【正文】 變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化；能在負(fù)載下變速，便于車(chē)削大端面時(shí)保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量?，F(xiàn)代切削加工正向著高速、高效和高精度方向發(fā)展，對(duì)機(jī)床的性能提出越來(lái)越高的要求，如轉(zhuǎn)速高，調(diào)速范圍大，恒扭矩調(diào)速范圍達(dá)1：100～1：1000，恒功率調(diào)速范圍達(dá)1：10以上；～250kW，能在切削加工中自動(dòng)變換速度；機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲小，動(dòng)態(tài)性能好，可靠性高等。第三章 三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算主傳動(dòng)系統(tǒng)一般由動(dòng)力源（如電動(dòng)機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺(tái)），以及開(kāi)停、換向和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。這些現(xiàn)象都是因?yàn)檫M(jìn)給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象引起的，而低速爬行現(xiàn)象又決定于機(jī)械傳動(dòng)部件的特性。通常在開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中。 提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度 數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精度極大的影響零件的加工精度。這些變形將影響到加工精度。焊接件能達(dá)到與鑄件相同，甚至更好的結(jié)構(gòu)特性，可提高抗彎截面慣性矩，減少質(zhì)量。省去了制作木模和鑄造工序，不易出廢品。4）鋼板焊接能將構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，提高剛度。2）如果要求局部剛度相同，因局部剛度與臂厚的三次方成正比，所以焊接件的臂厚只需鑄件的80%左右。(3) 采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件采用鋼板和焊鋼而不采用鑄件的原因：1）鋼的彈性模量約為鑄鐵的兩倍，因此采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)床身有利于提高固有頻率。(2) 結(jié)構(gòu)剛度與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。而靜剛度及固有頻率，是影響動(dòng)剛度的重要因素。如固定連接表面或嚙合運(yùn)動(dòng)表面的接觸變形；各支撐零件的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，以及某些支撐件的局部變形等，這些變形都會(huì)直接或間接的引起刀具和工件之間的相對(duì)位移，從而導(dǎo)致工件的加工誤差，或者影響機(jī)床切削過(guò)程的特性。機(jī)床在切削過(guò)程當(dāng)中，要承受各種外力的作用，承受的靜態(tài)力有運(yùn)動(dòng)部件和被加工零件的自重；承受的動(dòng)態(tài)力有：切削力、驅(qū)動(dòng)力、加減速時(shí)引起的慣性力、摩擦阻力等。 總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求主要有以下方面:（1）有良好的抗振性能和較大的額定切削功率，高的靜、動(dòng)態(tài)剛度；（2）有較高的熱穩(wěn)定性和較高的幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度；（3）有數(shù)控系統(tǒng)及其介質(zhì)。（5）傳動(dòng)系統(tǒng)要加上脈動(dòng)裝置。（4）為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求機(jī)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母副。（3）進(jìn)給傳動(dòng)的設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床必須有精確的進(jìn)給傳動(dòng)系，才會(huì)有高的精度和表面質(zhì)量。 設(shè)計(jì)原則根據(jù)設(shè)計(jì)要求和銑床的具體情況，課題的基本設(shè)計(jì)方案如下： （1）機(jī)床采用連續(xù)控制系統(tǒng)，定位方式采用增量坐標(biāo)控制。（2）；（3）X、Y、Z軸 快速進(jìn)給速度分別為 6m/min、6m/min、3m/min；（4）工作臺(tái)面尺寸300x500mm。特點(diǎn)如下：（1）適應(yīng)性強(qiáng)，加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定（2）生產(chǎn)率高（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件（4）良好的經(jīng)濟(jì)效益（5）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍從最經(jīng)濟(jì)的方面出發(fā)，數(shù)控機(jī)床適用于加工：（1）多品種小批量零件；（2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高的零件；（3）需要頻繁改型的零件；（4）價(jià)格昂貴，不容許報(bào)廢的關(guān)鍵零件；（5）需要小生產(chǎn)周期的急需零件。3. 按加工方法分類(lèi)（1） 金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床；（2） 金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床；（3）數(shù)控特種加工機(jī)床；（4） 其它類(lèi)的數(shù)控機(jī)床4. 按數(shù)控機(jī)床的性能分類(lèi)(1)低檔數(shù)控機(jī)床；(2) 中檔數(shù)控機(jī)床；(3) 高檔數(shù)控機(jī)床； 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。（3） 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 它是在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的絲杠上或進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的軸上裝有角位移檢測(cè)裝置。它是根據(jù)穿孔帶上的數(shù)據(jù)指令經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算發(fā)出脈沖信號(hào)輸出到伺服驅(qū)動(dòng)裝置，使驅(qū)動(dòng)伺服裝置轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，然后經(jīng)過(guò)減速齒輪和絲杠螺母機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線(xiàn)位移。其特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸，具有插補(bǔ)功能。（2）點(diǎn)位直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床 直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)不僅要控制兩點(diǎn)間的準(zhǔn)確位置（距離），還要控制兩點(diǎn)之間移動(dòng)的速度和軌跡。除了上述四個(gè)主要部分外，數(shù)控機(jī)床還有一些輔助裝置和附屬設(shè)備，如電器，液壓，氣動(dòng)系統(tǒng)與冷卻、排屑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等裝置以及編程機(jī)、對(duì)刀塊等。（2）數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。調(diào)節(jié)元件執(zhí)行元件被控對(duì)象比較元件輸入 輸出量 指令 測(cè)量、反饋元件 伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)方框圖目前數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)有功率步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)，后兩者都帶有光電編碼器等位置測(cè)量元件。從自動(dòng)控制理論的角度來(lái)分析，無(wú)論多么復(fù)雜的伺服系統(tǒng)，都是有一些功能元件組成的。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，以加工出符合要求的零件?？刂平橘|(zhì)閱讀機(jī)輸 入 裝 備控 制 器輸 出 裝 置伺 服 機(jī) 構(gòu) 數(shù)控裝置組成示意圖伺服系統(tǒng)，亦稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得精確的位置、速度或力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這些信息將作為控制與運(yùn)算的原始依據(jù)。如圖（2）所示，劃線(xiàn)框內(nèi)位數(shù)控裝置。2. 數(shù)控裝備數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的控制中心?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置的類(lèi)型不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤(pán)等。如圖（1）所示。目前數(shù)控技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：實(shí)現(xiàn)高速度，高可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)，向著增強(qiáng)功能、降低造價(jià)、方便使用的目標(biāo)進(jìn)展；積極應(yīng)用計(jì)算技術(shù)、系統(tǒng)工程理論和控制技術(shù)的最新成果，像這綜合自動(dòng)化方向變革。早期的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)采用電子管，體積大、功耗高，只在軍事部門(mén)應(yīng)用。在這一時(shí)期，數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中得到了推廣。1965年國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從此以后，世界上其他一些工業(yè)國(guó)家也多開(kāi)始開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。但這臺(tái)數(shù)控機(jī)床僅是一臺(tái)試驗(yàn)性的機(jī)床，當(dāng)時(shí)用的電子元件是電子管。最早進(jìn)行數(shù)控機(jī)床研制的是美國(guó)人。普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些需求。第一章 概論 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型。所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，三個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，所有電機(jī)均由單片機(jī)進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)是在原有普通銑床的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行改造,成為三坐標(biāo)數(shù)控銑床。進(jìn)給系統(tǒng)中每個(gè)元件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有直接的影響。在進(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠和支承結(jié)構(gòu)是決定其傳動(dòng)精度和剛度的主要部件，因此，必須首先保證它們的加工精度。絲杠和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)化是減少摩擦的重要措施之一。為此，要注意以下三點(diǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求：(1) 減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦力。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速﹑啟動(dòng)﹑停止﹑進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向﹑速度和位移量，以及工件裝夾和冷卻潤(rùn)滑的開(kāi)關(guān)等動(dòng)作，使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工工序規(guī)定的順序﹑運(yùn)動(dòng)軌跡加工出符合要求的零件。直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以使用化。山東大學(xué)三坐標(biāo)銑床的數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘要 1Abstract 2前言 4第一章 概論 5 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 5 數(shù)控機(jī)床的組成及分類(lèi) 6 數(shù)控機(jī)床的組成 6 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 8 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 8 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 8 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 9第二章 設(shè)計(jì)主要參數(shù)及基本思想 9 課題要求 9 題目名稱(chēng)（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求 9 課題內(nèi)容及工作量 9 設(shè)計(jì)原則 10 總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 10 提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度 10 提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度 11第三章 三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算 12 12 主傳動(dòng)變速系統(tǒng) 13 主軸系統(tǒng)計(jì)算 16 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 19 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 19 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 20 20 X軸滾珠絲杠副 20 Y軸滾珠絲杠副 24 Z軸滾珠絲杠副 27 30第四章 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 33 33 微機(jī)控制系統(tǒng)的組成 33 34 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備介紹 34 主控制器CPU的選擇 34 存儲(chǔ)器電路的擴(kuò)展 35 I/O口電路的擴(kuò)展 37 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 39 其它輔助電路設(shè)計(jì) 40 程序部分 41結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 46致 謝 47前言隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入自適應(yīng)控制﹑模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程﹑前饋控制﹑模糊控制﹑學(xué)習(xí)控制﹑自適應(yīng)控制﹑工藝參數(shù)自動(dòng)生成﹑三維刀具補(bǔ)償﹑運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)截面極為友好，并且有故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。用數(shù)控銑床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制該零件的加工程序，這是數(shù)控銑床的工作指令。三坐標(biāo)數(shù)控銑床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，不論點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，被加工工件的最后坐標(biāo)精度和輪廓精度都受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度﹑靈敏度和穩(wěn)定性的影響。進(jìn)給系統(tǒng)雖有許多元件，但摩擦阻力主要來(lái)自絲杠和導(dǎo)軌。(2) 提高傳動(dòng)精度和剛度。(3) 減少運(yùn)動(dòng)慣量。尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，其慣性的影響更大。該機(jī)床能通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)直線(xiàn)等不同的加工路線(xiàn)。此設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解單片機(jī)的工作原理，主要有以下幾個(gè)方面：X、Y、Z工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是滾珠絲杠的運(yùn)用；機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，了解優(yōu)缺點(diǎn)，充分考慮主要矛盾，擇優(yōu)選?。粏纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉其應(yīng)用。特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需的零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。為了滿(mǎn)足上述要求，一種新型的機(jī)床——數(shù)字程序控制機(jī)床（簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控機(jī)床）應(yīng)運(yùn)而生。1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成功地研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，利用脈沖乘法器原理的數(shù)控機(jī)床。直到1954年11月，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床才生產(chǎn)出來(lái)。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制是從1958年起步的。從70年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于車(chē)、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點(diǎn)加工等領(lǐng)域，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。1985年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展。只有在微處理機(jī)用于數(shù)控機(jī)床后，才真正使數(shù)控機(jī)床得到了普及。 數(shù)控機(jī)床的組成及分類(lèi) 數(shù)控機(jī)床的組成控制介質(zhì)數(shù)控裝備伺服裝置機(jī)床本體輔助裝備 數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)繁多，但從組成一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床上講，它由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體絲大部分以及輔助設(shè)備組成。、 數(shù)控機(jī)床組成示意圖1．控制介質(zhì)控制介質(zhì)是指零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體。另外，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟件在其他計(jì)算機(jī)上編程，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。它由輸入裝置、控制裝置和輸出裝置等組成。輸入裝置受控制介質(zhì)上的信息，經(jīng)過(guò)識(shí)別與譯碼之后，送到控制運(yùn)算器。控制運(yùn)算器根據(jù)輸入裝置送來(lái)的信息進(jìn)行運(yùn)算，并將控制命令輸送往輸出裝置，輸出裝置將控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的動(dòng)作。它是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩大部分。指令信息是以脈沖信息體現(xiàn)的，每一脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移叫脈沖當(dāng)量(～)。圖（3）是由各功能元件組成的伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)方框圖。4. 機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，它是在原有的普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的，具有以下特點(diǎn)：（1）數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短。（3）更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲杠副，直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌等。 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)1． 刀具相對(duì)于工件移動(dòng)的軌跡分類(lèi)（1） 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)位控制機(jī)床的特點(diǎn)是只控制移動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，即控制移動(dòng)部件由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，而對(duì)它們運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的軌跡沒(méi)有嚴(yán)格的要求，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制又稱(chēng)連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。（4） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方式分類(lèi)2． 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類(lèi)（1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 它是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)。（2） 閉環(huán)控制系統(tǒng) 它是指在機(jī)床的