【正文】 或剛性連接和控制，當被加工對象變換時，調整很困難，甚至是不可能的，有時只得全部更新或更換。而且，在提高單機柔性化的同時，正努力向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。20世紀80年代中期以來，以數(shù)控機床為主體的加工自動化已從“點”（單臺數(shù)控機床）、“線”的自動化（FMC、FMS、FTL、FML）發(fā)展到“面”的自動化。盡管由于這種高自動化的技術還不完備，投資過大，回收期較長，但數(shù)控機床的高自動化以及向FMC、FMS的系統(tǒng)集成方向發(fā)展的總趨勢仍是機械制造業(yè)發(fā)展的主流。數(shù)控機床能否發(fā)揮其高性能、高精度、高效率，并獲得良好的效益，還要取決于可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時采用硬件結構機床本體的模塊化、標準化、通用化和系列化，使得既提高硬件生產批量，又便于組織生產和質量把關。利用報警提示，及時排除故障。利用各種測試、監(jiān)控技術，自動進行相應的保護。 A、 自適應控制技術 自適應控制可根據(jù)切削條件的變化，自動調節(jié)工作參數(shù)，使加工過程能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 B、 專家系統(tǒng)技術 將專家的經(jīng)驗和切削加工一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入計算機中，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)，提供經(jīng)過優(yōu)化的切削參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于罪優(yōu)和最經(jīng)濟的工作狀態(tài)，從而提高編程效率和降低對操作人員的技術要求，縮短生產準備時間。出現(xiàn)故障立即采取停機等措施，進行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等，并利用“冗余”技術，自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工廠工作環(huán)境的要求。 數(shù)控銑床可以分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各類銑床配置的數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡相同。（1） 點位控制功能 利用這一功能，數(shù)控銑床可以進行只需要作點位控制的鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔和鏜孔等加工。對非圓曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等二次曲線及對數(shù)螺旋線、阿基米德螺旋線和列表曲線等）構成的平面輪廓，在經(jīng)過直線或圓弧逼近后也可以加工。（3） 刀具半徑自動補償功能 使用這一功能，在編程時可以很方便得按工件實際輪廓形狀和尺寸進行編程計算，而加工中心可以使刀具中心自動偏離工件一個刀具半徑，加工出符合要求的輪廓表面。還可以利用改變刀具半徑補償值的方法，以同一加工程序實現(xiàn)分層銑削和粗、精加工或用于提高加工精度。（4） 刀具長度補償功能 利用該功能可以自動改變切削平面高度，同時可以降低在制造與返修時對刀具長度尺寸的精度要求，還可以彌補軸向對刀誤差。對于一個軸對稱形狀的工件來說，利用這一功能，只要編出一半形狀的加工程序就可以完成全部加工了。對于這種典型化動作，可以專門設計一段程序（子程序），在需要的時候進行調用來實現(xiàn)上述加工循環(huán)。利用數(shù)控銑床的連續(xù)輪廓控制功能時，也常常遇到一些典型化的動作，如銑整圓、方槽等，也可以實現(xiàn)循環(huán)加工。目前，已有不少數(shù)控銑床的數(shù)控系統(tǒng)附帶有各種已編好的子程序庫，并可以進行多重嵌套，用戶可以直接加以調用，使編程更加方便。 具備自適應功能的數(shù)控銑床可以在加工過程中把感受到的且削狀況（如切削力、溫度等）的變化，通過適應性控制系統(tǒng)及時控制機床改變切削量，使銑床及刀具始終保持最佳狀態(tài)，從而可獲得較高的切削效率和加工質量，延長刀具使用壽命。目前已出現(xiàn)既能對實物掃描采集數(shù)據(jù)，又能對采集到的數(shù)據(jù)進行自動處理并生成數(shù)控加工程序的系統(tǒng)。(1) 高柔性及工序復合化數(shù)控銑床具有柔性（可變性）高和工序復合化的特點。數(shù)控銑床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工工序的概念，打破了傳動的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度地提高設備利用率。而且，一般情況下，可以再一次裝夾中，完成所需的加工工序。一般情況下，可以保證工件的加工精度。 由于數(shù)控銑床的高精度和靈活性，能加工很多普通機床難以完成或根本不能加工的復雜型面（如高精度螺旋推進器）。而加工各種復雜模具更顯示優(yōu)越性。數(shù)控能夠有效地減少這兩部分時間。良好的結構性允許數(shù)控進行大切削用量的強力切削，有效地節(jié)省了機動時間。 數(shù)控銑床一般很少使用專用夾具和工藝裝備，在更換工件時，只需調用儲存于計算機中的加工程序，裝夾工件和調整刀具數(shù)據(jù)，可大大縮短生產周期。使工序高度集中，大大提高了生產效率并減少了工件的裝夾誤差。因此，有利于選擇最佳切削用量。據(jù)統(tǒng)計，采用數(shù)控銑床比普通銑床可提高生產率3～5倍。（4） 減輕操作者的勞動強度 數(shù)控銑床對零件加工是按事先編好的程序自動完成的。 由于數(shù)控銑床具有以上獨特的優(yōu)點，因此數(shù)控銑床已成為機械制造業(yè)的主要裝備。否則，很難發(fā)揮數(shù)控銑床的作用。為此，必須重視編程操作人員的培訓。下圖實線所示為開環(huán)控制的數(shù)控銑床框圖。開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程是這樣的：將控制機床工作臺運動的位移量、位移速度、位移方向、位移軌跡等參量通過控制介質輸入給機床數(shù)控裝置，數(shù)控裝置根據(jù)這些參量指令計算得出進給脈沖序列（包含有上述4個參量），然后經(jīng)伺服系統(tǒng)轉換放大，最后控制工作臺按所要求的速度、軌跡、方向和距離移動。現(xiàn)將各組成部分簡述如下。在普通機床上零件加工時，由工人按圖紙和工藝要求進行加工。控制介質可以是川孔帶，也可以是穿孔卡、磁帶、磁盤或其他可以儲存代碼的載體。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。數(shù)控裝置接受輸入介質的信息，并將其代碼加以識別、儲存、運算，輸出相應的指令脈沖以驅動伺服系統(tǒng)，進而控制機床動作。（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換為機床一動部件的運動，使工作太（或溜板）精確定位或按照規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出符合圖紙要求的零件。相對于每個脈沖，機床一動部件的位移量叫做脈沖當量（用 來表示）。在數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)中，常用的伺服驅動元件有功率步進電機、電脈沖馬達、直流伺服電機和交流伺服電機等。它是在數(shù)控銑床上自動完成各種切削加工的機械部件。實踐證明，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，還由于是自動控制，在加工中不能像在普通機床上那樣可以雖由人工進行干涉。因而在后來的數(shù)控設計時，采用了許多新的加強剛性、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、傳動系統(tǒng)及刀具系統(tǒng)等方面都發(fā)生了很大的變化。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。此時，即可啟動機床運行數(shù)控加工程序。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。 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、材料及技術要求等，制定工件加工的工藝過程，刀具相對工件的運動軌跡、切削參數(shù)及輔助動作順序等，進行零件加工的程序設計。 （3） 按照程序單上的代碼編作控制介質。 （5） 啟動機床后，數(shù)控裝置根據(jù)輸入的信息進行一系列的運算和控制處理，將結果以脈沖形式送往機床的伺服系統(tǒng)（如步進電機、直流伺服電機、電液脈沖馬達等）。 、特點本文設計的題目為：普通銑床的數(shù)控化改造，故名四億就是在機床上增加微型控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。本設計的內容主要就是對普通銑床的工作臺改造，在原有的傳動的基礎上采用伺服電機控制的傳動系統(tǒng)。其主要特點是：采用伺服系統(tǒng)，使直流電機轉動，通過滾珠絲杠副驅動執(zhí)行部件。采用半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電動機做成一個整體是則無需考慮位置檢測的安裝問題。 本設計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)的伺服機構中裝有位移檢測裝置，通過檢測伺服機構的滾珠絲杠轉角，間接檢測移動部件的位移，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行比較，用比較厚的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。根據(jù)改造目的，需將縱向和橫向還有主軸Z想進給運動改造為微機控制。這里只敘述他它的傳動方案：電動機—→減速機構—→滾珠絲杠副—→工作臺移動。數(shù)控部分采用8255的單片機，CPU上帶的兩片ROM，外接2764（RPROM）等擴展成的微機控制系統(tǒng)。如果伺服電機通過聯(lián)軸器與絲杠直接連接。旋轉變壓器的分解精度為每轉2000個脈沖，如果采用旋轉變壓器方案，則在伺服電機和旋轉變壓器軸之間安裝5：1的升速齒輪。如選用每轉2500個脈沖編碼器，則倍頻器的倍數(shù)為4。其性能為電機按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/電壓轉換器（F/V）。本設計伺服電機每轉發(fā)出的脈沖為個，故轉換比例仍為6（v）/1000（r/min）.下圖為上述兩種方案的傳動系統(tǒng)圖。本設計采用圖（B）方案。P型是用于精確定位且能夠根據(jù)旋轉角度和導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角度和導程無關的測量裝置來完成。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，所以本設計選用4級。它的結構特以減少摩擦。在滾道內裝有滾珠，當絲杠與螺母相對運動時，滾珠沿螺旋槽向前滾動，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導裝置，逐個地又滾回到絲杠與螺母之間，構成一個閉環(huán)的回路。直流伺服電機的結構主要包括以下三大部分。根據(jù)產生磁場的方式，直流伺服電機可分為永磁式和他勵事。（2） 轉子 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，在釘子磁場作用下產生帶動夫在旋轉的電磁轉矩。 第三章 設計計算已知參數(shù)： 工作臺重量 40kg 工件最大重量 100kg 機床定位精度 機床重復定位精度 工作臺進給速度 1～400mm/min 工作太快移速度 10m/minX軸行程 500mmY軸行程 500mmZ軸行程 400mm工作臺為 500500 ．滾珠絲杠螺母副的選用設計主切削力計算：在以工作壽命為基礎進行計算時，應按實際加工過程平均銑削條件為準，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)而插補平面內合力F==6616(N)在一周的切削過程中取平均切削力為 =F==（KN）工作時的周向壓力為 對于三角形形導軌，k=, =,而=0，==(KN),G=(KN),則=+（+）=3887（N）進給傳動系統(tǒng)滾珠絲杠的計算滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應按當量動載荷選擇。已知最大進給力=，工作臺加工件的質量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；絲杠的最高轉速為1500r/min,工作臺最小進給速度為1mm/min,可取為0，則平均轉速n=(1500+0)/2=750r/ 式中 L—工作壽命 ，以r為1個單位 N—絲杠轉速 r/min T—絲杠使用壽命，對數(shù)控機床可取T=15000h計算當量動載荷為===49（Kn）式中 —載荷性質系數(shù)，無沖擊1～，～，～。查表12—1—13，＜，由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸為內循環(huán)浮動式反向器FFZ5020—３，絲杠底徑＝　名義直徑d=50,額定動載荷=49Kn，＜，符合設計要求。本設計中絲杠最大載荷為 =。絲杠的最大載荷，當切削時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。本設計=—精度影響系數(shù)，對于5級滾珠絲杠取=。軸向剛度=1476 N/=/4=60/4=15KN，只要軸向載荷值不達到或不超過預緊力的3倍，就 不必對預緊力提出額外的要求。滾珠絲杠支承的選擇本設計傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端固定，一端鉸接，因為軸向剛度=1138 N/m大，而且適用于對剛度和位移精度要求高的場合，絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性都較高，適用于中等回轉速度。 主軸傳動系統(tǒng)的制動方式 由于滾珠絲杠副的傳動效率高，無自鎖作用（特別是滾珠絲杠處于垂直傳動時），為防止因自重下降，故必須裝有制動裝置。機床工作時，電磁鐵通電，使摩擦離合器脫開。當加