CK6132數(shù)控車床總體及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部件設(shè)計(jì)（含CAD圖紙?jiān)次募?/h1>

1CK6132 數(shù)控車床總體及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部件設(shè)計(jì)摘 要 隨 著 機(jī) 械 制 造 業(yè) 的 飛 速 發(fā) 展 ， 為 進(jìn) 一 步 提 高 教 學(xué) 生 產(chǎn) 類 中 小 型 數(shù) 控 車 床 的 性價(jià) 比 ， 提 高 主 軸 轉(zhuǎn) 速 ， 增 加 機(jī) 床 剛 性 ， 對(duì) 原 有 的 數(shù) 控 車 床 作 了 一 定 的 結(jié) 構(gòu) 改 進(jìn) 設(shè) 計(jì) ，使 之 不 僅 能 滿 足 教 學(xué) 用 途 外 還 能 用 于 生 產(chǎn) 實(shí) 際 上 半 精 、 精 加 工 。設(shè) 計(jì) 的 內(nèi) 容 為 主 要 介 紹 了 數(shù) 控 機(jī) 床 的 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 趨 勢(shì) ， 數(shù) 控 機(jī) 床 的 概 述 和 分 類等 ， 主 要 設(shè) 計(jì) 為 CK6132 車 床 總 體 及 驅(qū) 動(dòng) 部 件 設(shè) 計(jì) ， 首 先 是 主 要 動(dòng) 力 參 數(shù) 的 確 定 ，主 運(yùn) 動(dòng) 功 率 確 定 和 切 削 量 的 選 擇 ， 切 削 功 率 的 選 擇 等 ， 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 部 件 的 設(shè) 計(jì) ， 滾 珠絲 杠 的 選 用 ， 之 后 對(duì) 其 進(jìn) 行 校 核 ， 介 紹 了 導(dǎo) 軌 、 導(dǎo) 軌 架 及 床 身 的 設(shè) 計(jì) 。 對(duì) 導(dǎo) 軌 架 的尺 寸 進(jìn) 行 了 估 算 。完 成 了 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 的 相 關(guān) 設(shè) 計(jì) 問(wèn) 題 ， 能 滿 足 教 學(xué) 生 產(chǎn) 類 中 小 型 數(shù) 控 車 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 ， 有 一 定 的 應(yīng) 用 價(jià) 值關(guān) 鍵 詞 數(shù) 控 車 床 床 身 滾 珠 絲 杠Ck6132 lathe to drive and the overall design of componentAbstract Along with mechanical manufacturing industry develop fast. On one hand, to raise the ratio of performance and increase the rigidity of machine and price of the teaching kind of small-sized machine tool of numerical control. On the other hand, to raise the rotate speed of the spindles. It has made certain improvement for the original machine tool of numerical control which make it not only satisfy teaching outside can be still used to produce is half , finish machining. The design for the content of CNC introduces the present situation and development trend of selection and the significance of nc machine tools, summarizes and classification, the main design for CK6132 lathe overall and driving parts design, first is the main force of parameters, and the power of the cutting, etc, cutting power to drive into the design of components, ball screw, after the test, to guide rails, and introduced the design and lathe bed. To guide frame size is estimatedThis design has solved the related problem of feed and drive parts basically. It can reach the requirement of the teaching kind of small-sized machine tool of numerical control .It also gets certain economy and reaches the purpose of this design. 2Keywords turning machine lathe bed ball-bearing 3目 錄題目…………………………………………………………………………………………………………I摘要及關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………….I1 前 言 …11.1 課題 背景 .11.1.1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介 .11.1.2 課題選材 21.1.3 主要工作及結(jié)構(gòu) .21.2 數(shù) 控 機(jī) 床 概 述 41.2.1 數(shù) 控 機(jī) 床 的 定 義 31.2.2 數(shù) 控 機(jī) 床 的 組 成 及 特 點(diǎn) 31.2.3 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) .41.3 數(shù) 控 機(jī) 床 的 分 類 41.3.1 按 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 分 類 41.3.2 按 伺 服 系 統(tǒng) 的 類 型 分 類 .61.3.3 按 聯(lián) 動(dòng) 軸 數(shù) 分 類 81.4 數(shù) 控 未 來(lái) 發(fā) 展 的 趨 勢(shì) 91.4.1 繼 續(xù) 向 開 放 式 、 基 于 PC 的 第 六 代 方 向 發(fā) 展 91.4.2 向 高 速 化 、 高 精 度 化 和 智 能 化 方 向 發(fā) 展 92 數(shù) 控 車 床 簡(jiǎn) 介 .92.1 數(shù) 控 車 床 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 92.1.1 工 藝 范 圍 與 分 類 92.1.2 數(shù) 控 車 床 的 特 點(diǎn) 與 發(fā) 展 92.1.3 數(shù) 控 車 床 的 組 成 102.2 數(shù) 控 車 床 的 總 體 布 局 102.2.1 數(shù) 控 機(jī) 床 總 體 布 局 的 概 念 .102.2.2 數(shù) 控 車 床 布 局 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 及 影 響 布 局 的 因 素 .112.2.3 CK6132 數(shù) 控 車 床 的 總 體 布 局 結(jié) 構(gòu) 方 案 的 確 定 .123 CK6132 動(dòng) 力 參 數(shù) 的 確 定 .133.1 主 運(yùn) 動(dòng) 功 率 的 確 定 1343.1.1 切 削 用 量 的 選 擇 133.1.2 車 削 時(shí) 切 削 力 的 計(jì) 算 143.1.3 主 傳 動(dòng) 中 電 機(jī) 的 功 率 和 型 號(hào) 的 確 定 .143.2 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 部 件 傳 動(dòng) 功 率 的 計(jì) 算 153.2.1 數(shù) 控 機(jī) 床 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 要 求 .153.2.2 計(jì) 算 進(jìn) 給 部 件 傳 動(dòng) 功 率 的 相 關(guān) 公 式 及 原 理 .163.2.3 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 部 件 的 功 率 和 扭 矩 的 計(jì) 算 .174 滾珠絲杠的選用及校核 .214.1 滾珠絲杠副傳動(dòng)的概述 214.2 滾 珠 絲 杠 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 、 型 號(hào) 及 支 承 形 式 的 選 用 .234.2.1 滾 珠 絲 杠 副 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 234.2.2 滾 珠 絲 杠 副 的 型 號(hào) 254.3 滾 珠 絲 杠 副 軸 承 的 選 用 274.4 滾 珠 絲 杠 的 計(jì) 算 和 校 核 274.4.1 靜 載 強(qiáng) 度 的 計(jì) 算 274.4.2 疲 勞 強(qiáng) 度 的 計(jì) 算 285 導(dǎo) 軌 、 導(dǎo) 軌 架 及 床 身 的 設(shè) 計(jì) .295.1 導(dǎo) 軌 的 設(shè) 計(jì) 295.1.1 滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 類 型 305.1.2 滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 間 隙 調(diào) 整 機(jī) 構(gòu) .305.1.3 滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 潤(rùn) 滑 315.2 導(dǎo) 軌 架 的 設(shè) 計(jì) 315.2.1 導(dǎo) 軌 架 結(jié) 構(gòu) 的 基 本 要 求 315.2.2 CK6132 數(shù) 控 車 床 導(dǎo) 軌 架 的 結(jié) 構(gòu) .325.3 床 身 的 設(shè) 計(jì) 326 結(jié) 論 33參考文獻(xiàn) 34致謝.35附錄.3651 前 言設(shè) 計(jì) 的 選 題 為 CK6132 數(shù) 控 車 床 的 設(shè) 計(jì) ， 設(shè) 計(jì) 的 內(nèi) 容 為 CK6132 數(shù) 控 車 床 總體 布 局 方 案 的 設(shè) 計(jì) ， 其 主 要 動(dòng) 力 參 數(shù) 的 設(shè) 計(jì) ， 工 作 臺(tái) 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 部 件 的 設(shè) 計(jì) ， 主 要 進(jìn)給 驅(qū) 動(dòng) 零 部 件 的 計(jì) 算 和 校 核 ， 相 關(guān) 零 部 件 型 號(hào) 的 選 用 。 本 次 設(shè) 計(jì) 題 目 是 經(jīng) 過(guò) 仔 細(xì) 、認(rèn) 真 的 調(diào) 研 而 確 立 為 設(shè) 計(jì) 的 選 題 的 。 這 個(gè) 選 題 貼 近 生 活 實(shí) 際 ， 產(chǎn) 品 能 夠 在 基 本 滿足 客 戶 要 求 的 前 提 下 ， 同 時(shí) 保 證 了 較 好 的 經(jīng) 濟(jì) 性 。 此 選 題 具 有 較 好 的 實(shí) 用 性 ， 產(chǎn) 品主 要 用 于 教 學(xué) ， 并 不 完 全 用 于 工 廠 、 企 業(yè) 生 產(chǎn) 加 工 零 件 。 所 以 ， 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 時(shí) ， 在 保證 數(shù) 控 機(jī) 床 應(yīng) 有 精 度 的 同 時(shí) ， 還 要 兼 顧 其 經(jīng) 濟(jì) 性 。設(shè) 計(jì) 是 教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 的 重 要 組 成 部 分 ， 是 大 學(xué) 四 年 所 學(xué) 知 識(shí) 的 綜 合 應(yīng) 用 ， 是 培 養(yǎng) 我們 學(xué) 生 綜 合 運(yùn) 用 大 學(xué) 階 段 所 學(xué) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 和 基 本 技 能 ， 分 析 解 決 實(shí) 際 問(wèn) 題 能 力 的 一 個(gè)重 要 環(huán) 節(jié) 。 而 且 與 其 它 的 教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 相 配 合 ， 在 某 種 程 度 上 是 課 堂 上 所 學(xué) 知 識(shí) 地 延 續(xù)和 升 華 ， 是 其 它 教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 所 不 能 取 代 的 。通 過(guò) 設(shè) 計(jì) 能 使 我 們 受 到 一 個(gè) 工 程 技 術(shù) 人 員 所 必 需 的 綜 合 訓(xùn) 練 ， 在 不 同 程 度 上 提 高了 自 身 的 各 種 能 力 ， 諸 如 調(diào) 查 研 究 、 查 閱 文 獻(xiàn) 、 收 集 材 料 、 繪 圖 、 技 術(shù) 分 析 、 團(tuán) 結(jié)合 作 和 總 結(jié) 撰 寫 論 文 和 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 的 能 力 等 。 同 時(shí) 也 是 我 們 走 上 工 作 崗 位 之 前 的 一種 有 效 的 “實(shí) 踐 ”。 設(shè) 計(jì) 的 工 作 方 向 是 面 對(duì) 經(jīng) 濟(jì) 建 設(shè) 、 面 向 生 產(chǎn) 實(shí) 際 、 堅(jiān) 持 教 學(xué) 要 求 、努 力 實(shí) 現(xiàn) 教 學(xué) 、 科 研 、 生 產(chǎn) 三 方 面 結(jié) 合 ， 進(jìn) 一 步 加 強(qiáng) 基 礎(chǔ) 理 論 和 技 能 的 培 養(yǎng) 。 在 設(shè)計(jì) 期 間 我 們 要 以 腳 踏 實(shí) 地 的 、 勇 于 克 服 一 切 困 難 的 頑 強(qiáng) 精 神 攀 向 科 學(xué) 的 高 峰 。設(shè) 計(jì) 的 目 的 也 是 它 的 重 要 之 處 在 于 鍛 煉 我 們 的 設(shè) 計(jì) 思 維 ， 開 拓 我 們 的 知 識(shí) 視 野 ， 力求 以 最 佳 的 思 維 方 式 去 分 析 解 決 實(shí) 際 設(shè) 計(jì) 中 的 問(wèn) 題 ， 以 加 強(qiáng) 我 們 處 理 實(shí) 際 問(wèn) 題 的 能力 ， 可 以 說(shuō) 設(shè) 計(jì) 是 我 們 走 上 工 作 崗 位 前 的 一 次 練 兵 。 在 世 界 范 圍 內(nèi) ， 對(duì) 新 工 藝 、新 材 料 、 新 結(jié) 構(gòu) 、 新 單 元 、 新 元 件 的 研 究 開 發(fā) 工 作 正 在 大 力 開 展 ， 如 對(duì) 新 的 主 軸 結(jié)構(gòu) 、 高 速 電 主 軸 、 高 速 直 線 電 機(jī) 等 方 面 提 出 了 更 高 的 要 求 。 對(duì) 加 工 超 硬 、 難 切 削 材料 及 特 殊 復(fù) 合 材 料 及 復(fù) 雜 零 件 、 不 規(guī) 則 曲 面 等 也 有 了 更 多 的 需 求 。我 國(guó) 是 世 界 上 機(jī) 床 產(chǎn) 量 最 多 的 國(guó) 家 ， 但 數(shù) 控 機(jī) 床 的 產(chǎn) 品 競(jìng) 爭(zhēng) 力 在 國(guó) 際 市 場(chǎng) 中 仍 處于 較 低 水 平 ， 即 使 在 國(guó) 內(nèi) 市 場(chǎng) 也 面 臨 著 嚴(yán) 峻 的 形 勢(shì) ： 一 方 面 國(guó) 內(nèi) 市 場(chǎng) 對(duì) 各 類 機(jī) 床 產(chǎn)品 特 別 是 數(shù) 控 機(jī) 床 有 大 量 的 需 求 ， 而 另 一 方 面 卻 有 不 少 國(guó) 產(chǎn) 機(jī) 床 滯 銷 積 壓 ， 國(guó) 外 產(chǎn)品 機(jī) 床 充 斥 市 場(chǎng) ， 嚴(yán) 重 影 響 我 國(guó) 數(shù) 控 機(jī) 床 自 主 發(fā) 展 的 勢(shì) 頭 。 這 種 現(xiàn) 象 的 出 現(xiàn) ， 除 了有 經(jīng) 營(yíng) 上 、 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 上 和 促 銷 手 段 上 的 原 因 外 ， 還 有 一 個(gè) 主 要 的 原 因 就 是 我 國(guó) 生 產(chǎn)的 數(shù) 控 機(jī) 床 品 種 、 性 能 和 結(jié) 構(gòu) 不 夠 先 進(jìn) ， 新 產(chǎn) 品 的 開 發(fā) 周 期 長(zhǎng) ， 不 能 即 使 針 對(duì) 用 戶的 需 求 提 供 滿 意 的 產(chǎn) 品 。1.1 設(shè)計(jì)背景 1.1.1 數(shù) 控 機(jī) 床 簡(jiǎn) 介隨 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6新 換 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 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]。1.1.2 設(shè) 計(jì) 選 材隨 著 工 業(yè) 生 產(chǎn) 社 會(huì) 化 、 專 業(yè) 化 、 集 中 化 、 高 度 機(jī) 械 化 乃 至 自 動(dòng) 化 的 步 伐 的 加 快 ，機(jī) 械 制 造 業(yè) 對(duì) 數(shù) 控 機(jī) 床 的 要 求 也 越 來(lái) 越 向 高 精 度 、 高 穩(wěn) 定 性 、 高 生 產(chǎn) 率 、 高 適 應(yīng) 性方 向 發(fā) 展 。 為 進(jìn) 一 步 提 高 我 國(guó) 數(shù) 控 機(jī) 床 技 術(shù) ， 對(duì) 于 教 學(xué) 類 數(shù) 控 機(jī) 床 在 保 持 原 有 的 小型 化 基 礎(chǔ) 上 ， 提 高 轉(zhuǎn) 速 也 顯 得 越 來(lái) 越 重 要 了 。設(shè) 計(jì) 課 題 ——CK6132 數(shù) 控 車 床 來(lái) 源 于 南 京 邁 順 數(shù) 控 新 技 術(shù) 有 限 公 司 即 原 來(lái) 的江 蘇 東 方 數(shù) 控 有 限 公 司 的 。 原 東 方 公 司 主 要 從 事 于 教 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 和 教 學(xué) 用 小 型 數(shù) 控 機(jī)床 的 生 產(chǎn) ， 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 和 功 能 單 一 不 利 于 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 。 公 司 為 了 擴(kuò) 大 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) ， 增 強(qiáng) 市場(chǎng) 的 競(jìng) 爭(zhēng) 力 除 整 合 保 留 原 有 的 教 學(xué) 用 相 關(guān) 設(shè) 備 ， 同 時(shí) 面 向 生 產(chǎn) 型 的 企 業(yè) 這 塊 市 場(chǎng) 需要 ， 新 公 司 現(xiàn) 在 又 開 發(fā) 了 新 的 產(chǎn) 品 系 列 ， 生 產(chǎn) 中 小 型 數(shù) 控 機(jī) 床 （ 主 要 是 車 、 銑 及 加工 中 心 ） 。 此 次 我 們 主 要 從 事 小 型 中 高 速 數(shù) 控 車 床 的 設(shè) 計(jì) 。1.1.3 主 要 工 作 及 結(jié) 構(gòu)設(shè) 計(jì) 主 要 設(shè) 計(jì) 數(shù) 控 車 床 機(jī) 械 本 體 部 分 ， 其 中 主 要 完 成 機(jī) 床 本 體 的 設(shè) 計(jì) 、 進(jìn) 給 驅(qū)動(dòng) 部 件 及 主 要 零 部 件 的 設(shè) 計(jì) 。在 此 次 設(shè) 計(jì) 中 ， 主 要 講 述 了 數(shù) 控 機(jī) 床 概 述 ， 從 數(shù) 控 機(jī) 床 的 分 類 與 發(fā) 展 方 面 以 及其 在 先 進(jìn) 制 造 業(yè) 中 的 作 用 進(jìn) 行 了 細(xì) 致 的 介 紹 。 簡(jiǎn) 單 介 紹 了 數(shù) 控 車 床 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 及 總體 布 局 對(duì) 機(jī) 床 的 影 響 。 主 要 介 紹 了 機(jī) 床 主 參 數(shù) 的 計(jì) 算 ， 如 切 削 用 量 的 選 擇 、 切 削 力的 計(jì) 算 、 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 部 件 的 計(jì) 算 等 。 其 中 主 要 進(jìn) 行 了 主 電 機(jī) 的 選 擇 。 是 滾 珠 絲 杠 的 選用 及 校 核 ， 主 要 敘 述 了 滾 珠 絲 杠 的 型 號(hào) 、 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 預(yù) 緊 方 式 以 及 滾 珠 絲 杠的 安 裝 方 法 ， 此 后 對(duì) 所 選 的 滾 珠 絲 杠 進(jìn) 行 了 校 核 。 介 紹 了 導(dǎo) 軌 、 導(dǎo) 軌 架 及 床 身 的 設(shè)計(jì) 。 對(duì) 導(dǎo) 軌 架 的 尺 寸 進(jìn) 行 了 估 算 。由于時(shí)間較短，本文主要討論的是關(guān)于數(shù)控機(jī)床機(jī)械本體的設(shè)計(jì)。對(duì)于數(shù)控車床電氣設(shè)備只是在設(shè)計(jì)過(guò)程中有初步的了解，本文沒(méi)有深入討論此方面的問(wèn)題。31.2 數(shù) 控 機(jī) 床 概 述1.2.1 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 對(duì) 一 臺(tái) 或 多 臺(tái) 機(jī) 械 設(shè) 備 進(jìn) 行 控 制 的 一 門 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 [1]。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 。1.2.2數(shù) 控 機(jī) 床 的 組 成 及 特 點(diǎn)1.2.2.1 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 。其 中 ， 程 序 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) 程 、工 藝 參 數(shù) 、 位 移 數(shù) 據(jù) 、 切 削 速 度 等 。 常 用 的 程 序 介 質(zhì) 有 磁 帶 、 磁 盤 等 。 也 有 一 些 數(shù)控 機(jī) 床 采 用 操 作 面 板 上 的 按 鈕 和 鍵 盤 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 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(CAD/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) 。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) [2]。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 、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4等 ， 以 利 于 充 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 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) 。1.2.2.2 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 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 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 。1.2.3 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù)1． 2.3.1 主 要 規(guī) 格 尺 寸最 大 加 工 直 徑 320mm、 拖 板 上 最 大 加 工 直 徑 160mm、 最 大 加 工 長(zhǎng) 度 為500mm， 綜 合 硬 質(zhì) 合 金 及 高 速 鋼 車 刀 粗 車 外 圓 和 端 面 時(shí) 的 進(jìn) 給 量 選 取 車 刀 刀 桿 尺 寸 BH 為 16 25、 工 件 直 徑 為 40mm、 ap=2mm 時(shí) 進(jìn) 給 量 f=0.5mm/r。?1.2.3.2 主 軸 系 統(tǒng)數(shù) 控 機(jī) 床 主 軸 采 用 直 流 或 交 流 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) ， 具 有 較 寬 的 調(diào) 速 范 圍 和 較 高 的 回轉(zhuǎn) 精 度 ， 主 軸 本 身 的 剛 度 與 抗 振 性 比 較 好 。 現(xiàn) 在 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 普 遍 能 達(dá)到 5000r/min～ 10000r/min 甚 至 更 高 。1.3 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 。1.3.1 按 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 分 類5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 。1.3.1.1 點(diǎn) 位 控 制 數(shù) 控 機(jī) 床如 圖 1-2 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 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 等圖 1-2 點(diǎn) 位 控 制 鉆 孔 加 工 示 意 圖Figure 1-2 drilling position control diagram1.3.1.2 直 線 控 制 數(shù) 控 機(jī) 床如 圖 1-3[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 床 和 數(shù) 控 磨 床 等 。 現(xiàn) 代 組 合 機(jī) 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 。1.3.1.3 輪 廓 控 制 數(shù) 控 機(jī) 床亦 稱 連 續(xù) 軌 跡 控 制 ， 如 圖 1-4[3]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 床 、 數(shù) 控 磨 床 和 加 工 中 心 等 ?，F(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) 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 等 一 系 列 功 能 。6圖 1-3 直 線 控 制 切 削 加 工 示 意 圖 圖 1-4 輪 廓 控 制 銑 削 加 工 示 意 圖Figure 1-3 linear control machining schematic diagram 1-4 profile control milling schemes1.3.2 按 伺 服 系 統(tǒng) 的 類 型 分 類1.3.2.1 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床開 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 [4]。 如 圖 1-5 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 。圖 1-5 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng)Figure 1-5 open ringed servo system1.3.2.2 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) 。 7圖 1-6 所 示 為 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng)Figure 1-6 for closed servo system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 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 。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 床 、 超 精 密 銑 床 、 加 工 中 心等 。1.3.2.3 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 1-7 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng)Figure 1-7 half closed servo system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 。 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 床 、 數(shù) 控 銑 床 、 加 工 中 心 等 。1.3.2.4 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 。 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 為 大 型 或 重 型 數(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 。 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)8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1-9 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 1-8 開 環(huán) 補(bǔ) 償 型 控 制 方 式Figure 1-8 open-loop control mode compensating圖 1-9 半 閉 環(huán) 補(bǔ) 償 型 控 制 方 式Figure1-9 half closed loop control mode compensating1.3.3 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 ：1.3.3.1 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 床 加 工 旋 轉(zhuǎn) 曲 面 或 數(shù) 控 銑床 銑 削 平 面 輪 廓 。 （ 1） 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 。 （ 2） 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) 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 。 9（ 3） 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) 。1.4 數(shù) 控 未 來(lái) 發(fā) 展 的 趨 勢(shì) 1.4.1 繼 續(xù) 向 開 放 式 、 基 于 PC 的 第 六 代 方 向 發(fā) 展 基 于 PC 所 具 有 的 開 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 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 [5]。 1.4.2 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 斷提 高 。 （ 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 。2 數(shù) 控 車 床 簡(jiǎn) 介2.1 數(shù) 控 車 床 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)2.1.1 工 藝 范 圍 與 分 類車 床 主 要 是 用 于 車 削 加 工 ， 在 車 床 上 一 般 可 以 加 工 各 種 回 轉(zhuǎn) 表 面 ， 如 內(nèi) 外 圓 柱面 、 圓 錐 面 、 成 型 回 轉(zhuǎn) 表 面 及 螺 紋 面 等 。 在 數(shù) 控 車 床 上 還 可 以 加 工 高 精 度 的 曲 面 與端 面 螺 紋 。 用 的 刀 具 主 要 是 車 刀 ， 各 種 孔 加 工 用 刀 具 (如 鉆 頭 、 絞 刀 、 鏜 刀 等 )及螺 紋 刀 具 。 車 床 主 要 用 于 加 工 各 種 軸 類 ， 套 筒 類 和 盤 類 零 件 上 的 回 轉(zhuǎn) 表 面 。 數(shù) 控 車床 加 工 零 件 的 尺 寸 精 度 可 達(dá) IT5~IT6， 表 面 粗 糙 度 可 達(dá) 1.6um 以 下 [6]。2.1.2 數(shù) 控 車 床 的 特 點(diǎn) 與 發(fā) 展與 傳 統(tǒng) 車 床 相 比 ， 數(shù) 控 車 床 的 結(jié) 構(gòu) 有 以 下 特 點(diǎn) ：10(1) 由 于 數(shù) 控 車 床 刀 架 的 兩 個(gè) 方 向 運(yùn) 動(dòng) 分 別 由 兩 臺(tái) 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) ， 所 以 它的 傳 動(dòng) 鏈 短 。 不 必 使 用 掛 輪 、 光 杠 等 傳 動(dòng) 部 件 ， 用 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 直 接 與 絲 杠 聯(lián) 接 帶動(dòng) 刀 架 運(yùn) 動(dòng) 。 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 絲 杠 間 也 可 以 用 同 步 皮 帶 副 或 齒 輪 副 聯(lián) 結(jié) 。(2) 多 功 能 數(shù) 控 車 床 是 采 用 直 流 或 交 流 主 軸 控 制 單 元 來(lái) 驅(qū) 動(dòng) 主 軸 ， 按 控 制 指 令作 無(wú) 級(jí) 變 速 ， 主 軸 之 間 不 必 用 多 級(jí) 齒 輪 副 來(lái) 進(jìn) 行 變 速 。 為 擴(kuò) 大 變 速 范 圍 ， 現(xiàn) 在 一 般還 要 通 過(guò) 一 級(jí) 齒 輪 副 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 分 段 無(wú) 級(jí) 調(diào) 速 ， 即 使 這 樣 ， 床 頭 箱 內(nèi) 的 結(jié) 構(gòu) 已 比 傳 統(tǒng)車 床 簡(jiǎn) 單 得 多 。 數(shù) 控 車 床 的 另 一 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 是 剛 度 大 ， 這 是 為 了 與 控 制 系 統(tǒng) 的 高 精度 控 制 相 匹 配 ， 以 便 適 應(yīng) 高 精 度 的 加 工 。(3) 數(shù) 控 車 床 的 第 三 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 是 輕 拖 動(dòng) 。 刀 架 移 動(dòng) 一 般 采 用 滾 珠 絲 杠 副 。 滾珠 絲 杠 副 是 數(shù) 控 車 床 的 關(guān) 鍵 機(jī) 械 部 件 之 一 ， 滾 珠 絲 杠 兩 端 安 裝 的 滾 動(dòng) 軸 承 是 專 用 鈾承 ， 它 的 壓 力 角 比 常 用 的 向 心 推 力 球 軸 承 要 大 得 多 。 這 種 專 用 軸 承 配 對(duì) 安 裝 ， 是 選配 的 ， 最 好 在 軸 承 出 廠 時(shí) 就 是 成 對(duì) 的 。(4) 為 了 拖 動(dòng) 輕 便 ， 數(shù) 控 車 床 的 潤(rùn) 滑 都 比 較 充 分 ， 大 部 分 采 用 油 霧 自 動(dòng) 潤(rùn) 滑 。(5) 由 于 數(shù) 控 機(jī) 床 的 價(jià) 格 較 高 、 控 制 系 統(tǒng) 的 壽 命 較 長(zhǎng) ， 所 以 數(shù) 控 車 床 的 滑 動(dòng) 導(dǎo)軌 也 要 求 耐 磨 性 好 。 數(shù) 控 車 床 一 般 采 用 鑲 鋼 導(dǎo) 軌 ， 這 樣 機(jī) 床 精 度 保 持 的 時(shí) 間 就 比 較長(zhǎng) ， 其 使 用 壽 命 也 可 延 長(zhǎng) 許 多 。(6) 數(shù) 控 車 床 還 具 有 加 工 冷 卻 充 分 、 防 護(hù) 較 嚴(yán) 密 等 特 點(diǎn) ， 自 動(dòng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 一 般 都 處于 全 封 閉 或 半 封 閉 狀 態(tài) 。(7) 數(shù) 控 車 床 一 般 還 配 有 自 動(dòng) 排 屑 裝 置 。現(xiàn) 在 ， 數(shù) 控 車 床 技 術(shù) 還 在 不 斷 向 前 發(fā) 展 著 ， 數(shù) 控 車 床 發(fā) 展 趨 勢(shì) 如 下 ： 隨 著 控 制系 統(tǒng) ， 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) 和 刀 具 材 料 的 技 術(shù) 發(fā) 展 ， 數(shù) 控 車 床 將 向 高 速 化 發(fā) 展 ， 進(jìn) 一 步 提 高 主軸 轉(zhuǎn) 速 ， 刀 架 快 速 移 動(dòng) 以 及 轉(zhuǎn) 位 換 刀 速 度 ； 工 藝 和 工 序 將 更 加 復(fù) 合 化 和 集 中 化 ； 數(shù)控 車 床 將 向 多 主 軸 ， 多 刀 架 加 工 方 向 發(fā) 展 ； 為 實(shí) 現(xiàn) 長(zhǎng) 時(shí) 間 的 無(wú) 人 全 自 動(dòng) 操 作 ， 數(shù) 控車 床 將 向 全 自 動(dòng) 化 方 向 發(fā) 展 ； 機(jī) 床 的 加 工 精 度 將 向 更 高 方 向 發(fā) 展 。 同 時(shí) ， 數(shù) 控 車 床也 會(huì) 向 簡(jiǎn) 易 型 發(fā) 展 。 2.1.3 數(shù) 控 車 床 的 組 成數(shù) 控 車 床 一 般 由 程 序 編 制 及 程 序 載 體 、 輸 入 裝 置 、 數(shù) 控 裝 置 （ CNC） 、 伺 服驅(qū) 動(dòng) 及 位 置 檢 測(cè) 裝 置 、 輔 助 控 制 裝 置 、 車 床 本 體 等 幾 部 分 組 成 。2.2 數(shù) 控 車 床 的 總 體 布 局2.2.1 數(shù) 控 機(jī) 床 總 體 布 局 的 概 念數(shù) 控 機(jī) 床 是 一 種 全 自 動(dòng) 化 的 機(jī) 床 ， 但 是 像 裝 卸 工 件 和 刀 具 （ 加 工 中 心 可 以 自 動(dòng)裝 卸 刀 具 ） 、 清 理 刀 屑 、 觀 察 加 工 情 況 和 調(diào) 整 等 輔 助 工 作 ， 還 得 由 操 作 者 來(lái) 完 成 ，因 此 在 考 慮 數(shù) 控 機(jī) 床 總 體 布 局 時(shí) ， 不 僅 要 遵 循 機(jī) 床 布 局 的 一 般 原 則 ， 還 要 考 慮 在 使用 方 面 的 特 定 要 求 ：(1) 數(shù) 控 機(jī) 床 的 布 局 首 先 要 滿 足 用 戶 提 出 來(lái) 的 要 求 ， 如 機(jī) 床 的 加 工 范 圍 ， 工 作11精 度 ， 生 產(chǎn) 效 率 和 經(jīng) 濟(jì) 性 等 等 。(2) 確 保 在 加 工 過(guò) 程 中 工 件 和 刀 具 之 間 的 相 對(duì) 位 置 和 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 。 在 經(jīng) 濟(jì) 、 合 理的 條 件 下 ， 盡 量 采 用 較 短 的 傳 動(dòng) 鏈 ， 簡(jiǎn) 化 機(jī) 構(gòu) ， 提 高 傳 動(dòng) 精 度 和 傳 動(dòng) 效 率 。(3) 確 保 數(shù) 控 機(jī) 床 具 有 大 的 切 削 率 ， 高 的 靜 、 動(dòng) 態(tài) 剛 度 和 良 好 的 抗 振 性 能(4) 確 保 數(shù) 控 機(jī) 床 具 有 較 高 的 幾 何 精 度 、 傳 動(dòng) 精 度 、 定 位 精 度 和 熱 穩(wěn) 定 性(5) 便 于 同 時(shí) 操 作 和 觀 察 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 的 操 作 按 鈕 開 關(guān) 都 放 在 數(shù) 控 裝 置 上 ， 對(duì) 于小 型 數(shù) 控 機(jī) 床 ， 將 數(shù) 控 裝 置 放 在 機(jī) 床 的 近 旁 ， 操 作 者 一 邊 在 數(shù) 控 裝 置 上 進(jìn) 行 操 作 ，一 邊 觀 察 機(jī) 床 的 工 作 情 況 ， 還 是 比 較 方 便 的 。 但 是 ， 對(duì) 于 尺 寸 較 大 的 機(jī) 床 ， 這 樣 的布 局 方 案 ， 因 工 作 區(qū) 與 數(shù) 控 裝 置 之 間 距 離 較 遠(yuǎn) ， 使 操 作 者 的 操 作 與 觀 察 會(huì) 有 顧 此 失彼 的 問(wèn) 題 ， 因 此 ， 要 設(shè) 置 吊 掛 按 鈕 站 ， 可 由 操 作 者 移 至 需 要 和 方 便 的 位 置 ， 對(duì) 機(jī) 床進(jìn) 行 操 作 和 觀 察 。 對(duì) 于 重 型 數(shù) 控 機(jī) 床 這 一 點(diǎn) 尤 為 重 要 ， 在 重 型 數(shù) 控 機(jī) 床 上 ， 總 是 設(shè)在 接 近 工 作 區(qū) 域 并 可 以 隨 工 作 區(qū) 變 動(dòng) 而 移 動(dòng) 的 操 作 臺(tái) 或 數(shù) 控 裝 置 放 在 操 作 臺(tái) 上 ， 以便 同 時(shí) 操 作 和 觀 察 。(6) 刀 具 、 工 件 裝 卸 、 夾 緊 方 便 ， 除 了 自 動(dòng) 換 刀 的 加 工 中 心 機(jī) 床 以 外 ， 數(shù) 控 機(jī)床 的 刀 具 和 工 件 的 裝 卸 和 夾 緊 松 開 ， 都 是 由 操 作 者 來(lái) 完 成 的 ， 要 求 易 于 接 近 裝 卸 區(qū)域 ， 而 且 安 裝 裝 夾 機(jī) 構(gòu) 要 省 力 簡(jiǎn) 便 。(7) 數(shù) 控 機(jī) 床 的 效 率 高 、 切 屑 多 ， 所 以 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) 的 布 局 要 便 于 排 屑 和 冷 卻 。(8) 體 積 小 ， 重 量 輕 ， 節(jié) 省 原 材 料 ， 成 本 要 低 ， 縮 小 機(jī) 床 的 占 地 面 積 ， 外 形 要美 觀 。這 次 設(shè) 計(jì) 的 CK6132 數(shù) 控 車 床 ， 采 用 普 通 車 床 最 常 用 的 臥 式 布 局 形 式 。2.2.2 數(shù) 控 車 床 布 局 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 及 影 響 布 局 的 因 素2.2.2.1 數(shù) 控 車 床 布 局 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)數(shù) 控 車 床 的 床 身 結(jié) 構(gòu) 和 導(dǎo) 軌 有 很 多 種 形 式 ， 主 要 有 水 平 床 身 、 傾 斜 床 身 以 及 水平 床 身 斜 滑 板 等 。 一 般 中 小 型 數(shù) 控 車 床 多 采 用 傾 斜 床 身 或 水 平 床 身 斜 滑 板 結(jié) 構(gòu) 。 因?yàn)?這 種 布 局 結(jié) 構(gòu) 具 有 機(jī) 床 外 形 美 觀 ， 占 地 面 積 小 ， 易 于 排 屑 和 冷 卻 液 的 排 流 ， 便 于操 作 者 操 作 與 觀 察 ， 易 于 安 裝 上 下 料 機(jī) 械 手 ， 實(shí) 現(xiàn) 全 面 自 動(dòng) 化 等 特 點(diǎn) 。 傾 斜 床 身 還有 一 個(gè) 優(yōu) 點(diǎn) 是 可 采 用 封 閉 截 面 整 體 結(jié) 構(gòu) ， 以 提 高 床 身

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