φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計,mm,妹妹,數(shù)控車床,總體,整體,設(shè)計,橫向,進(jìn)給 畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計題目： 學(xué) 生 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二O一三年五月 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 學(xué) 生 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二O一三年五月 蘭 州 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 班 級 職 稱 一． 畢業(yè)設(shè)計題目 Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計 Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及縱向進(jìn)給設(shè)計 Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及液壓尾座設(shè)計 Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計 Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及縱向進(jìn)給設(shè)計 Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及液壓尾座設(shè)計 Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ460mm數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計 Φ460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及縱向進(jìn)給設(shè)計 Φ460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及液壓尾座設(shè)計 Φ460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計 Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及縱向進(jìn)給設(shè)計 Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及液壓尾座設(shè)計 Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ550mm數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計 Φ550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及縱向進(jìn)給設(shè)計 Φ550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及液壓尾座設(shè)計 Φ550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ600mm數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計 Φ600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及縱向進(jìn)給設(shè)計 Φ600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及液壓尾座設(shè)計 Φ600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計 Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及縱向進(jìn)給設(shè)計 Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及液壓尾座設(shè)計 Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計 二． 主要設(shè)計參數(shù)及技術(shù)指標(biāo) 1、主要技術(shù)參數(shù)： ? 床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑(主參數(shù)mm) 320 430 460 500 550 600 630 最大工件長度（第二主參數(shù)，mm?） 700 1000 1200 1500 1600 1700 1800 最大加工長度/mm?????? 650 900 1000 1400 1500 1600 1700 主傳動調(diào)速范圍r·min-1 40/800 10/1400 20/1200 20/1250 25/1250 30/1450 30/1450 2、主傳動采用交、直流調(diào)速電動機(jī)，并可無級調(diào)速。 3、X軸(橫向)、Z軸(縱向)為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動，滾珠絲杠傳動，X軸(橫向)脈沖當(dāng)量0.005mm/脈沖，Z軸(縱向)脈沖當(dāng)量0.010mm/脈沖。 4、刀架采用四方回轉(zhuǎn)刀架、六角回轉(zhuǎn)刀架 6、定位精度：0.03mm 7、重復(fù)定位精度：±0.015mm 8、實(shí)現(xiàn)功能：車削外圓、端面、內(nèi)圓、圓弧、圓錐及螺紋加工 9、操作要求：起動、點(diǎn)動、單步運(yùn)行、自動循環(huán)、暫停、停止 10、工件材料：鋼、鑄鐵 11、刀具材料：高速鋼、硬質(zhì)合金 三． 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容及工作量 (一)設(shè)計說明書 1、數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 ① 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)。 ② 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度。 ③ 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析。 ④ 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 。 2、數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 3、確定切削用量及選擇刀具 4、傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算 5、主軸箱裝配圖的設(shè)計計算 6、X軸(橫向)、Z軸(縱向)機(jī)械裝配圖的設(shè)計計算 7、床鞍、刀架裝配圖的設(shè)計計算 8、主軸箱（進(jìn)給變速箱、床身、主軸、主軸箱齒輪、絲杠、開合螺母）的零件圖的設(shè)計計算 9、機(jī)床硬件電路圖的設(shè)計 （二）、圖紙部分 1、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 A0一張 2、機(jī)床傳動系統(tǒng)圖 A0一張 3、主要部件裝配圖 A0一張 4、機(jī)床硬件電路圖 A0一張 說明：1、第1—第2項(xiàng)每個學(xué)生必須選做。 2、第3項(xiàng)要求每個學(xué)生按照題目不同設(shè)計完成不同內(nèi)容。 3、第4項(xiàng)學(xué)生可根據(jù)自身情況選做。 4、要求每個學(xué)生必須至少完成3張A0圖。 四． 畢業(yè)設(shè)計的基本要求： 能按時獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計規(guī)定的全部內(nèi)容，方案選擇正確，論據(jù)充分，對設(shè)計中的主要問題分析深入，解決合理，有獨(dú)立見解，能很好運(yùn)用所學(xué)理論和提供的資料解決設(shè)計中的問題，能獨(dú)立查閱和正確引用中外文參考資料，說明書文字通順、清楚、選用數(shù)據(jù)論證合理、計算準(zhǔn)確，圖面整潔。 五、 進(jìn)程安排 序號 主 要 任 務(wù) 預(yù)定完成 日期 時間 備注 1 查閱文獻(xiàn)，收集資料 1周 2 工廠調(diào)研、參觀 1周 3 機(jī)床總體方案圖 1.5周 4 機(jī)床傳動系統(tǒng)圖 1.5周 5 主軸箱裝配圖 2周 5 進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖 2周 5 尾座、刀架裝配圖 2周 6 機(jī)床硬件電路圖 1周 7 設(shè)計說明書 1周 六、主要參考文獻(xiàn) 《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》張新義主編 機(jī)械工業(yè)出版社 《新編機(jī)床數(shù)控技術(shù)》 任玉田主編 北京理工大學(xué)出版社 《機(jī)床設(shè)計圖冊》 上海紡織工學(xué)院等主編 上海科學(xué)技術(shù)出版社 《機(jī)械設(shè)計手冊》 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社 《數(shù)控機(jī)床設(shè)計》 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社 5 畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計題目：Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及橫向進(jìn)給設(shè)計設(shè)計 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 年 月 日 摘 要 全面闡述了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計特點(diǎn)，論述了采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)介紹了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核，并進(jìn)行了分析。另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。 其中著重介紹了滾珠絲杠的原理及選用原則，系統(tǒng)地對滾珠絲杠生產(chǎn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)進(jìn)行了介紹。包括種類選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機(jī)匹配的原則以及廠家的選擇等。 關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠 Abstract Comprehensively elaborated numerical control lathe structure principle, design features, discusses the use of servo motor and ball screw nut pair advantages. Introduces the NC lathe structure design and verification, and analysis. In addition to collect the related technology parameters. This paper emphasizes on the ball screw principle and selection principle, system of ball screw production, application etc were introduced. Including the type selection, parameter selection, precision, circulation mode selection, matched with the host machine and the selection principle of manufacturers. Key Words: lathe, numerical control, servo motor, the ball screw 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 緒論 6 1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 6 1.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 7 1.3 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 8 1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 9 第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 13 2.1 數(shù)控車床設(shè)計總體要求 13 2.2 數(shù)控車床設(shè)計確定 13 第3章 確定切削用量及選擇刀具 14 3.1刀具選擇 14 3.2切削用量確定 15 3.3切削三要素 15 3.4加工精度和表面粗糙度 15 3.5刀具材料 19 第4章 X軸(橫向)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計和計算 19 4.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 19 4.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計和計算 19 4.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇 22 4.3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇的基本原則 22 4.3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 24 第4章 數(shù)控硬件電路系統(tǒng)設(shè)計 24 4.1硬件電路設(shè)計 24 4.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 24 4.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 25 4.2關(guān)于各線路元件之間線路連接 25 4.3 關(guān)于電路原理圖的一些說明 26 致 謝 30 參考文獻(xiàn) 31 32 第1章 緒論 1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)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(jī)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(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機(jī)床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機(jī)車車輛、機(jī)床、建筑、通用機(jī)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(jī)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(jī)會等方面，起著非常重要的作用。 數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)： 易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，多機(jī)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(qiáng)度，減少所需工人數(shù)量等。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)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(yùn)動和力由動力源傳遞給機(jī)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(jī)床的工作性能。隨著機(jī)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(jī)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(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動化機(jī)床，其加工過程中的動作順序、運(yùn)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(jī)床上加工零件那樣，對機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)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(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計已形成自己的獨(dú)立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)有許多特點(diǎn)。 1.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 隨著機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變,對機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)社會制造資源的快速集成，要求機(jī)械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實(shí)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(jī)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(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機(jī)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(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強(qiáng),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(jī)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(jī)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(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重。 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(jī)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(jī)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(jī)、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(jī)床業(yè)進(jìn)軍，但機(jī)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(jī)床廠的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯。 我們國家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。 機(jī)床精度 1.機(jī)械加工機(jī)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(jī)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(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺機(jī)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(jī)床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。4.加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。 1.3 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 目前世界著名機(jī)床廠商在我國的投資情況 1. 2000年，世界最大的專業(yè)機(jī)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(jī)床公司”的機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機(jī)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(jī)床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力800臺。 民營企業(yè)進(jìn)入機(jī)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(jī)廠商海天公司投資生產(chǎn)機(jī)床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開始，起點(diǎn)比較高。 3．2002年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實(shí)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(jī)床。也從國內(nèi)機(jī)床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機(jī)床，國內(nèi)機(jī)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(shí)，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(jī)床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國。 1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)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(qiáng)弱。 數(shù)控機(jī)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(jī)技術(shù)。隨著計算機(jī)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(jī)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(jī)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，在國際市場上具有一定的競爭力。我國數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)床。同時，我國也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機(jī)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(jī)床。 我國數(shù)控機(jī)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(shí)施應(yīng)用ERP、MRPⅡ和電子商務(wù)。如，濟(jì)南第二機(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)的高性能數(shù)控機(jī)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(jī)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(qiáng)。我國生產(chǎn)數(shù)控機(jī)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(qiáng)。 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床系統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度，使得高速運(yùn)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對機(jī)床的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時控制，使機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床零部件加工程序，以實(shí)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(jī)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(jī)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(yùn)行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)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(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用新的機(jī)床運(yùn)動學(xué)理論和先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用當(dāng)前數(shù)控機(jī)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(yùn)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(jī)床加工全面高速化，如數(shù)控機(jī)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(shí)現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。 二、是精密加工技術(shù)有所突破 ??? 通過機(jī)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(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用等，從而提高機(jī)床加工的幾何精度、運(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)加工復(fù)合發(fā)展到非機(jī)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(shí)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(jī)床——復(fù)合加工機(jī)床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機(jī)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(jī)床單機(jī)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(shí)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(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對數(shù)控機(jī)床加工過程實(shí)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(shí)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(bǔ)償、調(diào)整、自動更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對機(jī)床的機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)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(bǔ)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。 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(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向。重點(diǎn)研究微納機(jī)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(jī)床研制，如微型、高精度、遠(yuǎn)程控制手術(shù)機(jī)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(jī)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(jī)床和特種加工機(jī)床；極端制造領(lǐng)域的復(fù)合機(jī)床的研制等。 第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 2.1 數(shù)控車床設(shè)計總體要求 數(shù)控車床設(shè)計主要考慮以下四方面因素： (1) 經(jīng)濟(jì)性 這里的成本包括數(shù)控系統(tǒng)，主傳動系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)及機(jī)械傳動系統(tǒng)等。 (2) 方便性 數(shù)控系統(tǒng)的方便性主要反映在系統(tǒng)的人機(jī)界面。人機(jī)界面應(yīng)當(dāng)對用戶友好，對此系統(tǒng)應(yīng)從以下幾個途徑來體現(xiàn)： 漢化按鍵，方便各種層次的操作者使用。 輸入、檢索、修盡量一體化。即輸入時可以檢索、修，檢索時可以修、輸入，并且自動顯示程序段號。 快速檢索，即能對程序進(jìn)行上下翻頁顯示。 (3) 實(shí)用性 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計不應(yīng)追求功能的大而全，應(yīng)以實(shí)用為原則。一般的機(jī)械加工只要能具有以下功能即可滿足需要： 直線、圓弧插補(bǔ)。 插補(bǔ)速度要充分考慮被機(jī)床本身的內(nèi)在素質(zhì)，如剛性、抗震性、耐磨性等，不宜過高。 速度銜接技術(shù)，即速度升/降速控制。速度銜接技術(shù)可以保證系統(tǒng)在加工過程中實(shí)現(xiàn)2段程序問的速度平滑連接，從而避免造成加工刀痕，保證精度。 變頻調(diào)速。 加工程序的掉電保護(hù)能力。 (4) 可靠性 由于數(shù)控系統(tǒng)工作環(huán)境十分惡劣，必須有足夠的可靠性才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 2.2 數(shù)控車床設(shè)計確定 (1) 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 為了保證主軸在運(yùn)動時有準(zhǔn)確的定位，安裝主傳動的定位檢測裝置。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，主軸就可以準(zhǔn)確的定位。這種磁力傳感器的工作原理是，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，固定一個磁傳感器，當(dāng)傳感器發(fā)出信號后經(jīng)過放大，由定向電路使電動機(jī)準(zhǔn)確的停止在規(guī)定的周向位置上。將主傳動采用變頻交流電動機(jī)無級調(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電動機(jī)的無級調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，主傳動系統(tǒng)是一個開環(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)給傳動系統(tǒng)設(shè)計 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)械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度；運(yùn)動副之間的摩擦因數(shù)小，傳動無間隙；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±0．005mm。 (3) 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計 采用AT89C58單片機(jī)控制系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計方案，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)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及基于89C58單片機(jī)的主控模塊。利用變頻調(diào)速的原理，設(shè)計主軸的無級變頻調(diào)速系統(tǒng)；通過插補(bǔ)算法，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位以便達(dá)到工件的精確度；通過鍵盤和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)程序的編輯和顯示；通過其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能的完善化。 第3章 確定切削用量及選擇刀具 3.1刀具選擇 （一）刀具選擇： 銑平面：硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。 凸臺、凹槽、箱口面：立銑刀。 毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。 立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。 （二）原則： 安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。 （三）排序原則 減少刀具數(shù)量； 裝夾一次，盡是加工完； 即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開； 先銑后鉆； 精加工，先曲面后二維輪廓； 盡可能自動換刀。 3.2切削用量確定 粗：效率；半精、精：質(zhì)量、兼顧效率。 1、主軸轉(zhuǎn)速n：根據(jù)線速度v確定：π V= (端銑：150m/min；周銑：30m/min) 2、切深t：最好是t等于加工余量。 3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。 L＝0.6－0.9d 粗加工：大切深、大進(jìn)給、低切速。 精加工：小切深、小進(jìn)給、高切速。 3.3切削三要素 主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給速度。少切削，快進(jìn)給。 3.4加工精度和表面粗糙度 1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。 （1）尺寸精度：公差與配合國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。 新公差等級與舊公差等級的對照及應(yīng)用 新公差等級 舊精度等級　 加工方法 應(yīng)用 軸 孔 IT01－IT2 無 研磨 用于量塊、量儀制造 IT3－IT4 研磨 用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工 IT5 1 無 研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉 用于一般精密配合。IT7－IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍 IT6 2 1 IT7 3 2 磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金 IT8 3－4 IT9 4 銑、鏜、銑、刨、插 用于一般要求。主要用于長度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合 IT10 5 IT11 6 粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄 用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合 IT12－IT13 7 IT14 8 沖壓、壓鑄 用于非配合 IT15－IT18 9－12 鑄、鍛、焊、氣割 ?。?）形狀精度：零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對于理想形狀的準(zhǔn)確程度。 　 國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項(xiàng)形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。 　（3）位置公差：零件上點(diǎn)、線、面要素的實(shí)際位置相對于理想位置的準(zhǔn)確程度。 　 國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項(xiàng)位置公差： 定向：平行度、垂直度、傾斜度。 定位：同軸度、對稱度、位置度。 跳動：圓跳動、全跳動。 2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB3503-83、GB1031－83、GB131-83） 　 輪廓算術(shù)平均偏差： 　 Ra＝ 或近似于Ra＝ 微觀不平十點(diǎn)高度： 　 Rz＝(+) 在常用數(shù)值范圍內(nèi)（Ra＝0.25－6.3μm，Rz＝0.1－25μm），在圖樣上應(yīng)優(yōu)先選用Ra。 表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表 表面要求 表面特征 Ra(μm) Rz(μm) 加工方法 舊國際光潔度級別代號 第1系列 第2系列 第1系列 第2系列 不 加 工 毛坯表面清除毛刺 1600 ∽ 1250 1000 800 630 500 100 400 粗 加 工 明顯可見的刀紋 80 320 粗銑 粗銑 粗刨 鉆 粗銼 ▽1 63 250 50 200 可見刀紋 40 160 ▽2 32 125 25 100 微見刀紋 20 80 ▽3 16.0 63 12.5 50 半 精 加 工 可見加工痕跡 10 40 半精銑 精銑 精銑 精刨 粗磨 ▽4 8 32 6.3 25 微見加工痕跡 5 20 ▽5 4 16 3.2 12.5 不見加工痕跡 2.5 10 ▽6 2 8 1.6 精 加 工 可辨加工痕跡的方向 1.25 6.3 精鉸 刮 精拉 精磨 ▽7 1.00 5 0.8 4 微辨加工痕跡的方向 0.63 3.2 ▽8 0.5 2.5 0.4 2.0 不辨加工痕跡的方向 0.32 1.6 ▽9 0.25 1.25 0.2 1.00 精 密 加 工 暗光澤面 0.16 0.80 精密磨削 珩磨 研磨 超精加工 拋光 ▽10 0.125 0. 63 0.1 0.50 亮光澤面 0.080 0.40 ▽11 0.063 0.32 0.05 0.25 鏡狀光澤面 0.040 0.20 ▽12 0.032 0.16 0.025 0.125 霧狀光澤面 0.020 0.10 ▽13 0.016 0.080 0.012 0.063 鏡面 0.010 0.050 鏡面磨削 研磨 ▽14 0.008 0.040 0.025 0.032 3.5刀具材料 碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200-250℃，V＜8m/min。 合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400℃，V＜10m/min。 高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600℃，V＜30m/min； 110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，＞600℃ 4、硬質(zhì)合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000℃，V＝100-300m/min。 另外，還有新型硬質(zhì)合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。 第4章 X軸(橫向)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計和計算 4.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單,一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠,使刀架橫向運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。 4.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計和計算 已知條件： 工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） W=30㎏f=300N 時間常數(shù) T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L0=4㎜ 左旋 行程 S=190㎜ 脈沖當(dāng)量 δp=0.005㎜/step 步距角 α=0.75°/ step 快速進(jìn)給速度 vmax=1m/min (1)切削力計算 橫向進(jìn)給量為縱向的1/2～1/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2 FZ=0.5×152.76=76.38㎏f=763.8N 在切斷工件時： Fy=0.5 FZ=0.5×76.38=38.19㎏f=381.9N (2)滾珠絲杠設(shè)計計算 1）強(qiáng)度計算：對于燕尾型導(dǎo)軌： P=KFy＋f′(Fz＋W) 取K=1.4 f′=0.2 則 P=1.4×38.19＋0.2(76.38＋30) =74.74㎏f=747.4N 壽命值 L1===13.5 最大動負(fù)載 Q===213.55㎏f=2135.5N 根據(jù)最大動負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠公稱直徑為φ20㎜，型號為FC1B20×4—5—E2左，其額定動負(fù)載為5393N，所以強(qiáng)度足夠用。 2）效率計算：螺旋升角γ=3°38′，摩擦角ψ=10′　　 則傳動效率 η===0.956 3）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 △L1=±=±=±5.96×10-6㎝ 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小，可忽略，　即：△L=△L1所以導(dǎo)程變形總誤差為 △= 查表知E級精度絲杠允許的螺旋誤差（1m長）為15μm/m，故剛度足夠。 4）穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，一端固定，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。 (3)齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算 1）有關(guān)齒輪計算 傳動比 i= 故取 Z1=18 Z2=30 m =2㎜ b=20㎜ α=20° d1=36㎜ d2=20㎜ dα1 =40㎜ dα1=64㎜ a=48㎜ 2)傳動慣量計算 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量： J1=㎏·㎝2 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量： JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝2 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： JZ1=7.8×10-4×3.64×2=0.262㎏·㎝2 JZ2=7.8×10-4×64×2=2.022㎏·㎝2 電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。 因此，總的轉(zhuǎn)動慣量： J= =1.258㎏·㎝2 3）所需轉(zhuǎn)動力矩計算 nmax= Mamax=N·m=2.23㎏f·㎝ nt==33.17r/min Mat==0.0174 N·m=0.1775 f·㎝ Mf===0.287㎏f·㎝=0.028 N·m M0=0.116㎏f·㎝=0.011 N·m Mt=1.824㎏f·㎝=0.182 N·m 所以，快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩： M=Mamax＋Mf＋M0 =2.23＋0.287＋0.116=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝ 切削時所需力矩： M=Mat＋Mf＋M0＋Mt =0.1774＋0.287＋0.116＋1.824 =2.404㎏f·㎝=24.04 N·㎝ 快速進(jìn)給時所需力矩： M= Mf＋M0=0.287＋0.116 =0.403㎏f·㎝=4.03 N·㎝ 從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時，Mmax=2.633㎏f·㎝=26.33 N·㎝ 4.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇 4.3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇的基本原則 合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)在整個系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下： 1． 步距角α　步距角應(yīng)滿足：α≤ 式中 i——傳動比 αmin——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。 2． 精度 步進(jìn)電機(jī)的精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值。用積累誤差衡量精度比較實(shí)用。所以選用不進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足 △Q≤i[△θs] 式中 △Q——步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； [△θs]——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部件允許的角度誤差。 3．轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步、不越步），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮： 1）啟動力矩 一般啟動力矩選取為： Mq≥ 式中 Mq——電動機(jī)啟動力矩； ML0——電動機(jī)靜負(fù)載力矩。 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（2）所示。Mjm為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。 表(2) 步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表 運(yùn)行 方式 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 Mg /Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 2）在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動機(jī)的靜載力力矩與電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。 3． 啟動頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足： ft≥[fcp]m 式中 ft——極限啟動頻率； [fcp]m——要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動頻率。 4.3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 Φ320MM的數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq = N·㎝ 電動機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm= N·㎝ 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 fmax==3333.3 Hz 為了便于設(shè)計和采購，仍選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。 第4章 數(shù)控硬件電路系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運(yùn)算是插補(bǔ)運(yùn)算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補(bǔ)償。位置控制的實(shí)質(zhì)就是位置負(fù)反饋，即指令位置和實(shí)際位置進(jìn)行比較，用位置偏差進(jìn)行控制；插補(bǔ)運(yùn)算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標(biāo)點(diǎn)，通過一定的運(yùn)算法則實(shí)時獲得位置指令；刀具補(bǔ)償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。 4.1硬件電路設(shè)計 4.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其使用單片機(jī)結(jié)構(gòu)的劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，在一些標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當(dāng)今數(shù)控機(jī)床高速度、高精度和許多復(fù)雜功能的要求，代表當(dāng)今數(shù)控發(fā)展的水平。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，本設(shè)計將采用較經(jīng)濟(jì)的單微處理器數(shù)控結(jié)構(gòu)，對于一般切削加工而言，其速度和精度已能滿足實(shí)際要求。 數(shù)控機(jī)床單微處理器硬件結(jié)構(gòu)電路概括起來有以下幾個部分組成： （1）中央處理單元CPU； （2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線； （3）存儲器，包括只讀可編程存儲器和隨機(jī)讀寫存儲器； （4）輸入輸出接口電路； （5）外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電編碼器等。 4.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 根據(jù)設(shè)計要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能： 讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)； 讀取操作面板開關(guān)及按鈕信號； 讀取螺紋/光電編碼器信號 ； 讀取電動刀架刀位信號； 接受車床行程開關(guān)信號； 控制LED顯示； 控制電動刀架自動選刀； 控制縱向、橫向電動機(jī)驅(qū)動； 控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止； (10) 控制交流變頻器； (11) 控制冷卻泵啟停； (12) 可與PC進(jìn)行串行通信。 本次設(shè)計在采用8031作為主控芯片,采用兩片2764程序存儲器之外還擴(kuò)展了一片6264數(shù)據(jù)存儲器,用一片74LS373鎖存P0口傳遞低8位地址,地址譯碼采用74LS138C3~8譯碼器;采用全地址碼,采用二個8155芯片,完成對執(zhí)行元件的控制。此外,還設(shè)有越界報警急停處理電路. 4.2關(guān)于各線路元件之間線路連接 8031芯片的P 和P用來傳送外部存儲器的地址和數(shù)據(jù), P口送的是8位地址, P口傳送低八位地址和數(shù)據(jù),故采用74LS373地址鎖存器,鎖存低八位地址,ALE作為首選通信號,當(dāng)ALE為高電位,鎖存器的輸入輸出速度,即輸入的低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時不需鎖存,當(dāng)ALE從高電平變?yōu)榈碗娖?出現(xiàn)下降沿時,低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時不需鎖存,當(dāng)ACE這樣POD共組成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址線, A~A低8位安74L373芯片的輸出,A~A按8031芯片的P~P系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764新片選信號CE分別按74LS138譯碼器的和,系統(tǒng)復(fù)位以后程序從0000H~開始執(zhí)行,6264芯片的片選信號CE地址按74LS138的,單片機(jī)的擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨(dú)立編址,8031芯片控制信號PSEN按2764的OE引腳,讀寫控制信號WR和RD分別按6264芯片內(nèi)部沿有ROM,始終要選片外程序存儲器,故按EA地址 由于8031只有P口和P口的部分能提供用戶作I/O接口使用,不能滿足輸入輸出口的需要,因此比喻擴(kuò)展輸入輸出擴(kuò)展電路.系統(tǒng)擴(kuò)展3片8155可編程I/O接口芯片,8155(1)的片選信號按74LS138的端74LS138譯碼器有3個輸入A B C 分別按8031的 P P P8個輸出,低電平有效. 對應(yīng)輸出A B C DE 000至111 8種現(xiàn)合.其中對應(yīng)A B C 為111.74LS138有3個使能端,其中2個為低電平使能端,另一個為高電平使能端.只有當(dāng)使能端均處于有效電平是,輸出才能產(chǎn)生,否則輸出才能處在高電平無效. I/O接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接是這樣安排的.8155芯片PA作為顯示器段選信號, 輸出PA~P為顯示器的位選信號,輸出PC0~PC4 5根線是鍵盤輸入.8155芯片的20個引腳按8031芯片的P2.0,因此使用8155的I/O口時P2.0為高電平.8155(2),按X Z 向直流電機(jī)硬件環(huán)形分配器為輸出,系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼,各存儲器及I/O接口芯片.X向Z向直流電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用YB0153-2相5相10拍方式工作,故 均按+5V,時鐘輸入端CP按8155芯片的TIME007用以決定脈沖分配器是如脈沖的頻率,為實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時不同的進(jìn)給的速度,可給8155芯片定時/計數(shù)器中設(shè)置不同的常數(shù). 4.3 關(guān)于電路原理圖的一些說明 在此電路圖中,還有其他功能電路,如報警電路,急停電路,復(fù)位電路,隔離電路,功效電路等,此外還有對自動回轉(zhuǎn)刀架,螺紋加工進(jìn)行控制. 1、 復(fù)位電路 通常8031的復(fù)位有自動復(fù)位,和人工按鈕復(fù)位兩種,下面將分別顯示電路結(jié)構(gòu) （A）(A)上電復(fù)位電路 （B）開關(guān)復(fù)位電路 2、時鐘電路 時鐘電路如圖所示,XTAL和XTAL2為內(nèi)振蕩電路輸入線,這兩個端口用來外接石英晶體和微調(diào)電器,用來聯(lián)接8031片內(nèi)OSC的定時反饋回路. 3、 光電隔離電路 在直流電機(jī)驅(qū)動電路,脈沖分配器輸出的信號經(jīng)過放大后,控制直流電機(jī)的勵磁繞組.由于直流電機(jī)需要的驅(qū)動電壓數(shù)高,電流也較大,如果將I/O口輸出信號直接與功率放大電路相連,將引起電路干擾,輕則影響計數(shù)機(jī)程序的正常運(yùn)行,重則導(dǎo)致接口電路的破壞.因此一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路,實(shí)行數(shù)控隔離使用最多的是光電耦合器.如下圖 光電耦合器是以發(fā)光二級管和光敏二級管組成,為輸入信號的輸入端時,發(fā)光二級管導(dǎo)通激發(fā)紅外光,受光三極管照射后,由于光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流。通過輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為信號的輸出，輸入端與輸出端在電器繪出一種光隔離輸出電路，當(dāng)開關(guān)斷開，發(fā)光二級管不通，光敏三級管截止，輸出+5V高電平，當(dāng)閉合，發(fā)光二級管導(dǎo)通，激勵輸出三級管導(dǎo)通。適當(dāng)選擇電阻R，可使輸出三級管飽和，輸出0.3左右的TTL低電平。 隨著運(yùn)行頻率的增高，直流電機(jī)輸出力矩C帶動負(fù)載的能力，這一產(chǎn)生的原因，作為功率放大器負(fù)載的直流電機(jī)是電感負(fù)載。當(dāng)改變通電時，電流從零逐漸增大，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢使電流按指數(shù)規(guī)律上升。 4、鍵盤顯示 本次設(shè)計中，采用PC~~~PC 作為掃描口信號反向放大器按顯示器公共級，8031P口作為片選數(shù)據(jù)口。8155的PB~~PB作為行線輸入?；竟ぷ髟砣缦拢? 鍵盤顯示口電路圖 當(dāng)鍵松開時，測試信號為 1，鍵閉合，測試信號為0 ，當(dāng)測試信號為1 則禁止，不能對鍵進(jìn)行識別。 鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)陣列， 圖中行線通過電阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沿有閉和時，所有行線和列線都以斷開，行線PC~PCX是4根行線，PA0~PA7Ss是6 根列線，在行線與列線交叉點(diǎn)上安裝有鍵，PA口的6 根列線按一定的時間間隔輪流輸出低電平。當(dāng)掃描到某一列線上時，若無鍵按下，則行線都是高電平；若有一鍵按下時，交叉點(diǎn)上對應(yīng)的行線變?yōu)榈碗娖?。這個低電平信號被計算機(jī)捕獲后，根據(jù)此間對應(yīng)的行線和列線的位置，計算機(jī)可以判斷出鍵值，完成控制。 5、越界報警電路 X，Z方向的越界和急停信號經(jīng)過門引入8031的P中斷原LNT，采用硬件申請中斷軟件查詢的方法。這樣無論哪個方向都能引起中斷，當(dāng)X，Z等一越界，則相應(yīng)的紅燈亮報警。 總 結(jié) 在這幾個月的畢業(yè)設(shè)計的過程中，我認(rèn)真分析了指導(dǎo)老師提供的基本設(shè)計數(shù)據(jù)和要求，之后在查閱了大量工具書和期刊資料；對現(xiàn)在我國的數(shù)控工作臺總體趨勢進(jìn)行分析，在網(wǎng)上和圖書館搜集了大量的第一手的資料，首先初步確定了本次設(shè)計的基本方案，然后設(shè)計出了具體的方案。 致 謝 本畢業(yè)設(shè)計論文是在我的指導(dǎo)老師XX的悉心指導(dǎo)和熱忱關(guān)心下完成的。在論文的選題、課題研究以及論文的撰寫、修改的全過程無不凝聚著導(dǎo)師的心血與汗水。兩個多月來，我得到導(dǎo)師的關(guān)心、指導(dǎo)和支持。本文完成傾注了XX老師的心血，是我遇到的勤奮的一位老師，那種為科學(xué)事業(yè)而獻(xiàn)身的精神時刻鞭策著同學(xué)們努力進(jìn)取，謹(jǐn)向老師致以深深的謝意和崇高的敬意！ 我也非常感謝我的父母，是他們在生活上和學(xué)習(xí)上給我關(guān)心和幫助，讓我能全身心的投入到學(xué)習(xí)中。 最后，要感謝所有曾經(jīng)幫助我的同學(xué)，我的舍友，使他們的鼓勵和幫助，讓我的設(shè)計圓滿結(jié)束。 在設(shè)計過程中，我既感覺時間資源的有限，但又不能很好的使用它，這種感覺令我很不爽。這次畢業(yè)設(shè)計是我充分的認(rèn)識到效率的分量，熟練的重要性。 雖然畢業(yè)設(shè)計過程中，天空總是被烏云遮蓋，能獲此教訓(xùn)，我知足了，所以我很感謝所有使我一路順利走來的人。 參考文獻(xiàn) [1] 文懷興，夏田．?dāng)?shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．6[232][234] [2] 王愛玲．現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2003 [3] 濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計（第八版）[M]．北京：高等教育出版社，2006.5 [4] 孫恒，陳作模，葛文杰．機(jī)械原理（第七版）[M]．北京：高等教育出版社，2006.5 [5] 劉傳紹，鄭建新．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：中國電力出版社，2009 [6] 王愛玲．機(jī)床數(shù)控技術(shù) [M]．北京：高等教育出版社，2006.9 [7] 劉洪文．材料力學(xué)（第4版）[M]．北京：高等教育出版社，2004.1 [8] 范希營．X5325C數(shù)控設(shè)計 [D]．揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)研究所，2006.9 [9] 王洪章．XA5032銑床數(shù)控設(shè)計 [D]．北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究所，2006.9 [10] 馬雪峰．X5040銑床的數(shù)控設(shè)計 [D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)研究所，2007.7 [11] William Orthwein. 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