19-數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】

- 1 -摘 要數(shù)控車床今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)更有發(fā)展前途,它是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。本課題主要介紹了它的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)以上部分運(yùn)用AUTOCAD做圖,最后是對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)提出的一點(diǎn)建議。 關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 齒輪傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 間隙消除 蝸輪加緊- 2 -AbstractNumerical control there is in the future lathe to in will develop, the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-grandly, have such varieties as knife rest of hydraulic pressure, servo knife rest, vertical knife rest, etc. concurrently, it is estimated that will increase to numerical control knife rest demand greatly in recent years. The development trend of the Numerical control rotary table is: With the development of numerical control lathe, numerical control knife rest begin to change one hundred sheets , electric liquid is it urge and urge direction develop while being servo to make up fast. Some originally design and is it continue electricity to use to four worker location vertical electronic machinery of knife rest mainly- exposed to control system control some designs. And use AUTOCAD to pursue to the above part, have a more ocular knowledge of electronic knife rest. The last proposition has put forward the suggestion and measure to Numerical control rotary table.Keyword：Numerical control rotary table； Gear drive； Worm drive；Gap elimination； The worm gear steps up.- 3 -目 錄緒 論 3第一章：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用 41.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作的原理 41.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 51.3 主要技術(shù)參數(shù) 51.4 本章小結(jié) 5第二章：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 62.1 傳動(dòng)方案的確定 62.2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 72.3 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 92.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 102.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 122.6 軸的校核與計(jì)算 132.7 彎矩組合圖 142.8 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑 142.9 齒輪上鍵的選擇及校核 152.10 軸承的選用 152.11 本章小結(jié) 16第三章 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 163.1 性能發(fā)展方向 .163.2 功能發(fā)展方向 .173.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 .183.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) .19第四章 總結(jié) 19致謝 20參考文獻(xiàn) 20- 4 -緒 論畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。而高職類學(xué)生更應(yīng)側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)和技能，獲得工程技術(shù)經(jīng)用性崗位的基本訓(xùn)練，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，可樹立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過渡。使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對(duì)所學(xué)的知識(shí)，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的技能，提高 解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴(kuò)大、深化所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和技能。培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。使學(xué)生學(xué)會(huì)初步掌握解決工程技術(shù)問題的正確指導(dǎo)思想、方法手段，樹立做事嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算部分，設(shè)計(jì)思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢(shì)是：- 5 -1．在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；2．在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；3．在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的市場(chǎng)分析：隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會(huì)越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計(jì)近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心將會(huì)達(dá)到每年 600 臺(tái)左右。預(yù)計(jì)未來 5 年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長(zhǎng)率，特別是那些國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均 15％－20％左右的穩(wěn)定增長(zhǎng)。- 6 -第一章 引言1.1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）的簡(jiǎn)稱，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，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作數(shù)控折彎?rùn)C(jī)并加工零件。數(shù) 控 機(jī) 床 一 般 由 下 列 幾 個(gè) 部 分 組 成 ： ● 主 機(jī) ， 他 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 題 ， 包 括 機(jī) 床 身 、 立 柱 、 主 軸 、進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 等 機(jī) 械 部 件 。 他 是 用 于 完 成 各 種 切 削 加 工 的 機(jī) 械 部 件 。 數(shù) 控 機(jī) 床● 數(shù) 控 裝 置 ， 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 核 心 ， 包 括 硬 件 （ 印 刷 電 路 板 、CRT 顯 示 器 、 鍵 盒 、 紙 帶 閱 讀 機(jī) 等 ） 以 及 相 應(yīng) 的 軟 件 ， 用 于 輸 入 數(shù)字 化 的 零 件 程 序 ， 并 完 成 輸 入 信 息 的 存 儲(chǔ) 、 數(shù) 據(jù) 的 變 換 、 插 補(bǔ) 運(yùn)算 以 及 實(shí) 現(xiàn) 各 種 控 制 功 能 。 ● 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 ， 他 是 數(shù) 控 機(jī) 床 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 驅(qū) 動(dòng) 部 件 ， 包 括 主 軸 驅(qū)動(dòng) 單 元 、 進(jìn) 給 單 元 、 主 軸 電 機(jī) 及 進(jìn) 給 電 機(jī) 等 。 他 在 數(shù) 控 裝 置 的 控 制下 通 過 電 氣 或 電 液 伺 服 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 主 軸 和 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 。 當(dāng) 幾 個(gè) 進(jìn) 給 聯(lián) 動(dòng)- 7 -時(shí) ， 可 以 完 成 定 位 、 直 線 、 平 面 曲 線 和 空 間 曲 線 的 加 工 。 ● 輔 助 裝 置 ， 指 數(shù) 控 機(jī) 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 ， 用 以 保 證 數(shù)控 機(jī) 床 的 運(yùn) 行 ， 如 冷 卻 、 排 屑 、 潤(rùn) 滑 、 照 明 、 監(jiān) 測(cè) 等 。 它 包 括 液 壓和 氣 動(dòng) 裝 置 、 排 屑 裝 置 、 交 換 工 作 臺(tái) 、 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 臺(tái) 和 數(shù) 控 分 度 頭 ，還 包 括 刀 具 及 監(jiān) 控 檢 測(cè) 裝 置 等 。 ● 編 程 及 其 他 附 屬 設(shè) 備 ， 可 用 來 在 機(jī) 外 進(jìn) 行 零 件 的 程 序 編 制 、存 儲(chǔ) 等 。 自從 1952 年美國(guó)麻 省 理 工 學(xué) 院 研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽 車 、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù) 控 技 術(shù) 無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展。 主 機(jī) ，是數(shù)控機(jī)床的主體，包括機(jī)床 身 、立 柱 、主 軸 、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 數(shù) 控 裝 置 是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬 件 （印刷電 路 板 、CRT 顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū) 動(dòng) 部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 輔 助 裝 置 指 數(shù) 控 機(jī) 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 ， 用 以 保 證 數(shù) 控 機(jī)床 的 運(yùn) 行 ， 如 冷 卻 、 排 屑 、 潤(rùn) 滑 、 照 明 、 監(jiān) 測(cè) 等 。 它 包 括 液 壓 和- 8 -氣 動(dòng) 裝 置 、 排 屑 裝 置 、 交 換 工 作 臺(tái) 、 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 臺(tái) 和 數(shù) 控 分 度 頭 ， 還 包括 刀 具 及 監(jiān) 控 檢 測(cè) 裝 置 等 。 編 程 及 其 他 附 屬 設(shè) 備 ： 可 用 來 在 機(jī) 外 進(jìn) 行 零 件 的 程 序 編 制 、 存儲(chǔ) 等 。 1.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床具有高速、高效、高精度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，并且機(jī)床結(jié)構(gòu)趨于模塊化、數(shù)控功能專門化。開放式數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用更加迅速地發(fā)展。由于螺旋錐齒輪加工原理上的復(fù)雜性，使其機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工參數(shù)調(diào)整特別困難，實(shí)現(xiàn)螺旋錐齒輪加工數(shù)控化，是螺旋錐齒輪制造技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用將極大簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)和加工調(diào)整，目前仍只有少數(shù)國(guó)家擁有該方面技術(shù)，國(guó)內(nèi)在這方面研究仍處于探索階段，因此開展螺旋錐齒輪數(shù)控加工研究具有重要理論意義和實(shí)際意義。本課題的工作是對(duì)一臺(tái)普通立式銑床進(jìn)行數(shù)控改造，使之成為能夠進(jìn)行螺旋錐齒輪數(shù)控加工方法研究的原型機(jī)。進(jìn)行了機(jī)床測(cè)繪、三維建模以及結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)新型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，并建立以多軸控制卡為中心的一套開放式數(shù)控系統(tǒng)和軟件控制平臺(tái)。- 9 -第二章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與 X、Y、Z 三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種球、圓弧曲線等?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng)。圖 8-24 為自動(dòng)換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速后由- 10 -1 一蝸桿 2 一蝸輪 3、4 一夾緊瓦 5 一小液壓缸 6 一活塞 7 一彈簧 8 一鋼球 9 一支座 10 一光柵 11、12 一軸承為了消除蝸桿副的傳動(dòng)間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動(dòng)蝸桿的軸向位置宋調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有 8 對(duì)夾緊瓦 4 和 3，并在底座 9 上均布同樣數(shù)量的小液壓缸 5。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時(shí)，活塞 6 便壓向鋼球 8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪 2。在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧 7 的作用下，鋼球 8 抬起，夾緊瓦將蝸輪松開?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾動(dòng)軸承支承，并由圓錐滾柱軸承12 及雙列向心圓柱滾子軸承 11 保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動(dòng)精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實(shí)際測(cè)量工作臺(tái)靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償角度的位置和補(bǔ)償?shù)闹?，記憶在補(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵 10 發(fā)出工作臺(tái)精確到位信號(hào)，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回零運(yùn)動(dòng)時(shí)，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺(tái)降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號(hào)，使工- 11 -作臺(tái)準(zhǔn)確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則我們的設(shè)計(jì)過程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能2） 分析原理和性能3） 判別功能載荷及其意義4） 預(yù)測(cè)意外載荷5） 創(chuàng)造有利的載荷條件6） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度7） 重量要適宜8） 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸9） 根據(jù)性能組合選擇材料10） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇11） 功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求2.3 主要技術(shù)參數(shù)（1）回轉(zhuǎn)半徑：500 mm（2）重復(fù)定位精度：0.005 mm（3）電液脈沖馬達(dá)功率0.75kw（4）電液脈沖馬達(dá)轉(zhuǎn)速3000 rpm（5）總傳動(dòng)比：72.5（6）最大承載重量100㎏2.4 本章小結(jié)主要簡(jiǎn)單介紹畢業(yè)設(shè)計(jì)題目（數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)）和其發(fā)展概況，設(shè)計(jì)背景、工作原理、設(shè)計(jì)參數(shù)也作了進(jìn)一步的說明。- 12 -第三章：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 傳動(dòng)方案的確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的作用是給多功能數(shù)控銑床提供需要的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。常規(guī)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)僅提供一個(gè)繞工件軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，但螺旋錐齒輪的加工過程中，需要調(diào)整多個(gè)參數(shù)，若采用這樣的轉(zhuǎn)臺(tái)，則每次調(diào)整參數(shù)都必須重新布置轉(zhuǎn)臺(tái)的位置，且這種布置精度受外界因素影響較大，不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)控加工。另外這種轉(zhuǎn)臺(tái)功能單一，不適合復(fù)雜曲面的加工。因此為了很好的體現(xiàn)多功能數(shù)控銑床的功用，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，不僅能提供工件主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且能使工件回轉(zhuǎn)軸在上半球內(nèi)任意定位，便于調(diào)整工件的加工位置。由于所設(shè)計(jì)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是安放在改造后的數(shù)控銑床的橫向移動(dòng)滑臺(tái)上，其結(jié)構(gòu)尺寸受到機(jī)床結(jié)構(gòu)的限制，高度在 500mm 左右，直徑不能超過 400mm。整個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)由轉(zhuǎn)臺(tái)、連接體、齒輪、軸承座等組成。3.1.1步進(jìn)電機(jī)的原理步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 - 13 -步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩 Mjmax 大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要3.1.2.傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。在本課題中，原動(dòng)機(jī)采用電液脈沖馬達(dá)，工作臺(tái)為T形槽工- 14 -作臺(tái)，傳動(dòng)裝置由齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成。合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求：（1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等。（3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。3.1.3.傳動(dòng)方案及其分析數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為：電液脈沖馬達(dá)——齒輪傳動(dòng)——蝸桿傳動(dòng)——工作該傳動(dòng)方案分析如下：齒輪傳動(dòng)承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：1．傳動(dòng)比大在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。2．傳動(dòng)平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，若蝸桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動(dòng)是，齒面上具有較大的滑動(dòng)速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價(jià)格較貴的有色金屬制造。由以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。同時(shí)，對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。兩種型式各有特點(diǎn)：- 15 -開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用點(diǎn)液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵） 。所測(cè)量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺(tái)分度定位精度更高。3.2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)由于前述所選電機(jī)可知T=2.39N.M傳動(dòng)比設(shè)定為i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日計(jì)，壽命為10年。3.2.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動(dòng)的形式。3.2.2 選擇材料 考慮到齒輪傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。3.2.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳遞轉(zhuǎn)矩T1=9.55×10 6P1/N1=（9.55X10 6×0.75/3000）=2.39N.M載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，由表6-6取K=1.2齒寬系數(shù)ψd:由表6-7取ψd=1許用接觸壓力［δH］：［δH］=［δH2］=220Mpa傳動(dòng)比i:i=3將以上參數(shù)代入公式- 16 -D13≥（671/[δh]） 2（6-21）KT1(i+1)/ψdiD1≥32.88mm3.2.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸1）齒數(shù) 取Z1=22，則Z2=i×Z1=3×22=66,取Z2=66。2）模數(shù) m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5。3）中心距 標(biāo)準(zhǔn)中心距 α=m/2(Z1+Z2)=60.5mm4）其他主要尺寸分度圓直徑：d1=mZ1=1.5x22=33mm,d2=mZ2=1.5x66=99mm齒頂圓直徑：da1=d1+2m=33+2x1.5=36mm,da2=d2+2m=99+2x1.5=102mm齒寬：b= ψdd1=0.6x33=19.8mm, 取b2=b1+(5-10)=25-30mm,取b1=30mm。3.2.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度δF=22KT1YFS/bmd1≤［δF］復(fù)合齒形系數(shù)Ys：由x=0（標(biāo)準(zhǔn)齒輪）及Z1 Z2查圖6-29得YFS1=4.12，YFS2=3.96則δf1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x2.39x10 3x4.12/(19.8x1.5x33)=74.6Mpa＜［δF1］δf2=δf1YFS2/YFS1=(74.6x3.96/4.12)Mpa=71.70MPa＜［δF2］彎曲強(qiáng)度足夠。3.2.6 確定齒輪傳動(dòng)精度齒輪圓周速度v=d1nπ/(60x1000)=3.14x72.5x970/(600x1000)=3.68m/s由表6-4確定第Ⅱ公差組為8級(jí)。第Ⅰ、Ⅱ公差組也定為8級(jí)，齒厚偏差選HK- 17 -3.2.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小齒輪 da1 =33mm 采用實(shí)心式齒輪大齒輪 da2 =99mm 采用腹板式齒輪3.3 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機(jī)、直流伺服交流伺服電機(jī)都可作為驅(qū)動(dòng)元件。對(duì)于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)作為執(zhí)行單元。這是因?yàn)殡娨好}沖馬達(dá)具有以下優(yōu)點(diǎn)：●直接采用數(shù)字量進(jìn)行控制;●轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止方便；●成本低；●無誤差積累；●定位準(zhǔn)確；●低頻率特性比較好；●調(diào)速范圍較寬；采用電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過一個(gè)脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。1）電液脈沖馬達(dá)電機(jī)的選擇按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機(jī)。2）選擇電液脈沖馬達(dá)的額定功率馬達(dá)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機(jī)器正常工作，或使馬達(dá)長(zhǎng)期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達(dá)價(jià)格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi)。工作所需功率為：Pw=FwVw/1000ηw KW Pw=Tnw/9950ηw KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,電機(jī)工作效率ηw=0.97，代入上式- 18 -得Pw=150×36/（9950×0.97）=0.56 KW電機(jī)所需的輸出功率為：P0= Pw/η式中：η為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。由表2.4查得：齒輪傳動(dòng)的效率為ηw=0.97；一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率為ηw=0.99；蝸桿傳動(dòng)的效率為ηw=0.8。因此，η=η1η2 3η3=0.97×0.99 3×0.8=0.75P0= Pw/η=0.56/0.75=0.747 KW一般電機(jī)的額定功率Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW則由表2.1取電機(jī)額定功率為：Pm=0.75 KW。確定電機(jī)轉(zhuǎn)速按表2.5推薦的各種機(jī)構(gòu)傳動(dòng)范圍為，?。糊X輪傳動(dòng)比：3-5，蝸桿傳動(dòng)比：15-32，則總的傳動(dòng)范圍為：i=i1×i2=3×15-5×32=45-160電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍為N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min為降低電機(jī)的重量和價(jià)格，由表2.1中選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機(jī)，型號(hào)為Y801-2，其滿載轉(zhuǎn)速nm=3000r/min,此外，電機(jī)的安裝和外形尺寸可查表2.23.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核由于前述所選電機(jī)可知T=6.93N.M傳動(dòng)比設(shè)定為i=27.5，效率η=0.8工作日安排每年300工作日計(jì)，壽命為10年。3.4.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿。- 19 -3. 4. 2 選擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距： ??232()EHZakT???(3-2) （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T 2按Z 1=2，估取效率η=0.8，則T2=T*η*i=153.4N.M (3-3)（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K β =1；由使用系數(shù)K A表從而選取K A=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)KV=1.1；則K=KA*Kβ *KV=1*1.15*1.1=1.265≈1.27 (3-4)（3）確定彈性影響系數(shù)Z E選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。（4）確定接觸系數(shù)Zρ先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d 1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.30，從而可查出Z ρ =3.12。（5）確定許用應(yīng)力[σ H]根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋- 20 -齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力[σ H]‘=268MPA。因?yàn)殡妱?dòng)刀架中蝸輪蝸桿的傳動(dòng)為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為K HN=0.92，則[σ H]= KHN[σ H]‘=0.92×268=246.56≈247MPA (3-5)（6）計(jì)算中心距 23160.71.2758.()4am????(3-6)取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d 1=22.4mm，這時(shí)=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因?yàn)椋糧 ρ ，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸3. 5. 1 蝸桿直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d 1=22.4mm，蝸桿頭數(shù)Z 1=1；分度圓導(dǎo)程角γ=3°11′38″蝸桿軸向齒距：P A==3.94mm；(3-7)蝸桿齒頂圓直徑： *123.2aadhm????(3-8)蝸桿軸向齒厚： /S?=1.97mm(3-10)3. 5. 2 蝸輪蝸輪齒數(shù)：Z 2 =62，變位系數(shù)Χ=0驗(yàn)算傳動(dòng)比：i= z/ 1=62/1=62(3-11)這是傳動(dòng)比誤差為：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12)蝸輪分度圓直徑：d 2=mz2= .567.m??(3-13)蝸輪喉圓直徑：d a2=d2+2ha2=93.5 (3-14)蝸輪喉母圓直徑r g2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25 (3-17)- 21 -3. 5. 3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 221.53[]aFFFkTYdm?????(3-18)當(dāng)量齒數(shù)3236/cos.1862oVZCOS???(3-19)根據(jù)Χ 2=0，Z V2=62，可查得齒形系數(shù) 2aFY=2.31，螺旋角系數(shù)Yβ =1-γ/140°=0.9773；(3-20)許用彎曲應(yīng)力[δ F]= []'H? KFN[δ F]=56×0.72=40.32MPa(3-21)[]'H?=1.531.2710445.5??2.31×0.9773=4.29MPa(3-22)所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。- 22 -3.6 軸的校核與計(jì)算3.6.1 畫出受力簡(jiǎn)圖圖 3-1受力簡(jiǎn)圖計(jì)算出：R 1=46.6N R2=26.2N 扭 矩 圖3. 6. 2 畫出扭矩圖 T=η.i.T 電機(jī) =0.36×60×0.98=21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖 3. 6. 3 彎矩圖M=72.8×180×10-3 =13.1N. （3-- 23 -34） 圖3-3彎矩圖3.7 彎矩組合圖由此可知軸的最大危險(xiǎn)截面所在。組合彎矩' 22()MaT??（3-35）3.8 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑221()[]caMTW??????（3-36） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取α=0.6抗彎截面系數(shù)W=0.1d 3根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小3.9 齒輪上鍵的選取與校核（1）取鍵連接的類型好尺寸因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應(yīng)用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，從而取鍵長(zhǎng)L=10mm。（2） 鍵連接的強(qiáng)度鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力[δ p]= - 24 -50～60MPa，取其平均值[δ p]=135MPa。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=10-5=5mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm，從而可得：δp=2000T/(kld)=127≤[δ p]可見滿足要求。 此鍵的標(biāo)記為：鍵B5×10 GB/T 1096—1979。3.10 軸承的選用滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動(dòng)軸承時(shí)，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗(yàn)算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計(jì)”問題。3. 10. 1 軸承的類型考慮到軸各個(gè)方面的誤差會(huì)直接傳遞給加工工件時(shí)的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙。其機(jī)構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號(hào)為：30208。3. 10. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。3. 10. 3 滾動(dòng)軸承的配合滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)- 25 -孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。3.10.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤(rùn)滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。 3. 10. 5 滾動(dòng)軸承的密封裝置軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應(yīng)朝外。3.11 本章小結(jié)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要零件及傳動(dòng)系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計(jì) 選型 零件校核，按照機(jī)械設(shè)計(jì)一書進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成機(jī)械部分。- 26 -第四章:數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)從 1952 年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了 50 年歷程。數(shù)控系統(tǒng)由當(dāng)初的電子管式起步，發(fā)展到現(xiàn)在的微機(jī)式的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是:數(shù)控裝置由 NC 向CNC 發(fā)展;提高系統(tǒng)的集成度，縮小體積，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和功能升級(jí)，滿足不同類型數(shù)控機(jī)床的需要;驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展;CNC 裝置向人工智能化方向發(fā)展;采用新型的自動(dòng)編程系統(tǒng);增強(qiáng)通信功能;數(shù)控系統(tǒng)可靠性不斷提高。進(jìn)入 90 年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用 PC 機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng))。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能- 27 -化、網(wǎng)絡(luò)化方向大大發(fā)展。近幾年許多國(guó)家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國(guó)科學(xué)制造中心(NCMS)與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站/機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動(dòng)化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)SACA，日本的 OSEC 計(jì)劃等。開發(fā)研究成果已得到應(yīng)用，如Cincinnati-Milacron 公司從 1995 年開始在其生產(chǎn)的加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床等產(chǎn)品中采用了開放式體系結(jié)構(gòu)的 A2100 系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，如多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)聲控自動(dòng)編程、圖形掃描自動(dòng)編程等。數(shù)控系統(tǒng)繼續(xù)向高集成度方向發(fā)展，每個(gè)芯片上可以集成更多個(gè)晶體管，使系統(tǒng)體積更小，更加小型化、微型化。可靠性大大提高。利用多 CPU 的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)排除;增強(qiáng)通信功能，提高進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)能力。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對(duì)外開放的，由于有充足的軟、硬件資源可供利用，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進(jìn)行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，既可通過升檔或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)，又可通過擴(kuò)展構(gòu)成不同類型數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。這種數(shù)控系統(tǒng)可隨 CPU 升級(jí)而升級(jí)，結(jié)構(gòu)上不必變動(dòng)。總之，新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床性能向高精度、高速度、高柔性化方向發(fā)展，使柔性自動(dòng)化加工技術(shù)水平不斷提高。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)械制造滲透的產(chǎn)品。隨著制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床提出了更高的需求，同時(shí)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也是必- 28 -然的。4.1性能發(fā)展方向(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由 于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè) 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。(3)工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。(4)實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更- 29 -現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。4.2功能發(fā)展方向(1)用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前 INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。 (2)科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，- 30 -進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于 CAD/CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。(3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2 螺旋插補(bǔ)、NANO 插補(bǔ)、NURBS 插補(bǔ)(非均勻有理 B 樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C 樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?4)內(nèi)裝高性能 PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能 PLC 控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn) PLC 用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn)PLC 用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用 多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。