削, 配研予以修復(fù)1為了減少摩擦力、振動(dòng)以及爬行, 增加機(jī)床精度保持性, 可考慮床鞍貼塑即TSF軟帶1最后還須考慮絲桿預(yù)拉伸、軸承座、聯(lián)軸節(jié)等機(jī)械結(jié)合件的設(shè)計(jì)制造以盡可能減少它們對機(jī)械精度的影響1214自動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架: 一般來說自行設(shè)計(jì)制造轉(zhuǎn)塔刀架是可以做到的, 但其結(jié)構(gòu)的合理性, 加工工藝、安裝精度是難

50、以與專業(yè)廠家相比的1為了提高機(jī)床可靠性, 外購專業(yè)廠家產(chǎn)品很有必要, 如煙臺(tái)機(jī)床附件廠、瓦房店機(jī)床附件廠的產(chǎn)品13設(shè)計(jì)車床與成品數(shù)控車床的比較311機(jī)床性能: 在選用相同數(shù)控系統(tǒng)和參照CAK - 6150進(jìn)行設(shè)計(jì), 可以說機(jī)床性能將不會(huì)有很大差異1312機(jī)床結(jié)構(gòu)及外觀: 由于CAK - 6150是按數(shù)控機(jī)床要求設(shè)計(jì), 因此結(jié)構(gòu)合理性超過設(shè)計(jì)車床, 其外觀美也是設(shè)計(jì)機(jī)床無法達(dá)到的1313機(jī)床精度: 由于一般廠家加工設(shè)備及工藝手段無法與專業(yè)廠家相比, 加之員工素質(zhì)的影響, 在剛性、動(dòng)靜摩擦力等諸多方面, 設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)將可能影響機(jī)床精度, 想要達(dá)到加工IT6 級(jí)的零件, 還有一定距離1314機(jī)床可靠性

51、: 沈陽一機(jī)廠經(jīng)三年時(shí)間研制開發(fā), 且又經(jīng)過兩年多時(shí)間廠內(nèi)使用, 投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物? 不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題, 使CAK - 6150達(dá)到了一定的可靠性1他們也有過慘痛教訓(xùn), 就是用BS03系統(tǒng)改進(jìn)100臺(tái)數(shù)控車床, 由于可靠性差, 除少數(shù)幾臺(tái)還在使用外, 其余全部報(bào)廢或改為數(shù)控車床, 非常類似我廠的情況1雖然我們現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到可靠性的重要, 也有一定的措施和把握, 但與沈陽一機(jī)廠相比, 無論是技術(shù)素質(zhì)上以及投入的人力、物力上均有天壤之別, 因此可靠性無法與之相比1315經(jīng)濟(jì)性: 按CAK - 6150的檔次進(jìn)行設(shè)計(jì), 需外購的裝置及部件有:(1) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)及伺服裝置, 估價(jià)115

52、萬元2萬元(2) 主軸雙速電機(jī)615/ 8 KW一臺(tái), 估價(jià)0115萬元012萬元(3) 滾珠絲桿兩根, 估價(jià)0135萬元(4) 電磁離合器兩只, 估價(jià)0105萬元(5) 轉(zhuǎn)塔刀架四工位AKZ1150×4型, 估價(jià)013萬元015萬元(6) 電氣控制柜設(shè)計(jì)安裝, 估價(jià)013萬元另外, 自制機(jī)械零部件, 安裝、調(diào)試、差旅費(fèi)等估計(jì)018萬元, 以上各項(xiàng)總計(jì)4萬元左右, 原數(shù)控車床CA6140以82年產(chǎn)品估價(jià)4萬元, 則設(shè)計(jì)后機(jī)床價(jià)值8萬元左右1而沈陽一機(jī)CAK - 6150型報(bào)價(jià)10萬元, 與設(shè)計(jì)相比, 價(jià)值基本接近14結(jié)論經(jīng)濟(jì)型數(shù)據(jù)控車床設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)各廠的具體情況, 典型零件的加工工藝及

53、精度要求, 批量大小, 決定進(jìn)行設(shè)計(jì)的程度1設(shè)計(jì)的程度越高, 機(jī)床性能越好, 加工零件的適應(yīng)性越強(qiáng), 所花費(fèi)的設(shè)計(jì)費(fèi)用也就越大, 若要求設(shè)計(jì)車床的性能接近和達(dá)到CAK - 6150層次, 則設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)角度來看意義并不太大, 從機(jī)床可靠性方面來看更是得不償失。1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向4月19日從第七屆中國國際機(jī)床展獲悉，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也越來越快，數(shù)控機(jī)床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。 高性能：隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強(qiáng)，數(shù)控機(jī)床也實(shí)現(xiàn)多臺(tái)集中控制，甚至遠(yuǎn)距離遙控。高精度：數(shù)控機(jī)床本身的精度和加工件的精度越來越高，而精度的保持性要好。高速度：數(shù)控機(jī)床

54、各軸運(yùn)行的速度將大大加快。高柔性：數(shù)控機(jī)床的柔性化將向自動(dòng)化程度更高的方向發(fā)展，將管理、物流及各相應(yīng)輔機(jī)集成柔性制造系統(tǒng)。模塊化：數(shù)控機(jī)床要縮短周期和降低成本，就必然向模塊化方向發(fā)展，這既有利于制造商又有利于客戶。 我國近幾年數(shù)控機(jī)床雖然發(fā)展較快，但與國際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，應(yīng)變能力差。為了縮小與世界先進(jìn)水平的差距，有關(guān)專家建議機(jī)床企業(yè)應(yīng)在以下6個(gè)方面著力研究：1加大力度實(shí)施質(zhì)量工程，提高數(shù)控機(jī)床的無故障率。2跟蹤國際水平，使數(shù)控機(jī)床向高效高精方面發(fā)展。3加大成套設(shè)計(jì)開發(fā)能力上求突破。4發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢，擴(kuò)大市場占有率。5多品種制造，滿足不同

55、層次的用戶。6模塊化設(shè)計(jì)，縮短 開發(fā)周期，快速響應(yīng)市場。 數(shù)控機(jī)床使用范圍越來越大，國內(nèi)國際市場容量也越來越大，但競爭也會(huì)加劇，我們只有緊跟先進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的大方向，并不斷創(chuàng)新，才能趕超世界先進(jìn)水平。 第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較2.1 總體方案比較總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。數(shù)控車床后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。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)結(jié)構(gòu)簡化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。比較項(xiàng)

56、目方案一方案二確定后的方案具體原因主軸箱分級(jí)變速采用調(diào)速電機(jī)+齒輪傳動(dòng)采用三相異步電機(jī)+減速器方案一變速級(jí)數(shù)比較多滿足多種加工需要，也符合任務(wù)書要求進(jìn)給機(jī)構(gòu)滾珠絲杠+步進(jìn)電機(jī)滾珠絲杠+伺服電機(jī)方案一脈沖當(dāng)量步進(jìn)電機(jī)控制的準(zhǔn)確刀架四工位回轉(zhuǎn)刀架六工位回轉(zhuǎn)刀架都可以各有各的好處尾座液壓尾座手動(dòng)普通尾座液壓尾座可通過數(shù)控系統(tǒng)調(diào)整方便數(shù)控系統(tǒng)8位單片機(jī)16位單片機(jī)方案一基本需求可以滿足2.2 數(shù)控車床方案確定(1) 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了保證主軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)有準(zhǔn)確的定位，安裝主傳動(dòng)的定位檢測裝置。采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，利用磁力傳感器檢測定位。只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào)，主軸就可以準(zhǔn)確的定位。這種磁力傳感器的工

57、作原理是，在主軸上裝上永磁鐵和主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離磁鐵l-2mm的旋轉(zhuǎn)軌跡外，固定一個(gè)磁傳感器，當(dāng)傳感器發(fā)出信號(hào)后經(jīng)過放大，由定向電路使電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確的停止在規(guī)定的周向位置上。將主傳動(dòng)采用變頻交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速。低檔轉(zhuǎn)速為270-1500r/min，高檔轉(zhuǎn)速為1500-4500r/min，在各檔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。與原立式車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比比較簡單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，主傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過軟件來實(shí)現(xiàn)它的調(diào)速。(2) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)給采用滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，使機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部分具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)無間隙；功率大；便于操作和維修。，其定位精度為±0.01mm，重復(fù)定位精度為±0005mm。 (3) 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用AT89C58單片機(jī)控制系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)方案，從總體上分為人機(jī)界面模塊、坐標(biāo)進(jìn)給模塊、變頻調(diào)速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)