畢業(yè)設(shè)計(jì)----普通車床的數(shù)控改造方法及設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)</b></p><p>　　GRADUATION PROJECT (THESIS),XI’AN SIYUAN UNIVERSITY</p><p>　　題 目: 普通車床的數(shù)控改造方法及設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別: 機(jī)械電子工程系</p><p>　

2、　專 業(yè): 機(jī)電一體化技術(shù)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進(jìn)而成（那

3、些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足、抗振性差、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(jī)床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們在對普通機(jī)床進(jìn)行

4、數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控；改造；車床 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 緒 論……………………………………………………………………………1</p><p>　　2. 數(shù)控機(jī)床的成… ……

5、……………………………………………………………3</p><p>　　3.機(jī)動部件（步進(jìn)）…………………………………………………………………8</p><p>　　3.1反應(yīng)試步進(jìn)電機(jī)…………………………………………………………………2</p><p>　　3.2感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)…………………………………………………………3</p><p>

6、　　3.3步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語………………………………………………………4</p><p>　　3.4步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語………………………………………………………4</p><p>　　4 驅(qū)動控制系統(tǒng)組成………………………………………………………………5</p><p>　　5步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用……………………………………………………………………5</p&

7、gt;<p>　　5.1步進(jìn)電機(jī)的選擇…………………………………………………………………5</p><p>　　5.2應(yīng)用中的注意點(diǎn)………………………………………………………6</p><p>　　6 系統(tǒng)控制部件………………………………………………………………………6</p><p>　　7 絲桿傳動部件……………………………………………………………

8、…………6</p><p>　　8 導(dǎo)軌部件……………………………………………………………………………6</p><p>　　8.1塑料滑動導(dǎo)軌……………………………………………………6</p><p>　　8.2滾動導(dǎo)軌…………………………………………………………………7</p><p>　　8.3液體靜壓導(dǎo)軌………………………………………

9、……………………………8</p><p>　　結(jié) 論…………………………………………………………………………………10</p><p>　　致 謝…………………………………………………………………………………11</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………12</p><p><b>　　

10、1緒 論</b></p><p>　　并不是所有的舊機(jī)床都可以進(jìn)行數(shù)控改造，機(jī)床的改造主要應(yīng)具備兩個條件：第一，機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。第二，改造的費(fèi)用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。在改裝車床前，要對機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定。改裝后的車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長度、主電動機(jī)功率等一般都不會改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機(jī)床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需

11、要在改裝前確定。 </p><p>　　1）軸變速方法、級數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。 </p><p><b>　　2）進(jìn)給運(yùn)動： </b></p><p>　　進(jìn)給速度：Z向（通常為8～400mm/min）；X向（通常為2～100 mm/min）。 </p><p>　　快速移動：Z向（通常為1.2

12、～4m/min）；X向（通常為1.2～3m/min）。 </p><p>　　脈沖當(dāng)量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取，通常Z向?yàn)閄向的2倍。 </p><p>　　加工螺距范圍：包括能加工螺距類型（公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等），一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達(dá)到。 </p><p>　　3）進(jìn)給運(yùn)動驅(qū)動方式（一般都選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動）。 </p>

13、<p>　　4）給運(yùn)動傳動是否需要改裝成滾珠絲杠傳動。 </p><p>　　5）刀架是否需要配置自動轉(zhuǎn)位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。 </p><p>　　6）其他性能指標(biāo)選擇： </p><p>　　插補(bǔ)功能：車床加工需具備直線和圓弧插補(bǔ)功能。 </p><p>　　刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設(shè)置

14、刀補(bǔ)和間隙補(bǔ)償功能。 </p><p>　　3 車床數(shù)控改造方案選擇 </p><p>　　當(dāng)數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案。目前機(jī)床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，專用化的機(jī)床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進(jìn)給運(yùn)動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給

15、運(yùn)動、配置脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)自動換刀功能。 </p><p>　　目前較典型的經(jīng)濟(jì)型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能： </p><p>　　1）采用單片微機(jī)為主控CPU，具有直線和圓弧插補(bǔ)、代碼編程、刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能、數(shù)碼管二坐標(biāo)同時顯示、自動轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。 </p><p>　　2） 配有步進(jìn)電機(jī)

16、驅(qū)動系統(tǒng)，脈沖當(dāng)量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向?yàn)?.005mm（要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套）。 </p><p>　　3）加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動保護(hù)存儲器存儲；可以對程序進(jìn)行現(xiàn)場編輯修改和試運(yùn)行操作。 </p><p>　　4）具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機(jī)械極限位置自動限位、超程報警，以及進(jìn)給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。 </p&

17、gt;<p>　　為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副。當(dāng)利用原絲杠螺母副時，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機(jī)及減速箱一般裝在床身尾部，這時連接車床原傳動系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除，工作時應(yīng)使處于脫開位置。同理，脫落蝸桿等原橫向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)若未拆除，工作時也應(yīng)使其處于空檔（空擋）位置。改造后的進(jìn)給脈沖當(dāng)量的量值靠步進(jìn)電機(jī)步距角、減速齒輪比、絲杠導(dǎo)程三者協(xié)

18、調(diào)確定。三者之間換算關(guān)系可以以下式表示： </p><p>　　（θ/360）×（ac/bd）×T=δ </p><p>　　式中θ——步進(jìn)電機(jī)步聚角（度）； </p><p>　　T——所驅(qū)動絲杠導(dǎo)程（mm）; </p><p>　　a,b,c,d——齒輪齒數(shù)，當(dāng)單級減數(shù)時，令c、d等于1； </p>&l

19、t;p>　　δ——脈沖當(dāng)量值（mm）。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機(jī)床型號來選擇，普通車床（如C6140、C620等）的數(shù)控改造中多采用0.08——0.15（N·m）靜力矩的步進(jìn)電機(jī)，如選0.08（N·m）的作為橫向進(jìn)給電機(jī)；選0.15（N·m）的作為縱向進(jìn)給電機(jī)。 </p><p><b>　　2數(shù)控機(jī)床

20、的組成</b></p><p>　　1、 控制介質(zhì)　　控制介質(zhì)又稱信息載體，是人與數(shù)控機(jī)床之間聯(lián)系的中間媒介物質(zhì)，反映了數(shù)控加工中的全部信息。以前常用的有穿孔帶、磁帶或磁盤等，現(xiàn)在則用U盤或數(shù)據(jù)傳輸線。</p><p>　　2、 輸入、輸出裝置　　是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互的裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或?qū)?/p>

21、調(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。</p><p>　　3、 數(shù)控裝置：　　CNC裝置是數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動加工的核心，主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等組成。目前，開放的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有3種形式： ①基于PC的CNC系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以PC機(jī)為平臺，開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標(biāo)軸電機(jī)的運(yùn)動。這類系統(tǒng)有時也稱為

22、Soft NC，這樣的系統(tǒng)容易做到全方位開放。 ②PC嵌入式：這種系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為：CNC十PC主板，即把一塊CNC板插入傳統(tǒng)的PC機(jī)器中，CNC主要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動為主的實(shí)時控制，或且CNC作為數(shù)控功能運(yùn)行，而PC板作為用戶的人機(jī)接口平臺。 ③PC十CNC：目前主流NC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認(rèn)為NC系統(tǒng)最主要的性能是可靠性，像PC機(jī)存在的死機(jī)現(xiàn)象是不允許的。而系統(tǒng)功能首先追求的仍然是高精高速的加工。加上這些廠家長期已經(jīng)生產(chǎn)大量的NC系統(tǒng)；體系結(jié)

23、構(gòu)的變化會對他們原系統(tǒng)的維修服務(wù)和可靠性產(chǎn)生不良的影響。因此不把開放結(jié)構(gòu)作為主要的產(chǎn)品，仍然大量生產(chǎn)原結(jié)構(gòu)的NC系統(tǒng)。為了增加開放性，主流NC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家往往在不變化原系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一塊PC板，提供鍵盤使用戶能把PC和C</p><p>　　4、 （伺服）驅(qū)動系統(tǒng)：　　它是數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床本體之間的電傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)，主要由驅(qū)動（伺服）電動機(jī)、驅(qū)動控制系統(tǒng)以及位置檢測反饋裝置組成。電機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動

24、控制系統(tǒng)則是（伺服）電機(jī)的動力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號與位置反饋信號比較后作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)的功率放大后，帶動機(jī)床移動部件作精確定位或按照規(guī)定的軌跡和進(jìn)給速度運(yùn)動，使機(jī)床加工出符合圖樣要求的零件。目前常用的驅(qū)動系統(tǒng)有：1.步進(jìn)電機(jī)+步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器組成的步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)。2. 伺服電機(jī)+伺服電機(jī)驅(qū)動器組成的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。3. 步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)+光柵尺組成的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。</p><p>　　5、 檢測反饋

25、系統(tǒng)　　講到檢測反饋系統(tǒng)就不能提起開環(huán)控制，半閉環(huán)控制，閉環(huán)環(huán)控制這三個概念。</p><p>　?。?）.開環(huán)控制：開環(huán)控制指的是系統(tǒng)的控制輸入不受輸出影響的控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，不存在由輸出端到輸入端的反饋通路（見反饋控制系統(tǒng)）。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱為無反饋控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)由控制器與被控對象組成?？刂破魍ǔ＞哂泄β史糯蟮墓δ?。同閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡單得多，同時也比較經(jīng)濟(jì)，適

26、合在小型機(jī)床上大量運(yùn)用。</p><p>　?。?）.半閉環(huán)控制：半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角間接檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。 這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中型數(shù)控機(jī)床所采用。</p&

27、gt;<p>　　（3）. 閉環(huán)控制：指由信號正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)或基于反饋原理建立的自動控制系統(tǒng)。所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進(jìn)行控制，即通過比較系統(tǒng)行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。在反饋控制系統(tǒng)中，既存在由輸入到輸出的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。因此，反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

28、反饋控制是自動控制的主要形式。自動控制系統(tǒng)多數(shù)是反饋控制系統(tǒng)。在工程上常把在運(yùn)行中使輸出量和期望值保持一致的反饋控制系統(tǒng)稱為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而把用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某種過程的反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)或隨動系統(tǒng)。</p><p>　　由此可見機(jī)床的測量反饋系統(tǒng)主要是由檢測元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測機(jī)床的實(shí)際位置、速度等信息，并將其反饋給數(shù)控裝置與指令信息進(jìn)行比較和校正。</p><p>

29、;　　6、 機(jī)床本體　　機(jī)床本體指的是數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)體，包括床身、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。由于數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動化機(jī)床，它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比，應(yīng)具有更好的剛性和抗振性，相對運(yùn)動摩擦系數(shù)要小，傳動部件之間的間隙要小，而且傳動和變速系統(tǒng)要便于實(shí)現(xiàn)自動化控制。</p><p>　　評判一臺機(jī)床的性能是否優(yōu)良首要條件就是加工精度，一般能夠影響加工精度的有：電機(jī)驅(qū)動部件，系統(tǒng)控制部件，絲桿傳動部件，

30、導(dǎo)軌部件和機(jī)床剛性等。</p><p>　　3電機(jī)驅(qū)動部件（步進(jìn)）</p><p>　　3.1反應(yīng)試步進(jìn)電機(jī) 1、結(jié)構(gòu)：電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/3 て、2/3 て,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A 與齒1 相對齊，B 與齒2 向右錯開1/3 て，C 與齒3 向右錯開2/3 て，A與齒5 相對齊，（

31、A就是A，齒5 就是齒1） 2、旋轉(zhuǎn)：如A 相通電，B，C 相不通電時，由于磁場作用，齒1 與A 對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如B 相通電，A，C 相不通電時，齒2 應(yīng)與B 對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3 て，此時齒3 與C 偏移為1/3 て，齒4 與A 偏移（て-1/3 て）=2/3 て。如C 相通電，A，B 相不通電，齒3 應(yīng)與C 對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3 て，此時齒4 與A 偏移為1/3 て對齊。如A 相通

32、電，B，C 相不通電，齒4 與A 對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3 て這樣經(jīng)過A、B、C、A 分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1 前一齒）移到A 相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3 て, 向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B</p><p>　　3.2感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī) 1、特點(diǎn)： 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定

33、子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn)行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.

34、不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=. 一個二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。 2、分類：感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號（電機(jī)外徑）可分為：42BYG(BYG 為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)</p>

35、;<p>　　4 驅(qū)動控制系統(tǒng)組成1、脈沖信號的產(chǎn)生。 脈沖信號一般由單片機(jī)或CPU 產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4 左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。2、信號分配：通常生產(chǎn)的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8 度；二相八拍為,步距角為0.9 度。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB, 步

36、距角為1.8 度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9 度）。3、功率放大 功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。為盡

37、量提高電機(jī)的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源。一般接電機(jī)引出線藍(lán)線步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高</p><p>　　5步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用5.1步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。 1、步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)

38、量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36 度/0.72 度（五相電機(jī)）、0.9 度/1.8 度（二、四相電機(jī)）、1.5 度/3 度（三相電機(jī)）等。 2、靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存

39、在的。直接起動時（一般由低速）時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3 倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 3、電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特</p><p>　　8、電機(jī)在600PPS（0.9 度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動

40、。 9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動的原則。</p><p><b>　　6 系統(tǒng)控制部件</b></p><p>　　目前，開放的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有3種形式： </p><p>　?、伲赑C的CNC系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以PC機(jī)為平臺，開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標(biāo)軸電機(jī)的運(yùn)動。這類系統(tǒng)有時也稱為Soft NC，這樣的

41、系統(tǒng)容易做到全方位開放。 </p><p>　?、冢甈C嵌入式：這種系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為：CNC十PC主板，即把一塊CNC板插入傳統(tǒng)的PC機(jī)器中，CNC主要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動為主的實(shí)時控制，或且CNC作為數(shù)控功能運(yùn)行，而PC板作為用戶的人機(jī)接口平臺。 </p><p>　?、郏甈C十CNC：目前主流NC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認(rèn)為NC系統(tǒng)最主要的性能是可靠性，像PC機(jī)存在的死機(jī)現(xiàn)象是不允許的。而系統(tǒng)功能首先

42、追求的仍然是高精高速的加工。加上這些廠家長期已經(jīng)生產(chǎn)大量的NC系統(tǒng)；體系結(jié)構(gòu)的變化會對他們原系統(tǒng)的維修服務(wù)和可靠性產(chǎn)生不良的影響。因此不把開放結(jié)構(gòu)作為主要的產(chǎn)品，仍然大量生產(chǎn)原結(jié)構(gòu)的NC系統(tǒng)。為了增加開放性，主流NC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家往往在不變化原系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一塊PC板，提供鍵盤使用戶能把PC和CNC聯(lián)系在一起，大大提高了人機(jī)界面的功能，比較典型的如FANUC的150i／160i／180i／210j系統(tǒng)。有些廠家也把這種裝置稱為融

43、合系統(tǒng)(fusion system)。由于它工作可靠，界面開放，越來越受到機(jī)床制造商的歡迎。成為NC技術(shù)的發(fā)展</p><p><b>　　7 絲桿傳動部件</b></p><p>　　目前，主流的絲桿傳動部件采用的都是滾珠絲杠傳動系統(tǒng)滾珠絲杠傳動系統(tǒng)是一個以滾珠作為滾動媒介的滾動螺旋傳動的體系。以傳動形式分為兩種： （1）將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動。</

44、p><p>　　（2）將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運(yùn)動。</p><p><b>　　其特點(diǎn)有： </b></p><p>　　傳動效率高滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達(dá)90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的2～4倍，如圖1.1.1所示，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運(yùn)動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（運(yùn)動可逆）。 </p><p>　

45、　運(yùn)動平穩(wěn)滾珠絲杠傳動系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動運(yùn)動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動時無顫動、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進(jìn)給。 </p><p>　　高精度滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運(yùn)動中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 </p><p>　　高耐用性鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體

46、系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 </p><p>　　同步性好由于運(yùn)動平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 </p><p>　　高可靠性與其它傳動機(jī)械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進(jìn)行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。

47、</p><p>　　無背隙與預(yù)緊采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀、軸向間隙可調(diào)整得很小，也能輕便地傳動。若加入適當(dāng)?shù)念A(yù)緊載荷，消除軸向間隙，可使絲杠具有更佳的剛性，在承載時減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達(dá)到更高的精度。</p><p><b>　　滾珠絲杠內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　滾珠絲杠的精

48、度等級</b></p><p>　　滾珠絲杠副根據(jù)使用范圍分為定位型（P）和傳動型（T）兩種。根據(jù)精度要求分為7個精度等級，即1、2、3、4、5、7和10級。1級精度最高，依次遞減。允許行程誤差</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)：C=0C - 行程補(bǔ)償值(用戶在訂貨時給定，一般取負(fù)值來修正使用誤差)有效行程 </p><p><b>　　Lu=L

49、1-Le</b></p><p>　　Lu- 有效行程(mm) L1- 絲杠螺紋全長(mm) Le-余程 (mm)(見下表) </p><p><b>　　8 導(dǎo)軌部件</b></p><p>　　導(dǎo)軌部件是數(shù)控機(jī)床的重要部件之一，它在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度和精度保持性。</p><p>　　數(shù)控

50、機(jī)床導(dǎo)軌必需具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機(jī)床在高速進(jìn)給時不振動、低速進(jìn)給時不爬行等特性。</p><p>　　目前數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌主要有3種：塑料滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。</p><p><b>　　8.1塑料滑動導(dǎo)軌</b></p><p>　　目前，數(shù)控機(jī)床所使用的滑動導(dǎo)軌材料為鑄鐵對塑料或鑲鋼對塑料滑動導(dǎo)軌。導(dǎo)軌塑料常用

51、聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層兩類。</p><p>　　(1)聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn)</p><p>　　1)摩擦特性好：金屬—聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的動靜摩擦因數(shù)基本不變。</p><p>　　2)耐磨特性好：聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶材料中含有青銅、二硫化銅和石墨，因此其本身即具有自潤滑作用，對潤滑油的要求不高。此外，塑料質(zhì)地較軟，即使嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不

52、致?lián)p傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長導(dǎo)軌副的使用壽命。</p><p>　　3)減振性好：塑料的阻尼性能好，其減振效果、消聲的性能較好，有利于提高運(yùn)動速度。</p><p>　　4)工藝性好：可降低對粘貼塑料的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量要求，而且塑料易于加工(銑、刨、磨、刮)，使導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶被廣泛用于中小型數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動導(dǎo)軌中。</p>&l

53、t;p>　　圖8-14為某加工中心工作臺的剖面圖。作為移動部件的工作臺導(dǎo)軌面(包括下壓板和鑲條)都粘貼有聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。</p><p>　　導(dǎo)軌軟帶使用工藝簡單。首先將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度Rα3.2μm左右。用汽油或丙酮清洗粘結(jié)面后，用膠粘劑粘合。加壓初固化1~2h后合攏到配對的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上，施加一定的壓力，并在室溫固化24h后，取下清除余膠，即可開油槽和精加工。</p>

54、<p>　　注：環(huán)氧型耐磨涂層  環(huán)氧型耐磨涂層是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份和固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。德國生產(chǎn)的SKC3和我國生產(chǎn)的HNT環(huán)氧型耐磨涂層都具有以下特點(diǎn)：良好的加工性：可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削。良好的摩擦性。耐磨性好。使用工藝簡單。</p><p><b>　　8.2滾動導(dǎo)軌</b></p>

55、<p>　　(1)直線滾動導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)  滾動導(dǎo)軌作為滾動摩擦副的一類，具有以下特點(diǎn)：①摩擦因數(shù)小(0.003~0.005)，運(yùn)動靈活；②動、靜摩擦因數(shù)基本相同，因而起動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；③可以預(yù)緊，剛度高；④壽命長；⑤精度高；⑥潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用；⑦由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。因此滾動導(dǎo)軌副被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、測量機(jī)和測量儀器上。滾動導(dǎo)軌副的主要缺點(diǎn)是抗沖擊載荷的

56、能力較差，且滾動導(dǎo)軌副對灰塵屑末等較敏感，應(yīng)有良好的防護(hù)罩。</p><p>　　滾動導(dǎo)軌有多種形式，目前數(shù)控機(jī)床常用的滾動導(dǎo)軌為直線滾動導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu)如圖8-15所示。</p><p>　　1－導(dǎo)軌體  2－側(cè)面密封墊  3－保持器  4－承載球列  5－端部密封墊  6－端蓋  7－滑塊  8－潤滑油杯&

57、lt;/p><p>　　直線滾動導(dǎo)軌主要由導(dǎo)軌體、滑塊、滾柱或滾珠、保持器、端蓋等組成。當(dāng)滑塊與導(dǎo)軌體相對移動時，滾動體在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負(fù)荷區(qū)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動回工作負(fù)荷區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動變成滾動體的滾動。為防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均裝有塑料密封墊，滑塊上還有潤滑油杯。最近新出現(xiàn)的一種在滑塊兩端裝有自動潤滑的滾動導(dǎo)軌，使用

58、時無須再配潤滑裝置。</p><p>　　(2)直線滾動導(dǎo)軌的安裝  直線滾動導(dǎo)軌的安裝形式可以水平、豎直或傾斜，可以兩根或多根平行安裝，也可以把兩根或多根短導(dǎo)軌接長，以適應(yīng)各種行程和用途的需要。采用直線滾動導(dǎo)軌副，可以簡化機(jī)床導(dǎo)軌部分的設(shè)計(jì)、制造和裝配工作。滾動導(dǎo)軌副安裝基面的精度要求不太高，通常只要精銑或精刨。由于直線滾動導(dǎo)軌對誤差有均化作用，安裝基面的誤差不會完全反映到滑座的運(yùn)動上來；通?；倪\(yùn)

59、動誤差約為基面誤差的1/3。</p><p>　　導(dǎo)軌及滑塊座的固定通常采用以下幾種方法，如圖8-16a~e所示。</p><p>　　導(dǎo)軌和滑塊座與側(cè)基面靠上定位臺階后，應(yīng)先從另一面頂緊然后再固定。圖8-16a為用緊定螺釘頂緊然后再用螺釘固定；圖8-16b為用楔塊頂緊；圖8-16c為用壓板頂緊，也可在壓板上再加緊固螺釘；圖8-16d中導(dǎo)軌的側(cè)基面是裝配式，工藝性較好：圖8-16e為在同一

60、平面內(nèi)平行安裝兩副導(dǎo)軌，該方法適用于有沖擊和振動，精度要求較高的場合；數(shù)控機(jī)床滾動導(dǎo)軌的安裝，多數(shù)采用此辦法。 </p><p>　　安裝前必須檢查導(dǎo)軌是否有合格證，有否碰傷或銹蝕，將防銹油清洗干凈，清除裝配表面的毛刺、撞擊突起物及污物等；檢查裝配聯(lián)接部位的螺栓孔是否吻合，如果發(fā)生錯位而強(qiáng)行擰入螺栓，將會降低運(yùn)行精度。</p><p><b>　　導(dǎo)軌安裝步驟如下：</b&

61、gt;</p><p>　　1)將導(dǎo)軌基準(zhǔn)面緊靠機(jī)床裝配表面的側(cè)基面，對準(zhǔn)螺孔，將導(dǎo)軌輕輕地用螺栓予以固定。</p><p>　　2)上緊導(dǎo)軌側(cè)面的頂緊裝置，使導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面緊緊靠貼床身的側(cè)面。</p><p>　　3)按表8-3的參考值，用力矩扳手?jǐn)Q緊導(dǎo)軌的安裝螺釘；從中間開始按交叉順序向兩端擰緊。</p><p>　　表8-3 

62、推薦的擰緊力矩</p><p>　　滑塊座安裝步驟如下：</p><p>　　1)將工作臺置于滑塊座的平面上，并對準(zhǔn)安裝螺釘孔，輕輕地壓緊。</p><p>　　2)擰緊基準(zhǔn)側(cè)滑塊座側(cè)面的壓緊裝置，使滑塊座基準(zhǔn)側(cè)面緊緊靠貼工作臺的側(cè)基面。</p><p>　　3)按對角線順序擰緊基準(zhǔn)側(cè)和非基準(zhǔn)側(cè)滑塊座上各個螺釘。</p><

63、;p>　　安裝完畢后，檢查其全行程內(nèi)運(yùn)行是否輕便、靈活，有無打頓、阻滯現(xiàn)象；摩擦阻力在全行程內(nèi)不應(yīng)有明顯的變化。達(dá)到上述要求后，檢查工作臺的運(yùn)行直線度、平行度是否符合要求。</p><p>　　除此之外還有直線軸承：</p><p>　　直線軸承是一種以最低成本生產(chǎn)的直線運(yùn)動系統(tǒng)，用于無限行程與圓柱軸配合使用。由于承載球與軸呈點(diǎn)接觸，故許用載荷小。鋼球以最小的摩擦阻力旋轉(zhuǎn)，因此能獲得

64、高精度的平穩(wěn)運(yùn)動。因其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，所以這些直線軸承廣泛用于計(jì)算機(jī)及其外圓設(shè)備，自動記錄儀及數(shù)字化三坐標(biāo)測量等精密設(shè)備，以及多軸鉆床、沖床、工具磨床、自動氣割機(jī)、打印機(jī)、卡片分選機(jī)、食品包裝機(jī)等工業(yè)機(jī)械的滑動部件</p><p><b>　　8.3液體靜壓導(dǎo)軌</b></p><p>　　液體靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液經(jīng)節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面的油腔，形成承載油膜

65、，將相互接觸的金屬表面隔開，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。這種導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)小(約0.0005)，機(jī)械效率高：由于導(dǎo)軌面間有一層油膜，吸振性好；導(dǎo)軌面不相互接觸，不會磨損，壽命長，而且在低速下運(yùn)行也不易產(chǎn)生爬行。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高。靜壓導(dǎo)軌按導(dǎo)軌形式可分為開式和閉式兩種；按供油方式分為恒壓(即定壓)供油和恒流(即定量)供油兩種。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p>

66、<p>　　經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。其改造涉及到機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，是一項(xiàng)理論深、實(shí)踐強(qiáng)的系統(tǒng)工程。在進(jìn)行數(shù)控改造時，應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備。改造過程中，機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合，先易后難、先局部后全局。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在忙碌了幾個多月后，終于完成了本設(shè)計(jì)課

67、題的各項(xiàng)任務(wù)。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了我的自學(xué)能力和收集使用資料的能力，同時全面系統(tǒng)地鞏固和總結(jié)大學(xué)四年來所學(xué)的專業(yè)知識。 在設(shè)計(jì)期間，為了更好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，我花費(fèi)了大量的時間收集和消化與本設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，總結(jié)前人從事數(shù)控機(jī)床以及加工中心的自動換刀系統(tǒng)開發(fā)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。吸收國內(nèi)外科技工作者的研究成果，同時考慮我國的現(xiàn)狀和國情。在老師的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了一種可行的結(jié)構(gòu)方案。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我更好的把四年來

68、所學(xué)的知識進(jìn)行了綜合、鞏固，加深了對所學(xué)專業(yè)知識的理解，同時還接觸了一些在原來知識基礎(chǔ)上更為深層的知識。當(dāng)然，也使我體味到設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)艱苦任務(wù)，必須具備吃苦耐勞的精神?？傊?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益匪淺，為我將來工作打好了良好的基礎(chǔ)。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，我的指導(dǎo)老師xx老師一直給予的細(xì)心指導(dǎo)，還有其他老師和同學(xué)在提供幫助，在此表示衷心的感謝.。 由于本人知識面較窄，又缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加上時間倉促，設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)錯誤或

69、不足之處，還望各位老師和同學(xué)批評指正，我將不勝感激。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王愛玲等，《現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)》.國防工業(yè)出版社，2002年版。方沂，[2] 白恩遠(yuǎn)等，《 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床伺服及檢測技術(shù) 》.國防工業(yè)出版社，2005年版。</p><p>　　[3] 王愛玲等，《 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床實(shí)用

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