【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試方便，維修簡(jiǎn)單，其控制精度受到限制。它適用于一般要求的中、小型數(shù)控機(jī)床。 （ 2） .半閉環(huán)控制控制數(shù)控機(jī)床 這種控制方式對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位置不進(jìn)行檢查測(cè)量。這種控制方式介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，調(diào)試比閉環(huán)方便。 （ 3） .閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快，但是調(diào)試和維修比較復(fù)雜。 （ 4） .混合控制機(jī)床 它集中了上述三種控制方式的特點(diǎn) 。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的概念 所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就是指價(jià)格低廉，操作使用方便，適合我國(guó)國(guó)情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的分類 以驅(qū)動(dòng)和定位方式劃分，經(jīng)濟(jì)數(shù)控系統(tǒng)可分為以下三類： （ 1） .步進(jìn)電機(jī)式 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與定位，是開環(huán)系統(tǒng)，不采用其他措施進(jìn)行補(bǔ)償位置誤差。其力矩不太大，所以機(jī)床行程速度較低?？杉庸ゅF面、螺紋、簡(jiǎn)單外形的曲面等，十分靈活。由于性能價(jià)格比合適，所以被廣泛采用。 （ 2） .交流點(diǎn)位式 它采用交流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，用光柵數(shù)字點(diǎn)位控制 。它可提高精度。但只第 1章 緒論 5 能加工柱面，且成本高，其性能價(jià)格比下降。 （ 3） .半閉環(huán)連續(xù)控制式 它采用了高性能直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，扭矩大，速度高，承載能力強(qiáng)，可進(jìn)行強(qiáng)力切削，但造價(jià)太高不經(jīng)濟(jì)，不適用于中小企業(yè)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有以下特點(diǎn)： 1．價(jià)格便宜，其性能價(jià)格比適中。 2．適用于多品種，中小批量產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng)。 3．提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品損失。 4．能解決復(fù)雜零件的加工精度控制問題。 5．節(jié)約大量工裝費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。 6．減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 7．提高工人 素質(zhì)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。 8．增強(qiáng)了企業(yè)應(yīng)變能力，為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能了創(chuàng)造了條件。 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床主機(jī)組成，如圖 12： 1．控制介質(zhì) 控制介質(zhì)是存貯數(shù)控加工所需要的全部動(dòng)作和刀具相對(duì)于工作位置信息的媒介物，它記載著加工零件的加工程序。常用的有穿孔帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤等。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 12數(shù)控機(jī)床的組成 2．?dāng)?shù)控裝置 它是數(shù)控機(jī)床的核心。先導(dǎo)數(shù)控機(jī)床都采用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，既CNC(puterized numerial control)裝置。他能完成信息輸入、存儲(chǔ)、變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 3．伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)世界手術(shù)控裝置的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件。包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元、主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)等。 4．測(cè)量反饋裝置 該裝置由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測(cè)速度和位移，并將信息反饋出來，構(gòu)成閉環(huán)控制。 5．機(jī)床主機(jī) 主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，包括床身、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。 當(dāng)機(jī)床進(jìn)行加工零件時(shí)，對(duì)加工要求零 件尺寸及其參數(shù)，加工步驟等專用代碼化的數(shù)字表示，通過控制介質(zhì)，輸入到控制裝置，經(jīng)微機(jī)處理后， 發(fā)出控制與運(yùn)算的信息，在由伺服系統(tǒng)把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)加工需要。 數(shù)控裝置的基本組成框圖如 圖 13： 第 1章 緒論 7 圖 13數(shù)控裝置的基本組成 程序編制的一般步驟： 圖 14 表示的零件圖到成品的全過程，虛線框圖中即為程序編制的內(nèi)容及步驟。 圖 14零件圖到成品的全過程 7 位坐標(biāo)軸或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)量裝置，用于對(duì)坐標(biāo)軸（或工作臺(tái)）實(shí)際位置的測(cè)量，并反反饋到控制系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)，形成全封閉控制。后者用以對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸位置檢測(cè)并反饋到數(shù)控系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)形成半閉環(huán)控制若不需要檢測(cè)裝置到形成開環(huán)控制。 開環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于控制，但精度差，低速不平穩(wěn)，變速扭矩小，一半用于傾覆在變化不太大或經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。 全閉環(huán)系統(tǒng)適用于具有傳動(dòng)部件精度高，性能穩(wěn)定，使用過程溫度差變化不大的高精度數(shù)控機(jī)床。 本章小節(jié) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 本章主要講述了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 以及數(shù)控機(jī)床的相關(guān)知識(shí)，包括數(shù)控機(jī)床的類型，其組成部分和工作原理，著重講解了其控制原理。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 2 章 數(shù)控 龍門銑床 總體方案設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案由以下三部分組成： ：主要尺寸規(guī)格、運(yùn)動(dòng)參數(shù)（轉(zhuǎn)速和進(jìn)給范圍 )、動(dòng)力參數(shù)（電機(jī)功率，最大拉力）。 、整機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能、整機(jī)的熱特性。 總布局與使用要求： 。 、工件，裝卸、夾緊方便。 。 機(jī)床的設(shè)計(jì)要求 本機(jī)床的設(shè)計(jì)，符合國(guó)家機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)。 已定設(shè)計(jì)參數(shù)： 工作臺(tái) 重 2t 高速高效，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，精度較高，可用于銑削板材以及多種工件等。 設(shè)計(jì)方案 我設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是工作臺(tái)移動(dòng) 數(shù)控龍門銑床。 工作臺(tái) 數(shù)控龍門銑床是指 工作臺(tái) 作縱向移動(dòng)的龍門銑床。 工作臺(tái)移動(dòng) 龍門銑床的最大 特 點(diǎn)是：（ 1）造價(jià)便宜 ,容易制造生產(chǎn) 。工作臺(tái)移動(dòng)式龍門銑床，整機(jī)長(zhǎng)度必須兩倍于縱向行程長(zhǎng)度，而移動(dòng)式龍門銑床的整機(jī)長(zhǎng)度只需縱向行程加上龍門架側(cè)面寬度即可。（ 2）機(jī)床的動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。 工作臺(tái) 移動(dòng)式龍門銑床采用的是固定 龍門架 ,工作臺(tái)移動(dòng)可以銑刀做切削運(yùn)動(dòng)時(shí)更加 穩(wěn)定 ，從而保證了加工精度和機(jī)床的響應(yīng)性能。 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 整機(jī)分為床身、龍門架、滑臺(tái)、主軸箱、三軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械部分及相關(guān)數(shù)控伺服部分?，F(xiàn)把設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)闡述如下 ： 床身是本次設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)，床身的尺寸設(shè)計(jì)影響著對(duì)整機(jī)的設(shè)計(jì)，而第 2章 數(shù)控龍門銑床總體方案設(shè)計(jì) 9 且設(shè)計(jì)的合理性直接影響到整機(jī)的剛度。床身的上平面即工作臺(tái)面設(shè)計(jì)有 K 條 T形槽，為方便主要是考慮力的傳遞方向與卸荷問題。因床身會(huì)受到龍門框架的重力、切削力和工件的重力，這樣的設(shè)計(jì)可使龍門框架的重力直接傳入到機(jī)床的基礎(chǔ)上，而床身只受到工件的重力。 龍門框架采用的是整體龍門架的設(shè) 計(jì)概念，即把橫梁與左右立柱設(shè)計(jì)成一體，雖然使鑄造和裝配調(diào)整時(shí)的難度加大，但整體龍門框架的剛性更好，更重要的是使主軸箱、滑臺(tái)等部件有了裝配基準(zhǔn)。 滑臺(tái)的設(shè)計(jì)是在龍門架和主軸箱的幾何尺寸確定后，按照主軸的中心盡量貼近橫梁上的導(dǎo)軌面為原則，并把 Z軸驅(qū)動(dòng)安裝位置設(shè)計(jì)在滑臺(tái)上，有效地減輕滑臺(tái)的重量。 設(shè)計(jì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)思如下： X 軸的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用雙邊齒輪齒條副加重預(yù)壓滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副， Y 軸與 X 軸采用大直徑預(yù)壓滾珠絲杠副加硬導(dǎo)軌副，且導(dǎo)軌滑動(dòng)部分貼有工程塑料，避免低速時(shí)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而且導(dǎo)軌部分設(shè)計(jì)有斜鑲條可 調(diào)裝置。這樣設(shè)計(jì)使機(jī)床的整體進(jìn)給性能得以協(xié)調(diào)，各軸的進(jìn)給速度和進(jìn)給力得到了最佳匹配。 主軸箱的上下垂直運(yùn)動(dòng) Z軸采用滾珠絲杠副傳動(dòng)。由于本機(jī)床不是高速銑床， Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)為伺服電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)比為 4的平行軸定比齒輪箱帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。 Z 軸的安全問題。首先選用帶電磁剎車的伺服電動(dòng)機(jī)，其次在滾珠絲杠上裝有一雙向超越離合器，防止?jié)L珠螺母自轉(zhuǎn)引起主軸箱機(jī)械式下垂。當(dāng)然，為了保護(hù) Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的精度，還在滑臺(tái)上裝有兩個(gè)平衡油缸。 平衡力 Q等于主軸箱部件質(zhì)量的 85﹪。 主軸箱的左右移動(dòng)為 Y軸，為了保證 Y軸的傳動(dòng)精度，并使絲 杠只受水平軸向力，故采用伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直聯(lián)方式。筆者選用的聯(lián)軸器帶有過載保護(hù)裝置，在過載時(shí)聯(lián)軸器會(huì)自動(dòng)脫開。 數(shù)控系統(tǒng)選型 數(shù)控系統(tǒng)采用的是西門子 405，因?yàn)榇讼到y(tǒng)提供了龍門軸的同步功能。使用此功能，本機(jī)床可以對(duì)龍門框架進(jìn)給軸（ X1， X2）實(shí)現(xiàn)無機(jī)械偏差的位移。運(yùn)動(dòng)的實(shí)際值可進(jìn)行連續(xù)比較，即使最小的偏差也可以得到糾正，因此提高了軸的運(yùn)動(dòng)精度。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 11 數(shù)控 龍門銑床總裝圖（主視圖 ） 第 2章 數(shù)控龍門銑床總體方案設(shè)計(jì) 11 圖 22數(shù)控龍門銑床總裝圖（右視圖） 本章小節(jié) 本章主要講解了數(shù)控龍門銑床的總理方案設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容有機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和數(shù)控部分設(shè)計(jì)，根據(jù)所給要求制定出總體設(shè)計(jì)方案。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 3 章 機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì) 主軸箱的設(shè)計(jì)要求 1. 具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 2. 具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。 3. 良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)功率 機(jī)床主傳動(dòng)的功率 P 可由下式來確定： cPP ?? 式中 P －機(jī)床主傳動(dòng)的功率 cP －切削功率 ? －主傳動(dòng)鏈的總效率 數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大， cp 可根據(jù)有代表性的加工情況，由下式確定： )(65500/60000/ KWnMvFP zc ??? 式中 zF －主切削力的切向力（ N） v －切削速度（ m/min） M －切削扭矩 （ N/cm） n －主軸轉(zhuǎn)速 （ r/min） 主傳動(dòng)的總效率一般可取為 ? ＝ ～ ，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)多用調(diào)速電機(jī)和有限的機(jī)械變速來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈比較短，因此，效率可以取 較大值。 第 3章 機(jī)床主軸箱的 設(shè)計(jì) 13 主傳動(dòng)中各傳動(dòng)件的尺寸都是根據(jù)其傳動(dòng)的功率確定的，如果傳動(dòng)效率定的過大，將使傳動(dòng)件的尺寸笨重而造成浪費(fèi)，電動(dòng)機(jī)常在低負(fù)荷下工作，功率因數(shù)太小從而浪費(fèi)能源。如果功率定的過小，將限制機(jī)床的切削加工能力而降低生產(chǎn)率。因此，要較準(zhǔn)確合適的選用傳動(dòng)功率。 驅(qū)動(dòng)源的選擇 機(jī)床上常用的無級(jí)變速機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速 nd 向上至最高轉(zhuǎn)速 nmax 是調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速 nd 向下至最低轉(zhuǎn)速 nmin 是調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的，屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動(dòng)機(jī) 是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)占有較大的優(yōu)勢(shì)，鑒于此，本設(shè)計(jì)選用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速 4500r/min，最大切削功率 ,選擇北京數(shù)控設(shè)備廠的 BESK8型交流主軸電動(dòng)機(jī)，最高轉(zhuǎn)速是 4500 r/min。 轉(zhuǎn)速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rdp=nmax/nd=4500/1500=3 （ 31） 而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rnp= nmax/nd=4500/150=30 ,遠(yuǎn)大于交流主軸電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機(jī)構(gòu)的方法來擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。 設(shè)計(jì)變速箱時(shí)，考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比Ф f 等于交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍 Rdp，即Фf=Rdp=3，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合的。 變速箱的變速級(jí)數(shù) : Z=lg Rnp/lg Rdp=lg30/ lg 3= (32) 取 Z=3 確定各齒輪副的齒數(shù)： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 取 S=114 由 u=2 得 Z1=38 Z1′ =76 由 u= 得 Z2=68 Z2′ =46 由 u= 得 Z3=94 Z3′ =20 如取總效率η =0 速圖以及主軸功率特性圖分別如圖 3圖 3圖 33。 圖 31 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 第 3章 機(jī)床主軸箱的 設(shè)計(jì) 15 圖 32轉(zhuǎn)速圖 圖 33主軸功率特性 傳動(dòng)軸的估算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載