普通機床的數(shù)控化改造畢業(yè)論文

1、<p>　　2011屆畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　題目 簡述普通機床的數(shù)控化改造 </p><p>　　學生姓名 XXX </p><p>　　學 號 XXXXXXXXX </p><p>　　指導教師 XXX </

2、p><p>　　專 業(yè) 機電一體化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　系 別 數(shù)字控制系 </p><p>　　二〇一一年五月二十日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p&

3、gt;　　本設計說明書包括：概論、總體設計方案的擬定和驗證、主傳動部分的改造設計、伺服進給系統(tǒng)的改造設計、自動轉位刀架的選擇設計、編碼盤安裝部分的結構設計等幾個部分。改造后的車床，主運動實現(xiàn)自動變速，縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)控控制，并要求主軸電機最大功率為18KW，X、Z坐標最大運動速度5m/min，刀架要是自動控制的自動轉位刀架，要能自動切削螺紋。</p><p>　　關鍵詞：數(shù)控改造 進給系統(tǒng) 滾珠絲杠

4、 自動刀架</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This introduction of the design included :The draw-up of the general outline ,the decision and verify of the total designal projection ,the r

5、eforms design to the parts of the lord spreads to move ,the reforms design to the system of serve enters ,the choice and design to the knife which turn automatically ,the constructions design of coding dish gearing part

6、,and so on．While the motorcycle been reformed , the lord exercises realize to change speed automatically.</p><p>　　lengthways ,horizontal enter to proceed to system the number controls the control, To the sp

7、indle of the motor the greatest power for 18kw, x and z coordinate the movement speed 5m/ min ,knife must be the automatic control a knife which is turning automatically ,and it is able to slice the thread automatically.

8、</p><p>　　Key words: The number controls to reforms; the system of enters; roll the bead in silk automatic knife</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 引言

9、5</b></p><p>　　1.1數(shù)控車床的特點和組成5</p><p>　　1.1.1 特點5</p><p>　　1.1.2數(shù)控車床的組成6</p><p>　　1.2 機床改造的意義6</p><p>　　1.3 數(shù)控車床的發(fā)展7</p><p>　　1.3.1

10、數(shù)控車床的現(xiàn)狀7</p><p>　　1.3.2數(shù)控車床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀8</p><p>　　1.3.3數(shù)控機床在國外的發(fā)展現(xiàn)狀9</p><p>　　1.4數(shù)控機床的分類10</p><p>　　1.4.1按加工工藝方法分類10</p><p>　　1.4.2按控制運動軌跡分類11</p>

11、<p>　　1.4.3按伺服系統(tǒng)控制方式分類12</p><p>　　1.4.4按控制系統(tǒng)功能水平分類14</p><p>　　1.5數(shù)控機床的發(fā)展方向14</p><p>　　第二章 普通車床的數(shù)控改造和可行性論證18</p><p>　　2.1 車床的數(shù)控改造18</p><p>　　2.1.

12、1設計內容及任務18</p><p>　　2.1.2設計任務18</p><p>　　2.2機械部分改造19</p><p>　　2.2.1 Z向、X向進給機構的改造19</p><p>　　2.2.2機械部分改造設計部分的相關計算19</p><p>　　2.2.3改造后機械結構特點21</p>

13、;<p>　　2.3數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的改造22</p><p>　　2.3.1數(shù)控系統(tǒng)簡介22</p><p>　　2.3.2數(shù)控控制系統(tǒng)的選擇23</p><p>　　2.3.3伺服系統(tǒng)的選擇件的24</p><p>　　第三章 安裝調試27</p><p>　　3.1安裝調整中應注意的問題

14、27</p><p>　　3.2功能確定及分布28</p><p>　　3.3機床的調試及驗收29</p><p>　　第四章 改造后取得的效果31</p><p>　　第五章 結束語32</p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><

15、;b>　　第一章 引言</b></p><p>　　數(shù)控技術，簡稱數(shù)控（Numerical Control）。它是利用數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。用數(shù)控技術實施加工控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程序控制器、主軸驅動及進給裝置等部分。</p><p>　　

16、要實現(xiàn)對機床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對運動以及用工藝信息來描述機床加工必須具備的一些工藝參數(shù)，如：進給速度、主軸轉速、主軸正反轉、換刀、冷卻液的開關等。這些信息按一定的格式形成加工程序，通過數(shù)控系統(tǒng)的譯碼，從而使機床準確地運動和加工出優(yōu)質的零件。</p><p>　　機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構同

17、普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質量、生產率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結構，還是整體布局、外部造型等都已經發(fā)生了

18、很大變化，已經形成了數(shù)控機床的獨特機械結構。</p><p>　　1.1數(shù)控車床的特點和組成</p><p><b>　　1.1.1 特點</b></p><p>　　數(shù)控機床是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等新技術的產物，是技術密集度及自動化程度很高的典型機電一體化加工設備。它與普通機床相比，其優(yōu)越性明顯：</p>

19、<p>　　1.能完成很多普通機床難以加工、或者根本不能加工的復雜型面零件的加工；</p><p>　　2.采用數(shù)控機床，可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產品的質量;</p><p>　　3.可以提高生產率，采用數(shù)控機床比普通機床可提高生產率2～3 倍，對復雜零件的加工，生產

20、率可提高十幾倍甚至幾十倍；</p><p>　　4.　具有柔性，只需更換程序，就可適應不同品種及尺寸規(guī)格零件的自動加工；</p><p>　　5.大大減輕了工人的勞動強度。</p><p>　　可以看出，數(shù)控機床是一種高效率、高精度、能保證加工質量，解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產設備。數(shù)控機床的廣泛使用，將給機械制造業(yè)的生產方式、產品結構和產業(yè)結構帶來深刻的

21、變化，其技術水平高低和擁有量的多少，是衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代水平的重要標志。</p><p>　　1.1.2數(shù)控車床的組成</p><p>　　數(shù)控機床一般由輸入輸出設備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機床本體組成，見圖1.1：</p><p><b>　　1.輸入輸出設備</b></p><p>　　輸入輸出設備主要

22、實現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲和打印。</p><p><b>　　2.數(shù)控裝置</b></p><p>　　數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心。其接受來自輸入設備的程序和數(shù)據(jù)，并按輸入信息的要求完成數(shù)值計算、邏輯判斷和輸入輸出控制等功能。</p><p><b>　　3.伺服系統(tǒng)</b></p><

23、;p>　　伺服系統(tǒng)是接受數(shù)控裝置的指令，驅動機床執(zhí)行機構運動的驅動部件。它包括伺服電路和伺服電機組成。一般來說，數(shù)控機床的伺服驅動要求要有好的快速響應性能，能靈敏而準確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號。</p><p><b>　　4.測量反饋裝置</b></p><p>　　該裝置由測量部件和響應的測量電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構

24、成閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　5.機床本體</b></p><p>　　機床本體是數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械部分。</p><p>　　1.2 機床改造的意義 </p><p><b>　　1.節(jié)省資金</b></p><p>　　機床的

25、數(shù)控化改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有基地。</p><p><b>　　2.性能穩(wěn)定可靠。</b></p><p>　　因原機床各基礎件經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度。 　</p><p><b>　　3.提高生產效率

26、。</b></p><p>　　機床經數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產準備周期。</p><p>　　經過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定的經濟性、實用性和穩(wěn)定性，所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機床改造成經濟型數(shù)控機床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實證明

27、：用較少的資金，將普通機床改造升級為數(shù)控機床，可以為企業(yè)帶來可觀的經濟效益。</p><p>　　1.3 數(shù)控車床的發(fā)展</p><p>　　1.3.1 數(shù)控車床的現(xiàn)狀</p><p>　　1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的設備。由加工于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。1949年

28、，該公司在美國麻省理工學院（MIT）伺服機構研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機床研究，并于1952年試制成功第一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數(shù)控銑床，不久即開始正式生產，于1957年正式投入使用。這是制造技術發(fā)展過程中的一個重大突破，標志著制造領域中數(shù)控加工時代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術的基礎，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數(shù)控加工技術的研究和發(fā)展。</p>&

29、lt;p>　　當時的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價格昂貴，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，較為簡單和經濟的點位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機床在機械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。我國于1958年開始研制數(shù)控機床，成功試制出配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床，1965年開始批量生產配有

30、晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標數(shù)控銑床。</p><p>　　1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數(shù)控機床品種和產量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡稱DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC）,使數(shù)控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。</p><p>

31、　　1974年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(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)控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。 </p><p>　　80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進一步提高，具有自

32、動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。</p><p>　　1.3.2數(shù)控車床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　我國是世界上機床產量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平，即使國內市場也面臨著嚴峻的形式，一方面國內市場對各類機床產品特別是數(shù)控機床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產機床滯銷積壓，國外機床產品充斥市場。90年國外數(shù)控機床在我國市場的占有率僅達15%左右，而95年已達7

33、7%。嚴重影響我國數(shù)控機床自主發(fā)展的勢頭。</p><p>　　這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經營上、產品制造質量上和促銷手段上等原因外，一個主要的原因是我國生產的數(shù)控機床品種、性能和結構不夠先進，新產品（包括基型、變型和專用機床）的開發(fā)周期長，從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產品。具體地說，這個問題反映在一下五個方面：</p><p>　　1.我國機床廠目前開發(fā)基型產品的周期約為15～18個

34、月，其中設計時間約為5～8個月，占總周期的40%左右。而國外一些先進機床廠同類型產品的開發(fā)周期為6～9個月，其中設計約1.5～2個月，只占25%。因此無論是產品開發(fā)的總周期還是設計所占的時間比例均與國外先進水平有很大的差距。 </p><p>　　2.我國工廠由于缺乏設計的科學分析工具（如分析和評價軟件、征集結構有限元分析方法以及機床性能測試裝置等），自行開發(fā)的新產品大多基于直觀經驗和類比設計，使設計一次成功的把

35、握性降低，往往需要反復試制才能定型，從而可能錯過新產品推向市場的良機。</p><p>　　3.用戶根據(jù)使用需要，在訂貨時往往提出一些特殊要求，甚至在產品即將投產時有的用戶臨時提出一些要求，這就需要迅速變型設計和修改相應的圖紙及技術文件。在國外，這項修改工作在計算機的輔助下一般僅需數(shù)天至一周，而在我國機床廠用手工操作就至少需1-2個月，且由于這些圖紙和文件涉及多個部門，常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象，影響了產品的質量和

36、交貨期。</p><p>　　4.現(xiàn)在我國工廠設計和工藝人員中青年占多數(shù)，他們的專業(yè)知識和實際經驗不足，又擔負著開發(fā)的重任。</p><p>　　5.由于長期以來形成的設計、工藝和制造部門分立，缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式，不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見，容易造成產品的反復修改，延長了開發(fā)的周期。</p><p>　　為了解決這些問題，必須對產品開發(fā)的整個過程

37、綜合應用計算機技術，發(fā)展優(yōu)化和仿真技術，提高產品結構性能，并建立起基于并行工程（Concurrent Engineering）使設計、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產品虛擬開發(fā)環(huán)境，使用相應的產品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產品開發(fā)的落后局面，使企業(yè)取得良好的經濟效益。</p><p>　　1.3.3數(shù)控機床在國外的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　日本機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀：</p

38、><p>　　日本政府對機床工業(yè)的發(fā)展異常重視，一方面通過規(guī)劃和制定法規(guī)（如“機振法”、“機電法”、“機信法”等）引導產業(yè)發(fā)展，另一方面提供充足的研發(fā)經費鼓勵科研機構和企業(yè)大力發(fā)展數(shù)控機床。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數(shù)控機床技術上學習美國，并將兩國經驗結合，形成了自己的發(fā)展特色而后來居上。</p><p>　　在機床的生產額上，日本不僅是天下第一。在1982年代替美國躍

39、居首位今后，只管受經濟形勢得影響曾在金額上有所起伏，但27年來聽從著天下第一得寶座。不過，在2009年，中國升至首位，日本則排在了德國之后滑到了第三位。</p><p>　　在技術氣力這一點上，日本得上風。但從環(huán)球市場來看，這種“普通機床”得市場除了中國之外，在其他地區(qū)也會大幅擴大。與電子零件財產一樣，以后日本企業(yè)也必需要奪取這一“大眾”市場。</p><p>　　美國機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀：

40、</p><p>　　目前，美國機床制造業(yè)在高效自動化機床、自動生產線、NC機床、FMS等機床技術及工業(yè)生產上仍處于世界領先地位。主要分布于中西部和東北部各州，主要消費用戶是汽車制造業(yè)、航空工業(yè)、建筑業(yè)和醫(yī)療設備制造業(yè)等。 </p><p>　　美國的機床技術之所以能夠在世界上保持長期領先，政府在引導加強研發(fā)和不斷創(chuàng)新方面起到了至關重要的作用。主要表現(xiàn)在： </p><

41、p>　　首先，對方向性重大科研課題定出計劃、措施并提供充足經費。例如為NC機床的研究開發(fā)提供大量經費。為新一代NC系統(tǒng)的研發(fā)提供1億美元經費。 </p><p>　　其次，組織引導有關科研單位和企業(yè)間的科研合作。例如：新一代NC系統(tǒng)的研發(fā)，由全美制造科學中心與美國空軍協(xié)作開發(fā)；CIM的研制，政府組織通用汽車公司、波音飛機公司以及有關機床工業(yè)公司共同研發(fā)。 </p><p>　　再次，

42、新產品開發(fā)出來后，組織訂貨推廣使用，同時加速推進科研進一步深化。例如：1952年麻省理工學院研制出第一臺NC銑床后，馬上組織軍工部門訂貨100臺用于生產，并不斷改進，從而加速NC機床技術不斷提高。又如：1994年美國G＆L公司研制出世界上第一臺VARLA4并聯(lián)機構機床后，及時組織有關大學研究分析并在企業(yè)中使用，以便在技術上進一步提高。 </p><p>　　由于美國缺乏熟練工人以及工人工資相對較高，機床用戶要求機

43、床制造廠家的機床使用性能更具有靈活性并可反復編程，以減少對熟練工人的需求。由于汽車行業(yè)的競爭越來越激烈，汽車型號更新周期也越來越短，汽車行業(yè)要求機床的性能靈活、使用范圍廣、調試周期短，以適應汽車生產批量少、更新?lián)Q代快的要求。 </p><p>　　美國航空業(yè)、汽車業(yè)和模具制造業(yè)對高速機床的需求在不斷增加。由于環(huán)保的原因，許多客戶要求機床減少冷卻液的使用量。以上種種情況表明，科技進步是影響美國機床工業(yè)發(fā)展的主要因素

44、。 </p><p>　　比如目前電子化、高速化、精密化成為了美國機床業(yè)發(fā)展的主流：如美國企業(yè)通過網絡企業(yè)對企業(yè)的服務，有效整合供應商與客戶的采購和存貨系統(tǒng)；大型汽車公司（通用、福特、戴姆勒／克萊斯勒）和航天航空公司（波音、洛克希德）都通過這種網絡服務在全球范圍內與相關體系同步設計開發(fā)；機床業(yè)的制造過程管理、遠端監(jiān)控、故障排除和售后服務日漸普及；銑床主軸采用液壓軸承模具，運用非接觸式取代滾珠軸承；線性馬達擺脫應用

45、限制，進入商品化。</p><p>　　目前，國際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產廠是日本ＦＡＮＵＣ公司，１年生產５萬套以上系統(tǒng)，占世界市場約４０％左右，其次是德國的西門子公司約占１５％以上，再次是德海德漢爾，西班牙發(fā)格，意大利菲地亞，法國的ＮＵＭ，日本的三菱、安川。</p><p>　　國產數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機床數(shù)控集團、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽藝天、廣州數(shù)控、南京新方達、成都廣

46、泰等，國產數(shù)控生產廠家規(guī)模都較小，年產都還沒有超過３００～４００套。</p><p>　　1.4數(shù)控機床的分類</p><p>　　數(shù)控機床的種類很多，通常按照加工工藝類型、控制的運動軌跡、伺服系統(tǒng)控制方式、控制系統(tǒng)功能水平等方法進行分類。</p><p>　　1.4.1按加工工藝方法分類</p><p>　　1．金屬切削類數(shù)控機床</

47、p><p>　　與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床等。盡管這些數(shù)控機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，但機床的動作和運動都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產率和自動化程度。</p><p>　　在普通數(shù)控機床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機床。加工中心機床進一步提高了普通數(shù)控機床的自動化程度和

48、生產效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，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行銑、鏜、鉆、擴、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，減少了機床的臺數(shù)和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產效率和加工質量。</p><p>　　2．特種加工類數(shù)控機床</

49、p><p>　　除了切削加工數(shù)控機床以外，數(shù)控技術也大量用于數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控等離子弧切割機床、數(shù)控火焰切割機床以及數(shù)控激光加工機床等。</p><p>　　3．板材加工類數(shù)控機床</p><p>　　常見的應用于金屬板材加工的數(shù)控機床有數(shù)控壓力機、數(shù)控剪板機和數(shù)控折彎機等。</p><p>　　近年來，其它機械設備中

50、也大量采用了數(shù)控技術，如數(shù)控多坐標測量機、自動繪圖機及工業(yè)機器人等。</p><p>　　1.4.2按控制運動軌跡分類</p><p>　　1．點位控制數(shù)控機床</p><p>　　點位控制數(shù)控機床的特點是機床移動部件只能實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確定位，在移動和定位過程中不進行任何加工。機床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點的坐標值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個坐

51、標軸之間的運動無任何聯(lián)系?？梢詭讉€坐標同時向目標點運動，也可以各個坐標單獨依次運動。</p><p>　　這類數(shù)控機床主要有數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機等。點位控制數(shù)控機床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。</p><p>　　2．直線控制數(shù)控機床</p><p>　　直線控制數(shù)控機床可控制刀具或工作臺以適當?shù)倪M給速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和

52、切削加工，進給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內變化。</p><p>　　直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩個坐標軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個坐標軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機床采用數(shù)控進給伺服系統(tǒng)，驅動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機床。</p><p>　　數(shù)控鏜銑床、加工中心等機床，它的各個坐標方向的進給運動的速度能在一定范圍內進行

53、調整，兼有點位和直線控制加工的功能，這類機床應該稱為點位/直線控制的數(shù)控機床。</p><p>　　3．輪廓控制數(shù)控機床</p><p>　　輪廓控制數(shù)控機床能夠對兩個或兩個以上運動的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的起點與終點坐標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。</p&g

54、t;<p>　　常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機床。數(shù)控火焰切割機、電火花加工機床以及數(shù)控繪圖機等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結構要比點位/直線控系統(tǒng)更為復雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然后進行相應的速度與位移控制。</p><p>　　現(xiàn)在計算機數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計算機數(shù)控裝

55、置都具有輪廓控制功能。</p><p>　　1.4.3按伺服系統(tǒng)控制方式分類</p><p>　　1．開環(huán)控制數(shù)控機床</p><p>　　這類控制的數(shù)控機床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機，如圖1.2。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進給指令，經驅動電路功率放大后，驅動步進電機旋轉一個角度，再經過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉，通

56、過絲杠螺母機構轉換為移動部件的直線位移。移動部件的移動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)控機床的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。</p><p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結構簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測，也不能進行誤差校正。因此，步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)

57、控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機床，特別是簡易經濟型數(shù)控機床。</p><p>　　2．閉環(huán)控制數(shù)控機床</p><p>　　閉環(huán)控制數(shù)控機床是在機床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置，直接對工作臺的實際位移進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從

58、理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關，因此其控制精度高。圖1.3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作臺實際位移量反饋回去，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行位置控制，直至差值為零時為止。這類控

59、制的數(shù)控機床，因把機床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機床。</p><p>　　閉環(huán)控制數(shù)控機床的定位精度高，但調試和維修都較困難，系統(tǒng)復雜，成本高。</p><p>　　3．半閉環(huán)控制數(shù)控機床</p><p>　　半閉環(huán)控制數(shù)控機床是在伺服電動機的軸或數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的實際

60、位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進行修正，如圖1.4。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機的轉速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現(xiàn)控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機床。</p><p>　　半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調試比較方便，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機設計成一體，這樣，使結構更加緊湊。</p>

61、<p>　　4．混合控制數(shù)控機床</p><p>　　將以上三類數(shù)控機床的特點結合起來，就形成了混合控制數(shù)控機床?；旌峡刂茢?shù)控機床特別適用于大型或重型數(shù)控機床，因為大型或重型數(shù)控機床需要較高的進給速度與相當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調試比較復雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式：</p><p>　　（1）開環(huán)補

62、償型。它基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構，另外附加一校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統(tǒng)的誤差，如圖1.5。</p><p>　?。?）半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一，如圖1.6。其中A是速度測量元件（如測速發(fā)電機），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。</p><

63、p>　　1.4.4按控制系統(tǒng)功能水平分類</p><p>　　1.經濟型數(shù)控系統(tǒng)：又稱簡易數(shù)控系統(tǒng)，通常僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件，采用的微機系統(tǒng)為單板機或單片機系統(tǒng)，如：經濟型數(shù)控線切割機床，數(shù)控鉆床，數(shù)控車床，數(shù)控銑床及數(shù)控磨床等。 </p><p>　　2.普及型數(shù)控系統(tǒng)：通常稱之為全功能數(shù)控系統(tǒng)，這類數(shù)控系統(tǒng)功能較多，但不追

64、求過多，以實用為準。 </p><p>　　3.高檔型數(shù)控系統(tǒng)：指加工復雜形狀工件的多軸控制數(shù)控系統(tǒng)，且其工序集中、自動化程度高、功能強、具有高度柔性。用于具有5軸以上的數(shù)控銑床，大、中型數(shù)控機床、五面加工中心，車削中心和柔性加工單元等。</p><p>　　1.5數(shù)控機床的發(fā)展方向</p><p>　　數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多

65、樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機械產品向機電一體化發(fā)展的先河，成為先進制造技術中的一項核心技術。數(shù)控系統(tǒng)技術的突飛猛進為數(shù)控機床的技術進步提供了條件。當前，數(shù)控機床的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下幾方面：</p><p><b>　　1.高速、高效</b></p><p>　　機床向高速化方向發(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量和精度。超

66、高速加工技術對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低成本生產有廣泛的適用性。20 世紀90 年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉速15000 － 100000r/min）、高速且高加/減速度的進給運動部件（快移速度60～120m/min，切削進給速度高達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，達到了新的技術水平。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材

67、料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護裝置等一系列技術領域中關鍵技術的解決，為開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床提供了技術基礎。目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉數(shù)在30000 轉/分（有的高達10 萬r/min）以上；工作臺的移動速度（進給速度）：在分辨率為1 微米時，在100m/min（有的到200m/min） 以上，在分辨

68、率為0.1 m 時</p><p><b>　　2.高精度</b></p><p>　　從精密加工發(fā)展到超精密加工，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（#lt;10nm），其應用范圍日趨廣泛。當前，在機械加工高精度的要求下，普通級數(shù)控機床的加工精度已由±10 m 提高到±5 m；精密級加工中心的加工精度則從

69、7;3～5 m，提高到±1～1.5 m，甚至更高；超精密加工精度進入納米級（0.001m），主軸回轉精度要求達到0.01～0.05 m，加工圓度為0.1m，加工表面粗糙度Ra=0.003 微米等。這些機床一般都采用矢量控制的變頻驅動電主軸（電機與主軸一體化），主軸徑向跳動小于2 m，軸向竄動小于1 m，軸系不平衡度達到G0.4 級。高速高精加工機床的進給驅動，主要有#quot;回轉伺服電機加精密高速滾珠絲杠#quot;和#qu

70、ot;直線電機直接驅動#quot;兩種類型。此外，新興的并聯(lián)機床也易于實現(xiàn)高速進給。滾珠絲杠由于工藝成熟，應用廣泛，不僅精度能達到較高（ISO34081 級），而且實現(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床所采用。當前使用滾珠絲杠驅動的高速加工機床最大移動速度90m/min，加速度1.5g。滾珠絲杠屬機</p><p><b>　　3.高可靠性</b></p>&

71、lt;p>　　隨著數(shù)控機床網絡化應用的發(fā)展，數(shù)控機床的高可靠性已經成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16 小時內連續(xù)正常工作，無故障率在P（t）＝ 99%以上，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于3000 小時。我們只對一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1（數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級）。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF 就要大于33333.3 小時，而

72、其中的數(shù)控裝置、主軸及驅動等的MTBF 就必須大于10 萬小時。當前國外數(shù)控裝置的MTBF 值已達6000 小時以上，驅動裝置達30000 小時以上，但是，可以看到距理想的目標還有差距。</p><p><b>　　4.復合化</b></p><p>　　在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時

73、間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此，復合功能的機床成為近年來發(fā)展很快的機種。柔性制造范疇的機床復合加工概念是指將工件一次裝夾后，機床便能按照數(shù)控加工程序，自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。就棱體類零件而言，加工中心便是最典型的進行同一類工藝方法多工序復合加工的機床。事實證明，機床復合加工能提高加工精度和加工效率，節(jié)

74、省占地面積特別是能縮短零件的加工周期。</p><p><b>　　5.多軸化</b></p><p>　　隨著5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5 軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經成為當前的一個開發(fā)熱點，由于在加工自由曲面時，5 軸聯(lián)動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

75、度提高加工效率，而在3 軸聯(lián)動控制的機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)動機床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。最近，國外還在研究6 軸聯(lián)動控制使用非旋轉刀具的加工中心，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尚難實用化。</p><p><b>　　6.智能化 </b></p><p>　　智能

76、化是21 世紀制造技術發(fā)展的一個大方向。智能加工是一種基于神經網絡控制、模糊控制、數(shù)字化網絡技術和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量的智能化，如自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操

77、作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等；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)控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。</p><p><b>　　7.網絡化</b></p><p>　　數(shù)控機床的網絡化，主要指機床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網絡連接和網絡

78、控制。數(shù)控機床一般首先面向生產現(xiàn)場和企業(yè)內部的局域網，然后再經由因特網通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet 技術。隨著網絡技術的成熟和發(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;，是機械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。機械制造企業(yè)在普遍采用CAD/C

79、AM的基礎上，越加廣泛地使用數(shù)控加工設備。數(shù)控應用軟件日趨豐富和具有#quot;人性化#quot;。虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代機床發(fā)展的重要趨勢。在數(shù)字制造的目標下，通過流程再造和信息化改造，ERP 等一批先進企業(yè)管理軟件已經脫穎而出，為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經濟效益。</p><p><b>　　8.柔性化</b><

80、;/p><p>　　數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點（數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網絡集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產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，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為提，

81、以易于聯(lián)網和集成為目標；注重加強單元技術的開拓、完善；CNC 單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS 聯(lián)結，向信息集成方向發(fā)展；網絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。</p><p><b>　　9.綠色化</b></p><p>　　21 世紀的金切機床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實現(xiàn)切削加

82、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，這主要是因為切削液既污染環(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行，但也包括在特殊氣體氛圍中（氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術）不使用切削液進行的切削。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際應用，故又出現(xiàn)了使用極微量潤滑（MQL） 的準干切削。目前在歐洲的大批量機械加工中，已有10～15%的加工使用了干和準干

83、切削。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機床來說，主要是采用準干切削，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經由機床主軸與工具內的中空通道噴向切削區(qū)。在各類金切機床中，采用干切削最多的是滾齒機。總之，數(shù)控機床技術的進步和發(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)質以及人性化的方向發(fā)展?？梢灶A見，隨著數(shù)控機床技術的發(fā)展和數(shù)控機床的廣泛應用，制造業(yè)將迎來一次足以撼動傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。</p&g

84、t;<p>　　第二章 普通車床的數(shù)控改造和可行性論證</p><p>　　2.1 車床的數(shù)控改造</p><p>　　數(shù)控化改造方案的內容：系統(tǒng)運動方式的確定；數(shù)控控制系統(tǒng)的選擇；伺服系統(tǒng)的選擇；執(zhí)行機構的結構；機械傳動方式確定及機械精度的修復等內容。應根據(jù)設計任務和要求進行調研，查閱技術資料，提出改造的總體方案，并對方案進行分析比較和論證。</p><

85、p>　　2.1.1設計內容及任務</p><p>　　任務與要求：根據(jù)普通車床數(shù)控化方案，設計“X”向及“Z”向數(shù)控化改造，要求“X”向及“Z”向數(shù)控化改造后能夠實現(xiàn)機床的正常加工，并具有數(shù)字控制及編程功能。</p><p>　　1、主軸電機最大功率為18KW。</p><p>　　2、X、Z坐標最大運動速度5m/min</p><p>

86、;　　設計出X坐標數(shù)控化改造后的總裝圖一張</p><p>　　設計出Z坐標數(shù)控化改造后的總裝圖一張</p><p>　　普通車床的數(shù)控改造設計內容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的設計計算（伺服進給機構設計、自動轉位刀架的選擇或設計、編碼盤安裝部分的結構設計）、主運動自動變速原理。</p><p>　　本設計任務是對普通臥式車床（CW6163C車床）進行數(shù)

87、控化改造，實現(xiàn)微機對車床的數(shù)控化控制。利用微機對車床的縱向、橫向進給統(tǒng)進行數(shù)字控制，并要求主軸電機最大功率為18KW，X、Z坐標最大運動速度5m/min，刀架要是自動控制的自動轉位刀架，要能自動切削螺紋。</p><p><b>　　2.1.2設計任務</b></p><p><b>　　1.設計任務</b></p><p&g

88、t;　　普通車床（CW6163C車床）主要用于對大型軸類零件的加工，這些零件加工工藝要求機床應完成的工作內容有：控制主軸正反轉；刀架能實現(xiàn)X向和Z向的進給運動；各坐標超程的檢測；冷卻泵、潤滑泵、照明工作燈的開啟關閉。這些工作內容，就是這臺車床數(shù)控化改造的對象。</p><p><b>　　2.總體方案的確定</b></p><p>　　總體設計方案的內容包括：系統(tǒng)運動

89、方式的確定；伺服系統(tǒng)的選擇；執(zhí)行機構的結構及傳動方式的確定；數(shù)控控制系統(tǒng)的選擇等內容。應根據(jù)設計任務和要求進行調研，查閱技術資料，提出改造的總體方案，并對方案進行分析比較和論證，最后確定總體方案。確定方案時，應仔細考慮機床與控制部分相互之間的各種要求，做出合理的設計。不僅要考慮各種高性能、自動化要求，也要考慮被改造機床的具體條件，使技術的先進性與經濟的合理性較好地統(tǒng)一起來。查看CW6163C車床有關資料，并且參照以往數(shù)控機床的改造經驗，

90、確定總體改造方案為：①對機床的改造部位是：拆掉普通絲桿、光桿進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；各絲杠后端加裝帶編碼器的伺服電機；②數(shù)控系統(tǒng)選用西門子802C數(shù)控系統(tǒng)；③驅動系統(tǒng)的設計。由于改造設計的是簡易型經濟數(shù)控，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足需要的前提下，對于機床盡可能減小改動量，以降低成本。</p><p><b>　　2.2機械部分改造</b></p><

91、;p>　　2.2.1 Z向、X向進給機構的改造</p><p>　?、佟向進給機構的改造</p><p>　　拆除原機床的進給箱，利用原機床進給箱的安裝孔和銷孔安裝滾珠絲杠絲母固定支撐架。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端采用固定方式支撐，中間加輔助支撐，以提高滾珠絲杠的剛性。動力傳動采用伺服控制電機加同步帶減速裝置（減速比為3：1）傳遞給滾珠絲杠副，實現(xiàn)Z向進給運動。伺服電機安裝

92、在機床的尾部。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使Z向進給整體剛性略優(yōu)于未改造前。</p><p>　?、?、X向進給機構改造。</p><p>　　同樣采用滾珠絲杠傳動方式，兩端采用固定方式支撐，利用原機床中溜板上的絲母安裝孔和銷孔安裝滾珠絲杠絲母固定支撐架；動力傳動采用伺服控制電機加同步帶減速裝置（減速比為3：1）傳遞給滾珠絲杠副，實現(xiàn)X向進給運動。伺服電機安裝在中拖板的前側。<

93、;/p><p>　　Z、X向進給機構都采用了滾珠絲杠傳動方式，由于絲杠絲母之間本身就有消隙機構，故只需考慮消除絲杠的軸向竄動。Z、X向伺服電機和滾珠絲杠全部加防護罩，以保持防塵和機床整體美觀。③、電動刀架的安裝</p><p>　　利用原小刀架位置通過加墊板安裝電動刀架，以保證刀具刀點和主軸中心處于同一平面。</p><p>　　2.2.2機械部分改造設計部分的相關計

94、算</p><p>　　機械部分設計內容包括：傳動元件的設計計算及選用，運動部件的慣性計算，伺服電動機的選擇等。</p><p>　　（1）、Z向坐標傳動最快運行速度Vmax計算：</p><p>　　電機最快轉速：r=1500轉/min</p><p><b>　　傳動減速比：n=3</b></p>&l

95、t;p>　　滾珠絲杠螺距：p=10mm</p><p>　　根據(jù)公式： Vmax=r.p/n</p><p>　　得 Vmax=1500×10×O.OO1/3</p><p><b>　　=5m/min</b></p><p>　　故Z軸最大進給速度為5 m/min

96、。</p><p>　　由于X向滾珠絲杠螺距為10mm，X軸最大進給速度為5 m/min。</p><p>　?。?）、負載轉動慣量的估算</p><p>　　由于X、Z向坐標的傳動減速比都是n=3；所以折算到電機軸上的轉動慣量可按下式估算</p><p>　　JF=J1+J2+J3+JK</p><p>　　JF—折

97、算到電機軸上的轉動慣量（kg.cm2）</p><p>　　J1—聯(lián)軸節(jié)的轉動慣量（kg.cm2）</p><p>　　J2—絲杠的轉動慣量（kg.cm2）</p><p>　　J3—聯(lián)軸節(jié)的轉動慣量（kg.cm2）</p><p>　　JK—Z向電機轉子的轉動慣量（kg.cm2）</p><p>　　對于材料為鋼的圓

98、柱形零件，其轉動慣量可按下式進行計算：</p><p>　　J=7.8×10-4 D4L</p><p>　　D—圓柱零件的直徑(cm)</p><p>　　L—零件軸向長度（cm）</p><p><b>　　通過計算得：</b></p><p>　　J1=1.16kg.cm2<

99、/p><p>　　J2=43.41kg.cm2</p><p>　　J3=2.78 kg.cm2 </p><p>　　JK=6.68kg.cm2</p><p><b>　　故總慣量：</b></p><p>　　JF=54.03kg.cm2</p><p>　?。?）、

100、切削功率計算</p><p><b>　　利用下面公式：</b></p><p>　　切削功率 Pc=P·η·K</p><p>　　P——電機功率18KW</p><p>　　η——傳動效率0.8</p><p>　　K——功率系數(shù)0.96</p><p&

101、gt;<b>　　計算切削功率得：</b></p><p>　　Pc=13.82KW</p><p>　?。?）、摩擦阻力的估算</p><p>　　X向摩擦阻力的估算：</p><p>　　X向運動部件自重約：1500N</p><p>　　X向運動部件之間摩擦系數(shù)（鑄鐵對鑄鐵）：0.18<

102、;/p><p>　　X向摩擦阻力；FMX=1500×0.18=270N</p><p>　　Z向摩擦阻力的估算：</p><p>　　Z向運動部件自重約：3000N</p><p>　　Z向運動部件之間摩擦系數(shù)（鑄鐵對鑄鐵）：0.18</p><p>　　Z向摩擦阻力；FMZ=3000×0.18=540

103、N</p><p>　?。?）、切削力計算。</p><p>　　即； Pc=(FZv10-3)/60</p><p>　　或 Pc=Tn/9550</p><p>　　式中 FZ——主切削力（N）；</p><p>　　v——切削速度（m/min）</p>&

104、lt;p>　　T——切削轉矩（Nm）；</p><p>　　N——主軸轉速（r/min）。</p><p>　　取v=400m/min</p><p>　　FQ=60Pc103/v=60×13.82×103/400=2073N</p><p>　　在一般外圓車削時取X、Z向分力分別為</p><p

105、>　　FQX=0.5FQ=1036.5N FQZ=0.6FQ=1243.8N</p><p>　?。?）、X、Z向坐標運動時的工作阻力</p><p>　　X向坐標運動時的工作阻力：</p><p>　　FX= FMX + FQX=270+1036.5=1306.5 N</p><p>　　Z向坐標運動時的工作阻力：</

106、p><p>　　FZ= FMZ + FQZ=540+1243.8=1783.8 N</p><p>　?。?）、伺服電機扭矩的計算</p><p>　　根據(jù)公式 Pc=60Pc103/v和Pc=Tn/9550</p><p>　　得 X向扭矩 T=9550FXv10-3/(60n)=41.6Nm</p><p&

107、gt;　　Z向扭矩 T=9550FZv10-3/(60n)=56.78Nm</p><p>　　由于X、Z項均采用同步帶減速裝置，減速比為3；故X向選18Nm電機、Z向27 Nm電機適合。</p><p>　　2.2.3改造后機械結構特點</p><p>　?。?）、Z向滾珠絲杠 </p><p>　　此車床Z向滾珠絲杠比較長，所

108、以必須采用三點支撐形式加輔助支撐形式?？紤]到向心推力球軸承既可承受徑向力又可以承受軸向力，因此在絲杠的左右端各設計了一個專用軸承支座，分別采用一對向心推力球軸承來支撐絲杠。由于拆除了走刀箱，在原走刀箱部位設計了一個滾珠絲杠的絲母支架，用來固定絲母，并起到了支撐絲杠的作用，消除了因絲杠自重引起的彎曲，從而提高滾珠絲杠轉動時的穩(wěn)定性。</p><p>　　并根據(jù)機床的結構，將伺服電機放在床身尾部，皮帶輪與絲杠、電機采

109、用的無鍵連接，由于采用了無鍵連接的錐套式聯(lián)接，這樣使得皮帶輪與絲杠、電機的連接更加方便、可靠，編碼器安裝在滾珠絲杠的另一端；節(jié)省了空間與零件數(shù)量，使結構更加緊湊。</p><p>　?。?）、X向滾珠絲杠 </p><p>　　X向滾珠絲杠也是采用的三點支撐方式，伺服電機一般都安裝在床鞍的后面，皮帶輪與絲杠、伺服電機采用的無鍵連接，遠離操作者的一側；編碼器安裝在滾珠絲杠的另一端。滾珠

110、絲杠的支撐利用原車床的絲杠支撐位置，也采用兩對向心推力球軸承來支撐絲杠。絲母通過絲母座與中溜板連接在一起，實現(xiàn)絲母帶動中溜板的橫向運動。X、Z向絲杠的支撐方式基本相同。</p><p><b>　　（3）、電動刀架</b></p><p>　　變原手動刀架為電動刀架，實現(xiàn)自動換刀；提高工作效率。</p><p><b>　?。?）、潤

111、滑裝置</b></p><p>　　取消X、Z向導軌手動潤滑裝置，增加自動裝置。</p><p>　　2.3數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的改造</p><p>　　2.3.1數(shù)控系統(tǒng)簡介</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)（numerical control system）是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡稱：能按照零件加工程序的數(shù)值信息指令進行控制，使機床完成