1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目錄0摘要-3-1引言.-6- TOC o 1-3 h z u 摘要1947年，Parsons公司的John Parsons著手進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他想用空間數(shù)據(jù)控制機(jī)床加工飛機(jī)零件。1949年，Parsons公司與美國(guó)空軍簽定了制造第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的合同。1951年， 美國(guó)麻省理工學(xué)院承擔(dān)了這一項(xiàng)目。1952年，麻省理工學(xué)院（MIT）使用實(shí)驗(yàn)室制造的控制器和辛辛那提立式主軸展示三軸聯(lián)動(dòng)獲得成功，這標(biāo)志著數(shù)控時(shí)代的到來(lái)。到了1955年，幾經(jīng)改進(jìn)之后，數(shù)空技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于生產(chǎn)。早期

2、的NC機(jī)床能運(yùn)行穿孔卡和穿孔帶，兩者中以穿孔帶更為通用。但是，鑒于更換、編輯紙帶費(fèi)時(shí)費(fèi)力，后來(lái)便采用計(jì)算機(jī)作為編程的輔助工具。計(jì)算機(jī)在數(shù)控中的應(yīng)用有兩種形式：一是計(jì)算機(jī)輔助編程語(yǔ)言，二是實(shí)施直接數(shù)字控制（DNC），有了計(jì)算機(jī)輔助編程語(yǔ)言，程序員可用一套通用“混雜英語(yǔ)”命令編寫(xiě)NC程序，然后由計(jì)算機(jī)將其釋譯為機(jī)器碼并制成穿孔帶。直接數(shù)字控制是指用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)施部分或整體控制。雖然有些公司運(yùn)用DNC已獲得成功，但是，擴(kuò)大計(jì)算機(jī)容量、購(gòu)買軟件、協(xié)調(diào)DNC系統(tǒng)等花費(fèi)使這種系統(tǒng)并不適合所有公司，而只適用于一些大公司。最近，一種叫做分布式數(shù)字控制的新型DNC系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，它用計(jì)算機(jī)

3、網(wǎng)絡(luò)來(lái)協(xié)調(diào)多臺(tái)DNC機(jī)床的運(yùn)行。這種方式最終有可能用來(lái)協(xié)調(diào)整個(gè)工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)。這種分布式數(shù)字控制方法解決了協(xié)調(diào)直接數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)遇到的一些難題。在此基礎(chǔ)上，人們還開(kāi)發(fā)出另一種分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，其整個(gè)NC程序可從主機(jī)直接傳輸?shù)綑C(jī)床控制器。另外，該系統(tǒng)也可在必要時(shí)將程序從主機(jī)傳輸?shù)杰囬g的個(gè)人電腦（PC），然后再傳輸?shù)綑C(jī)床控制器工業(yè)機(jī)器人是在生產(chǎn)環(huán)境中用以提高生產(chǎn)效率的工具,它能做常規(guī)乏味的裝配線工作,或能做那些對(duì)于工人來(lái)說(shuō)是危險(xiǎn)的工作,例如,第一代工業(yè)機(jī)器人是用來(lái)在核電站中更換核燃料棒,如果人去做這項(xiàng)工作,將會(huì)遭受有害放射線的輻射。工業(yè)機(jī)器人亦能工作在裝配線上將小元件裝配到一起，如將電子元件安放在電

4、路印制板，這樣，工人就能從這項(xiàng)乏味的常規(guī)工作中解放出來(lái)。機(jī)器人也能按程序要求用來(lái)拆除炸彈，輔助殘疾人，在社會(huì)的很多應(yīng)用場(chǎng)合下履行職能。機(jī)器人可以認(rèn)為是將手臂末端的工具、傳感器和（或）手爪移到程序指定位置的一種機(jī)器。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)位置后，它將執(zhí)行某種任務(wù)。除了編程以及系統(tǒng)的開(kāi)停之外，一般來(lái)說(shuō)這些工作可以在無(wú)人干預(yù)下完成。關(guān)鍵字：加工精度，設(shè)計(jì)方案，分配，參數(shù)0 引言回顧即將過(guò)去的20世紀(jì)，人類取得的每一項(xiàng)重大科技成果，無(wú)不與制造技術(shù)，尤其與超精密加工技術(shù)密切相關(guān)。在某種意義上，超精密加工擔(dān)負(fù)著支持最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要使命。超精密加工技術(shù)在航天運(yùn)載工具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用。有

5、人對(duì)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)及盟國(guó)武器系統(tǒng)與超精密加工技術(shù)的關(guān)系做了研究，發(fā)現(xiàn)其中在間諜衛(wèi)星、超視距空對(duì)空攻擊能力、精確制導(dǎo)的對(duì)地攻擊能力、夜戰(zhàn)能力和電子對(duì)抗技術(shù)方面，與超精密加工技術(shù)有密切的關(guān)系。可以說(shuō)，沒(méi)有高水平的超精密加工技術(shù)，就不會(huì)有真正強(qiáng)大的國(guó)防。超精密車床要求其數(shù)控系統(tǒng)具有高編程分辨率（1nm）和快速插補(bǔ)功能（插補(bǔ)周期0.1ms）?；赑C機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP）的主從式硬件結(jié)構(gòu)是超精密數(shù)控的潮流，如美國(guó)的NAN OPATH和PRECITECHS ULTRAPATH TM都采用了這一結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運(yùn)動(dòng)控制模塊（PM AC）開(kāi)發(fā)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，使此類數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和可重構(gòu)性得到提

6、高。我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)研制開(kāi)發(fā)的YH1型數(shù)控系統(tǒng)采用ASW824工業(yè)一體化PC工作站為主機(jī)，用ADSP2181信號(hào)處理器模塊構(gòu)成高速下位伺服控制器。模塊化、構(gòu)件化是超精密車床進(jìn)入市場(chǎng)的重要技術(shù)手段，如美國(guó)ANORAD公司生產(chǎn)各種主軸、導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺(tái)，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)和車床。研制超精密車床時(shí)，布局就顯得非常關(guān)鍵。超精密車床往往與傳統(tǒng)車床在結(jié)構(gòu)布局上有很大差別，流行的布局方式是“T”型布局，這種布局使車床整體剛度較高，控制也相對(duì)容易，如Pneumo公司生產(chǎn)的大部分超精密車床都采用這一布局。模塊化使車床布局更加靈活多變，如日本超硅晶體研究株式會(huì)社研制的超精密車床，

7、用于車削超大硅晶片,采用三角菱形五面體結(jié)構(gòu)，用于提高剛度；德國(guó)蔡司公司研制了4軸精密車床AS100，用于加工自由形式表面，該車床除了X、Z和C軸外，附加了A軸，用于加工自由表面時(shí)控制砂輪的車削點(diǎn)。此外，一些超精密加工車床是針對(duì)特殊零件而設(shè)計(jì)的，如大型高精度天文望遠(yuǎn)鏡采用應(yīng)力變形盤(pán)加工，一些非球面鏡的研拋加工采用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)（CCOS）加工，這些車床都具有和通用車床完全不同的結(jié)構(gòu)。由此可見(jiàn)，超精密車床的結(jié)構(gòu)有其鮮明的個(gè)性，需要特殊的設(shè)計(jì)考慮和設(shè)計(jì)手段。為保證超精密車床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數(shù)控系統(tǒng)必須采用全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，高精度運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是進(jìn)行全閉環(huán)控制的必要條件。雙頻激光干涉儀具有

8、高分辨率（如ZYGO AX10MTM 2/20分辨率為1.25nm）與高穩(wěn)定性，測(cè)量范圍大，適合作車床運(yùn)動(dòng)線位移傳感器使用。但是雙頻激光干涉儀對(duì)環(huán)境要求過(guò)于苛刻，使用和調(diào)整非常困難，使用不當(dāng)會(huì)大大降低精度。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗(yàn)，德國(guó)Heidenhain公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密車床運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，如該公司LI P401,材料長(zhǎng)度220mm，分辨率為2nm，采用Zerodur材料制成幾乎達(dá)到零膨脹系數(shù)（0.1ppm/k），動(dòng)靜尺間隙為0.60.1mm，對(duì)環(huán)境要求低，安裝和使用方便，如Nanoform2500和Opt imum2400超精密車床都使用了Heidenhain光柵尺。在數(shù)控軟件方面，開(kāi)放性是

9、一個(gè)發(fā)展方向。國(guó)外有關(guān)開(kāi)放性數(shù)控系統(tǒng)的研究有歐共體的OS ACA、美國(guó)的OMAC和日本的OSEC。我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)件化多自由度運(yùn)動(dòng)控制軟件，可根據(jù)車床成形系統(tǒng)的布局任意組裝軟件，符合車床模塊化發(fā)展的方向。1.序言課題簡(jiǎn)介：本課題是圍繞將普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床展開(kāi)設(shè)計(jì)的，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉、操作使用方便，適合我國(guó)國(guó)情的裝有簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對(duì)原有舊機(jī)床進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的的生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價(jià)格。價(jià)格便宜、性能價(jià)格比適中是其最主要的特點(diǎn)，

10、特別適合在設(shè)備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時(shí)又能保持“萬(wàn)能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)該解決的問(wèn)題是如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進(jìn)給改造成由計(jì)算機(jī)控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給加工車床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的。數(shù)控機(jī)床可以很好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及多變零件的加工問(wèn)題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制。如

11、：數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一?，F(xiàn)我選用C620普通車床為例進(jìn)行數(shù)控改造。 第一章 設(shè)計(jì)方案的確定C620型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會(huì)擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明，將其改造為數(shù)控機(jī)床，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實(shí)可行了。一般說(shuō)來(lái)，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時(shí)具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。本設(shè)計(jì)主要是對(duì)C620普通型車床進(jìn)行數(shù)控改造，用微機(jī)對(duì)縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)

12、可采用開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制，開(kāi)環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動(dòng)等缺點(diǎn)，但其成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好，車床本身所進(jìn)行的加工尺寸是粗、半精加工。驅(qū)動(dòng)原件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)傳動(dòng)主要有：滑動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)和滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)兩種，經(jīng)比較分析：前者傳動(dòng)效率及精度較低，后者精度和效率高，但成本高，考慮對(duì)車床的性能要求，故采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。刀架性能要求是準(zhǔn)確快速的換刀，因此采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。一 總體設(shè)計(jì)方案的確定由于是對(duì)車床進(jìn)行數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用前提下，對(duì)同床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制；傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)；驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；數(shù)控系

13、統(tǒng)采用JWK型系統(tǒng)；刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了改造數(shù)量。二 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算將普通車床改造成數(shù)控機(jī)床，除了增加控制系統(tǒng)外，機(jī)械部分也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造，其中包括：縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型，以及自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選型。（一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型1、經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床的改造，采用步進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)縱向進(jìn)給，有兩種方案：一種是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母固定在溜板箱上；第二種是縱絲杠固定、電機(jī)安裝在溜板箱上，驅(qū)動(dòng)螺母?jìng)鲃?dòng)。對(duì)于車床的改造而言，采用第一種方案顯然簡(jiǎn)單易行。所以步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。從改裝方便，實(shí)用等方面考慮，所以將步進(jìn)電機(jī)放在絲杠的左端。2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)

14、的設(shè)計(jì)計(jì)算，已知條件：工作臺(tái)重量：W=80kgf=800N時(shí)間常量： T=25ms行 程： s=640mm步 驅(qū) 角： 2=0.75o/step快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/ms脈沖當(dāng)量： 8p=0.01mm/8tep（1）切削力的計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得公式 No=Nd （公式一）其中 NO 為傳動(dòng)件的額定功率Nd主電機(jī)的額定功率，見(jiàn)使用說(shuō)明書(shū)得：Nd=4.5 kw 從電機(jī)到所計(jì)算的傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率（不含軸承的效率）從電機(jī)到傳動(dòng)軸經(jīng)過(guò)皮帶輪和齒輪兩種傳動(dòng)件傳動(dòng)，所以=n1n2 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得n1 =0.96 n2=0.99所以：=0.960.99=0.9504 取 =0.95即N=40.95=

15、3.8（kw）又因?yàn)橹鱾鲃?dòng)系統(tǒng)效率一般為0.60.7 之間，所以取0.65所以NC（進(jìn)給效率）=3.80.65=2.47（kw）由機(jī)械加工工藝手冊(cè)得Pm= 9.8 （公式二）式中Vs 切削速度，設(shè)當(dāng)其為中等轉(zhuǎn)速，工件直徑為中等時(shí)，如D=40mm時(shí)，取Vs=100m/min主切削力FZ = =151.164（Rgf）=1511.64N由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得主切削力FZ=CFzapxfxfyfzkfz(經(jīng)驗(yàn)公式) CFzapxfx fyfz kfz (公式三)對(duì)于一般切削情況，切削力中的指數(shù)xfx1FZ=0.75 Kfz0CFZ=188kg/2=1880MpaF2的計(jì)算結(jié)果如下：ap()222333f()0.20.30.40.20.30.4Fz(N)10515241891168122872837為便于計(jì)算,所以取Fz=1511.7N,以切削深度ap=2走刀量f=0.3為以下計(jì)算以此為依據(jù)。由機(jī)械床設(shè)計(jì)手冊(cè)得，在一般外圓車削時(shí)，F(xiàn)x（0.10.6）FZFy(0.150.7)Fz取Fx=0.5 Fz Fy=0.6FzFx=0.51511.7=755.9(N)Fy=0.6 Fz=0.61511.7=907.0(N)（2）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算由經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床總設(shè)計(jì)，綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得P=RGx+f（Fz+w） (公式四)其中R=1.15 , f=0.150.18 取f