立式加工加工中心直线工作台的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 学 生 姓 名 学 院 名 称 专 业 名 称 指 导 教 师 机 电 工 程 学 院 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 20 * 年 0 6 月 0 4 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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： 日期： 20* 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 nu e y nu l nu co lo fo l l co n cr p. n n a n or wo ht gu r fu n h, h, lo co so on At in r ns co l 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 目 录 第 一 章 绪 论 5 1 1 数控技术的应用与发展 5 1 2 数控的技术领域与计算机应用的特点 5 1 3 数控系统的组成 7 1 4 数控机床的发展趋势 6 第二章 伺服进给传动系统概述 12 2 1 伺服进给 系统分类 12 2 2 直线运动机构 滚珠丝杠螺母机构 13 2 3 数控机床消隙机构及其常用的联接方式 14 2 4 伺服电动机及其调速 15 2 5 检测系统 17 第三 章 伺服进给系统设计 18 3 1 伺服进给系统设计的基本要求 18 3 2 进给系统设计方案 19 3 3 纵向伺服进给系统的设计计算 20 3 4 横向伺服进给系统的设计计算 27 3 5 反馈 34 结 论 3 8 参 考 文 献 3 8 翻译 部分 英 文 原 文 3 9 中 文 译文 4 5 致 谢 5 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 控 与计算机数控 第 5 页 第一章 绪 论 1 数控技 术的应用与发展 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 70 80。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。 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。 算机数控 计算机数控，简称 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 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， 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。 控 的技术领域与计算机应用的特点 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 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。 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 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 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 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 统的突出特点。对于传 统的 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 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。 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 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， 统具有很大的“柔性”，即灵活性。 （ 2） 通用性好 这是 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 统就能让机床制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 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， 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 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， 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 系统能集中控制， 因此， 统具有通信功能。 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。 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。 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。 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 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 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。 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。 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。 . 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； 迅 速发展和 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。 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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。 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 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 10 m 提高到 5 m ，精度级加工中心的 加工精度则从 （ 35） m ，提高到 （ 1 m 。 （ 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/给的加速度达到（ 12） s 。目前车削和铣 削的切削速度，当分辨率为 1 m 时， 达到 100m/的到 200m/上； 当分辨率为 m 时，达到 24m/上。自动换刀速度在 1s 以内，小线段插 补进给速度达到 12m/如，日本新泻铁工所生产的 超高速数控力 式铣床主轴最高转速高达 100000r/等规格加工中心的快速进给速度从过 去的 812m/高到 60m/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 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（ 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（ 柔性制造 系统（ 及介于传统自动线与 间的柔性制造线（ 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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”（ “面”（工段车间独立制造岛、 “体”（ 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 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 ，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 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、 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 Y、 Z、 B、 C 第 11 页 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 及进一步联网组成 要求，先进 的 统为用户提供了强大的联网能力，除 有 行接口、 接口 外，还带有远程缓冲功能的 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 （ 通 行 的功 能 以及 制造自动化协议）接口，为数控机床进入 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 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 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 （ 空军共同领导的“下一代工作 站 /机 床控制器体系结构” 共体的“自动化系 统中开放式体系结构” 本的 划等。开发研究成果已得到了应用，如 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 统。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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。 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。 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 对于高性能数控系统，驱动控制精 度为 1 m ，甚至为 m 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 指生产机械要求电动机能提供的最高转速 最底转速 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。 线 运动机构 滚珠丝杠螺母机构 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 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。 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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