【正文】 構(gòu)方面的現(xiàn)狀及今后數(shù)控工作臺(tái)的整體發(fā)展趨勢(shì)。 數(shù)控工作臺(tái)的現(xiàn)狀 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 （ 1） 雙 坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái) 雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)采用滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有精度高、效率高、壽命長(zhǎng)、磨損小、節(jié)能低耗、磨擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。數(shù)控精密工作臺(tái)可廣泛應(yīng)用于測(cè)量、激光焊接、激光切割，涂膠、插件、射線掃描、機(jī)械手、搬運(yùn)、機(jī)床改造、專機(jī)制造及實(shí)用教學(xué)等領(lǐng)域。 雙坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)產(chǎn)品特點(diǎn) ●WINDOWS平臺(tái)，中文操作系統(tǒng)，使用簡(jiǎn)單方便； ●最高速可達(dá) 4MHz, 最大步長(zhǎng)為 268000000； ●獨(dú)立軸驅(qū)動(dòng)、脈沖輸出、恒速控制、速度控制、非對(duì)稱直線加減速驅(qū)動(dòng)、S 曲線加減速驅(qū) 動(dòng)、連續(xù)插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)、固定線速度控制、位置控制、比較寄存器和軟件限制功能、線性插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)、圓弧插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)、位模式插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)、輸入信號(hào)濾波器、外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)、搜尋原位輸入； ●自動(dòng)回原點(diǎn)功能 ,具有硬件限位功能； ●可讀回運(yùn)動(dòng)中實(shí)際位置（編碼器輸入）； ●為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供脈沖、方向控制輸出信號(hào)；可選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)； ●除 XY 軸限位，零位以外， I/O 口提供 8 路光隔離輸入及 16 路輸出； ● 雙坐標(biāo)工作臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)：?jiǎn)挝?mm （ 2） 單 坐標(biāo) XY 數(shù)控工作臺(tái) 單坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)采用滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有精 度高、效率高、壽命長(zhǎng)、磨損小、節(jié)能低耗、磨擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。數(shù)控精密工作臺(tái)可廣泛應(yīng)用于測(cè)量、激光焊接、激光切割，涂膠、插件、射線掃描、機(jī)械手、搬運(yùn)、機(jī)床改造、專機(jī)制造及實(shí)用教學(xué)等領(lǐng)域。 單坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)產(chǎn)品特點(diǎn) ●WINDOWS平臺(tái)，中文操作系統(tǒng)，使用簡(jiǎn)單方便； ●最高速可達(dá) 4MHz, 最大步長(zhǎng)為 268000000 ； ●可實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)行，加減速可設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)恒速控制、速度控制、非對(duì)稱直線加減速驅(qū)動(dòng)、 S 曲線加減速驅(qū)動(dòng)、固定線速度控制、位置控制； ●自動(dòng)回原點(diǎn)功能，具有硬件限位功 能 ； ●可讀回運(yùn)動(dòng)中實(shí)際位置（編碼器輸入）； ●為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供脈沖、方向控制輸出信號(hào)；可選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)； ●除 XY 軸限位，零位以外， I/O 口提供 8 路光隔離輸入及 16 路輸出 ●單坐標(biāo)精密工作臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)：?jiǎn)挝?mm （ 3） 三坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái) 第一章 緒論 3 三坐標(biāo)精密數(shù)控工作臺(tái)采用滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有精度高、效率高、壽命長(zhǎng)、磨損小、節(jié)能低耗、磨擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。數(shù)控精密工作臺(tái)系列可選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)。 數(shù)控工作臺(tái)發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前數(shù)控工作臺(tái)呈 現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)： 、高精密化 高速、精密是機(jī)械制造發(fā)展永恒的目標(biāo)。為滿足這個(gè)復(fù)雜多變市場(chǎng)的需求，當(dāng)前機(jī)械制造正向高速，高精密的方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)械加工向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。伴隨著機(jī)械加工的告訴和高精密化，數(shù)控工作臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)也與此相同。 2. 高可靠性 數(shù)控工作臺(tái)的可靠性是數(shù)控工作臺(tái)產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指 標(biāo)。數(shù)控工作臺(tái)能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。 3. 數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) CAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展， CAD 技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD 不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用 CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計(jì)的一次成功率，從而縮短試 制周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 4. 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高工作臺(tái)的工作效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大工作臺(tái)的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)多用、一臺(tái)多能，即一臺(tái)數(shù)控工作臺(tái)通過換刀，既可以實(shí)現(xiàn)車削加工，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工 5. 智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連 接方面的智能化；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化；還有智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近年來機(jī)床發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 數(shù)控工作臺(tái)向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn) (數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床 )、線 (FMC、 FMS、 FTL、 FML)向面 (工段車間獨(dú)立制造島、 FA)、體 (CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。 工作內(nèi)容 和要求 本設(shè)計(jì)是要求設(shè)計(jì)一激光加工機(jī)，要求工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)二維聯(lián)動(dòng)，設(shè)計(jì)要求如下： 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍： 400mm*400mm 移動(dòng)速度 0~600mm/min。位移分辨率路 1um； 承載能力： 2kN，壓向； 加載行程〉 100mm； 工作過程按程序自動(dòng)完成。 設(shè)計(jì)目的和任務(wù) 數(shù)控工作臺(tái)的發(fā)展正漸趨完善，本設(shè)計(jì)參考了一些國(guó)內(nèi)外專利，在對(duì)現(xiàn)有一些數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)具體結(jié)構(gòu)了解的基礎(chǔ)上，給出了自己的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于二維連動(dòng)而言，二維連動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)控工作臺(tái)在四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槭嵌佣S ，因此，在實(shí)現(xiàn) X， Y 軸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，必須要保證 Z，軸和旋轉(zhuǎn)方向的靜止，這樣才可以稱為二加二，而我這個(gè)工作臺(tái)的主要工作系統(tǒng)包括：主傳動(dòng)系統(tǒng)，縱向進(jìn)給系統(tǒng)，橫向進(jìn)給 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，其中主傳動(dòng)系統(tǒng)又處于核心地位，所以本設(shè)計(jì)也以主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為核心展開。同時(shí)又選取了系統(tǒng)的橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行完整設(shè)計(jì)。由于主傳動(dòng)系統(tǒng)所受的載荷較大因此是主要設(shè)計(jì)對(duì)象，但是具體的都是又滾珠絲杠，蝸輪蝸桿，以及皮帶等傳動(dòng)零件組成的。 由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的欠缺和知識(shí)的局限性，所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作情況及可用性還有待與實(shí)踐的檢驗(yàn)。 第二章 具體設(shè)計(jì) 5 第二章 具體設(shè)計(jì) 數(shù)控工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)一般與普通機(jī)床和加工中心的工作臺(tái)沒什么區(qū)別，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采應(yīng)用于不同種類的加工，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地進(jìn)行開、停、變速、換向和制動(dòng)等。 對(duì) X， Y， Z，三個(gè)方向驅(qū)動(dòng)的要求 從經(jīng)典數(shù)控機(jī)床上，我們可以清楚的發(fā)現(xiàn)，工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)橫向、縱向進(jìn)給的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是通過滾珠絲杠來完成的，主要是由于滾珠絲杠擁有很多良好的性能，數(shù)控工作臺(tái)的傳遞功率和動(dòng)力特性，決定了數(shù)控工作臺(tái)的的加工效率和加工工藝能力。進(jìn)給的精度精 度、剛度、抗振性和熱變形，直接影響加工零件的尺寸、位置精度和表面質(zhì)量，隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)提出了更高的要求。 下邊的的幾點(diǎn)是激光加工機(jī)的數(shù)控工作臺(tái)與傳統(tǒng)工作臺(tái)在驅(qū)動(dòng)方面的一些區(qū)別與相同： （一）首先一點(diǎn)就是激光加工基本沒有切削力，也就是說相比較與傳動(dòng)的機(jī)械加工，激光加工的切削力幾乎為零，因此在考慮它的傳動(dòng)裝置時(shí)，應(yīng)首先考慮精度，而不同于以往的變速性能。 （二）傳統(tǒng)的機(jī)械加工工作臺(tái)電機(jī)的選擇是個(gè)叫人頭疼的問題，由于切削力的存在就要求有較大的 驅(qū)動(dòng) 功率或輸出轉(zhuǎn)矩在整個(gè)速度范圍內(nèi)均 能提供切削所需的功率或轉(zhuǎn)矩，特別是在強(qiáng)力切削時(shí)。并且有一定的過載能力和較硬的調(diào)速機(jī)械特性，即在負(fù)載變化的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)小。而激光加工在考慮電動(dòng)機(jī)時(shí)就不需要考慮如此之多。 （三）他們 2 者的共同之處都是要實(shí)現(xiàn)高精度，這就要求 部件具有足夠的剛度和抗振性，具有較好的熱穩(wěn)定性，即軸向和徑向尺寸隨溫度變化較小。另外，要求傳動(dòng)的傳動(dòng)鏈要短。 恒線速度切削功能 驅(qū)動(dòng)方式 數(shù)控工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)及其控制方式主要有三種配置方式，如圖 11 所示。 （ 1）帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 如圖 21（ a）所示，通過少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，增大輸出 轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求?；讫X輪的移動(dòng)大都采用液壓缸加撥叉，或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。 （ 2）通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 如圖 21（ b）所示，電機(jī)與絲杠通過同步帶傳動(dòng)，不用齒輪傳動(dòng)，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)和噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的地方。 （ 3）用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng) 如圖 21（ c）所示，高速時(shí)通過傳動(dòng)帶直接驅(qū)動(dòng)絲崗旋轉(zhuǎn)；低速時(shí)，另一個(gè)電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，齒輪起降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣使恒功率區(qū)增大，克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電機(jī)功率不能充分利用的缺陷。 確定驅(qū)動(dòng)方式： 考慮到滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)速度較為平穩(wěn)，從計(jì)算轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速為恒功率區(qū)，從計(jì)算轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，恒功率變速范圍比恒轉(zhuǎn)矩變速范圍大 2~4 倍。一般應(yīng)用于滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)都采用交流伺服電動(dòng)機(jī)。由于伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化可以有較大的范圍