CK6132数控车床总体及进给驱动部件设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709850CK6132 数控车床总体及进给驱动部件设计摘 要 随 着 机 械 制 造 业 的 飞 速 发 展 ， 为 进 一 步 提 高 教 学 生 产 类 中 小 型 数 控 车 床 的 性价 比 ， 提 高 主 轴 转 速 ， 增 加 机 床 刚 性 ， 对 原 有 的 数 控 车 床 作 了 一 定 的 结 构 改 进 设 计 ，使 之 不 仅 能 满 足 教 学 用 途 外 还 能 用 于 生 产 实 际 上 半 精 、 精 加 工 。设 计 的 内 容 为 主 要 介 绍 了 数 控 机 床 的 现 状 及 发 展 趋 势 ， 数 控 机 床 的 概 述 和 分 类等 ， 主 要 设 计 为 CK6132 车 床 总 体 及 驱 动 部 件 设 计 ， 首 先 是 主 要 动 力 参 数 的 确 定 ，主 运 动 功 率 确 定 和 切 削 量 的 选 择 ， 切 削 功 率 的 选 择 等 ， 进 给 驱 动 部 件 的 设 计 ， 滚 珠丝 杠 的 选 用 ， 之 后 对 其 进 行 校 核 ， 介 绍 了 导 轨 、 导 轨 架 及 床 身 的 设 计 。 对 导 轨 架 的尺 寸 进 行 了 估 算 。完 成 了 进 给 驱 动 的 相 关 设 计 问 题 ， 能 满 足 教 学 生 产 类 中 小 型 数 控 车 床 加 工 相 关零 件 的 要 求 ， 同 时 该 机 床 也 有 较 好 的 性 价 比 ， 有 一 定 的 应 用 价 值关 键 词 数 控 车 床 床 身 滚 珠 丝 杠Ck6132 lathe to drive and the overall design of componentAbstract Along with mechanical manufacturing industry develop fast. On one hand, to raise the ratio of performance and increase the rigidity of machine and price of the teaching kind of small-sized machine tool of numerical control. On the other hand, to raise the rotate speed of the spindles. It has made certain improvement for the original machine tool of numerical control which make it not only satisfy teaching outside can be still used to produce is half , finish machining. The design for the content of CNC introduces the present situation and development trend of selection and the significance of nc machine tools, summarizes and classification, the main design for CK6132 lathe overall and driving parts design, first is the main force of parameters, and the power of the cutting, etc, cutting power to drive into the design of components, ball screw, after the test, to guide rails, and introduced the design and lathe bed. To guide frame size is estimatedThis design has solved the related problem of feed and drive parts basically. It can reach the requirement of the teaching kind of small-sized machine tool of numerical control .It also 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709851gets certain economy and reaches the purpose of this design. Keywords turning machine lathe bed ball-bearing 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709852目 录题目I摘要及关键词.I1 前 言 11.1 课题 背景 .11.1.1 数控机床简介 .11.1.2 课题选材 .21.1.3 主要工作及结构 .21.2 数 控 机 床 概 述 41.2.1 数 控 机 床 的 定 义 .31.2.2 数 控 机 床 的 组 成 及 特 点 .31.2.3 数 控 机 床 的 主 要 技 术 参 数 .41.3 数 控 机 床 的 分 类 41.3.1 按 机 械 运 动 轨 迹 分 类 .41.3.2 按 伺 服 系 统 的 类 型 分 类 .61.3.3 按 联 动 轴 数 分 类 81.4 数 控 未 来 发 展 的 趋 势 .91.4.1 继 续 向 开 放 式 、 基 于 PC 的 第 六 代 方 向 发 展 .91.4.2 向 高 速 化 、 高 精 度 化 和 智 能 化 方 向 发 展 92 数 控 车 床 简 介 92.1 数 控 车 床 的 结 构 特 点 .92.1.1 工 艺 范 围 与 分 类 .92.1.2 数 控 车 床 的 特 点 与 发 展 .92.1.3 数 控 车 床 的 组 成 102.2 数 控 车 床 的 总 体 布 局 102.2.1 数 控 机 床 总 体 布 局 的 概 念 102.2.2 数 控 车 床 布 局 的 结 构 特 点 及 影 响 布 局 的 因 素 112.2.3 CK6132 数 控 车 床 的 总 体 布 局 结 构 方 案 的 确 定 .123 CK6132 动 力 参 数 的 确 定 13买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098533.1 主 运 动 功 率 的 确 定 .133.1.1 切 削 用 量 的 选 择 133.1.2 车 削 时 切 削 力 的 计 算 143.1.3 主 传 动 中 电 机 的 功 率 和 型 号 的 确 定 .143.2 进 给 驱 动 部 件 传 动 功 率 的 计 算 153.2.1 数 控 机 床 进 给 传 动 系 统 要 求 153.2.2 计 算 进 给 部 件 传 动 功 率 的 相 关 公 式 及 原 理 .163.2.3 进 给 驱 动 部 件 的 功 率 和 扭 矩 的 计 算 .174 滚珠丝杠的选用及校核 214.1 滚珠丝杠副传动的概述 214.2 滚 珠 丝 杠 的 结 构 形 式 、 型 号 及 支 承 形 式 的 选 用 .234.2.1 滚 珠 丝 杠 副 的 结 构 形 式 234.2.2 滚 珠 丝 杠 副 的 型 号 254.3 滚 珠 丝 杠 副 轴 承 的 选 用 274.4 滚 珠 丝 杠 的 计 算 和 校 核 274.4.1 静 载 强 度 的 计 算 274.4.2 疲 劳 强 度 的 计 算 285 导 轨 、 导 轨 架 及 床 身 的 设 计 295.1 导 轨 的 设 计 .295.1.1 滑 动 导 轨 的 类 型 305.1.2 滑 动 导 轨 的 间 隙 调 整 机 构 305.1.3 滑 动 导 轨 的 润 滑 315.2 导 轨 架 的 设 计 .315.2.1 导 轨 架 结 构 的 基 本 要 求 315.2.2 CK6132 数 控 车 床 导 轨 架 的 结 构 .325.3 床 身 的 设 计 .326 结 论 .33参考文献 34致谢.35附录.36买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709854买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709855买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098561 前 言设 计 的 选 题 为 CK6132 数 控 车 床 的 设 计 ， 设 计 的 内 容 为 CK6132 数 控 车 床 总 体布 局 方 案 的 设 计 ， 其 主 要 动 力 参 数 的 设 计 ， 工 作 台 进 给 驱 动 部 件 的 设 计 ， 主 要 进 给驱 动 零 部 件 的 计 算 和 校 核 ， 相 关 零 部 件 型 号 的 选 用 。 本 次 设 计 题 目 是 经 过 仔 细 、 认真 的 调 研 而 确 立 为 设 计 的 选 题 的 。 这 个 选 题 贴 近 生 活 实 际 ， 产 品 能 够 在 基 本 满 足 客户 要 求 的 前 提 下 ， 同 时 保 证 了 较 好 的 经 济 性 。 此 选 题 具 有 较 好 的 实 用 性 ， 产 品 主 要用 于 教 学 ， 并 不 完 全 用 于 工 厂 、 企 业 生 产 加 工 零 件 。 所 以 ， 进 行 设 计 时 ， 在 保 证 数控 机 床 应 有 精 度 的 同 时 ， 还 要 兼 顾 其 经 济 性 。设 计 是 教 学 环 节 的 重 要 组 成 部 分 ， 是 大 学 四 年 所 学 知 识 的 综 合 应 用 ， 是 培 养 我们 学 生 综 合 运 用 大 学 阶 段 所 学 基 础 知 识 和 基 本 技 能 ， 分 析 解 决 实 际 问 题 能 力 的 一 个重 要 环 节 。 而 且 与 其 它 的 教 学 环 节 相 配 合 ， 在 某 种 程 度 上 是 课 堂 上 所 学 知 识 地 延 续和 升 华 ， 是 其 它 教 学 环 节 所 不 能 取 代 的 。通 过 设 计 能 使 我 们 受 到 一 个 工 程 技 术 人 员 所 必 需 的 综 合 训 练 ， 在 不 同 程 度 上 提 高了 自 身 的 各 种 能 力 ， 诸 如 调 查 研 究 、 查 阅 文 献 、 收 集 材 料 、 绘 图 、 技 术 分 析 、 团 结合 作 和 总 结 撰 写 论 文 和 设 计 说 明 书 的 能 力 等 。 同 时 也 是 我 们 走 上 工 作 岗 位 之 前 的 一种 有 效 的 “实 践 ”。 设 计 的 工 作 方 向 是 面 对 经 济 建 设 、 面 向 生 产 实 际 、 坚 持 教 学 要求 、 努 力 实 现 教 学 、 科 研 、 生 产 三 方 面 结 合 ， 进 一 步 加 强 基 础 理 论 和 技 能 的 培 养 。在 设 计 期 间 我 们 要 以 脚 踏 实 地 的 、 勇 于 克 服 一 切 困 难 的 顽 强 精 神 攀 向 科 学 的 高 峰 。设 计 的 目 的 也 是 它 的 重 要 之 处 在 于 锻 炼 我 们 的 设 计 思 维 ， 开 拓 我 们 的 知 识 视 野 ， 力求 以 最 佳 的 思 维 方 式 去 分 析 解 决 实 际 设 计 中 的 问 题 ， 以 加 强 我 们 处 理 实 际 问 题 的 能力 ， 可 以 说 设 计 是 我 们 走 上 工 作 岗 位 前 的 一 次 练 兵 。 在 世 界 范 围 内 ， 对 新 工 艺 、新 材 料 、 新 结 构 、 新 单 元 、 新 元 件 的 研 究 开 发 工 作 正 在 大 力 开 展 ， 如 对 新 的 主 轴 结构 、 高 速 电 主 轴 、 高 速 直 线 电 机 等 方 面 提 出 了 更 高 的 要 求 。 对 加 工 超 硬 、 难 切 削 材料 及 特 殊 复 合 材 料 及 复 杂 零 件 、 不 规 则 曲 面 等 也 有 了 更 多 的 需 求 。我 国 是 世 界 上 机 床 产 量 最 多 的 国 家 ， 但 数 控 机 床 的 产 品 竞 争 力 在 国 际 市 场 中 仍 处于 较 低 水 平 ， 即 使 在 国 内 市 场 也 面 临 着 严 峻 的 形 势 ： 一 方 面 国 内 市 场 对 各 类 机 床 产品 特 别 是 数 控 机 床 有 大 量 的 需 求 ， 而 另 一 方 面 却 有 不 少 国 产 机 床 滞 销 积 压 ， 国 外 产品 机 床 充 斥 市 场 ， 严 重 影 响 我 国 数 控 机 床 自 主 发 展 的 势 头 。 这 种 现 象 的 出 现 ， 除 了有 经 营 上 、 产 品 质 量 上 和 促 销 手 段 上 的 原 因 外 ， 还 有 一 个 主 要 的 原 因 就 是 我 国 生 产的 数 控 机 床 品 种 、 性 能 和 结 构 不 够 先 进 ， 新 产 品 的 开 发 周 期 长 ， 不 能 即 使 针 对 用 户的 需 求 提 供 满 意 的 产 品 。1.1 设计背景 1.1.1 数 控 机 床 简 介随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 机 电 产 品 日 趋 精 密 复 杂 。 产 品 的 精 度 要 求 越 来 越 高 、 更买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709857新 换 代 的 周 期 也 越 来 越 短 ， 从 而 促 进 了 现 代 制 造 业 的 发 展 。 尤 其 是 宇 航 、 军 工 、 造船 、 汽 车 和 模 具 加 工 等 行 业 ， 用 普 通 机 床 进 行 加 工 （ 精 度 低 、 效 率 低 、 劳 动 度 大 ）已 无 法 满 足 生 产 要 求 ， 从 而 一 种 新 型 的 用 数 字 程 序 控 制 的 机 床 应 运 而 生 。 这 种 机 床是 一 种 综 合 运 用 了 计 算 机 技 术 、 自 动 控 制 、 精 密 测 量 和 机 械 设 计 等 新 技 术 的 机 电 一体 化 典 型 产 品 。 数 控 机 床 是 一 种 装 有 程 序 控 制 系 统 （ 数 控 系 统 ） 的 自 动 化 机 床 。 该系 统 能 够 逻 辑 地 处 理 具 有 使 用 号 码 ， 或 其 他 符 号 编 码 指 令 （ 刀 具 移 动 轨 迹 信 息 ） 规定 的 程 序 。 具 体 地 讲 ， 把 数 字 化 了 的 刀 具 移 动 轨 迹 的 信 息 输 入 到 数 控 装 置 ， 经 过 译码 、 运 算 ， 从 而 实 现 控 制 刀 具 与 工 件 相 对 运 动 ， 加 工 出 所 需 要 的 零 件 的 机 床 ， 即 为数 控 机 床 1。1.1.2 设 计 选 材随 着 工 业 生 产 社 会 化 、 专 业 化 、 集 中 化 、 高 度 机 械 化 乃 至 自 动 化 的 步 伐 的 加 快 ，机 械 制 造 业 对 数 控 机 床 的 要 求 也 越 来 越 向 高 精 度 、 高 稳 定 性 、 高 生 产 率 、 高 适 应 性方 向 发 展 。 为 进 一 步 提 高 我 国 数 控 机 床 技 术 ， 对 于 教 学 类 数 控 机 床 在 保 持 原 有 的 小型 化 基 础 上 ， 提 高 转 速 也 显 得 越 来 越 重 要 了 。设 计 课 题 CK6132 数 控 车 床 来 源 于 南 京 迈 顺 数 控 新 技 术 有 限 公 司 即 原 来 的江 苏 东 方 数 控 有 限 公 司 的 。 原 东 方 公 司 主 要 从 事 于 教 学 实 验 台 和 教 学 用 小 型 数 控 机床 的 生 产 ， 产 品 结 构 和 功 能 单 一 不 利 于 市 场 竞 争 。 公 司 为 了 扩 大 产 品 结 构 ， 增 强 市场 的 竞 争 力 除 整 合 保 留 原 有 的 教 学 用 相 关 设 备 ， 同 时 面 向 生 产 型 的 企 业 这 块 市 场 需要 ， 新 公 司 现 在 又 开 发 了 新 的 产 品 系 列 ， 生 产 中 小 型 数 控 机 床 （ 主 要 是 车 、 铣 及 加工 中 心 ） 。 此 次 我 们 主 要 从 事 小 型 中 高 速 数 控 车 床 的 设 计 。1.1.3 主 要 工 作 及 结 构设 计 主 要 设 计 数 控 车 床 机 械 本 体 部 分 ， 其 中 主 要 完 成 机 床 本 体 的 设 计 、 进 给 驱动 部 件 及 主 要 零 部 件 的 设 计 。在 此 次 设 计 中 ， 主 要 讲 述 了 数 控 机 床 概 述 ， 从 数 控 机 床 的 分 类 与 发 展 方 面 以 及其 在 先 进 制 造 业 中 的 作 用 进 行 了 细 致 的 介 绍 。 简 单 介 绍 了 数 控 车 床 的 结 构 特 点 及 总体 布 局 对 机 床 的 影 响 。 主 要 介 绍 了 机 床 主 参 数 的 计 算 ， 如 切 削 用 量 的 选 择 、 切 削 力的 计 算 、 进 给 驱 动 部 件 的 计 算 等 。 其 中 主 要 进 行 了 主 电 机 的 选 择 。 是 滚 珠 丝 杠 的 选用 及 校 核 ， 主 要 叙 述 了 滚 珠 丝 杠 的 型 号 、 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 的 预 紧 方 式 以 及 滚 珠 丝 杠的 安 装 方 法 ， 此 后 对 所 选 的 滚 珠 丝 杠 进 行 了 校 核 。 介 绍 了 导 轨 、 导 轨 架 及 床 身 的 设计 。 对 导 轨 架 的 尺 寸 进 行 了 估 算 。由于时间较短，本文主要讨论的是关于数控机床机械本体的设计。对于数控车床电气设备只是在设计过程中有初步的了解，本文没有深入讨论此方面的问题。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098501.2 数 控 机 床 概 述1.2.1 数 控 机 床 的 定 义数 控 即 数 字 控 制 (Numerical Control， NC)。 数 控 技 术 是 指 用 数 字 信 号 形 成 的控 制 程 序 对 一 台 或 多 台 机 械 设 备 进 行 控 制 的 一 门 技 术 。数 控 机 床 ， 简 单 的 说 ， 就 是 采 用 了 数 控 技 术 的 机 床 。 即 将 机 床 的 各 种 动 作 、 工件 的 形 状 、 尺 寸 以 及 机 床 的 其 他 功 能 用 一 些 数 字 代 码 表 示 ， 把 这 些 数 字 代 码 通 过 信息 载 体 输 入 给 数 控 系 统 ， 数 控 系 统 经 过 译 码 、 运 算 以 及 处 理 ， 发 出 相 应 的 动 作 指 令 ，自 动 地 控 制 机 床 的 刀 具 与 工 件 的 相 对 运 动 ， 从 而 加 工 出 所 需 要 的 工 件 1。实 际 上 ， 数 控 机 床 就 是 一 种 具 有 数 控 系 统 的 自 动 化 机 床 。 所 以 说 数 控 机 床 是 最典 型 的 机 电 一 体 化 产 品 。1.2.2数 控 机 床 的 组 成 及 特 点1.2.2.1 数 控 机 床 的 组 成数 控 机 床 主 要 由 输 入 输 出 设 备 、 数 控 装 置 、 伺 服 系 统 、 测 量 反 馈 装 置 和 机 床 本体 组 成 。其 中 ， 程 序 介 质 用 于 记 载 机 床 加 工 零 件 的 全 部 信 息 。 如 零 件 加 工 的 工 艺 过 程 、工 艺 参 数 、 位 移 数 据 、 切 削 速 度 等 。 常 用 的 程 序 介 质 有 磁 带 、 磁 盘 等 。 也 有 一 些 数控 机 床 采 用 操 作 面 板 上 的 按 钮 和 键 盘 将 加 工 程 序 直 接 输 入 或 通 过 串 行 接 口 将 计 算 机上 编 写 的 加 工 程 序 输 入 到 数 控 系 统 。 在 计 算 机 辅 助 设 计 与 计 算 机 辅 助 制 造(CAD/CAM)集 成 系 统 中 ， 加 工 程 序 可 不 需 要 任 何 载 体 而 直 接 输 入 到 数 控 系 统 。数 控 装 置 是 控 制 机 床 运 动 的 中 枢 系 统 ， 它 的 基 本 任 务 是 接 收 程 序 介 质 带 来 的 信息 ， 按 照 规 定 的 控 制 算 法 进 行 插 补 运 算 ， 把 它 们 转 换 为 伺 服 系 统 能 够 接 收 的 指 令 信号 ， 然 后 将 结 果 由 输 出 装 置 送 到 各 坐 标 控 制 的 伺 服 系 统 2。伺 服 系 统 由 伺 服 驱 动 电 动 机 和 伺 服 驱 动 装 置 组 成 ， 是 数 控 系 统 的 执 行 部 件 。 它的 基 本 作 用 是 接 收 数 控 装 置 发 来 的 指 令 脉 冲 信 号 ， 控 制 机 床 执 行 部 件 的 进 给 速 度 、方 向 和 位 移 量 ， 以 完 成 零 件 的 自 动 加 工 。通 常 数 控 系 统 由 数 控 装 置 和 伺 服 系 统 两 部 分 组 成 ， 各 公 司 的 数 控 产 品 也 是 将 两者 作 为 一 体 的 。机 床 主 体 也 称 主 机 ， 包 括 机 床 的 主 运 动 部 件 、 进 给 运 动 部 件 、 执 行 部 件 和 基 础部 件 ， 如 底 座 、 立 柱 、 滑 鞍 、 工 作 台 (刀 架 )、 导 轨 等 。 数 控 机 床 与 普 通 机 床 不 同 ，它 的 主 运 动 和 各 个 坐 标 轴 的 进 给 运 动 都 是 由 单 独 的 伺 服 电 动 机 驱 动 ， 所 以 它 的 传 动链 短 、 结 构 比 较 简 单 。 为 了 保 证 数 控 机 床 的 快 速 响 应 特 性 ， 在 数 控 机 床 上 还 普 遍 采用 精 密 滚 珠 丝 杠 副 和 直 线 滚 动 导 轨 副 。 在 加 工 中 心 上 还 配 备 有 刀 库 和 自 动 换 刀 装 置 。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709851同 时 还 有 一 些 良 好 的 配 套 设 施 ， 如 冷 却 、 自 动 排 屑 、 自 动 润 滑 、 防 护 和 对 刀 仪等 ， 以 利 于 充 分 发 挥 数 控 机 床 的 功 能 。 此 外 为 了 保 证 数 控 机 床 的 高 精 度 、 高 效 率和 高 自 动 化 加 工 ， 数 控 机 床 的 其 他 机 械 结 构 也 产 生 了 很 大 的 变 化 。 本 次 设 计 即 主要 完 成 机 床 主 体 部 分 的 设 计 。1.2.2.2 数 控 机 床 的 特 点数 控 机 床 与 普 通 机 床 加 工 零 件 的 区 别 ， 在 于 数 控 机 床 是 按 照 程 序 自 动 加 工 零件 ， 而 普 通 机 床 由 工 人 手 工 操 作 来 加 工 零 件 。 在 数 控 机 床 上 只 要 改 变 控 制 机 床 动作 的 程 序 ， 就 可 以 达 到 加 工 不 同 零 件 的 目 的 。 由 于 是 一 种 程 序 控 制 过 程 ， 数 控 机床 相 应 形 成 了 以 下 几 个 特 点 。（ 1） 采 用 数 控 机 床 可 以 提 高 零 件 的 加 工 精 度 、 稳 定 产 品 的 质 量 。 因 为 数 控机 床 按 照 预 定 的 加 工 程 序 进 行 加 工 ， 加 工 过 程 中 消 除 了 操 作 者 人 为 的 操 作 误 差 ，所 以 零 件 加 工 的 一 致 性 好 ， 而 且 加 工 精 度 还 可 以 利 用 软 件 来 进 行 校 正 补 偿 ， 因此 可 以 获 得 比 机 床 本 身 所 能 达 到 的 精 度 还 要 高 的 加 工 精 度 及 重 复 定 位 精 度 。（ 2） 数 控 机 床 可 以 完 成 普 通 机 床 难 以 完 成 或 根 本 不 能 加 工 的 具 有 复 杂 曲 面的 零 件 的 加 工 。 因 此 它 在 航 空 航 天 、 造 船 、 模 具 等 加 工 业 中 得 到 广 泛 应 用 。（ 3） 采 用 数 控 机 床 比 普 通 机 床 可 以 提 高 生 产 效 率 2 3 倍 ， 尤 其 是 对 某 些复 杂 零 件 的 加 工 ， 生 产 效 率 可 以 提 高 十 几 倍 甚 至 几 十 倍 。（ 4） 可 以 实 现 一 机 多 用 。 一 些 数 控 机 床 将 几 种 普 通 机 床 功 能 合 一 ， 加 上 刀库 与 自 动 换 刀 装 置 构 成 加 工 中 心 ， 如 果 能 配 置 数 控 转 台 或 分 度 转 台 ， 则 可 以 实现 一 次 安 装 、 多 面 加 工 。（ 5） 采 用 数 控 机 床 有 利 于 向 计 算 机 控 制 与 管 理 生 产 方 面 发 展 ， 为 实 现 生 产过 程 自 动 化 创 造 了 条 件 。1.2.3 数 控 机 床 的 主 要 技 术 参 数1 2.3.1 主 要 规 格 尺 寸最 大 加 工 直 径 320mm、 拖 板 上 最 大 加 工 直 径 160mm、 最 大 加 工 长 度 为500mm， 综 合 硬 质 合 金 及 高 速 钢 车 刀 粗 车 外 圆 和 端 面 时 的 进 给 量 选 取 车 刀 刀 杆 尺 寸 BH 为 16 25、 工 件 直 径 为 40mm、 ap=2mm 时 进 给 量 f=0.5mm/r。1.2.3.2 主 轴 系 统数 控 机 床 主 轴 采 用 直 流 或 交 流 电 动 机 驱 动 ， 具 有 较 宽 的 调 速 范 围 和 较 高 的 回转 精 度 ， 主 轴 本 身 的 刚 度 与 抗 振 性 比 较 好 。 现 在 数 控 机 床 的 主 轴 转 速 普 遍 能 达到 5000r/min 10000r/min 甚 至 更 高 。1.3 数 控 机 床 的 分 类数 控 机 床 种 类 很 多 ， 规 格 不 一 ， 人 们 从 不 同 的 角 度 对 其 进 行 了 分 类 。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098521.3.1 按 机 械 运 动 轨 迹 分 类数 控 机 床 按 其 刀 具 与 工 件 相 对 运 动 的 方 式 ， 可 以 分 为 点 位 控 制 、 直 线 控 制 和轮 廓 控 制 。1.3.1.1 点 位 控 制 数 控 机 床如 图 1-2 所 示 ， 点 位 控 制 是 指 数 控 系 统 只 控 制 刀 具 或 工 作 台 从 一 点 移 至 另 一 点的 准 确 定 位 ， 然 后 进 行 定 点 加 工 ， 而 点 与 点 之 间 的 路 径 不 需 控 制 。 采 用 这 类 控 制 的有 数 控 钻 床 、 数 控 镗 床 和 数 控 坐 标 镗 床 等图 1-2 点 位 控 制 钻 孔 加 工 示 意 图Figure 1-2 drilling position control diagram1.3.1.2 直 线 控 制 数 控 机 床如 图 1-33所 示 ， 点 位 直 线 控 制 是 指 数 控 系 统 除 控 制 直 线 轨 迹 的 起 点 和 终 点 的准 确 定 位 外 ， 还 要 控 制 在 这 两 点 之 间 以 指 定 的 进 给 速 度 进 行 直 线 切 削 。 采 用 这 类 控制 的 有 数 控 铣 床 、 数 控 车 床 和 数 控 磨 床 等 。 现 代 组 合 机 床 采 用 数 控 技 术 ， 驱 动 各 种 动 力 头 、 多 轴 箱 轴 向 进 给 钻 、 镗 、 铣等 加 工 ， 也 算 是 一 种 直 线 控 制 数 控 机 床 。 直 线 控 制 也 称 为 单 轴 数 控 。1.3.1.3 轮 廓 控 制 数 控 机 床亦 称 连 续 轨 迹 控 制 ， 如 图 1-43所 示 ， 能 够 连 续 控 制 两 个 或 两 个 以 上 坐 标 方 向的 联 合 运 动 。 为 了 使 刀 具 按 规 定 的 轨 迹 加 工 工 件 的 曲 线 轮 廓 ， 数 控 装 置 具 有 插 补 运算 的 功 能 ， 使 刀 具 的 运 动 轨 迹 以 最 小 的 误 差 逼 近 规 定 的 轮 廓 曲 线 ， 并 协 调 各 坐 标 方向 的 运 动 速 度 ， 以 便 在 切 削 过 程 中 始 终 保 持 规 定 的 进 给 速 度 。 采 用 这 类 控 制 的 有 数控 铣 床 、 数 控 车 床 、 数 控 磨 床 和 加 工 中 心 等 。现 代 数 控 机 床 绝 大 部 分 都 具 有 两 坐 标 或 两 坐 标 以 上 联 动 的 功 能 ， 除 此 之 外 还具 有 刀 具 半 径 补 偿 、 刀 具 长 度 补 偿 、 机 床 轴 向 运 动 误 差 补 偿 、 丝 杠 螺 距 误 差 补偿 、 齿 侧 间 隙 误 差 补 偿 等 一 系 列 功 能 。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709853图 1-3 直 线 控 制 切 削 加 工 示 意 图 图 1-4 轮 廓 控 制 铣 削 加 工 示 意 图Figure 1-3 linear control machining schematic diagram 1-4 profile control milling schemes1.3.2 按 伺 服 系 统 的 类 型 分 类1.3.2.1 开 环 伺 服 系 统 数 控 机 床开 环 控 制 系 统 是 指 不 带 反 馈 装 置 的 控 制 系 统 ， 由 步 进 电 机 驱 动 线 路 和 步 进 电 机组 成 。 数 控 装 置 经 过 控 制 运 算 发 出 脉 冲 信 号 ， 每 一 脉 冲 信 号 使 步 进 电 机 转 动 一 定 的角 度 ， 通 过 滚 珠 丝 杠 推 动 工 作 台 移 动 一 定 的 距 离 4。 如 图 1-5 所 示 。这 种 伺 服 机 构 比 较 简 单 ， 工 作 稳 定 ， 容 易 掌 握 使 用 ， 但 精 度 和 速 度 的 提 高 。图 1-5 开 环 伺 服 系 统Figure 1-5 open ringed servo system1.3.2.2 闭 环 伺 服 系 统 数 控 机 床闭 环 控 制 系 统 是 在 机 床 移 动 部 件 位 置 上 直 接 装 有 直 线 位 置 检 测 装 置 ， 将 检 测 到的 实 际 位 移 反 馈 到 数 控 装 置 的 比 较 器 中 ， 与 输 入 的 原 指 令 位 移 值 进 行 比 较 ， 用 比 较后 的 差 值 控 制 移 动 部 件 作 补 充 位 移 ， 直 到 差 值 消 除 时 才 停 止 移 动 ， 达 到 精 确 定 位 的控 制 系 统 。 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709854图 1-6 所 示 为 闭 环 伺 服 系 统Figure 1-6 for closed servo system这 类 数 控 机 床 可 以 消 除 由 于 传 动 部 件 制 造 中 存 在 的 精 度 误 差 给 工 件 加 工 带 来 的影 响 ， 从 而 得 到 很 高 的 精 度 。 但 是 由 于 很 多 机 械 传 动 环 节 包 括 在 闭 环 控 制 的 环 路内 ， 各 部 件 的 摩 擦 特 性 、 刚 性 以 及 间 隙 等 都 是 非 线 性 量 ， 直 接 影 响 到 伺 服 系 统 的调 节 参 数 。 因 此 ， 闭 环 伺 服 系 统 的 设 计 和 调 整 都 非 常 困 难 。闭 环 伺 服 系 统 的 优 点 是 精 度 高 。 但 其 系 统 设 计 和 调 整 困 难 、 结 构 复 杂 、 成 本高 ， 主 要 用 于 一 些 精 度 要 求 很 高 的 镗 铣 床 、 超 精 密 车 床 、 超 精 密 铣 床 、 加 工 中 心等 。1.3.2.3 半 闭 环 伺 服 系 统 数 控 机 床这 类 数 控 机 床 采 用 安 装 在 进 给 丝 杠 或 电 动 机 端 头 上 的 转 角 测 量 元 件 测 量 丝 杠 旋转 角 度 ， 来 间 接 获 得 位 置 反 馈 信 息 。 图 2-7 所 示 为 半 闭 环 伺 服 系 统 。图 1-7 半 闭 环 伺 服 系 统Figure 1-7 half closed servo system这 种 系 统 的 闭 环 环 路 内 不 包 括 丝 杠 、 螺 母 副 及 工 作 台 ， 因 此 可 以 获 得 稳 定 的 控制 特 性 。 而 且 由 于 采 用 了 高 分 辨 率 的 测 量 元 件 ， 可 以 获 得 比 较 满 意 的 精 度 及 速 度 。大 多 数 数 控 机 床 采 用 半 闭 环 伺 服 系 统 ， 如 数 控 车 床 、 数 控 铣 床 、 加 工 中 心 等 。1.3.2.4 混 合 控 制 数 控 机 床 将 以 上 三 类 数 控 机 床 的 特 点 结 合 起 来 ， 就 形 成 了 混 合 控 制 数 控 机 床 。 混 合 控 制数 控 机 床 特 别 适 用 于 大 型 或 重 型 数 控 机 床 ， 因 为 大 型 或 重 型 数 控 机 床 需 要 较 高 的 进给 速 度 与 相 当 高 的 精 度 ， 其 传 动 链 惯 量 与 力 矩 大 ， 如 果 只 采 用 全 闭 环 控 制 ， 机 床 传动 链 和 工 作 台 全 部 置 于 控 制 闭 环 中 ， 闭 环 调 试 比 较 复 杂 。 混 合 控 制 系 统 又 分 为 两 种形 式 ： 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709855(1)开 环 补 偿 型 。 它 的 基 本 控 制 选 用 步 进 电 动 机 的 开 环 伺 服 机 构 ， 另 外 附 加一 个 校 正 电 路 。 用 装 在 工 作 台 的 直 线 位 移 测 量 元 件 的 反 馈 信 号 校 正 机 械 系 统 的 误差 ， 如 图 2-8 所 示 。 （ 2） 半 闭 环 补 偿 型 。 它 是 用 半 闭 环 控 制 方 式 取 得 高 精 度 控 制 ， 再 用 装 在 工 作台 上 的 直 线 位 移 测 量 元 件 实 现 全 闭 环 修 正 ， 以 获 得 高 速 度 与 高 精 度 的 统 一 。 如 图1-9 所 示 ， 其 中 A 是 速 度 测 量 元 件 （ 如 测 速 发 电 机 ） ， B 是 角 度 测 量 元 件 ， C 是 直线 位 移 测 量 元 件 。图 1-8 开 环 补 偿 型 控 制 方 式Figure 1-8 open-loop control mode compensating图 1-9 半 闭 环 补 偿 型 控 制 方 式Figure1-9 half closed loop control mode compensating1.3.3 按 联 动 轴 数 分 类数 控 系 统 控 制 几 个 坐 标 轴 按 需 要 的 函 数 关 系 同 时 协 调 运 动 ， 称 为 坐 标 联 动 ， 按照 联 动 轴 数 可 以 分 为 ：1.3.3.1 两 轴 联 动 数 控 机 床 能 同 时 控 制 两 个 坐 标 轴 联 动 ， 适 于 数 控 车 床 加 工 旋 转 曲 面 或 数 控 铣床 铣 削 平 面 轮 廓 。 （ 1） 两 轴 半 联 动 在 两 轴 的 基 础 上 增 加 了 Z 轴 的 移 动 ， 当 机 床 坐 标 系 的 X、 Y 轴 固 定 时 ， Z 轴可 以 作 周 期 性 进 给 。 两 轴 半 联 动 加 工 可 以 实 现 分 层 加 工 。 （ 2） 三 轴 联 动 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709856数 控 机 床 能 同 时 控 制 三 个 坐 标 轴 的 联 动 ， 用 于 一 般 曲 面 的 加 工 ， 一 般 的 型 腔 模具 均 可 以 用 三 轴 加 工 完 成 。 （ 3） 多 坐 标 联 动 数 控 机 床 能 同 时 控 制 四 个 以 上 坐 标 轴 的 联 动 。 多 坐 标 数 控 机 床 的 结 构 复 杂 ，精 度 要 求 高 、 程 序 编 制 复 杂 ， 适 于 加 工 形 状 复 杂 的 零 件 ， 如 叶 轮 叶 片 类 零 件 。 通 常 三 轴 机 床 可 以 实 现 二 轴 、 二 轴 半 、 三 轴 加 工 ； 五 轴 机 床 也 可 以 只 用 到 三 轴联 动 加 工 ， 而 其 他 两 轴 不 联 动 。1.4 数 控 未 来 发 展 的 趋 势 1.4.1 继 续 向 开 放 式 、 基 于 PC 的 第 六 代 方 向 发 展 基 于 PC 所 具 有 的 开 放 性 、 低 成 本 、 高 可 靠 性 、 软 硬 件 资 源 丰 富 等 特 点 ， 更 多的 数 控 系 统 生 产 厂 家 会 走 上 这 条 道 路 。 至 少 采 用 PC 机 作 为 它 的 前 端 机 ， 来 处 理人 机 界 面 、 编 程 、 联 网 通 信 等 问 题 ， 由 原 有 的 系 统 承 担 数 控 的 任 务 。 PC 机 所 具有 的 友 好 的 人 机 界 面 ， 将 普 及 到 所 有 的 数 控 系 统 。 远 程 通 讯 ， 远 程 诊 断 和 维 修 将 更加 普 遍 5。 1.4.2 向 高 速 化 、 高 精 度 化 和 智 能 化 方 向 发 展 随 着 人 工 智 能 在 计 算 机 领 域 的 不 断 渗 透 和 发 展 ， 数 控 系 统 的 智 能 化 程 度 将 不 断提 高 。 （ 1） 应 用 自 适 应 控 制 技 术 数 控 系 统 能 检 测 过 程 中 一 些 重 要 信 息 ， 并 自 动 调 整 系 统 的 有 关 参 数 ， 达 到 改 进系 统 运 行 状 态 的 目 的 。 （ 2） 引 入 专 家 系 统 指 导 加 工 将 熟 练 工 人 和 专 家 的 经 验 ， 加 工 的 一 般 规 律 和 特 殊 规 律 存 入 系 统 中 ， 以 工 艺 参数 数 据 库 为 支 撑 ， 建 立 具 有 人 工 智 能 的 专 家 系 统 。 （ 3） 引 入 故 障 诊 断 专 家 系 统 （ 4） 智 能 化 数 字 伺 服 驱 动 装 置 可 以 通 过 自 动 识 别 负 载 ， 而 自 动 调 整 参 数 ， 使 驱 动 系 统 获 得 最 佳 的 运 行 。2 数 控 车 床 简 介2.1 数 控 车 床 的 结 构 特 点2.1.1 工 艺 范 围 与 分 类车 床 主 要 是 用 于 车 削 加 工 ， 在 车 床 上 一 般 可 以 加 工 各 种 回 转 表 面 ， 如 内 外 圆 柱面 、 圆 锥 面 、 成 型 回 转 表 面 及 螺 纹 面 等 。 在 数 控 车 床 上 还 可 以 加 工 高 精 度 的 曲 面 与端 面 螺 纹 。 用 的 刀 具 主 要 是 车 刀 ， 各 种 孔 加 工 用 刀 具 (如 钻 头 、 绞 刀 、 镗 刀 等 )及 螺 纹 刀 具 。 车 床 主 要 用 于 加 工 各 种 轴 类 ， 套 筒 类 和 盘 类 零 件 上 的 回 转 表 面 。 数 控买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709857车 床 加 工 零 件 的 尺 寸 精 度 可 达 IT5IT6， 表 面 粗 糙 度 可 达 1.6um 以 下 6。2.1.2 数 控 车 床 的 特 点 与 发 展与 传 统 车 床 相 比 ， 数 控 车 床 的 结 构 有 以 下 特 点 ：(1) 由 于 数 控 车 床 刀 架 的 两 个 方 向 运 动 分 别 由 两 台 伺 服 电 动 机 驱 动 ， 所 以 它 的传 动 链 短 。 不 必 使 用 挂 轮 、 光 杠 等 传 动 部 件 ， 用 伺 服 电 动 机 直 接 与 丝 杠 联 接 带 动 刀架 运 动 。 伺 服 电 动 机 丝 杠 间 也 可 以 用 同 步 皮 带 副 或 齿 轮 副 联 结 。(2) 多 功 能 数 控 车 床 是 采 用 直 流 或 交 流 主 轴 控 制 单 元 来 驱 动 主 轴 ， 按 控 制 指 令作 无 级 变 速 ， 主 轴 之 间 不 必 用 多 级 齿 轮 副 来 进 行 变 速 。 为 扩 大 变 速 范 围 ， 现 在 一 般还 要 通 过 一 级 齿 轮 副 ， 以 实 现 分 段 无 级 调 速 ， 即 使 这 样 ， 床 头 箱 内 的 结 构 已 比 传 统车 床 简 单 得 多 。 数 控 车 床 的 另 一 个 结 构 特 点 是 刚 度 大 ， 这 是 为 了 与 控 制 系 统 的 高 精度 控 制 相 匹 配 ， 以 便 适 应 高 精 度 的 加 工 。(3) 数 控 车 床 的 第 三 个 结 构 特 点 是 轻 拖 动 。 刀 架 移 动 一 般 采 用 滚 珠 丝 杠 副 。 滚珠 丝 杠 副 是 数 控 车 床 的 关 键 机 械 部 件 之 一 ， 滚 珠 丝 杠 两 端 安 装 的 滚 动 轴 承 是 专 用 铀承 ， 它 的 压 力 角 比 常 用 的 向 心 推 力 球 轴 承 要 大 得 多 。 这 种 专 用 轴 承 配 对 安 装 ， 是 选配 的 ， 最 好 在 轴 承 出 厂 时 就 是 成 对 的 。(4) 为 了 拖 动 轻 便 ， 数 控 车 床 的 润 滑 都 比 较 充 分 ， 大 部 分 采 用 油 雾 自 动 润 滑 。(5) 由 于 数 控 机 床 的 价 格 较 高 、 控 制 系 统 的 寿 命 较 长 ， 所 以 数 控 车 床 的 滑 动 导轨 也 要 求 耐 磨 性 好 。 数 控 车 床 一 般 采 用 镶 钢 导 轨 ， 这 样 机 床 精 度 保 持 的 时 间 就 比 较长 ， 其 使 用 寿 命 也 可 延 长 许 多 。(6) 数 控 车 床 还 具 有 加 工 冷 却 充 分 、 防 护 较 严 密 等 特 点 ， 自 动 运 转 时 一 般 都 处于 全 封 闭 或 半 封 闭 状 态 。(7) 数 控 车 床 一 般 还 配 有 自 动 排 屑 装 置 。现 在 ， 数 控 车 床 技 术 还 在 不 断 向 前 发 展 着 ， 数 控 车 床 发 展 趋 势 如 下 ： 随 着 控 制系 统 ， 机 床 结 构 和 刀 具 材 料 的 技 术 发 展 ， 数 控 车 床 将 向 高 速 化 发 展 ， 进 一 步 提 高 主轴 转 速 ， 刀 架 快 速 移 动 以 及 转 位 换 刀 速 度 ； 工 艺 和 工 序 将 更 加 复 合 化 和 集 中 化 ； 数控 车 床 将 向 多 主 轴 ， 多 刀 架 加 工 方 向 发 展 ； 为 实 现 长 时 间 的 无 人 全 自 动 操 作 ， 数 控车 床 将 向 全 自 动 化 方 向 发 展 ； 机 床 的 加 工 精 度 将 向 更 高 方 向 发 展 。 同 时 ， 数 控 车 床也 会 向 简 易 型 发 展 。 2.1.3 数 控 车 床 的 组 成数 控 车 床 一 般 由 程 序 编 制 及 程 序 载 体 、 输 入 装 置 、 数 控 装 置 （ CNC） 、 伺 服 驱动 及 位 置 检 测 装 置 、 辅 助 控 制 装 置 、 车 床 本 体 等 几 部 分 组 成 。2.2 数 控 车 床 的 总 体 布 局2.2.1 数 控 机 床 总 体 布 局 的 概 念数 控 机 床 是 一 种 全 自 动 化 的 机 床 ， 但 是 像 装 卸 工 件 和 刀 具 （ 加 工 中 心 可 以 自 动买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709858装 卸 刀 具 ） 、 清 理 刀 屑 、 观 察 加 工 情 况 和 调 整 等 辅 助 工 作 ， 还 得 由 操 作 者 来 完 成 ，因 此 在 考 虑 数 控 机 床 总 体 布 局 时 ， 不 仅 要 遵 循 机 床 布 局 的 一 般 原 则 ， 还 要 考 虑 在使 用 方 面 的 特 定 要 求 ：(1) 数 控 机 床 的 布 局 首 先 要 满 足 用 户 提 出 来 的 要 求 ， 如 机 床 的 加 工 范 围 ， 工 作精 度 ， 生 产 效 率 和 经 济 性 等 等 。(2) 确 保 在 加 工 过 程 中 工 件 和 刀 具 之 间 的 相 对 位 置 和 相 对 运 动 。 在 经 济 、 合 理的 条 件 下 ， 尽 量 采 用 较 短 的 传 动 链 ， 简 化 机 构 ， 提 高 传 动 精 度 和 传 动 效 率 。(3) 确 保 数 控 机 床 具 有 大 的 切 削 率 ， 高 的 静 、 动 态 刚 度 和 良 好 的 抗 振 性 能(4) 确 保 数 控 机 床 具 有 较 高 的 几 何 精 度 、 传 动 精 度 、 定 位 精 度 和 热 稳 定 性(5) 便 于 同 时 操 作 和 观 察 ， 数 控 机 床 的 操 作 按 钮 开 关 都 放 在 数 控 装 置 上 ， 对 于小 型 数 控 机 床 ， 将 数 控 装 置 放 在 机 床 的 近 旁 ， 操 作 者 一 边 在 数 控 装 置 上 进 行 操 作 ，一 边 观 察 机 床 的 工 作 情 况 ， 还 是 比 较 方 便 的 。 但 是 ， 对 于 尺 寸 较 大 的 机 床 ， 这 样 的布 局 方 案 ， 因 工 作 区 与 数 控 装 置 之 间 距 离 较 远 ， 使 操 作 者 的 操 作 与 观 察 会 有 顾 此 失彼 的 问 题 ， 因 此 ， 要 设 置 吊 挂 按 钮 站 ， 可 由 操 作 者 移 至 需 要 和 方 便 的 位 置 ， 对 机 床进 行 操 作 和 观 察 。 对 于 重 型 数 控 机 床 这 一 点 尤 为 重 要 ， 在 重 型 数 控 机 床 上 ， 总 是 设在 接 近 工 作 区 域 并 可 以 随 工 作 区 变 动 而 移 动 的 操 作 台 或 数 控 装 置 放 在 操 作 台 上 ， 以便 同 时 操 作 和 观 察 。(6) 刀 具 、 工 件 装 卸 、 夹 紧 方 便 ， 除 了 自 动 换 刀 的 加 工 中 心 机 床 以 外 ， 数 控 机床 的 刀 具 和