X5132型銑床Z向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì)論文

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1、 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 隨著機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，由于普通銑床效率低，精度不高，已不能滿足現(xiàn)代加工的需要，因此對(duì)銑床進(jìn)行數(shù)控化改造。使改造后的機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部分具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度 ;運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙 ;功率大 ;便于操作和維修。 本文主要對(duì) X5132 立式銑床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要對(duì)工作臺(tái) Z 向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改 裝設(shè)計(jì)，以機(jī)械部分設(shè)計(jì)為主，以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為輔。在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，全部拆 除 Z 向進(jìn)給箱齒輪，拆除普通絲杠，換上滾珠絲杠。經(jīng)過(guò)兩級(jí)齒輪減速由步進(jìn)電機(jī)將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳到滾珠絲

2、杠。 電氣部分主要對(duì)于控制系統(tǒng)，主要針對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)，這里采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用高性能價(jià)格比的 MCS-51 系列單片擴(kuò)展系統(tǒng)，主要進(jìn)行中央處理單元的選擇、存儲(chǔ)器擴(kuò)展和接口電路設(shè)計(jì)等。 本次完成了進(jìn)給系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題，能滿足數(shù)控銑床加工相關(guān)零件的要求，同時(shí) 該機(jī)床也有較好的性價(jià)比，因此將舊的普通銑床改造經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 , 具有廣泛而積極的現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞：銑床 滾珠絲杠 數(shù)控改裝

3、 I X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì) Abstract With the rapid development of mechanical manufacturing industry, because the ordinary milling machine low efficiency, precision, already cannot satisfy the needs of modern processing of milling machine, and so on to

4、numerical control reform. After the innovation of the machine tool to mechanical transmission part with high static, dynamic stiffness; Between the friction factor of motion pair small, transmission no clearance; Big power; Easy operation and maintenance. This paper focuses on the X5132 vertical

5、milling machine for numerical control transformation, ainly to the workbench Z to feeding system modification to mechanical design is given priority to, to control the system design is secondary. In the design of transmission system, all demolished Z to feed box, dismantle ordinary gear ball screw,

6、change the ball screw. After the two levels of gear by step motor sports and power will spread to the ball screw. The main part for electric control system, mainly in the design of the economical CNC milling machine, here the stepping motor open-loop control, computer system using the high perfor

7、mance of the MCS-price is 51 series single piece of extended system, mainly on the central processing unit selection, memory expansion and interface circuit design, etc. The finished feeding system related design problem, can satisfy the nc milling machine parts related to the requirements of the

8、 machine tool, and also have the good performance-to-price ratio, so will the old general economical nc milling machine, milling machine transformation have extensive and positive reality significance. Keyword: milling machine ball-screw Nc modification

9、 II 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 摘要 ..................................................................... I Abstract ................................................................ II 第 1 章 緒論 ..................................................

10、........... 1 1.1 課題背景 .......................................................... 1 1.1.1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介 ................................................ 1 1.1.2 課題研究的目的、意義 ......................................... 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 ............................................

11、........ 1 1.3 數(shù)控改造的意義 .................................................... 2 第 2 章 數(shù)控機(jī)床概述 ...................................................... 4 2.1 概 述 ............................................................. 4 2.1.1 數(shù)控機(jī)床的定義 .................................

12、............. 5 2.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成及特點(diǎn) ........................................ 5 2.2 數(shù)控機(jī)床的分類 .................................................... 7 2.2.1 按機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡分類 .......................................... 7 2.2.2 按伺服系統(tǒng)的類型分類 ........................................ 8

13、 2.2.3 按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類 ............................................ 11 2.3 數(shù)控銑床簡(jiǎn)介 ..................................................... 12 2.3.1 數(shù)控銑床的組成及分類 ........................................ 12 2.3.1 銑床的用途和工藝特點(diǎn) ........................................ 13 2.4 數(shù)控未來(lái)

14、發(fā)展的趨勢(shì) ............................................... 13 2.4.1 繼續(xù)向開(kāi)放式、基于 的第六代方向發(fā)展 ...................... 14 PC 2.4.3 向高速化、高精度化和智能化方向發(fā)展 .......................... 14 第 3 章 改造總體方案的確定............................................. 16 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)要求 ...............

15、...................................... 16 3.2 總體方案確定 ..................................................... 16 3.2.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 ......................................... 16 3.2.2 控制系統(tǒng)的選擇 ............................................. 18 3.3 繪制總體方案圖 .....................

16、.............................. 18 III X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì) 第 4 章 機(jī)械部分?jǐn)?shù)控改造和設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................... 20 4.1 切削力的計(jì)算 ..................................................... 20 4.2 滾珠絲杠副的選用及校核 ........................................... 21

17、4.2.1 滾珠絲杠副傳動(dòng)的概述 ....................................... 21 4.2 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式、型號(hào)及支承形式的選用 ......................... 22 4.2.1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式 ....................................... 22 4.2.2 滾珠絲杠副的型號(hào) ........................................... 24 4.2.3 滾珠絲杠副支承的選擇 ......................

18、................. 25 4.3 滾珠絲杠副軸承的選用 ............................................. 26 4.4 滾珠絲杠的計(jì)算和校核 ............................................. 27 4.4.1 工作負(fù)載的計(jì)算 ............................................. 28 4.4.2 滾珠絲杠的壽命計(jì)算 ......................................... 28 4.4

19、.3 最大載荷計(jì)算及絲杠型號(hào)選擇。 ................................ 29 4.5 滾珠絲杠的校核 ................................................... 30 4.5.1 效率計(jì)算 .................................................... 30 4.5.2 剛度驗(yàn)算 .................................................... 31 4.5.3 穩(wěn)定性校核 ...........

20、....................................... 31 4.6 絲杠支承的選擇計(jì)算 ............................................... 32 4.7 滾珠絲杠有效行程計(jì)算 ............................................. 33 4.8 傳動(dòng)齒輪副選擇計(jì)算 ............................................... 33 4.9 自鎖方式的選擇 ...................................

21、................ 35 第 5 章伺服系統(tǒng)的選擇計(jì)算.............................................. 36 5.1 伺服電動(dòng)機(jī)選擇要求 ............................................... 36 5.2 進(jìn)給系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算 ............................................. 36 5.2.1 負(fù)載慣量計(jì)算 ................................................ 36 5.3

22、齒輪傳動(dòng)的消隙和預(yù)裁 ............................................. 40 5.3.1 剛性調(diào)整法 ................................................ 40 5.3.2 柔性調(diào)整法 ................................................ 42 第 6 章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................... 45 6.1 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .........

23、.................................... 45 IV 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6.2 選擇中央處理單元（ CPU）的類型 46 6.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 48 6.3.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 48 6.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 49 6.4 I/O 接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 49 6.4.1 I/O 接口電路設(shè)計(jì) 49 6.4.2 顯示器與鍵盤(pán)擴(kuò)展電路 50 6.4.3. 步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路 50 6.4.4 軟件程序設(shè)計(jì)（逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)） 52 6.4.5 其

24、他輔助電路 53 結(jié)論 54 參考文獻(xiàn) . 55 致謝 56 外文科技資料翻譯 57 英文原文 57 中文譯文 67 附錄Ⅰ 加工實(shí)例數(shù)控銑床典型零件 75 附錄Ⅱ 圖紙列表 77 V 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 1.1 課題背景 1.1.1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介

25、 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜。產(chǎn)品的精度要求越來(lái)越高、 更新?lián)Q代的周期也越來(lái)越短， 從而促進(jìn)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。 尤其是宇航、 軍工、 造船、汽車(chē)和模具加工等行業(yè)，用普通機(jī)床進(jìn)行加工（精度低、效率低、勞動(dòng)度大）已無(wú)法滿足生產(chǎn)要求，從而一種新型的用數(shù)字程序控制的機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種機(jī)床是一種綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量和機(jī)械設(shè)計(jì)等新技術(shù)的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的自動(dòng)化機(jī)床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼，或其他符號(hào)編碼指令（刀具移動(dòng)軌跡信息）規(guī)定的程序。具體地講，把數(shù)字化了的刀具移動(dòng)軌跡的信息輸入到數(shù)控裝置，經(jīng)過(guò)譯

26、碼、運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需要的零件的機(jī)床，即為數(shù)控機(jī)床。 1.1.2 課題研究的目的、意義 眾所周知，設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的物質(zhì)基礎(chǔ)，設(shè)備的技術(shù)性能 和技術(shù)狀況的好壞，直接影響到企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備的技術(shù)改造和更新速 度又直接影響企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)開(kāi)拓后勁。因此，加快設(shè)備更新和改造， 以提高企業(yè)在國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，是企業(yè)的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略任務(wù)更新改造舊機(jī)床是最 近幾年發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在國(guó)外己形成一定規(guī)模和市場(chǎng)，涌現(xiàn)出了許多專門(mén)從 事機(jī)床改造的公司。 國(guó)外舊機(jī)床改造費(fèi)用大約為同類型新機(jī)

27、床價(jià)格的 60%，盡管費(fèi)用較 高，但由于機(jī)床改造后使用效果好，所以仍然受到機(jī)床用戶的歡迎。因此我們決定對(duì)現(xiàn) 有設(shè)備進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 當(dāng)今世界， 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視， 競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、 高精、 高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、 亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開(kāi)激烈竟?fàn)?，已形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì) 算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在 20世紀(jì) 80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需 第 1 頁(yè) 共 77 頁(yè) X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)

28、數(shù)控改裝設(shè)計(jì) 求，早已成為四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、 擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。較著名的控制系統(tǒng)有 : 日本 FANUC系列、 Mitsubishi 系列， KUMA 系列、 SODICK 系列、日立系列、德國(guó) SIEMENS系列、 DECKEL系列、 Heidenhain 系 列、 HELLER系列、美國(guó) ALLEN-BRADLEY(AB) 系列， INCINNANTI 系列、法國(guó) Nun 系 列、意大利 FIDIA 系列、西班牙 FAGOR系列、瑞士的 AG系列、國(guó)產(chǎn)系列等在美 國(guó)， 日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們將機(jī)床改造作為新

29、的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正 處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的課題。 我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國(guó)、 日本、德國(guó)，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生 產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。 在美國(guó)， 機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生 (Remanufacturing) 業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有 :Bertsche 工程公司、 ayton 機(jī)床公司、得寶服務(wù)集 團(tuán)、 US設(shè)備公司等 . 美國(guó)得寶公司己在中國(guó)開(kāi)辦公司。在日本機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī) 床改裝 (Retrofitting) 業(yè)

30、。從事改裝業(yè)的著名公司有 : 大限工程集團(tuán)、崗三機(jī)械 公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。趕上計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)前進(jìn)的步伐、加快數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度，已成為數(shù)控發(fā)展的最主要趨勢(shì)。以第四代計(jì)算機(jī)的工程結(jié)構(gòu)和微電子工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有微機(jī)的硬件、軟件資源，發(fā)展總線式、模塊式、開(kāi)放型、嵌入式的柔性數(shù)控系統(tǒng)，使之即適合加工復(fù)雜零件、分立式機(jī)床用的數(shù)控系統(tǒng)的組成，又適合未來(lái)自動(dòng)化升級(jí)時(shí)功能可擴(kuò)展的要求 1.3 數(shù)控改造的意義 數(shù)控機(jī)床可以很好的形狀復(fù)雜，精密，小批，多變零件的加工問(wèn)題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。 應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還受到其

31、他方面的影響： 1. 數(shù)控機(jī)床的價(jià)格比較昂貴一次性投資巨大，對(duì)中小企業(yè)是心有余而力不 足。 2. 目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床完全用數(shù)控機(jī)床代替是根本不可能的，而且舊的機(jī)床閑置起來(lái)又會(huì)造成浪費(fèi)。 3. 在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期比較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)急需。 4. 通用數(shù)控機(jī)床對(duì)具體生產(chǎn)有多余的功能。機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)越性 第 2 頁(yè) 共 77 頁(yè) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)白數(shù)控系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的作用。 6 . 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面

32、等復(fù)雜的零件。 7 . 可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3 到 7 倍。傳統(tǒng)機(jī)床靠凸 輪或擋塊等可實(shí)現(xiàn)“剛性自動(dòng)化” ，且只有進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)，才經(jīng)濟(jì)合算 ; 而 數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小 批生產(chǎn)得以白動(dòng)化，故稱之為“柔性自動(dòng)化” 8．加工的零件精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要“修配” 。這 是由于加工過(guò)程自動(dòng)化，不受人的情緒和疲勞影響的結(jié)果。計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng) 進(jìn)行刀具壽命管理，不會(huì)因刀具磨損而影響工件精度和其一致性。數(shù)控系統(tǒng)中 增加的機(jī)床誤差、加工誤差修正補(bǔ)償?shù)墓δ?，使加工精度?/p>

33、到進(jìn)一步提高。 9. 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。這是自動(dòng)化帶來(lái) 的效果 ( 可以自動(dòng)換刀 ) ，如加工中心，在工件裝夾好后，可實(shí)現(xiàn)鉆、銑、攻絲、擴(kuò)孔等多工序的加工。這些多工序是在同一基面、同一次裝夾下實(shí)現(xiàn)的，提高 了相關(guān)的加工精度。現(xiàn)已出現(xiàn)其他工序集中的機(jī)床，如車(chē)削中心、車(chē)銑中心、磨削中心等。 10. 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。 11. 數(shù)控加工降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，并可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)。 更好的解決上述問(wèn)題，應(yīng)走普通機(jī)床

34、的數(shù)控改造之路。從美國(guó)，日本等工 業(yè)化國(guó)的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大的比例。 如日本的大企業(yè)中有 26%床經(jīng)過(guò)數(shù)控改造，中小企業(yè)則占有 74%。在美國(guó)有許多 數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供機(jī)床數(shù)控化改造服務(wù)，因此，普通機(jī)床 的數(shù)控 改造不但有存在的必要，而且大有可為。而且對(duì)一些中小企業(yè)更是如此。 第 3 頁(yè) 共 77 頁(yè) X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì) 第 2 章 數(shù)控機(jī)床概述

35、 2.1 概 述 數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，并且機(jī)床結(jié)構(gòu)趨于模塊化、數(shù)控功能專門(mén)化。數(shù)控機(jī)床是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感測(cè)量、機(jī)械制造、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它的發(fā)展和運(yùn)用，開(kāi)創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。 數(shù)控技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但在數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力仍然處于較低的水平。因?yàn)殚_(kāi)發(fā)一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床的周期比較長(zhǎng)，不能及

36、時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。為此我們應(yīng)該在普通機(jī)床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機(jī)床，這樣會(huì)造成資金投資量大，成本高，而且又會(huì)造成原有設(shè)備閑置浪費(fèi)。把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機(jī)床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對(duì)性強(qiáng)，時(shí)間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床缺點(diǎn)和存在的問(wèn)題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國(guó)機(jī)床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國(guó)情。 微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。數(shù)控機(jī)床可以加工出傳統(tǒng)機(jī)

37、床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3-7 倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后 按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱 為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化” 。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不 第 4 頁(yè) 共 77 頁(yè) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

38、（論文） 再需要“修配” ?？蓪?shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。擁有自 動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加 工。由以上五條派生的好處，如 : 降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力 ( 一個(gè) 人可以看管多臺(tái)機(jī)床 ) ，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì) 市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為 重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC, FMS以及 CIMS等企業(yè)信息化改造 的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍

39、、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、 80年初己開(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) ( 包括軍、民機(jī)械工業(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、 FMC, FMS外，還包括在產(chǎn)品開(kāi) 發(fā)中推行 CAD, CAE, CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS( 管理信息系統(tǒng) ) 、 CIMS等等。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)際軍品和民品的市場(chǎng)上竟?fàn)幜Υ鬄樵鰪?qiáng)。這也就從宏觀上說(shuō) 明了機(jī)床數(shù)控化改造的必

40、要性。 2.1.1 數(shù)控機(jī)床的定義 數(shù)控即數(shù)字控制 (Numerical Control ， NC)。數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字信號(hào)形成的控制程序?qū)σ慌_(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制的一門(mén)技術(shù)。 數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床。即將機(jī)床的各種動(dòng)作、工件的形狀、尺寸以及機(jī)床的其他功能用一些數(shù)字代碼表示，把這些數(shù)字代碼通過(guò)信息載體輸入給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算以及處理，發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令，自動(dòng)地控制機(jī)床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需要的工件。 實(shí)際上，數(shù)控機(jī)床就是一種具有數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。所以說(shuō)數(shù)控機(jī)床是最典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

41、2.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成及特點(diǎn) 1. 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床主要由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī) 床本體組成，如圖 2-1 所示。 其中，存儲(chǔ)介質(zhì)用于記載機(jī)床加工零件的全部信息。如零件加工的工藝過(guò) 第 5 頁(yè) 共 77 頁(yè) X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì) 程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)、切削速度等。常用的存儲(chǔ)介質(zhì)有磁帶、磁盤(pán)等。也 有一些數(shù)控機(jī)床采用操作面板上的按鈕和鍵盤(pán)將加工程序直接輸入或通過(guò)串行 接口將計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī) 輔助制造 (C

42、AD/CAM)集成系統(tǒng)中， 加工程序可不需要任何載體而直接輸入到數(shù)控 系統(tǒng)。 圖 2-1 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控裝置是控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的中樞系統(tǒng)，它的基本任務(wù)是接收程序介質(zhì)帶來(lái)的信息，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，把它們轉(zhuǎn)換為伺服系統(tǒng)能夠接收的指令信號(hào)，然后將結(jié)果由輸出裝置送到各坐標(biāo)控制的伺服系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。它的基本作用是接收數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的指令脈沖信號(hào)，控制機(jī)床執(zhí)行部件的進(jìn)給速度

43、、方向和位移量，以完成零件的自動(dòng)加工。 通常數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)兩部分組成，各公司的數(shù)控產(chǎn)品也是將兩者作為一體的。 機(jī)床主體也稱主機(jī)，包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基 礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(tái) ( 刀架 ) 、導(dǎo)軌等。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床不同，它的主運(yùn)動(dòng)和各個(gè)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是由單獨(dú)的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以它 的傳動(dòng)鏈短、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。為了保證數(shù)控機(jī)床的快速響應(yīng)特性，在數(shù)控機(jī)床上還普遍采用精密滾珠絲杠副和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。在加工中心上還配備有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置。同時(shí)還有一些良好的配套設(shè)施，如冷卻、自動(dòng)排屑、自動(dòng)潤(rùn)滑、防護(hù)和對(duì)刀儀等，以利于充

44、分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能。此外為了保證數(shù)控機(jī)床的高精 第 6 頁(yè) 共 77 頁(yè) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 度、高效率和高自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床的其他機(jī)械結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了很大的變化。本次設(shè)計(jì)即主要完成機(jī)床主體部分的設(shè)計(jì)。 2. 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別，在于數(shù)控機(jī)床是按照程序自動(dòng)加工零 件，而普通機(jī)床由工人手工操作來(lái)加工零件。在數(shù)控機(jī)床上只要改變控制機(jī)床動(dòng)作的程序，就可以達(dá)到加工不同零件的目的。由于是一種程序控制過(guò)程，數(shù)控機(jī)床相應(yīng)形成了以下幾個(gè)特點(diǎn)。 （ 1） 采用數(shù)控機(jī)床可以提高零件的加工精度、穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。因

45、為數(shù)控機(jī)床按照預(yù)定的加工程序進(jìn)行加工，加工過(guò)程中消除了操作者人為的操作誤差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度還可以利用軟件來(lái)進(jìn)行校正補(bǔ)償，因此可以獲得比機(jī)床本身所能達(dá)到的精度還要高的加工精度及重復(fù)定位精度。 （ 2） . 數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的具有復(fù)雜曲面的零件的加工。因此它在航空航天、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 (3). 采用數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床可以提高生產(chǎn)效率 2～ 3 倍，尤其是對(duì)某些復(fù) 雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 (4). 可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。一些數(shù)控機(jī)床將幾種普通機(jī)床功能合一，加上刀 庫(kù)與自動(dòng)換刀

46、裝置構(gòu)成加工中心，如果能配置數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或分度轉(zhuǎn)臺(tái)，則可以實(shí)現(xiàn) 一次安裝、多面加工。 (5). 采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn) 過(guò)程自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。 2.2 數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)床種類很多，規(guī)格不一，人們從不同的角度對(duì)其進(jìn)行了分類。 2.2.1 按機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡分類 數(shù)控機(jī)床按其刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式，可以分為點(diǎn)位控制、直線控制和 輪廓控制。 1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 如圖 2-2 所示，點(diǎn)位控制是指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或工作臺(tái)從一點(diǎn)移至另一 點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，然后進(jìn)行定點(diǎn)加工，而點(diǎn)與點(diǎn)之間的路徑

47、不需控制。采用這類控 制的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控坐標(biāo)鏜床等。 第 7 頁(yè) 共 77 頁(yè) X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì) 2. 直線控制數(shù)控機(jī)床 如圖 2-3 所示，點(diǎn)位直線控制是指數(shù)控系統(tǒng)除控制直線軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)的 準(zhǔn)確定位外，還要控制在這兩點(diǎn)之間以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行直線切削。采用這類 控制的有數(shù)控銑床、數(shù)控車(chē)床和數(shù)控磨床等。 圖 2-2 點(diǎn)位控制鉆孔加工示意圖 現(xiàn)代組合機(jī)

48、床采用數(shù)控技術(shù)，驅(qū)動(dòng)各種動(dòng)力頭、多軸箱軸向進(jìn)給鉆、鏜、銑等加工，也算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。直線控制也稱為單軸數(shù)控。 3. 輪廓控制數(shù)控機(jī)床 亦稱連續(xù)軌跡控制，如圖 2-4 所示，能夠連續(xù)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)。為了使刀具按規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補(bǔ) 運(yùn)算的功能，使刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡以最小的誤差逼近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調(diào)各坐 標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度，以便在切削過(guò)程中始終保持規(guī)定的進(jìn)給速度。采用這類控 制的有數(shù)控銑床、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控磨床和加工中心等。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床絕大部分都具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的功能， 除此之外還具有刀具半徑補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)

49、度補(bǔ)償、機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、齒側(cè)間隙誤差補(bǔ)償?shù)纫幌盗泄δ堋? 2.2.2 按伺服系統(tǒng)的類型分類 1. 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路和步進(jìn)電 機(jī)組成。數(shù)控裝置經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算發(fā)出脈沖信號(hào)，每一脈沖信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一 定的角度，通過(guò)滾珠絲杠推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。如圖 2-5 所示。這種伺服 機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制，多用 第 8 頁(yè) 共 77 頁(yè) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 于對(duì)舊機(jī)床的數(shù)控化改造。

50、 圖 2-3 直線控制切削加工示意圖 圖 2-4 輪廓控制銑削加工示意圖 2. 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動(dòng)部件位置上直接裝有直線位置檢測(cè) 裝置，將檢測(cè) 到的實(shí)際位移反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入的原指令位移值進(jìn)行比較，用 比較后的差值控制移動(dòng)部件作補(bǔ)充位移，直到差值消除時(shí)才停止移動(dòng)，達(dá)到精確 定位的控制系統(tǒng)。圖 2-6 所示為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 這類數(shù)控機(jī)床可以消 除由于傳動(dòng)部件制造中存在的精度誤差給

51、工件加工帶 來(lái)的影響，從而得到很高的精度。但是由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)包括在閉環(huán)控制的 環(huán)路內(nèi)，各部件的摩擦特性、剛性以及間隙等都是非線性量，直接影響到伺服系 統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。因此，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都非常困難。 圖 2-5 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng) 第 9 頁(yè) 共 77 頁(yè) X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì)

52、圖 2-6 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是精度高。但其系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)整困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本 高，主要用于一些精度要求很高的鏜銑床、超精密車(chē)床、超精密銑床、加工中心 等。 3. 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 這類數(shù)控機(jī)床采用安裝在進(jìn)給絲杠或電動(dòng)機(jī)端頭上的轉(zhuǎn)角測(cè)量元件測(cè)量絲杠 旋轉(zhuǎn)角度，來(lái)間接獲得位置反饋信息。圖 2-7 所示為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 圖 2-7 半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺(tái)，因此可以獲得穩(wěn)定的 控制特性。

53、而且由于采用了高分辨率的測(cè)量元件，可以獲得比較滿意的精度及速 度。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，如數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等。 4．混合控制數(shù)控機(jī)床 將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡? 制數(shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高 的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制， 機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又 分為兩種形式： （ 1）開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附 第 1

54、0 頁(yè) 共 77 頁(yè) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 加一個(gè)校正電路。用裝在工作臺(tái)的直線位移測(cè)量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差，如圖 2-8 所示。 （ 2）半閉環(huán)補(bǔ)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(tái)上的直線位移測(cè)量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。如 圖 2-9 所示，其中 A 是速度測(cè)量元件（如測(cè)速發(fā)電機(jī)） ， B 是角度測(cè)量元件， C 是 直線位移測(cè)量元件。 圖 2-8 開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型控制方式

55、 圖 2-9 半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式 2.2.3 按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類 數(shù)控系統(tǒng)控制幾個(gè)坐標(biāo)軸按需要的函數(shù)關(guān)系同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，稱為坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，按照聯(lián)動(dòng)軸數(shù)可以分為： 1. 兩軸聯(lián)動(dòng) 數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，適于數(shù)控車(chē)床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控 銑 床銑削平面輪廓。 2. 兩軸半聯(lián)動(dòng) 在兩軸的基礎(chǔ)上增加了 Z 軸的移動(dòng)，當(dāng)機(jī)床坐標(biāo)系的 X、Y 軸固定時(shí)， Z 軸可 以作周期性進(jìn)給。兩軸半聯(lián)動(dòng)加工可以實(shí)現(xiàn)分層加工。 3. 三軸聯(lián)動(dòng) 數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制三個(gè)坐標(biāo)軸的聯(lián)

56、動(dòng)，用于一般曲面的加工，一般的型腔模具均可以用三軸加工完成。 第 11 頁(yè) 共 77 頁(yè) X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì) 4. 多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) 數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制四個(gè)以上坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)。多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 精度要求高、程序編制復(fù)雜，適于加工形狀復(fù)雜的零件，如葉輪葉片類零件。 通常三軸機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)二軸、二軸半、三軸加工；五軸機(jī)床也可以只用到三 軸聯(lián)動(dòng)加工，而其他兩軸不聯(lián)動(dòng)。 2.3 數(shù)控銑床簡(jiǎn)介 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟， 對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了 更高的要求；超高速

57、切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服性 能、主軸驅(qū)動(dòng)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等提出了更高的性能指標(biāo)； FMS的迅速發(fā)展和 CIMS的不斷成熟， 又將對(duì)數(shù)控機(jī)的可靠性、通信功能、人工智能和自適應(yīng)控制等技術(shù)提出更高的要求。隨 著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能日益完蓋，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用頷域日益擴(kuò) 大。 數(shù)控銑床是在數(shù)控加工中心領(lǐng)域中最具代表性的一種典型機(jī)床， 在數(shù)控機(jī)床中所占的比率最大，數(shù)控加工中心、柔性制造單元等都是數(shù)控銑床基礎(chǔ)上派生或發(fā)展起來(lái)的。 它具有功能性強(qiáng)、加工范圍廣、工藝較復(fù)雜等點(diǎn)，主要用于各種復(fù)習(xí)的平面、輪廓、曲面等零件的銑削加工，同

58、時(shí)還可以進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鏜、攻螺紋等加工，在航空航天、汽車(chē)制造、機(jī)械加工和模具制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。 2.3.1 數(shù)控銑床的組成及分類 數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床基礎(chǔ)部件、主軸箱、進(jìn)給伺服系統(tǒng)及輔助裝置等幾 大部分組成。 1. 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制的中心，通常數(shù)控銑床都配有高性能、高精度、集成軟件 的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)， 具有直線插補(bǔ)、 圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)、用戶宏程序等功能， 能完成絕大多數(shù)的基本銑削以及鏜削、鉆削、攻螺紋等循環(huán)加工。 2. 機(jī)床基礎(chǔ)部件 通常是指底坐、立柱、工作臺(tái)、橫梁等，是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)和框架。

59、 3. 主軸箱 包括主軸箱和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，用于裝刀具并帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)、主傳動(dòng)大多采用專用的 無(wú)級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 第 12 頁(yè) 共 77 頁(yè) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4. 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 由進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成， 按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其主軸垂直方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的橫向和縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由各自的交流 伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。 5. 輔助裝置 包括液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置。數(shù)控銑床品種繁多，規(guī)格 不一，可按通用銑床的分類方法分為以下三類： (1) 數(shù)

60、控立式銑床：數(shù)控立式銑床主軸軸線垂直于水平面，這種銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。目前三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，一般可進(jìn)行三軸聯(lián)動(dòng)加工。 (2) 臥式數(shù)控銑床：臥式數(shù)控銑床的主軸軸線平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)四軸和五軸聯(lián)動(dòng)加工。這樣既可以加工工件側(cè)面的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓，又可以實(shí)現(xiàn)在一次裝夾中通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)改變零件的加工位置也就是通常所說(shuō)的工位，進(jìn)行多個(gè)位置或工作面的加工。 (3) 立臥兩用轉(zhuǎn)換銑床：這類銑床的主軸可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可在同一臺(tái)數(shù)控銑床上進(jìn)行立式加工和臥式加工，同時(shí)具備立、臥式銑床的功能。

61、 2.3.1 銑床的用途和工藝特點(diǎn) 銑床是用銑刀進(jìn)行切削加的機(jī)床 , 銑床的加工情況如圖 1-2 所示。在銑床上，用不 同銑刀可以對(duì)平面、斜面、溝槽、臺(tái)階、 T 形槽、燕尾槽等表面進(jìn)行加工，另外配上分 度頭或回轉(zhuǎn)臺(tái)還可以加工齒輪、螺旋面、花鍵軸、凸輪等各種成型表面。故銑床的萬(wàn)能 性強(qiáng)，應(yīng)用范圍很廣。銑床的主參數(shù)是工作臺(tái)面寬度及長(zhǎng)度。銑床的工藝特點(diǎn)如下： (1) 銑床的主軸帶動(dòng)銑刀作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)； (2) 銑刀是多齒、多刃連續(xù)進(jìn)行切削； (3) 多數(shù)銑床由工作臺(tái)帶動(dòng)工件作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)； (4) 銑刀在切削時(shí)，每個(gè)刀齒的切削過(guò)程是斷續(xù)的， 同時(shí)參加

62、切削的齒數(shù)是變化的，每個(gè)刀齒的切削厚度也是變化的，因此容易引起機(jī)床振動(dòng)； (5) 銑削時(shí)，銑刀同時(shí)參加切削的齒數(shù)較多， 便于采用較大的銑削速度和進(jìn)給給量，因而生產(chǎn)效率高。 2.4 數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì) 第 13 頁(yè) 共 77 頁(yè) X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì) 2.4.1 繼續(xù)向開(kāi)放式、基于 PC的第六代方向發(fā)展 基于 PC 所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更 多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處 理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由

63、原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。 PC機(jī)所具 有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將 更加普遍。 2.4.3 向高速化、高精度化和智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不 圖 2-10 銑床上的典型工

64、作 斷提高。 第 14 頁(yè) 共 77 頁(yè) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1. 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改 進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 2. 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝 參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 3. 引入故障診斷專家系統(tǒng) 4. 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置 可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。

65、 第 15 頁(yè) 共 77 頁(yè) X5132 型銑床 Z 向工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改裝設(shè)計(jì) 第 3 章 改造總體方案的確定 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)要求 X5132 工作臺(tái)尺寸 320 1250mm ，工作臺(tái)垂直方向的行程為 300mm,工作臺(tái)及夾具工件的重力垂向

66、為 9800N，工作臺(tái)快速移動(dòng)速度垂向?yàn)?0.77m / min , 改造后垂向快速移動(dòng)速度為 1.2m / min 。X5132外觀如圖 3-1 所示。 圖 3-1 X5132 立式銑床外觀圖 3.2 總體方案確定 3.2.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 1. 導(dǎo)軌副的作用 第 16 頁(yè) 共 77 頁(yè) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此 選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊 方便等優(yōu)點(diǎn)。 2. 絲杠螺母副的選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)， 需要滿足 0.005mm沖 當(dāng)量和 0.01mm的定位精度，