vmc数控铣削加工中心机床总体本体、工作台进给驱动部件等设计(编辑修改稿)

vmc数控铣削加工中心机床总体本体、工作台进给驱动部件等设计(编辑修改稿)内容摘要：

而发展。 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，是数控系统的执行部件。 它的基本作用是接收数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行部件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。 通常数控系统由数控装置和伺服系统两部分组成，各公司的数控产品也是将两者作为一体的。 机床主体也称主机，包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、滑鞍、工作台 (刀架 )、导轨等。 数控机床与普通机床不同，它的主运动和各个坐标轴的进给运动都是由单独的伺服电动机驱动，所以 它的传动链短、结构比较简单。 为了保证数控机床的快速响应特性，在数 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 7 控机床上还普遍采用精密滚珠丝杠副和直线滚动导轨副。 在加工中心上还配备有刀库和自动换刀装置。 同时还有一些良好的配套设施，如冷却、自动排屑、自动 润 滑、 防护 和对刀 仪 等，以 利 于 充 分发 挥 数控机床的功能。 此外 为了保证数控机床的 高 精度、 高效率 和 高 自动化加工，数控机床的其他机械结构也产 生了 很大 的 变 化。 2. 数控机床的特点 数控机床与普通机床加工零件的 区别 ，在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床由工 人手 工操作来加工零件。 在数控机床上 只 要 改变 控制机床动作 的程序，就可以 达 到加工不同零件的 目 的。 由于是一种程序控制过程，数控机床相应形成了以 下几 个特 点。 1. 采用数控机床可以 提高 零件的加工精度、 稳 定产品的质量。 因 为数控机床按照 预 定的加工程序进行加工，加工过程中 消除 了操作者 人 为的操作 误差 ，所以零件加工的一 致 性好，而 且 加工精度还可以 利 用 软 件来进行 校正 补 偿 ，因此 可以 获得 比机床本 身 所能 达 到的精度还要 高 的加工精度及 重复 定位精度。 2. 数控机床可以完成普通机床 难 以完成或 根 本不能加工的具有 复杂曲面的零件的加工。 因此 它在 航空航天 、造 船 、 模 具等加工 业 中 得 到 广泛 应用。 3. 采用数控机床比普通机床可以 提高生 产 效率 2～ 3 倍 ， 尤 其是对 某 些复杂 零件的加工， 生 产 效率 可以 提高十几倍甚至几十倍。 4. 可以实 现 一机多用。 一些数控机床将 几 种普通机床功能 合 一，加上刀库与自动换刀装置构成加工中心，如果能配置数控转台或分度转台， 则 可以实现 一 次安 装、多面加工。 5. 采用数控机床有 利 于向计算机控制与 管 理 生 产方面发 展 ，为实 现生 产过程自动化 创 造了 条 件。 数控机床的主要技术参数 1. 主要规格尺寸 数控 车 床的主要规 格 尺寸有床 身 上最 大 工件 回 转直 径 、刀架上最 大 工件 回转直 径 、加工最 大 工件 长 度、最 大 车 削直 径 等。 数控 铣 床、加工中心的主要规格 尺寸有工作台面尺寸、工作台 T 形 槽 、工作行程等。 2. 主轴系统 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 8 数控机床主轴采用直 流 或 交流 电动机驱动，具有较 宽 的 调 速 范围 和较 高 的回 转精度，主轴本 身 的 刚 度与 抗振 性比较好。 现 在数控机床的主轴转速普遍能达 到 5000r/min～ 10000r/min 甚至更高。 数控机床的分类 数控机床种 类很 多，规 格 不一， 人 们从不同的 角 度对其进行了分 类。 按机械运动轨迹分类 数控机床按其刀具与工件相对运动的方 式 ，可以分为 点 位控制、直线控制和 轮廓 控制。 1. 点位控制数控机 床 这 类 数控机床的特 点 是要 求 保证 点 与 点之间 的 准确 定位。 它 只 能控制行程的 终点 坐标 值 ，对于两 点之间 的运动轨 迹 不作 严格 要 求。 对于 点 位控制的 孔 加工机床 只 要 求获得 精 确 的 孔 系坐标，在刀具运动过程中，不进行切削加工。 如图 所示为 点 位控制 钻孔 加工示 意 图。 图 点位控制钻孔加工示意图 此类 数控机床有数控 钻 床、数控 镗 床、数控冲床、 三 坐标 测 量机、 印 制电路 板 钻 床等。 2. 直线控制数控机床 这 类 数控机床的特 点 是不 仅 要控制行程的 终点 坐标 值 ，还要保证在两 点之间 机床的刀具 走 的是一 条 直线，而 且 在 走 直线的过程中 往往 要进行切削。 如 图 所示为直线控制切削加工示 意 图。 此类 数控机床有数控 车 床、数控 铣 床、数控 磨 床、数控 镗 床等。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 9 现 代组 合 机床采用数控技术，驱动各种动 力头 、多轴 箱 轴向进给 钻 、 镗 、铣 等加工，也算是一种直线控制数控机床。 直线控制也称为单轴数控。 3. 轮廓控制数控机床 这 类 数控机床的特 点 是不 仅 要控制行程的 终点 坐标 值 ，还要保证两 点之间的轨 迹 要按一定的 曲 线进行。 即这种系统 必须 能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行 严格 的 连续 控制。 如图 所示为 轮廓 控制 铣 削加工示 意 图。 现 代数控机床 绝大 部分都具有两坐标或两坐标以上 联 动的功能， 除此之外还具有刀具 半径 补 偿 、刀具 长 度补 偿 、机床轴向运动 误差 补 偿 、丝杠 螺距误差补 偿 、 齿侧间隙误差 补 偿 等一系 列 功能。 图 直线控制切削加工示意图 图 轮廓控制铣削加工示意图 按伺服系统的类型分类 1. 开环伺服系统数控机床 这 类 机床 没 有来自位置传 感器 的 反馈 信号，数控系统将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。 例 如采用 步 进电动机的伺服系统就是一个 开环 伺服系统，如图 所示。 图 开环伺服系统 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 10 这 类 机床的 优点 是结构简单、较为经 济 、 维护维修 方 便 ， 但 是 速度及精度低 ， 适 于精度要 求 不 高 的中 小 型机床，多用于对 旧 机床的数控化 改 造。 2. 闭环伺服系统数控机床 这 类 机床上装有位置 检测 装置，直接对工作台的位移量进行 测 量。 数控装置发出进给信号后，经伺服驱动 使 工作台移动 ； 位置 检测 装置 检测 出工作台的实际位移， 并反馈 到输入 端 ，与指令信号进行比较，驱 使 工作台向其 差值减小的方向运动，直到 差值 等于零为 止。 图 所示为 闭环 伺服系统。 图 闭环伺服系统 这 类 数控机床可以 消除 由于传动部件制造中 存 在的精度 误差 给工件加工带来的 影 响，从而 得 到 很高 的精度。 但 是由于 很 多机械传动 环节 包括 在 闭环 控制的 环路内 ，各部件的 摩擦 特性、 刚 性以及 间隙 等都是 非 线性量，直接 影 响到伺服系统的 调节 参数。 因此 ， 闭环 伺服系统的设计和 调整 都 非 常 困难。 闭环 伺服系统的 优点 是精度 高。 但 其系统设计和 调整困难 、结构 复杂 、成本 高 ，主要用于一些精度要 求很高 的 镗铣 床、 超 精密 车 床、 超 精密 铣 床、加工中心等。 3. 半闭环伺服系统数控机床 这 类 数控机床采用 安 装在进给丝杠或电动机 端头 上的转 角测 量 元 件 测 量丝杠 旋 转 角 度，来 间 接 获得 位置 反馈 信息。 图 所示为 半闭环 伺服系统。 图 半闭环伺服系统 这种系统的 闭环环路内 不包括丝杠、 螺母 副及 工作台， 因此 可以 获得稳 定 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 11 的控制特性。 而 且 由于采用了 高 分 辨率 的 测 量 元 件，可以 获得 比较 满意 的精度及速度。 大 多数数控机床采用 半闭环 伺服系统，如数控 车 床、数控 铣 床、加工中心等。 按功能水平分类 数控机床按功能 水平 分为 高 、中、 低档三类。 数控机床功能 水平 的 高低 主要由它们的主要技术参数、功能指标和 关 键部件的功能 水平 等 决 定，主要包括以 下内容。 1. 中央处理单元 (CPU) 低档 数控机床一 般 采用 8 位 CPU； 而中、 高档 数控机床 已 经由 16 位 CPU，发 展 到 32 位或 64 位 CPU， 并 用具有精简指令集 (RISC)的 CPU。 2. 分辨率和进给速度 低档 数控机床的分 辨率 为 10 μm，进给速度为 6m/min～ 15m/min； 中 档 数控机床的分 辨率 为 1 μm，进给速度为 12m/min～ 24m/min；高档 数控机床的分辨率 为 μm 或 更小 ，进给速度为 24m/min～ 100m/min，或 更高。 3. 多轴联动功能 低档 数控机床多为 2～ 3 轴 联 动 ； 中、 高档 数控机床 则 都是 3～ 5 轴 联 动，或 更 多。 4. 显示功能 低档 数控机床一 般只 有简单的数码 显 示或简单的 阴极射 线 管 (CRT)字 符显示功能 ； 中 档 数控机床有较 齐 全的 CRT 显 示功能，如字 符 、图形、 人 机对 话 、自 诊断 等功能 显 示 ；高档 数控机床还有 三维 动 态 图形 显 示功能。 5. 通信功能 低档 数控机床 无 通信功能 ； 中 档 数控机床有 RS232C 或直接数控 (DNC，也称 群 控 )等接口。 高档 数控机床有制造自动化 协议 (MAP)等 高 性能通信接口， 且具有 联网 功能。 数控机床按功能 水平 的 另 一种分 类 是将数控机床分为经 济 (简 易 )型、普及(全功能 )型和 高档 型。 全功能型机床 并 不 追求 过多功能，以实用为 准 ，也称为标 准 型。 经 济 型数控机床是 根 据实际机床的 使 用要 求 制造的， 并合 理地简化了系统， 降低 了 价格。 在 我国 ，经 济 型数控机床是指装备了功 能简单、 价格低 、 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 12 使 用方 便 的 低档 数控系统的机床，主要用于 车 床、线切 割 机床及其他普通机床的数控化 改 造等。 按加工方式分类 1. 金属切削类数控机床 如数控 车 床、数控 钻 床、数控 磨 床、数控 铣 床、数控 齿轮 加工机床、加工中心、 虚拟 轴加工机床等。 2. 金属成型类数控机床 如数控 折弯 机、数控 弯管 机、数控冲床、数控 回 转 头压力 机等。 3. 数控特种加工机床 如数控线切 割 机床、数控电 火花 成型机、数控 激光 切 割 机、数控 火焰 切 割机等。 数控机床的发展与作用 数控机床的发展趋势 随着 计算机、 微 电 子 、信息 、自动控制、精密 检测 及机械制造技术的 高 速发 展 ，机床数控技术有了 长 足 的进 步。 近 几 年 一些相 关 技术的发 展 ，如刀具及新材料 的发 展 ，主轴伺服和进给伺服、 超高 速切削等技术的发 展 ，以及对机械产品质量的要 求越 来 越高 等，加速了数控机床的发 展。 目前 数控机床 正 朝着 高速度、 高 精度、 高 工序集中度、 高复合 化和 高 可 靠 性等方向发 展。 世界 数控技术及其装备发 展 趋势 主要体 现 在以 下几 个方面： 1. 高速高效高精度 2. 柔性化 3. 工艺复合化和多轴化 4. 实时智能化 5. 结构新型化 6. 编程技术自动化 7. 集成化 8. 开放式闭环控制模 式 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 13 数控机床在先进制造技术中的作用 自从 20 世纪 中 期 ， 人 们将计算机技术 引 用到控制机床加工 飞 机机 翼样 板的 复杂曲 线中以来，数控技术在机床控制方面 取 得 了 广泛 、 深 入的发 展 ， 开始是数控 铣 床，接 着 是数控 车 床、数控 钻 床、数控 镗 床、数控 磨 床、数控线切 割机床， 之 后是加工中心、 车 削中心、数控冲床、数控 弯管 机、数控 折弯 机、板材 加工中心、数控 齿轮 机床、数控 激光 加工机床、数控 火焰 切 割 机等。 这些都成为 现 代制造 业 的 关 键设备，是它们保证了 现 代制造 业 向 高 精度、 高 速度、 高效率 、 高 柔 性化的方向发 展。 由于数控机床的出 现 ，带动了 CAD/CAM 技术向实用化、工程化发 展 ，特别 是计算机技术的 迅 速发 展 ， 推 动 CAD/CAM 技术向 更高 层 次 和 更高水平 发 展 ，而 且 进一 步 发 展。