X5132型铣床Z向工作台进给系统数控改装设计VIP

I 摘要 随着机械制造业的飞速发展， 由于普通铣床效率低，精度不高，已不能满足现代加工的需要，因此对铣床进行数控化改造。 使 改造后的机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度 ;运动副之间的摩擦因数小，传动无间隙 ;功率大 ;便于操作和维修。 本文主要对 式铣床进行数控 化 改造， 主要对工作台 Z 向进给系统 进行改装设计，以机械部分设计为主，以控制系统设计为辅。 在 进给传动系统设计中，全部拆除 除 普通丝杠，换上滚珠丝杠。 经过两级齿轮减速由步进电机将运动和动力传到滚珠丝杠。 电气部分主要对于控制系统，主要针对经 济型数控铣床的设计，这里采用步进电机开环控制，计算机系统采用高性能价格比的 列单片扩展系统，主要进行中央处理单元的选择、存储器扩展和接口电路设计等。 本次完成了进给 系统 的相关设计问题，能满足数控 铣床 加工相关零件的要求，同时该机床也有较好的性价比， 因此 将旧的普通 铣床 改造经济型数控 铣床 ,具有广泛而积极的现实意义 。 关键词 ： 铣床 滚珠丝杠 数控 改装 of of of so on to of to of no on 5132 to to to is to is In of to of by to in of NC of 1 of on nc to of so nc Nc 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 控机床简介 . 1 义 . 1 内外研究状况 . 1 控改造的意义 . 2 第 2章 数控机床概述 . 4 述 . 4 控机床的定义 . 5 控机床的组成及特点 . 5 控机床的分类 . 7 机械运动轨迹分类 . 7 伺服系统的类型分类 . 8 按联动轴数分类 . 11 控铣床简介 . 12 类 . 12 . 13 控未来发展的趋势 . 13 续向开放式、基于 . 14 精度化和智能化方向发展 . 14 第 3 章 改造总体方案的确定 . 16 . 16 体方案确定 . 16 械传动部件的选择 . 16 制系统的选择 . 18 制总体方案图 . 18 第 4章 机械部分数控改造和设计计算 . 20 . 20 . 21 珠丝杠副传动的概述 . 21 珠丝杠的结构形式、型号及支承形式的选用 . 22 珠丝杠副的结 构形式 . 22 珠丝杠副的型号 . 24 珠丝杠副支承的选择 . 25 珠丝杠副轴承的选用 . 26 珠丝杠的计算和校核 . 27 作负载的计算 . 28 珠丝杠的寿命计算 . 28 . 29 . 30 . 30 . 31 . 31 . 32 . 33 . 33 . 35 第 5 章伺服系统的选择计算 . 36 . 36 . 36 . 36 . 40 刚性调整法 . 40 柔性调整法 . 42 第 6章控制系统设计 . 45 制控制系统结构框图 . 45 V 择中央处理单元（ 类型 . 46 储器扩展电路设计 . 48 序存储器的扩展 . 48 据存储器的扩展 . 49 （逐点比较法直线插补） . 52 他辅助电路 . 53 结论 . 54 参考文献 . 55 致谢 . 56 外文科技资料翻译 . 57 英文原文 . 57 中文译文 . 67 附录 加工实例数控铣床典型零件 . 75 附录 图纸列表 . 77 第 1 页 共 77 页 第 1 章 绪论 题背景 控机床简介 随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产要求，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种 机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。具体地讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件相对运动，加工出所需要的零件的机床，即为数控机床。 题研究的目的、意义 众所周知，设备是企业生产技术发展和实现经营目标的物质基础，设备的技术性能和技术状况的好坏，直接影响到企业 的产品质量和经济效益。设备的技术改造和更新速度又直接影响企业技术进步、产品开发和市场开拓后劲。因此，加快设备更新和改造，以提高企业在国内、外市场的竞争力，是 企业的一项重大战略任务 更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，在国外己形成一定规模和市场，涌现出了许多专门从事机床改造的公司。国外旧机床改造费用大约为同类型新机床价格的 60%，尽管费用较高，但由于机床改造后使用效果好，所以仍然受到机床用户的欢迎 。 因此我们决定对现有设备进行机床数控化改造。 内外研究状况 当今世界，工业发达国家对机床工业高 度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竟争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在 20世纪 80年代以后加速 发展，各方用户提出更多需第 2 页 共 77 页 求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。较著名的控制系统有 :日本 列、 列、日立系列、德国 国 列， 国 列、意大利 班牙 士的 产系列等在美 国，日本和德国等发达国家，它们将机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业 称为机床再生 (。从事再生业的著名公司有 :宝服务集团、 美国得宝公司己在中国开办公司。在日本机床改造业称为机床改装 (。从事改装业的著名公司有 :大限工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。赶上计算机体系结构前进的步伐、加快数控系统的开发速度，已成为数控发展的最主要趋势。以第四代计算机的工程结构和微电子工艺技术为基础，充分利用现有微机的硬件、软件资 源，发展总线式、模块式、开放型、嵌入式的柔性数控系统，使之即适合加工复杂零件、分立式机床用的数控系统的组成，又适合未来自动化升级时功能可扩展的要求 控改造的意义 数控机床可以很好的形状复杂，精密，小批，多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产效率。 应用数控机床还受到其他方面的影响： 中小企业是心有余而力不足。 且旧的机床闲置起来又会造成浪费。 购新数控机床的交货周期 比较长，往往不能满足生产急需。 机床数控化改造的优越性 第 3 页 共 77 页 5 数控机床比传统机床有突出的优越性，而且这些优越性均来白数控系统中计算机的作用。 6 面等复杂的零件。 7 率可比传统机床提高 3到 7 倍。传统机床靠凸轮或挡块等可实现“刚性自动化”，且只有进行大批量生产时，才经济合算 ;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，从而使单件和小批生产得以白动化，故称之为“柔性自动化” 8 加工的零件精 度高，尺寸分散度小，装配容易，不再需要“修配”。这是由于加工过程自动化，不受人的情绪和疲劳影响的结果。计算机还可以自动进行刀具寿命管理，不会因刀具磨损而影响工件精度和其一致性。数控系统中增加的机床误差、加工误差修正补偿的功能，使加工精度得到进一步提高。 少零件在机床间的频繁搬运。这是自动化带来的效果 (可以自动换刀 )，如加工中心，在工件装夹好后，可实现钻、铣、攻丝、扩孔等多工序的加工。这些多工序是在同一基面、同一次装夹下实现的，提高了相关的加工精度。现已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。 10. 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看管加工。 省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，并可对市场需求做出快速反应。 更好的解决上述问题，应走普通机床的数控改造之路。从美国，日本等工业化国的经验看，机床的数控改造也必不可少，数控改造机床占有较大的比例。如日本的大企业中有 26%床经过数控改造，中小企业则占有 74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供机床数控化改造服务，因此，普通机床 的数控改造不但有存在的必要，而且大有可为。而且对一些中小企业更是如此。 第 4 页 共 77 页 第 2 章 数控机床概述 述 数控机床具有高精度、高效、高速、高可靠性等优点，并且机床结构趋于模块化、数控功能专门化。数控机床是集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体的典型的机电一体化产品。它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式、使世界制造业的格局发生了巨大的变化 。 数控技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过 程数控化，已成为当今制造业的发展方向。我国是世界上机床产量最多的国家，但在数控机床的产品竞争力仍然处于较低的水平。因为开发一台新的数控机床的周期比较长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。为此我们应该在普通机床上考虑，不能一味的大量添置全新的数控机床，这样会造成资金投资量大，成本高，而且又会造成原有设备闲置浪费。把普通机床改造为数控机床不失为一条提高数控化率的有效途径。普通机床数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。这种机床改造花费少，改造针对 性强，时间短，改造后的机床大多能克服原机床缺点和存在的问题，生产效率高，尤其适合中国机床拥有量大、生产规模小的具体国情 。 微观上看，数控机床比传统机床有突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。数控机床可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住 和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。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，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不第 5 页 共 77 页 再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。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看管加工。由以上五条派生的好处，如 :降低了工人的劳动强度，节省了劳动力 (一个人可以看管多台机床 )，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作 出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行 控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在 70年代末、 80年初己开始大规模应用数控机床。其本质是采用信息技术对传统产业 (包括军、民机械工业 )进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、 包括在产品开发中推行 拟制造以及在生产管理中推行 理信息系统 )、。以及在其生产的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 )，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竟争力大为增强。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。 控机床的定义 数控即数字控制 (数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。 数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表 示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。 实际上，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。所以说数控机床是最典型的机电一体化产品。 控机床的组成及特点 1. 数控机床的组成 数控机床主要由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成，如图 2 其中，存储介质用于记载机床加工零件的全部信息。如零件加工的工艺过第 6 页 共 77 页 程、工艺参数、位移数据、切削速度等。常用的存 储介质有磁带、磁盘等。也有一些数控机床采用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接输入或通过串行接口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。在计算机辅助设计与计算机辅助制造 (成系统中，加工程序可不需要任何载体而直接输入到数控系统。 图 2控机床的组成 数控装置是控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接收程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接收的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标控制的伺服系统。 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成， 是数控系统的执行部件。它的基本作用是接收数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行部件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。 通常数控系统由数控装置和伺服系统两部分组成，各公司的数控产品也是将两者作为一体的。 机床主体也称主机，包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、滑鞍、工作台 (刀架 )、导轨等。数控机床与普通机床不同，它的主运动和各个坐标轴的进给运动都是由单独的伺服电动机驱动，所以它的传动链短、结构比较简单。为了保证数控机床的快速响应特性，在数控机床上还普遍采用精密滚 珠丝杠副和直线滚动导轨副。在加工中心上还配备有刀库和自动换刀装置。同时还有一些良好的配套设施，如冷却、自动排屑、自动润滑、防护和对刀仪等，以利于充分发挥数控机床的功能。此外为了保证数控机床的高精第 7 页 共 77 页 度、高效率和高自动化加工，数控机床的其他机械结构也产生了很大的变化。本次设计即主要完成机床主体部分的设计。 2. 数控机床的特点 数控机床与普通机床加工零件的区别，在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床由工人手工操作来加工零件。在数控机床上只要改变控制机床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。由于是一种程 序控制过程，数控机床相应形成了以下几个特点。 （ 1） 采用数控机床可以提高零件的加工精度、稳定产品的质量。因为数控机床按照预定的加工程序进行加工，加工过程中消除了操作者人为的操作误差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度还可以利用软件来进行校正补偿，因此可以获得比机床本身所能达到的精度还要高的加工精度及重复定位精度。 （ 2） . 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的具有复杂曲面的零件的加工。因此它在航空航天、造船、模具等加工业中得到广泛应用。 (3). 采用数控机床比普通机床可以提高生产效率 2 3 倍，尤其是对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。 (4). 可以实现一机多用。一些数控机床将几种普通机床功能合一，加上刀库与自动换刀装置构成加工中心，如果能配置数控转台或分度转台，则可以实现一次安装、多面加工。 (5). 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。 控机床的分类 数控机床种类很多，规格不一，人们从不同的角度对其进行了分类。 机械运动轨迹分类 数控机床按其刀具与工件相对运动的方 式 ，可以分为 点 位控制、直线控制和轮 廓 控制。 如图 2示，点位控制是指数控系统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、数控镗床和数控坐标镗床等 。 第 8 页 共 77 页 2. 直线控制数控机床 如图 2示，点位直线控制是指数控系统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。采用这类控制的有数控 铣床 、数控车床和数控磨床等。 图 2点位控制钻孔加工示意图 现 代组 合 机床采用数控技术，驱动各种动 力头 、多轴 箱 轴向进给 钻 、 镗 、 铣等加工，也算是一种直线控制数控机床。直线控制也称为单轴数控。 3. 轮廓控制数控机床 亦称连续轨迹控制，如图 2示，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 制的有数控 铣床 、数控车床、数控磨床和 加工中心 等。 现代数控机床绝大部分都具有两坐标或两坐标以上联动的功能，除此之外还具有刀具半径补偿、刀具长度补偿、机床轴向运动误差补偿、丝杠螺距误差补偿、齿侧间隙误差补偿等一系列功能。 伺服系 统的类型分类 1. 开环伺服系统数控机床 开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统，由步进电机驱动线路和步进电机组成。数控装置经过控制运算发出脉冲信号，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。 如图 2示。 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 ，多用第 9 页 共 77 页 于对 旧 机床的数控化 改 造。 图 2线控制切削加工示意图 图 2廓控制铣削加工示意图 2. 闭环伺服系统数控机床 闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测 装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才 停止移动，达到精确定位的控制系统。 图 2示为 闭环 伺服系统。 这 类 数控机床可以 消除 由于传动部件制造中 存 在的精度 误差 给工件加工带来的 影 响，从而 得 到 很高 的精度。 但 是由于 很 多机械传动 环节 包括在 闭环 控制的环路内 ，各部件的 摩擦 特性、 刚 性以及 间隙 等都是 非 线性量，直接 影 响到伺服系统的 调节 参数。 因此 ， 闭环 伺服系统的设计和 调整 都 非 常 困难 。 图 2环伺服系统 第 10 页 共 77 页 图 2环伺服系 统 闭环 伺服系统的 优点 是精度 高 。 但 其系统设计和 调整困难 、结构 复杂 、成本高 ，主要用于一些精度要 求很高 的 镗铣 床、 超 精密 车 床、 超 精密 铣 床、加工中心等。 3. 半闭环伺服系统数控机床 这 类 数控机床采用 安 装在进给丝杠或电动机 端头 上的转 角测 量 元 件 测 量丝杠旋 转 角 度，来 间 接 获得 位置 反馈 信息。图 2示为 半闭环 伺服系统。 图 2闭环伺服系统 这种系统的 闭环环路内 不包括丝杠、 螺母 副及工作台， 因此 可以 获得稳 定的控制特性。而 且 由于采用了 高 分 辨率 的 测 量 元 件，可以 获得 比较 满意 的精度及速度。 大 多数数控机床采用 半闭环 伺服系统， 如数控 车 床、数控 铣 床、加工中心等。 4混合控制数控机床 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。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附第 11 页 共 77 页 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 ，如图 2示 。 （ 2）半闭环补偿型。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。 如图 2示， 其中 A 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。 图 2环补偿型控制方式 图 2闭环补偿型控制方式 按联动轴数分类 数控系统控制几个坐标轴按需要的函数关系同时协调运动，称为坐标联动，按照联动轴数可以分为： 1. 两轴联动 数控机床 能同时控制两个坐标轴联动，适于数控车床加工旋转曲面或数控 铣床 铣削平面轮廓。 2. 两轴半联动 在两轴的基础上增加了 Z 轴的移动，当机床坐标系的 X、 Y 轴固定时， Z 轴可以作周期性进给。两轴半联动加工可以实现分层加工。 3. 三轴联动 数控机床 能同时控制三个坐标轴的联动，用于一般曲面的加工，一般的型腔模具均可以用三轴加工完成。 第 12 页 共 77 页 4. 多坐标联动 数控机床 能同时控制四个以上坐标轴的联动。多坐标 数控机床 的 结构复杂，精度要求高、程序编制复杂，适于加工形状复杂的零件，如叶轮叶片类零件。 通常三轴机床可以实现二轴、二轴半、三轴加工；五轴机床也可以只用到三轴联动加工，而其他两轴不联动。 控铣床简介 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； 将对数控机的可靠性、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盖，数控技术的应用颔域日益扩大。 数控铣床是在数控加工中心领域中最具代表性的一种典型机床，在数控机床中所占的比率最大，数控加工中心、柔性制造单元等都是数控铣床基础上派生或发展起来的。它具有功能性强、加工范围广、工艺较复杂等点，主要用于各种复习的平面、轮廓、曲面等零件的铣削加工，同时还可以进行钻、扩、镗、攻螺纹等加工，在航空航天、汽车制造、机械加工和模具制造业中应用非常广泛。 控铣床的组成及 分类 数控铣床一般由数控系统、机床基础部件、主轴箱、进给伺服 系统及辅助装置等几大部分组成。 1. 数控系统 数控系统是机床运动控制的中心，通常数控铣床都配有高性能、高精度、集成软件的微机数控系统，具有直线插补、圆弧插补、刀具补偿、固定循环、用户宏程序等功能，能完成绝大多数的基本铣削以及镗削、钻削、攻螺纹等循环加工。 2. 机床基础部件 通常是指底坐、立柱、工作台、横梁等，是整个机床的基础和框架。 3. 主轴箱 包括主轴箱和主轴传动系统，用于装刀具并带动刀具旋转、主传动大多采用专用的无级调速电动机驱动。 第 13 页 共 77 页 4. 进给伺服系统 由进给电动机和进给执行机构组成，按照程序设定 的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，其主轴垂直方向进给运动及工作台的横向和纵向进给运动均由各自的交流伺服电机来驱动。 5. 辅助装置 包括液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 数控铣床品种繁多，规格不一， 可按通用铣床的分类方法分为以下 三 类 ： (1) 数控立式铣床 ： 数控立式铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围也最广。目前三坐标数控立式铣床占数控铣床的大多数，一般可进行三轴联动加工 。 (2) 卧式数控铣床 ： 卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式 数控铣床通常采用增加数控转台或万能数控转台的方式来实现四轴和五轴联动加工。这样既可以加工工件侧面的连续回转轮廓，又可以实现在一次装夹中通过转台改变零件的加工位置也就是通常所说的工位，进行多个位置或工作面的加工。 (3) 立卧两用转换铣床 ： 这类铣床的主轴可以进行转换，可在同一台数控铣床上进行立式加工和卧式加工，同时具备立、卧式铣床的功能。 床的用途和工艺特点 铣床是用铣刀进行切削加的机床 ,铣床的加工情况如图 1铣床上，用不同铣刀可以对平面、斜面、沟槽、台阶、 尾槽等表面进行加工， 另外配上分度头或回转台还可以加工齿轮、螺旋面、花键轴、凸轮等各种成型表面。故铣床的万能性强，应用范围很广。铣床的主参数是工作台面宽度及长度。 铣床的工艺特点如下： (1) 铣床的主轴带动铣刀作旋转主运动； (2) 铣刀是多齿、多刃连续进行切削； (3) 多数铣床由工作台带动工件作直线进给运动； (4) 铣刀在切削时，每个刀齿的切削过程是断续的，同时参加切削的齿数是变化的，每个刀齿的切削厚度也是变化的，因此容易引起机床振动； (5) 铣削时，铣刀同时参加切削的齿数较多，便于采用较大的铣削速度和进给给量，因而生产 效率高。 控未来发展的趋势 第 14 页 共 77 页 续向开放式、基于 第六代方向发展 基于 具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用 作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。 所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。 高速化、高精度化和智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不 图 2床上的典型工作 断提高。 第 15 页 共 77 页 1. 应用自适应控制技术 数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。 2. 引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 3. 引入故障诊断专家系统 4. 智能化数字伺服驱动装置 可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。 第 16 页 共 77 页 第 3 章 改造 总体方案的确定 计参数要求 ，工作台垂直方向的行程为 300作台及夹具工件的重力垂向为 9800N，工作台快速移动速度垂向为 改造后垂向快速移动速度为 图 3体方案确定 械传动部件的选择 第 17 页 共 77 页 设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量 小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足 动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信 号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (称为“步距角” )，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的 而达到准确定位的目的 :同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差 (精度为 100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机。开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精 度要求不太高的场合得到广泛应用。 考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机 (永磁式步进电机 (合式步进电机 (单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 5度。反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化