【正文】 損小、節(jié)能低耗、磨擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。 單坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)產(chǎn)品特點(diǎn) ●WINDOWS平臺(tái)，中文操作系統(tǒng)，使用簡(jiǎn)單方便； ●最高速可達(dá) 4MHz, 最大步長(zhǎng)為 268000000 ； ●可實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)行，加減速可設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)恒速控制、速度控制、非對(duì)稱直線加減速驅(qū)動(dòng)、 S 曲線加減速驅(qū)動(dòng)、固定線速度控制、位置控制； ●自動(dòng)回原點(diǎn)功能，具有硬件限位功 能 ； ●可讀回運(yùn)動(dòng)中實(shí)際位置（編碼器輸入）； ●為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供脈沖、方向控制輸出信號(hào)；可選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)； ●除 XY 軸限位，零位以外， I/O 口提供 8 路光隔離輸入及 16 路輸出 ●單坐標(biāo)精密工作臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)：?jiǎn)挝?mm （ 3） 三坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái) 第一章 緒論 3 三坐標(biāo)精密數(shù)控工作臺(tái)采用滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有精度高、效率高、壽命長(zhǎng)、磨損小、節(jié)能低耗、磨擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。 數(shù)控工作臺(tái)發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前數(shù)控工作臺(tái)呈 現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)： 、高精密化 高速、精密是機(jī)械制造發(fā)展永恒的目標(biāo)。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)械加工向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。 2. 高可靠性 數(shù)控工作臺(tái)的可靠性是數(shù)控工作臺(tái)產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指 標(biāo)。 3. 數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) CAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展， CAD 技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。通過(guò)功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大工作臺(tái)的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)多用、一臺(tái)多能，即一臺(tái)數(shù)控工作臺(tái)通過(guò)換刀，既可以實(shí)現(xiàn)車削加工，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工 5. 智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近年來(lái)機(jī)床發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。位移分辨率路 1um； 承載能力： 2kN，壓向； 加載行程〉 100mm； 工作過(guò)程按程序自動(dòng)完成。對(duì)于二維連動(dòng)而言，二維連動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)控工作臺(tái)在四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)又選取了系統(tǒng)的橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行完整設(shè)計(jì)。 由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的欠缺和知識(shí)的局限性，所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作情況及可用性還有待與實(shí)踐的檢驗(yàn)。 對(duì) X， Y， Z，三個(gè)方向驅(qū)動(dòng)的要求 從經(jīng)典數(shù)控機(jī)床上，我們可以清楚的發(fā)現(xiàn)，工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)橫向、縱向進(jìn)給的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)滾珠絲杠來(lái)完成的，主要是由于滾珠絲杠擁有很多良好的性能，數(shù)控工作臺(tái)的傳遞功率和動(dòng)力特性，決定了數(shù)控工作臺(tái)的的加工效率和加工工藝能力。 下邊的的幾點(diǎn)是激光加工機(jī)的數(shù)控工作臺(tái)與傳統(tǒng)工作臺(tái)在驅(qū)動(dòng)方面的一些區(qū)別與相同： （一）首先一點(diǎn)就是激光加工基本沒(méi)有切削力，也就是說(shuō)相比較與傳動(dòng)的機(jī)械加工，激光加工的切削力幾乎為零，因此在考慮它的傳動(dòng)裝置時(shí)，應(yīng)首先考慮精度，而不同于以往的變速性能。并且有一定的過(guò)載能力和較硬的調(diào)速機(jī)械特性，即在負(fù)載變化的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)小。 （三）他們 2 者的共同之處都是要實(shí)現(xiàn)高精度，這就要求 部件具有足夠的剛度和抗振性，具有較好的熱穩(wěn)定性，即軸向和徑向尺寸隨溫度變化較小。 恒線速度切削功能 驅(qū)動(dòng)方式 數(shù)控工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)及其控制方式主要有三種配置方式，如圖 11 所示?；讫X輪的移動(dòng)大都采用液壓缸加撥叉，或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的地方。 確定驅(qū)動(dòng)方式： 考慮到滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)速度較為平穩(wěn)，從計(jì)算轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速為恒功率區(qū)，從計(jì)算轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，恒功率變速范圍比恒轉(zhuǎn)矩變速范圍大 2~4 倍。由于伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化可以有較大的范圍，可以有效的減少減速裝置的使用與設(shè)計(jì)，而且還可以滿足功率要求。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制對(duì)象的描述 數(shù)控激光加工機(jī)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制主要是工作臺(tái)在 X， Y， Z 三軸方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及圍繞 Z軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 。為此我們采用的是由南京華興數(shù)控設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)的 21D/21X/31D 液晶顯示車床數(shù)控系統(tǒng)。選擇的原因有很多，具體就不再一一列舉了。 該系統(tǒng)的控制框圖如下 第二章 具體設(shè)計(jì) 7 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 第三章 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都由單獨(dú)的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)鏈大大縮短，傳動(dòng)件大大減少，這極有利于減少傳動(dòng)誤差，提高傳動(dòng)精度。也即是說(shuō)數(shù)控伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是把彼此相關(guān)（復(fù)合）的運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單（外聯(lián)系）的運(yùn)動(dòng)，再由計(jì)算機(jī)將各個(gè)運(yùn)動(dòng)復(fù)合起來(lái)，以形成工件的各種表面，特別是空間曲面。 對(duì)伺服系統(tǒng)的要求 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)由各坐標(biāo)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制單元、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和控制反饋環(huán)節(jié)組成。 （ 1） 高精度 為了保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，解決空間復(fù)雜曲面零件的加工，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和輪廓加工精度都有比較高的要求。 （ 2） 高穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能經(jīng) 短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程之后，迅速達(dá)到新的或恢復(fù)到原來(lái)的平穩(wěn)狀態(tài)。 （ 4） 調(diào)速范圍寬 （ 5） 低速大轉(zhuǎn)矩 伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。 第三章 進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9 電動(dòng)機(jī)的選擇 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。它同 S 系列相比具有體積小，質(zhì)量小，伺服性好，力能指標(biāo)高等特點(diǎn)。產(chǎn)品按激磁方式分為他激（并激），復(fù)激兩種。其技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 電壓（ V） 電流（ A） 功率（ W） 轉(zhuǎn)速 （ r/min） 轉(zhuǎn)矩（ N． cm） 允許順逆轉(zhuǎn)差 （ r/min） 電樞 激磁 電樞 激磁 220 600 3000 120 200 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括引導(dǎo)和支承執(zhí)行部件的導(dǎo)軌、絲杠螺母副、齒輪齒條副、蝸輪蝸桿副、齒輪或齒鏈副及其支承部件等。為此，設(shè)計(jì)和選用機(jī)械傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)時(shí)，須考慮以下問(wèn)題。 （ 2） 提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙。在傳動(dòng)鏈中設(shè)置減速齒輪，可以減小脈沖當(dāng)量，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)分析，可以提高傳動(dòng)精度。傳動(dòng)間隙主要來(lái)自傳動(dòng)齒輪副、絲杠螺母副及其支承部件之間，應(yīng)施加預(yù)緊力或采取消除間隙的結(jié)構(gòu)措施。 傳動(dòng)齒輪副設(shè)計(jì) 為了使絲杠、工作臺(tái)的慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重；同時(shí) 也為使高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服驅(qū)動(dòng)裝置的輸出變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，因而在所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)中應(yīng)用了齒輪減速裝置。綜合考慮之后，具體設(shè)計(jì)出齒輪減速裝置為一級(jí)減速，傳動(dòng)比為 1： 2，齒輪模數(shù) 3?m ，齒數(shù)分別為40,20 87 ?? zz 。在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有反饋?zhàn)饔?，滯后量雖可得到補(bǔ)償，但反向時(shí)會(huì)使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。通常，消除間隙的方法有下列幾種。 剛性調(diào)整法調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，常用方法有偏心軸調(diào)整法和軸向墊片調(diào)整法 2)柔性調(diào)整法 柔性調(diào)整法在調(diào)整之后齒側(cè)間隙仍可自動(dòng)補(bǔ)償，這種方法一般都采用調(diào)整壓力彈簧的壓力來(lái)消除齒側(cè)間隙，并在齒輪的齒厚和周節(jié)有變化的情況下，也能保持無(wú)間隙嚙合，但這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。這里選用了周向彈簧調(diào)整法。 絲杠螺母副設(shè)計(jì) 在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鏈中，需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，可選第三章 進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11 用的方法很多，比如齒輪赤條副、絲杠螺母副等。它具有如下特點(diǎn)。 b)絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高了傳動(dòng)剛度。磨損小、壽命長(zhǎng)、精度保持性好。 常用的循環(huán)方式有兩種。本設(shè)計(jì)選用了外循環(huán)結(jié)構(gòu)。 1）調(diào)整墊片預(yù)緊法。 2）調(diào)整螺母預(yù)緊法。只是預(yù)緊力不能準(zhǔn)確控制。調(diào)整準(zhǔn)確可靠，精度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難。 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 1..對(duì)導(dǎo)軌的基本要求 機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)部件都是沿著其導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的，導(dǎo)軌的功用概括為起導(dǎo)向和支承作用。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)時(shí)須考慮以下問(wèn)題。 2）有良好的精度保持性。 3）有足夠的剛度。數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌截面積的尺寸，或在主導(dǎo)軌外添加輔助導(dǎo)軌來(lái)提高剛度。 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)工藝性要好，便于制造和裝配，便于檢驗(yàn)、調(diào)整和維修，而且須有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑措施。 2）鑲條應(yīng)放在受力較小的一側(cè)。 C. 導(dǎo)軌材料的要求和匹配 導(dǎo)軌副應(yīng)盡量由不同材料組成，如果選用相同材料也應(yīng)采用不同的熱處理或不同的硬度 。 由于本產(chǎn)品的加工范圍較小，工作臺(tái)的工作范圍為 400*400mm，因此，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)考慮不易采用直線導(dǎo)軌，因此我選擇了直線軸承。 第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算部分 13 第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算部分 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 已知，電動(dòng)機(jī)額定功率 P =600 w ，計(jì)算轉(zhuǎn)速 min/600rn j ? ,傳動(dòng)比2?i ，二班制工作。 3）選擇帶輪直徑 1D 、 2D C 型 V 帶 ,200min mmD ? 應(yīng)使 min1 DD ? 。 驗(yàn)算帶速 v ： smnDv / 11 ??? ?