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1、摘要数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。目前数控机床市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。本次500mm简易数控车床主传动系统采用了电机和主轴通过皮带直接传动的方式，其优点是结构紧凑，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的震动与噪声，主轴
2、转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性一致，主轴的正传、反转和停止有数控系统来控制。进给系统采用光电脉冲编码器作为主轴的脉冲发生器，并将其装在主轴上，与主轴一起旋转，检测主轴的转角、相位、零位等信号。纵向和横向均采用滚珠丝杠螺母副进给。为了提高加工精度和加工效率，实现一次装夹完成多道工序，选用LD-6150型四工位立式电动刀架，该刀架采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆加紧工作原理，具有转位快，定位精度高，切向扭矩大等优点。应根据实际情况采取相应的防护措施，比如滚珠丝杠副由于精度要求高，工作时需要防尘，尤其不能让金属削进入滚道，所以纵向丝杠应安装防护罩。大托板与导轨接触的端面摇贴向橡胶片，防止杂
3、质进入滑动导轨面损伤导轨。关键词：数控机床；主传动系统；纵向进给伺服系统；横向进给伺服系统；刀架 目 录1 绪论.1 1.1 数控机床的历史和现状.1 1.2 数控机床的发展趋势和研究方向.2 1.2.1 高速度、高精度化.2 1.2.2 多功能化.4 1.2.3 智能化.4 1.2.4 数控系统小型化.5 1.2.5 数控编程自动化.5 1.2.6 更高的可靠性.6 1.3 机床数控化改造的必要性.62 机床总体方案设计.8 2.1 设计参数.8 2.2 机床机械结构设计.8 2.2.1 主传动系统设计.8 2.2.2 进给传动系统设计.9 2.2.3 刀架设计.10 2.3 数控系统设计.
4、103运动及动力设计.13 3.1带传动设计.13 3.2选择电机.15 3.2.1选择电机应综合考虑的问题.15 3.2.2电动机类型和结构型式的选择.16 3.2.3电动机容量的选择.17 3.2.4确定电机的型号.184 主轴组件的设计与校核.20 4.1 主轴的要求.20 4.2 主轴轴承选择.21 4.3 主轴的设计.22 4.4 主轴刚度的计算.235 主轴驱动与控制.25 5.1 主轴旋转与轴向进给的同步控制.25 5.2 主轴旋转与径向进给的同步控制.266 结论.27参考文献.28致谢.29外文原文.30外文译文.391绪论1.1 数控机床的历史和现状采用数字控制技术进行机械
5、加工的思想，最早是40年代初提出的。当时，美国北密执安的一个小型飞机承包商派尔逊斯公司在制造飞机框架和直升飞机的机翼叶片时，利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，并考虑了刀具半径对加工路径的影响，使得加工精度达到10.03 81mm，这在当时水平是相当高的。1952年美国麻省理工学院成功地研制出一台3坐标联动的试验型数控铣床，这是公认的世界上第一台数控机床，当时的电子元件是电子管。1959年，开始采用晶体管元件和印制线路板，出现了带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心.从1960年开始，其他一些工业国家，比如德国、日本等也陆续开发生产出了数控机床。1965年，数控装置开始采用
6、小规模集成电路，使数控装置的体积减小，功耗降低，可靠性提高.但仍然是硬件逻辑数控系统。1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最初的柔性制造单元。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了用小型计算机控制的数控机床。这是第一台计算机控制的数控机床。1974年，微处理器直接用于数控系统，促进了数控机床的普及应用和数控技术的发展。80年代初，国际上出现了以加工中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检测装置的柔性制造单元。柔性制造系统和柔性制造单元被认为是实现计算机集成制造系统的必经阶段和基础。我国从1958年开始研究数控技术，直到60年代中期处于研制、开发阶段。1
7、965年，国内开始研制晶体管数控系统。60年代初到70年代初研制成功X53K-1G数控铣床、CJK-18数控系统和数控非圆齿轮插齿机。从70年代开始，数控技术在车、铣、钻、锉、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。但由于电子元器件的质量和制造工艺水平低，致使数控系统的可靠性、稳定性问题没有得到解决，因此未能广泛推广。这一时期，数控线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。80年代我国先后从日本、美国等国家引进了部分数控装置和伺服系统技术，并于1981年在我国开始批量生产。在此期间，我国在引进、消化吸收的基础上，跟踪国外先进技术的发展，开
8、发出了一些高档的数控系统，如多轴联动数控系统、分辨率为0.02um的高精度数控系统、数字仿形系统、为柔性单元配套的数控系统等。为了适应机械工业生产不同层次的需要，我国开发出了多种经济型数控系统，并得到了广泛应用。现在，我国已经建立了中、低档数控机床为主的产业体系，90年代主要发展高档数控机床。1.2 数控机床的发展趋势和研究方向随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服系统、主轴驱动、机床及结构等提出了更高的性能指标。随着FMS的迅速发展和CMS的不断成熟，又将对数控机床的可靠性、通讯功能
9、、人工智能和自适应控制等技术提出了更高的要求。随着微电子计算机技术的发展，数控系统性能日益完善，数控技术应用领域日益扩大。当今数控机床正在不断采用最新技术成就，朝着高速度化、高精度化、多功能化、智能化、系统化与高可靠性等方向发展。1.2.1 高速度、高精度化速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品的质量，特别是在超高速切削、超精密加工技术的实施中，它对机床各坐标轴位移速度和定位精度提出了更高的要求:另外，这两项技术指标又是互相制约的，也就是说要求位移速度越高，定位精度就越难提高。现代数控机床配备了高性能的数控系统及伺服系统，分辨率可达到lum,0.lum, 0.0lum。为实现更高速度、更高精度的指标，自前主要在下述几方面采取措施和进行研究。（1）数控系统。采用位数、频率更高的微处理器，以提高系统的基本运算速度。目前己由8位CPU过渡到16位和32位CPU，并向64位CPU发展，频率已由原来的5MHz提高到16MHz, 20MHz和32MHzo同时也采用了超大规模的集成电路和多种
