φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及主軸箱設(shè)計(jì),mm,妹妹,數(shù)控車床,總體,整體,設(shè)計(jì),主軸 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及主軸箱設(shè)計(jì) 學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二零一二年十月 摘 要 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品，能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量、零件多變的問題，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。 在本課題的研究中，第一章主要介紹了本課題的研究背景和意義，還介紹了國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章主要介紹了Φ630MM數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及要求，其中包括Φ630MM數(shù)控車床外觀及主要功能、Φ630MM數(shù)控車床主要技術(shù)參數(shù)、Φ630MM數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及要求、尾座的簡介。第三、四章是本課題的重要章節(jié)，它包括了本課題研究的主要設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行車床主軸箱的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控，設(shè)計(jì) ABSTRACT CNC machine tools as electromechanical liquid gas integration of typical products, can solve the machinery manufacturing complex, precision, batch, parts and changeable, stable processing quality, high production efficiency. In this study, the first chapter mainly introduces the research background and significance, also introduced the development of numerical control machine tool status. The second chapter mainly introduces theΦ630MM CNC lathe design and requirements, including theΦ630MM CNC lathe appearance and main function, Φ 630MM CNC lathe main technical parameters,Φ630MM CNC lathe design and requirements, the introduction of tailstock. In third, the four chapter is the important chapters, it includes the principal research design, mainly for lathe headstock design. Key words: lathe, CNC, design III 目 錄 摘 要 II ABSTRACT III 目 錄 IV 第1章 緒 論 1 1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 1 1.2數(shù)控機(jī)床的適用范圍 2 1.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 2 1.3.1數(shù)控機(jī)床加工工藝分析 2 1.3.2數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì) 3 1.3.3分析加工工藝路線 3 1.3.4編程原點(diǎn)的選擇 3 1.4 模擬仿真技術(shù) 3 1.5 數(shù)控機(jī)床的精度影響及分析 4 1.5.1 間隙誤差的影響 5 1.5.2度的反向誤差控制 5 1.6數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 7 1.6.1控制系統(tǒng)的選擇 7 1.6.2 選擇設(shè)計(jì)對(duì)象要適宜 8 1.6.3 機(jī)床的機(jī)械設(shè)計(jì)范圍要適當(dāng) 8 1.6.4 輔助設(shè)計(jì)要合適 9 1.7數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 10 1.7.1 個(gè)性化的發(fā)展趨勢 10 1.7.2 個(gè)性化是市場適應(yīng)性發(fā)展趨勢 11 1.7.3 開放性是體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢 11 第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 11 2.1 總體方案制定與比較分析 11 2.2 總體方案設(shè)計(jì)的確定 12 2.2.1伺服驅(qū)動(dòng) 12 2.1.2數(shù)控裝置 13 2.1.3系統(tǒng)功能 13 2.1.4采用環(huán)形分配器 13 2.1.5采用滾珠絲杠螺母副 13 第3章 確定切削用量及選擇刀具 14 3.1.背吃刀量ap或側(cè)吃刀量ae 15 3.2.進(jìn)給量f 與進(jìn)給速度Vf的選擇 16 3.3.切削速度Vc 16 第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 4.1 參數(shù)的確定 19 4. 2 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 22 4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 24 第5章 Φ630mm的主軸箱設(shè)計(jì)計(jì)算 27 5.1 帶輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 27 5.2 齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 31 5.3電磁離合器的選擇 36 5.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 37 第6章 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 44 6.1 控制系統(tǒng)總體方案的擬定 44 6.2總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 44 6.2.1單片機(jī)的設(shè)計(jì) 44 6.2.2系統(tǒng)的擴(kuò)展 48 6.2.3鍵盤、顯示器接口設(shè)計(jì) 52 6.2.4步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 54 6.2.5光電隔離電路設(shè)計(jì) 56 6.2.6其他接口電路設(shè)計(jì) 57 參考文獻(xiàn) 59 致 謝 60 61 第1章 緒 論 1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床與機(jī)床的區(qū)別 數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工過程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動(dòng)作執(zhí)行的。它是一種高效能自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床，與機(jī)床相比，具有以下明顯特點(diǎn)： 1. 適合于復(fù)雜異形零件的加工 數(shù)控機(jī)床可以完成機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 2. 加工精度高 3. 加工穩(wěn)定可靠 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 4. 高柔性 加工對(duì)象改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應(yīng)性，可大大節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)—FMS。 5. 高生產(chǎn)率 數(shù)控機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為機(jī)床的 3～5 倍，對(duì)某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 6. 勞動(dòng)條件好 機(jī)床自動(dòng)化程度高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工作環(huán)境較好。 7. 有利于管理現(xiàn)代化 采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。 8. 投資大，使用費(fèi)用高 9. 生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜 由于整個(gè)加工過程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等。 10. 維修困難 數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，技術(shù)含量高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求很高。 1.2數(shù)控機(jī)床的適用范圍 由于數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，適用于數(shù)控加工的零件有： ·批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件； ·幾何形狀復(fù)雜的零件； ·貴重零件加工； ·需要全部檢驗(yàn)的零件； ·試制件。 對(duì)以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢。 1.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 數(shù)控機(jī)床綜合了精密機(jī)械、電子、電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測、故障診斷和計(jì)算機(jī)等多方面的技術(shù)，是典型的高精度、高效率及高柔性的機(jī)電一體化產(chǎn)品，近年 來我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)正處在突飛猛進(jìn)的階段，在數(shù)控機(jī)床的使用過程中，加工工藝和精度分析對(duì)于機(jī)床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響，本文結(jié)合筆者 多年的操作經(jīng)驗(yàn)，研究了數(shù)控加工工藝的主要步驟和精度研究中容易出現(xiàn)的問題以及解決方法。 1.3.1數(shù)控機(jī)床加工工藝分析 數(shù)控機(jī)床是是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，其數(shù)控加工工藝以自動(dòng)化和高速精密性為 主。高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢，近幾年來，數(shù)控機(jī)床的在機(jī)械加工中的作用更為突出。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、 發(fā)展而不斷創(chuàng)新的一種應(yīng)用技術(shù)，所謂數(shù)控加工工藝就是用數(shù)控機(jī)床加工零件的一種工藝方法。隨著我國數(shù)控機(jī)床用戶的不斷增加，數(shù)控加工工藝在應(yīng)用的領(lǐng)域的重 要性日益突出，數(shù)控加工工藝以改善加工性能和提高加工效率為主要發(fā)展方向，并將二者融合到控制程序之中，運(yùn)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的規(guī)范處理方式，融合多種加工 方法，以達(dá)到工序集中的復(fù)合加工方式為目的，提供更高水平的加工技術(shù)，從而進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中應(yīng)用與發(fā)展。數(shù)控加工技術(shù)的地位如此重要就必須首 先了解數(shù)控加工工藝的主要特點(diǎn)和技術(shù)原則要求：(1) 數(shù)控加工的工藝內(nèi)容要按照零件加工的要求進(jìn)行工步細(xì)化，所以在進(jìn)行施工的過程中必須要依據(jù)加工要求進(jìn)行準(zhǔn)確編程；(2) 數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)應(yīng)合理，以保證數(shù)控機(jī)床的加工所產(chǎn)生的誤差最小化；(3) 數(shù)控加工的工序相對(duì)集中，以提高加工效率，對(duì)于復(fù)雜的加工過程，需要進(jìn)行必要的數(shù)控仿真技術(shù)支持。 1.3.2數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床有著高度的自動(dòng)化特點(diǎn)，其加工工藝要依靠數(shù)控模塊對(duì)設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行實(shí)施，因此要求加工的工藝線路在規(guī)劃時(shí)必須精準(zhǔn)，同時(shí)要把握好加工程序的編 制，因?yàn)榫幊毯w了數(shù)控機(jī)床加工的重要內(nèi)容，也是其工藝質(zhì)量得以保證的重要指標(biāo)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，必須先有合理有效的編程工藝路線設(shè)計(jì)，然后才能保證加 工工藝進(jìn)程的完整。 1.3.3分析加工工藝路線 數(shù)控機(jī)床的加工工藝路線設(shè)計(jì)要考慮到具體的加工環(huán)節(jié)，尤其是對(duì)數(shù)控鏜車床的加工環(huán)節(jié)更要重視，要根據(jù)具體情況做出明確的分辨。在數(shù)控車、鏜車床或加工中心 上加工有同軸度要求的內(nèi)、外圓柱面或端面與外圓、內(nèi)孔有垂直度要求時(shí)，均應(yīng)在一次裝夾中完成。在數(shù)控鏜車床或加工中心上加工有孔與端面有垂直度要求或平面 與平面有位置精度要求時(shí)，應(yīng)注意盡可能在一次裝夾中完成。 1.3.4編程原點(diǎn)的選擇 編程原點(diǎn)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和工藝基準(zhǔn)盡量重合，避免產(chǎn)生尺寸鏈誤差及不必要的尺寸換算。設(shè)定的編程原點(diǎn)應(yīng)使工件容易找正，方便對(duì)刀，編程簡便，有利于編程數(shù)值 的計(jì)算。對(duì)稱零件的編程原點(diǎn)應(yīng)選在零件的對(duì)稱中心。在加工零件上的工件原點(diǎn)應(yīng)容易準(zhǔn)確的確定，盡可能使加工余量均勻。例如：以孔定位的零件，應(yīng)以孔的中心 作為編程原點(diǎn)，對(duì)于一些形狀不規(guī)則的零件，可在其基準(zhǔn)面( 或線) 上選擇編程原點(diǎn)，當(dāng)加工路線呈封閉形式時(shí)，應(yīng)在精度要求較高的表面選擇編程原點(diǎn)( 或加工起始點(diǎn))。 1.4 模擬仿真技術(shù) 智能化模擬仿真技術(shù)，可以通過對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工工藝路線進(jìn)行仿真模擬而得出適合加工的一種軟件控制手段，結(jié)合運(yùn)用成組技術(shù)可以提高數(shù)控加工編程效率。例 如：根據(jù)其外形結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和加工方法的相似性，把零件分成若干組，在每一組零件中選出一個(gè)代表性零件( 它可以是實(shí)際存在的，也可以是假想的，但必須包括組內(nèi)所有零件的加工要素)，根據(jù)這個(gè)代表零件模擬出一套典型的工藝規(guī)程，選定和設(shè)計(jì)一組機(jī)床及工藝設(shè)備， 并把它們組成一個(gè)專門的加工設(shè)計(jì)，如果模擬仿真技術(shù)成功就只需要略微做一下調(diào)整，便可以進(jìn)行加工生產(chǎn)。例如，運(yùn)用奧匹茲分類方法拆分代號(hào)為12031 的零件結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。該零件是一個(gè)回轉(zhuǎn)體零件， 所以第一位數(shù)是1；一端有臺(tái)階，并有緊固螺紋，所以第二位數(shù)是2；無內(nèi)孔，所以第三位數(shù)是0；需要加工鍵槽，所以第四位數(shù)是3；有四個(gè)軸向孔，與其他要素 無位置要求，所以第五位數(shù)是1。按成組方式來組織零件生產(chǎn)時(shí)，首先按照零件的結(jié)構(gòu)特征、工藝特征以及加工設(shè)備的特征，將各種零件進(jìn)行分組、歸類與編碼，然 后建立每類零件的典型圖庫和成組加工工藝庫。 圖1-1 回轉(zhuǎn)體零件車削加工圖 1.5 數(shù)控機(jī)床的精度影響及分析 數(shù)控機(jī)床的加工精度目前已經(jīng)有了高速的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的加工精度已從原來的絲級(jí)(0.01mm) 提升到目前的微米級(jí)(0.001mm)。而超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05μm 左右，形狀精度可達(dá)0.01μm 左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(jí)(0.001μm)?？梢哉f，數(shù)控機(jī)床的精度已經(jīng)進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)代。在這樣高精密 度要求下，必須要把握數(shù)控機(jī)床的精度分析，保證不會(huì)出現(xiàn)由于操作問題而導(dǎo)致的精度誤差。 1.5.1 間隙誤差的影響 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速齒輪、連軸節(jié)、滾珠絲杠副及支承軸承組成。在這些機(jī)構(gòu)的組成之中，如果出現(xiàn)一定的連接不穩(wěn)定就會(huì)導(dǎo)致間隙的產(chǎn)生，產(chǎn)生的間隙 就會(huì)改變整體的加工環(huán)節(jié)誤差。滾珠絲杠與螺母之間的間隙直接影響工作臺(tái)的進(jìn)給精度。設(shè)滾珠絲杠與螺母之間的間隙為SF，則反轉(zhuǎn)時(shí)造成工作臺(tái)進(jìn)給誤差 δ1=SF。不僅如此，絲杠螺母副的間隙還影響絲杠螺母副的剛度，進(jìn)而影響工作臺(tái)進(jìn)給精度。針對(duì)這些誤差問題必須要轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化操作控制方式，在機(jī)械換向 時(shí)，對(duì)換向時(shí)間和換向方式做出改變。而對(duì)于滾珠絲杠與螺母之間間隙的消除方法，要重視對(duì)間隙的偏差測定，通過反復(fù)的間隙測量來確定出具體的偏差基數(shù)，要求 測出機(jī)床各軸的各項(xiàng)原始誤差，比較成熟的測量方法是激光干涉儀，測量精度高。用雙頻激光干涉儀進(jìn)行誤差測量，需時(shí)間長，對(duì)操作人員調(diào)試水平要求高，主要是 對(duì)誤差測量環(huán)境要求高，常用于三坐標(biāo)測量機(jī)的檢測，不適宜生產(chǎn)現(xiàn)場操作。相對(duì)誤差分解、合成補(bǔ)償法，測量方法相對(duì)簡單，一次測量可獲得整個(gè)圓周的數(shù)據(jù)信 息，同時(shí)可以滿足機(jī)床精度的檢測和機(jī)床評(píng)價(jià)。目前也有不少的誤差分解的方法，由于機(jī)床情況各異，難以找到合適的通用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差分解，并且對(duì)測量結(jié)果 影響相同的原始誤差項(xiàng)不能進(jìn)行分解，也難以推廣應(yīng)用。測定之后要再將這種基數(shù)輸入到程序控制之中，這樣就可以最大限度地保證數(shù)控程序進(jìn)行時(shí)的偏差數(shù)據(jù)最小 化，做到補(bǔ)償適當(dāng)。具體的補(bǔ)償方法如下：(1) 備份CNC 控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù)；(2) 由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測量的機(jī)床CNC 程序，并傳送給CNC 系統(tǒng)；(3) 自動(dòng)測量各點(diǎn)的定位誤差；(4) 根據(jù)指定的補(bǔ)償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù)，并傳送給CNC 系統(tǒng)，螺距自動(dòng)補(bǔ)償完成；(5) 重復(fù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。除此之外，對(duì)于脈沖當(dāng)量補(bǔ)償就是指每輸出一個(gè)脈沖后數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件相應(yīng)的移動(dòng)量它的大小視機(jī)床精度而定，一般為 0.01~0.0005mm。脈沖當(dāng)量影響數(shù)控機(jī)床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。當(dāng)然，數(shù)控機(jī)床的誤差調(diào)正有兩種方法，一種是靠數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ) 償，一種是調(diào)整機(jī)械部分，如果對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來說進(jìn)行數(shù)控補(bǔ)償程序會(huì)十分復(fù)雜困難，那么就可以通過調(diào)整絲杠間隙進(jìn)行消除。 1.5.2度的反向誤差控制 機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度，即機(jī)床各軸的定位精度P、重復(fù)定位精度Ps 和反向誤差U 等指標(biāo)。它們是以VDI/DGQ3441 的方法進(jìn)行檢測?？己藬?shù)控機(jī)床的定位精度P 是用以下公式進(jìn)行計(jì)算“P=6+L/300”式中L 代表數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的長度。針對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度來說，應(yīng)該是與機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度有著密切的利害關(guān)系。其中，反向偏差的測定方法：在所測量坐標(biāo)軸的行程 內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值，使之移動(dòng)一段距離，然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離，測量停止 位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測定( 一般為七次)，求出各個(gè)位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。在測量時(shí)一定要先移動(dòng)一段距離。如：數(shù)控車輪車軸專用外圓，在磨削工件 的R 與外圓直徑交界處后，發(fā)現(xiàn)有明顯的過渡不圓滑痕跡。那么在處理這類問題的時(shí)候，就要考慮該設(shè)備在磨削工件時(shí)，采用寬砂輪一次性切入磨削，砂輪修正器的金鋼 石筆安裝在工作臺(tái)上，利用工作臺(tái)Z 軸和砂輪架X軸的復(fù)合插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，使砂輪的形狀與精度修正成與工件完全一樣，再用修正好的砂輪磨削工件。由于該工件外圓形狀的特殊性，需要X 軸有正負(fù)方向的運(yùn)行，在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)X 軸和Z 軸均有明顯的反向間隙存在，使砂輪修正作反向運(yùn)行時(shí)二軸有瞬間停頓現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成輪修圓弧連接處有痕跡，最終使該現(xiàn)象發(fā)生在砂輪磨削工件的表面上。由于 絲杠螺母副之間的間隙存在，當(dāng)工作臺(tái)反向時(shí)，必產(chǎn)生反向間隙誤差而影響到工作臺(tái)送料定位精度。絲杠螺母副之間的間隙具有兩個(gè)特點(diǎn)：(1) 具有相對(duì)的穩(wěn)定性，即在一定范圍內(nèi)間隙是一個(gè)常數(shù)；(2) 隨著機(jī)械傳動(dòng)的磨損而相應(yīng)增加。因此，在控制過程中可以預(yù)先測出其間隙，利用反向間隙的統(tǒng)計(jì)平均值，對(duì)其產(chǎn)生的定位誤差進(jìn)行軟件補(bǔ)償。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，只需 設(shè)計(jì)一方向寄存器，用來判斷工作臺(tái)是否換向，采用不換向不補(bǔ)償，每換向一次補(bǔ)償一次來消除絲杠螺母的反向間隙誤差。 總之，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的加工工藝和精度分析來說，都必須要把握技術(shù)尺度，將合理地操作原理運(yùn)用到具體的加工環(huán)節(jié)中去，從數(shù)控機(jī)床的加工工藝來說，要重視有關(guān) 影響數(shù)控機(jī)床加工工藝的若干問題，結(jié)合具體的工藝加工情況，采用理論聯(lián)系實(shí)際的操作方法，在編程過程中保證精準(zhǔn)、細(xì)致，對(duì)出現(xiàn)的問題也要及時(shí)進(jìn)行分析、總 結(jié)，確保整個(gè)加工工藝路線合理，以能夠有加工出色的產(chǎn)品為最終目的。從數(shù)控機(jī)床的精度分析來看，要重視研究提高數(shù)控機(jī)床加工精度的方法，首先要對(duì)加工設(shè)備 產(chǎn)生誤差原因和影響進(jìn)行合理地剖析，研究影響數(shù)控機(jī)床精度的因素，找出間隙誤差和反向誤差的處理方法，開展定位精度的測量。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的工藝和精度控制 來說要依靠數(shù)控編程和仿真技術(shù)的完善以及具體操作的合理，來進(jìn)行合理有效的機(jī)床工藝控制，保證利用現(xiàn)今的數(shù)控技術(shù)來確保加工工藝和精度更加完美，以達(dá)到延 長數(shù)控機(jī)床使用壽命，提供加工產(chǎn)品優(yōu)秀性的目的。 1.6數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 由于歷史的原因，我國加工設(shè)備多，數(shù)控加工設(shè)備少；老設(shè)備多，新設(shè)備少。許多企業(yè)的機(jī)床精度差、故障率高。通過機(jī)床數(shù)控設(shè)計(jì)使機(jī)床不僅具有好的加工精度，而且還具有數(shù)控機(jī)床的功能。對(duì)于中小型企業(yè)，沒有足夠的資金來購買全功能的數(shù)控機(jī)床，但是使用單板機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)型開環(huán)數(shù)控機(jī)床，具有花錢少、見效快的特點(diǎn)。采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)改裝加工批量零件的機(jī)床非常合適。微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡易數(shù)控的工作原理采用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡易數(shù)控的裝置，主要由單板機(jī)、控制程序、零件加工程序、驅(qū)動(dòng)電源裝置，收發(fā)信板、功率步進(jìn)電機(jī)等部件組成。 圖1.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的系統(tǒng)裝置框圖。 在圖1.1所示的系統(tǒng)裝置中，單板機(jī)在控制程序的控制下，可以使數(shù)控系統(tǒng)具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)加工工件輪廓的功能；具有進(jìn)給速度控制和快速回零的功能；具有刀具補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償?shù)墓δ?，以及其它多種功能。當(dāng)零件加工程序給出具體的位移尺寸、位移方向和進(jìn)給速度后，控制程序就會(huì)通過單板機(jī)按照所輸入的零件加工程序發(fā)出一系列的脈沖信號(hào)。經(jīng)隔離放大以后，分別驅(qū)動(dòng) 向和 向功率步進(jìn)電機(jī)，使刀架按照要求的方向、速度和位移量實(shí)現(xiàn)縱向和橫向運(yùn)動(dòng)。從而構(gòu)成了一個(gè)經(jīng)濟(jì)型開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡易數(shù)控優(yōu)化方案的確定原則 1.6.1控制系統(tǒng)的選擇 目前數(shù)控系統(tǒng)的類型較多，選擇前應(yīng)對(duì)被設(shè)計(jì)機(jī)床的功能有個(gè)充分了解，再依據(jù)價(jià)格合理、技術(shù)先進(jìn)、服務(wù)方便的原則選擇數(shù)控系統(tǒng)。其中和單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是用得較多的兩種系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是系列的單片微機(jī)。它用三路驅(qū)動(dòng)電路，分別控制、和向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它進(jìn)行機(jī)床的位移運(yùn)動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)任意二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)或三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。單片機(jī)是系列微機(jī)的典型產(chǎn)品，其硬件功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單板機(jī)，尤其適合實(shí)時(shí)控制、智能儀表、自動(dòng)機(jī)床，是控制類型領(lǐng)域中最理想的八位微型計(jì)算機(jī)，在全世界都得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控裝置是三坐標(biāo)（車床）數(shù)控系統(tǒng)，它用國際標(biāo)準(zhǔn)代碼進(jìn)行編程，除了能執(zhí)行本身的編程指令外，還能執(zhí)行二坐標(biāo)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的編程指令，而且三坐標(biāo)系統(tǒng)的各種操作方法（如輸入、修改、刪除及運(yùn)行加工程序）相同于二坐標(biāo)系統(tǒng)。 選擇控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意以下幾方面的問題： （1）在資金充足的情況下，盡量選用質(zhì)量好的產(chǎn)品。因?yàn)榇祟悢?shù)控系統(tǒng)零件篩選嚴(yán)格，制造工藝規(guī)范可靠，能很好地預(yù)防電器元件的故障或提前失效引起的設(shè)備故障。 （2）應(yīng)該注重?cái)?shù)控功能的選擇，不應(yīng)單純追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，這對(duì)實(shí)現(xiàn)較高的性能價(jià)格比非常重要。 （3）數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床所能達(dá)到的功能相匹配，盡量減少過剩的數(shù)控功能。 1.6.2 選擇設(shè)計(jì)對(duì)象要適宜 采用微機(jī)數(shù)控機(jī)床加工零件，必須首先編制出加工程序。通常適宜于加工具有一定批量的相類似零件。因此，在選擇適宜于進(jìn)行設(shè)計(jì)的機(jī)床時(shí)，首先必須對(duì)各類機(jī)床的零件加工情況進(jìn)行調(diào)查研究，分類統(tǒng)計(jì)，看零件有無批量，看各類批量主要在哪種機(jī)床上進(jìn)行加工，以及在哪種型號(hào)的機(jī)床上進(jìn)行加工，這樣才能確定出設(shè)計(jì)對(duì)象。一般中小車床上的工件總是比較飽滿，成批量的零件也比較多。因此，用微機(jī)技術(shù)把中小車床設(shè)計(jì)成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床比較適宜。對(duì)于一些中小型企業(yè)，為了充分發(fā)揮車床的作用，更需要經(jīng)過設(shè)計(jì)的車床。這樣既能用數(shù)控系統(tǒng)加工批量零件，又具有臥式車床的功能，以適于加工單件零件。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的零件，機(jī)床往往難于加工成形。如果采用機(jī)械仿形的方法進(jìn)行加工，在不成批量的情況下很不合算。這時(shí)，用微機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)床，就可以使問題得到解決，明顯提高企業(yè)加工能力。編程要比制作靠模容易得多，靈活得多。用數(shù)控機(jī)床加工形狀復(fù)雜的零件是非常適宜的。 1.6.3 機(jī)床的機(jī)械設(shè)計(jì)范圍要適當(dāng) 機(jī)床設(shè)計(jì)范圍的大小，應(yīng)根據(jù)機(jī)床自身精度及性能來決定。以臥式車床為例加以說明。對(duì)于舊車床的設(shè)計(jì)范圍，一般都是把原來的機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，由主軸箱通過掛輪箱帶動(dòng)進(jìn)給變速箱，將運(yùn)動(dòng)傳給光杠或絲杠。然后再驅(qū)動(dòng)溜板運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)過程，設(shè)計(jì)為由功率步進(jìn)電機(jī)通過消隙減速齒輪，直接帶動(dòng)滾珠絲杠，使刀架分別實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)和 橫向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行兩個(gè)坐標(biāo)的控制。對(duì)于精度符合要求的車床，為了實(shí)現(xiàn)簡易數(shù)控設(shè)計(jì)，一般都是對(duì)車床的部件基本不動(dòng)，只是把床鞍的縱向滑動(dòng)絲杠副設(shè)計(jì)為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一套消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)也把中滑板的橫向滑動(dòng)絲杠副設(shè)計(jì)為橫向滾珠絲杠副，在橫向滾珠絲杠的外端安裝一套消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)，從而使車床的縱向和橫向運(yùn)動(dòng)既能用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，又能由操作者進(jìn)行操作。在機(jī)床設(shè)計(jì)過程中，只要把溜板箱中的開合螺母及中滑板上的滑動(dòng)螺母拆除，在合適的位置上安裝好滾珠螺母座即可。在電氣控制方面，為了避免數(shù)控操作與操作相干涉，發(fā)生操作失誤現(xiàn)象，必須有電氣連鎖開關(guān)控制操作轉(zhuǎn)換。對(duì)于全新或較新車床，在進(jìn)行簡易數(shù)控設(shè)計(jì)時(shí)，一般都是全部保留機(jī)床的零部件。直接把消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)分別按裝在縱向滑動(dòng)絲杠的右端和橫向滑動(dòng)絲杠的外端。從而也可以使車床同時(shí)具有操作功能和簡易數(shù)控功能。 1.6.4 輔助設(shè)計(jì)要合適 如果在設(shè)計(jì)后的簡易數(shù)控車床上，采用一把刀可以完成全部車工工序，就沒有必要對(duì)刀架進(jìn)行設(shè)計(jì)。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)工件需要兩把刀或幾把刀來分別完成兩個(gè)或幾個(gè)工序的情況，這時(shí)可根據(jù)每把刀的使用情況，分別進(jìn)行編程，通過一個(gè)程序，使用一把刀，來完成一個(gè)工序。使原來操作使用的刀架在數(shù)控操作時(shí)也可以使用。這樣，根據(jù)設(shè)計(jì)后車床的主要加工對(duì)象，確定刀架是否需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使設(shè)計(jì)費(fèi)用使用得更加合理，避免發(fā)生設(shè)計(jì)過?，F(xiàn)象。如果設(shè)計(jì)后的簡易車床，主要用來加工比較復(fù)雜的零件，需要采用三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對(duì)刀架部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般可采用安裝有四把刀、由鼠牙盤定位、進(jìn)行絕對(duì)刀位控制的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架比較合適。重復(fù)定位誤差可小于 ，精度持久性比較好。這種刀架出廠時(shí)，就規(guī)定了刀號(hào)位置。當(dāng)需要幾號(hào)刀在加工位置時(shí)，只需對(duì)該刀控制信號(hào)口發(fā)出信號(hào)，刀架就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到需要的位置。設(shè)計(jì)后的簡易數(shù)控車床需要加工螺紋時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號(hào)反饋元件。目的是為了檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給單板機(jī)，使單板機(jī)能按照所需加工的螺距進(jìn)行處理。控制縱向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過縱向滾珠絲杠帶動(dòng)刀架完成螺紋加工。 4.結(jié)束語 采用微機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)床，選用優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)簡易數(shù)控，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，安裝簡單，操作簡便，測量精度較高，可以使機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，適于加工具有復(fù)雜形狀的零件和小批量零件。產(chǎn)品精度一般可以提高個(gè)等級(jí)，工效提高 ，改裝費(fèi)用幾個(gè)月即可收回。這種技術(shù)在我國中小企業(yè)中，是適合于廣泛推廣的技術(shù)。 1.7數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 高速化、高精度化、高可靠性、復(fù)合化、智能化、柔性化、集成化和開放性是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床行業(yè)的主要發(fā)展方向。 數(shù)控技術(shù)的問世已有40多年的歷史，它是由機(jī)械學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來的一門綜合性新型學(xué)科。技術(shù)發(fā)展的需要對(duì)21 世紀(jì)的數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。 1.7.1 個(gè)性化的發(fā)展趨勢 1.高速化、高精度化、高可靠性 高速化：提高進(jìn)給速度與提高主軸轉(zhuǎn)速。 高精度化：其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)(高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，因?yàn)樯唐肥苄阅軆r(jià)格比的約束。 2.復(fù)合化 數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化的發(fā)展，其核心是在一臺(tái)機(jī)床上要完成車、車、鉆、攻絲、絞孔和擴(kuò)孔等多種操作工序，從而提高了機(jī)床的效率和加工精度，提高生產(chǎn)的柔性。 3.智能化 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便等方面的智能化；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等，以及智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。 4.柔性化、集成化 當(dāng)今世界上的數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段車間獨(dú)立制造島FA)、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。 1.7.2 個(gè)性化是市場適應(yīng)性發(fā)展趨勢 當(dāng)今的市場，國際合作的格局逐漸形成，產(chǎn)品競爭日趨激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不斷升級(jí)，用戶的個(gè)性化要求日趨強(qiáng)烈，專業(yè)化、專用化、高科技的機(jī)床越來越得到用戶的青睞。 1.7.3 開放性是體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢 新一代數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)核心是開放性。開放性有軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)的開放式系統(tǒng)，采用模塊化，層次化的結(jié)構(gòu)，并通過形式向外提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究， 數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年的一個(gè)新的焦點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)。 第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 2.1 總體方案制定與比較分析 總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 數(shù)控車床后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。 屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)結(jié)構(gòu)簡化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。 比較項(xiàng)目 方案一 方案二 確定后的方案 具體原因 主軸箱 分級(jí)變速采用 調(diào)速電機(jī)+ 齒輪傳動(dòng) 采用三相異步 電機(jī)+減速器 方案一 變速級(jí)數(shù)比較多 滿足多種加工 需要，也符合 任務(wù)書要求 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠 +步進(jìn)電機(jī) 滾珠絲杠 +伺服電機(jī) 方案一 脈沖當(dāng)量 步進(jìn)電機(jī)控制 的準(zhǔn)確 刀架 四工位回轉(zhuǎn) 刀架 六工位回轉(zhuǎn) 刀架 都可以 各有各的好處 尾座 液壓尾座 手動(dòng)普通尾座 液壓尾座 可通過數(shù)控系統(tǒng) 調(diào)整方便 數(shù)控系統(tǒng) 8位單片機(jī) 16位單片機(jī) 方案一 基本需求可以滿足 2.2 總體方案設(shè)計(jì)的確定 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬訂應(yīng)包括以下內(nèi)容：伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式的確定，控制芯片的選擇等內(nèi)容。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出幾個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析，比較和論證，最后選出一個(gè)合理的總體方案。 2.2.1伺服驅(qū)動(dòng) 在我過設(shè)備數(shù)控化設(shè)計(jì)的一段時(shí)間里，較多采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電機(jī)是一種特殊結(jié)構(gòu)的電機(jī),它利用通電激磁繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩，將脈沖電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移的電機(jī)執(zhí)行元件。當(dāng)激磁繞組按一定規(guī)律獲得分配脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度與輸入的脈沖個(gè)數(shù)具有較嚴(yán)格的比例關(guān)系，而且轉(zhuǎn)動(dòng)與輸入脈沖在時(shí)間上同步，因此可以利用這些特點(diǎn)控制運(yùn)動(dòng)的速度和位移量。 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，電氣控制和驅(qū)動(dòng)電路也簡單，體積小，重量輕，價(jià)格便宜，設(shè)計(jì)制造較簡單，容易調(diào)試，使用維修方便。位移精度較好，對(duì)各種干擾因素不敏感，結(jié)構(gòu)誤差不會(huì)累積。另外，電機(jī)時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快。但步進(jìn)電機(jī)也有缺點(diǎn)，主要是容易丟步，啟動(dòng)頻率低，工作效率也不夠高，低頻時(shí)振動(dòng)大，可能造成失誤，因此步進(jìn)電機(jī)多用于負(fù)載較小，負(fù)載變化不大或要求不太高的經(jīng)濟(jì)型簡易型數(shù)控設(shè)備中。 綜上所述，綜合了成功率，技術(shù)難度，精度和投資等因素，決定選用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服驅(qū)動(dòng) 2.1.2數(shù)控裝置 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲(chǔ)擴(kuò)展電路和I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。 數(shù)控系統(tǒng)的核心是微機(jī)，其它裝置均在微機(jī)的控制下進(jìn)行工作。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機(jī)直接相關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)微機(jī)的要求是多方面的，但主要指標(biāo)是字長和速度，字長不僅影響系統(tǒng)的最大加工尺寸，而且影響加工的精度和運(yùn)算精度。本設(shè)計(jì)采用的是MCS—51機(jī)，并擴(kuò)展2片2764芯片，1片6264芯片，3片8155可編程并行I/O等組成的控制系統(tǒng)。 2.1.3系統(tǒng)功能 （1）橫向，縱向，垂直方向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)。 （2）行程控制 （3）鍵盤控制 （4）功能：報(bào)警電路，復(fù)位電路，隔離電路，功放電路等。 2.1.4采用環(huán)形分配器 本系統(tǒng)采用軟件環(huán)形分配器。由于車床三個(gè)方向的三步進(jìn)電機(jī)均為三相，所以直接與8155（2）的PA口再加上8155（1）的PA口相接就可以了，經(jīng)光電耦合電路，功放電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 2.1.5采用滾珠絲杠螺母副 采用滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)結(jié)構(gòu),具有精度高,效率高,壽命長,低能耗,摩擦系數(shù)小,較高緊湊,通用性強(qiáng)等特點(diǎn). 第3章 確定切削用量及選擇刀具 在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，切削用量都預(yù)先編入程序中，在正常加工情況下，人工不予改變。 只有在試加工或出現(xiàn)異常情況時(shí)．才通過速率調(diào)節(jié)旋鈕或電手輪調(diào)整切削用量。因此程序中選用的切削用量應(yīng)是最佳的、合理的切削用量。只有這樣才能提高數(shù)控機(jī)床的加工精度、刀具壽命和生產(chǎn)率，降低加工成本。 影響切削用量的因素有： 機(jī)床切削用量的選擇必須在機(jī)床主傳動(dòng)功率、進(jìn)給傳動(dòng)功率以及主軸轉(zhuǎn)速范圍、進(jìn)給速度范圍之內(nèi)。機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)的剛性是限制切削用量的重要因素。切削用量的選擇應(yīng)使機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)不發(fā)生較大的“振顫”。如果機(jī)床的熱穩(wěn)定性好，熱變形小，可適當(dāng)加大切削用量。 刀具刀具材料是影響切削用量的重要因素。表1是常用刀具材料的性能比較。 數(shù)控機(jī)床所用的刀具多采用可轉(zhuǎn)位刀片（機(jī)夾刀片）并具有一定的壽命。機(jī)夾刀片的材料和形狀尺寸必須與程序中的切削速度和進(jìn)給量相適應(yīng)并存入刀具參數(shù)中去。標(biāo)準(zhǔn)刀片的參數(shù)請參閱有關(guān)手冊及產(chǎn)品樣本。 表1 常用刀具材料的性能比較 工件不同的工件材料要采用與之適應(yīng)的刀具材料、刀片類型，要注意到可切削性?？汕邢餍粤己玫臉?biāo)志是，在高速切削下有效地形成切屑，同時(shí)具有較小的刀具磨損和較好的表面加工質(zhì)量。較高的切削速度、較小的背吃刀量和進(jìn)給量，可以獲得較好的表面粗糙度。合理的恒切削速度、較小的背吃刀量和進(jìn)給量可以得到較高的加工精度。 冷卻液冷卻液同時(shí)具有冷卻和潤滑作用。帶走切削過程產(chǎn)生的切削熱，降低工件、刀具、夾具和機(jī)床的溫升，減少刀具與工件的摩擦和磨損，提高刀具壽命和工件表面加工質(zhì)量。使用冷卻液后，通?？梢蕴岣咔邢饔昧?。冷卻液必須定期更換，以防因其老化而腐蝕機(jī)床導(dǎo)軌或其他零件，特別是水溶性冷卻液。 以上講述了機(jī)床、刀具、工件、冷卻液對(duì)切削用量的影響。切削用量的選擇原則，下面主要論述車削加工的切削用量選擇原則。 車削加工的切削用量包括：切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量。從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選擇背吃刀量或側(cè)吃刀量，其次選擇進(jìn)給速度，最后確定切削速度。 3.1.背吃刀量ap或側(cè)吃刀量ae 背吃刀量ap 為平行于車刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端車時(shí)，ap 為切削層深度；而圓周車削時(shí)，為被加工表面的寬度。側(cè)吃刀量ae 為垂直于車刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端車時(shí)，ae為被加工表面寬度；而圓周車削時(shí)，ae 為切削層深度，見下圖。 車削加工的切削用量圖 背吃刀量或側(cè)吃刀量的選取主要由加工余量和對(duì)表面質(zhì)量的要求決定： ①當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=12.5～25μm 時(shí)，如果圓周車削加工余量小于5㎜，端面車 削加工余量小于6㎜，粗車一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但是在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差 或機(jī)床動(dòng)力不足時(shí)，可分為兩次進(jìn)給完成。 ②當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=3.2～12.5μm 時(shí)，應(yīng)分為粗車和半精車兩步進(jìn)行。粗車時(shí) 背吃刀量或側(cè)吃刀量選取同前。粗車后留0.5～1.0㎜余量，在半精車時(shí)切除。 ③當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=0.8～3.2μm 時(shí)，應(yīng)分為粗車、半精車、精車三步進(jìn)行。半 精車時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量取1.5～2㎜；精車時(shí)，圓周車側(cè)吃刀量取0.3～0.5 ㎜，面車刀 背吃刀量取0.5～1 ㎜。 3.2.進(jìn)給量f 與進(jìn)給速度Vf的選擇 車削加工的進(jìn)給量f（㎜/r）是指刀具轉(zhuǎn)一周，工件與刀具沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移量； 進(jìn)給速度Vf（㎜/min）是單位時(shí)間內(nèi)工件與車刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量。進(jìn)給速度與進(jìn) 給量的關(guān)系為Vf = nf（n 為車刀轉(zhuǎn)速，單位r /min）。進(jìn)給量與進(jìn)給速度是數(shù)控車床加工切削用量中的重要參數(shù)，根據(jù)零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，參考切削用量手冊選取或通過選取每齒進(jìn)給量fz，再根據(jù)公式f =Zfz（Z 為車刀齒數(shù)）計(jì)算。每齒進(jìn)給量fz 的選取主要依據(jù)工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。 工件材料強(qiáng)度和硬度越高，fz 越??；反之則越大。硬質(zhì)合金車刀的每齒進(jìn)給量高于同類高速鋼車刀。工件表面粗糙度要求越高，fz 就越小。每齒進(jìn)給量的確定可參考表2選取。工件剛性差或刀具強(qiáng)度低時(shí)，應(yīng)取較小值。 表2 車刀每齒進(jìn)給量參考值 3.3.切削速度Vc 車削的切削速度Vc 與刀具的耐用度、每齒進(jìn)給量、背吃刀量、側(cè)吃刀量以及車刀齒數(shù)成反比，而與車刀直徑成正比。其原因是當(dāng)fz、ap、ae 和Z 增大時(shí)，刀刃負(fù)荷增加，而且同時(shí)工作的齒數(shù)也增多，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高。為提高刀具耐用度允許使用較低的切削速度。但是加大車刀直徑則可改善散熱條件，可以提高切削速度。 車削加工的切削速度Vc 可參考表3選取，也可參考有關(guān)切削用量手冊中的經(jīng)驗(yàn)公式通過計(jì)算選取。 表3 車削加工的切削速度參考值 常見鋼件材料切削用量的推薦值 G94 每分鐘進(jìn)給mm/min G95主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給mm/r G97 S1000 主軸轉(zhuǎn)速1000r/min G96 S100 主軸轉(zhuǎn)速100m/min 經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析車床的最高轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀具精車鋼料的外圓工藝中，最低轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在高速工具鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠中。由工藝手冊可知硬質(zhì)合金刀具刀具精車鋼料的絲杠=250 r\min；高速車刀粗車圓柱體=30-50 r\min（隨被吃刀量與進(jìn)給量的增加而減少）；高速工具鋼低速精車絲杠=1.5 r\min，則 =0.5D=0.5630mm=315mm =（0.2-0.25）=（63-78.75）mm，取=70mm。 max ==1591 r/min ==41.52 r/min 由于現(xiàn)代數(shù)控車床向高速高精度方向發(fā)展，考慮到今后的技術(shù)儲(chǔ)備，類比行業(yè)中同類數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速范圍初步選取=30 r\min，=1450 r\min。 則數(shù)控車床總變速范圍==48.333 第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 Φ630機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)如表3-1： 最大回轉(zhuǎn)直徑 630mm 電機(jī)功率 10KW Lmax 2000mm 快進(jìn)速度 縱向 2.4m/min 橫向 1.2m/min 切削速度 縱向 0.5m/min 橫向 0.25m/min 定位精度 0.015mm 移動(dòng)部件重量 縱向 1200N 橫向 800N 加速時(shí)間 30ms 機(jī)床效率 0.7 表3-1 Φ630機(jī)床主要技術(shù)參數(shù) 4.1 參數(shù)的確定 了解車床的基本情況和特點(diǎn)---車床的規(guī)格系列和類型 1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說明了。 2.車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79） 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D是630mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于315mm；主軸通孔直徑d要大于或等于80mm；主軸頭號(hào)（JB2521-79）是4.5；最大工件長度L是1800mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：30～1450r/min可無級(jí)調(diào)速. 參數(shù)確定的步驟和方法 a) 極限切削速度umax﹑umin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類 ﹑工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》。然而，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如下： 取umax=300m/min； umin=8m/min。 b) 主軸的極限轉(zhuǎn)速 計(jì)算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別取（0.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。由于D=630mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： 加工條件 硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵件 30～50 硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件 150～300 螺紋（絲杠等）加工鉸孔 3～8 nmax=r/min （2.1） =758～1517r/min ，取=1000r/m； nmin=r/min （2.2） 在中考慮車螺紋和絞孔時(shí)，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工情況選取0.1D和50左右。 所以 nmin==32r/min 由于轉(zhuǎn)速范圍 R= = =31.25 ； 因?yàn)榧?jí)數(shù)Z已知： Z=16級(jí) 。 現(xiàn)以Φ=1.26和Φ=1.41代入R= 得R=32和173 ，因此取Φ=1.26更為合適。 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以Φ=1.06的從1～10000的數(shù)值，因Φ=1.26=，從表中找到nmax=1000r/min，就可以每隔4個(gè)數(shù)值取一個(gè)數(shù)，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，30。 c) 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)z和公比￠ 已知 =Rn Rn=且： z= 因機(jī)床的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速往往比主軸的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，變速系統(tǒng)以降速傳動(dòng)居多，因此，傳動(dòng)系統(tǒng)中若按傳動(dòng)順序在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式（單位N.m） T=，當(dāng)傳遞功率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同時(shí)，傳動(dòng)件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動(dòng)副數(shù)較多的變速組安排在前面的高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此選擇結(jié)構(gòu)式如下： 16=。 d) 主電機(jī)功率—?jiǎng)恿?shù)的確定 合理地確定電機(jī)功率N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計(jì)書表中推薦的數(shù)值： 取 P=7.5kw 4. 2 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1) 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可以參考一下這個(gè)方案。 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)有若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有Z1、Z2、Z3…個(gè)傳動(dòng)副。即 Z=Z1Z2Z3… 傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2和3的因子積為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子: Z= 可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下： 傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17個(gè) 軸向尺寸 19b 傳動(dòng)軸數(shù)目 8根 操縱機(jī)構(gòu) 簡單，兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪 根據(jù)以上分析及計(jì)算，擬定主軸箱、變速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如下： 圖二中，第Ⅰ軸至第Ⅲ軸，其結(jié)構(gòu)式為： 4= 圖一中，第Ⅳ軸至第Ⅷ軸，機(jī)床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)采用分離傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)是： （1） 在滿足傳動(dòng)副極限傳動(dòng)比的條件下，可以得到較大的變速范圍。 （2） 高速由短支傳動(dòng)，有助于減少高速時(shí)機(jī)床的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率損失。而且高速分支的尺寸可相對(duì)小些。 （3） 變速級(jí)數(shù)不像常規(guī)變速系統(tǒng)那樣受2，3因子的限制，如與部分轉(zhuǎn)速重合的方法配合，幾乎可以得到任意的變速級(jí)數(shù)，大大增加了可供選擇方案的數(shù)目。 2) 主傳動(dòng)順序的安排 16級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成：2x2x2x2，選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上如果安裝摩擦離合器時(shí)，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以2為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的2，一對(duì)是傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。 主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。 (5) 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 對(duì)于16級(jí)的傳動(dòng)只有一種方案，準(zhǔn)確的說應(yīng)該不只有這一個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是： 16=2［2］x 2［1］+ 2［2］x 2[1]+ 2[2］x 2[1]x2[8] 傳動(dòng)方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計(jì)中，擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)。 (6) 傳動(dòng)組的變速范圍的極限植 在主傳動(dòng)系統(tǒng)的降速傳動(dòng)中，主動(dòng)齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動(dòng)齒輪的直徑過大，齒輪傳動(dòng)副最小傳動(dòng)比umin≥，最大傳動(dòng)比umax≤2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍rmax=umax/nmin≤8 因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動(dòng)組變速范圍超過極限值的所有傳動(dòng)方案。 極限傳動(dòng)比及指數(shù)x，值為： 極限傳動(dòng)比指數(shù) 1.26 x：umin== 6 值；umax==2 3 （x+）值：umin==8 9 (7) 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇 正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為： Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］ 即是： Z=16=2［2］2［1］2［2］2[8] 4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)型號(hào)，確定各中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動(dòng)逐步具體化。 1) 主電機(jī)的選定 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動(dòng)力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行： 1) 電機(jī)功率N： 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 N=13kw 2.電機(jī)轉(zhuǎn)速nd 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min 類比同類機(jī)床CM6163，在此處選擇的是： nd=1450r/min 這個(gè)選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速nmax和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動(dòng)。 3.雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 根據(jù)本次設(shè)計(jì)機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī) 4.電機(jī)的安裝和外形 根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊查到。 5.常用電機(jī)的資料 根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用： Y132M-4 2) Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)化成主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時(shí)所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。 但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時(shí)，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜太高。 Ⅰ軸裝有離合器的一些機(jī)床的電機(jī)、主軸、Ⅰ軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)： 參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取700～1000r/min。另外，也要注意到電機(jī)與Ⅰ軸間的傳動(dòng)方式，如用帶傳動(dòng)時(shí)，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計(jì)選用： n1=1000r/min 3) 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 對(duì)于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動(dòng)等性能要求之間的矛盾。 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)（如采用先升后降的傳動(dòng)），中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫：d∝ 、 m∝，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率N空和噪音Lp（一般機(jī)床容許噪音應(yīng)小于85dB）加大： N空=) KW （2.3） 式中： C---系數(shù)，兩支承滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承C=8.5，三支承滾動(dòng)軸承C=10； da---所有中間軸軸頸的平均直徑（mm）； d主—主軸前后軸頸的平均直徑（mm）； ∑n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。 （2.4） （mz）a—所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值mm； （mz）主—主軸上齒輪的分度圓的平均值mm； q----傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對(duì)數(shù)； β----主軸齒