【文章內(nèi)容簡介】 除誤差的方向運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)將各組成部分簡述如下。（1） 控制介質(zhì) 數(shù)控銑床工作時(shí)，不需要工人去搖動(dòng)手柄操作機(jī)床，但又要自動(dòng)地執(zhí)行人們的意圖，這就必須在人和數(shù)控銑床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的媒介物稱為控制介質(zhì)（或稱程序介質(zhì)、輸入介質(zhì)、信息載體）。在普通機(jī)床上零件加工時(shí)，由工人按圖紙和工藝要求進(jìn)行加工。在數(shù)控銑床商加工時(shí)，則要把加工零件所需的全部動(dòng)作及刀具相對于工件的位置等內(nèi)容，用數(shù)控裝置所能接受的數(shù)字文字代碼來表示，并把這些代碼儲(chǔ)存在控制介質(zhì)上。控制介質(zhì)可以是川孔帶，也可以是穿孔卡、磁帶、磁盤或其他可以儲(chǔ)存代碼的載體。至于采用哪一種，則取決于數(shù)控裝置的類型。而在CAD/CAM集成系統(tǒng)中，將其程序直接送入數(shù)控裝置，不需上述控制介質(zhì)。（2） 數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控銑床的中樞，在普通數(shù)控銑床中一般由輸入裝置、存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成。數(shù)控裝置接受輸入介質(zhì)的信息，并將其代碼加以識(shí)別、儲(chǔ)存、運(yùn)算，輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)床動(dòng)作。在計(jì)算機(jī)數(shù)控銑床中，由于計(jì)算機(jī)本身即含有運(yùn)算器、控制器等上述單元，因此其數(shù)控裝置的作用由一臺(tái)計(jì)算機(jī)來完成。（3） 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)床一動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使工作太（或溜板）精確定位或按照規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合圖紙要求的零件。因此伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控銑床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要因素之一。相對于每個(gè)脈沖，機(jī)床一動(dòng)部件的位移量叫做脈沖當(dāng)量（用 來表示）。、。在數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)中，常用的伺服驅(qū)動(dòng)元件有功率步進(jìn)電機(jī)、電脈沖馬達(dá)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。（4） 機(jī)床本體 機(jī)床主機(jī)是數(shù)控銑床的主體，它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺(tái)、主軸箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架等機(jī)械部件。它是在數(shù)控銑床上自動(dòng)完成各種切削加工的機(jī)械部件。數(shù)控銑床中的機(jī)床本體，在開始階段使用通用機(jī)床，只是在自動(dòng)變速、刀架或工作臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)位和手柄等方面做些改變。實(shí)踐證明，數(shù)控銑床除了由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱多等影響工件精度外，還由于是自動(dòng)控制，在加工中不能像在普通機(jī)床上那樣可以雖由人工進(jìn)行干涉。所以其設(shè)計(jì)要求比通用機(jī)床更為嚴(yán)格，制造要求更精密。因而在后來的數(shù)控設(shè)計(jì)時(shí)，采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施，使得數(shù)控銑床的外部造型、整體布局、傳動(dòng)系統(tǒng)及刀具系統(tǒng)等方面都發(fā)生了很大的變化。數(shù)控銑床工作前，要預(yù)先根據(jù)被加工零件的要求，確定零件加工工藝過程、工藝參數(shù)，并按一定的規(guī)則形成數(shù)控系統(tǒng)能理解的數(shù)控加工程序。即將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，按規(guī)定的代碼和格式編制成數(shù)控加工程序。然后用適當(dāng)?shù)姆绞綄⒋思庸こ绦蜉斎氲綌?shù)控裝置中。此時(shí)，即可啟動(dòng)機(jī)床運(yùn)行數(shù)控加工程序。在運(yùn)行數(shù)控加工程序的過程中，數(shù)控裝置會(huì)根據(jù)數(shù)控加工程序的內(nèi)容，發(fā)出各種控制命令，如啟動(dòng)主軸電機(jī)、打開冷卻液，并進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算，同時(shí)向特殊的執(zhí)行單元發(fā)出數(shù)字位移脈沖并進(jìn)行進(jìn)給速度控制，正常情況下可直到程序運(yùn)行結(jié)束，零件加工完畢為止。具體而言，數(shù)控銑床的工作過程，即加工零件的過程，如下圖所示。其主要步驟如下。 數(shù)控銑床加工過程 （1） 根據(jù)被加工零件途中所規(guī)定的零件形狀、尺寸、材料及技術(shù)要求等，制定工件加工的工藝過程，刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)軌跡、切削參數(shù)及輔助動(dòng)作順序等，進(jìn)行零件加工的程序設(shè)計(jì)。 （2） 用規(guī)定的代碼和程序格式編寫零件加工程序單。 （3） 按照程序單上的代碼編作控制介質(zhì)。 （4） 通過輸入裝置把加工程序輸入給數(shù)控裝置。 （5） 啟動(dòng)機(jī)床后，數(shù)控裝置根據(jù)輸入的信息進(jìn)行一系列的運(yùn)算和控制處理，將結(jié)果以脈沖形式送往機(jī)床的伺服系統(tǒng)（如步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等）。 （6） 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件，使機(jī)床按程序預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而加工出合格的零件。 、特點(diǎn)本文設(shè)計(jì)的題目為：普通銑床的數(shù)控化改造，故名四億就是在機(jī)床上增加微型控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對性強(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)率提高。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要就是對普通銑床的工作臺(tái)改造，在原有的傳動(dòng)的基礎(chǔ)上采用伺服電機(jī)控制的傳動(dòng)系統(tǒng)。提高機(jī)床的定位的精度和重復(fù)定位精度，,～4000mm/min,快移速度達(dá)到=10m/、中間滑臺(tái)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)四部分組成，本設(shè)計(jì)主要是對傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用了直流伺服電機(jī)，直接帶動(dòng)絲杠，絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。其主要特點(diǎn)是：采用伺服系統(tǒng)，使直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。采用半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分遠(yuǎn)見的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電動(dòng)機(jī)做成一個(gè)整體是則無需考慮位置檢測的安裝問題。所以不僅使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單化，從而提高了機(jī)床的精度問題，擴(kuò)大了加工范圍，并且可以進(jìn)行曲面加工。 本設(shè)計(jì)的控制方式采用半閉環(huán)系統(tǒng)——半閉環(huán)系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有位移檢測裝置，通過檢測伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角，間接檢測移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較厚的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)將移動(dòng)部件的傳動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)不包括在閉環(huán)之內(nèi)，所以傳動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的誤差仍然會(huì)影響移動(dòng)部件的位移精度。根據(jù)改造目的，需將縱向和橫向還有主軸Z想進(jìn)給運(yùn)動(dòng)改造為微機(jī)控制?？傁脒M(jìn)給系統(tǒng)需作以下改動(dòng)：獎(jiǎng)勵(lì)和崎脫開，去掉手輪，將首輪直接與直流電機(jī)相連，由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱向工作臺(tái)；工作臺(tái)由原來的手輪進(jìn)給，現(xiàn)改為由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，Z向也如此，并自行設(shè)計(jì)滾珠絲杠副等元件。這里只敘述他它的傳動(dòng)方案：電動(dòng)機(jī)—→減速機(jī)構(gòu)—→滾珠絲杠副—→工作臺(tái)移動(dòng)。其明顯的特點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)作為一體。數(shù)控部分采用8255的單片機(jī)，CPU上帶的兩片ROM，外接2764（RPROM）等擴(kuò)展成的微機(jī)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)本題目給定的定位精度要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，從手冊中查得伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為1000r/min獲1500r/min。如果伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與絲杠直接連接。即,工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到=10m/min，取電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速:所以取=10mm根據(jù)精度要求數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量為mm/脈沖，伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)達(dá)到伺服系統(tǒng)中常用的位置反饋器有旋轉(zhuǎn)變壓器和脈沖編碼器。旋轉(zhuǎn)變壓器的分解精度為每轉(zhuǎn)2000個(gè)脈沖，如果采用旋轉(zhuǎn)變壓器方案，則在伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器軸之間安裝5：1的升速齒輪。采用脈沖編碼器方案時(shí)，因脈沖編碼器有每轉(zhuǎn)2000個(gè)、2500個(gè)、5000個(gè)脈沖等數(shù)種產(chǎn)品，故編碼器后應(yīng)加倍頻器。如選用每轉(zhuǎn)2500個(gè)脈沖編碼器，則倍頻器的倍數(shù)為4。速度反饋裝置中，與旋轉(zhuǎn)變壓器相配套的可采用測速發(fā)電機(jī)。其性能為電機(jī)按1000r/min輸出一定的電壓量（如輸出6v）如采用脈沖編碼器方案，則可在倍頻器后架頻率/電壓轉(zhuǎn)換器（F/V）。其轉(zhuǎn)換比例為每分鐘個(gè)脈沖，輸出電壓（如6v）。本設(shè)計(jì)伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖為個(gè)，故轉(zhuǎn)換比例仍為6（v）/1000（r/min）.下圖為上述兩種方案的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。這兩種方案目前都有使用，各配不同的數(shù)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用圖（B）方案。 傳動(dòng)系統(tǒng)圖1—旋轉(zhuǎn)變壓器；2—測速發(fā)電機(jī)；3—伺服電機(jī)；4—撓性連周期；5—滾珠絲杠；6—工作臺(tái)；7—頻率/電壓轉(zhuǎn)換器；8—倍頻器；9—脈沖編碼器； 滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)與原理由于本系統(tǒng)要求達(dá)到的定位精度，根據(jù)此要求，查閱滾珠絲杠手冊。P型是用于精確定位且能夠根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程間接測量軸向行程的滾珠絲杠副，T型是用于傳遞力的滾珠絲杠，其軸向行程的測量由與滾珠絲杠副的旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程無關(guān)的測量裝置來完成。所以選用P型。根據(jù)精度推薦表，銑床X、Y軸的絲杠精度為5級，Z軸的絲杠精度為5級，所以本設(shè)計(jì)選用4級?？劂姶采系玫搅藦V泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)特以減少摩擦。圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，它們對合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內(nèi)裝有滾珠，當(dāng)絲杠與螺母相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺旋槽向前滾動(dòng)，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導(dǎo)裝置，逐個(gè)地又滾回到絲杠與螺母之間，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的回路。直流伺服電機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速特性，可以方便地在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無級調(diào)速，故多用在對伺服電機(jī)的調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)設(shè)備中。直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括以下三大部分。（1） 定子 定子磁極磁場由釘子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，直流伺服電機(jī)可分為永磁式和他勵(lì)事。本設(shè)計(jì)采用用此事。（2） 轉(zhuǎn)子 又成為電樞，有硅鋼片疊壓而成，表面嵌優(yōu)線圈，通以直流電時(shí)，在釘子磁場作用下產(chǎn)生帶動(dòng)夫在旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。（3） 電刷與換向片 為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻地連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷域外價(jià)直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相連。 第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算已知參數(shù)： 工作臺(tái)重量 40kg 工件最大重量 100kg 機(jī)床定位精度 機(jī)床重復(fù)定位精度 工作臺(tái)進(jìn)給速度 1～400mm/min 工作太快移速度 10m/minX軸行程 500mmY軸行程 500mmZ軸行程 400mm工作臺(tái)為 500500 ．滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)主切削力計(jì)算：在以工作壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按實(shí)際加工過程平均銑削條件為準(zhǔn)，因此取=, =，=70mm,z=4, =50mm,對圓柱高速銑刀，=，則=5855（N）對圓柱銑刀逆銑加工，各切削分力有=1～, ＝ ～ ，=～，取中間值即=，=，=，則：==5855=2225Nn=(kN)而插補(bǔ)平面內(nèi)合力F==6616(N)在一周的切削過程中取平均切削力為 =F==（KN）工作時(shí)的周向壓力為 對于三角形形導(dǎo)軌，k=, =,而=0，==(KN),G=(KN),則=+（+）=3887（N）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)滾珠絲杠的計(jì)算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。絲杠的最大載荷，當(dāng)切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進(jìn)給力=，工作臺(tái)加工件的質(zhì)量M=140Kg，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）==14010=140 N 絲杠最大載荷 =2225+140=2365 N軸向工作載荷（平均載荷）=3887 N其中，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為1mm/min,可取為0，則平均轉(zhuǎn)速n=(1500+0)/2=750r/ 式中 L—工作壽命 ，以r為1個(gè)單位 N—絲杠轉(zhuǎn)速 r/min T—絲杠使用壽命，對數(shù)控機(jī)床可取T=15000h計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷為===49（Kn）式中 —載荷性質(zhì)系數(shù)，無沖擊1～，～，～。本設(shè)計(jì)=—精度影響系數(shù)，對于5級滾珠絲杠取=。查表12—1—13，＜，由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸為內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式反向器FFZ5020—３，絲杠底徑＝　名義直徑d=50,額定動(dòng)載荷=49Kn，＜，符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度=1138 N/=/4=49/4=，只要軸向載荷值不達(dá)到或不超過預(yù)緊力的3倍，就 不必對預(yù)緊力提出額外的要求。本設(shè)計(jì)中絲杠最大載荷為 =。主傳動(dòng)系統(tǒng)的滾珠絲杠的計(jì)算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。絲杠的最大載荷，當(dāng)切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。已知最大進(jìn)給力=，工作臺(tái)加工件的質(zhì)量M=140Kg，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）==20010=200 N 絲杠最大載荷 =2225+200=2425 N 軸向工作載荷（平均載荷）=3947 N其中，分別為絲杠最大、最小軸向載荷；絲杠的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為1mm/min,可取為0，則平均轉(zhuǎn)速n=(1500+0)/2=750r/ 式中 L—工作壽命 ，以r為1個(gè)單位 N—絲杠轉(zhuǎn)速 r/m