Ｘ6132萬能升降臺銑床數(shù)控化改造總體及垂直進給伺服系統(tǒng)設(shè)計

Ｘ6132萬能升降臺銑床數(shù)控化改造總體及垂直進給伺服系統(tǒng)設(shè)計,x6132,萬能,升降臺,銑床,數(shù)控,改造,總體,整體,垂直,進給,伺服系統(tǒng),設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計(論文) Ｘ6132萬能升降臺銑床數(shù)控化改造總體及 垂直進給伺服系統(tǒng)設(shè)計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題目： Ｘ6132萬能升降臺銑床數(shù)控化改造總體及垂直進給伺服系統(tǒng)設(shè)計 學生姓名： 王俊杰 班級： 學號： 題目序號： 指導教師： 胡世軍 一、設(shè)計參數(shù) 1、工作臺尺寸(長×寬)： 1100mm×300mm 2、工作臺最大行程： 縱向 680mm 橫向 270mm 垂直 380mm 3、快速移動速度： 10m/min 4、工作臺定位精度 x、y、z ±0.03mm； 5、工作臺重復定位精度 x、y、z ±0.02mm； 6、縱向、橫向及垂直進給為微機控制，采用步進電機或直流伺服電機驅(qū)動，滾珠絲杠傳動，脈沖當量0.010mm/脈沖。 7、實現(xiàn)功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。 8、操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止 二、設(shè)計內(nèi)容及及要求 (一)設(shè)計說明書 1、數(shù)控機床發(fā)展概述 （1）數(shù)控機床及其特點。 （2）數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度。 （3）數(shù)控機床的經(jīng)濟分析。 （4）數(shù)控機床的發(fā)展趨向。 2、數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 3、確定切削用量及選擇刀具 4、傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算 5、機床硬件電路圖的設(shè)計 （二）、圖紙部分 1、機床尺寸聯(lián)系圖 A0一張 2、機床傳動系統(tǒng)圖 A0一張 3、垂直進給伺服系統(tǒng)裝配圖 A0一張 （三）基本要求： 能按時獨立完成畢業(yè)設(shè)計規(guī)定的全部內(nèi)容，方案選擇正確，論據(jù)充分，對設(shè)計中的主要問題分析深入，解決合理，有獨立見解，能很好運用所學理論和提供的資料解決設(shè)計中的問題，能獨立查閱和正確引用中外文參考資料，說明書文字通順、清楚、選用數(shù)據(jù)論證合理、計算準確，圖面整潔。 三、各階段時間安排（2012年 月 日—— 月 日共15周） 序號 主 要 任 務(wù) 時間 1 查閱文獻，收集資料 0.5周 2 工廠調(diào)研、參觀 1周——2周 3 機床總體方案圖 1周——2周 4 機床傳動系統(tǒng)圖 1周——2周 5 主要部件裝配圖 1周——2周 6 機床硬件電路圖 1周 7 設(shè)計說明書 1周 摘 要 針對現(xiàn)有常規(guī)X6132萬能升降臺銑床的缺點提出數(shù)控改造方案和單片機系統(tǒng)設(shè)計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了萬能升降臺銑床的數(shù)控化改造的設(shè)計過程，較詳盡地介紹了X6132萬能升降臺銑床機械改造部分的設(shè)計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)垂直的進給運動。 改造過程如下：（1）機械部分的改造，包括總體改造方案的確定和進給方向的改造。主要包括對滾珠絲杠螺母副及反應(yīng)式步進電機的計算選擇及垂直進給機構(gòu)裝配圖方案的制定。（2）電氣控制部分的設(shè)計，主要包括MCS-51系列單片機及擴展芯片的選用和電氣控制圖的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：數(shù)控，單片機，步進電機，滾珠絲杠，改造 IV ABSTRACT Conventional existing X6132 universal lifting platform milling machine numerical control transformation of the disadvantages of the proposed scheme and design of a single chip microcomputer system, improve the processing precision and extend the machine's usage, and to improve productivity. This paper illustrates the universal lifting platform milling machine numerical control transformation of the design process, a more detailed description of the X6132 universal lifting platform milling machine transformation part of the design and numerical control system design. Using 8031 as the CPU control system of signal processing by the I/O interface, and output the step pulse, through a gear reducer, drive the leading screw to roll, so as to realize the vertical movement of the feed. Reform process as follows: ( 1) the reformation of machine part, including the overall reconstruction scheme and vertical feed direction of reformation. Consisting mainly of ball screw pair and reaction stepper motor selection and calculation of vertical feeding mechanism assembly plan. ( 2) the electrical control design, including MCS-51 Series MCU and the expansion of the chip selection and electrical control diagram design. Keywords: numerical control ,single-chip ,stepping motor ,?ball screw shaft ,reform 目 錄 第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述 1 1.1 我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀及思考 1 1.1.1 不斷加強技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機床水平的關(guān)鍵 1 1.1.2 制造水平與管理手段依然落后 2 1.1.3 服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機床占有率的一個重要因素 2 1.1.4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 2 1.1.5 結(jié)語 3 1.2 數(shù)控機床及其特點 3 1.3 數(shù)控機床的經(jīng)濟分析 4 1.3.1 中小企業(yè)數(shù)控機床選用中存在的問題 4 1.3.2 數(shù)控機床選購的策略 4 1.4 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 6 1.5 數(shù)控機床的發(fā)展趨向 7 第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 11 2.1 機床數(shù)控化改造的意義 11 2.2 設(shè)計方案論證 12 3.1 科學選擇數(shù)控刀具 14 3.1.1 選擇數(shù)控刀具的原則 14 3.1.2 選擇數(shù)控銑削用刀具 14 3.2 設(shè)置刀點和換刀點 15 3.3 確定切削用量 15 3.3.1 確定主軸轉(zhuǎn)速 16 3.3.2 確定進給速度 16 3.3.3 確定背吃刀量 16 第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算 17 4.1 對數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)簡介 17 4.2 對數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的要求 17 4.3 主傳動的類型及方案選擇 18 4.4 計算切削功率 19 4.4.1 切削力的計算 19 4.4.2 切削功率的計算 20 4.4.3 主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定 20 4.5 計算主傳動功率 20 4.6 分級變速箱的傳動系統(tǒng)的設(shè)計及主軸電動機的功率的確定 21 4.6.1 變速級數(shù)Z的確定 21 4.6.2 電動機的功率的確定 22 4.6.3 電動機參數(shù) 22 4.6.4 分級變速箱的傳動系統(tǒng)變速機構(gòu)的確定 23 第5章 主要部件裝配圖的設(shè)計計算 24 5.1 確定系統(tǒng)脈沖當量 24 5.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計，計算和選型 24 5.3 傳動效率計算 27 5.4 垂直絲杠傳動比計算 28 5.5 垂直絲杠步進電機的計算 28 第6章 機床硬件電路圖的設(shè)計 31 6.1 微機控制系統(tǒng)組成及特點 31 6.1.1 微機控制系統(tǒng)的組成 31 6.1.2 微機數(shù)控系統(tǒng)的特點 31 6.2 微機控制系統(tǒng)設(shè)備介紹 32 6.2.1 主控制器CPU的選擇 32 6.2.2 存儲器電路的擴展 33 6.2.3 I/O口電路的擴展 34 6.2.4 步進電機驅(qū)動電路 35 6.2.5 其它輔助電路設(shè)計 36 6.3 程序部分 36 總結(jié)與展望 41 參考文獻 42 致 謝 43 44 X6132萬能升降臺銑床數(shù)控化改造總體及垂直進給伺服系統(tǒng)設(shè)計 第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述 1.1 我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀及思考 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當大 的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進 口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美 元，但進出口逆差嚴重，國產(chǎn)機床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機床進口額為8.78億美元 (7624臺)，2003年達27.1億美元(23320臺)，相當于同年國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)值的2.7倍。國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研 究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭 力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 我們應(yīng)看清形勢，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距。 1.1.1 不斷加強技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機床水平的關(guān)鍵 國產(chǎn)數(shù)控機床缺乏核心技術(shù)，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能的可 靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機床制造商通過技術(shù)引進、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數(shù)控技術(shù)，但缺乏對機床結(jié)構(gòu)與精度、 可靠性、人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)數(shù)控機床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認可。 1.1.2 制造水平與管理手段依然落后 一些國產(chǎn)數(shù)控機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普通機床與低效刀具為主，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質(zhì)量在生產(chǎn)進度的緊逼下不能 得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機 床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進技術(shù)的同時應(yīng)注意加強自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。 1.1.3 服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機床占有率的一個重要因素 由于數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一部分企業(yè)不顧長遠利益，對提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視，甚至對服務(wù)缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。 有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好數(shù)控機床，更不能指導用戶使用好機床；有的對先進高效刀具缺乏基本了解，不能提供較 好的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手，幫助用戶進行設(shè)備選型，推薦先進工藝 與工輔具，配備專業(yè)的培訓人員和良好的培訓環(huán)境，幫助用戶發(fā)揮機床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品，這樣才能逐步得到用戶的認同，提高國產(chǎn)數(shù)控機床的 市場占有率。 1.1.4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 從我國數(shù)控機床的發(fā)展形式來看需要三種層次的數(shù)控技術(shù)人才：第一種是熟悉數(shù)控機床的操作及加工工藝、懂得簡單的機床維護、能夠進行手工或自動編程的車間技 術(shù)操作人員；第二種是熟悉數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)軟硬件知識的中級人才，要掌握復雜模具的設(shè)計和制造知識，能夠熟練應(yīng)用UG、PRO/E等CAD /CAM軟件，同時有扎實的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并積累了大量的實踐經(jīng)驗；第三種是精通數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計以及數(shù)控系統(tǒng)電氣設(shè)計、能夠進行數(shù)控機床 產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的數(shù)控技術(shù)高級人才。我國應(yīng)根據(jù)需要有目標的加大人才培養(yǎng)力度，為我國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)提供強大的技術(shù)人才支撐。 1.1.5 結(jié)語 目前，數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。 中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能 安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日 實現(xiàn)數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變。 1.2 數(shù)控機床及其特點 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作數(shù)控折彎機并加工零件。 數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機床的大腦。與普通機床相比，數(shù)控機床有如下特點： 1、對加工對象的適應(yīng)性強，適應(yīng)模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點，為模具的制造提供了合適的加工方法； 2、加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； 3、可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件； 4、加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間； ●機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3~5倍）； 5、機床自動化程度高，可以減輕勞動強度； 6、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 數(shù)控機床使用數(shù)字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為計算機輔助設(shè)計、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)； 7、對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高； 8、可靠性高。 1.3 數(shù)控機床的經(jīng)濟分析 　 近幾年，隨著國民經(jīng)濟快速穩(wěn)定發(fā)展，我國機床制造行業(yè)受益于國家振興裝備制造業(yè)的大環(huán)境，有了長足進展，這其中領(lǐng)先當今機械制造技術(shù)水平的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)更勝一籌。 由于數(shù)控設(shè)備的先進性、復雜性和發(fā)展的迅速性,以及品種型號、檔次的多樣性,決定了選用數(shù)控設(shè)備的復雜性和難度。如何從品種繁多、價格昂貴的產(chǎn)品中選擇適用的設(shè)備, 成為中小型企業(yè)十分關(guān)心的問題。 1.3.1 中小企業(yè)數(shù)控機床選用中存在的問題 　　目前中小型企業(yè)缺乏數(shù)控設(shè)備的使用經(jīng)驗和掌握數(shù)控加工技術(shù)的人才,在數(shù)控機床選購中存在著盲目性、片面性,主要表現(xiàn)在以下幾方面： 1、決策者對數(shù)控機床的認識有誤區(qū),部分企業(yè)領(lǐng)導認為配置高精度數(shù)控設(shè)備是企業(yè)檔次的象征。選型時不考慮投資效益,忽略性價比,盲目追求進口、高檔,片面講究功能齊全。而在后來的使用過程中才發(fā)現(xiàn)有些功能用不上或幾乎不用。 2、機床選型混亂, 數(shù)控機床類型、規(guī)格不配套。選購不同廠家的產(chǎn)品, 數(shù)控系統(tǒng)不統(tǒng)一, 購置后給操作、編程、維修帶來困難。 3、購置數(shù)控機床時只重視主機性能, 而忽略附件和刀具的配套, 致使在使用中因缺少某個附件或刀具而影響整個主機的運行。 4、對企業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品變化預測不足, 所購設(shè)備的功能的發(fā)揮受到制約。 1.3.2 數(shù)控機床選購的策略 　　1、實用性。選購數(shù)控機床時，企業(yè)要有明確的目的和出發(fā)點，首先考慮的是數(shù)控機床的實用性。 　　2、 數(shù)控機床規(guī)格、精度的實用性。在選擇數(shù)控機床時,首先應(yīng)確定數(shù)控機床上加工的典型零件。零件的尺寸決定機床的加工范圍；零件關(guān)鍵部位的精度決定了所選機床的精度等級。機床精度的評定指標較多，因數(shù)控機床類別而異,但共有的關(guān)鍵項目是定位精度、重復定位精度以及綜合加工精度。定位精度與傳動鏈各環(huán)節(jié)的彈性、間隙等因素有關(guān),反映了機械系統(tǒng)中的扭曲、撓度、爬行、共振等諸因素造成的綜合誤差。這些指標既反映了伺服機構(gòu)的剛度,也說明了位置反饋測量系統(tǒng)的質(zhì)量。重復定位精度反映了數(shù)控軸在全行程內(nèi)定位點的穩(wěn)定性，傳動鏈剛性直接影響重復定位精度。綜合加工精度指最后加工出來的工件尺寸與所要求尺寸之間的誤差。選購時應(yīng)避免盲目追求高精度，注意機床精度與工件精度相匹配。 　　3 、數(shù)控系統(tǒng)功能的實用性。數(shù)控系統(tǒng)功能可分為基本功能與選用功能, 各知名品牌數(shù)控系統(tǒng)的基本功能差別不大。除基本功能以外, 數(shù)控系統(tǒng)還為用戶提供多種可選功能。通常數(shù)控系統(tǒng)具備的基本功能比較便宜, 而特定選擇的功能很貴。在可供選擇的功能模塊中, 性能差別很大,價格也相差數(shù)倍，所以要根據(jù)加工要求和機床性能的需要來選擇。 從控制方式、驅(qū)動形式、反饋形式、檢測、操作方式、接口形式和故障診斷等方面來衡量, 合理地選擇適合機床的可選功能,放棄可有可無或不實用的可選功能。比如，自動換刀裝置(ATC) 是加工中心的基本特征，ATC裝置的投資往往占整機的30%～50%。因此在滿足使用要求的前提下盡量選用結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的ATC, 以提高機床的可靠性和降低整機的價格。應(yīng)當注意，單獨簽訂合同購買附件的單價大大高于隨同主機一起供貨的附件單價,應(yīng)盡可能在購買主機時一并購置部分易損部件及其他附件。 2.經(jīng)濟性。經(jīng)濟性是指選用的數(shù)控機床在滿足加工要求的條件下, 所支付的“錢”最少或較為合理的。經(jīng)濟性往往是和實用性緊密相連的, 機床選得實用、經(jīng)濟, 可避免不必要的浪費, 避免以高代價換來功能過多而又不實用的較復雜的數(shù)控機床，避免在操作使用、維護保養(yǎng)等諸多方面帶來困難。 　　數(shù)控機床的設(shè)計使用壽命一般為7年, 主要以數(shù)控方面的使用壽命為準。同時還得考慮市場占有率, 市場占有率高的數(shù)控設(shè)備說明是旺銷產(chǎn)品, 已受到多數(shù)用戶的青睞和肯定, 一般不會有太多的質(zhì)量問題。 　　選購數(shù)控機床應(yīng)考慮投資回報, 能夠在短期內(nèi)收回投資的機床才是好機床。因為數(shù)控機床的主要優(yōu)勢是實現(xiàn)工序集中，從而提高生產(chǎn)率和加工精度，所以數(shù)控機床既適于單件小批生產(chǎn)，又適于大批量生產(chǎn)。多數(shù)中小型企業(yè)購買的數(shù)控機床用于批量生產(chǎn)，因為批量生產(chǎn)不僅節(jié)省編程、對刀等輔助時間，提高機床利用率；而且對操作者的技術(shù)要求不高，人工費用也相對較低。所以用于大批量生產(chǎn)的機床投資回報較快。少數(shù)產(chǎn)品附加值高，具有一定經(jīng)濟實力的企業(yè)，為了生產(chǎn)組織方便而購買用于單件生產(chǎn)的數(shù)控機床。機床利用率較低時，不僅要考慮設(shè)備的使用費用，比如潤滑油、冷卻液、電力消耗等，還要計算設(shè)備折舊。另外一個不可忽視的因素是設(shè)備的貶值，數(shù)控機床的升級、更新較快，同配置的一臺機床，現(xiàn)在售價40萬，三年后可能降至35萬，這樣算起來貶值和折舊一樣不可忽視。所以沒有定型產(chǎn)品或產(chǎn)品附加值較低的中小型企業(yè)，在購置貴重數(shù)控設(shè)備之前，一定要充分研究收回投資的周期。有些企業(yè)事先確定較穩(wěn)定的批量加工意向，甚至已經(jīng)接到訂單，選購機床時要求機床廠為其準備工裝、編制程序、培訓工人，即所謂“交鑰匙”工程，這是投資數(shù)控機床最理想的情況。 　4、穩(wěn)定可靠性。數(shù)控設(shè)備的可靠性是廣大數(shù)控設(shè)備用戶必須關(guān)心的焦點問題, 因此在選用數(shù)控設(shè)備時應(yīng)注意生產(chǎn)廠家的規(guī)模和市場占有率, 確認其產(chǎn)品是否達到國家規(guī)定的平均無故障時間標準(規(guī)定為500h)。目前多數(shù)機床廠都采購成熟的數(shù)控系統(tǒng)和零部件進行組裝。國內(nèi)應(yīng)用較多的數(shù)控系統(tǒng)有日本FANUC、德國的西門子等。立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多，而床身中的直線導軌、主軸又分別來自德國和臺灣等地。所以機床的主要零部件的質(zhì)量一般是可靠的，需要重點考察的是數(shù)控機床組裝企業(yè)的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是否健全,服務(wù)隊伍的素質(zhì)是否能勝任工作,服務(wù)能否及時,是否能履行承諾等。 1.4 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 數(shù)控銑床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復雜的軸類、盤類等零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。 由于數(shù)控銑床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數(shù)控銑床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通銑床要寬得多。 1、精度要求高的零件 由于數(shù)控機床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。 2、表面粗糙度要求高的零件 數(shù)控銑床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控銑床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進給量，要求小的部位選用小的進給量。 3、輪廓形狀特別復雜和難于控制尺寸的零件 由于數(shù)控銑床具有直線和圓弧插補功能，部分銑床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的的零件。 1.5 數(shù)控機床的發(fā)展趨向 數(shù)控機床是由美國發(fā)明家約翰·帕森斯上個世紀發(fā)明的。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機床業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機電一體化時代，其中數(shù)控機床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機床是制造業(yè) 的加工母機和國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)。它為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟與社會效應(yīng)。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機 床產(chǎn)業(yè)化進程，而中國從20世紀80年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。 1、美國的數(shù)控發(fā)展史 美國政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務(wù)，并且提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效 率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。因而在機床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、 1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術(shù)在世界上領(lǐng)先， 因此其數(shù)控機床的主機設(shè)計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù) 控機床，其存在的教訓是，偏重于基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀80代政府一度放松了引導，致使數(shù)控機床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進的日本超 過，并大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱茫a(chǎn)量又逐漸上升。 2、德國的數(shù)控發(fā)展史 德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。，于1956年研制出第一臺數(shù)控機床后，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科 研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、先進 實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控 系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。 3、日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質(zhì) 量管理及數(shù)控機床技術(shù)上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688 臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機 床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展 市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人，科研人員超過600人，月產(chǎn)能力7,000套，銷售額在 世界市場上占50%，在國內(nèi)約占70%，對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大促進作用。 4、中國數(shù)控行業(yè)現(xiàn)狀及前景 “十五”期間，中國數(shù)控機床行業(yè)實現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺，2002年24803臺，2003年36813臺，2004年 51861臺，2004年產(chǎn)量是2000年的3.7倍，平均年增長39%；2005年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量59639臺，接近6萬臺大關(guān)，是“九五”末期的 4.24倍?！笆濉逼陂g，中國機床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長速度加快 所致。 2006年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達到85756臺，同比增長32.8%，增幅高于金切機床產(chǎn) 量增幅18.4個百分點，進而使金切機床產(chǎn)值數(shù)控化率達到37.8%，同比增加2.3個百分點。此外，數(shù)控機床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績驕人，全年實現(xiàn)出口額 3.34億美元，同比增長63.14%，高于全部金屬加工機床出口額增幅18.58個百分點。 2007年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達123,257臺，數(shù)控金屬成形機床產(chǎn)量達3,011臺；國產(chǎn)數(shù)控機床擁有量約50萬臺，進口約20萬臺。2008年10月，中國數(shù)控機床產(chǎn)量達105,780臺，比2007年同比增長2.96%。 長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進口，技術(shù)受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計水 平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達到了10-15年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的 能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標準的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時，中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓、服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 國外公司在中國數(shù)控系統(tǒng)銷量中的80%以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品 快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國的自主設(shè)計、開發(fā) 和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。 “十一五”期間，中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國數(shù)控機床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機遇，根據(jù)中國數(shù)控銑床1996-2005年消費數(shù)量，通過模型擬合，預計2009年數(shù)控銑床銷售數(shù)量將達8.9萬臺，年均增長率為16.5%。根據(jù)中國加工中心1996-2005年消費增長模型，預計2009年加工中心消費數(shù)量將達2.8萬臺，較2005年年均增長率為17.8%。 技術(shù)發(fā)展趨勢 高速、精密、復合、智能和綠色是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在： 1、機床復合技術(shù)進一步擴展隨著數(shù)控機床技術(shù)進步，復合加工技術(shù)日趨成熟，包括銑-車復合、車銑復合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復合，車磨復合，成形復合加工、特種復合加工等，復合加工的精度和效率大大提高?！耙慌_機床就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復合加工機床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。 五軸聯(lián)動加工中心 2、數(shù)控機床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動調(diào)整干涉防 碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能 進入了實用化階段，智能化提升了機床的功能和品質(zhì)。 3、機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、 功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機 床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。 4、精密加工技術(shù)有了新進展數(shù)控金切機床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前 的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右。超精密數(shù)控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達到0.05μm左右，形狀精度可達 0.01μm左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級（0.001μm）。通過機床結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用 高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術(shù)，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。 5、功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機和驅(qū)動裝置，高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用，極大的提高數(shù)控機床的技術(shù)水平。 第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 數(shù)控機床可以較好的解決形狀復雜、精密多品種及中小批零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，隨著制造技術(shù)向自動化、柔性化方向的發(fā)展，當前機床的數(shù)控化率已經(jīng)成為衡量一個國家制造工業(yè)水平的重要標志。 機床的數(shù)控化改造一般是指對現(xiàn)有某臺普通銑床的某些部位做一定的改裝，配上經(jīng)濟型數(shù)控裝置或標準型數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)，從而使原機床具有數(shù)控加工能力。這種技術(shù)工作有其獨特的特點。 2.1 機床數(shù)控化改造的意義 1、節(jié)約資金 數(shù)控機床的價格昂貴，一次性投資大，對中小企業(yè)常是心有余而力不足。機床的數(shù)控化改造同購置新的機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3，即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床的一半 2、性能穩(wěn)定可靠 因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期實效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 3、提高生產(chǎn)率 機床經(jīng)出數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高3到5倍。對復雜零件而言加工難度越高功效提高得越多。且只需一次或少數(shù)幾次安裝就能加工完零件的全部。 目前，國內(nèi)數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用受到一些條件的限制?，F(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到5%。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益、影響企業(yè)德生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。 數(shù)控銑床用途廣泛，不僅可以加工各種平面、溝槽、螺旋槽、成型表面和孔。而且還能加工各種平面曲線和空間曲線等復雜型面。適用于各種模具、凸輪、板類及箱體類零件的加工。本設(shè)計課題就是立足于實際情況，將普通的X6132萬能升降臺銑床（機械部分）進行數(shù)控化改造。 2.2 設(shè)計方案論證 機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控銑床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進而成。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足，抗震性差，熱變形大，滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度，表面質(zhì)量，生產(chǎn)率以及使用壽命等要求。現(xiàn)代機床的部件結(jié)構(gòu)，整體布局，外部造型都已經(jīng)形成了數(shù)控機床獨特的機械部件。因此，我們在對數(shù)控機床進行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能的 與數(shù)控機床相接近。 機床的改造主要應(yīng)具備兩個條件1.機床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛度2.改裝的費用要合適，經(jīng)濟性好。改裝前要對機床的性能指標做出決定，改裝后其各項指標能達到數(shù)控加工的要求。 將一臺X6132萬能升降臺銑床改裝成微機數(shù)控銑床，要求原機床的改動盡量少，以降低成本，提高性價比。根據(jù)這個要求保留原機床的主軸旋轉(zhuǎn)運動以及縱橫向進給的機動部分，改造后的數(shù)控銑床要求結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用、易于推廣普及。因此采用步進電機為飼服元件，用來驅(qū)動縱橫向工作臺的進給運動。拆除機床上原有的縱橫向絲杠螺母元件，改用步進電機和減速齒輪驅(qū)動的滾珠絲杠螺母副。并選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)，使其擴大加工范圍，適用于現(xiàn)階段我國的中小型機械加工企業(yè)。 機械部分數(shù)控化改造需涉及電機的選擇、工作臺進給結(jié)構(gòu)、傳動比分配與計算等方面的內(nèi)容。 1、伺服驅(qū)動元件 進給電機選用混合式步進電機，其不僅步距角小運行頻率高且功耗低低頻噪音小等優(yōu)點。廣泛用于開環(huán)控制系統(tǒng)，不需要反饋裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠，壽命長。橫垂直進給電機均選用同一型號以便于改造和日后維修。脈沖當量t=0.01mm/脈沖，選用步距角θ=0.6° 。對原機床的主傳動系統(tǒng)均維持不變，以節(jié)約資金及縮短改裝時間。 2、機床導軌的選擇 由于原機床采用滑動導軌，在低速時容易發(fā)生“爬行”現(xiàn)象，直接影響運動部件的定位精度。較經(jīng)濟的處理方法是采用貼塑滑動導軌。 3、進給傳動系統(tǒng) 數(shù)控機床要求進給部分移動元件靈敏度高、精度高、反應(yīng)快、低速時無爬行。因此本設(shè)計中采用滾珠絲杠可以滿足要求。滾珠絲杠螺母副由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。其工作原理為：當絲杠和螺母相對運動時，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置，使得滾珠沿滾道面運動后能通過這個裝置自動的返回其入口處，繼續(xù)參加工作。滾珠絲杠螺母副安裝時需要預緊，通過預緊可消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙，提高傳動剛度。本設(shè)計中的預緊方法是采用雙螺母墊片預緊式結(jié)構(gòu)。即通過改變兩個螺母的軸向相對位置，使每個螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側(cè)來實現(xiàn)預緊。其特點是預緊結(jié)構(gòu)簡單，軸向剛度好，預緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好如圖2-1。為消除傳動系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復定位精度，傳動元件連接采用無鍵錐環(huán)連接。 圖2-1 滾珠絲桿的結(jié)構(gòu) 第3章 確定切削用量及選擇刀具 3.1 科學選擇數(shù)控刀具 3.1.1 選擇數(shù)控刀具的原則 刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定. 選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時 間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化 加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時 間內(nèi)所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度 來確定。與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調(diào)整 方便，這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。 3.1.2 選擇數(shù)控銑削用刀具 在數(shù)控加工中，銑削平面零件內(nèi)外輪廓 及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下:一是銑刀半徑RD應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑Rmin，一般取RD=(0.8一 0.9)Rmin。二是零件的加工高度H<(1/4-1/6)RD,以保證刀具有足夠的剛度。三是用平底立銑刀銑削內(nèi)槽底部時，由于槽底兩次走刀需 要搭接，而刀具底刃起作用的半徑Re=R-r,，即直徑為d=2Re=2(R-r)，編程時取刀具半徑為Re=0.95(Rr)。對于一些立體型面和變斜 角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。 目前，數(shù)控機床上大多使用系列化、標準化刀具，對可轉(zhuǎn) 位機夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號對于加工中心及有自動換刀裝置的機床，刀具的刀柄都已有系列化和標準化的規(guī)定，如錐柄刀 具系統(tǒng)的標準代號為TSG-JT，直柄刀具系統(tǒng)的標準代號為DSG-JZ,此外，對所選擇的刀具，在使用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數(shù)據(jù)， 并由操作者將這些數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)，經(jīng)程序調(diào)用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。 3.2 設(shè)置刀點和換刀點 刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工 件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設(shè)置原則 是:便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小。對刀點可以設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機床上，為了提 高零件的加工精度，對刀點應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計基準或工藝基誰上。實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對 刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點;球頭銑刀是球頭的球心， 鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中 需要換刀時，應(yīng)規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉(zhuǎn)動換刀時的位置，換刀點應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。 3.3 確定切削用量 數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要 選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限 度提高生產(chǎn)率，降低成本。 3.3.1 確定主軸轉(zhuǎn)速 主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切 削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計算公式為:n=1000v/71D式中:v—切削速度，單位為m/m動，由刀具的耐用度決定;n一一主軸轉(zhuǎn)速，單 位為r/min,D—工件直徑或刀具直徑，單位為mm。計算的主軸轉(zhuǎn)速n，最后要選取機床有的或較接近的轉(zhuǎn)速。 3.3.2 確定進給速度 進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的 性能限制。確定進給速度的原則:當工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進給速度。一般在100一200mm/min范圍內(nèi)選取; 在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20一50mm/min范圍內(nèi)選取;當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應(yīng)選 小些，一般在20--50mm/min范圍內(nèi)選取;刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設(shè)定該機床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進給速度。 3.3.3 確定背吃刀量 背吃刀量根據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保 證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm,總之，切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實際經(jīng)驗用類比方法確定。同時，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進給速度三者能相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。 切削用量不僅是在機床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指 充分利用刀具切削性能和機床動力性能(功率、扭矩)，在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。 第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算 4.1 對數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)簡介 主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，他應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料、不同尺寸、不同要求的工作、并能方便的實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動等。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上簡單，這是因為變速功能全部或大部分主軸電動機的無極調(diào)速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構(gòu)，有些只有二級或三極齒輪變速系統(tǒng)用以擴大電動機無級調(diào)速的范圍。 在主傳動系統(tǒng)方面，具有下列特點： 1、 目前數(shù)控機床的主傳動電機已不再采用普通的交流異步電機或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電機和直流調(diào)速電機所代替。 2、 轉(zhuǎn)速高，功率大。它能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。 3、變速范圍大。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。 4、主軸速度的變換迅速可靠。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于直流和交流主軸電機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實現(xiàn)寬范圍的無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。 4.2 對數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的要求 1、主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。 2、主電動機具有足夠的功率，全部機構(gòu)和元件具有是夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。 3、主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗振性，熱變形和噪聲要小，傳動效率要高，以滿足機床的工作性能要求。 4、操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。 5、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟性要求。 4.3 主傳動的類型及方案選擇 數(shù)控機床的調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級凋速系統(tǒng)。為擴大調(diào)速。 為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)主要有三種變速方式 1、具有變速齒輪的主傳動 這是大、中型數(shù)控機床采用較多的一種變速方式。通過幾對齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求，見圖1-1所示。一部分小型數(shù)控機床也采用此種傳動方式以獲得強力切削時所需要的扭矩。 圖1.1 圖1.2 圖1.3 2、通過帶傳動的主傳動 通常選用同步齒形帶或多楔帶傳動，這種傳動方式多見于數(shù)控車床，它可避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，見圖1-2所示。 3、由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動 這種主傳動是由電動機直接驅(qū)動主軸，即電動機的轉(zhuǎn)子直接裝在主軸上，因而大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。如圖1-3所示。 近年來，出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電動機主軸，即主軸與電動機轉(zhuǎn)子合為一體。其優(yōu)點是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動、停止的響應(yīng)特性，并利于控制振動和噪聲。缺點是電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量亦使主軸產(chǎn)生熱變形。因此，溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電動機主軸的關(guān)鍵問題。日本研制的加工中心主軸組件，其內(nèi)裝電動機最高轉(zhuǎn)速可達20000r/min。 本次設(shè)計采用變速齒店主傳動系統(tǒng)。使主軸獲得較高的轉(zhuǎn)速和驕傲大的轉(zhuǎn)矩。二級以上齒輪變速系統(tǒng)雖然此種結(jié)構(gòu)復雜，制造和維修費用高，但和以上兩種驅(qū)動方式比，變速裝置多采用齒輪變速結(jié)構(gòu)，可以使用可調(diào)的交、直流無級變速電動機，經(jīng)齒輪變速后，實現(xiàn)分段無級變速，調(diào)速范圍增加，且能滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸出，因此選用二級以上齒輪變速系統(tǒng)作為主傳動的變速方式。 4.4 計算切削功率 4.4.1 切削力的計算 銑削時的切削力，公式如下 （3-1） 式中——銑削時的主切削力（N） ——加工材料影響的系數(shù) ——每齒進給量（mm） ——背吃刀量（mm） ——銑削寬度 ——銑刀齒數(shù) ——銑刀直徑(mm) 用直徑=50mm的四齒錐柄立銑刀，銑刀寬=40mm的剛工件，=0.05mm，=4mm，=68mm， 計算得：=132N 4.4.2 切削功率的計算 切削時所消耗的功率稱為切削功率。 切削功率的公式計算： （3-2） 式中：——切削功率（kw） ——切削力（N） ——切削速度（m/min） 根據(jù)機床設(shè)計手冊典型加工條件以及鋼材料的銑削速度范圍，取=100m/min 計算得：=2.2kw 4.4.3 主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定 主軸轉(zhuǎn)速范圍：50-2000r/min； 4.5 計算主傳動功率 用下列粗略估算主電動機的功率 （3-3） 式中，為銑床主傳動系統(tǒng)總機械效率，主運動為回轉(zhuǎn)運動時，；主運動為直線運動時，。 取主傳動的總效率=0.7 則初選電動機功率 取 電動機額定轉(zhuǎn)速為 ； 額定最高轉(zhuǎn)速為 4.6 分級變速箱的傳動系統(tǒng)的設(shè)計及主軸電動機的功率的確定 由3.2中初選電動機功率為4kw， 計算轉(zhuǎn)速依據(jù)如下公式計算: