CM6132型臥式車床的數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
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- CM6132型臥式車床的數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)摘 要
數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)床、精密機(jī)床和萬能機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)特性的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等方面都有很高的要求。
數(shù)車床改造是指以機(jī)械位置作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置橫向進(jìn)給控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自CNC裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動(dòng)。這些軸有的帶動(dòng)工作臺(tái)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。
橫向進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它包含機(jī)械、電子、電機(jī)(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強(qiáng)電與弱電控制，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。橫向進(jìn)給的確是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對(duì)于數(shù)控機(jī)床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。
關(guān)鍵詞：橫向進(jìn)給 數(shù)控化 車床改造
目 錄
一、緒論…………………………………………………………………4
二、車床CM6132數(shù)控化改造的總體設(shè)計(jì)…………………………8
（一）、數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)及其在國民經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)中的地位和作用…8
（二）、設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………9
（三)、總體設(shè)計(jì)方案確定…………………………………………9
三、機(jī)械部分(橫向)設(shè)計(jì)計(jì)算條件………………………………10
四、機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分(橫向)設(shè)計(jì)計(jì)算………………11
（一）、 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量………………………………………11
（二）、切削力計(jì)算………………………………………………11
（三）、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型…………………12
（四）、進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除…………………………16
（五）、進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算…………………………………17
（六）、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………18
五、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)…………………………………………………………20
（一）、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本工作原理………………………20
（二）、單段反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)…………………………………21
（三）、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性………………………………23
設(shè)計(jì)心得………………………………………………………………26
致謝……………………………………………………………………27
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………28
一、緒 論
（一）、數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，它是集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)等于一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化和智能化起著舉足輕重的作用。數(shù)控設(shè)備則是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透而形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品。
采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工，最早出現(xiàn)在40年代初，由美國北密支安的一個(gè)小型飛機(jī)工業(yè)承包商派爾遜斯公司實(shí)現(xiàn)的。他們?cè)谥圃祜w機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)翼時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并考慮到刀具直徑對(duì)加工路線的影響，使得加工精度達(dá)到±0.0381mm，達(dá)到了當(dāng)時(shí)的最高水平。
1952年，麻省理工學(xué)院在一臺(tái)立式銑床上，裝上了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了三軸聯(lián)動(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，但這臺(tái)機(jī)床只是一臺(tái)試驗(yàn)性機(jī)床。到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎(chǔ)上，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國本迪克斯公司正式生產(chǎn)出來。在此以后，從1960年開始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床。
到了1960年以后，點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床得到了迅速的發(fā)展。點(diǎn)位控制的數(shù)控系統(tǒng)比起輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)要簡單得多，因此數(shù)控銑床、沖床、坐標(biāo)鏜床大量發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，到1966年實(shí)際使用的大約6000臺(tái)數(shù)控機(jī)床中，85%是點(diǎn)位控制的機(jī)床。
1959年3月，美國卡耐·特雷克公司首先開發(fā)出加工中心，這種機(jī)床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據(jù)穿孔紙帶的指令自動(dòng)選擇刀具，并通過機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對(duì)工件進(jìn)行加工。它可縮短機(jī)床上零件的裝卸時(shí)間和更換刀具的時(shí)間。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車削中心、磨削中心等。
1967年，英國首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是所謂的柔性制造系統(tǒng)FMS (Flexible Manufacturing System)之后，美、歐、日等也相繼進(jìn)行開發(fā)及應(yīng)用。
1974年以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，使數(shù)控的軟件功能加強(qiáng)，發(fā)展成計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床(簡稱為CNC機(jī)床)，進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。
80年代，國際上出現(xiàn)了1～4臺(tái)加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元FMC (Flexible Manufacturing Cell)。這種單元投資少，見效快，既可單獨(dú)長時(shí)間少人看管運(yùn)行，也可集成到FMS或更高級(jí)的集成制造系統(tǒng)中使用。
目前，已經(jīng)出現(xiàn)了包括生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造和管理等全過程均由計(jì)算機(jī)集成管理和控制的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。
（二）、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1.高速、高效、高精度、高可靠性
要提高加工效率，首先必須提高切削和進(jìn)給速度，同時(shí)，還要縮短加工時(shí)間；要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。...
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