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1、目录0摘要-3-1引言.-6-第一章 设计方案的确定- 9 -一 总体设计方案的确定- 9 -二 机械部分的设计与计算- 10 -（一）纵向进给系统的设计选型- 10 -(二) 横向进给系统的设计与计算- 15 -第二章 步进电动机的选择- 19 -一步进电动机选用原则- 19 -二步进电机的选型- 20 -（一）纵向进给系流步进电机的确定- 20 -（二）横向进给系流步进电机的确定- 20 -（三）110BF003型直流步进电机主要技术参数- 20 -（四）110BF004型直流步进电机主要技术参数- 21 -第三章经济型数控系统选型- 21 -第四章 电动刀架的选型- 22 -第五章 编制
2、零件工序及数控程序实例- 23 -一机床设计参数的选择- 23 -（一）车床纵向运动由Z向步进电动机控制- 23 -（二）车床横向运动由X向步时电动机控制- 23 -二程序设计- 23 -（一）数控机床参数及约定- 23 -(二) 编程参数说明- 23 -参考文献- 27 -体会- 28 -摘要1947年，Parsons公司的John Parsons着手进行一项实验，他想用空间数据控制机床加工飞机零件。1949年，Parsons公司与美国空军签定了制造第一台数控机床的合同。1951年， 美国麻省理工学院承担了这一项目。1952年，麻省理工学院（MIT）使用实验室制造的控制器和辛辛那提立式主轴展
3、示三轴联动获得成功，这标志着数控时代的到来。到了1955年，几经改进之后，数空技术开始应用于生产。早期的NC机床能运行穿孔卡和穿孔带，两者中以穿孔带更为通用。但是，鉴于更换、编辑纸带费时费力，后来便采用计算机作为编程的辅助工具。计算机在数控中的应用有两种形式：一是计算机辅助编程语言，二是实施直接数字控制（DNC），有了计算机辅助编程语言，程序员可用一套通用“混杂英语”命令编写NC程序，然后由计算机将其释译为机器码并制成穿孔带。直接数字控制是指用一台计算机对一台或多台数控机床实施部分或整体控制。虽然有些公司运用DNC已获得成功，但是，扩大计算机容量、购买软件、协调DNC系统等花费使这种系统并不适
4、合所有公司，而只适用于一些大公司。最近，一种叫做分布式数字控制的新型DNC系统已经开发出来，它用计算机网络来协调多台DNC机床的运行。这种方式最终有可能用来协调整个工厂的运转。这种分布式数字控制方法解决了协调直接数字控制系统时遇到的一些难题。在此基础上，人们还开发出另一种分布式数字控制系统，其整个NC程序可从主机直接传输到机床控制器。另外，该系统也可在必要时将程序从主机传输到车间的个人电脑（PC），然后再传输到机床控制器工业机器人是在生产环境中用以提高生产效率的工具,它能做常规乏味的装配线工作,或能做那些对于工人来说是危险的工作,例如,第一代工业机器人是用来在核电站中更换核燃料棒,如果人去做这
5、项工作,将会遭受有害放射线的辐射。工业机器人亦能工作在装配线上将小元件装配到一起，如将电子元件安放在电路印制板，这样，工人就能从这项乏味的常规工作中解放出来。机器人也能按程序要求用来拆除炸弹，辅助残疾人，在社会的很多应用场合下履行职能。机器人可以认为是将手臂末端的工具、传感器和（或）手爪移到程序指定位置的一种机器。当机器人到达位置后，它将执行某种任务。除了编程以及系统的开停之外，一般来说这些工作可以在无人干预下完成。关键字：加工精度，设计方案，分配，参数0 引言回顾即将过去的20世纪，人类取得的每一项重大科技成果，无不与制造技术，尤其与超精密加工技术密切相关。在某种意义上，超精密加工担负着支持
6、最新科学发现和发明的重要使命。超精密加工技术在航天运载工具、武器研制、卫星研制中有着极其重要的作用。有人对海湾战争中美国及盟国武器系统与超精密加工技术的关系做了研究，发现其中在间谍卫星、超视距空对空攻击能力、精确制导的对地攻击能力、夜战能力和电子对抗技术方面，与超精密加工技术有密切的关系。可以说，没有高水平的超精密加工技术，就不会有真正强大的国防。超精密车床要求其数控系统具有高编程分辨率（1nm）和快速插补功能（插补周期0.1ms）。基于PC机和数字信号处理芯片（DSP）的主从式硬件结构是超精密数控的潮流，如美国的NAN OPATH和PRECITECHS ULTRAPATH TM都采用了这一结
7、构。数控系统的硬件运动控制模块（PM AC）开发应用越来越广泛，使此类数控系统的可靠性和可重构性得到提高。我国国防科技大学研制开发的YH1型数控系统采用ASW824工业一体化PC工作站为主机，用ADSP2181信号处理器模块构成高速下位伺服控制器。模块化、构件化是超精密车床进入市场的重要技术手段，如美国ANORAD公司生产各种主轴、导轨和转台，用户可根据各自的需要组成一维、两维和多维超精密运动控制平台和车床。研制超精密车床时，布局就显得非常关键。超精密车床往往与传统车床在结构布局上有很大差别，流行的布局方式是“T”型布局，这种布局使车床整体刚度较高，控制也相对容易，如Pneumo公司生产的大部
8、分超精密车床都采用这一布局。模块化使车床布局更加灵活多变，如日本超硅晶体研究株式会社研制的超精密车床，用于车削超大硅晶片,采用三角菱形五面体结构，用于提高刚度；德国蔡司公司研制了4轴精密车床AS100，用于加工自由形式表面，该车床除了X、Z和C轴外，附加了A轴，用于加工自由表面时控制砂轮的车削点。此外，一些超精密加工车床是针对特殊零件而设计的，如大型高精度天文望远镜采用应力变形盘加工，一些非球面镜的研抛加工采用计算机控制光学表面成形技术（CCOS）加工，这些车床都具有和通用车床完全不同的结构。由此可见，超精密车床的结构有其鲜明的个性，需要特殊的设计考虑和设计手段。为保证超精密车床有足够的定位精
9、度和跟踪精度，数控系统必须采用全闭环结构，高精度运动检测是进行全闭环控制的必要条件。双频激光干涉仪具有高分辨率（如ZYGO AX10MTM 2/20分辨率为1.25nm）与高稳定性，测量范围大，适合作车床运动线位移传感器使用。但是双频激光干涉仪对环境要求过于苛刻，使用和调整非常困难，使用不当会大大降低精度。根据我们的使用经验，德国Heidenhain公司生产的光栅尺更适合超精密车床运动检测，如该公司LI P401,材料长度220mm，分辨率为2nm，采用Zerodur材料制成几乎达到零膨胀系数（0.1ppm/k），动静尺间隙为0.60.1mm，对环境要求低，安装和使用方便，如Nanoform2
10、500和Opt imum2400超精密车床都使用了Heidenhain光栅尺。在数控软件方面，开放性是一个发展方向。国外有关开放性数控系统的研究有欧共体的OS ACA、美国的OMAC和日本的OSEC。我国国防科技大学在此基础上提出了构件化多自由度运动控制软件，可根据车床成形系统的布局任意组装软件，符合车床模块化发展的方向。1.序言课题简介：本课题是围绕将普通机床设计成经济型数控机床展开设计的，经济型数控机床是指价格低廉、操作使用方便，适合我国国情的装有简易数控系统的高效自动化机床。中小型企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行设计，实现数控化、自动化。经济型数控机床系统就是结合现实的的生产实际
11、，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。价格便宜、性能价格比适中是其最主要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床设计，适合在生产第一线大面积推广。企业应用经济型数控型系统对设备进行设计后，将提高产品加工精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的竞争能力。利用微机设计现有的普遍车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，进给设计成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给加工车床，即经济型数控车床。 进行数控机床的设计是非常有必要的。数控机床可以很好地解决形状复杂、精密、
12、小批量及多变零件的加工问题。能够稳定加工质量和提高生产效率，但是数控机床的运用也受到其他条件的限制。如：数控机床价格昂贵，一次性投资巨大等，因此，普通车床的数控设计，大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术设计主要方向之一。 第一章 设计方案的确定一 总体设计方案的确定由于是对车床进行数控设计，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用前提下，对同床的改动尽可能少，以降低成本。根据这一原则，决定数控系统采用开环控制；传动系统采用滚珠丝杠螺母传动；驱动元件采用步进电动机；数控系统采用JWK型系统；刀架采用自动转位刀架。这样车床既保留原有功能，又减少了设计数量。二 机
13、械部分的设计设计与计算将普通车床设计成数控机床，除了增加控制系统外，机械部分也应进行相应的设计，其中包括：纵向和横向进给系统的设计选型，以及自动转位刀架的选型。（一）纵向进给系统的设计选型1、经济数控车床的设计，采用步进电动驱动纵向进给，有两种方案：一种是步进电机驱动丝杠螺母固定在溜板箱上；第二种是纵丝杠固定、电机安装在溜板箱上，驱动螺母传动。对于车床的设计而言，采用第一种方案显然简单易行。所以步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。从改装方便，实用等方面考虑，所以将步进电机放在丝杠的左端。2、纵向进给系统的设计计算，已知条件：工作台重量：W=80kgf=800N时间常量： T=25ms行 程：
14、 s=640mm步 驱 角： 2=0.75o/step快速进给速度：Vmax=2m/ms脉冲当量： 8p=0.01mm/8tep（1）切削力的计算由机床设计手册得公式 No=Nd （公式一）其中 NO 为传动件的额定功率Nd主电机的额定功率，见使用说明书得：Nd=4.5 kw 从电机到所计算的传动轴的传动效率（不含轴承的效率）从电机到传动轴经过皮带轮和齿轮两种传动件传动，所以=n1n2 由机床设计手册得n1 =0.96 n2=0.99所以：=0.960.99=0.9504 取 =0.95即N=40.95=3.8（kw）又因为主传动系统效率一般为0.60.7 之间，所以取0.65所以NC（进给效
15、率）=3.80.65=2.47（kw）由机械加工工艺手册得Pm= 9.8 （公式二）式中Vs 切削速度，设当其为中等转速，工件直径为中等时，如D=40mm时，取Vs=100m/min主切削力FZ = =151.164（Rgf）=1511.64N由机床设计手册得主切削力FZ=CFzapxfxfyfzkfz(经验公式) CFzapxfx fyfz kfz (公式三)对于一般切削情况，切削力中的指数xfx1FZ=0.75 Kfz0CFZ=188kg/2=1880MpaF2的计算结果如下：ap()222333f()0.20.30.40.20.30.4Fz(N)10515241891168122872837为便于计算,所以取Fz=1511
