Φ550mm的数控车床总体设计及液压尾座设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共68页)
编号：1029337
类型：共享资源
大小：1.92MB
格式：RAR
上传时间：2017-02-17
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
mm
妹妹
数控车床
总体
整体
设计
液压
通过
答辩
毕业论文
cad
图纸
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
外文翻译资料 1 机电一体化技术及其应用研究 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 能化 即要求机电产品有一定的智能 ,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而 有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化 方向发展。 性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在外文翻译资料 2 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(称 指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制 电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 校研制出第一个微电机以来，国内外在艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程 中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 色化 技术的发展给人们的生活 带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数外文翻译资料 3 据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 能化控制技术 (由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量 诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等。 布式控制系统 ( 分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。 监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 放式控制系统 (开放控制系统 (计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家 产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 算机集成制造系统 (钢铁企业的 将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控外文翻译资料 4 制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 。 场总线技术 ( 现场总线技术 ( 连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如 4 20 C 直 流传输 )就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 现场就地控制站等的发展。 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于 交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 外文资料翻译 1 n is on of of of a of a of of as NC of as of a of it is to in NC / O of as of up a As of of a is a If is to of 文资料翻译 2 as in we As of of is of to AN a to a as of so in be of of be no 1.5 of is to of is in to it so on of or a to as is of 1.6 is a in to to be by is of or 986 1988 at at of as . 外文资料翻译 3 a of of of in at In to of a be to of at be to 1.8 to as As on be to a of of in s in at of of in of is of In of be in of is to of is at of of 2 in of in In of at of as by of a 文资料翻译 4 in in in As a of it is to in as a of a be or to on of be of be as a of be is of is to a of Is of 外文资料翻译 5 is of by a of in be of so to to to is be to of to of of of of of is of of of In to of is to to of of in 980s is in of in to 0 C 外文资料翻译 6 it in in on be 6% or to of CS of as C in a of C C to of in C C of to AC C or be to or AC in of as a to - I - 毕业设计 (论文 ) 550数控车床总体设计 及 液压尾座设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 - 摘 要 现代数控机床是未来工厂自动化的基础。数控化 设计 范围大、 潜力大、投资少、见效快 ，促进制造业技术进步 的重要手段。因此，数控系统 设计 车床的研究具 有重要意义。 本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过 机床 设计 的总体思想，提出了数控化 设计 的技术方案和新数控系统的选型配置方案 ;提高了传动的精度， 重新设计机 床的控制逻辑，通过对伺服系统的 分析，完成了机床各主要参数的优化和匹配。 关键词： 550数控车床 ， 机床 ，设计， 数控系统。 - - - V - - NC is of is is an C to NC on of C NC to to of a 550- 目 录 摘 要 . . 1章 数控机床发展概述 . 1 . 1 . 1 . 1 . 2 . 6 . 6 . 7 . 7 . 8 . 9 . 9 . 9 . 10 . 12 第 2章 数控机床 总体方案的制订及比较 . 14 体方案比较 . 14 . 15 . 15 体方案确定 . 15 统的运动方式伺服系统的选择 . 15 控系统 . 15 械传动方式 . 16 第 3章 确定切削用量及选择刀具 . 16 . 16 . 16 . 17 - 置刀点和换刀点 . 17 定切削用量 . 18 . 18 . 18 定背吃刀量 . 19 第 4章 550动系统图的设计 . 19 . 19 计 . 19 定传动方案 . 19 择电机 . 21 主运动调速范围的确定、 计算各轴计算转速、功 率和转矩 . 23 速图 . 25 . 26 步带传动设计 . 26 . 28 . 28 . 32 . 38 第 5章 尾座部分的设计 . 39 . 40 . 40 . 41 . 41 . 41 . 42 . 42 . 43 . 43 角、液压缸内径、锁紧力的计算及校核 . 44 . 45 - . 45 . 45 . 46 . 47 第 6章 微机数控系统的设计 . 47 微机数控系统的设计纲要 . 47 件电路设计 . 47 件电路设计 . 48 8031单片机及其扩展 . 49 031单片机的简介 . 49 031单片机的系统扩展 . 50 储器扩展 . 52 I/. 53 步进电机驱动电路 . 54 脉冲分配器（环行分配器） . 55 光电隔离电路 . 55 率放大器 . 55 他辅助电路 . 56 结 论 . 58 参考文献 : . 59 致 谢 . 60 - 1 - 第 1 章 数控机床发展概述 控机床 数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床 。 数控机床最早是从美国开始研制的。 1948 年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。 1949年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。并于 1952 年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于1955 年进入实用阶段。一直到 20 世纪 50 年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了 60 年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性 且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。 控机床 的 特点 数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、车床、镗床、钻床、磨床、齿轮 加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 控机床 的 发展简史 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。 1949 年，该公司在美国麻省理工学院（ 服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型仿形 - 2 - 车床改装而成的三坐标数控车床，不久即开始正式生产，于 1957 年正式投入使用。这是制造技术发 展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。 自 1952 年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。 第一代数控： 1952采用电子管元件构成的专用数控装置。 第二代数控：从 1959 年开始采用晶体管电路的 统。 第三代数 控：从 1965 年开始采用小、中规模集成电路的 统。 第四代数控：从 1970 年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。 第五代数控：从 1974 年开始采用微型电子计算机控制的系统。 目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。这些数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大， 光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。 近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。 控机床 的 分类 数控机床的品种很多，根据其加工、控制原理、功能和组成，可以从以下几个不同的角度进行分类。 一、按加工工艺方法分类 - 3 - 1金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、 磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控车床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在数控数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了数控数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心， 它是在数控车床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、 钻、扩、 铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了 辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。 2特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。 3板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技 术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。 二、按控制运动轨迹分类 1点位控制数控机床 点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标 值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 - 4 - 2直线控制数控机床 直线控 制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控车床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。 数控镗车床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位 /直线控制的数控机床。 3轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控车床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位 /直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算 机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。 三、按驱动装置的特点分类 1开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路 功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输 入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类 数控机床的信息流是单向的，即进 - 5 - 给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。 开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿 轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。 2闭环控制数控机床 闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数 控装置中，与输入的指令位移 值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于 检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图 1中 A 为速度传感器、 C 为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过 A 将速度反馈信号送到速度控制电路，通过 C 将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相 比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。 闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。 3半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。图 1示的为半闭环控制数控机床的系统框图。图中速度传感器、角度传感器。通过测速元件 A 和光电编码盘 B 可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。 半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。 4混合控制数控机床 - 6 - 将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速 度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大， 如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形 式： （ 1）开环补偿型。图 1开环补偿型控制方式。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。 （ 2）半闭环补偿型。图 1半闭环补偿型控制方式。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中是速度测量元件（如测速发电机）， B 是角度测量元件， C 是直 线位移测量元件。 控机床 的 组成 数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动指令，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件 (工作台、转台、滑板等 )的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由 进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环 (能进行各种多次重复加工 )、自动换刀 (可交换指定刀具 )、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差 )等等。 控机床 的 数字控制 数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控 镗床和 - 7 - 数控坐标镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控车床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。 连续轨迹控制（或称轮廓控制）能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控 车床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 控机床 的 伺服机构 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽 调速交流电动机和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。 闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。 控机床 的 关键零部件 为了保证机床具有很大的工艺适应 性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。 - 8 - 机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。 由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器 ，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。 控机床 的 发展方向 未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔 性制造系统中。 数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，成为先进制造技术中的一项核心技术。数控系统技术的突飞猛进为数控机床的技术进步提供了条件。当前，数控机床的发展主要体现为以下几方面： (1) 高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速 片、 片、多 制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速 高精高效化已大大提高。 (2) 柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发 - 9 - 挥群控系统的效能。 (3) 工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复 合加工。数控技术轴，西门子 880 系统控制轴数可达 24 轴。 (4) 实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。 控机床的工艺范围及加工精度 艺范围 数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、 盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。 工精度 由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围 - 10 - 要比数控车床要宽得多。 由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以车代磨。 数控车 床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控车床还适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选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。 由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。 数控车床所能车削的螺纹类型相当有限 ，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干导程的螺纹。而数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹，而且能车变螺距螺纹，还可以车高精度螺纹。 控机床的经济分析 将数控机床设计成数控机床 , 是许多机械生产厂家在没有大量资金投入的情况下所走的设备技术设计之路 1 经济型数控机床设计方案不同 1 得到的经济效益也不同 1 针对常德纺织机械厂提出的经济型数控车床设计的技措任务 , 结合其它厂家以往数控车床设计的经验教训 , 我们开展了深入细致的调研工作 , 特别是对沈阳第一机床厂的数控车 床进行了熟悉了解 , 下面分析经济型数控车床设计的价值效益 经济型数控车床设计方案初探 数控系统及电气控制部份 : 目前我国生产经济型数控系统的厂家有 70 余家 , 知名的有常州宝马集团公司 列 , 北京航天数控集团 , 南京大方数控公司 J 385 系列等 1 这些厂家在研制数控系统时都从系统功能、可靠性、操作宜人性等方面作了大量工作 ,克服了单板机 801(统的缺点 , - 11 - 从而促进了我国经济型数控系统的技术发展 ,为经济型数控机床的生产和设计打下了良好的基础 1 沈阳一机厂在研制 6150 时选用了多家系统 , 经过了长时间的反复考验、筛选 , 最后选用了重庆巴山仪器厂 2385 - 统 1 该系统性能较好 , 可靠性高 , 具有细分斩波先进技术 , 有良好的性价比 1 步进电机选择了华中理工大学试验工厂产品 , 切削扭矩大 , 这方面是值得我们借鉴的 1 机床电气控制还需考虑 : 主轴马达启停、变速控制、转塔刀架、冷却泵等控制 1 保证机床可靠性 , 此处不可忽视 , 须有一定的投入 1212 主轴系统 : 一般经济型数控车床设计主轴系统是较困难的或根本不加设计 , 这势必影响机床主轴速度控制的自动化程度 , 并且复 杂工艺零件加工的适应性差 , 这是不可取的 1常纺机厂车床设计可以考虑以下两种方案 : (1) 按沈阳一机厂方案 , 即保留一级手柄三档变速操作 , 另加每档位四档自动变速 , 用系统 S 指令控制 , 即 加上手动共 3 4 = 12 级主轴速度 , 如此设计需增加双速电机一台 615/ 8 电磁离合器两只 , 机械结构也需作部分设计 1 (2) 选用变频器控制主轴速度 , 原机床主轴电机保留 , 主轴手动变速取消 1 可以考虑高低档齿轮变速 , 通过电磁阀启动切换 , 全部变速系统 S 指令控制 , 但数控系统需选用南京大方公司 J 21T 数控系统 , 具有 12 级 S 指令 , 此方案主轴变速自动化程度更高 , 但费用也相应高些 , 若典型加工零件四档自动变速可以满足工艺要求 , 则考虑方案(1) 性价比更高些 1213 进给系统 : 对于数控机床 , 进给系统是非常关键的 1 它直接影响机床的定位精度以及零件的加工精度 ,除了数控系统及伺服系统的有效保证外 , 机械执行机构的合理选择和设计不容忽视 1 首先是螺旋传动 , 数控车床采用数控丝杆 , 主要缺点是精度差 , 间隙小 , 且传动机械效率低 , 一般仅为 g = 50 %左右 , 即使用于精度要求不高的机床也 容易造成步进电机丢步或机械爬行 1 因此 , 必须采用滚珠丝杆 , 其特点是 : 传动效率高 g = 90 %以上 , 反向间隙小 , 运动平稳 , 传动精度高且保持性好 , 寿命长 , 但设计成本也要增加 , 一味追求数控化而忽视数控系统对机械的要求 , 是很不合理的 1 其次机床导轨也不可忽视 , 对原机床导轨要进行检查 , 对磨损部位通过磨削 , 配研予以修复 1 为了减少摩擦力、振动以及爬行 , 增加机床精度保持性 , 可考虑床鞍贴塑即 带 1 最后还须考虑丝杆预拉伸、轴承座、联轴节等机械结合件的设计制造以尽可能减少它们对机械精度的影响 1214 自动转塔刀架 : 一般来说自行设计制造转塔刀架是可以做到的 , 但其结构的合理性 , 加工工艺、安装精度是难以与专业厂家相比的 1 为了提高机床可靠性 , 外购专业厂家 - 12 - 产品很有必要 , 如烟台机床附件厂、瓦房店机床附件厂的产品 13 设计车床与成品数控车床的比较 311 机床性能 : 在选用相同数控系统和参照 6150进行设计 , 可以说机床性能将不会有很大差异 1312 机床结构及外观 : 由于 6150 是按数控机床要求设计 , 因此结构合理性超过设计车床 , 其外观美也是设计机床无法达到的 1313 机床精度 : 由于一般厂家加工设备及工艺手段无法与专业厂家相比 , 加之员工素质的影响 , 在刚性、动静摩擦力等诸多方面 , 设计的环节将可能影响机床精度 , 想要达到加工 的零件 , 还有一定距离 1314 机床可靠性 : 沈阳一机厂经三年时间研制开发 , 且又经过两年多时间厂内使用 , 投入了相当的人力、物力 , 不断发现问题、解决问题 , 使 6150 达到了一定的可靠性 1 他们也有过惨痛教训 , 就是用 统改进 100 台数控车床 , 由于可靠性差 , 除少数几台还在使用外 , 其余全部报废或改为数控车床 , 非常类似我厂 的情况 1 虽然我们现在已经认识到可靠性的重要 , 也有一定的措施和把握 , 但与沈阳一机厂相比 , 无论是技术素质上以及投入的人力、物力上均有天壤之别 , 因此可靠性无法与之相比 1315 经济性 : 按 6150 的档次进行设计 , 需外购的装置及部件有 : (1) 经济型数控系统及伺服装置 , 估价 115 万元 2 万元 (2) 主轴双速电机 615/ 8 台 , 估价 0115 万元 012 万元 (3) 滚珠丝杆两根 , 估价 0135 万元 (4) 电磁离合器两只 , 估价 0105 万元 (5) 转塔刀架四工位 4 型 , 估价 013 万元 015 万元 (6) 电气控制柜设计安装 , 估价 013 万元 4 结论 经济型数据控车床设计应根据各厂的具体情况 , 典型零件的加工工艺及精度要求 , 批量大小 , 决定进行设计的程度 1 设计的程度越高 , 机床性能越好 , 加工零件的适应性越强 , 所花费的设计费用也就越大 , 若要求设计车床的性能接近和达到 6150 层次 , 则设计从经济角度来看意义并不太大 , 从机床可靠性方面来看更是得不偿失。 控机床的发展趋向 数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。 高 - 13 - 性 能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。 我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。为了缩小 与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下 6 个方面着力研究： 1加大力度实施质量工程，提高数控机床的无故障率。 2跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展。 3加大成套设计开发能力上求突破。 4发挥服务优势，扩大市场占有率。 5多品种制造，满足不同层次的用户。 6模块化设计，缩短 开发周期，快速响应市场。 数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。 - 14 - 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 体方案比较 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统 及
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号