毕业论文CNC数控车床纵向进给系统设计说明

1前言

我国数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例.但我国在五轴加工技术、高速加工技术、精密加工技术等方面与国外方面还有很大的差距。主要问题有：1缺乏系统深入的科研工作, 难以对各种技术资料进行积累, 设计方法旧。2、缺乏实事的科学精神, 忽视了数控机床本身的技术特点、发展规律, 没有实事地制定数控机床发展的规划, 盲目性大。3、没有合理地运用资源。各个研究所孤军奋战,不通力合作,并且床行业人员素质低, 缺乏各方面人才。4、我国制造业大环境的制约。我国依靠引进和合作生产来发展各类主机, 至今我国许多高性能、新结构的数控机床大都为合作产品, 基本处于仿制阶段。

国产数控机床及其功能部件无论在技术参数上，还是在各种动态指标上，与工业发达国家的同类产品均存在一定差距。目前，国机床集团在引进技术的基础上成功开发出BW60HS／I型系列高速卧式加工中心，并已批量进入市场。该机采用电主轴，主轴最高转速16 000 r／min，由零至最高转速的时间为l s，快速移动速度60 m／min。宁江集团开发的高速加工中心主轴转速高达40 000 r／min。

当前，在数控机床精密化方面，美国的水平最高，不仅生产中小型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型精密机床。其代表产品有LLL 实验室研制成功的DTM一3型精密车床和LODTM大型光学金刚石车床，它们是世界公认水平最高的、达到当前技术最前沿的大型精密机床。其它国家也相应研制成功各种类似的装备，如英国的Cran·field、日本的东芝机械等。近年来我国对超精密机床的研制也一直在进行。机床研究所研制成功了JCS一027型超精密车床、JCS一03型超精密铣床、JCS一035型数控超精密车床等。

1.1设计的目的

机床课程设计目的在于通过机床进给运动系统的结构设计，使学生在结构方案过程中，得到结构构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件设计、编写技术文件和查阅技术资料的等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析、结构设计与计算能力。

1.2数控机床的基本概念

科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。

数控机床（Numerical Control Machine Tools）是指采用数字形式信息控制的机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上送入计算机或数控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床[1]。

数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个容：

（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；

（2）利用图形软件（如CAXA制造工程师）对需要数控加工的部分造型；

（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；

（4）轨迹的仿真检验；

（5）生成G代码；

（6）传给机床加工。

1.3数控机床的组成

数控机床的种类繁多，但从一台完整的数控机床上讲，数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体组成，如图1.1所示为数控机床的组成的基本框图。为了提高本机床的加工精度，达到高精度的设计要求，在上述系统中加入一个测量装置，这样构成了由闭环控制的数控机床的框图。开环控制系统的工作过程是：将控制机床工作台运动的位移量、位移速度、位移方向、位移轨迹等参量通过控制介质输入给机床数控装置，数控装置根据这些参量指令计算机得出进给脉冲序列（包含有上述四个参量），然后经伺服系统转换放大，最后控制工作台按所要求的速度、轨迹、方向和距离移动。闭环控制：是在机床的最终的运动部件的相应位置直接直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动[2]。

图1.1 数控机床的组成

1.3.1控制介质

数控机床工作时，不需要工人去摇手柄操作机床，但又要自动的执行人们的意图，这就必须在人和数控机床之间建立某种联系，这种联系的媒介物称为控制介质（或称程序介质、输入介质、信息载体）[3]。

控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间的媒介物质，反映了数控加工中全部信息。控制介质有多种形式，它随着数控装置的类型不同而不同，常用的有穿孔纸带、穿孔卡、磁带、磁盘等。还有的采用数码拨盘、数码插销或利用键盘直接将程序及数据输入。另外，随着CAD/CAM技术的发展，有些数控设备利用CAD/CAM软件在其计算机上编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置。

1.3.2数控装置

数控装置是数控系统的核心。现代的数控装置普遍采用通用计算机作为数控装置主要硬件：包括微型机系统的基本组成部分，CPU、存储器、局部总线以及输入输出接口等；软件部分：就是我们所说的数控系统软件基本功能：读入零件加工程序，根据加工程序所指定零件形状，计算出刀具中心的移动轨迹，并按照程序指定的进给速度，求出每个微小的时间段（插补周期）刀具应该移动的距离，在每个时间段结束前，把下一个时间段刀具应该移动的距离送给伺服单元。

1.3.3伺服系统

伺服系统是数控机床的执行结构，是数控系统和机床本体之间的电气联系环节。主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。目前数控机床的伺服系统中，常用的控制对象可以是步进电动机、直流伺服电动机或交流伺服电动机（后两者等带有光电编码器等位置测量元件）[4]。

1.3.4机床

数控机床的本体是指机械结构实体。可以在普通机床的基础上改装，也可以单独设计。与传统通机床相比较，数控机床的机械部分有以下特点：（1）数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械传动结构简化，传动链较短，传动精度高等特点。

（2）数控机床机械结构具有较高的刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形小。

（3）更多地采用高效传动部件，一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副或塑料涂层导轨等。具有完善的刀具自动交换及管理系统。

1.4数控机床的分类

数控机床的品种规格很多，分类方法也各不相同。一般可根据功能和结构，按下面 4 种原则进行分类[5]。

1.4.1按机床运动的控制轨迹分类