I畢業(yè)設(shè)計說明書C6132 橫向進(jìn)給運動系統(tǒng)數(shù)控改造[機電-單片機]學(xué) 生 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 IIC6132 橫向進(jìn)給運動系統(tǒng)數(shù)控改造摘要裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(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)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，對于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠兩方面來實現(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是車床本身的機械傳動精度。數(shù)控車床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)，由于必須對進(jìn)給位移的位置和速度同時實現(xiàn)自動控制。所以，數(shù)控車床與臥式車床相比應(yīng)具有有更好的精度．以確保機械傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。本次設(shè)計是對 C6132 橫向進(jìn)給運動系統(tǒng)數(shù)控改造[機電-單片機]的設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計對設(shè)計工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機械的設(shè)計創(chuàng)造了一定條件。這次設(shè)計主要橫向進(jìn)給運動的機械設(shè)計。由于對經(jīng)濟(jì)型機床數(shù)控化改造的加工精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)、降低成本。通過控制橫進(jìn)給系統(tǒng)，保證設(shè)計后的車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停等功能。為實現(xiàn)機床所要求的傳動效率，采用步進(jìn)電機經(jīng)聯(lián)軸器再傳動絲杠；為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控改造設(shè)計， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠 IIIAbstractThe equipment industry's technical level and degree of modernization determines the level and degree of modernization in the whole national economy, numerical control technology and equipment is the development of new high-tech industry and high-tech industries to technology and the most basic equipment, and is today's advanced manufacturing technology and equipment, the core technology. Numerical control technology is the use of digital information on the mechanical movement and working process of control technology and numerical control equipment is to form a numerical control technology as the penetration of the representative of the new technology to the traditional manufacturing industry and the emerging manufacturing of electromechanical integration products, its technical scope covers many fields. Economic CNC lathe, to ensure and improve the accuracy of the processed parts, mainly rely on two aspects: first, the system control precision; two is the mechanical transmission accuracy of the lathe itself. The feed drive system of CNC lathe can realize the automatic control of the position and the speed of the feed displacement. Therefore, the numerical control lathe and the horizontal lathe should have the better precision. In order to ensure the transmission accuracy and the working stability of the mechanical transmission system.This design is the design of the numerical control transformation of the C6132 horizontal feed motion system. The graduation design of the basic skills of the design of the training, improve the ability to analyze and solve engineering problems, and to carry out the design of general machinery to create a certain condition.The design of the main horizontal feed motion of the mechanical design. Because of the requirement of processing precision of NC transformation of economical machine tool is not high, to simplify the structure and reduce the cost. Through the control of the transverse feed system, the design of the lathe to ensure that the positioning, linear interpolation, circular interpolation, pause and other functions. In order to realize the transmission efficiency of the machine tool, the step motor is adopted to drive the lead screw through the coupling. In order to ensure the stability of the transmission accuracy and stability, as far as possible to reduce friction, the selection of ball screw 齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）IVnut pair.Keywords: lathe, CNC transformation design, coupling, ball screwV目錄摘要 .IIAbstract.III第 1 章 概述11.1 機床數(shù)控化改造及其特點.11.2 機床數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)分析21.3 機床數(shù)控化改造的工藝范圍及加工精度21.4 數(shù)控機床及其特點31.5 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度41.6 數(shù)控機床的經(jīng)濟(jì)分析51.7 數(shù)控機床的發(fā)展趨向6第 2 章 機床數(shù)控化改造總體方案的制訂及比較122.1 總體方案比較與確定122.2 主軸系統(tǒng)的方案確定.122.3 安裝電動卡盤.132.4 換裝自動回轉(zhuǎn)刀架.132.5 螺紋編碼器的安裝方案.132.6 進(jìn)給系統(tǒng)的與設(shè)計方案.132.7 尾座與設(shè)計方案14第 3 章 橫向進(jìn)給伺服進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計153.1 C6132 普通車床參數(shù) .153.2 確定脈沖當(dāng)量153.3 切削力的計算153.4 進(jìn)給力與背吃刀力163.5 滾珠絲杠螺母副的計算和選型173.5.1 最大工作載荷的計算173.5.2 最大動載荷的計算173.5.3 滾珠絲杠螺母副的選型.17齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）VI3.5.4 滾珠絲杠副的支承方式183.5.5 傳動效率的計算183.5.6 剛度的驗算183.5.7 穩(wěn)定性校核183.5.8 臨界轉(zhuǎn)速的驗證.193.6 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動計算193.6.1 確定傳動比.193.6.2 齒輪參數(shù)的計算.193.7 步進(jìn)電機的計算和選用.193.7.1 轉(zhuǎn)動慣量的計算.193.7.2 電機力矩的計算.203.8 步進(jìn)電機的選擇.223.9 導(dǎo)軌的特點.233.10 導(dǎo)軌的設(shè)計24第 4 章 數(shù)控硬件電路系統(tǒng)設(shè)計284.1 硬件電路設(shè)計.284.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)284.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能284.2 關(guān)于各線路元件之間線路連接.284.3 關(guān)于電路原理圖的一些說明29結(jié)論32參考文獻(xiàn)33致謝350第 1 章 概述1.1 機床數(shù)控化改造及其特點數(shù)字控制機床（Numerical Control Machine Tools）簡稱機床數(shù)控化改造，這是一種將數(shù)字計算機技術(shù)應(yīng)用于機床的控制技術(shù)。它把機械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置，經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。機床數(shù)控化改造較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性、高效能的自動化機床，是典型的機電一體化產(chǎn)品。機床數(shù)控化改造一般由下列幾個部分組成： 1）主機，它是機床數(shù)控化改造的主題，包括機床身、立柱、主軸、進(jìn)給機構(gòu)等機械部件，是用于完成各種切削加工的機械部件。 2）數(shù)控裝置，是機床數(shù)控化改造的核心，相當(dāng)于人的大腦，它包括硬件（印刷電路板、CRT 顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 3）驅(qū)動裝置，它是機床數(shù)控化改造執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、主軸電機及伺服電機等。它在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動。當(dāng)幾個進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線以及曲面的加工。 4）輔助裝置，指機床數(shù)控化改造的一些必要的配套部件，用以保證機床數(shù)控化改造的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 5） 編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。與機床數(shù)控化改造相比，機床數(shù)控化改造有如下特點： 1）加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； 2）可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件； 3）加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間； 4）機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為機1床數(shù)控化改造的 3-5 倍） ； 5）機床自動化程度高，可以減輕勞動強度； 6）對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。 1.2 機床數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)分析機床數(shù)控化改造能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，增加切屑加工時間的比率；使用機床數(shù)控化改造進(jìn)行生產(chǎn)，加工的零件精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,從而有效的提高了產(chǎn)品在市場上的競爭力；機床數(shù)控化改造具有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性，因此能夠完成很多機床數(shù)控化改造很難完成或者根本不能加工的、具有復(fù)雜型面、要求高精度的零件的加工；許多機床數(shù)控化改造如加工中心具有自動換刀功能，使零件一次裝夾之后就能夠完成多個加工部位的加工，實現(xiàn)了一機多用，大大節(jié)省了設(shè)備和廠房面積；生產(chǎn)者可以對生產(chǎn)成本進(jìn)行預(yù)算，并對生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行合理的安排，以達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的；應(yīng)用機床數(shù)控化改造進(jìn)行生產(chǎn)，減輕了工人的勞動強度，提高了工人工作的環(huán)境質(zhì)量，增加了工人的生產(chǎn)積極性，促進(jìn)了生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型，機床數(shù)控化改造已不能適應(yīng)這些要求，機床數(shù)控化改造應(yīng)運而生。這種新型機床具有適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。它綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機床控制的發(fā)展方向。1.3 機床數(shù)控化改造的工藝范圍及加工精度數(shù)控改造化車床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的機床數(shù)控化改造，約占機床數(shù)控化改造總數(shù)的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、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。由于數(shù)控改造化車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數(shù)控改造化車床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。21.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控改造化車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控改造化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)控改造化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)控改造化車床具有直線和圓弧插補功能，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。1.4 數(shù)控機床及其特點隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高，更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。在機床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機床為數(shù)控機床所代替，這就極大地促進(jìn)了機床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機車車輛、機床、建筑、通用機械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。綜上所述，數(shù)控機床在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人類生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機會等方面，起著非常重要的作用。數(shù)控機床是一種高效能自動加工機床，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。與普通機床相比，數(shù)控機床具有如下一些優(yōu)點：易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實現(xiàn)一機多用，多機看管；可以大大減少專用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質(zhì)量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動強度，減少所需工人數(shù)量等。3數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)主要由傳動系統(tǒng)、支承部件、分度臺等部分組成。傳動系統(tǒng)的作用是把運動和力由動力源傳遞給機床執(zhí)行件，而且要保證傳遞過程中有良好的動態(tài)特性。傳動系統(tǒng)在工作過程中，經(jīng)常受到激振力和激振力矩的作用，使傳動系統(tǒng)的軸組件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)振動，從而影響機床的工作性能。隨著機床切削速度的提高和自動化方向的發(fā)展，傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成越來越簡單，但對其機械結(jié)構(gòu)性能的要求卻越來越高，從而使傳統(tǒng)的設(shè)計方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，這樣，各種設(shè)計理論的研究和使用就得到了迅猛的發(fā)展。數(shù)控機床是高精度和高生產(chǎn)率的自動化機床，其加工過程中的動作順序、運動部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過數(shù)字信息自動控制的，操作者在加工過程中無法干預(yù)，不能像在普通機床上加工零件那樣，對機床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補償，所以數(shù)控機床幾乎在任何方面均要求比普通機床設(shè)計得更為完善，制造得更為精密。為滿足高精度、高效率、高自動化程度的要求，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計已形成自己的獨立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過程中，數(shù)控機床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。與普通機床相比，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)有許多特點。1.5 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度隨著機械制造生產(chǎn)模式的演變,對機械制造裝備提出了不同的要求.在 50 年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過提高效率，自動化程度 ,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)” 實現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從 90 年代開始，為了對世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實現(xiàn)社會制造資源的快速集成，要求機械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實制造和快速成形制造技術(shù)。工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常注重機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝裝備，數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性” 強,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多；自動化程度基本上還是“一個工人，一把刀，一臺機床” ，導(dǎo)致勞動生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距,我們必須在機械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個方面就是增加數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重。4數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向六個方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國的機床業(yè)一般。中國大陸、韓國。臺灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世界前 4 名。數(shù)控系統(tǒng) 由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成。目前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內(nèi)由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。 華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機床業(yè)進(jìn)軍，但機床的硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國內(nèi)一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。廣州機床廠的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯。 我們國家機床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。機床精度 1.機械加工機床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度） 、定位精度、重復(fù)定位精度等 5 種。 2.機床精度體系：目前我們國家內(nèi)承認(rèn)的大致是四種體系：德國 VDI 標(biāo)準(zhǔn)、日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo) GB，國標(biāo)和國際標(biāo)準(zhǔn)差不多。3.看一臺機床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺機床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到 0.005mm(ISO 標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法),就是一臺高精度機床，在 0.005mm(ISO 標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法)以下，就是超高精度機床，高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。4.加工出高精度零件，不只要求機床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。1.6 數(shù)控機床的經(jīng)濟(jì)分析目前世界著名機床廠商在我國的投資情況 1. 2000 年，世界最大的專業(yè)機床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“ 寧夏小巨人機床公司”的機床公司，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心和車銑復(fù)合中心。機床質(zhì)量不錯，目前效益良好，年產(chǎn) 600 臺，目前正在建 2 期工程，建成后可以年產(chǎn) 1200 臺。 2. 2003 年，德國著名的機床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車床和立式加工中心 120 臺左右。 3. 2002 年，日本著名的機床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為 1000 臺，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加工中心。 4.韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。5.臺灣省的著名機床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力 800 臺。5民營企業(yè)進(jìn)入機床行業(yè)情況 1.浙江日發(fā)公司，2000 年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心。年生產(chǎn)能力 300 臺。 2．2004 年，浙江寧波著名的鑄塑機廠商海天公司投資生產(chǎn)機床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開始，起點比較高。 3．2002 年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實老板是中國人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車床，水平相當(dāng)不錯。軍工企業(yè)技情況 軍工企業(yè)得到國家撥款開始于當(dāng)年“大使館被炸” ，后來臺灣阿扁上臺后，大規(guī)模技開始了，軍工企業(yè)進(jìn)入新一輪的技高峰，我們很多軍工企業(yè)開始停止購買普通設(shè)備。尤其是近 3 年來，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買了大批量的先進(jìn)數(shù)控機床。也從國內(nèi)機床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機床，國內(nèi)機床廠商為了迎接這次大技，也引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)，爭取軍工企業(yè)的高端訂單。 聽在軍工企業(yè)的朋友講，阿扁如果再能“頂” 三年，我們的整體水平會上一個臺階。 其實，胡錦濤總書記掌權(quán)以來，已經(jīng)把國防事業(yè)提到了和經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣的高度上，他說，我們要建立和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的國防能力，相信再過 10 年，隨著我國國防工業(yè)和汽車行業(yè)的發(fā)展，我們國家會誕生世界水平的機床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機床生產(chǎn)大國。1.7 數(shù)控機床的發(fā)展趨向機床數(shù)控化改造最早是從美國開始研制的。1948 年，美國帕森斯公司在研制加工直升機槳葉輪廓用檢查樣板的加工機床任務(wù)時，提出了研制機床數(shù)控化改造的初始設(shè)想。1949 年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室合作，開始從事機床數(shù)控化改造的研制工作。并于 1952 年試制成功世界上第一臺機床數(shù)控化改造實驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進(jìn)和自動編程研究，于 1955 年進(jìn)入實用階段。一直到20 世紀(jì) 50 年代末，由于價格和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了 60 年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展機床數(shù)控化改造，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點位控制的機床。數(shù)控技術(shù)不僅在機床上得到實際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機、火焰切割機等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。自 1952 年，美國研制成功第一臺機床數(shù)控化改造以來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制和精密測量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，機床數(shù)控化改造也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。6第一代數(shù)控：1952-1959 年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。第二代數(shù)控：從 1959 年開始采用晶體管電路的 NC 系統(tǒng)。第三代數(shù)控：從 1965 年開始采用小、中規(guī)模集成電路的 NC 系統(tǒng)。第四代數(shù)控：從 1970 年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)。第五代數(shù)控：從 1974 年開始采用微型電子計算機控制的系統(tǒng)。目前，第五代微機數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強的程序存儲能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。近年來，微電子和計算機技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機械制造的各個領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計算機直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以機床數(shù)控化改造為基礎(chǔ)，它們代表著機床數(shù)控化改造今后的發(fā)展趨勢。數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強弱。 數(shù)控機床的發(fā)展在很大程度上取決于數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平，而數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及其技術(shù)基礎(chǔ)離不開微電子技術(shù)和計算機技術(shù)。隨著計算機及其軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺趨于一致化，而控制系統(tǒng)軟件的競爭日益加劇。我國的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過“六五”期間的引進(jìn)， “七五”期間的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)， “八五”期間的數(shù)控應(yīng)用技術(shù)研究以及“九五”期間的主數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)應(yīng)用，已逐步形成了以航天數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控、華中數(shù)控和中華數(shù)控為主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。 近年來，我國數(shù)控機床的產(chǎn)量持續(xù)增長，數(shù)控化率也顯著提高。另一方面我國數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。目前我國一部分普及型數(shù)控機床的生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模，產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)較為成熟，價格合理，在國際市7場上具有一定的競爭力。我國數(shù)控機床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)較成熟，并已有成熟商品走向市場。 我國在數(shù)控機床高端產(chǎn)品的生產(chǎn)上取得了一定的突破。目前我國已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機床。同時，我國也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機床生產(chǎn)國的行列。目前我國已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在 8000~10000 轉(zhuǎn) /分以上的數(shù)控機床。 我國數(shù)控機床行業(yè)近年來大力推廣應(yīng)用 CAD 等信息技術(shù)，很多企業(yè)已開始和計劃實施應(yīng)用 ERP、MRPⅡ和電子商務(wù)。如，濟(jì)南第二機床集團(tuán)有限公司的CAD 普及率達(dá) 100%，是國家級“CAD 示范企業(yè)” ，企業(yè)的 MRPⅡ系統(tǒng)應(yīng)用也非常成功，現(xiàn)代化管理水平較高。 但是和發(fā)達(dá)國家相比，我國數(shù)控機床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍然存在很多不足。 一、信息化技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，對國外技術(shù)依存度高。我國數(shù)控機床行業(yè)總體的技術(shù)開發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來源主要依靠引進(jìn)國外技術(shù)，對國外技術(shù)的依存度較高，對引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國產(chǎn)化率上，沒有上升到形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動等特點的高性能數(shù)控機床基本上還得依賴進(jìn)口。 二、產(chǎn)品成熟度較低，可行性不高。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在10000 小時以上，國內(nèi)自主開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)僅 3000-5000 小時；整機平均無故障工作時間國外達(dá) 800 小時以上，國內(nèi)最好只有 300 小時。 三、創(chuàng)新能力低，市場競爭力不強。我國生產(chǎn)數(shù)控機床的企業(yè)雖達(dá)百余家，但大多數(shù)未能形成規(guī)模生產(chǎn)，信息化技術(shù)利用不足，創(chuàng)新能力低，制造成本高，產(chǎn)品市場競爭能力不強。 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)今數(shù)控機床信息化正朝著以下幾個方面發(fā)展。 高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，我國生產(chǎn)的第六代數(shù)控機床系統(tǒng)均采用位數(shù)、8頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運算速度，使得高速運算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。同時，新一代數(shù)控機床將采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。 智能化?，F(xiàn)代數(shù)控機床的智能化發(fā)展將通過對影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速作出實現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對機床的工藝參數(shù)進(jìn)行實時控制，使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。 基于 CAD 和 CAM 的數(shù)控編程自動化。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD/CAM 圖形交互式自動編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢。它是利用 CAD 繪制的零件加工圖樣，經(jīng)計算機內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和后置處理，從而自動生成數(shù)控機床零部件加工程序，以實現(xiàn) CAD 與 CAM 的集成。隨著 CIMS 技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了 CAD/CAPP/CAM 集成的全自動編程方式，其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的 CAPP 數(shù)據(jù)庫獲得，推動數(shù)控機床系統(tǒng)自動化的進(jìn)一步發(fā)展。 發(fā)展可靠性最大化。數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。新一代的數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，減少元器件的數(shù)量，從而提高可靠性。同時通過自動運行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報警。 一、是高速加工技術(shù)發(fā)展迅速高速加工技術(shù)發(fā)展迅速，在高檔數(shù)控機床中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用新的機床運動學(xué)理論和先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)，優(yōu)化機床結(jié)構(gòu)，采用當(dāng)前數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展趨勢高性能功能部件，移動部件輕量化，減少運動慣性。在刀具材料和結(jié)構(gòu)的支持下，從單一的刀具切削高速加工，發(fā)展到機床加工全面高速化，如數(shù)控機床主軸的轉(zhuǎn)速從每分鐘幾千轉(zhuǎn)發(fā)展到幾萬轉(zhuǎn)、幾十萬轉(zhuǎn)；快速移動速度從每分鐘十幾米發(fā)展到幾十米和超過百米；換刀時間從十幾秒下降到 10 秒、3 秒、1秒以下，換刀速度加快了幾倍到十幾倍。應(yīng)用高速加工技術(shù)達(dá)到縮短切削時間和輔助時間，從而實現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。9二、是精密加工技術(shù)有所突破通過機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動誤差補償技術(shù)的應(yīng)用等，從而提高機床加工的幾何精度、運動精度，減少形位誤差、表面粗糙度。加工精度平均每 8 年提高 1 倍，從 1950 年至 2000 年 50 年內(nèi)提升 100 倍。目前，精密數(shù)控機床的重復(fù)定位精度可以達(dá)到 1μm，進(jìn)入亞微米超精加工時代。三、是技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢明顯技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢之一，如工序復(fù)合型——車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術(shù)復(fù)合，跨加工類別技術(shù)復(fù)合——金切與激光、沖壓與激光、金屬燒結(jié)與鏡面切削復(fù)合等，目前已由機加工復(fù)合發(fā)展到非機加工復(fù)合，進(jìn)而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容，目的在于實現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的全部加工及生產(chǎn)過程集約化管理。技術(shù)集成和復(fù)合形成了新一類機床——復(fù)合加工機床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機床多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。四、是數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)入了智能化的新階段數(shù)字化控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個階段:數(shù)字化控制技術(shù)對機床單機控制；集合生產(chǎn)管理信息形成生產(chǎn)過程自動控制；生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無人化工廠的智能化新階段。智能化指工作過程智能化，利用計算機、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機結(jié)合，對數(shù)控機床加工過程實行智能監(jiān)控和人工智能自動編程等。加工過程智能監(jiān)控可以實現(xiàn)工件裝卡定位自動找正，刀具直徑和長度誤差測量，加工過程刀具磨損和破損診斷、零件裝卸物流監(jiān)控，自動進(jìn)行補償、調(diào)整、自動更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對機床的機械、電氣、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障自動診斷、報警、故障顯示等，直至停機處理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷專家智能系統(tǒng)開始應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)具有在線技術(shù)后援和在線服務(wù)后援。人工智能自動編程系統(tǒng)能按機床加工要求對零件進(jìn)行自動加工。在線服務(wù)可以根據(jù)用戶要求隨時接通 INTERNET 接受遠(yuǎn)程服務(wù)。采用智能技術(shù)來實現(xiàn)與管理信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過程適應(yīng)控制、誤差補償智能控制、故障自診斷和智能維護(hù)等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技術(shù)在制造系統(tǒng)上的應(yīng)用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡(luò)工廠，并進(jìn)一步向制造系統(tǒng)可重組的方向發(fā)展。10五、是極端制造擴(kuò)張新的技術(shù)領(lǐng)域極端制造技術(shù)是指極大型、極微型、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)。極端制造技術(shù)是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的重要方向。重點研究微納機電系統(tǒng)的制造技術(shù)，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關(guān)的數(shù)控制造技術(shù)、檢測技術(shù)及相關(guān)的數(shù)控機床研制，如微型、高精度、遠(yuǎn)程控制手術(shù)機器人的制造技術(shù)和應(yīng)用；應(yīng)用于制造大型電站設(shè)備、大型艦船和航空航天設(shè)備的重型、超重型數(shù)控機床的研制；IT 產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)的發(fā)展需要超精細(xì)加工和微納米級加工技術(shù)，研制適應(yīng)微小尺寸的微納米級加工新一代微型數(shù)控機床和特種加工機床；極端制造領(lǐng)域的復(fù)合機床的研制等。11第 2 章 機床數(shù)控化改造總體方案的制訂及比較2.1 總體方案比較與確定總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式、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)給傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。數(shù)控改造化車床后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計成連續(xù)控制型。屬于經(jīng)濟(jì)型機床數(shù)控化改造，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)電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)。比較項目 方案一 方案二 確定后的方案 具體原因主軸箱 分級變速采用調(diào)速電機+齒輪傳動采用三相異步電機+減速器方案一 變速級數(shù)比較多滿足多種加工需要，也符合任務(wù)書要求進(jìn)給機構(gòu) 滾珠絲杠+步進(jìn)電機滾珠絲杠+伺服電機方案一 脈沖當(dāng)量步進(jìn)電機控制的準(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 16 位單片機 方案一 基本需求可以滿足2.2 主軸系統(tǒng)的方案確定若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用 2~4 速的多速電動機代替原有的單速主電動機；當(dāng)多速電動機仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機，以實現(xiàn)無級變速（工廠使用情況表明，使用變頻器時，若工作頻率低于 ，原來的電動機可以不更換，但所選變頻器的功Hz70率應(yīng)比電動機大） 。122.3 安裝電動卡盤為了提高加工效率，工件的夾緊與松開采用電動卡盤，選用呼和浩特附件總廠生產(chǎn)的 KD11250 型電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊與松開由數(shù)控系。2.4 換裝自動回轉(zhuǎn)刀架為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉(zhuǎn)刀架，選用常州市宏達(dá)機床數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 LD4B-CK6140 型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。2.5 螺紋編碼器的安裝方案螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控改造化車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸信號的反饋元件，它與車床主軸同步。后的車床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是 ，Z 向的進(jìn)給脈沖當(dāng)量是m24，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于脈 沖/01.m?？紤]到編碼器的輸出有相位差 的 A、B脈 沖脈 沖 ） 240/.(24? ?90相信號，可用 A、B 異或后獲得 個脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)） ，這樣編碼器的線數(shù)可降到 線（A 、B 信號） 。另外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還10需要輸出每轉(zhuǎn)一個的零位脈沖 Z?；谏鲜鲆?，選擇螺紋編碼器的型號為：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。電源電壓 +5V，每轉(zhuǎn)輸出 個 A/B 脈沖與 1 個 Z 脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直120徑 ，生產(chǎn)廠家為長春光機數(shù)顯技術(shù)有限公司。m15螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過一對傳動比為 的1:同步齒形帶與主軸連接起來。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性連接，且車床組、主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速。132.6 進(jìn)給系統(tǒng)的與設(shè)計方案在此主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器。在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電動機與同步帶減速箱總成。在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的的螺母座與螺母座托架。在橫溜板上方安裝四工位立式刀架。將滑動絲桿靠刻度盤一段（長 ，見圖一）鋸斷保留，拆掉刻度盤上m216的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動機通過法蘭安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。更換絲桿的右支承。2.7 尾座與設(shè)計方案設(shè)計成液壓尾座。14第 3 章 橫向進(jìn)給伺服進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 C6132 普通車床參數(shù)3.2 確定脈沖當(dāng)量一個進(jìn)給脈沖，使機床運動部件產(chǎn)生位移量，也稱為機床的最小設(shè)定單位。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術(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 0.01～0.005mm/脈沖。根據(jù)機床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/脈沖，橫向：0.01mm/脈沖。3.3 切削力的計算切削力是指在切屑過程中產(chǎn)生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力，或通俗的講是在切削加工時，工件材料抵抗刀具切削時產(chǎn)生的阻力。車削外圓時的切削力如圖 3-1 所示。主切削力 與切削速度的方向一致，zF垂直向下，是計算車床主軸電動機切削功率的依據(jù)；進(jìn)給力 與進(jìn)給方向平行x15且方向相反；背向力 與進(jìn)給方向相垂直，對加工精度的影響較大。yFFzFxFy圖 3-1 車削力分析選工件材料碳素結(jié)構(gòu)鋼， =650 MP ；選用刀具材料為高速鋼；b?a刀具幾何參數(shù)：主偏角 = ，前角 = ，刃傾角 = ；rk。750?。1s?。5?切削用量為：背吃刀量 =2mm，進(jìn)給量 =0.8mm/r，切削速度 =1 m paf cv/min.。由表（2.1）查得： =1770; =1.0 =0.75 =0;CFCFxCFyCFn由表（2.2）查得：主偏角修正系數(shù) =0.92 ,前角，刃傾角修正系數(shù)都rkK為 1.0；代入公式：cCFCFnyxpcvfa?= 92.018.21707501??=2754.92 ( N )3.4 進(jìn)給力與背吃刀力由經(jīng)驗公式：： ： =1:0.35:0.4cFfp16知： = =2754.92N zFc= =0.35x2754.92=964.22Nxf= =0.4x2754.92=1101.97Nyp因為橫向切削力大小一般等于縱向切削力的一半，所以：)(170234NFz???=1368÷2=684y=1197÷2=598.5x?式中： —橫向主切削力；zF?—走刀方向切削力；y—吃刀方向切削力。x?3.5 滾珠絲杠螺母副的計算和選型3.5.1 最大工作載荷的計算已知溜板及刀架重力（N） ，橫向為燕尾導(dǎo)軌，查表 3-1，最大工作NG50'?載荷 的計算如下： mF=)2(FKxzym??????)(6.459N式中： —為考慮顛覆力矩影響時的實驗系數(shù)，取 1.4；—為滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取 0.2。?3.5.2 最大動載荷的計算mhwQfL????3610/Tnin/8axrPVj???式中： —滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位為 r；L?—絲杠壽命，取 15000；T—載荷系數(shù)，一般取 1.2；wf—硬度系數(shù)取 1；h—橫向絲杠副最大工作載荷，其值為 2459.6 ；mF? N—橫向滾珠絲杠導(dǎo)程，初選為 。hPm5—橫向最大工進(jìn)速度，該設(shè)計值為 ；axjV? in/3.0—橫向最大工進(jìn)速度對應(yīng)絲杠的轉(zhuǎn)度，單位 。n r計算得出得 ： =12278.8 。Q?N3.5.3 滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)計算出的最大動載荷 ,選擇江蘇啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)的QF?17FL4005-3 型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母方式預(yù)緊，精度等級為 3 級，其參數(shù)如表 4-1 所示。表 4-1 FL2005-3 型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù)公稱直徑/m導(dǎo)程/ 鋼球直徑 /m絲杠外徑/ 絲杠底徑 /m額定載荷 /KN接觸剛度/ 1??m?0d?hP?wD?1d?2?oaC??20 5 3.5 19 16.5 32.8 14 14533.5.4 滾珠絲杠副的支承方式考慮到橫向滾珠絲杠副的長度、精度與負(fù)載的大小以及改造成本，采用雙推-單推支承方式，該方式軸向剛度高，位移精度好，可以進(jìn)行預(yù)拉伸。3.5.5 傳動效率的計算=??)tan(????式中： —螺距升角，根據(jù) ,可得 =2°28′；?? 0h14.3Pd????—摩擦角，一般取 =10′。?算得： = =95.67%??)82tan(???3.5.6 剛度的驗算= （“+”號代表拉伸， “-”代表壓縮）1??SElFum??式中： —絲杠的最大工作載荷，單位為 ；mF? N—絲杠縱向最大有效行程，單位為 ；ul m—絲杠材料的彈性模量，鋼 ；EMPa510.2??—絲杠的橫截面面積，單位 按絲杠螺紋的底徑 確定。S? 2d?根據(jù)設(shè)計， 為 2459.6N， 為 420 ， 為 36.5 ，算得：mFul?2d?= =±0.0047?1?5)5.36(14.0.29??? )(m=±4.7?查表 3-3 可知， ,所以剛度足夠。?31?3.5.7 穩(wěn)定性校核=KF???2aEIfk?mF?18式中： —絲杠支承系數(shù)，由表 3-4 得出單推-單推時， 取 1；kf kf—滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取 2.5～4，本設(shè)計取 4；K—滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為 ，本設(shè)計中該值為 500a? m；m—按絲杠底徑 確定的截面慣性矩， （ ，單位為 ）本I2d? 642dI???4m設(shè)中將 代入算出 =87080 。m5.36?由以上數(shù)據(jù)可以算出： = =KF? 504871.31.?? )(10.5N?臨界載荷 遠(yuǎn)大于工作載荷 （2459.6N） ，故絲杠不會失穩(wěn)。KF? m3.5.8 臨界轉(zhuǎn)速的驗證72ax 1???cnkcradfn式中： —絲杠支承系數(shù)，單推-單推方式時，由表 3-5 可得該值為 12.1；nkf—臨界轉(zhuǎn)速計算長度，單位為 ，本設(shè)計中該值約為 720 ；ca? mm—絲杠內(nèi)徑，單位 ；2d—安全系數(shù)，可取 =0.8cKcK經(jīng)過計算，得出 = 5321 ，由已知 ， 可以算出crn?in/ in/4maxV??Ph5??，該值小于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。mi/80axrn??3.6 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動計算3.6.1 確定傳動比確定當(dāng)機床脈沖當(dāng)量和滾珠絲杠導(dǎo)程確定以后，可以先初選步進(jìn)電機的步距角，計算伺服系統(tǒng)的降速比 I選步進(jìn)電機的步距角 =0.6b?橫向： 2/305.36??i3.6.2 齒輪參數(shù)的計算摸數(shù) m 取 2。計算如下：橫向：取小圓齒數(shù)為 24小齒輪： )(5.2.125.481 mhzdfa????大齒輪： 736mzPbpi???193.7 步進(jìn)電機的計算和選用3.7.1 轉(zhuǎn)動慣量的計算（1）齒輪、軸、絲杠等圓柱體慣量計算（ ）2.cmkg82MDJ?對于鋼材：34107.??L式中：M—圓柱體質(zhì)量（ ）kgD—圓柱體直徑（ ）cmL—圓柱體長度（ ）—鋼材的密度?23/108.7c????對于齒輪：D 可取分度圓直徑，L 取齒輪寬度； 對于絲杠：D 可近似取絲杠公稱直徑—滾珠直徑，L 取絲杠長度。具體計算如下：縱向： ).(19402.7805369.75. 24 24cmkgJz ?????小大絲 杠橫向： ).(236.018.637.07.8.5. 243ckgJz ????小大絲 杠（2）絲杠傳動時折算到電機軸上的總傳動慣量步進(jìn)電機經(jīng)一對齒輪降速后傳到絲杠，此傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為： ])2()[()021?LgGJzJs???式中： ） 。絲 杠 的 導(dǎo) 程 （ ） ；件 的 重 量 （工 作 臺 及 工 件 等 移 動 部 ；絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 （ ；大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ；小 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 動 慣 量 （cmLNGkgJcS??0 22 21 2).(. );kg.cm上上具體計算如下：20縱向： ).706(])28.0(91)5.72.13[()49. 2cmkgJ ?????橫向： 941.2603.7.2 電機力矩的計算電機的負(fù)載力矩在各種工況下是不同的，下面分快速空載起動時所需力矩、快速進(jìn)給時所需力矩、最大切削負(fù)載時所需力矩等幾部分介紹其計算方法。1） 快速空載起動時所需力矩 起M0'maxMf??起式中： ） 。矩 （電 機 軸 上 的 附 加 摩 擦 力由 于 絲 杠 預(yù) 緊 時 折 算 到 ）力 矩 （折 算 到 電 機 軸 上 的 摩 擦 ） ；軸 上 的 加 速 力 矩 （空 載 起 動 時 折 算 到 電 機 ） ；快 速 空 載 起 動 力 矩 （起 mNmNf .;.0ax?（2） 快速進(jìn)給時所需力矩 快M0Mf??‘快因此對運動部件已起動，固不包含 ，顯然 。max起快 M?（3）最大切削負(fù)載時所需力矩 切tf0切式中： ） 。負(fù) 載 力 矩 （折 算 到 電 機 軸 上 的 切 削 Nt .在采用絲杠螺母副傳動時，上述各種力矩可用下式計算 2max2max106106????????amx tnJnJM???式中： ） 。時 間 （最 大 進(jìn) 給 速 度 所 需 要 的運 動 部 件 從 停 止 加 速 到 ） ；步 進(jìn) 電 機 的 步 距 角 （） ；脈 沖 當(dāng) 量 （ ） ；電 機 最 大 轉(zhuǎn) 速 （） ；電 機 最 大 角 加 速 度 （ ） ；上 的 總 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 （傳 動 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機 軸 stmrnsNcmkgJabp???????in/ .max 2 2摩擦力矩 ）（ NMf.iLFf·20???式中：21。取傳 動 鏈 總 效 率 ， 一 般 可 計 算 ；齒 輪 降 速 比 ， 按導(dǎo) 軌 摩 擦 系 數(shù) ； ） ；運 動 部 件 總 重 量 （引 力 處 摩 擦 力 的 計 算 ； ） ， 其 計 算 如 計 算 牽（， 進(jìn) 行 切 削 加 工 時空 載 快 速 起 動 時 ） ；垂 直 方 向 切 削 力 （‘85.0~7/ ''12000 ?? ??????ziif NG GFzfGfFF附加摩擦力矩 ）（ mNM.0）（ 2001·???iLFp式中： 。 動 效 率 ， 一 般 取滾 珠 絲 杠 未 預(yù) 緊 時 的 傳滾 珠 絲 杠 導(dǎo) 程 ； ） ；為 進(jìn) 給 牽 引 力 （，般 取滾 珠 絲 杠 預(yù) 加 載 荷 ， 一 9.03/00 ?? ??L NFFmP折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩 ）（ cNMt.iLFtt·20???式中： 其 于 參 數(shù) 如 上 。 ） ；進(jìn) 給 方 向 最 大 切 削 力 （Ft?具體計算：橫向： ).(264.108.2619 ).(05.%5.9.3/4.728.108.26.570.0 mNMNtf ?????????）（）（).(047.26.105.78. 890'max mtff ???切起3.8 步進(jìn)電機的選擇目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中大多數(shù)采用反應(yīng)式步進(jìn)電機。1） 首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)距 初 選 電 機 型 號maxjM22從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機為三相六拍時，86.0M/jmax?起?縱向： )(2.586.032.4/ NM?起按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機型號表（三相）可查出，110BYG3500 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 8N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。步進(jìn)電機起動頻率 Hz401.6201max???pqvf?最高工作頻率 Hz3.8psgf從電機表中查出，110BYG3500 型步進(jìn)電機的空載起動頻率為 1600Hz，運行頻率為 30000Hz，滿足要求。橫向： mNM.3086./2/??起按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機型號表（三相）可查出，90BYGH3502 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 5N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。3.9 導(dǎo)軌的特點滑動導(dǎo)軌的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和抗振性良好；缺點是磨損快。為了提高耐磨性，國內(nèi)外主要采用鑲鋼滑動導(dǎo)軌和塑料滑動導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌常用材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。1．鑄鐵 鑄鐵有良好的耐磨性、抗振性和工藝性。常用鑄鐵的種類有：（1）灰鑄鐵 一般選擇 HT200，用于手工刮研、中等精度和運動速度較低的導(dǎo)軌，硬度在 HB180 以上；（2）孕育鑄鐵 把硅鋁孕育劑加入鐵水而得，耐磨性高于灰鑄鐵；（3）合金鑄鐵 包括：含磷量高于 0.3％的高磷鑄鐵，耐磨性高于孕育鑄鐵一倍以上；磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵，耐磨性高于孕育鑄鐵二倍以上；各種稀土合金鑄鐵，有很高的耐磨性和機械性能；23鑄鐵導(dǎo)軌的熱處理方法，通常有接觸電阻淬火和中高頻感應(yīng)淬火。接觸電阻淬火，淬硬層為 0.15~0.2mm。硬度可達(dá) HRC55。中高頻感應(yīng)淬火， 淬硬層為2~3mm，硬度可達(dá) H