X-Y數(shù)控銑床工作臺(tái)設(shè)計(jì)-工作臺(tái)面300×500mm含6張CAD圖,數(shù)控,銑床,工作臺(tái),設(shè)計(jì),工作,臺(tái)面,mm,妹妹,cad 摘 要 本設(shè)計(jì)主要基于數(shù)控銑床的工作原理，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的尺寸給出了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的X-Y數(shù)控銑床工作臺(tái)的設(shè)計(jì)。 首先，確定總體設(shè)計(jì)方案：對(duì)導(dǎo)向副、螺母副、減速裝置的選擇和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行初步分析，然后畫出總體方案。 其次，機(jī)械傳動(dòng)部分的計(jì)算與選擇：導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)部件的重量估算、銑削力的計(jì)算、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算和選擇、滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選擇；步進(jìn)電機(jī)減速器的選擇、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選擇。該部分作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，進(jìn)行了大量的分析、計(jì)算和驗(yàn)算，最終達(dá)到了滿足任務(wù)大小要求的工作要求。 其次，選擇X-Y工作臺(tái)的控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要采用8051單片機(jī)進(jìn)行控制，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的匯編程序設(shè)計(jì)。 最后，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，主要通過(guò)饋電傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)了硬件電路，繪制了控制系統(tǒng)的原理框圖。然后對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床； 控制系統(tǒng)； 總體設(shè)計(jì) II Abstract This design is based on the CNC milling machine works, according to the design task given the size of the work to design a relatively simple economic XY CNC milling machine table. First, determine the overall design: including a preliminary analysis of the Guide way,screwnut, deceleration device selection and control system design, and then draw ageneral scheme in Figure. Secondly, the calculation and selection of mechanical drive components: the weight of moving parts in the rail estimates, the calculation of the milling force, linear rolling the Guide way the calculation and selection of, the calculation and selection of the ball screwnut, step into the motor to the gearbox selection, calculation and selection of the stepper motor. This section as the design focus a great deal of analysis, calculation and checking , and finally get to meet the mandate of the size of the job requirements. Then, the control system of the XY table to choose. The design of the main selection of the 8051 microcontroller to control, and simple assembly programming. Finally, the control system design. Here mainly through into the transmission system to the hardware circuit design, and draw the control system block diagram; then analyzed and chosen stepper motor drive power. Key words：CNC milling machine； control system； overall design 目 錄 摘 要 Ⅰ Abstract Ⅱ 緒 論 1 1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 2 選題的意義 1 3 選題的目的 2 數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ) 3 1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 3 1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 3 1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 4 1.3 我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況 5 1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 6 2 數(shù)控機(jī)床的概念及組成 6 1.1 數(shù)控機(jī)床的概念 6 2.2 數(shù)控機(jī)床的組成 6 3 數(shù)控機(jī)床的種類與應(yīng)用 9 3.1 按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分類 10 3.2．按伺服系統(tǒng)類型進(jìn)行分類 11 3.3．按工藝用途進(jìn)行分類 13 3.4 按數(shù)控系統(tǒng)功能水平進(jìn)行分類 14 4 數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用 15 4.1 數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn) 15 4.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用 16 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 18 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 18 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 18 2 整體方案的確定 19 2.1 系統(tǒng)總體框圖 19 2.2 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式和伺服系統(tǒng) 19 2.3 機(jī)械部件的計(jì)算及選擇 19 2.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇 19 3 機(jī)械設(shè)計(jì)部分 20 3.1 工作臺(tái)重量初步估算 20 3.2 銑削力的計(jì)算 20 3.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算和選擇 21 3.4滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選擇 22 3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算及型號(hào)選擇 24 4 控制系統(tǒng)的硬件選擇 29 4.1數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成 29 4.2主控制器CPU的選擇 30 4.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 31 5 數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 31 6 系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) 32 結(jié) 論 38 參考文獻(xiàn) 39 致 謝 49 緒 論 1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，而且使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和APPL的擴(kuò)展。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和民生等重要產(chǎn)業(yè)中，IT、汽車、輕工、醫(yī)療等重要產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。從當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，主要研究熱點(diǎn)如下： （1）高速、高精度加工技術(shù)和設(shè)備的新動(dòng)向 效率和質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速高精度加工技術(shù)可以大大提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。從EMO2001展會(huì)情況來(lái)看，高速加工中心的速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m／min，目前，在世界上許多汽車廠，包括中國(guó)的上海通用汽車公司，采用生產(chǎn)線C用高速加工中心代替組合機(jī)床。在加工精度方面，近10年來(lái)，普通數(shù)控機(jī)床的精度由原來(lái)的10提高到5，精密加工中心從3～5提高到1～1.5，超精密加工的精度已開始進(jìn)入納米0.1。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精度加工，電動(dòng)主軸、直線電機(jī)等功能部件得到了迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 （2）智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)。 二十一世紀(jì)數(shù)控設(shè)備將是一個(gè)特定的智能系統(tǒng)。智能化內(nèi)容包含在CNC系統(tǒng)的各個(gè)方面：追求加工效率和加工質(zhì)量，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)的自動(dòng)生成以及提高傳動(dòng)性能和C的智能化。連接的重要性，如前饋控制。系統(tǒng)、電機(jī)參數(shù)自適應(yīng)運(yùn)行、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選擇模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)的開放已成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)。開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，它可以面向機(jī)床制造商和最終用戶在統(tǒng)一的平臺(tái)上開發(fā)。通過(guò)改變、增加或裁剪結(jié)構(gòu)對(duì)象的NC功能，可以形成一系列數(shù)控功能，并可以方便地將用戶的特殊應(yīng)用和專有技術(shù)設(shè)置到控制系統(tǒng)中，并快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同等級(jí)的開放式CNC系統(tǒng)。TEM形式具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前，研究的核心是CNC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、操作平臺(tái)、功能庫(kù)和數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)工具。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控設(shè)備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床展覽會(huì)的一個(gè)新的亮點(diǎn)。數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)和制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求。它是實(shí)現(xiàn)敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造等新的制造模式的基本單元，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。 2 選題的意義 X-Y數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本組成部分，如數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床X-Y工作臺(tái)等。X-Y數(shù)控工作臺(tái)通常由導(dǎo)向座、活動(dòng)滑塊、滾珠絲杠螺母副和伺服電機(jī)組成。伺服電機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母驅(qū)動(dòng)滑塊和工作臺(tái)在指定導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，從而完成工作臺(tái)在XY兩個(gè)方向上的直線運(yùn)動(dòng)。 目前數(shù)控銑床大多是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，包括機(jī)械制造、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。 3 選題的目的 因此，通過(guò)這種設(shè)計(jì)，可以對(duì)數(shù)控機(jī)床的基本組成和相關(guān)知識(shí)進(jìn)行更全面、系統(tǒng)的理解和掌握，并學(xué)習(xí)編制、分析、比較總體方案的方法。同時(shí)，通過(guò)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、幾種典型傳動(dòng)元件和導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇方法、伺服電機(jī)的工作原理、計(jì)算和控制方法以及控制驅(qū)動(dòng)方式。被使用。 不僅可以鞏固我的專業(yè)知識(shí)，還可以培養(yǎng)我的分析和解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)和樹立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的理念，提高我查閱文獻(xiàn)和撰寫科學(xué)論文的能力。 數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ) 1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求更高、形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動(dòng)化機(jī)床顯然無(wú)法適應(yīng)這些要求。同時(shí)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，生產(chǎn)企業(yè)也迫切需要進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。在這種背景下，一種新型的生產(chǎn)設(shè)備——數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了，它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量及新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，形成了今后機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)并指明了機(jī)械制造工業(yè)設(shè)備的發(fā)展方向。 1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 數(shù)控機(jī)床的研制最早是從美國(guó)開始的。1948年，美國(guó)帕森斯公司（Parsons Co.）在完成研制加工直升機(jī)漿葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初步設(shè)想。1949年，在美國(guó)空軍后勤部的支持下，帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，開始數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過(guò)3年的研究，世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)樣機(jī)于1952年試制成功。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制系統(tǒng)銑床，其數(shù)控系統(tǒng)全部采用電子管元件，其數(shù)控裝置體積比機(jī)床本體還要大。后來(lái)經(jīng)過(guò)3年的改進(jìn)和自動(dòng)編程研究，該機(jī)床于1955年進(jìn)入試用階段。此后，其他一些國(guó)家（如德國(guó)、英國(guó)、日本、前蘇聯(lián)和瑞典等）也相繼開展數(shù)控機(jī)床的研制開發(fā)和生產(chǎn)。1959年，美國(guó)克耐·杜列克公司（Keaney & Trecker）首次成功開發(fā)了加工中心（Machining Center），這是一種有自動(dòng)換刀裝置和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，可以在一次裝夾中對(duì)工件的多個(gè)平面進(jìn)行多工序的加工。但是，直到20世紀(jì)50年代末，由于價(jià)格和其他因素的影響，數(shù)控機(jī)床僅限于航空、軍事工業(yè)應(yīng)用，品種也多為連續(xù)控制系統(tǒng)。直到20世紀(jì)60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)一步提高了可靠性且價(jià)格下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)為鉆床、沖床等點(diǎn)定位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)應(yīng)用范圍不斷地得到擴(kuò)展。 1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 自1952年美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)量等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段。 第1代數(shù)控機(jī)床：1952—1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（Numerical Control，NC）。 第2代數(shù)控機(jī)床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。 第3代數(shù)控機(jī)床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。 第4代數(shù)控機(jī)床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（Computer Numerical Control，CNC）。 第5代數(shù)控機(jī)床：從1974年開始采用微型計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（Microcomputer Numerical Control，MNC）。 近年來(lái)，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)日益成熟，其成果正不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控（DNC）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。這些高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)。 （1）計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng) 所謂計(jì)算機(jī)直接數(shù)控（Direct Numerical Control，DNC）系統(tǒng)，即使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)編程，編程結(jié)果直接通過(guò)數(shù)據(jù)線輸送到各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的控制箱。中央計(jì)算機(jī)具有足夠的內(nèi)存容量，因此可統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理與控制大量的零件程序。利用分時(shí)操作系統(tǒng)，中央計(jì)算機(jī)可以同時(shí)完成一群數(shù)控機(jī)床的管理與控制，因此也稱它為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)。 目前DNC系統(tǒng)中的各臺(tái)數(shù)控機(jī)床都有各自獨(dú)立的數(shù)控系統(tǒng)，并與中央計(jì)算機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制，而不再考慮讓一臺(tái)計(jì)算機(jī)去分時(shí)完成所有數(shù)控裝置的功能。 隨著DNC技術(shù)的發(fā)展，中央計(jì)算機(jī)不僅用于編制零件的程序以控制數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程，而且進(jìn)一步控制工件與刀具的輸送，形成了一條由計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線，它為柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利條件。 （2）柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS）也叫做計(jì)算機(jī)群控自動(dòng)線，它是將一群數(shù)控機(jī)床用自動(dòng)傳送系統(tǒng)連接起來(lái)，并置于一臺(tái)計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制之下，形成一個(gè)用于制造的整體。其特點(diǎn)是由一臺(tái)主計(jì)算機(jī)對(duì)全系統(tǒng)的硬、軟件進(jìn)行管理，采用DNC方式控制兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的數(shù)控加工中心機(jī)床，對(duì)各臺(tái)機(jī)床之間的工件進(jìn)行調(diào)度和自動(dòng)傳送；利用交換工作臺(tái)或工業(yè)機(jī)器人等裝置實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)上料和下料，使機(jī)床每天24小時(shí)均能在無(wú)人或極少人的監(jiān)督控制下進(jìn)行生產(chǎn)。如日本FANUC公司有一條FMS由60臺(tái)數(shù)控機(jī)床、52個(gè)工業(yè)機(jī)器人、兩臺(tái)無(wú)人自動(dòng)搬運(yùn)車、一個(gè)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)組成，這個(gè)系統(tǒng)每月能加工10000臺(tái)伺服電機(jī)。 （3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS），是指用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制從定貨、設(shè)計(jì)、工藝、制造到銷售的全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。它是在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化（例如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、柔性制造系統(tǒng)等）的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他管理信息系統(tǒng)的發(fā)展逐步完善的，有各種類型計(jì)算機(jī)及其軟件系統(tǒng)的分析、控制能力，可把全廠的生產(chǎn)活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)全廠性的綜合自動(dòng)化。 1.3 我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況 我國(guó)從1958年開始由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等單位首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。從1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20世紀(jì)60年代末至70年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓插齒機(jī)等獲得成功。與此同時(shí)，還開展了數(shù)控銑床加工平面零件自動(dòng)編程的研究。1972—1979年是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和使用階段，例如清華大學(xué)成功研制了集成電路數(shù)控系統(tǒng)；在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究和應(yīng)用數(shù)控技術(shù)；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。從20世紀(jì)80年代開始，隨著改革開放政策的實(shí)施，我國(guó)先后從日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。如北京機(jī)床研究所從日本FANUC公司引進(jìn)FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列產(chǎn)品的制造技術(shù)；上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國(guó)GE公司的MTC－1數(shù)控系統(tǒng)等。在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開發(fā)出BSO3經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和BSO4全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)等。到“八五”末期，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的品種已有200多個(gè)，產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)10000臺(tái)的水平，是1980年的500倍。我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種、性能以及控制水平上都有了新的飛躍，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)繼往開來(lái)的發(fā)展階段。 1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 從數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動(dòng)化是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動(dòng)化程度，還要求具有更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的適應(yīng)能力。我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)10000~40000r/min，進(jìn)給速度達(dá)到30~60m/min，換刀時(shí)間t<2.0s，表面粗糙度Ra<0.008μm。 在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANUC公司、德國(guó)的SIEMENS公司和美國(guó)的A-B公司，其產(chǎn)品都在向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微處理器，標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到了1MB以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1μm，高速進(jìn)給速度可達(dá)100m/min，控制軸數(shù)可達(dá)16個(gè)，并采用先進(jìn)的電裝工藝。 在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流驅(qū)動(dòng)已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。 2 數(shù)控機(jī)床的概念及組成 2.1 數(shù)控機(jī)床的概念 數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的機(jī)床控制技術(shù)。數(shù)字控制（Numerical Control，簡(jiǎn)稱NC）是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。 數(shù)控機(jī)床（NC Machine）就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。它是一種綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 國(guó)家信息處理聯(lián)盟（International Federation of Information Processing，簡(jiǎn)稱IFIP）第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。 2.2 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的種類很多，但任何一種數(shù)控機(jī)床都是由控制介質(zhì)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)和機(jī)床本體等若干基本部分組成，如圖1-1所示。 圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成 （1）控制介質(zhì) 數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，不需要操作工人直接操縱機(jī)床，但機(jī)床又必須執(zhí)行人的意圖，這就需要在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物即稱為控制介質(zhì)。在控制介質(zhì)上存儲(chǔ)著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對(duì)工件位移信息，因此，控制介質(zhì)就是將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體。控制介質(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤和USB接口介質(zhì)等。控制介質(zhì)上記載的加工信息要經(jīng)過(guò)輸入裝置傳送給數(shù)控裝置，常用的輸入裝置有光電紙帶輸入機(jī)、磁帶錄音機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器和USB接口等。 除了上述幾種控制介質(zhì)外，還有一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用數(shù)碼撥盤、數(shù)碼插銷或利用鍵盤直接輸入程序和數(shù)據(jù)。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（如局域網(wǎng)），將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。 （2）數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控裝置是一種控制系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)。它能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機(jī)床進(jìn)給并加工零件。數(shù)控系統(tǒng)通常由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置4部分組成，如圖1-2所示。 圖1-2 數(shù)控裝置結(jié)構(gòu) 輸入裝置接受由穿孔帶閱讀機(jī)輸出的代碼，經(jīng)識(shí)別與譯碼之后分別輸入到各個(gè)相應(yīng)的寄存器，這些指令與數(shù)據(jù)將作為控制與運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)?？刂破鹘邮茌斎胙b置的指令，根據(jù)指令控制運(yùn)算器與輸入裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種操作（如控制工作臺(tái)沿某一坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)、主軸變速和冷卻液的開關(guān)等）以及控制整機(jī)的工作循環(huán)（如控制閱讀機(jī)的啟動(dòng)或停止、控制運(yùn)算器的運(yùn)算和控制輸出信號(hào)等）。 運(yùn)算器接受控制器的指令，將輸入裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種運(yùn)算，并不斷向輸出裝置送出運(yùn)算結(jié)果，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于加工復(fù)雜零件的輪廓控制系統(tǒng)，運(yùn)算器的重要功能是進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。所謂插補(bǔ)運(yùn)算就是將每個(gè)程序段輸入的工件輪廓上的某起始點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)送入運(yùn)算器，經(jīng)過(guò)運(yùn)算之后在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)密化”，并按控制器的指令向輸出裝置送出計(jì)算結(jié)果。 輸出裝置根據(jù)控制器的指令將運(yùn)算器送來(lái)的計(jì)算結(jié)果輸送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)功率放大驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的坐標(biāo)軸，使機(jī)床完成刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)。 目前均采用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置。微型計(jì)算機(jī)的中央處理單元（CPU）又稱微處理器，是一種大規(guī)模集成電路。它將運(yùn)算器、控制器集成在一塊集成電路芯片中。在微型計(jì)算機(jī)中，輸入與輸出電路采用大規(guī)模集成電路，即所謂的I/O接口。微型計(jì)算機(jī)擁有較大容量的寄存器，并采用高密度的存儲(chǔ)介質(zhì)，如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤存儲(chǔ)器等。存儲(chǔ)器可分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）兩種類型，前者用于存放系統(tǒng)的控制程序，后者存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的工作參數(shù)或用戶的零件加工程序。微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的工作原理與上述硬件數(shù)控裝置的工作原理相同，只是前者采用通用的硬件，不同的功能通過(guò)改變軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此更為靈活與經(jīng)濟(jì)。 （3）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。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)床本體的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)或使執(zhí)行部分動(dòng)作，以加工出符合要求的工件。指令信息是脈沖信息的體現(xiàn)，每個(gè)脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)量。機(jī)械加工中一般常用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖，目前所使用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量一般為0.001mm/脈沖。 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，它的好壞直接影響著數(shù)控加工的速度、位置、精度等。伺服機(jī)構(gòu)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置，隨數(shù)控系統(tǒng)的不同而不同。開環(huán)系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)常用步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)；閉環(huán)系統(tǒng)常用寬調(diào)速直流電機(jī)和電液伺服驅(qū)動(dòng)裝置等。 （4）輔助控制系統(tǒng) 輔助控制系統(tǒng)是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的強(qiáng)電控制裝置。它接受數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動(dòng)變速、刀具選擇交換、輔助裝置動(dòng)作等指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械部件，以完成各種規(guī)定的動(dòng)作。此外，有些開關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò)輔助控制系統(tǒng)傳輸給數(shù)控裝置進(jìn)行處理。 （5）機(jī)床本體 機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，由機(jī)床的基礎(chǔ)大件（如床身、底座）和各種運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)、床鞍、主軸等）所組成。它是完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。其具有以下特點(diǎn)： l 數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸與伺服傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置。 l 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼精度和耐磨性。 l 更多采用了高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。 與傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局，傳動(dòng)系統(tǒng)與刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很多變化。這些變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，因此，必須建立數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的新概念。 3 數(shù)控機(jī)床的種類與應(yīng)用 當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的品種很多，結(jié)構(gòu)、功能各不相同，通常可以按下述方法進(jìn)行分類。 3.1 按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分類 按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡不同，可分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、直線控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。 （1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)位控制（Positioning Control）又稱為點(diǎn)到點(diǎn)控制（Point to Point Control）。刀具從某一位置向另一位置移動(dòng)時(shí)，不管中間的移動(dòng)軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置，就稱為點(diǎn)位控制。 點(diǎn)位控制機(jī)床的特點(diǎn)是只控制移動(dòng)部件由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，而對(duì)它們的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的軌跡沒(méi)有嚴(yán)格要求，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。因此，為了盡可能地減少移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和定位時(shí)間，兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)先以快速移動(dòng)到接近新點(diǎn)位的位置，然后進(jìn)行連續(xù)降速或分級(jí)降速，使之慢速趨近定位點(diǎn)，以保證其定位精度。點(diǎn)位控制加工示意圖如圖1-3所示。 這類機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位控制數(shù)控裝置。 （2）直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制（Straight Cut Control）又稱平行切削控制（Parallet Cut Control）。這類控制除了控制點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條直線，而且對(duì)移動(dòng)的速度也有控制，因?yàn)檫@一類機(jī)床在兩點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)要進(jìn)行切削加工。 直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置（距離），還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間移動(dòng)的速度和軌跡，其軌跡一般由與各軸線平行的直線段組成。它和點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于當(dāng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，可以沿一個(gè)坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行切削加工，而且其輔助功能比點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床多。直線控制加工示意圖如圖1-4所示。 圖1-3 點(diǎn)位控制加工示意圖 圖1-4 直線控制加工示意圖 這類機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)車床、數(shù)控磨床和數(shù)控鏜銑床等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為直線控制數(shù)控裝置。 （3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。輪廓控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸聯(lián)動(dòng)，具有插補(bǔ)功能。它不僅要控制加工過(guò)程中的每一點(diǎn)的位置和刀具移動(dòng)速度，還要加工出任意形狀的曲線或曲面。輪廓控制加工示意圖如圖1-5所示。 屬于輪廓控制機(jī)床的有數(shù)控坐標(biāo)車床、數(shù)控銑床、加工中心等。其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制裝置。輪廓控制裝置比點(diǎn)位、直線控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，功能齊全得多。 3.2 按伺服系統(tǒng)類型進(jìn)行分類 按伺服系統(tǒng)類型不同，可分為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 圖1-5 輪廓控制加工示意圖 （1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 開環(huán)控制（Open loop Control）數(shù)控機(jī)床通常不帶位置檢測(cè)元件，伺服驅(qū)動(dòng)元件一般為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖后，脈沖便經(jīng)過(guò)放大，并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度，再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-6所示。這種系統(tǒng)沒(méi)有被控對(duì)象的反饋值，系統(tǒng)的精度完全取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距精度和機(jī)械傳動(dòng)的精度，其控制線路簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，精度較低（一般可達(dá)0.02mm），通常應(yīng)用于小型或經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 圖1-6 開環(huán)伺服系統(tǒng) （2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)控制（Closed loop Control）數(shù)控機(jī)床通常帶位置檢測(cè)元件，隨時(shí)可以檢測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位移并反饋給數(shù)控裝置，與設(shè)定的指令值進(jìn)行比較后，利用其差值控制伺服電動(dòng)機(jī)，直至差值為零。這類機(jī)床一般采用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。位置檢測(cè)元件常有直線光柵、磁柵、同步感應(yīng)器等。閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-7所示。 由閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理可以看出，系統(tǒng)精度主要取決于位置檢測(cè)裝置的精度，從理論上講，它完全可以消除由于傳動(dòng)部件制造中存在的誤差給工件加工帶來(lái)的影響，所以這種系統(tǒng)可以得到很高的加工精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有很大的難度，直線位移檢測(cè)元件的價(jià)格比較昂貴，主要用于一些精度要求較高的鏜銑床、超精車床和加工中心。 （3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制（Semi－Closed loop Control）數(shù)控機(jī)床通常將位置檢測(cè)元件安裝在伺服電動(dòng)機(jī)的軸上或滾珠絲杠的端部，不直接反饋機(jī)床的位移量，而是檢測(cè)伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角，將此信號(hào)反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行指令比較，用差值控制伺服電動(dòng)機(jī)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-8所示。 圖1-7 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 圖1-8 半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 因?yàn)榘腴]環(huán)伺服系統(tǒng)的反饋信號(hào)取自電動(dòng)機(jī)軸的回轉(zhuǎn)，因此系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置處于反饋回路之外，其剛度、間歇等非線性因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性沒(méi)有影響，調(diào)試方便。同樣，機(jī)床的定位精度主要取決于機(jī)械傳動(dòng)裝置的精度，但是現(xiàn)在的數(shù)控裝置均有螺距誤差補(bǔ)償和間歇補(bǔ)償功能，不需要將傳動(dòng)裝置各種零件的精度提得很高，通過(guò)補(bǔ)償就能將精度提高到絕大多數(shù)用戶都能接受的程度。再加上直線位移檢測(cè)裝置比角位移檢測(cè)裝置昂貴得多，因此，除了對(duì)定位精度要求特別高或行程特別長(zhǎng)，不能采用滾珠絲杠的大型機(jī)床外，絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 3.3 按工藝用途進(jìn)行分類 按工藝用途不同，可分為金屬切削類數(shù)控機(jī)床、金屬成型類數(shù)控機(jī)床、數(shù)控特種加工機(jī)床和其他類型的數(shù)控機(jī)床。 （1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床 金屬切削類數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。切削類機(jī)床發(fā)展最早，目前種類繁多，功能差異也較大，加工中心能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。這類機(jī)床都有一個(gè)島庫(kù)，可容納10~100把刀具。其特點(diǎn)是：工件一次裝夾可完成多道工序。為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，有的加工中心使用雙工作臺(tái)，一面加工，一面裝卸，工作臺(tái)可以自動(dòng)交換。 （2）金屬成型類數(shù)控機(jī)床 金屬成型類數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控組合沖床和數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。這類機(jī)床起步晚，但目前發(fā)展很快。 （3）數(shù)控特種加工機(jī)床 數(shù)控特種加工機(jī)床有線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、火焰切割機(jī)和數(shù)控激光機(jī)切割機(jī)床等。 （4）其他類型的數(shù)控機(jī)床 其他類型的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床等。 3.4 按數(shù)控系統(tǒng)功能水平進(jìn)行分類 按數(shù)控系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)、功能指標(biāo)和關(guān)鍵部件的功能水平不同，數(shù)控機(jī)床可分為低、中、高3個(gè)檔次。國(guó)內(nèi)還分為全功能數(shù)控機(jī)床、普及型數(shù)控機(jī)床和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。這些分類方法劃分的界線是相對(duì)的，不同時(shí)期的劃分標(biāo)準(zhǔn)有所不同，大體有以下幾個(gè)方面。 （1）控制系統(tǒng)CPU的檔次 低檔數(shù)控系統(tǒng)一般采用8位CPU，中、高檔數(shù)控系統(tǒng)采用16位或64位的CPU，現(xiàn)在有些CNC裝置已采用64位的CPU。 （2）分辨率和進(jìn)給速度 分辨率為位移檢測(cè)裝置所能檢測(cè)到的最小位移單位，分辨率越小，則檢測(cè)精度越高。它取決于檢測(cè)裝置的類型和制造精度。一般認(rèn)為，分辨率為10μm，進(jìn)給速度為8~10m/min是低檔數(shù)控機(jī)床；分辨率為1μm，進(jìn)給速度為10~20m/min是中檔數(shù)控機(jī)床；分辨率為0.1μm，進(jìn)給速度為15~20m/min是高檔數(shù)控機(jī)床。通常分辨率應(yīng)比機(jī)床所要求的加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。 （3）伺服系統(tǒng)類型 一般采用開環(huán)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)的為低檔數(shù)控機(jī)床；中、高檔數(shù)控機(jī)床則采用半閉環(huán)或閉環(huán)的直流伺服或交流伺服系統(tǒng)。 （4）坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)也是常用區(qū)分機(jī)床檔次的一個(gè)標(biāo)志。按同時(shí)控制的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，可分為2軸聯(lián)動(dòng)、3軸聯(lián)動(dòng)、2.5軸聯(lián)動(dòng)（任一時(shí)刻3軸中只能實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，另一軸則是點(diǎn)位或直線控制）、4軸聯(lián)動(dòng)、5軸聯(lián)動(dòng)等。低檔數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)一般不超過(guò)2軸；中、高檔的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)則為3~5軸。 （5）通信功能 低檔數(shù)控系統(tǒng)一般無(wú)通信能力；中檔數(shù)控系統(tǒng)可以有RS-232C或直接（DirectNumerical Control，簡(jiǎn)稱DNC）接口；高檔數(shù)控系統(tǒng)還可以有制造自動(dòng)化協(xié)議（Manufacturing Automation Protocol，簡(jiǎn)稱MAP）通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。 （6）顯示功能 低檔數(shù)控系統(tǒng)一般只有簡(jiǎn)單的數(shù)碼管顯示或單色CRT字符顯示；中檔數(shù)控系統(tǒng)則有較齊全的CRT顯示，不僅有字符，而且有二維圖形、人機(jī)對(duì)話、狀態(tài)和自診斷等功能；高檔數(shù)控系統(tǒng)還可以有三維圖形顯示、圖形編輯等功能。 3.5 按所用數(shù)控裝置的構(gòu)成方式分類 按所用數(shù)控裝置的構(gòu)成方式不同，可分為硬線數(shù)控系統(tǒng)和軟線數(shù)控系統(tǒng)。 （1）硬線數(shù)控系統(tǒng) 硬線數(shù)控系統(tǒng)使用硬線數(shù)控裝置，它的輸入處理、插補(bǔ)運(yùn)算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同功能的機(jī)床，其組合邏輯電路也不相同。改變或增減控制、運(yùn)算功能時(shí)，需要改變數(shù)控裝置的硬件電路。因此該系統(tǒng)通用性和靈活性差，制造周期長(zhǎng)，成本高。20世紀(jì)70年代初期以前的數(shù)控機(jī)床基本是屬于這種類型。 （2）軟線數(shù)控系統(tǒng) 軟線數(shù)控系統(tǒng)也稱計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，它使用軟線數(shù)控裝置。這種數(shù)控裝置的硬件電路由小型或微型計(jì)算機(jī)再加上通用或?qū)Ｓ玫拇笠?guī)模集成電路制成，數(shù)控機(jī)床的主要功能幾乎全部由系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以不同功能的數(shù)控機(jī)床其系統(tǒng)軟件也就不同，而修改或增減系統(tǒng)功能時(shí)，也不需要改動(dòng)硬件電路，只需要改變系統(tǒng)軟件。因此，該系統(tǒng)具有較高的靈活性，同時(shí)由于硬件電路基本是通用的，這就有利于大量生產(chǎn)、提高質(zhì)量和可靠性、縮短制造周期和降低成本。20世紀(jì)70年代中期以后，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，以及集成電路的集成度不斷提高，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)才得到不斷發(fā)展和提高，目前幾乎所有的數(shù)控機(jī)床都采用軟線數(shù)控系統(tǒng)。 4 數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用 4.1 數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn) 與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床是一種機(jī)電一體化的高效自動(dòng)機(jī)床，它具有以下加工特點(diǎn)。 （1）具有廣泛的適應(yīng)性和較高的靈活性 數(shù)控機(jī)床更換加工對(duì)象，只需要重新編制和輸入加工程序即可實(shí)現(xiàn)加工；在某些情況下，甚至只要修改程序中部分程序段或利用某些特殊指令就可實(shí)現(xiàn)加工（例如利用縮放功能指令就可實(shí)現(xiàn)加工形狀相同尺寸不同的零件）。這為單件、小批量多品種生產(chǎn)，產(chǎn)品改型和新產(chǎn)品試制提供了極大的方便，大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備及試制周期。 （2）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定 由于數(shù)控機(jī)床采用了數(shù)字伺服系統(tǒng)，數(shù)控裝置每輸出一個(gè)脈沖，通過(guò)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)使機(jī)床產(chǎn)生相應(yīng)的位移量（稱為脈沖當(dāng)量），可達(dá)0.1~1μm；機(jī)床傳動(dòng)絲杠采用間歇補(bǔ)償，螺距誤差及其傳動(dòng)誤差可由閉環(huán)系統(tǒng)加以控制，因此數(shù)控機(jī)床能達(dá)到較高的加工精度。例如普通精度加工中心，定位精度一般可達(dá)到每300mm長(zhǎng)度誤差不超過(guò)（0.005~0.008）mm，重復(fù)精度可達(dá)到0.001mm。另外，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性和熱穩(wěn)定性都較好，制造精度能保證；其自動(dòng)加工方式避免了操作者的人為操作誤差，加工質(zhì)量穩(wěn)定，合格率高，同批加工的零件幾何尺寸一致性好。數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，可以加工普通機(jī)床很難加工甚至不可能加工的復(fù)雜曲面。 （3）加工生產(chǎn)率高 在數(shù)控機(jī)床上可選擇最有利的加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多道工序連續(xù)加工；也可實(shí)現(xiàn)多機(jī)看管。由于采用了加速、減速措施，使機(jī)床移動(dòng)部件能快速移動(dòng)和定位，大大節(jié)省可加工過(guò)程中的空程時(shí)間。 （4）可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效率 雖然數(shù)控機(jī)床分?jǐn)偟矫總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)（包括折舊費(fèi)、維修費(fèi)、動(dòng)力消耗費(fèi)等）較高，但生產(chǎn)效率高，單件、小批量生產(chǎn)時(shí)節(jié)省輔助時(shí)間（如畫線、機(jī)床調(diào)整、加工檢驗(yàn)等），節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用。數(shù)控機(jī)床加工精度穩(wěn)定，減少?gòu)U品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低。 4.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用 數(shù)控機(jī)床的性能特點(diǎn)決定了它的應(yīng)用范圍。對(duì)于數(shù)控加工，可按適應(yīng)程度將加工對(duì)象大致分為3類。 （1）最適應(yīng)類 加工精度要求高，形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是具有復(fù)雜曲線、曲面輪廓的零件，或具有不開暢內(nèi)腔的零件。這類零件用通用機(jī)床很難加工，很難檢測(cè)，質(zhì)量也難保證。 必須在一次裝夾中完成銑、鉆、絞、锪或攻絲等多道工序的零件。 （2）較適應(yīng)類 價(jià)格昂貴，毛坯獲得困難，不允許報(bào)廢的零件。這類零件在普通機(jī)床上加工時(shí)，有一定難度，受機(jī)床的調(diào)整、操作人員的精神、工作狀態(tài)等多種因素影響，容易產(chǎn)生次品或廢品。為可靠起見，可選擇在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工。 在通用機(jī)床上加工生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量難穩(wěn)定控制的零件。 用于改型比較、供性能測(cè)試的零件（它們要求尺寸一致性好）；多品種、多規(guī)格、單件小批量生產(chǎn)的零件。 （3）不適應(yīng)類 利用毛坯作為粗基準(zhǔn)定位進(jìn)行加工或定位完全需要人工找正的零件。數(shù)控機(jī)床無(wú)在線檢測(cè)系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)調(diào)整零件位置坐標(biāo)的情況下，加工余量很不穩(wěn)定的零件。 必須用特定的工藝裝備，或依據(jù)樣板、樣件加工的零件或加工內(nèi)容。 需大批量生產(chǎn)的零件。隨著數(shù)控機(jī)床性能的提高、功能的完善和成本的降低，隨著數(shù)控加工用的刀具、輔助用具的性能不斷改善提高和數(shù)控加工工藝的不斷改進(jìn)，利用數(shù)控機(jī)床高自動(dòng)化、高精度、工藝集中的特性，將數(shù)控機(jī)床用于大批量生產(chǎn)的情況逐漸多起來(lái)。因此，適應(yīng)性是相對(duì)的，會(huì)隨著科技的發(fā)展而發(fā)生變化。 快速原型法是綜合運(yùn)用CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工技術(shù)和材料技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到三維實(shí)體原型制造一體化的系統(tǒng)技術(shù)。 17 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 X-Y數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件。通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作平臺(tái)、滾珠絲杠螺母副及電動(dòng)機(jī)等部件組成。其中電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠的螺母帶動(dòng)滑塊和工做臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X向及Y向的進(jìn)給。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 工作臺(tái)尺寸（長(zhǎng)×寬）：500mm×300mm 工作臺(tái)行程 X向：300mm Y向：200mm 快進(jìn)速度 X向 1.6m/min Y向 1.6m/min 進(jìn)給速度 X 、Y向 0.6m/min 最小指令值 X、Y向 0.01mm/脈沖 定位精度： X向、Y向均為 ±0.01mm 主電機(jī)功率： 7.5KW 啟動(dòng)加速時(shí)間： 30ms 工作臺(tái)及夾具工件重量 X向 1500N Y向 2500N 2. 整體方案的確定 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：系統(tǒng)總體方案框圖、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出系統(tǒng)的總體方案并對(duì)方案進(jìn)行分析、比較、論證。 2.1 系統(tǒng)總體框圖 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖 2.2 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式和伺服系統(tǒng) 因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)是裝配到數(shù)控銑床上，它的控制系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能有：?jiǎn)巫鴺?biāo)定位、兩坐標(biāo)直線查補(bǔ)和圓弧查補(bǔ)，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該采用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到加工精度的要求不高，故采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 2.3 機(jī)械部件的計(jì)算及選擇 1.確定脈沖當(dāng)量；導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算； 2.傳動(dòng)零件的計(jì)算和選擇機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 (1)導(dǎo)軌副的選用 要設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的立式數(shù)控銑床的，需要承受只的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系一數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。 (2)絲杠螺母副的選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.005mm的脈沖當(dāng)量和+0.01mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無(wú)能為力，只有選用滾珠絲和N副才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。 3. 伺服電機(jī)的計(jì)算和選擇；伺服電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm,定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有3000mm/min。因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。 4.減速裝置的計(jì)算和選擇。減速裝置的選用選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。為此，本例決定采用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。 2.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇 X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是用8051單片機(jī),及2764、6264存儲(chǔ)器及8155芯片等硬件組成,在控制系統(tǒng)的硬件上編寫一定程序就可以實(shí)現(xiàn)一定的加工功能。主要思想是:通過(guò)圓弧或者直線插補(bǔ)程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件進(jìn)行幾何加工,每進(jìn)行一段加工都要產(chǎn)生一定的脈沖以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn),同時(shí)通過(guò)8155將相應(yīng)的加工進(jìn)刀信息送至刀架庫(kù)中以實(shí)現(xiàn)以之相應(yīng)走刀,電機(jī)和刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所以實(shí)現(xiàn)了刀具對(duì)工件的加工。 3. 機(jī)械設(shè)計(jì)部分 機(jī)械設(shè)計(jì)部分：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量、工作臺(tái)外形尺寸及重量估算、滾動(dòng)導(dǎo)軌副和滾珠絲的計(jì)算及選擇、齒輪計(jì)算和設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)計(jì)算和選擇。 3.1 工作臺(tái)重量初步估算 根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖 設(shè)計(jì)工作臺(tái)簡(jiǎn)圖如圖3-1所示： 圖3-1 工作臺(tái)簡(jiǎn)圖 工作臺(tái)導(dǎo)軌上面的移動(dòng)部件包括：工件、工作平臺(tái)、夾具、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等等一些部件，估算重量約為1619.5N。 3.2 銑削力的計(jì)算 因?yàn)榱⑹綌?shù)控銑床的加工方式是立式銑削，采用材料成分為碳鋼的硬質(zhì)合金立銑刀。經(jīng)查表可知計(jì)算銑削力的公式為： 考慮到有不對(duì)稱銑削： 最大銑削寬度=10mm；每齒進(jìn)給量=0.1mm；銑刀直徑=10mm；背吃刀量為8mm；銑刀轉(zhuǎn)速=300r/min；齒數(shù)Z=3； 代入公式可得最大銑削力： o =≈1394N 銑削條件 比值 不對(duì)稱銑削 逆銑 順銑 圓柱銑削 1.0-1.20 0.8-0.90 0.2-0.3 0.75-0.80 0.35-0.40 0.35-0.40 表3-1 銑削力的比值 經(jīng)查表3-1可知：在逆銑的情況下，三個(gè)方向的銑削力分別為： ,， 在立銑的情況下，工作臺(tái)在垂直方向受到的銑削力為==530N,在水平方向收到的銑削力有兩個(gè)，分別是和。然后將水平方向那個(gè)大的銑削力分配到工作臺(tái)的絲杠軸線方向，那么可知： 縱向銑削力： 徑向銑削力： 3.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算和選擇 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的使用壽命主要是受工作載荷的影響。本次設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)采用的是雙導(dǎo)軌和四個(gè)滑塊進(jìn)行支撐。這里只需考慮極限情況下，即垂直臺(tái)面的工作載荷全部作用在一個(gè)滑塊上，那么該滑塊所承受的最大垂直方向載荷力為： 根據(jù)查表后，我選擇KL系列的JSA-LG20型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，額定動(dòng)載荷為，額定靜載荷。 已知工作臺(tái)面尺寸為300×500mm,加工范圍為300×200mm，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為760mm，因?yàn)檫@里需要考慮到部件運(yùn)行的行程要有一定的余量。 通過(guò)查表得知KL系列的JSA-LG20型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度應(yīng)小于100℃，每根導(dǎo)軌上裝有兩塊滑塊，精度是4級(jí)。通過(guò)查表我選取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù)。 通過(guò)距離額定壽命計(jì)算公式可得出： 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于期望的距離額定壽命，那么該導(dǎo)軌副的選擇合理。 3.4滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選擇 3.4.1 最大工作載荷Fmax 在銑床進(jìn)行立銑的時(shí)候，工作臺(tái)所受絲杠軸線方向的載荷，所受縱向的載荷，所受垂直方向的載荷，已算出工件總重量為1619.5N。 通過(guò)查表可知： 矩形導(dǎo)軌的顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1； 滾動(dòng)導(dǎo)軌的滑動(dòng)摩擦因數(shù)=0.005。 因此通過(guò)最大工作載荷計(jì)算公式可算出： 3.4.2 最大動(dòng)載荷FQ 當(dāng)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最高移動(dòng)速度時(shí)，選取絲杠的導(dǎo)程，那么可以算出絲杠轉(zhuǎn)速。 因?yàn)橐话銛?shù)控機(jī)床的及一般機(jī)電設(shè)備的使用壽命約為15000h，所以這里我也取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入滾珠絲杠副的壽命計(jì)算公式得： （）； 根據(jù)查表以及結(jié)合銑床在實(shí)際加工時(shí)的情況，這里我選取載荷系數(shù)，滾道的硬度為60HRC，硬度系數(shù)， 代入最大動(dòng)載荷公式可得： 3.4.3 滾珠絲杠副的型號(hào)選擇及傳動(dòng)效率 根據(jù)已初步選取的導(dǎo)程和計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，再經(jīng)過(guò)查表之后，我選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)制造的G系列3205—3型滾珠絲杠副，它的公稱直徑為=32mm，導(dǎo)程為=5mm，循環(huán)滾珠為3圈×2列，額定動(dòng)載荷為10678N，大于計(jì)算的最大動(dòng)載荷，所以該滾珠絲杠副能滿足要求。 再根據(jù)該滾珠絲杠副的參數(shù)代入傳動(dòng)效率公式，可以算出： 又因?yàn)椋耗Σ两? 所以傳動(dòng)效率為： 3.4.4 滾珠絲杠的剛度驗(yàn)算 本次設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)的工作方式有兩種，上層為Y向運(yùn)動(dòng)，下層為X向運(yùn)動(dòng)，都是使用滾珠絲杠副進(jìn)行支承，絲杠兩端都使用兩個(gè)推力角接觸球軸承。左右支承的中心距離約，鋼的彈性模量是E=2.1×MPa。又通過(guò)查表可知，G系列3205-3系列的滾珠絲杠副的滾珠直徑為=3.175mm，絲杠底徑為=28.2mm，那么可求得： （1）絲杠截面積： （2）絲杠在工作載荷作用下的拉/壓變形量： （3）單圈滾珠數(shù)： 因此可知該絲杠是單螺母的，又查表得知，循環(huán)滾珠是3圈×2列； （4）代入滾珠總數(shù)量公式：=Z×圈數(shù)×列數(shù)=192 （5）絲杠預(yù)緊時(shí)的軸向預(yù)緊力： （6）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量： 因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力作用，所以實(shí)際變形量約為理論數(shù)據(jù)的一半，所以實(shí)際變形量； （7）580mm跨度的絲杠總變形量： 經(jīng)查表可知：4級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在760mm時(shí)的行程偏差允許值為15，遠(yuǎn)大于所求的絲杠總變形量，滿足使用； （8）因?yàn)閄-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副采用的支承都是采用單推-單推的方式，所以查表可知支承系數(shù)，代入截面慣性矩公式： 絲杠臥式水平安裝的壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K=3，同時(shí)滾動(dòng)螺母至軸向固定出的最大距離=580mm，代入滾珠絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算公式： 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作載荷=1695N，所以該絲杠穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)狀況。 因此本設(shè)計(jì)選用濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列3205-3型滾珠絲杠副可行。 3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算及型號(hào)選擇 3.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也叫脈沖電動(dòng)機(jī)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出的角位移與輸入的脈沖個(gè)數(shù)成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。所以只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序，就可以得到想要的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在無(wú)脈沖的輸入的情況下，在繞組電流的激勵(lì)下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以鎖相。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉。它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)塊、起停容易，正反轉(zhuǎn)和無(wú)級(jí)變速也容易實(shí)現(xiàn)。它的缺點(diǎn)主要有：低頻時(shí)有振蕩、速度不夠均勻、在高速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩減小。 3.5.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選擇 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上裝配一個(gè)齒輪減速箱，不僅可以有效的增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，而且也能讓工作臺(tái)和滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量傳遞到電動(dòng)機(jī)軸上盡量的小些。同時(shí)考慮到應(yīng)該有消除間隙機(jī)構(gòu)，所以應(yīng)該采用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。 根據(jù)給定的參數(shù)可知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠的導(dǎo)程，再經(jīng)過(guò)查表先預(yù)選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角。 可求得減速比為： 經(jīng)查表之后我選JBF—3型齒輪減速箱。大小齒輪的模數(shù)都是1mm，齒數(shù)比是，材料選45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后能有55HRC。減速箱中心距為[（75+36）1/2]mm=55.5mm,小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。 3.5.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)55動(dòng)慣量是伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，它對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇有重要的意義。的