xa5032数控改造设计

摘要 机床是机械制造业的重要基础设备，它的发展一直引起人们的高度关注，由于计算机技术的发展，促使机床的控制信息出现了很大的突破。现代数控机床是应用数字化计算机技术进行柔性自动化控制的新一代机床，是未来工厂自动化的基础。旧机床数控化改造范围大、潜力大、投资少、见效快，已经成为适合我国国情，促进制造业技术进步的重要手段。因此，数控系统改造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，通过对旧机床的分析，结合机床改造的总体思想，提出了数控化改造的技术方案和新数控系统的选型配置方案 ;针对 旧机床的要求，进行了传动系统的重新设计，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。 本机床改造后将会展示出强大的功能、稳定的性能，在投资比较少的情况下，既能满足生产加工的需求，又能提高机床的自动化程度。是一次有益的尝试。 关键词： 床 ;改造 ;数控系统。 he is of of NC is an to of is to is is is it is to a by NC NC on of to of of NC to of of of of of of it to of it of its a 目录 摘要 . I . 录 . 一章 绪论 . 1 数控机床的历史和现状 . 1 数控机床的发展趋势和研究方向 . 3 高速度、高精度化 . 4 功能化 . 6 能化 . 7 控系统小型化 . 8 控编程自动化 . 8 高的可靠性 . 9 床数控化改造的必要性 . 9 第二章 机床改造的任务及总体思想 . 12 床改造的总体任务 . 12 动系统方案确定 . 12 服系统的选择 . 12 动方式的选择 . 13 控系统软硬件总体设计 . 14 控系统硬件结构 . 14 控系统软件结构 . 15 第三章 进给伺服系统传动计算 . 17 定系统脉冲当量 . 17 削力的确定 . 17 算进给牵引力 . 18 算最大动负载 C . 18 动效率计算 . 20 度计算 . 20 给伺服系统传动计算 . 21 定传动比 . 21 轮参数的计算 . 21 进电机的计算和选用 . 22 动惯量的计算 . 22 机力矩的计算 . 23 进电机的选择 . 26 结论 . 28 参考文献 . 1 致谢 . 3 第一章 绪论 数控机床的历史和现状 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。 采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早是 1948年由美国帕森斯公司研制的，当时在美国北密执安的一个小 型飞机承包商派尔逊斯公司在制造飞机框架和直升飞机的机翼叶片时，利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，并考虑了刀具半径对加工路径的影响，使得加工精度达到 1在当时水平是相当高的。 1952年美国麻省理工学院与帕森斯公司合作成功地研制出一台 3坐标联动的试验型数控铣床，这是公认的世界上第一台数控机床，当时的电子元件是电子管。 1959年，开始采用晶体管元件和印制线路板，出现了带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心 . 从 1960年开始，其他一些工业国家，比如德国、日本等也陆续开 发生产出了数控机床。 1965年，数控装置开始采用小规模集成电路，使数控装置的体积减小，功耗降低，可靠性提高 1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最初的柔性制造单元。 1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了用小型计算机控制的数控机床。这是第一台计算机控制的数控机床。 1974年，微处理器直接用于数控系统，促进了数控机床的普及应用和数控技术的发展。 80年代初，国际上出现了以加工中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检测装置的柔性制造单元。 柔性制造系统和柔性制造单元被认为是实现计算机集成制造系统的必经阶段和基础。 我国从 1958年开始研究数控技术，直到 60年代中期处于研制、开发阶段。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。 60年代初到 70年代初研制成功 70年代开始，数控技术在车、铣、钻、锉、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。但由于电子元器件的质量和制造工艺水平低，致使数控系统的可靠性、稳定性问题没有得到解决，因此未能广泛推广。这一时期，数控 线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。 80年代我国先后从日本、美国等国家引进了部分数控装置和伺服系统技术，并于 1981年在我国开始批量生产。在此期间，我国在引进、消化吸收的基础上，跟踪国外先进技术的发展，开发出了一些高档的数控系统，如多轴联动数控系统、分辨率为 字仿形系统、为柔性单元配套的数控系统等。为了适应机械工业生产不同层次的需要，我国开发出了多种经济型数控系统，并得到了广泛应用。现在，我国已经建立了中、低档数控机床为主的产业体系， 90年代主要 发展高档数控机床。 数控机床的发展趋势和研究方向 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 第二代数控：从 1959年开始采用晶体管电路的 第三代数控：从 1965年开始采用小、中规模集成电路的 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。 随着科学技术的发展，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、伺服系统、主轴驱动、机床及结构等提出了更高的性能指标。随着 将对数控机床的可靠性、通讯功能、人工智能和自适应控制等技术提出了更高的要求。随着微电子计算 机技术的发展，数控系统性能日益完善，数控技术应用领域日益扩大。当今数控机床正在不断采用最新技术成就，朝着高速度化、高精度化、多功能化、智能化、系统化与高可靠性等方向发展。 高速度、高精度化 速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品的质量，特别是在超高速切削、超精密加工技术的实施中，它对机床各坐标轴位移速度和定位精度提出了更高的要求 :另外，这两项技术指标又是互相制约的，也就是说要求位移速度越高，定位精度就越难提高。现代数控机床配备了高性能的数控系统及伺服系统，分辨率可达到 实现更高速度、更高精度的指标，自前主要在下述几方面采取措施和进行研究。 （ 1）数控系统。采用位数、频率更高的微处理器，以提高系统的基本运算速度。目前己由 8位 6位和 32位 向 64位 率已由原来的 56202提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。 (2) 伺服驱动系统。随着超高速切削、超精密加工等先进工艺的提出，使得在旋转伺服电动机加滚珠 丝杠的传统机械进给机构已无法实现。为此采用直线电动机直接驱动机床工作台的零传动直线伺服进给方式，将极大地提高机床直线进给的各项伺服性能指标， 特别是高速度和动态响应特性是以往任何伺服机构无法比较的。 (3) 前馈控制技术。过去的伺服系统是将位置指令值与所检测到的实际值比较，所得的差乘以位置环的增益，其积再作为速度指令去控制电动机。由于这种控制方式总是存在着位置跟踪滞后误差，即当进给速度为 伺服系统的最终滞后位 F/G，这使得在加工拐角及圆弧切削时加工精度恶化。所谓前馈控制，就是在原来的控制系统上加上速度 指令的控制方式，这样将使位置跟踪滞后误差大大减小，以改善拐角切削加工精度。 (4) 机床动、静摩擦的非线性补偿控制技术。机床动、静摩擦的非线性会导致机床爬行。除了在机械结构上采取措施降低静摩擦外，新型的数控伺服系统具有自动补偿机械系统动、静摩擦非线性的控制功能。 (5) 伺服系统的速度环和位置环均采用软件控制。由于采用软件控制具有较高的柔性，适应不同类型的机床对不同精度及速度的要求，进行加、减速性能的调整，并能实现复杂的控制算法，以满足高性能控制的要求。 (6) 采用高分辨率的位置检测装置。如高分辨率的脉冲 编码器，内 装微处理器组成的细分电路，使得分辨率大大提高。 (7补偿技术得到发展和广泛应用。现代数控机床利用计算机控制系统的软件补偿功能对伺服系统进行多种补偿，以提高机床的位置精度和动态伺服性能，如轴向运动定点误差补偿、丝杠螺距误差补偿、齿轮间隙补偿、热变形补偿和空间误差补偿等。 (8) 高速大功率电主轴的应用。由于在超高速加工中 统的齿轮变速主传动系统已不能适应其要求。为此，采用了所谓内装式电动机主轴，简称电主轴。它是采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，即采用外 壳电动机，将其空心转子直接套装在机床主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体内，即机床主轴单元的壳体就是电动机座。实现了变频电动机与机床主轴一体化，以适应主轴高速运转的要求。 (9) 超高速切削刀具的应用。为适应超高速加工要求， 目前陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。 (10) 配置高速、强功能的内装式可编程控制器 (称 以提高 足数控机床高速加工的要求。新型的 本指令执行时间达 0. 2，可编程步数可扩大到 16000步以上。利用 够满足数控机床运行中的各种实时控制要求。 功能化 (1) 数控机床采用一机多能，提高了设备利用率。配有自动换刀机构的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、锉削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹，甚至磨削等多种工序的加工。工件一经装夹，各种工序和工艺加工过程集中到同一台设备上完成，从而避免了工件多次装夹所造成的定位误差，确保零件的形位公差，减少装夹辅助时间，减少设备台数和占地面积。为了进 一步提高工效，现代数控机床采用了多主轴、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，如各类五面体加工中心。 (2) 前台加工、后台编辑的前后台功能。现代数控系统采用了多 以在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的前台加工后台编辑 时利用数控系统的键盘和 利用 行程序的调试和修改，以充分提高工作效益和机床利用率。 (3) 具有更高的通 信功能。为了适应 般的数控系统都具有 以按照用户级的格式要求，同上一级计算机进行多种数据交换。高档的数控系统应有的 以实现几台数控机床之间的数据通信，也可以直接对几台数控机床进行控制。现 代 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，满足不同厂家不同类型数控机床联网的需要，采用了 在已经实现了 本，为现代数控机床进入 工 能化 (1) 引进自适应控制技术。自适应控制的目的是要求在随机变化的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，己达到或接近最佳工作状态。由于在实际加工过程中，大约有 30余种变量直接和间接影响加工效果，如工件毛坯余量不匀、材料硬度不一致、刀具磨损、工件变形、机床热变形、化学亲和力的大小、切削液的粘度等，难以用最佳参数进行切削。而自适应控制系统则能根据切削条件的变化，自动调节工作参数，如伺服进给参数、切削用量等，使加工保持最佳 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。 (2) 故障自诊断、自修复功能。主要是利用 在整个工作状态中，系统随时对 查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并通过了示发生故障的部位、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，以确保在无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，最近又提出了人工智能专家诊断系统，它主要由知识库、推 理机和人机控制器三部分组成。 (3) 刀具寿命自动检测更换。利用红外、声发射、激光等各种检测手段，对刀具和工件进行监测。发现工件超差、刀具磨损、破损，进行及时报警、自动补偿或更换备用刀具，以保证产品质量。 (4) 进行模式识别技术。应用图像识别和声控技术，使机器自己辨认图样，按照自然语音命令进行加工。 控系统小型化 数控系统体积小型化便于将机、电装置融合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印制电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度的安装，可以较大的缩小了系统的占有空间。此外，用新 型的 替传统的阴极射线管 可使数控操作系统进一步小型化。这样可更方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。 控编程自动化 由于微处理机的应用，使数控编程从脱机编程发展到在线编程，实现了人机对话，给程序编辑、调试、修改带来了极大的方便。并进一步采用了前台加工后台编辑的前后台功能，使数控机床的利用率得到更大的发挥。随着计算机应用技术的发展，目前 是利用 动生成 现 着 前又出现了 与 接从系统内的 外，还出现了测量、编程、加工一体化系统。它是通过激光快速扫描成型系统、三坐标测量机等对样机零件进行测量，并把所测得数据直接送入计算机内，一方面通过 一方面通过数控自动编程系统，将其处理生成 后通过通信接口送入数控机床，进行控制自动加工。 高 的可靠性 数控机床工作的可靠性是用户最关注的主要指标，它主要取决于数控系统和各伺服驱动单元的可靠性，为提高可靠性，目前主要在以下几个方面采取措施。 (1) 提高系统硬件质量 用大规模和超大规模的专用机混合式集成电路，以减少元器件的数量，精简外部连线和降低功耗，对元器件进行严格筛选，采用高质量的多层印制电路板，实行三维高密度安装工艺，并经过必要的老化、振动等有关考机试验。 (2) 模块化、标准化和通用化。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构模块化、标准化和 通用化，既提高了硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。 (3) 增强故障自诊断、自恢复和保护功能。通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种自诊断程序，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，对重要部件采取冗余设计，以实现故障自恢复 ;利用各种测试、监控技术，当产生超程、刀损、干扰、断电等各种意外事件时，自动进行相应的保护。 床数控化改造的必要性 从微观上看数控机床相对传统机床有以下突出的优越性。这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的特性。 (1) 可以加工出传统机床无法加工的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机可以瞬时准确地计算出每个坐标轴的运动量，就可以复合成复杂 的曲线和曲面。 (2) 可实现加工的自动化，且是柔性自动化，效率比传统机床提高 3算机可以将输入的程序记忆和存储，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。传统机床可以靠凸轮或挡块等实现自动化，称之为刚性自动化。但凸轮制造及调整比较费时，只有进行大批量生产时才经济合理。而数控机床只要更换一个程序就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批量生产得以自动化，称之为“柔性自动化”。 (3) 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运是自动化带来的效果 (可以自动更换刀具 )。如加工中心在工件装夹后，可实现钻、铣、铿、攻丝、扩孔等多工序的加工。现在己出现其他工序集中的机床、如车削中心、车铣中心、磨削中心等。 (4) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。加工过程自动化，不受人的情绪高低和疲劳因素的影响。计算机还可以自动进行刀具寿命管理，不会因为刀具磨损 而影响工件精度和一致性。此外数控系统中增加了机床误差、加工误差修正补偿的功能，使加工精度得到进一步提高。 (5) 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人加工。在配备多种传感器条件下，工人只工作 8小时，而机床可工作24小时，劳动生产率的提高和生产周期的缩短等效益是非常明显的。 此外，机床数控化还是推行 性制造单元 )、 性制造系统 )以及算机集成制造系统 )等企业信息化改造的基础。 从宏观上看，在 70年代末、 80年代初工业发达国家的军、民机械工业己开始广泛应 用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业 (包括军、民机械工业 )的技术改造，除采用数控机床外、还包括推行 理信息系统 )、 算机集成制造系统 )。以及在其产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造 (称之为信息化 )，最终使得产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强，而我国在信息技术改造传统产业方面比发达国家落后约 20年，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性和迫切性。 从 20世纪 80年代 开始，我国的数控机床在引进、消化国外技术的基础上，进行了大量的开发工作，到 1995年底，我国数控机床的可供品种己超过 300种，其中数控车床占 40%以上。但是大型卧式锉铣床由于其精度高，加工零件曲线的不规则，对数控系统及机床结构等方面要求都高，目前国内的大部分均采用昂贵的进口设备。 第二章 机床改造的任务及总体思想 床改造的总体任务 床主要用于对中小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工，这些零件的加工工艺要求机床应完成的工作内容有： 控制主轴正反转和实现其不同切削速度的主轴变速；刀架能实现纵向 和横向的进给运动，并具备在换刀点自动改变四个刀位完成选择刀具；冷却泵、润滑泵的启停；加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个被加工螺纹的螺距或导程。这些工作内容，就是数控化改造数控系统控制的对象。察看 且参照数控车床的改造经验，确定总体改造方案为： 进给伺服系统设计计算：此部分为设计计算部分，用以确定脉冲当量，进给牵引力，选择丝杠螺母副，计算传动效率，确定传动比，选择伺服电机等，并绘制改造后机床的总装配图及箱体。 对于普通机床的数控化改造，在考虑总体设计方案时，应遵循的基本原则 是：在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能的少，以降低成本。 动系统方案确定 服系统的选择 伺服系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。数控机床对伺服系统的要求主要有：可逆运行、调速范围宽、快速响应无超调、低速大转矩、高精度、高稳定性、刚性好等。 伺服系统分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统：设计数控机床改造方案时应准确选择数控系统的控制方式，要根据数控改造后机床所要达到的性能和加工精度统一考虑。 开环控制系统中没有检测反馈装置，数控装置的 控制指令直接通过驱动装置控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统转化成刀架或工作台的位移。这种控制系统由于没有检测反馈校正，位移精度一般不高，但其控制方便、结构简单、价格便宜。 闭环控制系统又称全闭环控制系统，其检测装置安装在机床刀架或工作台等执行部件上，用以直接检测这些执行部件的实际运行位置（直线位移），并将其与 置的指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制。但是，由于很多机械传动环节包含在闭环控制的环路中，各部件的摩擦性，刚性等都是非线性量，直接影响系统的调节参数，因此，闭环系统的设计和调速都有很 大难度。所以，闭环控制系统主要用于精度要求高的场合。 半闭环控制系统，它的检测元件装在电机或者丝杠的端头，通过测量伺服电机的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置（或位移），然后进行反馈控制。由于将丝杠螺母副及机床工作台等大惯量环节排除在闭环控制系统之外，不能补偿他们的运动误差，精度受到影响，但系统稳定性有所提高，调试比较方便、价格也较全闭环系统便宜。 本次改造由于使用步进电机，所以可以选择开环控制系统。 动方式的选择 在设计和改造机床的传动系统时，为满足改造后的数控系统传动精度要求和工 作平稳要求，应努力保证传动系统低摩擦、低惯量、高效率、高刚度。因此在传动系统中注意以下几点： (1) 尽量使用低摩擦高精度的传动元件：如滚珠丝杠螺母副，滚动导轨。 (2) 尽可能采用消隙齿轮减小传动间隙。 控系统软硬件总体设计 在进行数控系统软硬件总体方案设计时，为了使数控系统能够长期、可靠、方便地在工业环镜中运行，需要考虑以下几个方面。 (1) 加强系统可靠性。影响数控系统可靠性的因素很多，硬件规模和硬件的制造工艺水平往往是影响可靠性的关键因素。因此，应选用高性能的 并尽量用软件来实现数控系统的功能。在系统的具体硬件构成上，选用可靠性高的工控 少自制硬件数量。此外，在软件设计、电源选用、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计等方面采用强抗干扰、高可靠性的设计，从而全面提高系统的可靠性。 (2) 提高数控系统的控制精度。数控系统的控制精度是保证机床加工精度的关键。因此，它在数控系统中处于重要位置。如提高数控系统的最小分辨率，使用高精度的步进电机，采用高速高精度插补算法，提高轨迹生成精度 ;增强位置环控制能力 ;增加补偿功能等。 (3) 提高使用方便性。提高 数控编程的方便性，是提高数控系统使用方便性的关键。因此，数控系统除提供全屏幕编辑进行手工编程外，还应该配置自动编程系统，从而大大提高数控编程的速度和智能化程度，大大方便普通用户的使用。另外，因为现代工人都比较熟悉个人计算机，数控系统在操作方面应采用标准计算机键盘或与其兼容的薄膜键盘等输入设备，也可用软盘、移动磁盘、串行通讯、网络系统等输入零件程序。此外，数控系统中应设置仿真功能，便于用户在加工前检查零件程序的正确性。 控系统硬件结构 数控系统的硬件结构一般有大板式结构和模块化结构两种类型，模块化结构 将 储器、输入输出控制、位置检测，显示不见等分别做成插件板，相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。称为功能模块，具有设计简单 ,试制周期短，调整维护方便等优点。 本系统采用模块化结构，由工控 控操作面板 (包括 盘 )、数控接口板卡 (工 /0板， D/和驱动执行机构等组成。 源母板、工控 盘驱动器等。数控操作面板上有液晶显示器和薄膜键盘等。数控接口板卡是计算机与外部执行装置间进行信息交换和转换的通道，对内通过无源母板与工控 外通过屏蔽电缆与驱动执行装置相连接。 该系统的驱动执行环节包括四个子系统 :进给轴控制与驱动子系统 ;主轴控制与驱动子系统 ;开关量控制系统。 主轴控制与驱动子系统的功能包括两方面 :主轴转速的调速控制，以满足宽范围切削速度的要求 ;主轴转角的精确控制，以满足加工螺纹时的主轴与进给轴的联动控制和换刀时的主轴精确定位控制要求。 开关量控制系统完成机床的逻辑顺序运动控制，如主轴起停控制、刀具交换、工件装夹、冷却开关、行程保护等任务。开关量控制系统与其它模块相配合，共同完成机床工作过程的控制。 控系统 软件结构 数控系统软件是一个典型而又复杂的实时多任务系统，能对信息作出快速处理和响应。一个实时控制系统包括受控系统和控制系统两部分。 (1) 数控实时操作系统。它是数控系统软件中的核心子系统，它对系统中的资源进行统一管理，对各任务进行动态调度，协调各模块的高效运行，并辅助完成各任务间的通讯和信息交换。 (2) 信息预处理。该模块完成输入信息译码，完成轨迹插补前的坐标转换和刀补运算。 (3) 轨迹插补。它是数控系统的核心模块，其任务是根据信息预处理给出的希望轨迹和从检测装置获得的实际轨迹信息，实时生成机床各 坐标轴的移动指令，并完成机床运动的加减速控制。 (4) 运动控制。该模块是数控系统的另一核心模块，它根据插补运算结果，通过高速算法对机床各坐标轴进行高精度位置控制，并完成主轴转速与转角的控制任务。 (5) 加工仿真模块。该模块以动画方式对数控加工过程进行动态仿真，从而在加工前检验参数输入正确性和机床运动合理性。 第三章 进给伺服系统传动计算 最大回转直径 630机功率 102000进速度 纵向 向 削速度 纵向 向 位精度 动部件重量 纵向 1200N 横向 800N 加速时间 30床效率 3 床主要技术参数 定系统脉冲当量 车床纵向脉冲当量为 向脉冲当量为 冲。 削力的确定 纵切端面时的主切削力 10595(N) )(264941)(横切端面时的主切削力 )(132441)(529721其中： 。，单位为车床床身加工最大直径 m a x 算进给牵引力 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因此其数值的大小与导轨的类型有关。 纵向采用三角形导轨： )(4 9 3 4)1 2 0 01 0 5 9 5( 4 横向采用燕尾形导轨： )(4080)800132422119( 式中： N）； f 为导轨上的摩擦系数，随导轨形势而不同； 在正常情况下， f 可取如下数值： 燕尾形导轨： K= f 三角形导轨： K=f 算最大动负载 C 选用滚珠丝杠副的直径 须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转 100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴 向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C，计算如下： 纵向： 初选丝杠基本导程 0 。，查表取 Z )(1 2 0 7 54 0 8 0 0 0 01 0 0 063600 ，初选丝杠基本导程横向：查表选择 a 13,25,6 00 均为 231 5 0 0 0,3/12/1m i n/0运转系数见表；），对于数控机床取（为使用寿命）；为丝杠导程，（）；的）。可取最高进给速度进给速度（为最大切削力条件下的其中：运转系数 无冲击状态 般运转 冲击运转 3 运转系数 动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 )( tg 其中： 分。其摩擦角约为滚动摩擦系数摩擦角，滚珠丝杠副的丝杠螺旋升角10,f 纵向：%r c t a na r c t a 横向： %c t a c t a 度计算 滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素：丝杠的拉伸或压缩变形量 1 ： 纵向： )( 3 4 5240 m ）（ 预紧后满足要求)( 横向； 预紧后满足要求)(25(014240m给伺服系统传动计算 定传动比 确定当机床脉冲当量和滚珠丝杠导程确定以后，可以先初选步进电 机的步距角，计算伺服系统的降速比 I 纵向： i 横向： 200 i 轮参数的计算 摸数 。 计 算如下： 纵向：取小圆齿数为 36， 小齿轮： )(221)(7223611大齿轮： )(9624822 横向：取小圆齿数为 18 小齿轮： )(221)(362181