III 摘 要 鑒于我國(guó)目前資金短缺，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，用較小資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動(dòng)化程度保證生產(chǎn)質(zhì)量，減輕勞動(dòng)程度提高經(jīng)濟(jì)效益。而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)有效的、基本的途徑就是普及以及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 此次設(shè)計(jì)的熱盤(pán)加工專(zhuān)用機(jī)床就是把普通機(jī)床和數(shù)控技術(shù)結(jié)合在一起。機(jī)床的設(shè)計(jì)參考了立式銑床和龍門(mén)鏜銑床的床身和加工方式，同時(shí)附加了數(shù)控技術(shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，提高了加工的效率。 在熱盤(pán)加工專(zhuān)用機(jī)床的設(shè)計(jì)中，我主要負(fù)責(zé)進(jìn)給系統(tǒng)和電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。進(jìn)給系統(tǒng)是采用，步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲杠副和直線(xiàn) 滾動(dòng)導(dǎo)軌相結(jié)合的傳遞方式，利用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)沿導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)。電控系統(tǒng)主要是采用 8031 芯片，構(gòu)成開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，利用芯片控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。 這次設(shè)計(jì)的機(jī)床雖然加工精度不是很高，但穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，設(shè)備費(fèi)用投入較少，滿(mǎn)足企業(yè)發(fā)展初期的需要，適合我國(guó)目前國(guó)情。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控化 ；步進(jìn)電機(jī) ；滾珠絲杠 IV ABSTRACT In view of the shortage of funds, and small-scale industrial production, smaller funds rapidly changing the face of Machinery Industry backward production, so as much as possible to improve the degree of automation to ensure production quality, reduce the degree of labor to improve economic efficiency. Effective to achieve this task, the basic way is universal and application of economical CNC. The design of the hot plate special machine is ordinary machine tools and CNC technologies together. The design of the machine reference bed and processing of vertical milling machine and gantry milling machine, and additional CNC technology. Can realize the automation of the processing, improve the processing efficiency. Hot plate special machine design, is mainly responsible for the feed system and electric control system design. The feed system is used, the stepper motor, ball screw and linear rolling guide rail combining the transfer mode, the use of stepper motor rotation, driven by the rotation of the ball screw, in order to achieve the direction of movement of the table along the guide rails. The electronic control system is using the 8031 chip, constitute the open-loop system, take advantage of the speed and direction of the chip stepper motor control, automated processing. The design of the machine is not very high machining accuracy, good stability, low prices, equipment costs less input, to meet the needs of the early development of enterprises, suited to Chinas national conditions. Key words: CNC ；stepper motor ；ball screw V 目 錄 摘 要 . III ABSTRACT . IV 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 課題源公司的簡(jiǎn)介 . 1 1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)要求 . 1 1.4 熱盤(pán)工件圖樣 . 1 2 加工方法選擇 . 3 2.1 工藝方案的制定 . 3 2.2 采用立式銑削加工的理由 . 3 2.3 數(shù)控機(jī)床 . 4 2.3.1 數(shù)控機(jī)床工作原理 . 4 2.3.2 數(shù)控機(jī)床的組成 . 4 2.3.3 數(shù)控編程坐標(biāo)系的選取 . 5 3 機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案的擬定 . 6 4 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 9 4.1 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 9 4.1.1 傳動(dòng)部件的選擇和分析 . 9 4.1.2 導(dǎo)軌的選擇與設(shè)計(jì) . 10 4.1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇和分析 . 12 4.1.4 軸承的選擇 . 16 4.1.5 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) . 18 4.2 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 19 4.2.1 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) . 19 4.2.2 橫梁結(jié)構(gòu)的分析 . 20 4.2.3 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)零部件選擇 . 20 5 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) . 21 5.1 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) . 21 5.1.1 滾珠絲杠的機(jī)械特性計(jì)算 . 21 5.1.2 導(dǎo)軌副的作用、計(jì)算與選擇 . 23 5.1.3 步進(jìn)電機(jī)的選 擇 . 23 5.1.4 聯(lián)軸器的選擇 . 25 5.1.5 軸承的選擇 . 25 5.2 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) . 25 6 電控系統(tǒng)部 分設(shè)計(jì) . 26 VI 6.1 控制形式的選擇和分析 . 26 6.1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) . 26 6.1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng) . 26 6.1.3 半閉環(huán)控制系統(tǒng) . 26 6.2 控制系統(tǒng)方案確定 . 27 6.2.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 . 27 6.2.2 總體組成 . 27 6.3 軟、硬件任務(wù)合理分配 . 27 6.4 主控器 . 28 6.4.1 主控芯片選擇 . 28 6.4.2 MCS-51 系列單片機(jī)介紹 . 28 6.4.3 三總線(xiàn)結(jié)構(gòu) . 29 6.4.4 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) . 29 6.4.5 時(shí)序 . 29 6.4.6 中斷功能 . 31 6.4.7 MCS-51 單片機(jī)常用系統(tǒng)擴(kuò)展芯片 . 31 6.5 存儲(chǔ)系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì) . 31 6.5.1 芯片選擇 . 31 6.5.2 地址分配及譯碼 . 32 6.6 機(jī)床中部分電機(jī)控制電路 . 34 6.6.1 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 . 34 6.6.2 冷卻泵的控制電路 . 35 7 結(jié)論與展望 . 37 7.1 結(jié)論 . 37 7.2 不足之處及未來(lái)展望 . 37 致 謝 . 38 參考文獻(xiàn) . 39 熱盤(pán)加工專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 概述 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)每個(gè)即將畢業(yè)的大學(xué) 生在校四年學(xué)習(xí)情況的綜合測(cè)評(píng)和考量，對(duì)每個(gè)要走向社會(huì)的我們具有非常重要的意義，是對(duì)學(xué)校和家長(zhǎng)做出一次總結(jié)性的匯報(bào)，是對(duì)自我能力的一次展示，還是對(duì)自我不足的一種審查。更是非常有用的一次實(shí)踐機(jī)會(huì)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是 “橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤(pán)加工專(zhuān)用機(jī)床設(shè)計(jì) ”專(zhuān)題是 “進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ”課題來(lái)源于昌明橡膠機(jī)械制造有限公司的熱盤(pán)加工專(zhuān)用機(jī)床設(shè)計(jì)，對(duì)于橡膠產(chǎn)業(yè)中所使用的熱盤(pán)加工及機(jī)械產(chǎn)業(yè)中的零部件的加工均有一定的參考價(jià)值。 本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的要求： 1.對(duì)熱盤(pán)加工工藝（經(jīng)簡(jiǎn)化）方案的簡(jiǎn)要分析比較； 2.完成本設(shè)計(jì)的 機(jī)床總圖及床身部件圖； 3.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，要求對(duì)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)部分詳細(xì)分析說(shuō)明，并包括必要的計(jì)算，文字簡(jiǎn)潔通順，重要公式數(shù)據(jù)應(yīng)注明出處； 4.對(duì)制造廠(chǎng)家調(diào)研，了解其對(duì)質(zhì)量、成本要求，索設(shè)計(jì)的專(zhuān)機(jī)要結(jié)合廠(chǎng)方具體生產(chǎn)條件 。 1.2 課題源公司的簡(jiǎn)介 江陰昌明橡膠機(jī)械有限公司 ,位于風(fēng)景秀麗的江蘇省無(wú)錫市江陰祝塘鎮(zhèn)文林社區(qū)，距無(wú)錫市五十公里 ,水陸交通十分便利。 該公司專(zhuān)門(mén)從事橡膠機(jī)械的生產(chǎn) .其各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平， 目前，該公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的產(chǎn)品已為國(guó)內(nèi)外幾十家生產(chǎn)廠(chǎng)家配套。該公司除對(duì)現(xiàn)有產(chǎn) 品精益求精外 ,還可根據(jù)用戶(hù)需要專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì) ,制造特殊的產(chǎn)品。 公司秉承“創(chuàng)新理念、追求卓越、迅速改善、永續(xù)經(jīng)營(yíng)的經(jīng)營(yíng)理念”，并以“質(zhì)量是第一工作”，“顧客的滿(mǎn)意是我們的榮譽(yù)”作為我們永遠(yuǎn)不變的質(zhì)量政策；以愛(ài)護(hù)環(huán)境、回報(bào)社會(huì)、關(guān)愛(ài)雇員等社會(huì)責(zé)任為己任；把“誠(chéng)信、負(fù)責(zé)、創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)”作為公司不斷的追求和目標(biāo)，愿與廣大朋友攜手共創(chuàng)美好的明天！ 1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)要求 廠(chǎng)方要求盡量降低造價(jià)，力爭(zhēng)造價(jià)在 5萬(wàn)元以?xún)?nèi)。并且本設(shè)計(jì)于四月初定稿，五月開(kāi)始試制，七月裝 配完成并放入生產(chǎn)。因?yàn)槟戤a(chǎn) 1000件并簽訂了兩年的合同，但顧慮到今后如長(zhǎng)期合同，則購(gòu)入大型立式鏜銑加工中心加工，但該機(jī)床售價(jià) 160萬(wàn)左右，目前經(jīng)濟(jì)上不可能，如這兩年合同完成，又有（三年以上）加工合同，則可以考慮購(gòu)買(mǎi)立式加工中心 。（現(xiàn)每只零件銑加工費(fèi)用為 800元到 900元） 1.4 熱盤(pán)工件圖樣 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 熱盤(pán)工件圖樣 熱盤(pán)加工專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2 加工方法選擇 2.1 工藝方案的制定 機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法的工藝文件。生產(chǎn)規(guī)模的大小，工藝水平的高低以及 解決各種工藝問(wèn)題的方法和手段都要通過(guò)機(jī)械加工工藝規(guī)程來(lái)體現(xiàn)。因此，機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要而又嚴(yán)肅的工作。為能具體確切地說(shuō)明工藝過(guò)程，一般將機(jī)械加工工藝過(guò)程分為工序、安裝、工位、工步和走刀。 這是設(shè)計(jì)組合機(jī)床最重要的一步。工藝方案制定得正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求。為了使工藝方案制定的合理，先進(jìn)，必須從認(rèn)真的分析被加工的零件（或同類(lèi)零件）圖紙開(kāi)始，深入現(xiàn)場(chǎng)全面了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位夾緊方式工藝 方法和加工過(guò)程所采用的刀具，輔具，切屑用量情況及產(chǎn)生率要求高，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)設(shè)計(jì)，制造，使用單位和操作者的豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以求理論緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，從而確定零件在組合機(jī)床上完成的工藝（工序）內(nèi)容及方法，決定刀具種類(lèi)，結(jié)構(gòu)型式，數(shù)量及切屑用量等。 根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)率；又要考慮機(jī)床的操作方便可靠，易于維修，且冷卻，排屑情況良好。 以上兩個(gè)步驟是十分重要的。對(duì)于同一個(gè)零件的加 工，可能會(huì)有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決定采取哪種方案時(shí)，決不能草率，要全面地看問(wèn)題，綜合分析各方面的情況，進(jìn)行多種方案對(duì)比，從中選擇最佳方案。 2.2 采用立式銑削加工的理由 由于銑削具有工藝范圍廣、生產(chǎn)效率高、容易產(chǎn)生振動(dòng)、刀齒散熱條件好等特點(diǎn)，所以立式銑床的銑削加工時(shí)中小零件的加工中非常普遍。 立式銑床銑削加工的特點(diǎn)：銑刀是典型的多刃刀具， 加工過(guò)種有幾個(gè)刀齒同時(shí)參加切削， 點(diǎn)的切削寬度較大，銑削時(shí)的主運(yùn)動(dòng)是銑刀的旋轉(zhuǎn)，有利于進(jìn)行高速切削，故銑刀的生產(chǎn)率高于刨削加工。 銑削加工范圍廣，可 以加刨削無(wú)法加工或難以加工的表面。立式銑 床 銑削過(guò)程中，就每個(gè)刀齒而言是依次參加切削，刀齒在離開(kāi)工件的一段時(shí)間內(nèi)，可以得到 一次冷卻，因此，刀齒散熱條件好，有利于減少銑刀的磨損，延長(zhǎng)了使用壽命。由于是斷續(xù)切削，刀齒在切入切出工件時(shí)產(chǎn)生沖擊，而且每個(gè)刀齒的切削厚度也時(shí)刻在變化，這就引起切削面積和切削力的變化，因此銑削過(guò)程不平穩(wěn)，容易產(chǎn)生振動(dòng)，直接影響工件表面粗糙度。 立式銑床銑刀比刨床刨刀結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，銑刀的制造與刃磨比刨刀困難，所以銑削成本比刨削高。銑削與刨削的加工質(zhì)量大致相同，經(jīng)粗精加工后都可達(dá)到中等精度，但 在加工大平面時(shí)， 刨削后明顯接刀痕，而且直徑小于工件寬度的端銑刀加工時(shí)，各次走刀間有明顯的接刀痕，影響表面質(zhì)量，銑削加工用于單件小批量生產(chǎn)，也造用于大批量生產(chǎn)。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2.3 數(shù)控機(jī)床 2.3.1 數(shù)控機(jī)床工作原理 數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的數(shù)控程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置，在由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、啟停、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度、位移大小以及其它諸如刀具選擇交換、工件加緊松開(kāi)和冷卻液的啟、停等工作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格按照數(shù)控程序規(guī)定的順序、路程和參數(shù)進(jìn)行工作， 從而加工出形狀、尺寸與精度復(fù)合要求的零件。 2.3.2 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)繁多，但從組成一臺(tái)完整的機(jī)床上講，一般由，控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、檢測(cè)反饋裝置和機(jī)床本體五大部分及輔助設(shè)備組成。如圖 2.1 圖 2.1 數(shù)控機(jī)床的組成 2.3.2.1 控制介質(zhì) 控制介質(zhì)是 指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置的類(lèi)型不同而不同，常有的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶和磁盤(pán)等。除了上述幾種控制介質(zhì)外，還有一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用數(shù)碼盤(pán)、數(shù)碼插銷(xiāo)或利用鍵盤(pán)直接將程序及數(shù)據(jù)輸入。另外，隨著 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用 CAD/CAM 技術(shù)在其它計(jì)算機(jī)上編程，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。 2.3.2.2 數(shù)控裝置 數(shù)控裝置時(shí)數(shù)控機(jī)床的控制中心，現(xiàn)在的數(shù)控裝置通常由一臺(tái)通用或?qū)Ｓ梦⑿陀?jì)算機(jī)構(gòu)成。它由輸入裝置、控制運(yùn)算 器和輸出裝置等構(gòu)成。 輸入裝置接受控制介質(zhì)上的信息競(jìng)購(gòu)識(shí)別和譯碼之后，送到運(yùn)算控制器。這些信息將最為控制和運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)。控制運(yùn)算器根據(jù)輸入裝置送來(lái)的信息進(jìn)行運(yùn)算，并將控制命令送往輸出裝置。輸出裝置將控制運(yùn)算器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的動(dòng)作。 2.3.2.3 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)或畸形部分動(dòng)作，一加工出復(fù)合要求的零件。指令信息是以脈沖信息體現(xiàn)的，每一個(gè)脈沖使機(jī)床 移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量叫脈沖當(dāng)量（常用的脈沖當(dāng)量為 0.0010.01）。目前數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)是功率步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)，后兩者都帶有電光編碼器等位置測(cè)量組件 。 熱盤(pán)加工專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 2.3.2.4 機(jī)床本體 機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削工作的機(jī)械部分，它是在原普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短。 2.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形小。 3.更多的采用高效傳動(dòng)部件， 如滾珠絲杠副，直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌等。 2.3.2.5 檢測(cè)反饋裝置 檢測(cè)反饋裝置由檢測(cè)元件和相應(yīng)的測(cè)量電路組成。其作用是檢測(cè)速度、位移或工件尺寸，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制。沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置的數(shù)控系統(tǒng)被稱(chēng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)；直接從工作臺(tái)或工件獲取反饋信息的數(shù)控系統(tǒng)被稱(chēng)為閉環(huán)系統(tǒng)；從伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)軸獲取反饋信息的數(shù)控系統(tǒng)被稱(chēng)為半閉環(huán)系統(tǒng)（檢測(cè)反饋裝置包括在伺服系統(tǒng)中）。 常用的檢測(cè)元件有脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、電感應(yīng)傳感器、光柵和磁尺等。 除上述五個(gè)部分外，數(shù)控機(jī)床還有一些輔助裝置及附屬設(shè)備，如電源、液 壓、氣動(dòng)系統(tǒng)與冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等裝置以及編程機(jī)、對(duì)刀儀等。 2.3.3 數(shù)控編程坐標(biāo)系的選取 機(jī)床中使用順時(shí)針?lè)较虻闹苯亲鴺?biāo)系（右手笛卡爾直角坐標(biāo)系），機(jī)床中的運(yùn)動(dòng)是指刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是道具相對(duì)于靜止工件的運(yùn)動(dòng)。 直角坐標(biāo)系的編程程序更加適用于縱向工作臺(tái)。縱向工作臺(tái)由縱向絲杠帶動(dòng)在轉(zhuǎn)臺(tái)的導(dǎo)軌上作縱向移動(dòng)，以帶動(dòng)臺(tái)面上的工件作縱向進(jìn)給。臺(tái)面上的 T 形槽用以安裝夾具或工件。根據(jù)工件加工的需要，在機(jī)床上各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的數(shù)字控制可以是相互獨(dú)立的，也可以是聯(lián)動(dòng)的?？v向工作臺(tái)在精度，穩(wěn)定和快速相應(yīng)等方 面十分配合系統(tǒng)，且縱向工作臺(tái)價(jià)格較低 ， 設(shè)計(jì)也相對(duì)簡(jiǎn)單，使用更加便捷。 在數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)系是由極點(diǎn)、極軸和極角組成，然而在數(shù)控車(chē)銑加工中心上的極坐標(biāo)系的概念與數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)系完全不同，在車(chē)銑加工中心上的極坐標(biāo)系是在與機(jī)床 Z 軸垂直的平面內(nèi)，由相互垂直的實(shí)軸（第一軸） X 和虛軸（第二軸） C 組成，極坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)與程序原點(diǎn)重合，且虛軸 C 的單位不是度或弧度，而是與實(shí)軸 X 軸的單位一樣，均為毫米。 極坐標(biāo)系編程適應(yīng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，用于鏜床，銑床，鉆床等需要多面轉(zhuǎn)位加工的工件。分度 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)操作不便，而且分度只限于某些規(guī)定的角度，難以滿(mǎn)足一些特殊分度工件的加工要求，而且由于分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)繁瑣，造價(jià)比較昂貴并且不便于大型工件裝夾。 綜上所述，所以由于造價(jià)成本的需求，此次選用直角坐標(biāo)系進(jìn)行編程。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3 機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案的擬定 由于此次要加工的零件為熱盤(pán)，加工以銑削為主。因此，此次的機(jī)床設(shè)計(jì)參考銑床的樣式。 在日常生活中常用的銑床為立式銑床，臥式銑床和龍門(mén)銑床。 立式銑床（見(jiàn)圖 3.1）與臥式銑床（見(jiàn)圖 3.2）相比較，主要區(qū)別是主軸垂直布置，除了主軸布置不同以外，工作臺(tái)可以上下升降 ， 立式銑床用的銑刀相對(duì)靈活一些，適用范圍較廣?？墒褂昧姷?、機(jī)夾刀盤(pán)、鉆頭等?？摄婃I槽、銑平面、鏜孔等。臥式銑床也可使用上面各種刀具，但不如立銑方便，主要是可使用掛架增強(qiáng)刀具（主要是三面刃銑刀、片狀銑刀等）強(qiáng)度?？摄姴?、銑平面、切斷等。臥式銑床一般都帶立銑頭，雖然這個(gè)立銑頭功能和剛性不如立式銑床強(qiáng)大，但足以應(yīng)付立銑加工。這使得臥式銑床總體功能比立式銑床強(qiáng)大。立式銑床沒(méi)有此特點(diǎn)，不能加工適合臥銑的工件。生產(chǎn)率要比臥式銑床高。立式銑床是一種通用金屬切削機(jī)床。本機(jī)床的主軸錐孔可直接或通過(guò)附件安裝各種圓柱銑刀、成 型銑刀、端面銑刀、角度銑刀等刀具。 產(chǎn)品用途：適用于加工各種零部件的平面、斜面、溝槽、孔等，是機(jī)械制造、模具、儀器、儀表、汽車(chē)、摩托車(chē)等行業(yè)的理想加工設(shè)備。所以現(xiàn)在很多廠(chǎng)家，都選用臥式銑床加立銑頭，節(jié)省設(shè)備投資。但是由于立銑的零活多，這種臥式銑床加立銑頭的方式，實(shí)際上是天天掛著立銑頭，當(dāng)立銑用，反而不如立式銑床更適合。 臥銑多用于齒輪 ,花鍵 ,開(kāi)槽 ,切割等加工 ,立式銑床除多用于平面加工方面外 ,平面有高低曲直幾何形狀的工件 ,如模具類(lèi) ,立銑也可以發(fā)揮很大的作用。 龍門(mén)銑床簡(jiǎn)稱(chēng)龍門(mén)銑（見(jiàn)圖 3.3），是具有門(mén)式框架和 臥式長(zhǎng)床身的銑床。龍門(mén)銑床上可以用多把銑刀同時(shí)加工表面，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，適用于在成批和大量生產(chǎn)中加工大型工件的平面和斜面。數(shù)控龍門(mén)銑床還可加工空間曲面和一些特型零件。龍門(mén)銑床的外形與龍門(mén)刨床相似，區(qū)別在于它的橫梁和立柱上裝的不是刨刀刀架而是帶有主軸箱的銑刀架，并且龍門(mén)銑床的縱向工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)不是主運(yùn)動(dòng)，而是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)。且龍門(mén)銑床具有足夠的剛性，效率高，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能全面性等特點(diǎn)。另外，由于龍門(mén)銑床的特殊結(jié)構(gòu)，十分便于大型工件的裝夾。 熱盤(pán)加工專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 圖 3.1 立式銑床 圖 3.2 臥式銑 床 圖 3.3 龍門(mén)銑床 通過(guò)對(duì)于立式銑床與龍門(mén)銑床的性能分析，本次設(shè)計(jì)將龍門(mén)銑床與立式銑床相結(jié)合，工作臺(tái)通過(guò)滾珠絲杠的帶動(dòng)進(jìn)行 Y 軸方向的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力頭固定在橫梁上通過(guò)滾珠絲杠的帶動(dòng)進(jìn)行 X 軸方向的運(yùn)動(dòng)。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 3.4 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)圖 如圖 3.4，圖中 1 為工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)， 2 為 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)，在此次的設(shè)計(jì)中，我主要負(fù)責(zé)這兩個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 熱盤(pán)加工專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 4 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1.1 傳動(dòng)部件的選擇和分析 4.1.1.1 齒輪傳動(dòng)裝置 齒輪傳動(dòng)式應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，各種機(jī)床的傳動(dòng)裝置中幾乎都有齒輪傳動(dòng)。在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中采用齒輪傳動(dòng)裝置的目的有兩個(gè)。一時(shí)將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)、直流和交流伺服電機(jī)等）的輸出改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸入；另一個(gè)是使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在系統(tǒng)中專(zhuān)有較小的比重。此外 ，對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運(yùn)動(dòng)精度。 為了盡量減小齒側(cè)間隙對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響，經(jīng)常在結(jié)構(gòu)上采取措施，以減小或消除齒輪副的空程誤差。如采用雙片齒輪錯(cuò)齒法、利用偏心套調(diào)整齒輪副中心距或采用軸向墊片調(diào)整法消除齒輪側(cè)隙。 與采用同步齒形帶相比，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈中采用齒輪減速裝置，更容易產(chǎn)生低頻振蕩，因此減速機(jī)構(gòu)中常配置阻尼器來(lái)改善動(dòng)態(tài)性能。 4.1.1.2 帶傳動(dòng) 帶傳動(dòng)是一種應(yīng)用很廣泛的機(jī)械傳動(dòng)。帶傳動(dòng)又主動(dòng)輪，從動(dòng)輪和適度張緊在兩輪上的封閉環(huán)傳動(dòng)帶組成，它是利用傳動(dòng)帶作為中間的擾性件，依靠傳動(dòng)帶 與帶輪之間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)的。 4.1.1.3 鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)是由閉合的撓性環(huán)形兩條和主，從動(dòng)輪組成，鏈輪是特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒的鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，鏈傳動(dòng)時(shí)屬于帶有中間撓性的嚙合運(yùn)動(dòng)。 4.1.1.4 蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)是用來(lái)傳遞空間年交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，一般兩咒夾角為 90 度。 4.1.1.5 滾珠絲杠螺母副 為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差。因此形成不太長(zhǎng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常用滾珠絲杠副。 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá) 85%-98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的 24 倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于 1，因此不自鎖。如果滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)（如主軸箱或升降臺(tái)的升降），則必須有制動(dòng)裝置。 滾珠絲杠的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)實(shí)際上巨虎沒(méi)有什么差別。它可以消除反向間隙并施加預(yù)載，有助于提高定位精度和剛度。滾珠絲杠由專(zhuān)門(mén)工廠(chǎng)制造。 數(shù)控加工時(shí)，需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床上一般采用滾珠絲杠，它可將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，滿(mǎn)足進(jìn)給系統(tǒng)減少 摩擦的基本要求。該傳動(dòng)副傳動(dòng)效率高，摩擦力小，并可消除間隙，無(wú)反向空行程；但制造成本高，不能自鎖，尺寸亦不能太大，一般用于中小型數(shù)控機(jī)床的直線(xiàn)進(jìn)給。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 滑動(dòng)絲杠螺母副用于舊機(jī)床的數(shù)控改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等；滾珠絲杠螺母副用于中高檔數(shù)控機(jī)床；靜壓絲杠螺母副用于高精度 數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。滾珠絲杠螺母副滾珠循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)。 （ a）外循環(huán) (b) 內(nèi)循環(huán) 圖 4.1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)及原理 1） 內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終保持接觸的稱(chēng)為內(nèi)循環(huán)。喂了保證承載能力，一個(gè)螺母中要保證有 3 4 圈滾珠工作。內(nèi)循環(huán)滾珠的回路短，滾珠數(shù)目少，流暢性 好，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，且徑向尺寸緊湊，軸向剛度高。但此種循環(huán)方式不能用于多頭螺紋傳動(dòng)，回珠槽形狀復(fù)雜，需要用三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工。適用于各種高靈敏、高剛度的精密進(jìn)給定位系統(tǒng)。重載荷、多頭螺紋、大導(dǎo)程不宜采用。 2） 外循環(huán) 滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的稱(chēng)為外循環(huán)。根據(jù)滾珠循環(huán)回路結(jié)構(gòu)形式的不同可分為螺旋槽式、插管式和蓋板式等。 螺旋槽式的結(jié)構(gòu)在螺母體上的回珠螺旋槽與回珠孔不易準(zhǔn)確平滑連接，拐彎處曲率變化較大，滾珠運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)。擋珠機(jī)構(gòu)