1第一章 緒論 1.1 數(shù)控機(jī)床的歷史和現(xiàn)狀 采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想，最早是40年代初提出的。當(dāng)時(shí)，美國(guó)北密執(zhí) 安的一個(gè)小型飛機(jī)承包商派爾遜斯公司在制造飛機(jī)框架和直升飛機(jī)的機(jī)翼葉片時(shí)，利用全 數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)葉片輪廓的加工路徑進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，并考慮了刀具半徑對(duì)加工路徑的 影響，使得加工精度達(dá)到10.03 81mm，這在當(dāng)時(shí)水平是相當(dāng)高的。 1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院成功地研制出一臺(tái)3坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的試驗(yàn)型數(shù)控銑床，這是公認(rèn) 的世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，當(dāng)時(shí)的電子元件是電子管。 1959年，開始采用晶體管元件和印制線路板，出現(xiàn)了帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱 為加工中心. 從1960年開始，其他一些工業(yè)國(guó)家，比如德國(guó)、日本等也陸續(xù)開發(fā)生產(chǎn)出了數(shù)控機(jī)床。 1965年，數(shù)控裝置開始采用小規(guī)模集成電路，使數(shù)控裝置的體積減小，功耗降低，可 靠性提高.但仍然是硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)。 1967年，英國(guó)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)，這就是最初的柔性制 造單元。 1970年， 在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上， 首次展出了用小型計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床。 這是第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床。 1974年， 微處理器直接用于數(shù)控系統(tǒng)， 促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。 80年代初，國(guó)際上出現(xiàn)了以加工中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢測(cè)裝置的 柔性制造單元。柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的必經(jīng)階 段和基礎(chǔ)。 我國(guó)從1958年開始研究數(shù)控技術(shù)，直到60年代中期處于研制、開發(fā)階段。1965年，國(guó) 內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。60年代初到70年代初研制成功X53K-1G數(shù)控銑床、CJK-18數(shù) 控系統(tǒng)和數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。從70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鉆、銼、磨、齒輪加 工、電加工等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。但由于電子元器件的 質(zhì)量和制造工藝水平低，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性問題沒有得到解決，因此未能廣 泛推廣。這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中 得到了推廣。80年代我國(guó)先后從日本、美國(guó)等國(guó)家引進(jìn)了部分?jǐn)?shù)控裝置和伺服系統(tǒng)技術(shù)， 并于1981年在我國(guó)開始批量生產(chǎn)。在此期間，我國(guó)在引進(jìn)、消化吸收的基礎(chǔ)上，跟蹤國(guó)外2先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了一些高檔的數(shù)控系統(tǒng)，如多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、分辨率為0.02um 的高精度數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿形系統(tǒng)、為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)等。為了適應(yīng)機(jī)械工業(yè)生 產(chǎn)不同層次的需要，我國(guó)開發(fā)出了多種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，我國(guó) 已經(jīng)建立了中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系，90年代主要發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床。 1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了 更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、 主軸驅(qū)動(dòng)、機(jī)床及結(jié)構(gòu)等提出了更高的性能指標(biāo)。隨著FMS的迅速發(fā)展和CMS的不斷成熟， 又將對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性、通訊功能、人工智能和自適應(yīng)控制等技術(shù)提出了更高的要求。 隨著微電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日益完善，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。當(dāng) 今數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，朝著高速度化、高精度化、多功能化、智能化、 系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。 1.2.1 高速度、高精度化 速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，特別 是在超高速切削、超精密加工技術(shù)的實(shí)施中，它對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸位移速度和定位精度提出 了更高的要求:另外，這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)又是互相制約的，也就是說要求位移速度越高，定 位精度就越難提高。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床配備了高性能的數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)，分辨率可達(dá)到 lum,0.lum, 0.0lum。為實(shí)現(xiàn)更高速度、更高精度的指標(biāo)，自前主要在下述幾方面采取措 施和進(jìn)行研究。 （1）數(shù)控系統(tǒng)。采用位數(shù)、頻率更高的微處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。目 前己由8位CPU過渡到16位和32位CPU， 并向64位CPU發(fā)展， 頻率已由原來的5MHz提高到16MHz, 20MHz和32MHzo同時(shí)也采用了超大規(guī)模的集成電路和多種微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)處理能力，即提高插補(bǔ)運(yùn)算的速度和精度。 (2) 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。隨著超高速切削、超精密加工等先進(jìn)工藝的提出，使得在旋轉(zhuǎn)伺 服電動(dòng)機(jī)加滾珠絲杠的傳統(tǒng)機(jī)械進(jìn)給機(jī)構(gòu)已無法實(shí)現(xiàn)。為此采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床 工作臺(tái)的零傳動(dòng)直線伺服進(jìn)給方式， 將極大地提高機(jī)床直線進(jìn)給的各項(xiàng)伺服性能指標(biāo)，特 別是高速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是以往任何伺服機(jī)構(gòu)無法比較的。 (3) 前饋控制技術(shù)。過去的伺服系統(tǒng)是將位置指令值與所檢測(cè)到的實(shí)際值比較，所得 的差乘以位置環(huán)的增益，其積再作為速度指令去控制電動(dòng)機(jī)。由于這種控制方式總是存在 著位置跟蹤滯后誤差，即當(dāng)進(jìn)給速度為F時(shí)，其伺服系統(tǒng)的最終滯后位F/G，這使得在加工3拐角及圓弧切削時(shí)加工精度惡化。所謂前饋控制，就是在原來的控制系統(tǒng)上加上速度指令 的控制方式，這樣將使位置跟蹤滯后誤差大大減小，以改善拐角切削加工精度。 (4) 機(jī)床動(dòng)、靜摩擦的非線性補(bǔ)償控制技術(shù)。機(jī)床動(dòng)、靜摩擦的非線性會(huì)導(dǎo)致機(jī)床爬 行。除了在機(jī)械結(jié)構(gòu)上采取措施降低靜摩擦外，新型的數(shù)控伺服系統(tǒng)具有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械系 統(tǒng)動(dòng)、靜摩擦非線性的控制功能。 (5) 伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和位置環(huán)均采用軟件控制。由于采用軟件控制具有較高的柔 性，適應(yīng)不同類型的機(jī)床對(duì)不同精度及速度的要求，進(jìn)行加、減速性能的調(diào)整，并能實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜的控制算法，以滿足高性能控制的要求。 (6) 采用高分辨率的位置檢測(cè)裝置。如高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi) 裝微處理器組成的細(xì)分電路，使得分辨率大大提高。 (7補(bǔ)償技術(shù)得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件補(bǔ)償功 能對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行多種補(bǔ)償，以提高機(jī)床的位置精度和動(dòng)態(tài)伺服性能，如軸向運(yùn)動(dòng)定點(diǎn)誤 差補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、齒輪間隙補(bǔ)償、熱變形補(bǔ)償和空間誤差補(bǔ)償?shù)取?(8) 高速大功率電主軸的應(yīng)用。由于在超高速加工中.對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速提出了極高的 要求，傳統(tǒng)的齒輪變速主傳動(dòng)系統(tǒng)已不能適應(yīng)其要求。為此，采用了所謂內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)主 軸，簡(jiǎn)稱電主軸。它是采用主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，即采用外殼電動(dòng) 機(jī)， 將其空心轉(zhuǎn)子直接套裝在機(jī)床主軸上， 帶有冷卻套的定子則安裝在主軸單元的殼體內(nèi)， 即機(jī)床主軸單元的殼體就是電動(dòng)機(jī)座。實(shí)現(xiàn)了變頻電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸一體化，以適應(yīng)主軸 高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。 (9) 超高速切削刀具的應(yīng)用。為適應(yīng)超高速加工要求， 目前陶瓷刀具和金剛石涂層 刀具已開始得到應(yīng)用。 (10) 配置高速、強(qiáng)功能的內(nèi)裝式可編程控制器(Programmable Logic Controller， 簡(jiǎn)稱PLC)。以提高PLC的運(yùn)行速度，滿足數(shù)控機(jī)床高速加工的要求。新型的PLC具有專用的 CPU，基本指令執(zhí)行時(shí)間達(dá)0. 2us/步，可編程步數(shù)可擴(kuò)大到16000步以上。利用PLC的高速 處理功能，將CNC與PLC之間有機(jī)地結(jié)合起來，能夠滿足數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中的各種實(shí)時(shí)控制要 求。 1.2.2多功能化 (1) 數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多能， 提高了設(shè)備利用率。 配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的各類加工中心， 能在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、銼削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋，甚至磨削等 多種工序的加工。工件一經(jīng)裝夾，各種工序和工藝加工過程集中到同一臺(tái)設(shè)備上完成，從4而避免了工件多次裝夾所造成的定位誤差，確保零件的形位公差，減少裝夾輔助時(shí)間，減 少設(shè)備臺(tái)數(shù)和占地面積。為了進(jìn)一步提高工效，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用了多主軸、多面體切削， 即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工，如各類五面體加工中心。 (2) 前臺(tái)加工、后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功能?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用了多CPU結(jié)構(gòu)和分級(jí)中斷 控制方式，可以在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行零件加工和程序編制，實(shí)現(xiàn)所謂的前臺(tái)加工后臺(tái)編 輯.即操作者可在機(jī)床進(jìn)入自動(dòng)循環(huán)加工的空余期間，同時(shí)利用數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤和CRT進(jìn)行 零件加工的編制，并利用CRT進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖形模擬顯示及所編程序的加工軌跡，進(jìn)行程序的 調(diào)試和修改，以充分提高工作效益和機(jī)床利用率。 (3) 具有更高的通信功能。為了適應(yīng)FMC,F MS以及進(jìn)一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求，一般 的數(shù)控系統(tǒng)都具有RS-232C和RS-422高速遠(yuǎn)距離串行接口，可以按照用戶級(jí)的格式要求， 同上一級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行多種數(shù)據(jù)交換。高檔的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)有的DNC接口，可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控 機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制?，F(xiàn) 代 數(shù) 控機(jī)床，為了適 應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，滿足工廠自動(dòng)化規(guī)模越來越大的要求，滿足不同廠家不同類 型數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的需要，采用了MAP工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MAP3.0 版本，為現(xiàn)代 數(shù)控機(jī)床進(jìn)入FMS和C工MS創(chuàng)造了條件。 1.2.3智能化 (1) 引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)。自適應(yīng)控制的目的是要求在隨機(jī)變化的加工過程中，通過 自動(dòng)調(diào)節(jié)加工過程中所測(cè)得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)校正自身的工作 參數(shù)，己達(dá)到或接近最佳工作狀態(tài)。由于在實(shí)際加工過程中，大約有30余種變量直接和間 接影響加工效果，如工件毛坯余量不勻、材料硬度不一致、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱 變形、化學(xué)親和力的大小、切削液的粘度等，難以用最佳參數(shù)進(jìn)行切削。而自適應(yīng)控制系 統(tǒng)則能根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，如伺服進(jìn)給參數(shù)、切削用量等，使加工 保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的 使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。 (2) 故障自診斷、自修復(fù)功能。主要是利用CNC系統(tǒng)的內(nèi)裝程序?qū)崿F(xiàn)在線診斷，即在 整個(gè)工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)診斷、檢查。 一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并通過了CRT進(jìn)行故障報(bào)警、提示發(fā)生故障的部 位、原因等。并利用冗余技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保在無人化 工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故障診斷要求，最近又提出了人工智能專家診斷系統(tǒng)，它 主要由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和人機(jī)控制器三部分組成。5(3) 刀具壽命自動(dòng)檢測(cè)更換。利用紅外、聲發(fā)射、激光等各種檢測(cè)手段，對(duì)刀具和工 件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損、破損，進(jìn)行及時(shí)報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償或更換備用刀具， 以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 (4) 進(jìn)行模式識(shí)別技術(shù)。應(yīng)用圖像識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)器自己辨認(rèn)圖樣，按照自然 語音命令進(jìn)行加工。 1.2.4數(shù)控系統(tǒng)小型化 數(shù)控系統(tǒng)體積小型化便于將機(jī)、 電裝置融合為一體。 目前主要采用超大規(guī)模集成元件、 多層印制電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度的安裝，可以較大的縮小 了系統(tǒng)的占有空間。此外，用新型的TFT彩色液晶薄膜型顯示器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陰極射線管 CRT，即可使數(shù)控操作系統(tǒng)進(jìn)一步小型化。這樣可更方便地將它安裝在機(jī)床設(shè)備上，更便 于對(duì)數(shù)控機(jī)床的操作使用。 1.2.5數(shù)控編程自動(dòng)化 由于微處理機(jī)的應(yīng)用，使數(shù)控編程從脫機(jī)編程發(fā)展到在線編程，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話，給 程序編輯、調(diào)試、修改帶來了極大的方便。并進(jìn)一步采用了前臺(tái)加工后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功 能，使數(shù)控機(jī)床的利用率得到更大的發(fā)揮。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD被彈入 圖形交互式自動(dòng)編程已得到應(yīng)用，它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，自動(dòng)生成NC零件加 工程序，實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，目前又出現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM集成的 全自動(dòng)編程方式，它與CAD/CAM系統(tǒng)編程的最大區(qū)別是其編程所需的加工工藝參數(shù)不必有 人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)獲得。另外，還出現(xiàn)了測(cè)量、編程、加工一體化系 統(tǒng)。它是通過激光快速掃描成型系統(tǒng)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等對(duì)樣機(jī)零件進(jìn)行測(cè)量，并把所測(cè)得 數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)內(nèi)，一方面通過CAD系統(tǒng)而獲得樣機(jī)零件圖樣，另一方面通過數(shù)控自 動(dòng)編程系統(tǒng)，將其處理生成NC加工程序，然后通過通信接口送入數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行控制自動(dòng) 加工。 1.2.6更高的可靠性 數(shù)控機(jī)床工作的可靠性是用戶最關(guān)注的主要指標(biāo)，它主要取決于數(shù)控系統(tǒng)和各伺服驅(qū) 動(dòng)單元的可靠性，為提高可靠性，目前主要在以下幾個(gè)方面采取措施。 (1) 提高系統(tǒng)硬件質(zhì)量.采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模和超大規(guī)模的專用 機(jī)混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，精簡(jiǎn)外部連線和降低功耗，對(duì)元器件進(jìn)行嚴(yán)格 篩選，采用高質(zhì)量的多層印制電路板，實(shí)行三維高密度安裝工藝，并經(jīng)過必要的老化、振 動(dòng)等有關(guān)考機(jī)試驗(yàn)。 (2) 模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，6同時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，既提高了硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和 質(zhì)量把關(guān)。 (3) 增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能。通過自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)診斷、在線診斷、離線 診斷等多種自診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。 利用報(bào)警提示，及時(shí)排除故障；利用容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)重要部件采取冗余設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)故障自 恢復(fù)；利用各種測(cè)試、監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)產(chǎn)生超程、刀損、干擾、斷電等各種意外事件時(shí)，自 動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。 1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 從微觀上看數(shù)控機(jī)床相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性。這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng) 所包含的計(jì)算機(jī)的特性。 (1) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床無法加工的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)可以瞬時(shí) 準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)量，就可以復(fù)合成復(fù)雜 的曲線和曲面。 (2) 可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，且是柔性自動(dòng)化，效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3-7倍。計(jì)算機(jī)可 以將輸入的程序記憶和存儲(chǔ)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。傳統(tǒng) 機(jī)床可以靠凸輪或擋塊等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，稱之為剛性自動(dòng)化。但凸輪制造及調(diào)整比較費(fèi)時(shí)， 只有進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)才經(jīng)濟(jì)合理。而數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工 的自動(dòng)化，從而使單件和小批量生產(chǎn)得以自動(dòng)化，稱之為“柔性自動(dòng)化”。 (3)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。加工過程 自動(dòng)化，不受人的情緒高低和疲勞因素的影響。計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng)進(jìn)行刀具壽命管理，不 會(huì)因?yàn)榈毒吣p而影響工件精度和一致性。此外數(shù)控系統(tǒng)中增加了機(jī)床誤差、加工誤差修 正補(bǔ)償?shù)墓δ埽辜庸ぞ鹊玫竭M(jìn)一步提高。 (4) 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)是自動(dòng)化帶來的效果(可以 自動(dòng)更換刀具)。如加工中心在工件裝夾后，可實(shí)現(xiàn)鉆、銑、鏗、攻絲、擴(kuò)孔等多工序的 加工?，F(xiàn)在己出現(xiàn)其他工序集中的機(jī)床、如車削中心、車銑中心、磨削中心等。 (5) 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無人加 工。在配備多種傳感器條件下，工人只工作8小時(shí)，而機(jī)床可工作24小時(shí)，勞動(dòng)生產(chǎn)率的 提高和生產(chǎn)周期的縮短等效益是非常明顯的。 此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS(計(jì)算 機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。7從宏觀上看工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)在70年代末、80年代初己開始大規(guī)模應(yīng)用 數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工業(yè))的技術(shù)改造，除采 用數(shù)控機(jī)床外、還包括推行CAD, CAE,CAM及MIS(管理信息系統(tǒng))、CMS(計(jì)算機(jī)集成制造系 統(tǒng))。以及在其產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外 軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化)，最終使得產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上 競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)，而我國(guó)在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家落后約20年，因此每年 都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性。 從20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在引進(jìn)、消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量 的開發(fā)工作，到1995年底，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的可供品種己超過300種，其中數(shù)控車床占40%以 上。但是大型臥式銼銑床由于其精度高，加工零件曲線的不規(guī)則，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床結(jié)構(gòu) 等方面要求都高，目前國(guó)內(nèi)的大部分均采用昂貴的進(jìn)口設(shè)備。8第二章 機(jī)床改造的任務(wù)及總體思想 2.1 機(jī)床改造的總體任務(wù) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算：此部分為設(shè)計(jì)計(jì)算部分，用以確定脈沖當(dāng)量，進(jìn)給牽引力， 選擇絲杠螺母副，計(jì)算傳動(dòng)效率，確定傳動(dòng)比，選擇伺服電機(jī)等，并繪制改造后機(jī)床的總 裝配圖及箱體。 2.2 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案確定 2.2.1伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)： 開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置的控制指令直接通過驅(qū)動(dòng)裝置控制步進(jìn) 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，然后通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成刀架或工作臺(tái)的位移。這種控制系統(tǒng)由于沒有 檢測(cè)反饋校正，位移精度一般不高，但其控制方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。 閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱全閉環(huán)控制系統(tǒng)，其檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床刀架或工作臺(tái)等執(zhí)行部件 上，用以直接檢測(cè)這些執(zhí)行部件的實(shí)際運(yùn)行位置（直線位移），并將其與 CNC 裝置的指令 位置（或位移）相比較，用差值進(jìn)行控制。但是，由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)包含在閉環(huán)控制 的環(huán)路中，各部件的摩擦性，剛性等都是非線性量，直接影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，因此，閉 環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)速都有很大難度。所以，閉環(huán)控制系統(tǒng)主要用于精度要求高的場(chǎng)合。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的檢測(cè)元件裝在電機(jī)或者絲杠的端頭，通過測(cè)量伺服電機(jī)的角位 移間接計(jì)算出機(jī)床工作臺(tái)等執(zhí)行部件的實(shí)際位置（或位移），然后進(jìn)行反饋控制。由于將 絲杠螺母副及機(jī)床工作臺(tái)等大慣量環(huán)節(jié)排除在閉環(huán)控制系統(tǒng)之外，不能補(bǔ)償他們的運(yùn)動(dòng)誤 差，精度受到影響，但系統(tǒng)穩(wěn)定性有所提高，調(diào)試比較方便、價(jià)格也較全閉環(huán)系統(tǒng)便宜。 本次改造由于使用步進(jìn)電機(jī)，所以可以選擇開環(huán)控制系統(tǒng)。 2.2.2傳動(dòng)方式的選擇 為保證改造后的數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度及工作臺(tái)的平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)， 應(yīng)努力保證傳動(dòng)系統(tǒng)低摩擦、低慣量、高效率、高剛度。因此在傳動(dòng)系統(tǒng)中注意以下幾點(diǎn)： (1) 用低摩擦高精度的傳動(dòng)元件：如滾珠絲杠螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌。 (2) 采用消隙齒輪減小傳動(dòng)間隙。92.3 數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì) 為了使數(shù)控系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期、可靠、方便地在工業(yè)環(huán)鏡中運(yùn)行，在制定數(shù)控系統(tǒng)總體方 案時(shí)必須重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面。 (1) 加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，硬件規(guī)模和硬件的制造工藝 水平往往是影響可靠性的關(guān)鍵因素。因此，應(yīng)選用高性能的CPU作為系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核 心，并盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能。在系統(tǒng)的具體硬件構(gòu)成上，選用可靠性高的工 控PC作為數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)，減少自制硬件數(shù)量。此外，在軟件設(shè)計(jì)、電源選用、接插件 設(shè)計(jì)與選用、接地與屏蔽設(shè)計(jì)等方面采用強(qiáng)抗干擾、高可靠性的設(shè)計(jì)，從而全面提高系統(tǒng) 的可靠性。 (2) 提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度。數(shù)控系統(tǒng)的控制精度是保證機(jī)床加工精度的關(guān)鍵。因 此，它在數(shù)控系統(tǒng)中處于重要位置。如提高數(shù)控系統(tǒng)的最小分辨率，使用高精度的步進(jìn)電 機(jī)， 采用高速高精度插補(bǔ)算法， 提高軌跡生成精度；增強(qiáng)位置環(huán)控制能力；增加補(bǔ)償功能等。 (3) 提高使用方便性。提高數(shù)控編程的方便性，是提高數(shù)控系統(tǒng)使用方便性的關(guān)鍵。 因此，數(shù)控系統(tǒng)除提供全屏幕編輯進(jìn)行手工編程外，還應(yīng)該配置自動(dòng)編程系統(tǒng)，從而大大 提高數(shù)控編程的速度和智能化程度，大大方便普通用戶的使用。另外，因?yàn)楝F(xiàn)代工人都比 較熟悉個(gè)人計(jì)算機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)在操作方面應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)鍵盤或與其兼容的薄膜鍵盤等 輸入設(shè)備，也可用軟盤、移動(dòng)磁盤、串行通訊、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等輸入零件程序。此外，數(shù)控系 統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置仿真功能，便于用戶在加工前檢查零件程序的正確性。 2.4 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)由工控PC硬件平臺(tái)、數(shù)控操作面板(包括LCD顯示器，鍵盤)、數(shù)控接口板卡(工/0 板，D/A板)和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。PC硬件平臺(tái)包括工控電源、無源母板、工控PC主板和 軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器等。數(shù)控操作面板上有液晶顯示器和薄膜鍵盤等。數(shù)控接口板卡 是計(jì)算機(jī)與外部執(zhí)行裝置間進(jìn)行信息交換和轉(zhuǎn)換的通道，對(duì)內(nèi)通過無源母板與工控PC主板 相連，對(duì)外通過屏蔽電纜與驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置相連接。 該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)包括四個(gè)子系統(tǒng):進(jìn)給軸控制與驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)；主軸控制與驅(qū)動(dòng) 子系統(tǒng)；開關(guān)量控制系統(tǒng)。 主軸控制與驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的功能包括兩方面:主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)速控制，以滿足寬范圍切削 速度的要求；主軸轉(zhuǎn)角的精確控制，以滿足加工螺紋時(shí)的主軸與進(jìn)給軸的聯(lián)動(dòng)控制和換刀10時(shí)的主軸精確定位控制要求。 開關(guān)量控制系統(tǒng)完成機(jī)床的邏輯順序運(yùn)動(dòng)控制，如主軸起?？刂?、刀具交換、工件裝 夾、冷卻開關(guān)、行程保護(hù)等任務(wù)。開關(guān)量控制系統(tǒng)與其它模塊相配合，共同完成機(jī)床工作 過程的控制。 2.5 數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)軟件為實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各任務(wù)在數(shù)控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)控制下協(xié)調(diào)進(jìn) 行。 (1) 數(shù)控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它是數(shù)控系統(tǒng)軟件中的核心子系統(tǒng)，它對(duì)系統(tǒng)中的資源進(jìn)行 統(tǒng)一管理，對(duì)各任務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，協(xié)調(diào)各模塊的高效運(yùn)行，并輔助完成各任務(wù)間的通訊 和信息交換。 (2) 信息預(yù)處理。 該模塊完成輸入信息譯碼， 完成軌跡插補(bǔ)前的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和刀補(bǔ)運(yùn)算。 (3) 軌跡插補(bǔ)。它是數(shù)控系統(tǒng)的核心模塊，其任務(wù)是根據(jù)信息預(yù)處理給出的希望軌跡 和從檢測(cè)裝置獲得的實(shí)際軌跡信息，實(shí)時(shí)生成機(jī)床各坐標(biāo)軸的移動(dòng)指令，并完成機(jī)床運(yùn)動(dòng) 的加減速控制。 (4) 運(yùn)動(dòng)控制。該模塊是數(shù)控系統(tǒng)的另一核心模塊，它根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)果，通過高速 算法對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)行高精度位置控制，并完成主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的控制任務(wù)。 (5) 加工仿真模塊。該模塊以動(dòng)畫方式對(duì)數(shù)控加工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，從而在加工前 檢驗(yàn)參數(shù)輸入正確性和機(jī)床運(yùn)動(dòng)合理性11第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算CW6163機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)如表31： 最大回轉(zhuǎn)直徑 630mm電機(jī)功率 10KWLmax 2000mm快進(jìn)速度 縱向 2.4m/min橫向 1.2m/min切削速度 縱向 0.5m/min橫向 0.25m/min定位精度 0.015mm移動(dòng)部件重量 縱向 1200N橫向 800N加速時(shí)間 30ms機(jī)床效率 0.7表31CW6163機(jī)床主要技術(shù)參數(shù) 3.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 車床縱向脈沖當(dāng)量為0.01/m脈沖；橫向脈沖當(dāng)量為0.005m/脈沖。 3.2 切削力的確定 縱切端面時(shí)的主切削力zF=0.675.1maxD=10595(N)(264941 )(42384.0 NFzF NFFx zy = = = = 橫切端面時(shí)的主切削力12)(21194.0 )(132441)(529721NFF NFFNFFzxzyzz = = = = = = 其中： 。 ，單位為 車床床身加工最大直徑 mmDmax3.3 計(jì)算進(jìn)給牽引力 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切 削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因此其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的類型有關(guān)。 縱向采用三角形 導(dǎo)軌： )(4934)12010595(16.0264915.1)( NGFfKFFzxm = + + = + + = 橫向采用燕尾形導(dǎo)軌：)(4080)8013242219(2.02194.1)2( NGFFfKFF yzxm = + + + = + + + = 式中：G為移動(dòng)部件的重量（N）；f為導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形勢(shì)而不同；K為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。 在正常情況下，K及 f可取如下數(shù)值： 燕尾形導(dǎo)軌：K=1.42.0 = f三角形導(dǎo)軌：K=1.1518.015.0 =f3.4 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C 選用滾珠絲杠副的直徑d0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn) 后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最 大動(dòng)負(fù)載C，計(jì)算如下： 縱向： 初選絲杠基本導(dǎo)程 mmL 80 =13。 ， ， ， 查表取 kNCmmdmmLFZD kNFfLCLLvnamws255085008 )(8.1800549342.1125.28125.28101500025.316025.3110000033 60 = = = = = = = = = =)(1207540802.115 1510150007.16607.1661.01000100063 600kNCLLvn mmLs = = = = = = = = ， 初選絲杠基本導(dǎo)程 橫向： 查表選擇FFZD2506, kNCdL a 13,25,600 = = = 均為FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副23 1500,3/12/1min/0 - = 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)見表 ； ），對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 （ 為使用壽命 ）； 為絲杠導(dǎo)程，（ ）； 的 ）?？扇∽罡哌M(jìn)給速度 進(jìn)給速度（ 為最大切削力條件下的 其中：wsf hThT mLmv運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 無沖擊狀態(tài) 1.01.2 一般運(yùn)轉(zhuǎn) 1.21.5 有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 1.52.5 表32運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 3.5 傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 )( j g g h + =tgtg其中： 分。 其摩擦角約為 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 摩擦角，滾珠絲杠副的 絲杠螺旋升角 10,004.0003.0 = - - f j g14縱向： %33.94)17.092.2( 92.2 92.2508arctanarctan00 = + = = = = tgtgdLr h p p 橫向： %25.96)17.037.4( 37.4 37.4256arctanarctan00 = + = = = = tgtgdLr h p p 3.6 剛度計(jì)算 滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下 引起軸向變形的因素：絲杠的拉伸或壓縮變形量1 d ： 縱向：)(1076.9250106.20 84934 5240 mmEFLFLm - = = = D ） （ p 預(yù)緊后滿足要求 )(0366.030122.03)(0122.0100081076.91501 mm mmLLL = = = = D = - d d 橫向； 預(yù)緊后滿足要求 )(0132.050061042.2)(1042.1)225(106.20640804014240mmLLLmmEFLFLm = = D = = = = D - - d p 3.7 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算 3.7.1確定傳動(dòng)比 確定當(dāng)機(jī)床脈沖當(dāng)量和滾珠絲杠導(dǎo)程確定以后，可以先初選步進(jìn)電 機(jī)的步距角，計(jì)算伺服系統(tǒng)的降速比IPbLi d q3600 =15縱向： 3401.0360 86.0 = =i橫向： 205.0360 66.0 = =i3.7.2齒輪參數(shù)的計(jì)算 摸數(shù)m取2。 計(jì)算如下： 縱向：取小圓齒數(shù)為36， 小齒輪：)(5.2225.125.1 )(221 )(7223611 mmh mmhh mmzdf aa = = = = = = = = = * 大齒輪： )(9624822 mmmzd = = = 橫向：取小圓齒數(shù)為18小齒輪：)(5.2225.125.1 )(221 )(3621811 mmmh mmmhh mmmzdf aa = = = = = = = = = * 大齒輪： )(7223622 mmmzd = = = 3.8 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 3.8.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 （1）齒輪、軸、絲杠等圓柱體慣量計(jì)算（ 2.cmkg）82MDJ = 對(duì)于鋼材：34 1078.0 - = LDJ式中：M圓柱體質(zhì)量（kg）D圓柱體直徑（cm）L圓柱體長(zhǎng)度（cm） r 鋼材的密度 23/108.7 cm - = r16對(duì)于齒輪：D可取分度圓直徑，L取齒輪寬度； 對(duì)于絲杠：D可近似取絲杠公稱直徑滾珠直徑，L取絲杠長(zhǎng)度。 具體計(jì)算如下： 縱向：).(19.41022.778.0 ).(25.131026.978.0 ).(5.971020578.0 234 234234cmkgJ cmkgJ cmkgJzz = = = = = = - - - 小 大 絲杠 橫向：).(236.0108.16.378.0 ).(7.3108.12.778.0 ).(285.210755.278.0 234 234234cmkgJ cmkgJ cmkgJzz = = = = = = - - - 小 大 絲杠 （2）絲杠傳動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一對(duì)齒輪降速后傳到絲杠，此傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：)2()()( 2022211 pLgGJJzzJJ s + + + = 式中： ）。 絲杠的導(dǎo)程（ ）； 件的重量（ 工作臺(tái)及工件等移動(dòng)部 ； 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ； 大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ； 小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 動(dòng)慣量（cmL NG cmkgJcmkgJ cmkgJJS - - - - - -022221 2).).( ).()kg.cm上的轉(zhuǎn) 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸 具體計(jì)算如下： 縱向： ).70.67()28.0(8.9120)5.9725.13()43(19.4 222 cmkgJ = + + + = p 橫向： ).94.1()26.0(8.980)285.27.3()21(236.0 222 cmkgJ = + + + = p 3.8.2電機(jī)力矩的計(jì)算 電機(jī)的負(fù)載力矩在各種工況下是不同的，下面分快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩、快速進(jìn)給 時(shí)所需力矩、最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩等幾部分介紹其計(jì)算方法。 （1） 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 起M0max MMMM f + + = 起17式中： ）。 矩（ 電機(jī)軸上的附加摩擦力 由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到 ） 力矩（ 折算到電機(jī)軸上的摩擦 ）； 軸上的加速力矩（ 空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī) ）； 快速空載起動(dòng)力矩（ 起mNM mNM mNMmNMf . .0max - - - - （2） 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 快M0MMMf + = 快 因此對(duì)運(yùn)動(dòng)部件已起動(dòng)，固不包含maxaM ，顯然 起 快 MM 。 （3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切Mtf MMMM + + = 0切 式中： ）。 負(fù)載力矩（ 折算到電機(jī)軸上的切削 mNMt .在采用絲杠螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種力矩可用下式計(jì)算2max2max 1060210260 - S - S S = = = aamx tnJnJJM p p e 式中： ）。 時(shí)間（ 最大進(jìn)給速度所需要的 運(yùn)動(dòng)部件從停止加速到 ）； 步進(jìn)電機(jī)的步距角（ ）； 脈沖當(dāng)量（ ）； 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（ ）； 電機(jī)最大角加速度（ ）； 上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸st mrn sN cmkgJabp - - - - - - S q d e min/ .max 2 2摩擦力矩 ） （mNMf .iLFMf 200 ph = 式中：18。 取 傳動(dòng)鏈總效率，一般可 計(jì)算； 齒輪降速比，按 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； ）； 運(yùn)動(dòng)部件總重量（ 引力處摩擦力的計(jì)算； ），其計(jì)算如計(jì)算牽 （ ，進(jìn)行切削加工時(shí) 空載快速起動(dòng)時(shí) ）； 垂直方向切削力（ 85.07.0/12000 = - = - - - + = = - h h zziifNG GFzfFGfFNF附加摩擦力矩 ） （mNM .0 ） （20000 12 h ph - = iLFM p式中： 。動(dòng)效率，一般取 滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳 滾珠絲杠導(dǎo)程； ）； 為進(jìn)給牽引力（ ， 般取 滾珠絲杠預(yù)加載荷，一 9.03/1 0000 - - - h hL NFFF mmP折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 ） （cmNMt .iLFM tt 20 ph = 式中： 其于參數(shù)如上。 ）； 進(jìn)給方向最大切削力（NFt - 具體計(jì)算： 橫向：).(264.11028.02 6.02119 ).(055.010%25.96128.02 6.03/14080).(728.01028.02 6.052978002.0 ).(0955.01028.02 6.08002.0).(71.21003.060400294.12220222maxmNM mNMmNM mNMmNMtffa = = = - = = + = = = = = - - - - - p p p p p ） （ ） （).(047.2264.1055.0728.0 ).(86.2055.00955.071.20 0max mNMMMM mNMMMM tf f = + + = + + = = + + = + + = 切 起19縱向：由上面計(jì)算知，在 起M、 快M、 切M三種工況下，快速空載起動(dòng)所需力矩最大， 所以只需計(jì)算 起M。).(332.4216.0229.0887.3 ).(216.010%33.9413/48.02 8.03/14934).(229.0103/48.02 8.0120016.0 ).(45.91003.060400270.670max22022maxmNMMMM mNMmNM mNMffa = + + = + + = = - = = = = = - - - 起 ） （ p p p 3.9 步進(jìn)電機(jī)的選擇 目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中大多數(shù)采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。1.首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)距 初選電機(jī)型號(hào)maxjM從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，86.0M/jmax = = 起M l 縱向： ).(002.5866.0/332.4/ mNM = = l 起 按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表（三相）可查出，110BYG3500型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 為8N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起 動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。 步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)頻率 400001.0604.21000601000max = = = pq vf d Hz最高工作頻率 133301.0608.01000601000 = = = psg vf d Hz從電機(jī)表中查出，110BYG3500 型步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率為 1600Hz，運(yùn)行頻率為 30000Hz，滿足要求。 橫向： mNM .30.3866.0/86.2/ = = l 起 按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表（三相）可查出，90BYGH3502型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 5N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn) 行矩頻特性。20步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)頻率 4000005.0602.11000601000max = = = pq vf d Hz最高工作頻率 1333005.060