【正文】 統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括主軸部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。其中n轉(zhuǎn)速(r/min)；f控制脈沖頻率(Hz)；步距角(度數(shù))。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)主要使用步進(jìn)電機(jī)。國(guó)際信息處聯(lián)盟(International Federation of Information Processing，IFIP)第五技術(shù)委員會(huì)，對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào)，主軸就可以準(zhǔn)確的定位。(2) 方便性數(shù)控系統(tǒng)的方便性主要反映在系統(tǒng)的人機(jī)界面。(7) 數(shù)控加工降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，并可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)。2）柔性化和集成化數(shù)控機(jī)床向柔性自動(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、工廠自動(dòng)化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。比較典型的有南京大方的JWK系列。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的課題。擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。它的發(fā)展和運(yùn)用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，并且機(jī)床結(jié)構(gòu)趨于模塊化、數(shù)控功能專門化。 though other subsidiary system39。克服了傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的缺點(diǎn)，具有編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯控制。改造后的數(shù)控銑床可以實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速分為兩檔，并在各檔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；可以在平面或空問范圍內(nèi)按設(shè)定曲線(直線、圓弧等)恒速或變速運(yùn)行；可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值的任意設(shè)定并顯示；可以實(shí)現(xiàn)輔助控制系統(tǒng)的任意起停和故障報(bào)警；可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。絲杠拆去，換上滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，改造后的X5032銑床的定位精度為177。s mechanical include the design and the calculation of the servo drive system, of the lead screw nut pair, parameters calculation of the main drive system, and its structure design. in the design of the feed motion39。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競(jìng)爭(zhēng)。數(shù)控技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。因?yàn)殚_發(fā)一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床的周期比較長(zhǎng)，不能及時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC、FMS以及CIMS等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。在美國(guó)，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生(Remanufacmring)業(yè)。但是我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，許多企業(yè)財(cái)力薄弱，不可能花費(fèi)大量的資金添置許多全新的數(shù)控機(jī)床，同時(shí)大量的通用機(jī)床不可能全部淘汰。(2) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)用的1/3，以大型的龍門加工中心為例，進(jìn)口新的需要10005000萬(wàn)元，而升級(jí)改造只需要100～500萬(wàn)元，僅占成本的1/10，且交貨期短。即輸入時(shí)可以檢索、修改，檢索時(shí)可以修改、輸入，并且自動(dòng)顯示程序段號(hào)。低檔轉(zhuǎn)速為2701500r/min，高檔轉(zhuǎn)速為15004500r/min，在各檔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。其中實(shí)線部分為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床框圖，上述系統(tǒng)再加上虛線部分，就構(gòu)成具有測(cè)量反饋功能的閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床框圖。開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，容易維修，成本較低，但控制精度不高，適宜于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造。脈沖信號(hào)源是一個(gè)脈沖發(fā)生器，脈沖的頻率可以連續(xù)調(diào)整，送出的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率由控制信號(hào)控制。 主傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 主傳動(dòng)的變速方式的選擇主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速(速度)和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速、換向和制動(dòng)等。所以Pm=Fv≈Fzv=πd0nd/(601000)=π271500/(601000)==，取總效率η=，則初選電動(dòng)機(jī)功率Pd=電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為nd=1500/min；額定最高轉(zhuǎn)速為ndmax=4500r/min；最低轉(zhuǎn)速ndmin=45r/min；(3) 主軸電動(dòng)機(jī)的功率的確定由2中初選電動(dòng)機(jī)功率Pd為12KW，則電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍Rdp=ndmax/nd=4500/1500=3X5032主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速=83r/min主軸恒功率調(diào)速范圍Rnp=nmax/nj=4500/83=≈54因此，主軸要求的恒功率變速范圍Rnp遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率變速范圍Rdp，所以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，來(lái)擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍。然后根據(jù)最小傳動(dòng)比或最大傳動(dòng)比中的小齒輪確定k的值，確定各齒輪的齒數(shù)。(6) 由表1021d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550MPa。取該齒輪的齒寬為b=26mm，齒輪與滑移齒輪的一個(gè)極限位置之間位移為l1=53mm,為了避免滑移齒輪在滑移的過(guò)程中發(fā)生干涉，取間隙距離為53mm，滑移齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖： 圖22 滑移齒輪由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，：b=6；軸I示意圖如下：圖23 軸Il 軸II的部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)由以上計(jì)算可知，軸徑的最小直徑dmin=35mm。支承跨距過(guò)小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前軸端的位移量增大；反之，支承跨距過(guò)大，支承變形彎曲引起主軸前軸端的位移量盡管減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會(huì)引起主軸前軸端較大的位移。后軸頸D2=77～，初選D2=85mm；功率P/KW升降臺(tái)銑床D1509060906095901051001152) 主軸內(nèi)孔直徑d的確定銑床主軸內(nèi)孔可以通過(guò)拉桿來(lái)拉緊刀桿等。參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中，附錄六 滾動(dòng)軸承，附表61，可知，選取與軸徑相配合的軸承的內(nèi)徑為dmin=35mm。(7) 由表106查的材料的彈性影響系數(shù)。表示，Zj+Zj39。圖2．15 電機(jī)功率轉(zhuǎn)矩特性圖，電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)功率隨轉(zhuǎn)速降低而減小，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于ndmin時(shí)因功率的減小而不能利用，實(shí)際可用的電機(jī)最低轉(zhuǎn)速取決于機(jī)床所要求的最小切削功率和電機(jī)的額定輸出功率。X5032數(shù)控銑床機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算，主傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算，主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(3) 進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比，控制脈沖頻率就能調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。(1) 開環(huán)控制形式如圖22是典型的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，其中沒有位置檢測(cè)反饋裝置，指令是單方向傳送的，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來(lái)，故稱開環(huán)控制。2 數(shù)控機(jī)床及控制方式 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，利用磁力傳感器檢測(cè)定位。這里的成本包括數(shù)控系統(tǒng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)等。(6) 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。2）智能化在數(shù)控系統(tǒng)中智能化的內(nèi)容包括：①為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；②為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算等：③簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化；④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容等。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是我國(guó)應(yīng)用面最廣的數(shù)控系統(tǒng)。在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們將機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。數(shù)控機(jī)床是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感測(cè)量、機(jī)械制造、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。 through the keyboard and the display model, it has realized the procedure edition and the display。系統(tǒng)從總體上分為人機(jī)界面模塊、坐標(biāo)進(jìn)給模塊、變頻調(diào)速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及基于89C58單片機(jī)的主控模塊。使改造后的機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部分具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之問的摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙；功率大；便于操作和維修。重復(fù)定位精度為177。s drive system ,it should be removed that all the longitudinal and the traverse and the vertical feed change gears. Joint the handle wheel axle with the vertical stepping motor through a pair of reduction gear there. The ball screw is used instead of the leads crew, which is connected with the gearbox. Accuracy of position of the improved X032 milling machine is 177。機(jī)床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，而數(shù)控機(jī)床是高精度、高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但在數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力仍然處于較低的水平。為此我們應(yīng)該在普通機(jī)床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機(jī)床，這樣會(huì)造成資金投資量大，成本高，而且又會(huì)造成原有設(shè)備閑置浪費(fèi)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsehe工程公司、Ayton機(jī)床公司、DevliegBullavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。因此，把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床則不失為是一條提高數(shù)控化率的有效途徑，機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對(duì)性強(qiáng)，時(shí)間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問題，生產(chǎn)效率高。(3) 可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3到7倍。(2) 改造后的機(jī)床機(jī)械性能穩(wěn)定可靠、功能增強(qiáng)、質(zhì)量好、效率高，可作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年?？焖贆z索，即能對(duì)程序進(jìn)行上下翻頁(yè)顯示。與原立式銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，主傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)它的調(diào)速。(1) 控制介質(zhì)(信息載體)數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，為了得到圖樣上所規(guī)定的零件形狀和加工精度，在加工過(guò)程中，機(jī)床所需要的全部操作動(dòng)作和刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，都是由我們按著一定的要求和順序編成控制指令即加工程序，并把它存放在一種存儲(chǔ)物上。 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖(2) 閉環(huán)控制形式安裝在工作臺(tái)上的檢測(cè)元件將工作臺(tái)的實(shí)際位移量反饋到計(jì)算機(jī)中，與所要求的位移量相比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止，從而使精度大大提高，如圖23所示。在CNC系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)根據(jù)程序控制脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率，對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)行各種運(yùn)行狀態(tài)的控制。為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有三種變速方式：1) 一級(jí)帶傳動(dòng)變速方式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便，且在一定條件下能滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求。如圖215所示。計(jì)算如下：1） 第一變速組的齒輪齒數(shù)的確定： S01=7 S02=2 S01，S02的最小公倍數(shù)為14，即S0=14，則Sz=14k。(7) 由表106查的材料的彈性影響系數(shù)。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，該軸不受軸向力，所以選擇深溝球軸承。因此最佳跨距k為使因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小的距離。根據(jù)功率12KW，選Dl范圍為5090mm，初選Dl為55mm。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，該軸不受軸向力，所以選擇深溝球軸承。(6) 由表1021d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550MPa。(5) 齒輪齒數(shù)的確定在一個(gè)變速組中，主動(dòng)齒輪的齒數(shù)用Zj表示，從動(dòng)齒輪的齒數(shù)用Zj39。其功率轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖2．15所示。為此在設(shè)計(jì)中，常提出無(wú)間隙，低摩擦．低慣量，高剛度，高諧振頻率，適當(dāng)?shù)淖枘岜纫蟆?2) 步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格的成正比例，控制輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)就能控制位移量。 數(shù)控機(jī)床控制方式選擇 位置控制方式分類伺服系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，是數(shù)控裝置與機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，位置控制按其結(jié)構(gòu)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。1—雙聯(lián)齒輪 2—雙聯(lián)齒輪 3—齒輪軸 4—主軸電機(jī) 5—齒輪 6—主軸齒輪 7—主軸齒輪 8—縱向滾珠絲杠 9—薄片齒輪 10—縱向步進(jìn)電機(jī) 11—橫向步進(jìn)電機(jī)12—薄片齒輪 13—橫向滾珠絲杠 14—垂直步進(jìn)電機(jī) 15—薄片齒輪16—圓錐齒輪 17—垂直進(jìn)給絲杠 X5032銑床傳動(dòng)示意圖 改造后的數(shù)控銑床功能分析 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，改造后的數(shù)控銑床應(yīng)具有以下功能：以實(shí)現(xiàn)程序的存儲(chǔ)和編輯功能；以實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速分為兩檔，并在各檔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；可以在平面或空間范圍內(nèi)按設(shè)定曲線(直線、圓弧等)恒速或變速運(yùn)行；以實(shí)現(xiàn)數(shù)值的任意設(shè)定并顯示；以實(shí)現(xiàn)輔助控制系統(tǒng)的任意起停和故障報(bào)警；以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。