【正文】 四年的不斷學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計，也是為今后走上工作崗位作了準備。同時，也給數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。由于專業(yè)知識的 限制，無法對復(fù)雜的數(shù)控系統(tǒng)進行設(shè)計，但是，通過選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)，對數(shù)控原理有了一定的了解，并掌握了數(shù)控系統(tǒng)的一些連接方法。 8） 割斷工件。 4） 車右端圓弧，留 。硬質(zhì)合金螺紋刀為 3號刀。 數(shù)控連線圖 其連線圖如圖 。通過視窗化的調(diào)試工具軟件，可以便捷地設(shè)置驅(qū)動參數(shù)，并對驅(qū)動器的控制參數(shù)進行動態(tài)優(yōu)化 ； SINUMERIK802D 集成了內(nèi)置 PLC系統(tǒng)，對機床進行邏輯控制。 圖 壓板結(jié)構(gòu) 6 數(shù)控系統(tǒng)選擇 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 西門子數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點 西門子數(shù)控系統(tǒng)具有優(yōu)越的性能，設(shè)計中選擇 SINUMERIK 802D 型號。壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。導(dǎo)軌受熱膨 脹時寬式組合比窄式的變形量大，調(diào)整時應(yīng)留較大的側(cè)向間隙，因而導(dǎo)向性較差。這種導(dǎo)軌的剛度高，當量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)軌低，承載能力高，加工、檢驗和維修都方便，而被廣泛地采用。且兩個導(dǎo)軌面的誤差不會相互影響，便于安裝。 導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點 [2]。 導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。為此，在設(shè)計床身截面時，綜合考慮以上因素，在滿足使用、工藝情況下，采用空心截面，加大輪廓，減小壁厚，采用全封閉的類似矩形的床身截面形式，同時，為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度／重量比，在大截面內(nèi)設(shè)計一個較小的類似圓形截面 (如圖 ) 。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。 (2)切屑從工件上落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器將切屑排出。因此，在床身不太長的情況下，主要應(yīng)提高床身在水平面內(nèi)的彎曲剛度。它支承著數(shù)控車床的床頭箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動態(tài)力的作用。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高 [10]。 m2)。 69 . 8 3 2 4 1 0 1 2 6 0 / 1 2 0 3 8 / m in 1 5 0 0 / m in2022eB K r a d s r rm? ??? ? ? ? ? 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/min，能滿足要求。 4) 絲杠本身的拉壓剛度： 對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： 61 0 /s A E lK N ma l a ??????????? () 式中 A—— 絲杠最小橫截面， 222 ()4A d mm??； E—— 材料的彈性模量， E=?1011(N/m2)； l—— 兩支承間距 (m)； a—— 螺母至軸向固定處的距離 (m)。 絲杠拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計算公式： 兩端固定： 11 1 1 1 1 ( / )4e B c H S NmK K K K K ? ?? ? ? ? () 式中 Ke —— 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 (N/μ m)； KH—— 螺母座的剛度 (N/μ m)； Kc—— 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 (N/μ m)； KS—— 絲杠本身的拉壓剛度 (N/μ m)； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 KB—— 軸承的接觸剛度 (N/μ m)。所以設(shè)計中采用兩端固定的支承方式 [9]。（ DF,DFD,DFF等） 校核 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。對每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號（＞）排列后，裝緊即可。 滾珠絲杠支承用專用軸承： 軸承特點： 1. 剛性大。在本設(shè)計中采用雙螺母墊片預(yù)緊。 ) Fm—— 等效負荷 (N)； nm—— 等效轉(zhuǎn)速 (r/min)； Tn—— 工作壽命 (h)。 133 3m a x 1 1 m i n 2 21 1 2 21396m F n t F n tFNn t n t?????????? () 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 確定絲杠所受的最大動載荷 圖 受力分析 1 / 360610F f T nm w h mCNa f f f ft h a k???? ???? () fw—— 負荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當一般運轉(zhuǎn)時， fw 為 ，取 fw=。 滾珠絲杠的計算及選擇 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定 在本設(shè)計中，電機和絲杠 直接相連，傳動比為 1i? ，設(shè)電機的最高工作轉(zhuǎn)速為m ax 150 0 / m innr? ，則絲杠導(dǎo)程為： maxmaxhvP n? () 38 10 hP ???，取 6hP? 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 / minhvnrP? () 由公式 (),最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 3m a xm a x 8 1 0 1 3 3 3 .3 3 / m in6hvnrP ?? ? ? 最小進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： m inm in 1 0 .1 6 7 / m in6hvnrP? ? ? 絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取 122tt? ） 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 m a x 1 m in 212 / m inmn t n tnrtt?? ? () 1t ， 2t —— 轉(zhuǎn)速 maxn ， minn 作用下的時間 (s)。 20176。 PZk? = 1． 08 1． 0 0． 94 0． 94 0． 89 前 角 γ= +20176。 45176。 下表所列為的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。 vPZ PZ PZ hP ZPZk k k k k??料 —— 分別為工件材料、切削速度、主偏角、前角、刀具磨損限度對 P的修正系數(shù)。 PZC 大表示工件材料的加工性差； PZC 小表示工件材料的加工性好。 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和機床主體的重要部分，在設(shè)計中，在伺服方式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉環(huán)方式。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 2 總體方案設(shè)計 方案設(shè)計及總體布局 機床結(jié)構(gòu)可以布置成臥式、立式、倒立式及斜置式等，根據(jù)設(shè)計任務(wù) —— 加工軸類和直徑不太大的盤、套類零件，采用臥式斜床身形式。 在設(shè)計中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字 PID，使用靈活，柔性好。電機應(yīng)具有耐受 4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在 。 伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求： 1） 從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如 /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。它包含機械、電子、電機 (早期產(chǎn)品還包含液壓 )等各種部件，并涉及到強電與弱電控制，是一個比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標軸進給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。 4. 機床 它是用于完成各種切削加工的機械部分，是在普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但也做了很多改進和提高，它的主要特點是：由于大多數(shù)數(shù)控機床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動鏈較短；為了適應(yīng)數(shù)控機床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較??；更多 地采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌等；不少數(shù)控機床還采用了刀庫和自動換刀裝置以提高機床工作效率 [1]。軟件由管理軟件和控制軟件組成。高級的數(shù)控系統(tǒng)可能還包含一套自動編程機或者 CAD/CAM系統(tǒng)。數(shù)控機床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床四部分組成。 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。目前，我國數(shù)控機床 (包括經(jīng)濟型機床 )品種約有 500個 [2]。特別重要的是，我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高， MPBF值可以在 15000h以上。 我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù) (包括核心技術(shù) )，已達到國際先進水平。 數(shù)控機床是先進制造業(yè)的基礎(chǔ)機械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的機電一體化產(chǎn)品。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展， 1965 年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng) —— 集成電路數(shù)控系統(tǒng)。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 緒論 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及國外發(fā)展現(xiàn)狀 1949年美國帕森公司首先提出了機床數(shù)字控制的概念。 1970 年，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng) —— 小型計算機數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計算機以其無法比擬 的性能價格比滲透各個行業(yè)， 1974 年，第五代數(shù)控系統(tǒng) —— 微型計算機數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)品進程， 1990 年日本機床產(chǎn)值數(shù)控化率達 75％，美國達 70． 1％，德國達 57％ 。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。同時大部分數(shù)控機床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生產(chǎn)，自我配套率超過 60%。 但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設(shè)計、制造等各方面存在較大差異，并存在許多不足：機械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在一定差距；主軸及卡盤剛性 差，主軸定位準停不好；安全性較差，軟硬件保護功能不夠；刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設(shè)計方面不規(guī)范，不符合國標，比如使用電壓等級、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機床廠家甚至仍然停留在十年二十年前的設(shè)計思想；程序設(shè)計方面缺乏標準，不規(guī)范，邏輯性不強，故障率高，在使用過程中需不斷對程序進行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標牌線號不清，圖紙與實物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機床廠家為了降成本卻忘記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國產(chǎn)的軸承、接觸器、繼電器 、接近開關(guān)等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強，多品種生產(chǎn)困難。為了滿足社會經(jīng)濟發(fā)展和科技發(fā)展的需 要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。 湖南大學(xué)畢業(yè)