CM6132型臥式車床的數控化改造總體設計及橫向進給設計
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- CM6132型臥式車床的數控化改造總體設計及橫向進給設計摘 要
數控機床集中了傳統的自動機床、精密機床和萬能機床三者的優點，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。而數控機床橫向進給技術水平的提高首先依賴于進給和主軸驅動特性的改善以及功能的擴大，為此數控機床對進給伺服系統的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。
數車床改造是指以機械位置作為控制對象的自動控制系統。在數控機床中，伺服系統主要指各坐標軸進給驅動的位置橫向進給控制系統。伺服系統接受來自CNC裝置的進給脈沖，經變換和放大，再驅動各加工坐標軸按指令脈沖運動。這些軸有的帶動工作臺，使刀具相對于工件產生各種復雜的機械運動，加工出所要求的復雜形狀工件。
橫向進給系統是數控裝置和機床機械傳動部件間的聯系環節，是數控機床的重要組成部分。它包含機械、電子、電機(早期產品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強電與弱電控制，是一個比較復雜的控制系統。橫向進給的確是一個相當復雜的任務。提高伺服系統的技術性能和可靠性，對于數控機床具有重大意義，研究與開發高性能的伺服系統一直是現代數控機床的關鍵技術之一。
關鍵詞：橫向進給 數控化 車床改造
目 錄
一、緒論…………………………………………………………………4
二、車床CM6132數控化改造的總體設計…………………………8
（一）、數控機床特點及其在國民經濟經濟中的地位和作用…8
（二）、設計任務…………………………………………………9
（三)、總體設計方案確定…………………………………………9
三、機械部分(橫向)設計計算條件………………………………10
四、機床進給伺服系統機械部分(橫向)設計計算………………11
（一）、 確定系統脈沖當量………………………………………11
（二）、切削力計算………………………………………………11
（三）、滾珠絲杠螺母副的設計、計算和選型…………………12
（四）、進給系統傳動齒輪間隙的消除…………………………16
（五）、進給伺服系統傳動計算…………………………………17
（六）、進給伺服系統機械部分的結構設計……………………18
五、步進電動機…………………………………………………………20
（一）、反應式步進電動機基本工作原理………………………20
（二）、單段反應式步進電動機…………………………………21
（三）、反應式步進電動機的特性………………………………23
設計心得………………………………………………………………26
致謝……………………………………………………………………27
參考文獻………………………………………………………………28
一、緒 論
（一）、數控技術的產生和發展
數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，它是集傳統的機械制造技術、計算機技術、現代控制技術、傳感檢測技術等于一體的現代制造業的基礎技術，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化和智能化起著舉足輕重的作用。數控設備則是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透而形成的機電一體化產品。
采用數字技術進行機械加工，最早出現在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機工業承包商派爾遜斯公司實現的。他們在制造飛機的框架及直升飛機的轉動機翼時，利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理，并考慮到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達到±0.0381mm，達到了當時的最高水平。
1952年，麻省理工學院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗性的數控系統，成功地實現了三軸聯動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床，但這臺機床只是一臺試驗性機床。到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎上，第一臺工業用的數控機床由美國本迪克斯公司正式生產出來。在此以后，從1960年開始，其他一些工業國家，如德國、日本都陸續開發、生產及使用了數控機床。
到了1960年以后，點位控制的數控機床得到了迅速的發展。點位控制的數控系統比起輪廓控制的數控系統要簡單得多，因此數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發展。據統計資料表明，到1966年實際使用的大約6000臺數控機床中，85%是點位控制的機床。
1959年3月，美國卡耐·特雷克公司首先開發出加工中心，這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據穿孔紙帶的指令自動選擇刀具，并通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現在已經成為數控機床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。
1967年，英國首先把幾臺數控機床連接成具有柔性的加工系統，這就是所謂的柔性制造系統FMS (Flexible Manufacturing System)之后，美、歐、日等也相繼進行開發及應用。
1974年以后，隨著微電子技術的迅速發展，微處理器直接用于數控機床，使數控的軟件功能加強，發展成計算機數字控制機床(簡稱為CNC機床)，進一步推動了數控機床的普及應用和大力發展。
80年代，國際上出現了1～4臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性制造單元FMC (Flexible Manufacturing Cell)。這種單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運行，也可集成到FMS或更高級的集成制造系統中使用。
目前，已經出現了包括生產決策、產品設計及制造和管理等全過程均由計算機集成管理和控制的計算機集成制造系統CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)，以實現生產自動化。
（二）、數控機床的發展趨勢
為了滿足市場和科學技術發展的需要，為了達到現代制造技術對數控技術提出的更高的要求，當前，世界數控技術及其裝備發展趨勢主要體現在以下幾個方面：
1.高速、高效、高精度、高可靠性
要提高加工效率，首先必須提高切削和進給速度，同時，還要縮短加工時間；要確保加工質量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標的基本保證。為此，必須要有高性能的數控裝置作保證。...
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