X6130万能升降台铣床数控化改造总体及横向进给伺服系统设计

气动系统与冷却、排屑、照明、储运等装置以及编程机、对刀块等。 1.2.2数控机床的分类

（1）按控制系统的特点分类

1）点位控制数控机床点位控制机床的特点是只控制移动部件的终点位置，即控制移动部件由一个位置到另一个位置的精确定位，而对它们运动过程中的轨迹没有严格的要求，在移动和定位过程中不进行任何加工。

2)线控制数控机床直线控制数控机床的特点是刀具相对于工件的运动不仅要控制两点键的准确位置（距离），还要控制两点之间移动的速度和轨迹。

3)廓控制数控机床轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。

4)执行机构的控制方式分类

①开环控制系统它是指不带反馈装置的控制系统。

②闭环控制系统它是指在机床的运动部件上安装位移测量装置，将加工中测量到的实际位置值反馈到数控装置中，与输入值的指令相比较，用比较的差值控制移动部件，直到差值为零，即实现移动部件的精确定位。

③半闭环控制系统它是在开环控制系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。

(2)按工艺要求 ①金属切削类数控机床 ②金属成型类数控机床 ③数控特种加工机床 ④其它类的数控机床 (3)按数控机床的性能分类 ①档数控机床 ②中档数控机床 ③高档数控机床

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1.3数控机床的特点及应用范围 1.3.1数控机床的特点

数控机床是一个装有程序控制系统的机床。它是一种高度机电一体化的产品。特点如下：

（1）工精度高 （2）工生产率高

（3）减轻劳动强度、改善劳动条件 （4）良好的经济效益

（5）有利于生产管理的现代化 1.3.2数控机床的应用范围

从最经济的方面出发，数控机床适用于加工：

（1）多品种小批量零件；（2）结构较复杂，精度要求较高的零件；（3）需要频繁改型的零件；（4）价格昂贵，不容许报废的关键零件；（5）需要小生产周期的急需零件。

第2章设计主要参数及基本思想

2.1课题要求

2.1.1题目名称（包括主要技术参数）及技术要求

万能升降台数控铣床

（1）X、Y、Z轴的行程分别为300、300、250mm; （2）进给精度0.01mm；

（3）X、Y、Z轴快速进给速度分别为6、6、3m/min； （4）工作台面尺寸300x500mm; （5）脉冲当量0.01mm/步； （6）重复定位精度0.01mm. 2.1.2课题内容及工作量

(1) 机床尺寸联系图A0一张 (2) 机床传动系统图A0一张

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(3) 横向进给伺服系统装配图A0一张 (4)计说明书一份1万字以上

注：全部图纸用计算机绘制，说明书由计算机输出。 2.2设计原则

根据设计要求和铣床的具体情况，课题的基本设计方案如下： （1）机床采用连续控制系统，定位方式采用增量坐标控制。

（2）考虑到机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动。

（3）进给传动的设计是机床设计的重点，数控机床必须有精确的进给传动系，才会有高的精度和表面质量。考虑到电机步距角和丝杠导程只能按标准选用，为达到分辨率0.01mm的要求，需采用齿轮降速传动，利用电子控制系统消除误差。

（4）为了保证一定的传动精度和平稳性，又要求机构紧凑，所以选用丝杠螺母副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。

（5）传动系统要加上脉动装置。

以上为基本的设计方案，除了这些，课题应注意机床的几何精度的修正，数控指令的显示和使用等。 2.3总结构设计

2.3.1数控机床的机构设计要求

数控机床的结构设计要求主要有以下方面:

（1）有良好的抗振性能和很大的额定切削功率、高的静、动态刚度； （2）有较高的热稳定性和较高的几何精度、传动精度、定位精度； （3）有数控系统及其介质。

下面我们详述数控机床结构设计的主要要求

2.3.2提高机床的结构刚度

机床的刚度是指切削力和其它力作用下,抵抗变形的能力。机床在切削过程当中，要承受各种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重；承受的动态力有：切削力、驱动力、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等。组成机床的结构部件在这种力

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作用下将产生变形。如固定连接表面或啮合运动表面的接触变形；各支撑零件不得弯曲和扭转变形，以及某些支撑件的局部变形等，这些变形都会直接或间接的引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工误差，或者影响机床切削过程的特性。

(1)选择及布置隔板和筋条

床身的静刚度是直接影响机床的加工精度和其生产率的主要因素之一。而静刚度及固有频率，是影响动刚度的重要因素。支承件的隔板和筋条的合理性，可提高构件的静、动刚度。

(2)结构刚度

与普通机床相比，数控机床应有更高的静、动刚度，更好的抗振性。机床的导轨和支承件往往是局部刚度最弱的部分，在本次设计中，采用双臂联接形式，X、Y轴导轨较窄。

(3)采用焊接结构的构件

采用钢板和型钢而不采用铸件的原因：

1）钢的弹性模量约为铸铁的两倍，因此采用钢板焊接结构床身有利于提高固有频率。在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件与铸件的刚度相同，则焊接件的臂厚只需铸件的一半。

2）如果要求局部刚度相同，因局部刚度与臂厚的三次方成正比，所以焊接件的臂厚只需铸件的80%左右。

3）钢可以提高构件的谐振频率使共振不易发生。

4）钢板焊接能将构件做成全封闭的箱形结构，提高刚度。焊接结构床身的突出优点是制造周期短，一般比铸铁快1.7-3.5倍。省去了制作木模和铸造工序，不易出废品。焊接结构设计灵活，便于产品更新、改进结构。焊接件能达到与铸件相同，甚至更好的结构特性，可提高抗弯截面惯性矩，减少质量。

合理的结构布局可以提高刚度，机床的工作头部分由于重力作用将会使机床立柱产生弯曲变形，切削力将使立柱产生弯曲和扭转变形。这些变形将影响到加工精度。故本次设计中将采取通过在立柱上方安装两组定滑轮来平衡重力的方法，来减少立柱的变形，提高机床的刚度。

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