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dvc250-nt 数控 立式 车床 设计

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绪论1.1 数控机床控制系统的组成1 数控机床的组成数控机床 （NC Numerical Control ， 简称数控）：是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。 数控机床由 : 机械，电气，液压，润滑,排屑,等部分组成. 机械包括转塔，丝杠，主轴，尾台，中心架，床体，护罩,刀库，刀塔。 电气包括 :控制系统控制柜，控制柜内有伺服驱动器，变压器,继电器，接触器，输入输出等，显示屏幕，电机，行程开关。 液压包括:液压站，液压泵，各种阀液压表，润滑，润滑泵，润滑管路。 数控机床的加工特点是：精确，快速，适合批量生产,与操作者经验无关,生产效率高，可以加工形状复杂、精度要求高的零件，还有一些普通机床不能或不便加工的零件，装夹定为后能加工多道工序， 加工质量稳定，减轻者的操作劳动强度。数控机床一般由加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置、检测反馈系统以及机床本体组成的。数控机床的工作原理和特点主轴运动和普通车床一样，主轴运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的 70%-80%。基本控制功能是主轴的正反转和停止，可以自动换挡和无级调速；对加工中心和有些数控机床，还要求主轴进行高精度准停和分度功能。进给运动进给运动是数控机床区别于普通机床最主要的地方，用电器驱动代替了机械驱动，数控机床的进给运动是由进给伺服系统完成的。进给伺服系统由进给伺服驱动装置、伺服电动机、进给传动链及位置检测反馈装置组成。一般来说，数控机床功能的强弱主要是取决于计算机数控系统装置，而数控机床性能的优劣，如运动速度与精度主要取决于进给伺服驱动系统。为了保证进给运动的位置精度，我们采取了一些有效的措施。对机械传动链进行预紧和反向间隙调整：采用高精度的位置检测装置；采用高性能的伺服驱动装置和伺服电动机，来提高数控系统的运算速度。输入/输出（I/O）接口数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行准确的控制外，还需要对机床主轴启/停、换向、刀具更换、工件夹紧 /松开以及液压、冷却、润滑、分度工作台转位等辅助动作进行控制。例如，通过对加工程序中的 M 代码指令、机床操作面板上的控制开关及分布在机床各部位的行程开关、接近开关、压力开关等输入元件的检测，由数控系统内的可编程控制器（PLC）进行逻辑运算，输出控制信号驱动中间继电器、接触器、电磁阀及电磁制动器等输出元件，对冷却泵、润滑泵、液压系统和气动系统进行控制数控机床的分类数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：1。按工艺用途分类切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC 等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。2按控制功能分类（1）点位控制数控系统 仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动； 对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工。 适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。（2）轮廓控制数控系统 轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动( 坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。 适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。3按联动轴数分， 2 轴联动（平面曲线） 3 轴联动（空间曲面，球头刀） 4 轴联动（空间曲面） 5 轴联动及 6 轴联动（空间曲面）联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。4。按进给伺服系统的类型分类按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。（1）开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置 进给系统） ，故系统稳定性好 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。 这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。（2）半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代 CNC 机床中得到了广泛应用。（3）全闭环数控系统 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。 从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等数控机床的发展趋势从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求 100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。1 高速度与超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。高速度、超精度加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会(CIRP)将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。特别是在超高速切削、超精密加工技术的实施中，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相互制约的，也就是说要求位移速度越高，定位精度就越难提高。 目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到 50008000m/min 以上；主轴转数在 30000 转/分(有的高达 10 转/分)以上；工作台的移动速度( 进给速度)：在分辨率为 l 微米时，在 100m/min (有的到200m/min)以上，在分辨率为 0.1um 时，在 24m/min 以上；自动换刀速度在 1 秒以内；小线段插补进给速度达到 12m/min。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10um 提高到 5um，精密级加工中心则从 35um，提高到 115um,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(001um)。2 高可靠性随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在 l6 小时内连续正常工作，无故障率在 P(t)99以上，则数控机床的平均无故障运行时间 MTBF 就必须大于3000 小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为 10：1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的 MTBF 就要大于 333333 小时，而其中的数控置、主轴及驱动等的 MTBF 就必须大于 l0 万小时。当前国外数控装置的 MTBF 值已达6000 小时以上，驱动装置达 30000 小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。3 多功能化在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此数控机床实现了一机多能，以最大限度地提高设备利用率。另外前台加工、后台编辑的前后台功能，充分提高其工作效率和机床利用率。数控机床还具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通信口，DNC 功能外，还具有网络功能。4 多轴化随着 5 轴联动数控系统和编程软件的普及，5 轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5 轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削 3 维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面粗糙度和大幅度提高加工效率，而在 3 轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削，因此，5 轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。5 网络化数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓 Internet/Intranet 技术。随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM 的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有“人性化” 。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERG 等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。6 柔性化、智能化 数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML) 向面( 工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC 单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS 联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。智能化是 21 世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。 7 绿色化21 世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行，但也包括在特殊气体氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术 )不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润滑(MQL) 的准干切削。对于面向多种加工方法/ 工件组合的加工中心之类的机床来说，主要是采用准干切削，通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合