【正文】 水平。目前世界數(shù)控機床年產(chǎn)量超過 15 萬臺，品種超過 1500 多種 [2]。 數(shù)控機床是先進制造業(yè)的基礎機械，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。應用一個或多個計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計算機數(shù)控系統(tǒng) (CNC)。隨著集成電路技術的發(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)。1 緒論 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史 1952 年第一代數(shù)控系統(tǒng) —— 電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。 20世紀 50 年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所組成的第二代數(shù)控系統(tǒng) —— 晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。 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。綜上所述，由于微電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎 5年左右時間就更新?lián)Q代一次 [1]。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％。 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 數(shù)控技術狀況 目前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應用階段過渡的關鍵時期，也是由封閉型向開放型過渡的時期。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)出具有中國版權的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關鍵技術。尤其是基于PC 機的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進線等功能既可作為獨立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)平臺，為機床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。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%。 我國進行改革開 放后，由于政策的開 放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進的機床制造國家進行技術交流，并通過引進技術，到 80 年代初，國產(chǎn)數(shù)控機床進入實用化階段， 1991 年數(shù)控機床的產(chǎn)值數(shù)控化率為 14． 3％，到 1997 年數(shù)控機床產(chǎn)值數(shù)控化率為 24． 5％。 但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設計、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計思想；程序設計方面缺乏標準，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。機械件材質(zhì)、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設計有專門的標準，設計規(guī)范合理，配套件齊全，標牌標示清楚齊全；使用的元器件質(zhì)量好，故障率低；新技術的應用及時領先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低 [3] 。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。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。 1. 信息載體 信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機床上加工一個零件所必需的各種信息，以控制機床的運動，實現(xiàn)零件的機械加工。數(shù)控機床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入 ，或通過竄行口將計算機上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。 2. 計算機數(shù)控系統(tǒng) 計算機數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計算和處理后去控制機床的動作。硬件除計算機外，其外圍設備主要包括光電閱讀機、 CRT、鍵盤、面板、機床接口等。數(shù)控裝置控制機床的動作可概括為：機床主運動、機床的進給運動、刀具的選擇和刀具的補償、其它輔助運動等。伺服電動機可以是步進電機、電液馬達、直流伺服電機或交流伺服電機。 數(shù)控機床集中了傳統(tǒng)的自動機床、精密機床和萬能機床三者的優(yōu)點，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。 伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自 CNC裝置的進給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動各加工坐標軸按指令脈沖運 動。 進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。要使它成為一個既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當高的技術性能指標的控制系統(tǒng)，的確是一個相當復雜的任務。 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結構如下圖所示： 由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務不同，它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通常可概括為以下幾方面：可逆運行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 2） 電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。 3） 為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。 4） 電機應能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。使伺服控制技術從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高 [4]。 設計的目的是培養(yǎng)綜合運用基礎知識和專業(yè)知識，解決工程 實際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術和科學研究工作的基本訓練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能得到訓練和提高，培養(yǎng)正確的設計思想、嚴肅認真的科學態(tài)度，加強團隊合作精神。選擇合適的算法，根據(jù)計算結果查閱手冊，得出相關的結構或零件。最后，完成硬件連接設計，編制典型零件的車削程序，撰寫說明書。主軸水平安裝，橫向成 45176。根據(jù)縱橫向長度定外觀總長度，布局圖如附錄 1所示。采用螺旋傳動，計算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進行絲杠的校核并進行精度等驗算，根據(jù)計算的扭矩選擇伺服電機。決定于工件材料和加工方法，在一定的切削條件（ v、s、 t 固定）下， PZC 為一常數(shù)。 k—— 總的修正系數(shù)。 錯誤 !未指定書簽。 PZX 、 PZY —— 指數(shù)。這說明吃刀深度對切削力的影響要比走刀量對切削力的影響大。這些系數(shù)在下列條件下制定：刀片材料為硬質(zhì)合金，工件材料為碳素結構鋼， 27 5 /b? ? 公 斤 力 毫 米， 50 /v? 米 分 ，45?? ， 10??? ， 0?? ，后刀面磨損限度 ? 毫 米，切削時不用冷卻液，車削外圓。 表 系 數(shù) 及 指 數(shù) 工件材料 PZC PZX PZY 結構鋼 167 1． 0 0． 75 修 正 系 數(shù) 工 件 材 料 b?? 40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 PZk料 = 0． 84 0． 90 0． 95 1． 0 1． 04 1． 09 切 削 速 度 v= 50 100 200 300 400 500 vPZk = 1． 0 0． 90 0． 82 0． 77 0． 74 0． 71 主 偏 角 φ= 30176。 60176。 90176。 +10176。 10176。 PZk? = 0． 90 1． 0 1． 1 1． 2 1． 3 后刀面磨損限度 h= 0． 9 hPZk = 切削功率是切削時在切削區(qū)內(nèi)消耗的功率。 如表 ，取其中各參數(shù)的最大值進行估算： 取 PZC =167， PZX =， ? ， PZk料 =， PZk? =， PZk? =， hPZk =， vPZk = 取 切深 t=5mm，進給量 s=則由公式 ()： 5 9 8 547974800ZPNN? ? ? ? ? ? ? ????公 斤 力 : : 1 : 0 . 2 5 : 0 . 4: : 4 8 0 0 : 1 2 0 0 : 1 9 2 0XYXYFFFF ???ZZ而 F F () 切削功率：取切削速度為 105m/min，由公式 ()()得 : 4 8 9 .5 1 0 5 8 .46120Nk????切 削 NNkk???? ??切 削電 機過 取 11Nk??切 削 3 橫向進給系統(tǒng) 已知技術參數(shù) 橫向最大行 程（ X軸） 180 mm； 工作進給速度為 1 8000mm/min； 橫向快速進給速度： 8 m/min； 刀架估計質(zhì)量： 150kg； 滑板的估計尺寸（長 ? 寬 ? 高）： 400mm? 200mm? 80mm； 材料選為 HT200。 m a x 1 m i n 212 8 8 8 . 9 4 / m i nmn t n tnrtt???? 估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重 刀架質(zhì)量： 1 15 0 9. 8 14 70GN? ? ? 滑板： 392 4 0 0 2 0 0 8 0 7 . 8 5 1 0 9 . 8 1 1 0 5 2 0?? ? ? ? ? ? ? ? 總質(zhì)量： 12 1 4 7 0 5 2 0 2 0 0 0G G G N? ? ? ? ? 確定絲杠的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。 n1， n2—— 軸向載荷 maxF ， minF 作用下的轉(zhuǎn)速 (r/min)。） ft—— 溫度系數(shù)；（查表：）