畢業(yè)論文普通銑床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：李 穎學(xué) 號(hào)：01320131X01所在系部：機(jī) 械 系專業(yè)班級(jí)：13gz數(shù)控1班指導(dǎo)教師：謝 衛(wèi) 蓉日 期： 2016年5月 附一：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)系 部機(jī)械工程系指導(dǎo)教師謝衛(wèi)容職 稱講師學(xué)生姓名李穎專業(yè)班級(jí)13gz數(shù)控1學(xué) 號(hào) 設(shè)計(jì)題目普通銑床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和要求（設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計(jì)進(jìn)度等）本課題改造設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，應(yīng)滿足實(shí)用和加工精度的要求。1. 調(diào)研：了解各種數(shù)控銑床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中二維工作臺(tái)的工作性能和加工要求情況，了解開(kāi)環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)，提出應(yīng)滿足的技術(shù)要求和條件，分析、比較各種可能的方案并提出初步設(shè)計(jì)方案；2. 研究和確定數(shù)控銑床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，要求有必要的分析和計(jì)算過(guò)程；3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求畫(huà)出總體結(jié)構(gòu)圖、關(guān)鍵零部件圖并對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核和驗(yàn)算；4. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，畫(huà)出控制系統(tǒng)原理圖；5. 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（30-40頁(yè)左右）；6. 基本技術(shù)要求： 結(jié)構(gòu)尺寸：普通銑床 數(shù)控車床的設(shè)計(jì)參數(shù)：規(guī)格工作臺(tái)行程(mm)工作臺(tái)、夾具及工作重力(N)工作臺(tái)快移速度(m/min)最大進(jìn)給速度(m/min)走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同(N)啟動(dòng)加速時(shí)間ms定位精度mmX縱向Y橫向X縱向Y橫向X縱向Y橫向X縱向Y橫向12503206802403300550016160.60.62750/2200400.01根據(jù)數(shù)控機(jī)床要求，由調(diào)研確定工作臺(tái)定位精度和重復(fù)定位精度、脈沖當(dāng)量等參數(shù)；7. 繪制主要零部件圖不少于2張，裝配圖1張；8. 自選其中某個(gè)零件用PRO/E繪制三維零件圖。9. 設(shè)計(jì)進(jìn)度：1)、15 周，主要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，熟悉題目，收集資料，進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，明確研究目的和任務(wù)，構(gòu)思總體方案；2)、610周，設(shè)計(jì)計(jì)算，繪圖；3)、1113周，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。指導(dǎo)教師簽名：謝衛(wèi)容年 月 日系 部審 核2-1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生開(kāi)題報(bào)告課題名稱普通銑床數(shù)控化改造技術(shù)課題類型實(shí)踐應(yīng)用型指導(dǎo)教師謝衛(wèi)蓉學(xué)生姓名李穎學(xué) 號(hào)01320131x01專業(yè)班級(jí)13gz數(shù)控一班本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義數(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。世界各國(guó)信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(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。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，如數(shù)控機(jī)床等。其技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域。數(shù)控技術(shù)是一個(gè)比較先進(jìn)的技術(shù)，我過(guò)的信息化技術(shù)主要是依靠引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)，而外放在許多高端的核心技術(shù)上有著掌控地位，我們對(duì)國(guó)外的依存度較高，我國(guó)現(xiàn)需要大量從研究開(kāi)發(fā)到使用維修方面各個(gè)層次的技術(shù)人才。在各國(guó)制造業(yè)廣泛使用數(shù)控化技術(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。所以我們應(yīng)該盡自己所學(xué)，讓自己國(guó)家的數(shù)控化技術(shù)向著一個(gè)更高的平臺(tái)去發(fā)展，讓我國(guó)的數(shù)控化技術(shù)走上頂端，大力發(fā)展以數(shù)控為核心的先進(jìn)數(shù)控化技術(shù)已成為各發(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。課題類型：課題類型： A-理論探究型 B-實(shí)踐應(yīng)用型2-2本課題的研究?jī)?nèi)容主要了解各種數(shù)控銑床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中二維工作臺(tái)的工作性能和加工要求情況，了解開(kāi)環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)，提出應(yīng)滿足的技術(shù)要求和條件，分析、比較各種可能的方案并提出初步設(shè)計(jì)方案；研究和確定數(shù)控銑床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，要求有必要的分析和計(jì)算過(guò)程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求畫(huà)出總體結(jié)構(gòu)圖、關(guān)鍵零部件圖并對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核和驗(yàn)算（1）根據(jù)機(jī)床要求，采用PLC控制。由于PLC控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，工作環(huán)境 不挑剔，易于檢修等特點(diǎn)，且對(duì)PIC系統(tǒng)較為熟悉，因此采用PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)；（2）數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以分為直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)兩大類。直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)包括機(jī)床的基本坐標(biāo)軸（X、Y、Z軸）以及和基本坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)軸（U、V、W等）的運(yùn)動(dòng)；圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指繞基本坐標(biāo)軸X、Y、Z回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。（3）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)硬件的基本組成，控制系統(tǒng)軟件的組成與結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)伺服控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)本課題研究的實(shí)施方案、進(jìn)度安排為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案：（1） 工作臺(tái)工作面尺寸：1250*320（2） 對(duì)滾珠絲杠采取預(yù)緊措施，并對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸（3） 采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（4） 將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠連進(jìn)度安排：5.3-5.7，準(zhǔn)備工作，查找需要用到的資料，明確研究目的及內(nèi)容，構(gòu)思方案5.8-5.15，開(kāi)始繪圖5.16-5.25，準(zhǔn)備答辯2-3已查閱的主要參考文獻(xiàn)1周驥平.機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20032彭文生，李志明，黃華梁.主編.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社.2002.8 3吳宗澤，羅圣國(guó)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 北京：高等教育出版社.1999.6 4成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：:機(jī)械工業(yè)出版社 5成大先主編. 第1卷/機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2000.5 6文懷興主編. 數(shù)控銑床設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2006.1 7機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì)編寫(xiě). 第1卷/機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社8曲玉峰.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：中國(guó)林業(yè)出版社.2006.9張永宇.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：清華大學(xué)出版社，2009.10廖效果.數(shù)控技術(shù)M.武漢：湖北科技技術(shù)出版社，2000.指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日3畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生申請(qǐng)答辯表課 題 名 稱普通銑床數(shù)控化改造技術(shù)指導(dǎo)教師(職稱)謝衛(wèi)蓉（講師）申 請(qǐng) 理 由畢業(yè)設(shè)計(jì)已完成（申請(qǐng)答辯）學(xué)生所在系部機(jī)械工程系專業(yè)班級(jí)13gz數(shù)控一班學(xué)號(hào)01320131x01 學(xué)生簽名： 日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)審表序號(hào)評(píng)分項(xiàng)目（理工類）滿分評(píng)分1工作量152文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯103技術(shù)水平與實(shí)際能力254研究成果基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)255文字表達(dá)106學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求15總 分100評(píng)語(yǔ) （是否同意參加答辯） 指導(dǎo)教師簽名： 另附畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)記錄冊(cè) 年 月 日4畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)審表學(xué)生姓名李穎專業(yè)班級(jí)13gz數(shù)控一班學(xué)號(hào)01320131x01設(shè)計(jì)(論文)題目普通銑床數(shù)控化改造技術(shù)評(píng)閱人評(píng)閱人職稱序號(hào)評(píng)分項(xiàng)目（理工類）滿分評(píng)分1工作量152文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯103技術(shù)水平與實(shí)際能力254研究成果基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)255文字表達(dá)106學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求15總 分100評(píng)語(yǔ) 評(píng)閱人簽名： 年 月 日5畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯表學(xué)生姓名李穎專業(yè)班級(jí)13gz數(shù)控一班學(xué)號(hào)01320131x01設(shè)計(jì)(論文)題目普通銑床數(shù)控化改造技術(shù)序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指 標(biāo)滿分評(píng)分1報(bào)告內(nèi)容思路清晰；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用價(jià)值。402報(bào)告過(guò)程準(zhǔn)備工作充分,時(shí)間符合要求。103創(chuàng) 新對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。104答 辯回答問(wèn)題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問(wèn)題回答準(zhǔn)確，深入。40總 分100答辯組評(píng)語(yǔ)答辯組組長(zhǎng)（簽字）： 年 月 日 答辯委員會(huì)意見(jiàn)答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人（簽字）： 年 月 日6-1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄表學(xué)生姓名李穎專業(yè)班級(jí)13gz數(shù)控一班學(xué)號(hào)01320131x01設(shè)計(jì)(論文)題目普通銑床數(shù)控化改造技術(shù)答辯時(shí)間答辯地點(diǎn)答辯委員會(huì)名單問(wèn)題1提問(wèn)人： 問(wèn)題：回答（要點(diǎn)）：?jiǎn)栴}2提問(wèn)人： 問(wèn)題：回答（要點(diǎn)）：?jiǎn)栴}3提問(wèn)人： 問(wèn)題：回答（要點(diǎn)）：記錄人簽名（不足加附頁(yè)）7畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定總表學(xué)生姓名：李穎 專業(yè)班級(jí)：13gz數(shù)控一班 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：普通銑床數(shù)控化改造技術(shù)成績(jī)類別成績(jī)?cè)u(píng)定指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)閱人評(píng)定成績(jī)答辯組評(píng)定成績(jī)總評(píng)成績(jī)40%+20%+40%評(píng)定等級(jí)注：成績(jī)?cè)u(píng)定由指導(dǎo)教師、評(píng)閱人和答辯組分別給分(以百分記)，最后按“優(yōu)(90-100)”、“良(80-89)”、“中(70-79)”、“及格(60-69)”、“不及格(60 以下)”評(píng)定等級(jí)。其中，指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)占40%，評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)占20%，答辯組評(píng)定成績(jī)占40%。摘 要 目前鑒于機(jī) 械制 造行業(yè)對(duì)于加 工精 度與加工效 率的要求不 斷提升，普 通銑 床已難以承擔(dān)以上重 任。但基于普通 銑床基數(shù)大數(shù)控銑 床價(jià)格昂貴的前提，普 通銑床數(shù)控化 改造勢(shì)在必行。改造完成的新型機(jī)床具有適應(yīng)性較強(qiáng)、加工精度較高、生產(chǎn)效率較高和加工質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。它綜 合地應(yīng)用了計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動(dòng) 控制、伺 服驅(qū)動(dòng)、高精 度測(cè)量和創(chuàng) 新的機(jī) 械結(jié)構(gòu)等多 方 面的前 沿技術(shù)，是今后機(jī) 床控制的明 確發(fā)展方向之一。關(guān)鍵詞：普通銑床；數(shù)控化改造；伺服系統(tǒng)；滾珠絲杠目 錄摘 要11第一章 緒 論131.1 數(shù)控機(jī)床的組成131.2 機(jī)床數(shù)控化改造的意義151.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性15第二章 銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)172.1 介紹172.1.1 數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)172.1.2 數(shù)控銑床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求182.2 銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控化改造192.2.1數(shù)控銑床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求202.2.2數(shù)控銑床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本型式212.2.3數(shù)控改造銑床進(jìn)給系統(tǒng)的型式及介紹23第三章 普通銑床數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定253.1 總體方案確定253.1.1系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇253.1.2控制系統(tǒng)253.1.3機(jī)械傳動(dòng)方式25第四章 普通銑床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分264.1 設(shè)計(jì)計(jì)算264.1.1系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的選擇264.1.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型274.1.3 滾珠絲杠螺母副的選用與設(shè)計(jì)274.2 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算334.2.1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算334.2.2計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率36第五章 普通銑床電氣部分改造37總 結(jié)39參考文獻(xiàn)40第一章 緒 論1.1 數(shù)控機(jī)床的組成如下圖所示，數(shù)控機(jī)床由一下幾個(gè)部分組成：1、程序編制及程序載體 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令是數(shù)控程序。在對(duì)加工零件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，要先確定零件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系上的相對(duì)位置，刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的尺寸參數(shù)；零件加工的工藝路線或加工順序；主運(yùn)動(dòng)的起、停、換向、變速；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、位移大小等工藝參數(shù)，以及輔助裝置的動(dòng)作。得到零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后，用由文字、數(shù)字和符號(hào)組成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序單。把已經(jīng)編好的數(shù)控程序，存放在便于輸入到數(shù)控裝置的一種存儲(chǔ)載體上，它可以是穿孔紙帶、磁帶和磁盤(pán)等，采用哪一種存儲(chǔ)載體，取決于數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)類型。（1）輸入裝置輸入裝置的作用是將程序載體（信息載體）上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)控制存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)或軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。數(shù)控機(jī)床加工程序也可通過(guò)鍵盤(pán)用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控加工程序還可由編程計(jì)算機(jī)用RS232C或采用網(wǎng)絡(luò)通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。 零件加工程序輸入過(guò)程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工（數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小時(shí)），另一種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置內(nèi)部的存儲(chǔ)器，加工時(shí)再?gòu)膬?nèi)部存儲(chǔ)器中逐段逐段調(diào)出進(jìn)行加工。（2）數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受輸入裝置送來(lái)的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分的工作，使其進(jìn)行規(guī)定的有序運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。 零件的輪廓圖形往往由直線、圓弧或其他非圓弧曲線組成，刀具在加工過(guò)程中必須按零件形狀和尺寸的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，即按圖形軌跡移動(dòng)。但輸入的零件加工程序只能是各線段軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值等數(shù)據(jù)，不能滿足要求，因此要進(jìn)行軌跡插補(bǔ)，也就是在線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”，求出一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，并向相應(yīng)坐標(biāo)輸出脈沖信號(hào)，控制各坐標(biāo)軸（即進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的各執(zhí)行元件）的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量等。（3）輔助控制裝置 輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開(kāi)關(guān)量指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)編譯、邏輯判別和運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器，帶動(dòng)機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的開(kāi)關(guān)量動(dòng)作。這些控制包括主軸運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤(rùn)滑裝置的啟動(dòng)停止，工件和機(jī)床部件的松開(kāi)、夾緊，分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位分度等開(kāi)關(guān)輔助動(dòng)作。（4）驅(qū)動(dòng)裝置和位置檢測(cè)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件，以加工出符合圖樣要求的零件。因此，它的伺服精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能是影響數(shù)控機(jī)床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。驅(qū)動(dòng)裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。目前大都采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 位置檢測(cè)裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置之后，數(shù)控裝置將反饋回來(lái)的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制驅(qū)動(dòng)裝置按照指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng)。由于可編程邏 輯控制器（PLC）具有響應(yīng)快，性能可靠，易于使用、編程和修改程序并可直接啟動(dòng)機(jī)床開(kāi)關(guān)等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置。（5）機(jī)床的機(jī)械部件數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)床在整體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。 1.2 機(jī)床數(shù)控化改造的意義眾所周知，制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，是推動(dòng)國(guó)家技術(shù)進(jìn)步的主要力量。加入WTO之后，我國(guó)制造業(yè)正面臨極大的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。我國(guó)制造業(yè)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，總體水平偏低，這直接影響到我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高和制造成本的降低，影響到我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為改變這種落后狀況，必須提高制造業(yè)的裝備水平，特別是機(jī)床的數(shù)控化率。購(gòu)置數(shù)控機(jī)床是提高機(jī)床數(shù)控化率的途徑；對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，也是提高機(jī)床數(shù)控化率的重要途徑之一。我國(guó)機(jī)電行業(yè)（包括機(jī)械、電子、汽車、航空、航天、輕工、紡織、冶金、煤炭、郵電、船舶等）擁有的機(jī)床結(jié)構(gòu)比較陳舊，操作系統(tǒng)復(fù)雜，控制系統(tǒng)落后，生產(chǎn)效率低下，如果靠購(gòu)置新的數(shù)控機(jī)床取而代之，顯然耗資巨大，不符合國(guó)情。因此，采用數(shù)控技術(shù)對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行改造，符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策。另外，從市場(chǎng)容量來(lái)講，不管是汽車制造業(yè)、模具制造業(yè)，還是軍工企業(yè)，機(jī)床數(shù)控化改造都蘊(yùn)藏著無(wú)限商機(jī)。近年來(lái)，美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)、等發(fā)達(dá)國(guó)家，在制造大量數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，也非常重視對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控化改造，機(jī)床的技術(shù)改造市場(chǎng)十分活躍。在美國(guó)，機(jī)床改造業(yè)被稱為機(jī)床再生業(yè)；在日本，機(jī)床改造業(yè)被稱為機(jī)床改裝業(yè)。機(jī)床改造業(yè)正逐步從機(jī)床制造業(yè)中分化處理，形成了用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線的新的行業(yè)和領(lǐng)域。1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性從宏觀上看，在20世紀(jì)70年代末、80年代初，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床，F(xiàn)MC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造，在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等，以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍用品和民用品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)了大為增強(qiáng)。而我國(guó)在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家落后約20年。如在我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9%，而日本在1994年已達(dá)20.8%。隨著我國(guó)現(xiàn)代化制造的不斷推進(jìn)，每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性。從微觀上看，數(shù)控機(jī)床本身是高科技產(chǎn)品，它比傳統(tǒng)機(jī)床有很多突出的優(yōu)越性，這些優(yōu)越性的發(fā)揮，是數(shù)控機(jī)床的性能有了質(zhì)的提高，打了推動(dòng)了制造也的發(fā)展。傳統(tǒng)機(jī)床經(jīng)過(guò)改造后，得到了近似于數(shù)控機(jī)床的性能，也意味著我國(guó)制造業(yè)整體水平的提高。第2章 銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)2.1 介紹 根據(jù)我國(guó)國(guó)情，八十年代在普通機(jī)床的改造方面，出現(xiàn)了以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，尤其是普車、普銑數(shù)控化改造的熱潮，并逐步形成了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控產(chǎn)業(yè)。“八五”后期和“九五”，國(guó)家把舊設(shè)備的改造列入企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，工藝更新的一個(gè)重要途徑，很多工廠把普通機(jī)床的數(shù)控化改造列入企業(yè)的發(fā)展計(jì)劃，作為企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、提高產(chǎn)品市場(chǎng)占有率的一項(xiàng)措施。普通銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造，除了選擇可靠性高、性能穩(wěn)定的數(shù)控系統(tǒng)外，對(duì)銑床自身的改造也是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。普通銑床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造包括兩個(gè)方面，即機(jī)床電氣的數(shù)控化改造和機(jī)床本體的數(shù)控化改造。2.1.1 數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)數(shù)控銑床作為一種高速、高效和高精度的自動(dòng)化加工設(shè)備，由于其控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大，使機(jī)床的性能得到大大提高。部分機(jī)械日趨簡(jiǎn)化，新的結(jié)構(gòu)，功能不僅不斷涌現(xiàn)，使得其機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的機(jī)床相比，有了明顯的改進(jìn)和變化，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、自動(dòng)化程度高數(shù)控銑床需要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令，自動(dòng)完成對(duì)進(jìn)給速度，主軸轉(zhuǎn)速、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡以及其它機(jī)床輔助機(jī)能（如：自動(dòng)換刀、自動(dòng)冷卻等）的控制。它必須利用伺服進(jìn)給系統(tǒng)代替普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，并可以通過(guò)主軸調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)變速，因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，數(shù)控機(jī)床的主軸箱、進(jìn)給變速箱結(jié)構(gòu)一般都非常簡(jiǎn)單；齒輪、軸類零件、軸承的數(shù)量大為減少；電動(dòng)機(jī)可以直接聯(lián)接主軸和滾珠絲杠，不用齒輪。在使用直線電動(dòng)機(jī)、電主軸的場(chǎng)合，甚至可以不用絲杠、主軸箱。在操作上，它不像普通機(jī)床那樣，需要操作者通過(guò)手柄進(jìn)行調(diào)整和變速，操作結(jié)構(gòu)比普通機(jī)床要簡(jiǎn)單得多，許多機(jī)床甚至沒(méi)有手動(dòng)機(jī)械操作機(jī)構(gòu)。此外，由于數(shù)控機(jī)床的大部分輔助動(dòng)作都可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的輔助機(jī)能，因此，常用的操作按鈕也較普通機(jī)床少，操作更方便、更簡(jiǎn)單。2、廣泛采用高效、無(wú)間隙傳動(dòng)裝置和新技術(shù)、新產(chǎn)品數(shù)控銑床進(jìn)行的是高速、高精度加工，在簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置和元件在數(shù)控銑床上得到廣泛的應(yīng)用。如滾珠絲杠副、塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件，不僅可以減少進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦阻力，提高傳動(dòng)效率，而且還可以使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)并獲得較高的定位精度。近年來(lái)，隨著新材料、新工藝的普及、應(yīng)用、高速加工已經(jīng)成為目前數(shù)控銑床的發(fā)展方向之一?？爝M(jìn)速度達(dá)到了每分鐘數(shù)十米，甚至上百米。主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到了每分鐘上萬(wàn)轉(zhuǎn)，甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，采用電主軸、直線電動(dòng)機(jī)、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌新產(chǎn)品，新技術(shù)勢(shì)在必行。3、具有適應(yīng)無(wú)人化、柔性化加工的特殊部件“工藝復(fù)合化”和“功能集成化”是無(wú)人化，柔性化加工的基本要求，也是數(shù)控機(jī)床的最顯著的特點(diǎn)和當(dāng)前的發(fā)展方向。因此，自動(dòng)換刀裝置、動(dòng)力刀架、自動(dòng)排屑裝置、自動(dòng)潤(rùn)滑裝置等特殊機(jī)械部件是必不可少的，有的機(jī)床還帶有自動(dòng)工作臺(tái)交換裝置（APC）?！肮δ芗苫笔钱?dāng)前數(shù)控銑床的另一重要發(fā)展方向，隨著數(shù)控銑床向無(wú)人化、柔性化加工發(fā)展，功能集成化更多體現(xiàn)在工件的自動(dòng)裝卸、自動(dòng)定位；刀具的自動(dòng)對(duì)刀、破損檢測(cè)、壽命管理；工件的自動(dòng)測(cè)量與自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ苌稀?、對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件的要求高高速、高效、高精度的加工要求，無(wú)人化的管理以及工藝復(fù)合化、功能集成化一方面可以大大提高生產(chǎn)率，同時(shí)，也必然會(huì)使機(jī)床的開(kāi)機(jī)時(shí)間、工作負(fù)載隨之增加，機(jī)床必須在高負(fù)載下，長(zhǎng)時(shí)間可靠工作。因此，對(duì)組成機(jī)床的各種零部件和控制系統(tǒng)的可靠性要求很高。2.1.2 數(shù)控銑床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求1、具有較高的靜、動(dòng)剛度和良好的抗振性銑床的剛度反映了機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。銑床變形所產(chǎn)生的誤差，通常很難通過(guò)調(diào)整和補(bǔ)償?shù)霓k法予以解決。為了滿足數(shù)控銑床高效，高精度、高可靠性以及自動(dòng)化的要求、與普通銑床相比，數(shù)控銑床應(yīng)具有更高的靜剛度。此外，為了充分發(fā)揮機(jī)床的效率，加大切削用量，還必須提高機(jī)床的抗振性，避免切削是的共振和顫振，而提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度是提高機(jī)床抗振性的基本途徑。2、 具有良好的熱穩(wěn)定性銑床的熱變形是影響銑床加工精度的主要因素之一。由于數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速、快進(jìn)速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通銑床，機(jī)床又長(zhǎng)時(shí)間處于連續(xù)工作狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)、絲杠、軸承和導(dǎo)軌的發(fā)熱都比較嚴(yán)重，加上高速切削產(chǎn)生的切屑影響，使得數(shù)控機(jī)床的熱變形影響比普通銑床要嚴(yán)重的多，雖然在先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)中具有熱變形補(bǔ)償功能，但是它并不能完成消除熱變形對(duì)于加工精度的影響。因此，在數(shù)控銑床上還應(yīng)采取必要的措施，盡可能減少機(jī)床的熱變形。3、 具有較高的運(yùn)動(dòng)精度與良好的低速穩(wěn)定性利用伺服系統(tǒng)代替普通銑床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控銑床的主要特點(diǎn)。伺服系統(tǒng)的最小移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量），一般只有0.001mm，甚至更小，最低進(jìn)給速度，一般只有1mm/min，甚至更低，這就要求進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度，良好的跟蹤性能低速穩(wěn)定性，才能對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的位置指令作出準(zhǔn)確的響應(yīng)，從而得到要求的定位精度。傳動(dòng)裝置的間隙直接影響銑床的定位精度，雖然在數(shù)控中可以通過(guò)采取間隙補(bǔ)償、單向定位等措施減小這一影響，但不能完全消除，特別是對(duì)于非均勻間隙，必須采用機(jī)械消除間隙措施，問(wèn)題才能得到較好地解決。4、 具有良好的操作、安全防護(hù)性能方便、舒適的操作性能，是操作者普遍關(guān)心的問(wèn)題。在大部分?jǐn)?shù)控銑床上，刀具和工件的裝卸、刀具和夾具的調(diào)整等還需要操作者完成；機(jī)床的維修更不可能離開(kāi)人。而且由于加工效率的提高，數(shù)控機(jī)床的工件裝卸可能比普通機(jī)床更加頻繁。因此，良好的操作性能是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。數(shù)控銑床是一種高度自動(dòng)化的加工設(shè)備，動(dòng)作復(fù)雜，高速運(yùn)動(dòng)部件較多，對(duì)機(jī)床動(dòng)作互鎖、安全防護(hù)性能等要求比普通銑床要高的多。同時(shí)，數(shù)控銑床一般都有高壓、大流量的冷卻系統(tǒng)，為了防止切屑，冷卻液的飛濺，數(shù)控銑床通常都應(yīng)采用封閉或半封閉的防護(hù)形式，增加防護(hù)性能。2.2 銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控化改造數(shù)控銑床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)常用伺服進(jìn)給系統(tǒng)來(lái)工作，伺服進(jìn)給系統(tǒng)的作用是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)傳來(lái)的指令信息，進(jìn)行放大以后控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)，不僅控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度，同時(shí)還要精確控制刀具相對(duì)于工作的移動(dòng)位置和軌跡，因此，數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)，尤其是輪廓控制系統(tǒng)，必須對(duì)經(jīng)運(yùn)動(dòng)的位置和運(yùn)動(dòng)的速度兩方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。一個(gè)典型的數(shù)控銑床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)，通常有位置比較、放大元件、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置和檢測(cè)反饋元件等幾部分組成，而其中的機(jī)械傳動(dòng)裝置是位置控制環(huán)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。這里所說(shuō)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，是指將驅(qū)動(dòng)源旋動(dòng)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包括減速裝置、絲杠螺母副等中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。2.2.1數(shù)控銑床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和慣量主要決定于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙、摩擦死區(qū)則是造成傳動(dòng)系統(tǒng)非線性的主要原因。因此，數(shù)控銑床對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求可以概況如下：1、 提高傳動(dòng)部件的剛度一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控銑床直線運(yùn)動(dòng)的定位精度和分辨率都要達(dá)到微米級(jí)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的定位精度和分辨率都要達(dá)到角秒級(jí)，伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩（特別是起動(dòng)、制動(dòng)是的力矩）也很大。如果傳動(dòng)部件的剛度不足，必然會(huì)使出阿杜部件產(chǎn)生彈性變形，影響系統(tǒng)的定位精度、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和響應(yīng)快速性。加打滾珠絲杠的直徑，對(duì)滾珠絲杠螺母副、支承部件進(jìn)行預(yù)緊，對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸等，都是提高傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的有效措施。2、減小傳動(dòng)部件的慣量在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一定是，傳動(dòng)部件的慣量直接決定了進(jìn)給系統(tǒng)的加速度，它是影響進(jìn)給系統(tǒng)快速性的主要因素。特別是在高速加工的數(shù)控機(jī)床上，由于對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的加速度要求高，因此，在滿足系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小零部件的質(zhì)量、直徑，以降低慣量，提高快速性。3、減小系統(tǒng)的摩擦阻力進(jìn)給系統(tǒng)的的摩擦阻力一方面會(huì)降低傳動(dòng)效率，產(chǎn)生發(fā)熱，另一方面，它還直接影響系統(tǒng)的快速性；此外，由于摩擦力的存在，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的編號(hào)，將導(dǎo)致傳動(dòng)配件的彈性變形，產(chǎn)生非線性的摩擦死區(qū)，影響系統(tǒng)的定位精度和閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑型導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件，可以減少系統(tǒng)的摩擦阻力，提高運(yùn)動(dòng)精度，避免低速爬行。2.2.2數(shù)控銑床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本型式數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以分為直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)兩大類。直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)包括機(jī)床的基本坐標(biāo)軸（X、Y、Z軸）以及和基本坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)軸（U、V、W等）的運(yùn)動(dòng)；圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指繞基本坐標(biāo)軸X、Y、Z回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。1、 滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)；（1）摩擦損失小，傳動(dòng)效率高；（2）絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以消除間隙，提高了傳動(dòng)剛度；（3）摩擦阻力小，而且它幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)、靜摩擦力的變化也很小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；（4）長(zhǎng)期工作磨損小，使用壽命廠，精度保持性好。因此，在數(shù)控銑床上得到了廣泛應(yīng)用，是目前中，小型數(shù)控機(jī)床最為常見(jiàn)的傳動(dòng)型式。 但由于它有運(yùn)動(dòng)的可逆性，即一方面能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，反過(guò)來(lái)也能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)自鎖。當(dāng)一在垂直傳動(dòng)或水平放置的高速大慣量傳動(dòng)中心必須裝有制動(dòng)裝置，使用具有裝置的伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是最簡(jiǎn)單的方法。另外，為了防止安裝、使用是螺母脫離絲杠，在機(jī)床上還必須配置超程保護(hù)裝置，這一點(diǎn)對(duì)于高速加工數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)尤為重要。2、 靜壓絲杠螺母副靜壓絲杠螺母副是通過(guò)油壓在絲杠和螺母的接觸面之間，產(chǎn)生一層保持一定厚度，且具有一定剛度的壓力油膜，使絲杠和螺母之間有邊界摩擦變?yōu)橐后w摩擦。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)到是通過(guò)油膜推動(dòng)螺母直線移動(dòng)，反之，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)也可使絲杠直線移動(dòng)。靜壓絲杠螺母的特點(diǎn)是：（1）摩擦系數(shù)小，僅為0.0005，比滾珠絲杠（摩擦系數(shù)為0.0020.005）的摩擦損失更小，因此，其起動(dòng)力矩很小，傳動(dòng)靈敏，避免了爬行。（2）油膜層可以吸振，提高了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。（3）由于油液的不斷運(yùn)動(dòng)，有利于散熱和減少熱變形，提高了機(jī)床的精度和光潔度。（4）油膜成具有一定剛度，減小了反向間隙。（5）油膜層介于螺母與絲杠之間，對(duì)絲杠的誤差有“均化”作用，即可以使絲杠的傳動(dòng)誤差小于絲杠本身的制造誤差。（6）承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，但靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對(duì)油的清潔度要求高，如果在運(yùn)動(dòng)中供油忽然中斷，將造成股良后果。3、 靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副大型數(shù)控機(jī)床不宜采用絲杠傳動(dòng)，因長(zhǎng)絲杠制造困難，且容易彎曲下垂，影響傳動(dòng)精度；同時(shí)軸向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度也難提高，如果加大絲杠直徑，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性不易保證，故常用靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副傳動(dòng)。靜壓蝸桿蝸條副的工作原來(lái)與靜壓絲杠螺母相同，蝸條實(shí)質(zhì)上是螺母的一部分，蝸桿相當(dāng)于一根短絲杠，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，壓力油必須從蝸桿進(jìn)入靜壓油腔，加上蝸桿是旋轉(zhuǎn)的，與蝸條的接觸區(qū)只有120。左右，要使壓力油只能進(jìn)入接觸區(qū)，必須解決蝸桿的配油問(wèn)題。齒輪齒條副傳動(dòng)用于行程較長(zhǎng)的大型機(jī)床上，可以得到較大的傳動(dòng)比，進(jìn)行高速直線運(yùn)動(dòng)，剛度及機(jī)械效率也高。但其傳動(dòng)不夠平穩(wěn)，傳動(dòng)精度不高，而且還不能自鎖。采用齒輪齒條副運(yùn)動(dòng)是，必須采取措施消除齒側(cè)間隙，當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載小是也可采用雙片薄齒輪調(diào)整法，分別與齒條齒槽的左、右兩側(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙厚齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。4、 直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高速、高精度數(shù)控機(jī)床最有代表性的先進(jìn)技術(shù)之一。利用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以完全取消傳動(dòng)系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的環(huán)節(jié)，大大簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)所謂的“零傳動(dòng)”。它從根本上消除傳動(dòng)環(huán)節(jié)對(duì)精度、剛度、快速性和穩(wěn)定性的影響，故可以獲得比傳統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更高的定位精度，快進(jìn)速度和加速度。2.2.3數(shù)控改造銑床進(jìn)給系統(tǒng)的型式及介紹XA5032型銑床數(shù)控化改造進(jìn)給系統(tǒng)，X、Y、Z三軸在滿足傳遞扭矩的前提下采用FANUC 20M 直流伺服電機(jī)并配有直流功能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提高了驅(qū)動(dòng)性能。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)精密膜片抗繞性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直接相連，提高了傳動(dòng)精度，效率較高，其中Z向通過(guò)圓錐齒輪轉(zhuǎn)換成垂直方向的傳動(dòng)，其構(gòu)型式如下圖所示X、Y、Z三軸采用帖塑導(dǎo)軌，靜，動(dòng)摩擦系統(tǒng)變化小，快速移動(dòng)響應(yīng)快，振動(dòng)小，低速移動(dòng)是無(wú)爬行，穩(wěn)定性好。 X、Y向進(jìn)給傳動(dòng)圖 Z向進(jìn)給傳動(dòng)圖第三章 普通銑床數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定3.1 總體方案確定3.1.1系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控銑床應(yīng)具有定 位、直 線插補(bǔ)、順、逆時(shí) 針插補(bǔ)、暫 停、循 環(huán)加工、公英制螺 紋加工等功能，并且在車削加工中，要求刀具沿X Y軸運(yùn)動(dòng)有確 定的 函 數(shù)關(guān)系（即： 刀具以給定的速 率相對(duì)于工件沿加工路徑運(yùn)動(dòng)）， 所以不能選用點(diǎn)位 控制系統(tǒng)，因?yàn)辄c(diǎn)位 控制系統(tǒng) 要求工件相對(duì) 于刀 具移動(dòng)過(guò)程中 不進(jìn)行切削。因此，改造后的機(jī)床 應(yīng)選用連續(xù)控制系統(tǒng)。普通銑床型 銑床改造屬 于 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 ，加工精度 要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié) 構(gòu)，降低 成本，采用步進(jìn)電 機(jī)開(kāi) 環(huán)控 制 系統(tǒng)，因?yàn)殚] 環(huán) 控制系統(tǒng)適 用于精 度 要求 較高的機(jī)床設(shè)計(jì)，且閉環(huán) 控制系統(tǒng)的造價(jià)昂貴。3.1.2控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用PLC控制。由于PLC控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，工作環(huán)境 不挑剔，易于檢修等特點(diǎn)，且對(duì)PIC系統(tǒng)較為熟悉，因此采用PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)。 3.1.3機(jī)械傳動(dòng)方式為實(shí)現(xiàn)機(jī) 床所要求的分 辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)齒輪減速再傳向傳動(dòng)杠，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量 減小摩擦力，所以選用滾珠絲杠螺母副以及滾動(dòng)導(dǎo)軌。 同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除齒間間隙，所以采用預(yù) 加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)。 齒輪傳動(dòng)也采用 消除齒 側(cè)間 隙 的消 隙齒 輪結(jié)構(gòu)。 第四章 普通銑床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算一臺(tái)銑床銑床改造成數(shù)控銑床，采用PLC控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，具有升降速控制功能。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：規(guī)格工作臺(tái)行程(mm)工作臺(tái)、夾具及工作重力(N)工作臺(tái)快移速度(m/min)最大進(jìn)給速度(m/min)走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同(N)啟動(dòng)加速時(shí)間ms定位精度mmX縱向Y橫向X縱向Y橫向X縱向Y橫向X縱向Y橫向12503206802403300550016160.60.62750/2200400.01伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)：確定系統(tǒng)的負(fù) 載、確定系統(tǒng)脈 沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣 量計(jì)算，空 載起動(dòng)及切削力計(jì)算，確定伺服電機(jī)，傳動(dòng)及導(dǎo) 向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選用，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工作圖。現(xiàn)分述如下：4.1.1系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的選擇一個(gè)進(jìn)給脈沖，使機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量，也稱為機(jī)床的最小設(shè)定單位（脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)最基本技術(shù)參數(shù)）。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床常采用的脈沖當(dāng)量是0.010.005mm/脈沖。根據(jù)機(jī)床精度要求調(diào)研確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/脈沖，橫向：0.005mm/脈沖4.1.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型滾珠絲杠螺母副的選型首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式等。結(jié)構(gòu)類型確定之后，即可計(jì)算和確定其他技術(shù)參數(shù)，例如：公稱直徑d0（絲杠外徑d），導(dǎo)程，圈數(shù)j，列數(shù)K等。滾珠絲杠副的滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。在此選用螺旋槽式外循環(huán)：在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔，與螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠返回通道。為防止?jié)L珠脫落，螺旋槽用鋼套蓋住。在通孔口設(shè)有擋珠器，引導(dǎo)滾珠進(jìn)入通孔。擋珠器用圓形型鋼彎成弧形，并焊接上螺栓，固定在螺母上。它的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，螺母外徑尺寸較小。與此同時(shí)缺點(diǎn)是：螺旋槽同通孔不易連接準(zhǔn)確，擋珠器鋼性差、耐磨性差。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有以下幾種，雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過(guò)盈滾珠預(yù)緊等。本次設(shè)計(jì)選用雙螺母螺紋式預(yù)緊結(jié)構(gòu)，它通過(guò)調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，工作可靠，滾道磨損時(shí)可隨時(shí)調(diào)整，預(yù)緊量不很準(zhǔn)確，應(yīng)用較普遍。4.1.3 滾珠絲杠螺母副的選用與設(shè)計(jì)1、銑削力的計(jì)算對(duì)高速鋼圓柱銑刀，切削力的計(jì)算公式為：式中：系數(shù)，其值取決于切削條件和工件材料。當(dāng)工件為碳鋼時(shí)，取=65，=4mm；-每齒進(jìn)給量，取=0.1mm；-背吃刀量，取=30mm；z銑刀齒數(shù)，取z=4；do一銑刀直徑，取do=27mm；n銑刀轉(zhuǎn)數(shù)；，一切削條件改變時(shí)，切削力的修正系數(shù)。其中參數(shù)按實(shí)際加工過(guò)程中平均銑削條件為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇。由己知條件，取X，=10、yF=O72、UF=O86、OF=0及gF 2073，加工碳鋼時(shí)， =673MPa，其修正系數(shù)為： (3-3)用圓柱銑刀進(jìn)行逆銑加工時(shí)：由任務(wù)書(shū)可知：水平銑削分力垂直銑削分力軸向分力由此可算出：軸向銑削力 =0.375*4313=1617.4N;軸向銑削力2、強(qiáng)度校核計(jì)算燕尾形導(dǎo)軌工作時(shí)軸向力為：式中：k考慮顛覆力矩影響的系數(shù)，取1.4；f導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，取0.2；、-切削分力，=2P/3=（2/3）*4.865=3.243(KN),=0, 、=1.617(KN).G工作臺(tái)重量，G=80*9.8=784=0.784(KN)由此可得： =1.4*3.243+0.2*（1.617+0.784）=4.5+0.48=5.02(KN)滾珠絲杠壽命值計(jì)算 L=60NT壽命值為：式中：L工件壽命（r）；N滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（r/min）;T使用壽命時(shí)間（h），數(shù)控機(jī)床一般為1500h；滾珠絲杠承受的最大動(dòng)負(fù)載計(jì)算：式中：-滾珠絲杠工作載荷，=1.2，=1.1參照漢江機(jī)床有限公司絲杠導(dǎo)軌廠的產(chǎn)品樣本，選取HJGS系FYClD列400654滾珠絲杠。該滾珠絲杠副屬外循環(huán)雙螺母法蘭凸出導(dǎo)管式，公稱直徑#40ram，導(dǎo)程Lo=6mm，螺母上的負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)為5圈，精度為4級(jí)，右旋螺紋，其動(dòng)載荷為29126KN，遠(yuǎn)大于1276KN，強(qiáng)度滿足使用要求。滾珠絲杠兩端支承均采用止推軸承和滾珠向心球軸承，在原有進(jìn)給手動(dòng)端增加齒輪箱，以便安裝減速齒輪及交流伺服電動(dòng)機(jī)，如圖33所示。3、傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： 絲杠螺旋升角力=，滾珠絲杠螺母副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=O0030004，10，則由前面的計(jì)算已知：滾珠絲杠的導(dǎo)程步矩角，脈沖當(dāng)量變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比為： 傳動(dòng)比計(jì)算出來(lái)以后，是采用一級(jí)齒輪減速還是二級(jí)齒輪減速，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)上的安排，齒輪減速箱的大小不應(yīng)該影響移動(dòng)溜板在有效行程內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的功率都不大，齒輪的模數(shù)一般耿m=2。所以，齒輪變速箱內(nèi)齒輪的選擇有關(guān)參數(shù)如下：=32， =40，模數(shù)m=2mm，壓力角=204、傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：=式中 螺旋升角, =422 -摩擦角取10滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.0030.004將各數(shù)據(jù)帶入上式得： = 5、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：絲杠的拉伸或壓縮變形量；滾珠與螺紋滾道間的接觸變形；支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形；滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起導(dǎo)程的變化量；和螺母座及軸承支座的變形。最后一種常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)，但變形量計(jì)算較為困難，一般根據(jù)其精度要求，在結(jié)構(gòu)上盡量增強(qiáng)其剛度而不作計(jì)算。因此滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算，主要是前三種變形量，他們的和應(yīng)不大于機(jī)床精度要求允許變形量的一半，否則，應(yīng)考慮選用較大直徑的滾珠絲杠副。縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如圖2-1所示。最大牽引力為1870 N.軸承支撐間距=700，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3 圖2-1（1）由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲桿在工作中可能會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的允許安全系數(shù)（S），見(jiàn)下表。絲杠不發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷，其計(jì)算公式為=E-絲杠材料的彈性模量。對(duì)于鋼，E=206GPa;l-絲杠工作長(zhǎng)度；-絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩；-長(zhǎng)度系數(shù)。=N安全系數(shù)S=179.7，查上表，（S）=3-4. S>(S),絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。（2）高速長(zhǎng)絲杠工作是可能產(chǎn)生共振，因此需驗(yàn)證其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速-臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速<。=9910=991010927 r/min<=10000 r/min,所以絲杠工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生共振。（3）滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求<7 =50<所以該絲杠副工作穩(wěn)定。4.1.4