Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)【含CAD高清圖紙】
【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖,可編輯,無水印,高清圖,壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開預(yù)覽,需要原稿請(qǐng)自助充值下載,請(qǐng)見壓縮包內(nèi)的文件,所見才能所得,下載可得到【資源目錄】下的所有文件哦-有疑問可咨詢QQ:1304139763 或 414951605
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目: 學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 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(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目: 學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 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(jì) 任 務(wù) 書 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 班 級(jí) 職 稱 一 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)460mm數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)460mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)550mm數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)550mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)600mm數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)600mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)二 主要設(shè)計(jì)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)320430460500550600630最大工件長(zhǎng)度(第二主參數(shù),mm)700100012001500160017001800最大加工長(zhǎng)度/mm65090010001400150016001700主傳動(dòng)調(diào)速范圍rmin-140/80010/140020/120020/125025/125030/145030/14502、主傳動(dòng)采用交、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī),并可無級(jí)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(dòng),滾珠絲杠傳動(dòng),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:0.03mm7、重復(fù)定位精度:0.015mm8、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(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)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(jì)內(nèi)容及工作量(一)設(shè)計(jì)說明書 1、數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)。 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度。 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析。 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(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 5、主軸箱裝配圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 6、X軸(橫向)、Z軸(縱向)機(jī)械裝配圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 7、床鞍、刀架裝配圖的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)計(jì)算9、機(jī)床硬件電路圖的設(shè)計(jì)(二)、圖紙部分1、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 A0一張 2、機(jī)床傳動(dòng)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(gè)學(xué)生必須選做。 2、第3項(xiàng)要求每個(gè)學(xué)生按照題目不同設(shè)計(jì)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(gè)學(xué)生必須至少完成3張A0圖。四 畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求:能按時(shí)獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定的全部?jī)?nèi)容,方案選擇正確,論據(jù)充分,對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算準(zhǔn)確,圖面整潔。五、 進(jìn)程安排序號(hào)主 要 任 務(wù)預(yù)定完成日期時(shí)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(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)圖冊(cè) 上海紡織工學(xué)院等主編 上??茖W(xué)技術(shù)出版社機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社5畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目:430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) 學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院二零一三年十月畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目:430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) 學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院二零一三年十月蘭 州 理 工 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 胡世軍 班 級(jí) 職 稱 副教授 一 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目430MM型臥式車床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)430MM型臥式車床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)430MM型臥式車床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)430MM型臥式車床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)二、主要設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)1、 X軸(橫向)、Z軸(縱向)改為微機(jī)控制,采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),滾珠絲杠傳動(dòng)。其中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。2、 實(shí)現(xiàn)功能:車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工3、 操作要求:起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)循環(huán)、暫停、停止4、 采用回轉(zhuǎn)刀架及液壓尾座5、 其余參數(shù)見原機(jī)床三、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量(一) 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 一份0.81.0萬字(二)、 圖紙部分 1、普通車床數(shù)控化改造總體方案圖 A0一張2、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 A0一張3、主要部件裝配圖(主軸箱等) A0一張4、數(shù)控機(jī)床硬件電路圖 A0一張(選做)四 畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求: 能按時(shí)獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定的全部?jī)?nèi)容,方案選擇正確,論據(jù)充分,對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算準(zhǔn)確,圖面整潔。五、 進(jìn)程安排序號(hào)主 要 任 務(wù)時(shí)間備注1查閱文獻(xiàn)、調(diào)研、收集資料、實(shí)習(xí)0.5周2總體方案圖 1.0周3機(jī)床尺寸聯(lián)系圖2.5周4主要部件裝配圖 2.5周5編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1.0周6準(zhǔn)備答辯0.5周六.主要參考文獻(xiàn)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)圖冊(cè) 上海紡織工學(xué)院等主編 上??茖W(xué)技術(shù)出版社機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社7、 設(shè)計(jì)書的裝訂及格式 裝訂必須采用橫向翻頁(yè)方式。內(nèi)容順序?yàn)椋悍饷妫蝿?wù)書,目錄,中文摘要,中文關(guān)鍵詞,引言,正文,結(jié)論(計(jì)算結(jié)果),參考文獻(xiàn),致謝。摘 要本課題的目的在于設(shè)計(jì)出與數(shù)控臥式車床430MM的數(shù)控車床相匹配的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。本課題將以臥式車床430MM的數(shù)控車床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)出符合數(shù)控臥式車床430MM的數(shù)控車床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 為了完成本課題的設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作必須做好,首先是搜集和分析資料,包括國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì);液壓技術(shù)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本資料;同等機(jī)床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖紙和資料等。其次是初步確定的總體布局,包括配置形式、液壓系統(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的配套元件等。最后主要是關(guān)于橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:430MM的數(shù)控車床,數(shù)控改造,滾珠絲杠,橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目 錄第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述81.1數(shù)控機(jī)床81.1.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)81.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)史81.1.3數(shù)控機(jī)床的分類91.1.4數(shù)控機(jī)床的組成131.1.5數(shù)控機(jī)床的數(shù)字控制131.1.6數(shù)控機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu)141.1.7數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件141.1.8數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向151.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度161.2.1工藝范圍161.2.2加工精度161.3數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析171.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向19第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較202.1 總體方案比較202.2設(shè)計(jì)要求202.3 數(shù)控車床方案確定232.4機(jī)床設(shè)計(jì)的總體任務(wù)232.5運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案確定232.5.1伺服系統(tǒng)的選擇232.5.2傳動(dòng)方式的選擇242.6數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì)242.7數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)252.8數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)25第3章 確定切削用量及選擇刀具263.1刀具選擇263.2切削用量確定273.3切削三要素273.4加工精度和表面粗糙度273.5刀具材料31第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算314.1 參數(shù)的確定314. 2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)344.3轉(zhuǎn)速圖的擬定36第5章 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算395.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)395.2橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型405.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量405.2.2橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟415.2.3齒輪有關(guān)計(jì)算42第6章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型496.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則496.1.1步距角496.1.2 精度496.1.3 轉(zhuǎn)矩496.1.4啟動(dòng)頻率506.2 430MM橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定50第7章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題517.1滾珠絲杠螺母副的選擇517.2滾珠絲杠螺母副的調(diào)整517.3聯(lián)軸器的安裝517.4主軸脈沖發(fā)生器的安裝51總 結(jié)52參考文獻(xiàn)53致 謝54第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述1.1數(shù)控機(jī)床 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令),控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床,簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床最早是從美國(guó)開始研制的。1948年,美國(guó)帕森斯公司在研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí),提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949年,帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作,開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進(jìn)和自動(dòng)編程研究,于1955年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到20世紀(jì)50年代末,由于價(jià)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(jià)格開始下降,一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床,其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用,而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等,使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。1.1.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性,加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令;加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高,可以精確加工復(fù)雜型面,因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件,并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多,有車床、車床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)史 1948年,美國(guó)帕森斯公司接受美國(guó)空軍委托,研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣,精度要求高,一般加工設(shè)備難以適應(yīng),于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。1949年,該公司在美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下,開始數(shù)控機(jī)床研究,并于1952年試制成功第一臺(tái)由大型仿形車床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控車床,不久即開始正式生產(chǎn),于1957年正式投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個(gè)重大突破,標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時(shí)代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ),這一發(fā)明對(duì)于制造行業(yè)而言,具有劃時(shí)代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。自1952年,美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來,隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代,先后經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。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(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。第五代數(shù)控:從1974年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。目前,第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(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(qiáng)的程序存儲(chǔ)能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng),幾乎只需改變軟件,就可以適應(yīng)不同類型機(jī)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(jià)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(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟,它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中,先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng),柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ),它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)。1.1.3數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的品種很多,根據(jù)其加工、控制原理、功能和組成,可以從以下幾個(gè)不同的角度進(jìn)行分類。一、按加工工藝方法分類1金屬切削類數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別,具體的控制方式也各不相同,但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的,具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。在數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床加裝一個(gè)刀庫(kù)和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心, 它是在數(shù)控車床基礎(chǔ)上增加了一個(gè)容量較大的刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置形成的,工件一次裝夾后,可以對(duì)箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、 鉸以及攻螺紋等多工序加工,特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差,減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積,縮短了 輔助時(shí)間,大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。2特種加工類數(shù)控機(jī)床除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外,數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。3板材加工類數(shù)控機(jī)床常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等。近年來,其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù),如數(shù)控多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。二、按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位,在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo) 值,不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡,因此幾個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無任何聯(lián)系。可以幾個(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng),也可以各個(gè)坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。2直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度,沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工,進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。直線控制的簡(jiǎn)易數(shù)控車床,只有兩個(gè)坐標(biāo)軸,可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控車床,有三個(gè)坐標(biāo)軸,可用于平面的銑削加工?,F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工,它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控鏜車床、加工中心等機(jī)床,它的各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整,兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能,這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。3輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制,使合成的平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo),而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移,將工件加工成要求的輪廓形狀。常用的數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位/直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜,在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算,然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制?,F(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn),增加輪廓控制功能不會(huì)帶來成本的增加。因此,除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。三、按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類1開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測(cè)元件,伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路 功率放大后,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn),通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸 入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的,即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后,實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來,所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低。但是,系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測(cè),也不能進(jìn)行誤差校正。因此,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒 輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床,特別是簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。2閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床移動(dòng)部件上直接安裝直線位移檢測(cè)裝置,直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè),將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中,與輸入的指令位移 值進(jìn)行比較,用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制,使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng),最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講,閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于 檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度,也與傳動(dòng)鏈的誤差無關(guān),因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí),若工作臺(tái)沒有移動(dòng),則沒有反饋量,指令值使得伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),通過A將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路,通過C將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋回去,在位置比較電路中與位移指令值相比較,用比較后得到的差值進(jìn)行位置控制,直至差值為零時(shí)為止。這類控制的數(shù)控機(jī)床,因把機(jī)床工作臺(tái)納入了控制環(huán)節(jié),故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高,但調(diào)試和維修都較困難,系統(tǒng)復(fù)雜,成本高。3半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流檢測(cè)裝置(如光電編碼器等),通過檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移,然后反饋到數(shù)控裝置中去,并對(duì)誤差進(jìn)行修正。圖1-4所示的為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中速度傳感器、角度傳感器。通過測(cè)速元件A和光電編碼盤B可間接檢測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量,將此值與指令值進(jìn)行比較,用差值來實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒有包括在控制回路中,因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便,并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測(cè)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體,這樣,使結(jié)構(gòu)更加緊湊。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,就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床。混合控制數(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。混合控制系統(tǒng)又分為兩種形 式:(1)開環(huán)補(bǔ)償型。圖1-5為開環(huán)補(bǔ)償型控制方式。它的基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu),另外附加一個(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。(2)半閉環(huán)補(bǔ)償型。圖1-6為半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式。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。其中是速度測(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。1.1.4數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成??刂葡到y(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制,通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對(duì)機(jī)床產(chǎn)生作用;伺服系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床,把來自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)指令,使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動(dòng);檢測(cè)系統(tǒng)則是用來檢測(cè)機(jī)床執(zhí)行件(工作臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、滑板等)的位移和速度變化量,并將檢測(cè)結(jié)果反饋到輸入端,與輸入指令進(jìn)行比較,根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動(dòng);機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)裝置;輔助系統(tǒng)種類繁多,如:固定循環(huán)(能進(jìn)行各種多次重復(fù)加工)、自動(dòng)換刀(可交換指定刀具)、傳動(dòng)間隙補(bǔ)償償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差)等等。1.1.5數(shù)控機(jī)床的數(shù)字控制 數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運(yùn)算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實(shí)現(xiàn)的控制功能分為點(diǎn)位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。 點(diǎn)位控制是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。 直線控制是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。采用這類控制的有平面銑削用的數(shù)控車床,以及階梯軸車削和磨削用的數(shù)控車床和數(shù)控磨床等。 連續(xù)軌跡控制(或稱輪廓控制)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,以便在切削過程中始終保持規(guī)定的進(jìn)給速度。采用這類控制的有能加工曲面用的數(shù)控車床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和加工中心等。 1.1.6數(shù)控機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu) 伺服機(jī)構(gòu)分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型。開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路,和步進(jìn)電機(jī)組成。每一脈沖信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度,通過滾珠絲杠推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。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。 半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達(dá)、速度檢測(cè)器和位置檢測(cè)器組成。位置檢測(cè)器裝在絲杠或伺服馬達(dá)的端部,利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接測(cè)出工作臺(tái)的位置。常用的伺服馬達(dá)有寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)、寬調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)和電液伺服馬達(dá)。位置檢測(cè)器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu),為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。 閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)相同,只是位置檢測(cè)器安裝在工作臺(tái)上,可直接測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位置,故反饋精度高于半閉環(huán)控制,但掌握調(diào)試的難度較大,常用于高精度和大型數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)所用伺服馬達(dá)與半閉環(huán)相同,位置檢測(cè)器則用長(zhǎng)光柵、長(zhǎng)感應(yīng)同步器或長(zhǎng)磁柵。 1.1.7數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件 為了保證機(jī)床具有很大的工藝適應(yīng)性能和連續(xù)穩(wěn)定工作的能力,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩(wěn)定性和精度保持性。進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等,以盡量減小反向間隙。機(jī)床采用塑料減摩導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌,以提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性并使低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 由于采用了寬調(diào)速的進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)和寬調(diào)速的主軸電動(dòng)機(jī),可以不用或少用齒輪傳動(dòng)和齒輪變速,這就簡(jiǎn)化了機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)床布局便于排屑和工件裝卸,部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有自動(dòng)排屑器和自動(dòng)工件交換裝置。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用具有微處理器的可編程序控制器,以代替強(qiáng)電柜中大量的繼電器,提高了機(jī)床強(qiáng)電控制的可靠性和靈活性。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化,具備完善的自診斷功能;可靠性也大大提高;數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。1.1.8數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化,多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來越多;激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上,從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍;數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度更加提高,并具有多種監(jiān)控功能,從而形成一個(gè)柔性制造單元,更加便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目,它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河,成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件。當(dāng)前,數(shù)控機(jī)床的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下幾方面:(1) 高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng),同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施,機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。(2) 柔性化 包含兩方面:數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性,數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),功能覆蓋面大,可裁剪性強(qiáng),便于滿足不同用戶的需求;群控系統(tǒng)的柔性,同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求,使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3) 工藝復(fù)合性和多軸化以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工,正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后,通過自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施,完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸,西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。(4) 實(shí)時(shí)智能化早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境,其作用是如何調(diào)度任務(wù),以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天,實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合,人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展,而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展,由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域,實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展:自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能,在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制,使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高,從而達(dá)到最佳控制的目的。1.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度1.2.1工藝范圍數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床,也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床,約占數(shù)控機(jī)床總數(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(dòng)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。1.2.2加工精度由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能,有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn),所以它的工藝范圍要比數(shù)控車床要寬得多。1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控車床剛性好,制造和對(duì)刀精度高,以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償,所以能加工精度要求高的零件,甚至可以以車代磨。2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控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)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)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(bǔ)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。4.帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控車床所能車削的螺紋類型相當(dāng)有限,它只能車等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋,而且一臺(tái)車床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控車床不但能車削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋,而且能車變螺距螺紋,還可以車高精度螺紋。 1.3數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析將數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)成數(shù)控機(jī)床, 是許多機(jī)械生產(chǎn)廠家在沒有大量資金投入的情況下所走的設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)之路1經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)方案不同1得到的經(jīng)濟(jì)效益也不同1針對(duì)常德紡織機(jī)械廠提出的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)的技措任務(wù), 結(jié)合其它廠家以往數(shù)控車床設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn), 我們開展了深入細(xì)致的調(diào)研工作, 特別是對(duì)沈陽(yáng)第一機(jī)床廠的數(shù)控車床進(jìn)行了熟悉了解, 下面分析經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)的價(jià)值效益經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)方案初探數(shù)控系統(tǒng)及電氣控制部份: 目前我國(guó)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的廠家有70余家, 知名的有常州寶馬集團(tuán)公司BKC2系列, 北京航天數(shù)控集團(tuán), 南京大方數(shù)控公司J WK系列及重慶巴山儀器廠2385系列等1這些廠家在研制數(shù)控系統(tǒng)時(shí)都從系統(tǒng)功能、可靠性、操作宜人性等方面作了大量工作,克服了單板機(jī)TP - 801(Z80)系統(tǒng)的缺點(diǎn),從而促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展,為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)1沈陽(yáng)一機(jī)廠在研制CAK - 6150時(shí)選用了多家系統(tǒng), 經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)考驗(yàn)、篩選, 最后選用了重慶巴山儀器廠2385 - IT系統(tǒng)1該系統(tǒng)性能較好, 可靠性高, 具有細(xì)分?jǐn)夭ㄏ冗M(jìn)技術(shù), 有良好的性價(jià)比1步進(jìn)電機(jī)選擇了華中理工大學(xué)試驗(yàn)工廠產(chǎn)品, 切削扭矩大, 這方面是值得我們借鑒的1機(jī)床電氣控制還需考慮: 主軸馬達(dá)啟停、變速控制、轉(zhuǎn)塔刀架、冷卻泵等控制1保證機(jī)床可靠性, 此處不可忽視, 須有一定的投入1212主軸系統(tǒng): 一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng)是較困難的或根本不加設(shè)計(jì), 這勢(shì)必影響機(jī)床主軸速度控制的自動(dòng)化程度, 并且復(fù)雜工藝零件加工的適應(yīng)性差, 這是不可取的1常紡機(jī)廠車床設(shè)計(jì)可以考慮以下兩種方案: (1) 按沈陽(yáng)一機(jī)廠方案, 即保留一級(jí)手柄三檔變速操作, 另加每檔位四檔自動(dòng)變速, 用系統(tǒng)S指令控制, 即S1S4, 加上手動(dòng)共34 = 12級(jí)主軸速度, 如此設(shè)計(jì)需增加雙速電機(jī)一臺(tái)615/ 8 KW , 電磁離合器兩只, 機(jī)械結(jié)構(gòu)也需作部分設(shè)計(jì)1 (2) 選用變頻器控制主軸速度, 原機(jī)床主軸電機(jī)保留, 主軸手動(dòng)變速取消1可以考慮高低檔齒輪變速, 通過電磁閥啟動(dòng)切換, 全部變速系統(tǒng)S指令控制, 但數(shù)控系統(tǒng)需選用南京大方公司J WK - 21T數(shù)控系統(tǒng), 具有12級(jí)S指令, 此方案主軸變速自動(dòng)化程度更高, 但費(fèi)用也相應(yīng)高些, 若典型加工零件四檔自動(dòng)變速可以滿足工藝要求, 則考慮方案(1) 性價(jià)比更高些1213進(jìn)給系統(tǒng): 對(duì)于數(shù)控機(jī)床, 進(jìn)給系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的1它直接影響機(jī)床的定位精度以及零件的加工精度,除了數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的有效保證外, 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的合理選擇和設(shè)計(jì)不容忽視1首先是螺旋傳動(dòng), 數(shù)控車床采用數(shù)控絲桿, 主要缺點(diǎn)是精度差, 間隙小, 且傳動(dòng)機(jī)械效率低, 一般僅為g = 50 %左右, 即使用于精度要求不高的機(jī)床也容易造成步進(jìn)電機(jī)丟步或機(jī)械爬行1因此, 必須采用滾珠絲桿, 其特點(diǎn)是: 傳動(dòng)效率高g = 90 %以上, 反向間隙小, 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn), 傳動(dòng)精度高且保持性好, 壽命長(zhǎng), 但設(shè)計(jì)成本也要增加, 一味追求數(shù)控化而忽視數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)械的要求, 是很不合理的1其次機(jī)床導(dǎo)軌也不可忽視, 對(duì)原機(jī)床導(dǎo)軌要進(jìn)行檢查, 對(duì)磨損部位通過磨削, 配研予以修復(fù)1為了減少摩擦力、振動(dòng)以及爬行, 增加機(jī)床精度保持性, 可考慮床鞍貼塑即TSF軟帶1最后還須考慮絲桿預(yù)拉伸、軸承座、聯(lián)軸節(jié)等機(jī)械結(jié)合件的設(shè)計(jì)制造以盡可能減少它們對(duì)機(jī)械精度的影響1214自動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架: 一般來說自行設(shè)計(jì)制造轉(zhuǎn)塔刀架是可以做到的, 但其結(jié)構(gòu)的合理性, 加工工藝、安裝精度是難以與專業(yè)廠家相比的1為了提高機(jī)床可靠性, 外購(gòu)專業(yè)廠家產(chǎn)品很有必要, 如煙臺(tái)機(jī)床附件廠、瓦房店機(jī)床附件廠的產(chǎn)品13設(shè)計(jì)車床與成品數(shù)控車床的比較311機(jī)床性能: 在選用相同數(shù)控系統(tǒng)和參照CAK - 6150進(jìn)行設(shè)計(jì), 可以說機(jī)床性能將不會(huì)有很大差異1312機(jī)床結(jié)構(gòu)及外觀: 由于CAK - 6150是按數(shù)控機(jī)床要求設(shè)計(jì), 因此結(jié)構(gòu)合理性超過設(shè)計(jì)車床, 其外觀美也是設(shè)計(jì)機(jī)床無法達(dá)到的1313機(jī)床精度: 由于一般廠家加工設(shè)備及工藝手段無法與專業(yè)廠家相比, 加之員工素質(zhì)的影響, 在剛性、動(dòng)靜摩擦力等諸多方面, 設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)將可能影響機(jī)床精度, 想要達(dá)到加工IT6 級(jí)的零件, 還有一定距離1314機(jī)床可靠性: 沈陽(yáng)一機(jī)廠經(jīng)三年時(shí)間研制開發(fā), 且又經(jīng)過兩年多時(shí)間廠內(nèi)使用, 投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物? 不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題, 使CAK - 6150達(dá)到了一定的可靠性1他們也有過慘痛教訓(xùn), 就是用BS03系統(tǒng)改進(jìn)100臺(tái)數(shù)控車床, 由于可靠性差, 除少數(shù)幾臺(tái)還在使用外, 其余全部報(bào)廢或改為數(shù)控車床, 非常類似我廠的情況1雖然我們現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到可靠性的重要, 也有一定的措施和把握, 但與沈陽(yáng)一機(jī)廠相比, 無論是技術(shù)素質(zhì)上以及投入的人力、物力上均有天壤之別, 因此可靠性無法與之相比1315經(jīng)濟(jì)性: 按CAK - 6150的檔次進(jìn)行設(shè)計(jì), 需外購(gòu)的裝置及部件有:(1) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)及伺服裝置, 估價(jià)115萬元2萬元(2) 主軸雙速電機(jī)615/ 8 KW一臺(tái), 估價(jià)0115萬元012萬元(3) 滾珠絲桿兩根, 估價(jià)0135萬元(4) 電磁離合器兩只, 估價(jià)0105萬元(5) 轉(zhuǎn)塔刀架四工位AKZ11504型, 估價(jià)013萬元015萬元(6) 電氣控制柜設(shè)計(jì)安裝, 估價(jià)013萬元另外, 自制機(jī)械零部件, 安裝、調(diào)試、差旅費(fèi)等估計(jì)018萬元, 以上各項(xiàng)總計(jì)4萬元左右, 原數(shù)控車床CA6140以82年產(chǎn)品估價(jià)4萬元, 則設(shè)計(jì)后機(jī)床價(jià)值8萬元左右1而沈陽(yáng)一機(jī)CAK - 6150型報(bào)價(jià)10萬元, 與設(shè)計(jì)相比, 價(jià)值基本接近14結(jié)論經(jīng)濟(jì)型數(shù)據(jù)控車床設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)各廠的具體情況, 典型零件的加工工藝及精度要求, 批量大小, 決定進(jìn)行設(shè)計(jì)的程度1設(shè)計(jì)的程度越高, 機(jī)床性能越好, 加工零件的適應(yīng)性越強(qiáng), 所花費(fèi)的設(shè)計(jì)費(fèi)用也就越大, 若要求設(shè)計(jì)車床的性能接近和達(dá)到CAK - 6150層次, 則設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)角度來看意義并不太大, 從機(jī)床可靠性方面來看更是得不償失。1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向數(shù)控機(jī)床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。 高性能:隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強(qiáng),數(shù)控機(jī)床也實(shí)現(xiàn)多臺(tái)集中控制,甚至遠(yuǎn)距離遙控。高精度:數(shù)控機(jī)床本身的精度和加工件的精度越來越高,而精度的保持性要好。高速度:數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)行的速度將大大加快。高柔性:數(shù)控機(jī)床的柔性化將向自動(dòng)化程度更高的方向發(fā)展,將管理、物流及各相應(yīng)輔機(jī)集成柔性制造系統(tǒng)。模塊化:數(shù)控機(jī)床要縮短周期和降低成本,就必然向模塊化方向發(fā)展,這既有利于制造商又有利于客戶。 我國(guó)近幾年數(shù)控機(jī)床雖然發(fā)展較快,但與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距,主要表現(xiàn)在:可靠性差,外觀質(zhì)量差,產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng),應(yīng)變能力差。為了縮小與世界先進(jìn)水平的差距,有關(guān)專家建議機(jī)床企業(yè)應(yīng)在以下6個(gè)方面著力研究:1加大力度實(shí)施質(zhì)量工程,提高數(shù)控機(jī)床的無故障率。2跟蹤國(guó)際水平,使數(shù)控機(jī)床向高效高精方面發(fā)展。3加大成套設(shè)計(jì)開發(fā)能力上求突破。4發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢(shì),擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。5多品種制造,滿足不同層次的用戶。6模塊化設(shè)計(jì),縮短 開發(fā)周期,快速響應(yīng)市場(chǎng)。 數(shù)控機(jī)床使用范圍越來越大,國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)容量也越來越大,但競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)加劇,我們只有緊跟先進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的大方向,并不斷創(chuàng)新,才能趕超世界先進(jìn)水平。 第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較2.1 總體方案比較總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。數(shù)控車床后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位,兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此,數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,在保證一定加工精度的前提下,應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,降低成本。因此,進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。比較項(xiàng)目方案一方案二確定后的方案具體原因主軸箱分級(jí)變速采用調(diào)速電機(jī)+齒輪傳動(dòng)采用三相異步電機(jī)+減速器方案一變速級(jí)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(jī)構(gòu)滾珠絲杠+步進(jìn)電機(jī)滾珠絲杠+伺服電機(jī)方案一脈沖當(dāng)量步進(jìn)電機(jī)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(dòng)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(jī)16位單片機(jī)方案一基本需求可以滿足2.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)?,F(xiàn)列出C6143臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù):名稱 技術(shù)參數(shù) 在床身上 430mm工件最大直徑在刀架上 225mm頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm 公制螺紋 mm 1-12(20種)加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2-24(20種) 模數(shù)螺紋 mm0.25-3(11種) 徑節(jié)螺紋 t/m7-96(24種) 最大通過直徑 48mm 孔錐度莫氏6# 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍101400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍14-1580r/min縱向級(jí)數(shù)64進(jìn)給量縱向范圍0.028-6.33mm/r橫向級(jí)數(shù)64橫向范圍0.014-3.16mm/r 滑板行程 橫向320mm縱向650;900;1400;1900mm 最大行程140mm 刀架最大回轉(zhuǎn)角 90刀杠支承面至中心的距離26mm刀杠截面BH2525mm頂尖套莫氏錐度5#尾座橫向最大移動(dòng)量10mm外形尺寸 長(zhǎng)寬高241810001267mm 圓度 0.01mm工作精度圓柱度200:0.02 平面度0.02/300mm表面粗糙度Ra1.6-3.2m 主電動(dòng)機(jī)7.5kw電動(dòng)機(jī)功率總功率7.84kw改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大加工直徑 在床面上 430mm 在床鞍上225mm最大加工長(zhǎng)度 1000mm快進(jìn)速度 縱向2.4m/min 橫向1.2m/min最大切削進(jìn)給速度 縱向0.5m/min 橫向0.25m/min溜板及刀架重力 縱向800N 橫向600N 代碼制ISO脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法輸入方式 增量值、絕對(duì)值通用控制坐標(biāo)數(shù) 2脈沖當(dāng)量 縱向0.01mm/脈沖 橫向0.005mm/脈沖機(jī)床定位精度0.015mm刀具補(bǔ)償量 0mm-99.99mm進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向0.15mm橫向 0.075mm自動(dòng)升降速性能 有2.3 數(shù)控車床方案確定(1) 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了保證主軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)有準(zhǔn)確的定位,安裝主傳動(dòng)的定位檢測(cè)裝置。采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置,利用磁力傳感器檢測(cè)定位。只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào),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(gè)磁傳感器,當(dāng)傳感器發(fā)出信號(hào)后經(jīng)過放大,由定向電路使電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確的停止在規(guī)定的周向位置上。將主傳動(dòng)采用變頻交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)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(jí)調(diào)速。與原立式車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比比較簡(jiǎn)單,這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)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(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)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(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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0005mm。 (3) 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用AT89C58單片機(jī)控制系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)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(rùn)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(jì)主軸的無級(jí)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(jì),實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能的完善化。2.4機(jī)床設(shè)計(jì)的總體任務(wù)進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算:此部分為設(shè)計(jì)計(jì)算部分,用以確定脈沖當(dāng)量,進(jìn)給牽引力,選擇絲杠螺母副,計(jì)算傳動(dòng)效率,確定傳動(dòng)比,選擇伺服電機(jī)等,并繪制設(shè)計(jì)后機(jī)床的總裝配圖及箱體。2.5運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案確定2.5.1伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng):開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有檢測(cè)反饋裝置,數(shù)控裝置的控制指令直接通過驅(qū)動(dòng)裝置控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),然后通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成刀架或工作臺(tái)的位移。這種控制系統(tǒng)由于沒有檢測(cè)反饋校正,位移精度一般不高,但其控制方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱全閉環(huán)控制系統(tǒng),其檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床刀架或工作臺(tái)等執(zhí)行部件上,用以直接檢測(cè)這些執(zhí)行部件的實(shí)際運(yùn)行位置(直線位移),并將其與CNC裝置的指令位置(或位移)相比較,用差值進(jìn)行控制。但是,由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)包含在閉環(huán)控制的環(huán)路中,各部件的摩擦性,剛性等都是非線性量,直接影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù),因此,閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)速都有很大難度。所以,閉環(huán)控制系統(tǒng)主要用于精度要求高的場(chǎng)合。半閉環(huán)控制系統(tǒng),它的檢測(cè)元件裝在電機(jī)或者絲杠的端頭,通過測(cè)量伺服電機(jī)的角位移間接計(jì)算出機(jī)床工作臺(tái)等執(zhí)行部件的實(shí)際位置(或位移),然后進(jìn)行反饋控制。由于將絲杠螺母副及機(jī)床工作臺(tái)等大慣量環(huán)節(jié)排除在閉環(huán)控制系統(tǒng)之外,不能補(bǔ)償他們的運(yùn)動(dòng)誤差,精度受到影響,但系統(tǒng)穩(wěn)定性有所提高,調(diào)試比較方便、價(jià)格也較全閉環(huán)系統(tǒng)便宜。本次設(shè)計(jì)由于使用步進(jìn)電機(jī),所以可以選擇開環(huán)控制系統(tǒng)。2.5.2傳動(dòng)方式的選擇為保證設(shè)計(jì)后的數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度及工作臺(tái)的平穩(wěn)性,在設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)努力保證傳動(dòng)系統(tǒng)低摩擦、低慣量、高效率、高剛度。因此在傳動(dòng)系統(tǒng)中注意以下幾點(diǎn):(1) 用低摩擦高精度的傳動(dòng)元件:如滾珠絲杠螺母副,滾動(dòng)導(dǎo)軌。(2) 采用消隙齒輪減小傳動(dòng)間隙。2.6數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì)為了使數(shù)控系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期、可靠、方便地在工業(yè)環(huán)鏡中運(yùn)行,在制定數(shù)控系統(tǒng)總體方案時(shí)必須重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面。(1) 加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多,硬件規(guī)模和硬件的制造工藝水平往往是影響可靠性的關(guān)鍵因素。因此,應(yīng)選用高性能的CPU作為系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心,并盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能。在系統(tǒng)的具體硬件構(gòu)成上,選用可靠性高的工控PC作為數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái),減少自制硬件數(shù)量。此外,在軟件設(shè)計(jì)、電源選用、接插件設(shè)計(jì)與選用、接地與屏蔽設(shè)計(jì)等方面采用強(qiáng)抗干擾、高可靠性的設(shè)計(jì),從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。(2) 提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度。數(shù)控系統(tǒng)的控制精度是保證機(jī)床加工精度的關(guān)鍵。因此,它在數(shù)控系統(tǒng)中處于重要位置。如提高數(shù)控系統(tǒng)的最小分辨率,使用高精度的步進(jìn)電機(jī),采用高速高精度插補(bǔ)算法,提高軌跡生成精度;增強(qiáng)位置環(huán)控制能力;增加補(bǔ)償功能等。(3) 提高使用方便性。提高數(shù)控編程的方便性,是提高數(shù)控系統(tǒng)使用方便性的關(guān)鍵。因此,數(shù)控系統(tǒng)除提供全屏幕編輯進(jìn)行手工編程外,還應(yīng)該配置自動(dòng)編程系統(tǒng),從而大大提高數(shù)控編程的速度和智能化程度,大大方便普通用戶的使用。另外,因?yàn)楝F(xiàn)代工人都比較熟悉個(gè)人計(jì)算機(jī),數(shù)控系統(tǒng)在操作方面應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)鍵盤或與其兼容的薄膜鍵盤等輸入設(shè)備,也可用軟盤、移動(dòng)磁盤、串行通訊、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等輸入零件程序。此外,數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置仿真功能,便于用戶在加工前檢查零件程序的正確性。2.7數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由工控PC硬件平臺(tái)、數(shù)控操作面板(包括LCD顯示器,鍵盤)、數(shù)控接口板卡(工/0板,D/A板)和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。PC硬件平臺(tái)包括工控電源、無源母板、工控PC主板和軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器等。數(shù)控操作面板上有液晶顯示器和薄膜鍵盤等。數(shù)控接口板卡是計(jì)算機(jī)與外部執(zhí)行裝置間進(jìn)行信息交換和轉(zhuǎn)換的通道,對(duì)內(nèi)通過無源母板與工控PC主板相連,對(duì)外通過屏蔽電纜與驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置相連接。該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)包括四個(gè)子系統(tǒng):進(jìn)給軸控制與驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng);主軸控制與驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng);開關(guān)量控制系統(tǒng)。主軸控制與驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的功能包括兩方面:主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)速控制,以滿足寬范圍切削速度的要求;主軸轉(zhuǎn)角的精確控制,以滿足加工螺紋時(shí)的主軸與進(jìn)給軸的聯(lián)動(dòng)控制和換刀時(shí)的主軸精確定位控制要求。開關(guān)量控制系統(tǒng)完成機(jī)床的邏輯順序運(yùn)動(dòng)控制,如主軸起停控制、刀具交換、工件裝夾、冷卻開關(guān)、行程保護(hù)等任務(wù)。開關(guān)量控制系統(tǒng)與其它模塊相配合,共同完成機(jī)床工作過程的控制。2.8數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)軟件為實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng),系統(tǒng)中的各任務(wù)在數(shù)控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)控制下協(xié)調(diào)進(jìn)行。(1) 數(shù)控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它是數(shù)控系統(tǒng)軟件中的核心子系統(tǒng),它對(duì)系統(tǒng)中的資源進(jìn)行統(tǒng)一管理,對(duì)各任務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度,協(xié)調(diào)各模塊的高效運(yùn)行,并輔助完成各任務(wù)間的通訊和信息交換。(2) 信息預(yù)處理。該模塊完成輸入信息譯碼,完成軌跡插補(bǔ)前的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和刀補(bǔ)運(yùn)算。(3) 軌跡插補(bǔ)。它是數(shù)控系統(tǒng)的核心模塊,其任務(wù)是根據(jù)信息預(yù)處理給出的希望軌跡和從檢測(cè)裝置獲得的實(shí)際軌跡信息,實(shí)時(shí)生成機(jī)床各坐標(biāo)軸的移動(dòng)指令,并完成機(jī)床運(yùn)動(dòng)的加減速控制。(4) 運(yùn)動(dòng)控制。該模塊是數(shù)控系統(tǒng)的另一核心模塊,它根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)果,通過高速算法對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)行高精度位置控制,并完成主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的控制任務(wù)。(5) 加工仿真模塊。該模塊以動(dòng)畫方式對(duì)數(shù)控加工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,從而在加工前檢驗(yàn)參數(shù)輸入正確性和機(jī)床運(yùn)動(dòng)合理性第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(tái)、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(dòng)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:V= 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。L0.60.9d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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB18001804-97)。IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。新公差等級(jí)與舊公差等級(jí)的對(duì)照及應(yīng)用新公差等級(jí)舊精度等級(jí)加工方法應(yīng)用軸孔IT01IT2無研磨用于量塊、量?jī)x制造IT3IT4研磨用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工IT51無研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉用于一般精密配合。IT7IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍IT621IT732磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金IT834IT94銑、鏜、銑、刨、插用于一般要求。主要用于長(zhǎng)度尺寸的配合外,如鍵和鍵槽的配合IT105IT116粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄用于不重要的配合。IT12IT13也用于非配合IT12IT137IT148沖壓、壓鑄用于非配合IT15IT18912鑄、鍛、焊、氣割(2)形狀精度:零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對(duì)于理想形狀的準(zhǔn)確程度。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB11821184-80)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
收藏