立式加工加工中心直线工作台的设计

图书分类号密级毕业设计论文立式加工中心直线工作台的设计LINEARVERTICALMACHININGCENTERWORKTABLEDESIGN学生姓名陈冬冬学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师章尽莹2007年06月04日PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第1页徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名陈冬冬日期2007年06月04日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名导师签名日期年月日日期年月日PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第2页摘要数控技术可以说就是先进制造技术的技术基本，自然，体现着数控技术的数控机床和数控技术本身就理所当然地成为制造业关注的焦点。微机控制的数控机床、数控加工中心的高精度、高度柔性化及适合加工复杂零件的性能，正好满足当今市场竞争和工艺发展的需要。可以说，微机数字控制技术的应用是机械制造行业现代化的标志，在很大程度上决定了企业在市场竞争中的成败。数控精密工作台采用滚珠直线导轨副为导向支承，滚珠丝杠副为运动执行元件的结构。具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、磨擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。目前已广泛应用于测量、激光焊接、激光切割，涂胶、打孔，插件、小型数控机床、射线扫描、雕铣机及实用教学等场合。关键词数控技术，数控工作台，交流电机PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第3页ABSTRACTTHENUMERICALCONTROLTECHNOLOGYMAYSAYISTHEADVANCEDTECHNIQUEOFMANUFACTURETECHNOLOGYISBASIC,THENATURE,ISMANIFESTINGTHENUMERICALCONTROLTECHNOLOGYNUMERICALCONTROLENGINEBEDANDNUMERICALCONTROLTECHNOLOGYITSELFNATURALLYBECOMESTHEMANUFACTURINGINDUSTRYATTENTIONTHEFOCALPOINTTHEMICROCOMPUTERCONTROLSTHENUMERICALCONTROLENGINEBED,THENUMERICALCONTROLPROCESSINGCENTERHIGHACCURACY,HIGHLYTHEFLEXIBILITYANDSUITSTHEPROCESSINGCOMPLEXCOMPONENTSTHEPERFORMANCE,HAPPENTOSATISFIESNOWTHEMARKETCOMPETITIONANDTHECRAFTNEEDTODEVELOPITCANBESAIDTHAT,THEMICROCOMPUTERNUMERICALCONTROLTECHNOLOGYAPPLICATIONISTHEMACHINEMANUFACTUREPROFESSIONMODERNIZATIONSYMBOL,HASDECIDEDTHEENTERPRISETOAGREATEXTENTINTHEMARKETCOMPETITIONSUCCESSORFAILURETHENUMERICALCONTROLPRECISIONWORKTABLEUSESTHEBALLBEARINGSTRAIGHTLINEGUIDERAILVICEISTHEGUIDANCESUPPORTING,THEBALLBEARINGGUIDESCREWVICEFORTHEMOVEMENTFUNCTIONALELEMENTSTRUCTUREHASTHEPRECISIONHIGH,THEEFFICIENCYHIGH,THELIFELONG,WEARSSLIGHTLY,THEENERGYCONSERVATIONLOWCONSUMPTION,THEFRICTIONFACTORSMALL,THESTRUCTURECOMPACT,THEVERSATILITYSTRONGANDSOONTHECHARACTERISTICSATPRESENTWIDELYHASAPPLIEDINTHESURVEY,THELASERWELDING,LASERCUTTING,SPREADSTHERUBBER,THEPUNCH,SITUATIONSANDSOONPLUGINUNIT,SMALLNUMERICALCONTROLENGINEBED,BEAMSCANNING,VULTUREMILLINGMACHINEANDPRACTICALTEACHINGKEYWORDNUMERICALCONTROLTECHNOLOGY,NUMERICALCONTROLWORKTABLE,ALTERNATINGCURRENTMACHINEPDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第4页目录第一章绪论511数控技术的应用与发展512数控的技术领域与计算机应用的特点513数控系统的组成714数控机床的发展趋势6第二章伺服进给传动系统概述1221伺服进给系统分类1222直线运动机构滚珠丝杠螺母机构1323数控机床消隙机构及其常用的联接方式1424伺服电动机及其调速1525检测系统17第三章伺服进给系统设计1831伺服进给系统设计的基本要求1832进给系统设计方案1933纵向伺服进给系统的设计计算2034横向伺服进给系统的设计计算2735反馈34结论38参考文献38翻译部分英文原文39中文译文45致谢50PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第5页第一章绪论1数控技术的应用与发展11数控与计算机数控随着社会生产和科学技术的发展，机械加工产品的形状和结构不断改进，对加工质量的要求越来越高。由于产品更新换代的速度加快，目前在一般机械加工中，单件、小批量生产的产品约占7080。为了保证产品的质量，提高生产率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程要尽可能实现自动化。数控技术就是在这种条件下发展起来的，适用与精度高、零件形状负责的单件及小批量生产，以数字的形式实现控制的一门技术。111数控数字控制，简称为数控，是指用数字化型号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。即是用数字指令来控制机械动作的一种方式。数控机床就是指采用了数控技术，用数字指令控制的机床。刀具移动轨迹的信息用代码化的数字指令穿孔在直待或卡片上，或者记录在磁带等控制媒体上，该信息送入数控装置，经过处理与计算，发出各种控制信号，控制机床的刀具与工件的相对运动，按工作图纸要求的形状与尺寸筋骨的，自动地把零件加工出来。112计算机数控计算机数控，简称CNC，这是一种数控系统。在此系统中采用存贮程序的专用几实现部分或全部基本数控功能。或说将计算机作为控制单元的数控系统称为计算机数控系统。由于CNC系统只需通过改变软件程序，即可产生控制某种特定机床的功能，因而它具有更大的通用性与灵活性。此外，CNC还具有存贮机床小正误差的功能，并且有可以在现场小正加工零件程序的指令，因而能够加工出高精度的零件。12数控的技术领域与计算机应用的特点121数控的技术领域数控技术就是以数字程序的形式实现控制的一门技术，它是随着电子计算机的发展而发展起来的，综合了各个技术领域里的新成就，具有广泛的通用性，是高自动化程度的工业自动控制技术。现代数控技术所涉及到的技术领域、学科很多，范围较广，除机械技术本体之外，归纳起来还有以下关键技术（1）计算机及其接口技术新的技术革命对机械工业的影响，突出地表现在计算机技术的应用上。现代数控技术就是把计算机作为主控单元，只能化地把能量、物质、信息等互相交换，使机械各部件见互相联系成一个整体系统，从而完成人们给定的工作。接口技术就是上述联系的一个纽带，双向地传递人和计算机，机和计算机之间的信息。计算机及其接口技术应用和发展的水平，代表着现代数控技术乃至整个机械工业的前沿水平。（2）自动控制技术如果说计算机及其接口技术是现代数控技术的心脏，那么，自动控制技术就是现代数控技术的血液。机械各部件之间相互联系、相互作用构成一个运动的系统，自动控制技术的租用就是使全部运动部件按预先PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第6页规定的程序自动地进行操作。因而，机械工业的自动化只有在自动控制技术高度发展的时代，才能成为显示。现代自动空驶技术的研究，除用机器和装置代替和模仿人去工作外，进而延伸和扩展了人体的器官功能和脑力活动量，并可使有些设备具备一定的“智能”，可以“自动”选择最合适的工作程序，使生产达到最佳目标。（3）传感器技术现代数控技术以及其基础上发展起来的ACM、FMS、CIMS系统，都少不了要从被控现场获得各种信号，供中央控制器分析、判断和决策。传感器就是完成信号采集任务的部件，它象人的五官，没有它，自动化装置就成为“瞎子”和“聋子”，无法达到测控的目的。数控技术中要求传感器要快速、精确地获得信息，并且经受各种严酷环境的考验。（4）信息技术现代数控技术所完成的工作，已远不止是加工工件本身，她要英里用计算机、自动控制等科学技术和手段，综合管理科学、行为科学、人机工程学、系统工程学等学科的人机信息处理的理论和实践。它对于人工难以处理的数据、量大而结构又不明确的作业条件的情况，能够借助适用的计算机技术、通讯技术、系统科学等手段来实现自动处理。现代数控技术的发展，需要信息技术解决的问题是信息的采集、信息的处理、信息的实施以及信息的复制和保存，同时也要开发有面向实际环境的应用软件。数控技术首先在机床行业获得广泛应用，现在已有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控加工中心、数控钻床以及数控线切割昂等。随着省会生产和科学技术的发展，数控技术不仅用于机床的控制，还用于控制其他设备，如造船行业的火焰切割机，飞机制造业的弯管机、压力机、检查机、绘图机以及坐标测量机、冲剪机、电火花加工机等都实现了数控化，其技术经济效益很好。数控技术的应用前景很广阔。122数控技术中计算机应用的特点计算机在数控技术方面的应用，出现于70年代，突出的应用产品就是CNC。计算机数控多以通用的小型或微型计算机为核心，再增加适当的接口电路及外围设备，来代替NC数控柜中的专用电子计算装置。计算机数控系统不仅比原来的NC数控系统使用范围广、功能全，而且还有相当大的通用行，改善了对机床操作的控制。计算机数控系统有以下特点（1）灵活性强这是CNC系统的突出特点。对于传统的NC系统，一旦提供了某些控制功能，就不能被改变，除非改变相应的硬件。而对于CNC系统，硬件是通用的、标准化的，对于各种不同机床进行控制的要求，只需改变相应的控制程序即可，不必制造新的硬件。软件在任何时候都可以方便地被更改。CNC系统能够随着工厂的发展而发展，也能适应将来改变工艺的要求。在CNC设备安装之后，新的技术还可以补充到系统中去，这就延长了系统的使用期限，同时为适应将来的发展趋势提供了基础。因此，CNC系统具有很大的“柔性”，即灵活性。（2）通用性好这是CNC系统的主要优点之一，硬件系统采用模块结构，依靠软件的变化来满足被控设备的要求。另外，接口电路可由标准部件组成。标准化机床制造厂和数控用户都带来许多好处，只要用一种CNC系统就能让机床制PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第7页造厂满足大部分数控机床的要求，还能满足某些别的设备的应用。当用户要求某些特殊功能时，仅仅是改变某些软件而已，由于在工厂中使用同一类型的控制系统，培训和学习十分方便。（3）可靠性高在CNC系统中，加工程序常常是一次送入计算机存贮器内，避免了在加工过程中由于直待输入机的故障而产生的停机现象。同时，由于许多功能均由软件实现，硬件系统所需元器件数目大为减少，整个系统的可靠性大大改善，特别是随着大规模集成电路的采用，系统的可靠性大为提高，连续无故障时间为20000小时以上。此外，CNC系统中，还可方便地采用冗余技术来提高系统的可靠性。（4）易于实现多功能、高复杂程度的控制由于计算机有丰富的指令系统，能高速地进行复杂的计算，所以实现多功能高复杂程度控制比用硬件系统方便得多。（5）使用维修方便CNC系统的一个吸引人的特点是引进一套诊断程序。有了这套诊断程序，即使是不很熟练的操作人员也能利用诊断操作功能，即使发现和排除各种故障，也就是说把故障隔离到模块或器件一级，使停机时间减到最小。此外，CNC系统的零件程序编辑功能对程序编制也是十分方便的。（6）具有通信功能随着制造技术的发展，要求CNC系统能集中控制，因此，CNC系统具有通信功能。13数控系统的组成数控系统一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量装置和机床本体组成。131控制介质数控机床工作时，不要工人去直接操作机床，但又必须执行人们的意图，这就必须在人和数控机床之间建立某种联系，这种联系的媒介物称之为控制介质。在通用机床上加工零件时，由工人按图纸和工艺要求进行加工。在数控机床上加工时，则要把加工零件所需的全部动作、相关数据及刀具相对于工件的位置等内容，用数控装置所能接受的数字和文字代码来表示，并把这些代码贮存在控制介质上。控制介质可以是穿孔带、穿孔卡、磁带、软磁盘或其他可以贮存代码的载体。至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。132数控装置数控装置是数控机床的中枢，一般由输入装置、贮存器、控制器、运算器和输出装置组成。数控装置接受输入介质的信息，并将其代码加以识别、贮存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床的动作。数控装置是整个数控系统中线路最复杂、使用电子元器件最多的部分。因此，在目前情况下，整个系统的可靠性主要取决于数控装置。133伺服系统伺服系统包括伺服驱动机构与机床的运动部件，它是数控系统的执行部PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第8页分。伺服系统的作用就是把来自数控装置的各种指令，转换成机床移动部件的运动。相对于每一个脉冲型号的机床部件的位移量称为最小设定单位，它的大小视机床的精度而定，一般为0010005MM最小设定单位又称为脉冲当量,它的值取得越小,加工精度越高发出进给脉冲信号的数控装置是能以足够高的速度与精度进行计算的,关键在于伺服系统能以多高的速度与精度去执行。由于伺服系统直接决定刀具和工件的相对位置,所以,如果整个系统的可靠性主要取决于数控装置的话,那么整个系统的精度与快速性就主要取决于伺服系统。在数控机床的伺服驱动机构中，常用的伺服驱动元件有功率步进电机、电液脉冲马达和大惯量直流电机等。国外近年用交流电机驱动的伺服系统应用非常活跃，并趋于成熟。交流伺服系统在我国也得到应有的重视，研究与应用发展很快。134测量装置测量装置的租用是将机床的实际位置，速度以及机床当前的环境参数加以检测，转变为电信号，输送给数控装置，使数控装置能够校核该机床的实际情况是否一致，并由数控装置发出指令纠正所产生的误差，并及时作出补偿。测量装置的引入，虽增加了伺服系统控制的复杂性，但能有效地改善系统的动态特性，并实现自适应控制，以达到最佳的传动状态，因而可大大提高零件的加工精度。135机床数控机床是高精度和高生产率的自动化机床。与普通机床相比，数控机床除了应具有更好的刚性和抗振性，特别是相对运动面的摩擦系数要小、传动部件的间隙要小之外，还应具备自动变速、自动换刀和自动诊断故障等功能，以适应自动控制的需要。所以数控急茬的结构必须根据数控技术的特殊要求进行专门设计，才能充分发挥数控机床的性能。14数控机床的发展趋势科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标；FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日益完善，数控技术的应用领域日益扩大。当今数控机床正在不断采用最新技术成就，朝着高速化、高精度化、多功能化、智能化，模块化、系统化与高可靠性等方向发展。141数控机床的产生和发展数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床来作进行研制工作。1952年试制成功世界上第一台三坐标立式数控铣床。后来，又经过改进并开展自动编程技术的研究，数控机床于1955年进入实用阶段，这对于加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第9页我国从1958年开始研制数控机床，在研制与推广使用数控机床方面取得了一定成绩。近年来，由于引进国外的数控系统与伺服系统的制造技术，使我国数控机床在品种、数量和质量方面得到了迅速发展。目前，我国已有几十家机床厂能够生产不同类型的数控机床和加工中心。我国经济型数控机床的研究、生产和推广工作也取得了较大的进展，它必将对我国各行业的技术改造起到积极的推动作用。目前，在数控技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在缩小。随着工厂、企业技术改造的深入开展，各行各业对数控机床的需要量将会有大幅度的增长，这将有力地促进数控机床的发展。142数控机床的发展趋势（1）高精度化现代科学技术的发展、新材料及新零件的出现，对精密加工技术不断提出新的要求，提高加工精度，发展新型超精密加工机床，完善精密加工技术，适应现代科技的发展，已经成为数控机床的发展方向之一。其精度已从微米级到亚微米级，乃至纳米级。提高数控机床的加工精度，一般可通过减少数控系统的误差和采用机床误差补偿技术来实现。在减少CNC系统控制误差方面，通常采用提高数控系统的分辨率、提高检测精度、在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法。在机床误差补偿技术方面，除采用齿隙补偿、丝杠螺距误差补偿和刀具补偿等技术外，还可对设备热变形进行误差补偿。近十几年来，普通级数控机床的加工精度已由10MM提高到5MM，精度级加工中心的加工精度则从（35）MM，提高到（115）MM。（2）高速化提高生产率是数控机床追求的基本目标之一。数控机床高速化可充分发挥现代刀具材料和精度，对制造业实现高效、优质、低成本生产具有广泛的适用性。要实现数控设备高速化，首先要求数控系统能对由微米程序段构成的加工程序进行高速处理，以计算出伺服电动机的移动量，同时要求伺服电动机能高速度地作出反应。采用32位及64位微处理器，是提高数控系统高速处理能力的有效手段。实现数控设备高速化的关键是提高切削速度、进给速度和减少辅助时间。高速数控加工源于20实际90年代初，以电主轴（实现高主轴转速）和直线电动机（实现高直线移动速度）的应用为特征，使得主轴转速大大提高，进给速度可达60120MM/MIN，进给的加速度达到（12）GM/2S。目前车削和铣削的切削速度，当分辨率为1MM时，达到100M/MIN（有的到200M/MIN）以上；当分辨率为01MM时，达到24M/MIN以上。自动换刀速度在1S以内，小线段插补进给速度达到12M/MIN。例如，日本新泻铁工所生产的UHSIO型超高速数控力式铣床主轴最高转速高达100000R/MIN，中等规格加工中心的快速进给速度从过去的812M/MIN提高到60M/MIN。加工中心换刀时间从510S减少到小于1S，而工作台交换时间也由过去的1220S减少到25S以内。（3）高柔性化采用柔性自动化设备或系统，是提高加工精度和效率，缩短生产周期，适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段。数控机床在提高单机柔性化的同时，超者单元柔性化和系统柔性化方向发展。如出现了可变成控制器（PLC）空驶的可调组合机床、数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工设备、柔性加工单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）以及介于传统自动线与FMS之间的柔性制造线（FML）。PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第10页（4）高自动化高自动化是指在全部加工过程中尽量减少人的介入而自动完成规定的任务，它包括物料流和信息流的自动化。自20实际80年代中期以来，以数控机床为主题的加工自动化已从“点”（数控单机、加工中心和数控符合加工机床）、“线”（FMC、FMS、FTL、FML）向“面”（工段车间独立制造岛、FA）和“体”（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展。尽管这种高自动化的技术还不够完备，投资过大，挥手期较长，但数控机床的高自动化并向着FMC、FMS集成方向发展的总趋势仍然是机械制造业发展的主流。数控机床的自动化除进一步提高其自动编程、撒谎能够下料、加工等自动化程序外，还在自动检索、监控、诊断等方面进一步的发展。（5）智能化随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展，为适应制造业生产柔性化、自动化发展需要，智能化正成为数控机床研究及发展的热点，它不仅贯穿在生产加工的全过程（如智能编程、智能数据库、智能监控），还贯穿在产品的售后服务和维修中，目前采取的主要技术措施包括以下几个方面。自适应控制技术。自适应控制可根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率，达到改进系统运行状态的目的。如通过监控切削过程中的单句磨损、破损、切削形态、切削力及零件的加工质量等，向制造系统反馈信息，通过将过程控制、过程监控、过程优化结合在一起，实现自适应调。专家系统技术。将专家经验和切削加工一般规律与特殊规律存入计算机中，以加工工艺参数数据库为支撑。建立具有人工智能的专家系统，提供金国优化的切削参数，使加工系统始终处于最优和最经济的工作状态，从而提高变成效率和降低对操作人员的技术要求，缩短生产准备时间。例如，日本牧野公司在点火花数控系统MAKINOMCE20中，用带自学习功能的神经网络专家系统代替操作人员进行加工监视。故障自诊断、自修复结束。在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断和检查。出现故障时，立即采用停机等措施，进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等，并利用“冗余”技术，自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。智能化交流伺服驱动技术。目前已开始研究能自动识别负载并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置，使驱动系统获得最佳运行。模式识别技术。应用图像识别和声控结合素，使机器自己辨认图样，按照自然语音命令进行加工。（6）复合化复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗、精加工工序的概念。加工中心的出现，又把车、铣、镗等工序集中到一台机床来完成，打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程，可最大限度地提高设备利用率。为了进一步提高工效，数控机床又采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工，如各类五面体加工。另外，数控系统的控制轴数也在不断增加，有的多达15轴，其同时联动的轴数已达六轴。沈阳机床股份有限公司开发的五轴车铣中心，刀具容量为16，可控X、PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第11页Y、Z、B、C五个轴，具有车削中心加铣削中心的特点。伤害重型机床厂开发的双主轴倒顺式力式车削中心，第一主轴正置，第二主轴倒置，主轴具有C轴功能，采用12工位动力刀架，具有自动上下料装置和全封闭等多道防护装置，可一次上料完成零件的征帆面加工，包括车削、镗孔、钻孔、功丝等多道工序，适用与大批量轮毂、盘类零件加工。（7）高可靠性数控机床的可靠性一直是用户最关心的。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时蕺菜用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，提高硬件生产批量，以便与组织生产和质量把关。通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要不见采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当发生生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。（8）网络化为了适应FMC、FMS以及进一步联网组成CIMS的要求，先进的CNC系统为用户提供了强大的联网能力，除有RS232串行接口、RS422等接口外，还带有远程缓冲功能的DNC接口，可以实现几台数控机床之间的数据通信和直接对几台数控机床进行控制。数控机床为了适应自动化技术的进一步发展，满足工厂自动化规模越来越大的要求和不同厂家不同类型数控机床联网的需要，已配备与工业局域网（LAN）通行的功能以及MAP（MANUFACTURINGAUTOMATIONPROTOCOL制造自动化协议）接口，为数控机床进入FMS及CIMS创造了条件，促进了系统集成化和信息综合化，使远程操作和监控、遥控及远程故障诊断成为可能。所有这些功能不仅利于数控系统生产厂对其产品的监控和维修，也适与大规模现代生产的无年化车间，实行网络管理，还适与在操作人员不宜到现场的环境（如对环境要求和高的超精密加工和对人体有害的环境）中工作。（9）开放式体系结构20实际90年代以后，计算机技术的飞速发展推动机床技术更快地更新换代，世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动变成、图形扫描自动变成等。其新一代数控系统的硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使数控系统制造商和用户进行系统集成得到有力的支持，而且也为用户的而次开发带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用。拥护和制造商既可通过升档或剪裁构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统，开发生产周期大大缩短。这种数控系统可随CPU升级而升级，结构上不必变动，使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展行，并向智能化、网络化方向发展。许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心（NCMS）与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC，欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到了应用，如CINCINNATIMILACRON公司就从1995年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的A2100系统。PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第12页第二章伺服进给传动系统概述数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电动机，电液脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速远东。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质上的差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。211伺服进给系统分类数控伺服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下两种。（1）开环伺服系统它由步进电动机机器驱动线路等组成。其功能是每输入一个指令脉冲，步进电动机就旋转一定角度，转角的大小由指令脉冲数所决定。步进电动机的旋转速度取决与指令脉冲的频率。由于系统中没有位置检测器其反馈线路，因此开环系统的精度较差，但结构简单、易与调整，在精度不太高的场合中仍得到较广泛的应用。（2）闭环伺服系统它由伺服电动机、检测装置、比较电路、伺服放大系统等部分组成。闭环伺服系统根据来自检测装置的反馈信号与指令信号比较的结果进行速度和位置的控制。对部分数控机床来说，其检测反馈信号是从伺服电动机轴或滚珠丝杠上取得的；对高精度或大型机床，直接从安装在工作台等移动部件上的检测装置中取得反馈信号。为区别两者，前者称之为半闭环系统。闭环系统通过直接测量工作台等移动部件的位移从而实现高精度的反馈控制。但这种测量装置的安装及调整都比较复杂且不易保养。相比之下，半闭环系统中的转角测量就比较容易实现，但由于后继传动链传动误差的影响，测量补偿精度比闭环系统差。半闭环系统由于系统简单而且调整方便，现在已广泛地应用在数控机床上。212伺服进给系统的基本要求如何选用伺服驱动系统，必须根据机床的实现要求来确定。各种数控机床所完成的加工任务不同，所以它们对进给驱动的要求也不尽相同，但大致可概括为以下几个方面。（1）精度要求伺服系统必须保证机床的定位精度和加工精度。对于低档型数控系统，驱动控制精度一般为01MM；而对于高性能数控系统，驱动控制精度为1MM，甚至为01MM。PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第13页（2）响应速度为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令型号的响应要快。（3）调速范围调速范围NR是指生产机械要求电动机能提供的最高转速MAXN和最底转速MINN之比。在各种数控机床中，由于加工用刀具、被加工材质以及零件加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求进给驱动系统必须具有足够宽的调速范围。（4）低速、大转矩根据机床的加工特点，经常在低速下进行重切削，即在低速下进给驱动系统必须有大的转矩输出。22直线运动机构滚珠丝杠螺母机构221工作原理及其特点滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，是数控机床伺服进给系统中使用最为广泛的传动装置。滚珠丝杠螺母机构具有下列特点。（1）摩擦损失小、传动效率高滚珠丝杠螺母机构的传动效率可达092096，是普通滑动丝杠螺母机构的34倍，而驱动转矩仅为滑动丝杠螺母机构的四分之一。（2）运动聘问，摩擦力小、灵敏度高、低速时无爬行由于主要存在的是滚动摩擦，不仅动、静摩擦因数都很小，而其差值很小，因而启动转矩小，动作灵敏，即使在低速情况下也不会出现爬行现象。（3）轴向刚度高、反向定位精度高由于可以完全消除丝杠与螺母之间的间隙并可实现滚珠的预紧，因而轴向刚度高，凡响时无空行程，定位精度高。（4）磨损小、寿命长、维护简单使用寿命是普通滚动丝杠的410倍。（5）传动具有可逆性、不能自锁由于摩擦因数小、不能自锁，因而使该机构的传动具有可逆性，即不仅可以把旋转运动转化为直线运动，而且还可以把直线运动转化为旋转运动。由于不能自锁，在某些场合，如传动垂直运动时必须附加制动装置或防止逆转的装置，以免工作台等因自重下降。（6）同步性好用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性。（7）有专业厂生产，选用配套方便目前滚珠丝杠不仅广泛用与数控机床，而且越来越多地代替普通活动丝杠螺母机构，用与各种景慕机床和精密装置。222滚珠丝杠的安装数控机床的进给系统要区获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母机构本身的刚度外，滚珠纪纲的正确安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。滚珠丝杠螺母机构安装不正确以及支承刚度不足，还会使滚珠丝杠的使用寿命大大下降。常见的丝杠安装有以下几种形式。（1）一端固定，一端自由这种支承形式结构简单，丝杠的轴向刚度比两端固定的低，丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低，设计时尽量使丝杠受拉PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第14页伸。对于行程小、转速较低的短丝杠和竖直的纪纲可采用悬臂支承结构。（2）两端游动两端支持的安装方法属于一般的按扎方法，适合与中等转速的场合。（3）一端固定，一端游动对于高精度、中等转速的较长的卧式安装丝杠，为了防止热变形丝杠伸长，常采用一端轴向笃定的支承方式。这种支承形式的特点是安装时需保持螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难；丝杠的轴向刚度和一端固定，一端自由的相同；压杆稳定性和临界转速比同长度的轴向力，而另一端只承受径向力，并能作微量轴向浮动。（4）两端固定对于高精度、高速旋转的滚珠应该采用两端固定的安装方式。为了给丝杠施加预紧力，又能让弹簧来补偿丝杠的热变形，保持预紧力近乎不变。这种支承形式的特点是刚度最高，只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍。安装时需保持螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难；丝杠一般不会受压，无压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高；可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和补偿热膨胀，但需一套预拉伸结构，结构及工艺都比较复杂；要进行预拉伸的丝杠，其目标行程应略小与公称行程，减少量等于拉伸量。因此这种形式使用与对刚度和位移精度要求高的场合。丝杠的支承轴承应采用滚丝杠哪个专用轴承，这是一种特殊的向心推力球轴承，其接触角增大到60，增加了滚珠树木并相应减少了滚珠直径，使轴向刚度增大到普通向心推力球轴承的两倍。该轴承一般是成套出售，出厂时已调好预紧力，使用极为方便。若选用通用轴承，可采用向心推力球轴承或向心球轴承同推力球轴承的组合，一般会增加轴承支座的结构尺寸、增加轴承的摩擦力和发热。丝杠两端轴承座孔与滚珠螺母座孔应保证严格的同轴度，同时要保证滚珠螺母与座孔的配合良好以及孔对端面的垂直度，保证轴承支座和螺母支座的整体刚度、局部刚度和接触刚度等。23数控机床消隙机构及其常用的联接方式数控机床的进给运动是由数控装置经伺服系统控制，数控机床的进给传动属伺服进给传动。所谓伺服，就是要迅速而又准确地跟踪控制指令。为了加工出符合精度要求的零件，机床工作台或刀架等执行部件不仅要保证合理的进给速度，而且要保证准确定位或保证刀具与工件之间具有严格的相对运动关系。因此数控机床的进给传动不但要满足调速范围宽、动态响应速度快和稳定性好的要求，还要满足传动精度高的要求。从机械结构方面考虑，进给传动系统的传动精度和刚度取决与丝杠螺母副、传动齿轮副的传动精度及其支承结构的刚度。加大丝杠直径，对丝杠螺母副、支承部件、丝杠本身施加预紧力，是提高传动刚度的有效措施。传动间隙主要来自于传动齿轮副、丝杠螺母副及其支承部件之间，因此进给传动系统中广泛采用施加预紧力或其他消除间隙（缩短传动链及采用高精度的传动装置）的措施来提高传动精度。PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第15页231进给系统传动齿轮间隙消除在数控机床进给系统中，在考虑惯量、转矩或脉冲当量的要求，必须进行减速的情况下，采用齿轮传动。减速齿轮的齿侧间隙使换向后的运动滞后与指令信号，造成开环或半闭环伺服进给系统的死区误差，影响定位精度。对闭环伺服进给系统，由于齿侧间隙引入的滞环非线性特性，影响系统的稳定性。为了消除齿隙并增强刚性，应采用各种具有消隙或预紧措施的齿轮副。按照调整后齿侧间隙是否能够自动补偿可分非刚性调整法和柔性调整法。232数控机床常用的联接方式由于设计、制造、安装和运输等方面的原因，一部机器往往分为若干个机械装置或大部件，然后用联轴器联接起来。联轴器就是联接两轴（或联接轴与回转件）并在传递转矩过程中一同回转而不脱开的装置。（1）挠性联轴器（2）刚性联轴器在本设计中我们选用凸缘联轴器，其特点和应用结构简单、制造容易、成本较低、工作可靠、刚性好、传递转矩大、但无补偿所联两轴相对偏移的功能，不能减冲减振。当两轴对中精较低时，将在轴和轴承中引起较大的附加载荷。适用于所联两轴对中精确、载荷平稳，高速或要求传动精度高的传动轴系。24伺服电动机及其调速功率步进电动机一般用与开环系统，在一些普通机床的数控改造，以及对精度要求较低的场合。设计步进电动机开环进给系统，要解决传动计算、进给指令的给定和步进电动机的驱动电路几个问题。241步进电动机的选用步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。其转子运动仅与点信号的频率有关，每转一周，都有固定的步数。在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累，因此，它适合于在数字控制的开环系统中作为驱动微电机使用，具有系统简单、运行可靠等明显优点，广泛应用于机床的数字程序控制及其数字控制系统中。首先，必须保证步进电动机的输出转矩大于负载所需的转矩。所以应先计算机械系统的负载转矩，并使所选电动机的输出转矩有一定余量，以保证可靠运行。其次，应使步进电动机的步矩角与机械系统匹配，以得到机床所需的脉冲当量。最后，应使被选电动机与机械系统的负载惯量及其机床要求的启动频率相匹配，并有一定余量；还应使其最高工作频率能满足机床移动部件快速移动的要求。对步进电动机的要求这类负载要求电动机静度高，有足够的输出转矩,在宽广的调速范围内作出快速响应。步进电动机的输出矩频特性很适合这类负载。PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第16页电动机的选择（）根据加工精度要求确定脉冲当量，选择步矩角；（）根据快速进给速度，确定步进电动机最高工作频率；（）根据负载转矩或阻力，选择步进电动机转矩；以上三步初步选定了电动机的规格、驱动电源及传动系统，再按下面步骤校核初选电动机是否满足系统要求。（）根据选定电动机的惯频特性校核系统起动性能；（）根据矩频特性计算加减速时间，校核系统的快速性；（）根据选定步进电动机精度及矩角特性校核系统的静态定位误差。几种伺服电动机的比较步进电动机直流电动机异步电动机永磁同步电动机电动机特点结构最简单可靠性高，无维修转子结构复杂电刷与换向器可靠性差，需定期维修转子转动惯量较大1转子结构简单2可靠性高，无维修1转子结构较复杂2永磁体不发热、效率高伺服控制复杂性开环控制最简单闭环或半闭环控制矢量控制或直接转矩控制较复杂闭环或半闭环控制伺服系统性能控制精度不高，受负载影响大无级调速范围大控制精度高调速范围宽1低速时电机散热差，影响控制精度2高速区容易实现弱磁控制1控制精度高2调速范围宽3高速时弱磁控制比较难构成伺服系统成本最低较高高较高PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第17页适应环境恶劣环境下能使用有防火防爆要求的环境不能使用基本不受环境条件限制不受环境条件限制（永磁体工作温度有限制）使用程度应用较早，技术比较成熟技术成熟，已广泛应用随发展与降价仍在发展控制技术趋于成熟，有取代直流伺服趋势为数字信号处理器，采样周期在NS级，有利于改善调速控制功能。242提高步进电动机伺服系统的精度措施（1）间隙补偿机械系统传动链中的传动间隙，可以按脉冲当量换算为指令脉冲数。这种方法比较简单，对于点位和轮廓控制系统都使用；但对于大型机床，其间隙大小随工件的质量而改变，或间隙随位置进行反馈补偿才能实现完全补偿。（2）螺距误差补偿具有开环系统的数控机床，其定位精度主要取决于丝杠的精度，所以在数控机床上采用了高精度的滚珠丝杠。要获得滚珠丝杠更高的精度，可采用螺距误差补偿方法。螺距误差补偿有两种实现方法一种是机械样板的补偿方法；另一种是在螺距误差达到一个脉冲当量的地方装上挡块，用位置开关检测并发出补偿脉冲的方法。25检测系统251数控机床次量系统分类与特点数控机床测量系统是对数控机床执行件的实际职位进行测量，不断地将工作台的位移量检测出来并反馈给数控系统的装置。数控系统利用其本身的插补计算的理论值与实际反馈的位置进行比较，以判断进给定位的正确与否，同时辅助伺服系统达到更精确的进给定位，以弥补机械精度的不足。实际反馈位置的采集是由位置检测装置来实现的。常用的位置检测装置有感应同步器、光栅位置检测装置、光电脉冲编码器、旋转编码器、磁尺位置检测装置等。对于高精度的数控机床而言，它的加工精度和定位精度将主要取决于检测装置，因此，检测装置的精度及性能是高精度数控机床的重要保证。数控机床的检测装置应该满足以下要求工作可靠，抗干扰性其哪个；满足速度和精度的要求；使用维护方便，适合机床的工作环境；成本低。通常，检测装置的检测精度为（0001002）MM/M，分辨率为0001PDF文件使用“PDFFACTORYPRO“试用版本创建WWWFINEPRINTCOMCN徐州工程学院07届毕业论文第18页001MM/M，运动速度应满足M/MIN。252检测装置分类数控系统中的检测装置分额外内位移、速度和电流三种类型。根据安装的位置及耦合方式，分为直接测量和间接测量两种；按测量方法分为增量式和绝对式两种；按检测信号的类型分为模拟式和数字式两大类；按运动形式分为回转型和直线型检测装置；按信号转换的原理可分为光电效应、光栅效应、电磁感应原理、压电效应和旋转型两大类。直线型位置检测装置用来检测运动部件的直线位移量；旋转型位置检测装置用来检测回转部件的转动位移量。253数控测量装置的性能指标及要求测量装置安放在伺服驱动系统中。测量装置所测量的各种物理量是不断变化的，因此传感器的测量输出必须能准确、快速地跟随反映这些被测量的变化。传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性。（）精度符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确趁度称作精度，数控用传感器应满足高精度和高速实时测量的要求。（）分辨率分辨率应适应机床精度和伺服系统的要求。分辨率的提高，对提高系统性能指标及运行平稳性都很重要。高分辨率传感器已能满足亚微米和角秒级精度设