1. 开发XXX型号数控车床的目的和理由
国内数控车床经过十几年的发展，已形成较为完整的系列产品，但用户要求越来越高，对价格性能比更为看重，尤其对某些小型零件的加工，其所需负荷较小，调速范围不宽，加工工序少，效率高，但目前国内数控车床功能多，价格高，造成很大浪费，而我厂现有的数控车床，虽然在这方面做得较好，其加工范围的覆盖面也较宽，但针对上述零件加工的机床还是空白，对用户无法做到“量体裁衣”。随着市场经济的发展和产品升级换代，上述零件加工越来越多，市场对其具有较高效率，价格较低的排刀式数控车床的要求量越来越大，综上所述，为适应市场要求，扩大我厂数控车床在国内机床市场上的占有量，特进行N-089型数控车床的开发。
2 机床概况、用途和使用范围
2.1 概述：
XXX型号是结合我厂数控机床和普通机床的生产经验，为满足高速、高效和高精度生产而设计成铸造底座、平床身、滚动导轨，可根据加工零件的要求自由排刀的全封闭式小规格数控车床。本机床采用SIEMENS 802S系统，主电机为YD132S-2/4双速电机。主传动采用富士FRN5.5G9S-4型变频器进行变频调速，进给采用德国SIEMENS公司生产的110BYG-550A 和110BYG-550B步进电机驱动的半闭环系统，两轴联动。
2.2 用途：
XXX型号型数控车床可以完成直线、圆锥、锥面、螺纹及其它各种回转体曲面的车削加工，适合小轴类、小盘类零件的单件和批量生产，特别适合于工序少，调速范围窄，生产节拍快的小轴类零件的批量生产。
2.3 使用范围：
本机床是一种小规格，排刀式数控车床，广泛用于汽车、摩托车、纺织、仪器、仪表、航空航天、油泵油嘴等各种机械行业。
3 XXX型号型数控车床的主要技术参数：
3.1 切削区域：
a. 拖板上最大回转直径75mm
b. 最大切削长度180mm
c. 纵拖板的最大行程250mm
d. 横拖板的最大行程300mm
3.2 主轴：
a. 主轴头部GB59001-86-A24
b. 主轴前轴承内径70mm
c. 主轴通孔直径42mm
d. 最大通过棒料直径25mm
3.3 主传动：
a. 主电机功率 4.5/5.5kw
b. 主轴转速3200(4000)r/min
c. 主轴最大扭矩32N?m
3.4 进给运动：
a. 快进速度：X向3m/min
Z向6m/min
b. 最小进给单位：X向0.0025mm
Z向0.005mm
c. 进给力（额定）：X轴13000N
Z轴10000N
3.5 排刀：
a. 根据特定零件安排相应刀具
b. 刀具安装尺寸：外圆刀具16?16
内孔刀具?16
3.6 机床重量：约1800kg
3.7 机床外形尺寸（长×宽×高）：1700?1140?1550(mm)
4 传动系统的确定和分析
4.1 主传动方案的拟定：
本机床采用YD型双速电机＋变频调速，为提高扭矩，降速比为1:1.2。
4.1.1 主轴最高和最低转速的确定：
该机床主要用于加工小轴类零件和有色金属件，这样就有较高的速度要求。
根据市场调研和分析：
转速n max=3300~3400r/min
n min=190r/min
4.1.2 主电机功率的确定
主电机主要满足负荷切削的要求，现假设如下切削条件：
试件：材料：45钢；热处理：正火；工件直径：?65mm
切削速度：V=150m/min
切削用量：ap=1.5mm；f=0.3mm/n；P=200kg?f/mm
a. 主切削力
Fz=P?f?ap=200?0.3?1.5=90kg?f=900N
b. 切削扭矩
M切=Fz?R==29.25N?m
c. 切削功率
M切=Fz?V==2.25kw
该主传动效率为η=0.8
则N主 N切==2.8125kw
d. 根据材料考虑本机床现有一定的转速要求，又有较高的扭矩要求，而该机床定位较低，故选用普通YDS132S-2/4双速电机额定输出功率4.5/5.5kw，额定转速1440/2900r/min 采用1:1.2降速提高扭矩，并用交流变频器进行8~75HZ的低速档变频和8~66HZ的高速档变频，变速比为1:1.2时，主轴转速和输出扭矩：
低速档：
n额==1200r/min
n低==192r/min
n高==1800r/min
额定扭矩M==32.23N?m
高速档：
n额==241.6r/min
n低==386r/min
n高==3190r/min
额定扭矩M==19.56N?m
其主轴输出功率、扭矩见图1。
对于那些对主轴转速要求较高的用户，我们在设计中考虑采用调整其变速比的方法来满足，即将原降速比1:1.2改为1:1。实际调整就是将主传动中皮带轮的尺寸由?120mm调整为?150mm，仍用交流变速器进行8HZ~75HZ的低速档变频和8HZ~70HZ高速档变频，额定输出功率为4.5/5.5kw，额定转速1440/2900r/min。
这样在1:1传动时主轴低速档及额定输出扭矩：
n额=1440r/min
n低==230r/min
n高==1440?1.5=2160r/min
M额==26.86N?m
主轴高速档及额定输出扭矩：
n额=2900r/min
n低==464r/min
n高==4060r/min
M额==16.3N?m
其主轴输出功率、扭矩见图2。
4.1.3 三角皮带轮的校核
根据设计结构要求，选d1=125mm，考虑皮带的滑动率ε，
则大轮直径d2=
ε——皮带滑动率
I ——传动比 取：ε=1%；I=1.2
计算得：d 2=148.5，取d 2=150mm a. 中心距确定： Dm==137.5mm ?=
=12.5mm
假定：a=660mm 带长：L=π?Dm+2a+
=3.14?137.5+2?660+
=1752mm
按标准取：L 0=1800mm 则：a=
=
225.128)5.13714.31800(4
1
45.13714.31800?-?-+??
=683.9mm ，取a=684mm
b. 小轮包角： α1==-a θ
2180180?>120? c. 带速： ν=
=26.5m/s>25m/s
n 1：小轮最高转速n=4060r/min
由计算所提，机床最高转速时，带速略超许用带速，考虑综合因素，仍选用A 型带， d 1=125mm
d. 单根V 型带的基本额定功率
根据d 1=125mm 、n 1=1440r/min ，由《机械设计手册》第3册中的表22.1-13d 查得（A 型带）：
N 1=1.93kw
考虑到传动比的影响i ≠1，额定功率的增量?N 1由表22.1-13d 查得： ?N=0.13kw e. 带的根数： Z=
Nc——计算功率：Nc=K A?N=1.1?5.5=6.05
N——机床传递功率
K A——工作情况系数，考虑到本机床直接传动运转平稳，无冲击，故取K A=1.1
?N1——功率增量
Kα——包角系数，由表22.1-10查得Kα=0.99486
K L——带长系数，由表22.1-11查得K L=0.99
Z==2.9
取三根A型带Z=3
f. 张紧力：
F=
q：V型带每米长质量查表q=0.1kg/m
F==188.42N
g. 径向载荷：
Q=2?Z?F0?Sin=1130.53Sin=1112.8(N)
4.1.4 主轴直径的选择：
a. 由于本机床采用的A24主轴，根据经验取前支承直径?70mm，因为考虑到最大棒料（通过）为?25，取后轴径?65mm。
b. 求支承的径向刚度：
主轴的输出扭矩：由扭矩转速图1可查得：
在n min=192r/min
Mmax=35.8N?m
若取Dmax=70mm
则Fz==1022.85N
Fy=0.5Fz=511.4N
则F==1143.58N
受力情况如图3。
图 3
图 4
支承情况如图4，设计中根据需要a=68.5，
取a l
=3，则l=3a=3?68.5=205.5
由前面计算的切削力，根据力和力矩的平衡，
F α=l l )
(a F +=1524.8N
F β=5
.2055
.6858.1143?=?l a F =381.2N
在实际设计中，根据经验，前后轴承分别选取哈轴的46114、36114二个自成组轴承和36113二个自成组轴承，这样前轴既有较高的承载力和能满足较高的转速要求。因此，向心推力球轴承间隙为零时的径向弹性位移量： δo=
Qr ——滚动体上的径向载荷 Qr=
Fr ——轴承径向载荷，此处为支反力 i ——滚动体列数 Z ——每列滚动体数 Qr α==217.2N
Qr β=
=51.6N
α：向心推力轴承推力角；36接触角15?；46接触角25? d Q ：滚动体直径 则：δo α==7.4μm
δo β=
=2.79μm
设：46114轴承的预紧量为18μm（由工艺推荐）也可以通过相关样本查的63113轴承的预紧量为22μm
相对位移量：=2.43
=7.89
从图3-5查得：βα=0.24，β=0.2
由式3-2：δ1=βδo得
δα1=0.25δoα=0.24?7.4=1.7μm
δβ1=0.2δoβ=0.2?2.79=0.558μm
支承的弹性位移即包括轴承的位移，同时也包括了轴承外径与箱体孔的接触变形和轴承内径和轴的接触变形。
查哈轴样本：C46114、D36113轴承与箱体孔的装配过盈量：
?α1=0μm，?β1=0μm
由公式从图3-6查得：Kα1=0.2，Kβ1=0.2
代入式：δ=
F——外载荷（N）
K——系数，由过盈量查图3-6得
b——轴承宽度（mm）
d——轴承外径
δα2==1.387μm
δβ2==0.415μm
轴承C46114、D36113与轴的装配过盈量：
?α2=4.5μm，?β2=0μm
由公式从图3-6查得：Kα2=0.17，Kβ1=0.2
δα3==1.179μm
δβ3==0.415μm
由以上计算可以得出本主轴组前支承、后支承的综合径向刚度：
Kα==357.4N/cm
Kβ=N/cm
c. 求最佳跨距
=1.29，≈1
当主轴当量外径D当==67.5mm，当量内径d当=48时，
惯量矩I=0.05?
η=≈1.2
查图3-32，η-曲线可查得：=3.3
则：Lo=3.3a=3.3?68.5=22.605
本设计取a=67，跨距210mm
由以上计算可以看出选a=67，跨距210mm，能够满足主轴的最佳跨距和刚度的要求。
以上计算公式均取自大连工学院戴曙主编的《金属切削机床计算》。
4.1.5 轴承寿命的计算
主轴受力分析如下图5。
图 5
a. 假设切削零件：
试件尺寸：?25?100mm
夹头体重量：G=γ?V=7.8?3.14?=1.3kg
b. 设计使用时间th
设机床每天工作15h，每年使用300天，使用年限8年，在全部使用期间内切削时间占70%，则：
th=15?300?8?70%=25200小时
c. 计算平均转速n e
由于本机床是190~4000r/min范围内调速，因此需要计算平均转速，设机床的总运转时间为1，则在各种转速下所占机床的总运动时间列表如表1。
n e==1595r/min
d. 平均切削力计算：
在以上常用转速下加工零件时主轴所受的主切削力见表2。
F=P a p?f
P——单位切削量的切削力
钢为200kg?f/mm ，有色金属为80kg?f/mm
平均主切削力Fze==45.76kg?f
平均切削分力Fye=0.5?Fze=22.88kg?f
e. 根据力矩平衡原理，求α、β支承处的支反力
图 6
G在α、β支承的分力：受力分析如图6。
FαG==1.9kg=19N
FβG=1.9-1.3=0.6kg=6N
Q在α、β支承上的分力（Q为皮带张紧时，作用在主轴上的张紧力）。
根据前面皮带校核，皮带张紧时的作用主轴上的张紧力Q=112.8N，受力分析如图7。
图7
FαQ==699.5N
FβQ=1812.3N
主切削力在α、β支承上的支反力（Fze），受力分析如图8。
图8
Fαze==2Fze=2?45.76kg=915N
Fβze=915-457.6=457.4N
切削分力在α、β支承上的支反力：
Fαy==2Fy=2?22.88=45.76kg=457.6N
Fβy=Fαy-Fy=228.2N
根据以上计算α、β两支承所受的总支反力如图9所示。
图9
Fα'=FαQ+Fαze-FαG=1595.5N
Fβ=FβQ+Fβze-FβG=1812.3+457.4-6=2263.7N
Fα==1659.8N
Fβ==12275.2N
f. 轴承寿命计算：
Lh=
n e——平均计算转速
P——轴承支反力（此处Fα、Fβ）
前轴承（α支承）
α支承是一个46114和一个36114自成组轴承，额定负荷取46114轴承的额定负荷。
Lhα==79904.8h>30000h
后轴承取2个36113自成组轴承C=28.6KN
Lhβ==20755.6(h)
通过计算，后轴承若采用36113轴承，其寿命不能满足要求，因此，后轴承重选，采用2个36213自成组轴承。
C=56.1KN
则：Lhβ==15664.86(h)>30000h
4.2 伺服系统的确定
本机床X、Z的进给均采用SIEMENS公司的802S数控系统的交流步进电机，X、Z轴的丝杆均采用25mm直径，螺距均为5mm，X轴轴承2个46104自成组，Z轴选用3个46204三个自成组，并分别采用施加预紧力来消除丝杆间隙，以提高其刚度。
5.2.1 传动比和进给速度计算：
根据以往数控机床设计经验，选步进电机，电机技术参数如表3示。
a. X向传动比计算：
i=；?——步距角；S——丝杆导程；?——脉冲当量
为了保证机床有一定的加工精度，取?=0.0025mm
则i==2
取Z1=20，则Z2=iZ1=40
b. 进给速度计算：
根据该电机的频一距特性曲线（802S步进电机样本）
取H'=10kpps=10000HZ
V'=
V'j==1.5m/min
这样快进速度太慢，由H-m特性曲线，取H=20kpps=20?10 HZ
V==6m/min
这样Vj==3m/min
由以上计算，再根据H-m特性曲线，X向采用1:2降速，即提高了其进给精度，又提高进给扭矩。虽进给速度降低，但对此排刀数控机床不存在刀具的换位，让刀空行程较少，效率高，因此Vj=3m/min足够了。
c. Z向传动比的计算：
i=；?——步距角；S——导程；?——脉冲当量
取?=0.005mm；则i==1
Z向采用直接传动，从而减少了中间传动环节，提高传动的精度。
d. 进给速度的计算：
根据其H-m特性曲线（SIEMENS电机样本）
Vj==6m/min
由图线可知电机在此速度下快进，仍有较高的扭矩。
4.2.2 惯量匹配计算：
工作台折算到电机轴上的惯量：
J=J I+Js+J其它
Js——丝杆的转动惯量
J I——移动部件转化到丝杆上的惯量
惯量匹配的计算，主要用以检查负载惯量对系统的灵敏度和加速度，如果负载惯量过大，则电机加速时间较长。若负载发生变化，则加速时间也将发生变化，因此要负载惯量与电机的惯量要合理匹配。一般负载惯量与电机惯量Jm之比应满足 通过表4计算，可见本机床选用的此两电机均可满足 4.2.3 电机转矩匹配的计算： 由于数控机床对动态响应特性要求较高，所以电机的转矩主要用来产生加速度。 M=Mamax+Mf+Mo Mamax——空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩 M f——折算到电机轴上的摩擦力矩 Mo——由丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩 Mamax=kgf?m Jr：kg?m M f=kgf?m Mo=kgf?m T——系统响应时间常数 n max——电机最大转速（r/min） Fo——导转摩擦力（kgf） S——丝杆导程（mm） η——传动链效率，一般η=0.8~0.85 Po——滚轴丝杆的预加载荷 ηo——滚珠丝杆预紧时的效率，ηo=0.9 Jr=J L+J M T为，KS为系统开环增益，KS值越大机床灵敏度越高，但KS值大到一定程度时，由于系统的灵敏度过高而使系统的运动部件惯量过大，从而影响定位精度。对一般数控机床取KS=8~25。本机床取KS=10。根据以上公式计算X、Z向的加速力矩，忽略Mo、M f的影响， 则：=1.23N?m< =3.1N?m< 通过以上计算，本机床电机匹配合适。 进给部份主要运动参数如表5。 4.2.4 加速能力计算： 系统要求的最大加速度： =1m/s =2m/s 上滑板能达到的最大加速度： a x==4.84m/s >a max 十字拖板能达到的最大加速度： a z==2.87m/s >a max 因a x>a max、a z>a max因此本机床能够达到加速性能要求。 4.2.5 进给力的计算： a. X向进给力的计算： X向电机能够提供的最大静扭矩为6N?m，经1:2降速，机械效率0.9， 则Fx==6782.4?2=13564.8N Fx的最大值主要在机床进行粗切端面时出现，假设下列切削条件：刀具材料：YT5车刀，Kr=90? 切削用量：t=2m，f=0.3，Cpy=141 工件材料：结构钢，σb=65kg/mm Fgx==1050N Fx>Fgx，电机满足要求。 b. Z向进给力的计算： Z向电机能够提供的最大静扭矩9N?m，机械效率η为0.9， 则Fz==10173.6N Fz的最大进给力主要用于孔加工，假定下列切削条件： 钻孔直径：?15mm 走刀量：S=0.15mm 主轴转速：n=300r/min 刀具材料：工具钢 工件材料：结构钢，σb=65kg/mm Fgz==4615N Fy>Fgz，故Z向电机满足要求。 4.2.5 丝杆的预拉伸量计算： 本机床通过对机床丝杆进行预拉伸来消除加工过程中由于丝杆的热变形对加工精度的影响，并进一步提高丝杆的刚度。 a. X轴丝杆方向目标值的确定： 丝杆的热膨胀变形： ?L=α?L??t==0.019332mm α——丝杆的热膨胀系数，α=/℃ ?t——丝杆与床身之间的温升，?t=3℃ L——丝杆两锁紧螺母之间的距离 根据以往经验，考虑到丝杆除环境温度的变化而引起丝杆变形外，还有其它因素的影响，取丝杆的预拉伸量为0.035mm。因丝杆螺纹整个丝杆部分全长为67.9%，则丝杆的方向目标值为-0.025mm。 b. Z轴丝杆方向目标值的确定： 丝杆的热膨胀变形： ?L=α?L??t==0.0222mm 取预拉伸量为0.04mm，螺纹占丝杆全长的60.1%、0.04?60.1%， 则方向目标值为-0.025。 5 设计原则 5.1 采用成熟的结构和技术 5.2 尽可能采用通用部件，以减少制造成本、生产周期。 5.3 配套件的选用 由于本机床目标售价较低，除系统X、Y向电机外，其它的全部选用国内配套件。 5.4 设计出图贯彻NJB/Z27-1《产品设计、生产、检测用标准目录》中的下列项目，见表6。 6 机床精度 本机床精度贯彻《简式数控卧式车床精度》JB/T8324.1-96。 本机床技术条件贯彻《简式数控卧式车床技术条件》JB/T8324.2-96。 7 成本 7.1 成本分析见表7。 7.2 成本计算： 厂内自制件加50%管理费，外购、外配加15%管理费，税金17%，利润率按10%计算。 则理论售价=(2.5?1.5+5.486?1.15)?1.1+(2.5?1.5?1.1+5.486?1.15?1.1-5.486)?0.17 =11.065+0.95≈12（万元） 本机床目标售价为12万元。 8 工作进度 摘要 本论文针对目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，运用液压元件的基本理论，对其主关键结构液压系统箱进行了原理分析和优化设。根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并对液压系统的结构元件和液压控制系统的结构进行了优化设计。并介绍了一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。叙述了主要的设计步骤和参数的确定。 关键词：数控车床液压油泵液压油缸液压控制阀三爪卡盘性能分析参数优化设计 G RADUATE D ESIGN (T HESIS) 设计(论文)题目：数控机床液压系统设计 指导教师：李洪奎 I Abstract The present paper in view of the present domestic and foreign numerical control lathe present situation, the development tendency and the development direction and in the modern industry vital role, the utilization hydraulic unit basic theory, has carried on the static analysis and the optimized design to its important structure lathe bed, then achieved the instruction designs and enhances the numerical control lathe technical performance the goal. According to the design actual need, the method of hydraulics systems used in the actual project the related theory and the realization principle has carried on the elaboration, and has carried on the lathe bed champing and drive module design as well as the optimized design. The research process mainly divides into hydraulic system analysis and hydraulic control of the optimization designs, obtained the lathe bed static stress and the strain, and has carried on the optimized design to the lathe bed structure, has carried on a more scientific appraisal to the product. Key word：Numerical control lathe ;Hydraulic pumps ;Hydraulic cylinders ;control valves;performance analysis ;Optimized design II 简易数控机床控制系统设计 学号：0601302009 专业：机械电子工程姓名：浦汉军 2007，9，10 南宁任务： 设计以单片机为控制核心的简易数控机床的数字程序控制器。要求 1、能用键盘控制工作台沿+X、-X、+Y、-Y向运动，以校正工作台位置。 2、可用于加工直线和圆弧。 3、在运行过程中可人工干预而紧急停车。 4、能实现越界报警。 5、可与PC机通讯。 总体方案设计 一、数控系统硬件电路设计 选用MCS-51系列的8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生产的工件加工程序和数据，再选用一片8kb的6264RAM作为存放试制工件或小批量生产的工件加工程序和数据。由于系统扩展，为使编程地址统一，采用74LS138译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能。还要考虑机床与单片机之间的光电隔离、功率放大电路。其设计框图如下图所示： 图1.1 总体设计框图 工作原理：单片机系统是机床数控系统的核心，通过键盘输入命令，数控装置送来的一系列连续脉冲通过环形分配器、光电耦合器和功率放大器，按一定的顺序分配给步进电动机各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电，这样控制步进电动机带动工作台按照指令运动。1．各单元电路设计 CE ：片选信号，低电平有效，输入 ：读信号，低电平有效，输入 PGM ：编程脉冲输入端，输入 Vpp ：编程电压(典型值为12.5V) Vcc ：电源(+5V) GND ：接地(0V) D 0 11D 1 12D 2 13D 3 15D 4 16D 5 17D 6 18D 719A 010 A 19 A 28 A 37 A 46 A 55 A 64A 73 A 825 A 924 A 1021 A 1123 A 122 G ND 14 C E 20PGM 27V cc 28 V pp 1N C 26 O E 222764 ：片选信号输入线，低电平有效。输出允 许编程 逻辑 译 码 输出缓冲 256 256存储矩阵 A12 A11 ``` A0 OE PGM CE D0 ``` D7 数控加工技术实训报告(苏州科技学院机电系慎用) 班级：机械0811 学号：0820116*** 姓名：* * 专业: 机械设计制造及其自动化指导老师：* * 为了提高我们对数控机床的认识，今年暑假特定为我们安排了为期15天的数控实训，围绕数控实训内容，谈谈我在此次实训中学习到的知识。 此次实训就是针对数控机床的一些基本知识和操作，在学习和认识了数控机床的基础上，对机床进行一些简单指令的操作。以下就是我数控实训的具体内容： 1、数控机床基本结构 数控机床是数字控制机床（Computer Numerical Control Machine Tools）的简称，是一种以数字量作为指令信息形式，通过数字逻辑电路或计算机控制的机床。它综合运用了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电子电力、计算机、接口和软件编程等多种现代技术，是典型的机电一体化产品。 数控机床通常由程序载体（控制介质）、输入装置、数控装置、强电控制装置、伺服控制装置和机床六部分组成。其原理图如下： 1) 程序载体 对数控机床进行控制，首先必须在人与机床间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称为程序载体（或称控制介质）。在程序载体上存储了被加工零件所需的全部几何信息和工艺信息。这些信息是在对加工工件进行工艺分析的基础上确定的，它包括工件在坐标系内的相对位置、刀具与工件相对运动的坐标参数、工件加工的工艺路线和顺序、主运动和进给运动的工艺参数以及各种辅助操作。 2) 输入装置 输入装置的作用是将程序载体上的数控代码信息转换成相应的电脉冲信号并传送至数控装置的存储器。根据程序控制介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、录放机或软盘驱动器。最早使用光电阅读机对穿孔纸带进行阅读，之后大量使用磁带机和软盘驱动器。有些数控机床不用任何程序存储载体，而是将程序清单的内容通过数控装置上的键盘，用手工的方式输入。也可以用通信方式将数控程序由编程计算机直接传送至数控装置。 3) 数控装置 数控装置（即CNC装置）是数控机床的核心，包括微型计算机、各种接口电路、显示器等硬件及相应的软件。它能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及各种控制功能。 数控装置接受输入装置送来的脉冲信号，经过编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令来控制机床的各个部分，并按程序要求实现规定的、有 数控机床进给系统设计 第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反 馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。 1 引言 1.1毕业设计的背景及目的 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。 随着机械制造生产模式的演变,对机械制造装备提出了不同的要求.在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率，自动化程度,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。在70年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成本。在80年代，较多地采用数控机床，机器人，柔性制造单元和系统等高技术的集成来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各消费群体的不同要求。从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高,采用拟实制造和快速成形制造技术[1]。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。因此，要缩小我国同工业发达国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重[1]。 通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1，培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2，强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3，使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4，培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。 形成性作业1 (第1章、第2章) 一、单选题 1. 某数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。那么这是属于（ C ） A直线控制的数控机床 B轮廓控制的数控机床 C点位控制的数控机床 2. 数控系统除了位置控制功能外，还需要主轴起／停、换刀、冷却液开／停等辅助控制功能。这部分功能一般由（ C ）实现。 A 输入/输出装置 B数控装置 C 可编程序控制器(PLC) 3. （ B ）不但能用于正常工作时不频繁接通和断开的电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。 A刀开关 B低压断路器 C 组合开关 4. 电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是( A )不同。电流继电器的线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反映电路电流的变化。电压继电器的线圈匝数多、导线细，与负载并联以反映其两端的电压。 A 线圈 B衔铁 C 触点 5. 数控装置是整个数控系统的核心，按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和（ C ）。 A专用型结构 B功能模块式结构 C多微处理器结构 6. 热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，主要用于电动机或其他负载的( B )保护。 A过压B过载 C过流 7.（ B ）即用电气自控驱动工作台运动替代了人工机械驱动工作台运动。 A进给控制 B辅助控制 C主轴控制 8. 目前，数控机床主要采用变频调速等先进交流调速技术，由电动机学基本原理可知，该交流调速技术通过改变（ A ）进行调速。 A定子供电频率 B磁极对数 C定子供电电压 9. （ A ）一般要在两点间移动的同时进行加工，所以不仅要求有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。 A直线控制的数控机床 B轮廓控制的数控机床 C点位控制的数控机床 二、判断题（对认为正确的题标注“√”、错题标注“×”） 1.绝对式位置检测是：每个被测点的位置都从一个固定的零点算起。（√） 2.接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机床上应用最多的是直流接触器。（×） 3.主轴定向控制又称主轴准停控制，即当主轴停止时能控制其停在固定位置，对M06和M19指令有效。（√） 4.中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大的作用。（√） 5. 常用的位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。（√） 控制系统课程项目 设计说明书 项目名称：数控铣床控制系统设计 系别：机械电子工程系 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：city 学号：09128888 组员：学号： 学号： 指导教师：陈少波 完成时间：2012 年 6 月8 日至2012 年 6 月22 日 目录 1 概述 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2使用设备 (3) 1.3设计内容及要求 (4) 2 NUM1020控制系统设计 (4) 2.1 功能概述 (4) 2.2 主要元器件选型 (5) 2.2.1电机选型 (5) 2.2.2 伺服驱动器与变频器选型 (8) 2.3 电路原理设计 (9) 2.3.1 电源供电设计 (9) 2.3.2 驱动电路设计 (10) 2.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计 (10) 2.3.4 手轮与轴卡连接设计 (11) 2.3.5铣床控制电路设计 (12) 2.4 控制系统设计 (13) 2.4.1控制系统功能设计 (13) 2.4.2 参数设置 (14) 2.4.3 程序设计 (16) 3 总结 (20) 1 概述 1.1 设计目的 1）、掌握简单数控铣床控制系统的设计过程 2）、掌握常用数控系统（NUM1020）的操作过程 3）、掌握交流伺服电机的工作方式及应用过程 4）、了解数控系统内置式PLC 的实现原理及编程方式 5)、掌握数控系统自动控制功能程序的设计及开发过程 1.2使用设备 1)、NUM1020数控系统一套 2)、安川交流伺服电机3套 3)、计算机及梯形图编辑软件一套 1.3设计内容及要求 1）、以实验室现有的设备（NUM1020数控系统）作为控制器，参照实验室现有的数控铣床的功能，完成一台具有3轴联动功能的数控铣床的电气系统设计过程。 2）、移动轴（3轴）采用实验室现有的交流伺服电机进行驱动，采用半闭环位置控制模式。 3）、主轴采用实验室现有的变频调速器进行设计驱动，系统不要求具备自动换刀功能。 4）、完成PLC输入输出点的分配。 5）、具有行程及其他基本的保护功能。 6）、设计相关功能的梯形图控制程序（要求具有：手动进给功能、手轮进给功能、MDI功能、自动控制功能及各种基本的逻辑保护功能） 7）、完成设计报告。 2 NUM1020控制系统设计 2.1 功能概述 此三轴联动数控铣床由X、Y、Z轴三轴及主轴组成，X、Y、Z轴采用伺服电机传动，由伺服驱动器驱动。主轴采用普通三相异步电机，由变频器驱动。数控系统采用NUM1020数控系统。由NUM1020数控系统作为控制核心，三台伺服驱动器通过NUM1020系统的轴卡地址编码控制，主轴变频器由数控系统 1. 开发XXX型号数控车床的目的和理由 国内数控车床经过十几年的发展，已形成较为完整的系列产品，但用户要求越来越高，对价格性能比更为看重，尤其对某些小型零件的加工，其所需负荷较小，调速范围不宽，加工工序少，效率高，但目前国内数控车床功能多，价格高，造成很大浪费，而我厂现有的数控车床，虽然在这方面做得较好，其加工范围的覆盖面也较宽，但针对上述零件加工的机床还是空白，对用户无法做到“量体裁衣”。随着市场经济的发展和产品升级换代，上述零件加工越来越多，市场对其具有较高效率，价格较低的排刀式数控车床的要求量越来越大，综上所述，为适应市场要求，扩大我厂数控车床在国内机床市场上的占有量，特进行N-089型数控车床的开发。 2 机床概况、用途和使用范围 2.1 概述： XXX型号是结合我厂数控机床和普通机床的生产经验，为满足高速、高效和高精度生产而设计成铸造底座、平床身、滚动导轨，可根据加工零件的要求自由排刀的全封闭式小规格数控车床。本机床采用SIEMENS 802S系统，主电机为YD132S-2/4双速电机。主传动采用富士FRN5.5G9S-4型变频器进行变频调速，进给采用德国SIEMENS公司生产的110BYG-550A 和110BYG-550B步进电机驱动的半闭环系统，两轴联动。 2.2 用途： XXX型号型数控车床可以完成直线、圆锥、锥面、螺纹及其它各种回转体曲面的车削加工，适合小轴类、小盘类零件的单件和批量生产，特别适合于工序少，调速范围窄，生产节拍快的小轴类零件的批量生产。 2.3 使用范围： 本机床是一种小规格，排刀式数控车床，广泛用于汽车、摩托车、纺织、仪器、仪表、航空航天、油泵油嘴等各种机械行业。 3 XXX型号型数控车床的主要技术参数： 3.1 切削区域： a. 拖板上最大回转直径75mm b. 最大切削长度180mm 第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 红字的意思是没找到答案，蓝字的意思是不确定；有错别字不负责啊。。。学渣整理，此资料仅供参考╮(╯▽╰)╭ 一 ⒈数控机床通常由哪几部分组成？各部分的作用和特点是什么？ 控制介质 作用：在数控机床加工时，携带和传输所需的各种控制信息。 特点：是存储数控加工所要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序。 数控装置 作用：是数控机床的核心，它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、 运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。 特点：可分为普通数控系统NC 和计算机数控系统CNC 两类。 伺服机构 作用：根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。 特点：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，与机床上的执行部件和机械部件组成数控机床的进给系统。 机械部件 作用：包含有主运动部件、进给运动执行部件、拖板和传动部件等。 特点：传动结构要求更为简单，精度、刚度、抗震性等方面要求更高，且其传动和变速系统要便于实现 自动化控制。 ⒉简述数控机床的分类 按运动方式分 点位控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，移动过程不需要切削； 点位直线控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，且运动轨迹为直线，移动部件在移动过程中 进行切削； 轮廓控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，并能控制将零件加工成一定的轮廓形状。 按控制方式分 开环控制系统：不具有反馈装置，系统精度较低； 半闭环控制系统：具有角位移检测装置，定位精度较高，调试方便，稳定性好； 闭环控制系统：具有直线位置检测装置，具有检测、比较和反馈装置，定位精度高，但结构复杂。 按数控系统的功能水平分：低、中、高档次 ⒊什么是开环、半闭环和闭环控制系统？其特点是什么？适用于什么场合？ ①开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统；特点是不能进行误差校正，因此系统精度较低；适用于低精度要求 的数控机床。 ②半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置的控制系统；特点是调试方便，稳定性好精 度较高；目前应用较为广泛。 ③闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置的控制系统；特点是定位精度高，调试维修较 为困难；适用于精度要求高的数控机床。 ⒋脉冲当量、定位精度和重复定位精度的含义是什么？ 脉冲当量：数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床位移部件上的移动量。 定位精度：数控机床工作台等移动部件在确定的终点所到达的实际位置的精度。 重复定位精度：在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。⒌数控轴数与联动轴数的区别。 控制轴即机床数控装置能够控制轴的数目，而联动轴即同时控制多个轴的运动。数控轴数越多，功能就越强，机床 的复杂程度和技术含量也越高；联动轴数越多，机床控制和编程难度越大。 ⒎数控车床床身和导轨有几种布局形式？每种布局形式的特点是什么？ 有四种布局形式 ①平床身：工艺性好，便于导轨面的加工； ②斜床身：排屑方便，便于安装自动排屑器，操作方便，易于实现单机自动化和封闭式防护； ③平床身斜滑板：工艺性好，排屑方便； ④立床身：排屑最为方便。二⒈数控机床设计方案的特点是什么？ 设计手段计算机化；设计方法综合化；设计对象系统化；设计问题模型化；设计过程程式化与并行化。 、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。 1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类 数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种： (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 2、运动设计 2.1传动方案拟定 数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。 确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。 步进电机具有如下优点 : 液压传动系统三级项目 ——机床液压传动系统 学院： 班级： 成员： 指导教师： 日期：2012年6月22日 一、液压传动系统概述 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动技术广泛应用于现代机床生产中，我们以数控车床为例，介绍液压传动系统在机床中的应用。 现代数控机床在实现整机的全自动化控制中，除数控系统外，还需要配备液压传动装置来辅助实现整机的自动运行功能。液压传动装置由于使用工作压力高的油性介质，因此机构输出力大，机械机构紧凑，动作平稳可靠，易于调节，噪声较小。 液压传动系统在数控机床中具有如下辅助功能： （1）自动换刀所需的动作。如机械手的伸、缩、回转和摆动及刀具的松开和夹紧动作。 （2）机床运动部件的运动、制动和离合器的控制、齿轮拨叉挂档等。 二、设计机床液压传动系统的依据 （1）机床的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的机床运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。 （2）机床的工作循环、执行机构的运动方式（移动、转动或摆动），以及完成的工作范围。 （3）液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围。（4）机床各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等。（5）液压系统的工作性能，如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。 （6）其它要求，如污染、腐蚀性、易燃性以及液压装置的质量、外形尺寸和经 济性等。 三、设计液压传动系统的步骤 1、明确对液压传动系统的工作要求，是设计液压传动系统的依据，由使用部门以技术任务书的形式提出。 2、拟定液压传动系统图。（1）根据工作部件的运动形式，合理地选择液压执行元件；（2）根据工作部件的性能要求和动作顺序，列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案，确定安全措施和卸荷措施，保证自动工作循环的完成和顺序动作和可靠。 液压传动方案拟定后，应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压元件的型号规格，还应有执行元件的动作循环图和电气元件的动作循环表，同时要列出标准（或通用）元件及辅助元件一览表。 3、绘制液压系统工作图，编制技术文件。 四、设计液压传动系统时应注意问题 1、在组合基本回路时，要注意防止回路间相互干扰，保证正常的工作循环。 2、提高系统的工作效率，防止系统过热。例如功率小，可用节流调速系统；功率大，最好用容积调速系统；经常停车制动，应使泵能够及时地卸荷；在每一工作循环中耗油率差别很大的系统，应考虑用蓄能器或压力补偿变量泵等效率高的回路。 3、防止液压冲击，对于高压大流量的系统，应考虑用液压换向阀代替电磁换向阀，减慢换向速度；采用蓄能器或增设缓冲回路，消除液压冲击。 4、系统在满足工作循环和生产率的前提下，应力求简单，系统越复杂，产生故障的机会就越多。系统要安全可靠，对于做垂直运动提升重物的执行元件应设有平衡回路；对有严格顺序动作要求的执行元件应采用行程控制的顺序动作回路。此外，还应具有互锁装置和一些安全措施。 5、尽量做到标准化、系列化设计，减少专用件设计。 五、数控车床液压系统的原理图 数控车床液压系统设计 【摘要】本论文针对目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，运用液压元件的基本理论，对其主关键结构液压系统箱进行了原理分析和优化设计。 根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并进行了主油箱液压动力站、静压油箱液压动力站及液压卡盘的设计以及优化设计。 并对液压系统的结构元件和液压控制系统的结构进行了优化设计。 【关键词】数控车床、液压油泵、液压油缸、液压控制阀、性能分析、优化设计【ABSTRACT】The present paper in view of the present domestic and foreign numerical control lathe present situation, the development tendency and the development direction and in the modern industry vital role, the utilization hydraulic unit basic theory, has carried on the static analysis and the optimized design to its important structure lathe bed, then achieved the instruction designs and enhances the numerical control lathe technical performance the goal. According to the design actual need, to the lathe bed development research, the method of hydraulics systems used in the actual project the related theory and the realization principle has carried on the elaboration, and has carried on the lathe bed champing and drive module design as well as the optimized design. The research process mainly divides into hydraulic system analysis and hydraulic control of the optimization designs, analyzed the hydraulic tool to use hydraulic power station and hydraulic systems, obtained the lathe bed static stress and the strain, and has carried on the optimized design to the lathe bed structure, has carried on a more scientific appraisal to the product. 【Key word】Numerical control lathe 、Hydraulic pumps 、Hydraulic cylinders 、control valves、performance analysis 、Optimized design 数控机床电气控制作业2 一、单项选择题 1.用来表明各种电气元件在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置的电气控制系统图是（ B ） A．电气原理图 B.电器元件布置图 C.电气安装接线图 2. 数控机床的进给运动是由（ A ）完成的。 A.进给伺服系统 B.位置检测系统 C.可编程序控制器 3.（ B ）是数控系统的核心 A.进给伺服系统 B.数控装置 C.可编程序控制器 4. 装置在硬件基础上必须有相应的系统软件来指挥和协调硬件的工作，两者缺一不可。数控装置的软件由（ B ）组成。 A.控制软件 B.管理软件和控制软件两部分 C.管理软件 5.（ A ）用来检测工作台的实际位移或丝杠的实际转角。 A. 位置检测装置 B.进给伺服系 C.数控装置 6.（ B ）是一种用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。 A.自动空气开关 B.接触器 C.电流继电器 7. （ B ）不仅控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每一点的位置和速度，加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。 A.直线控制的数控机床 B.轮廓控制的数控机床 C.点位控制的数控机床 8. 数控系统的干扰一般是指那些与信号无关的，在信号输入、传输和输出过程中出现的一些（ C ）的有害的电气瞬变现象。 A.可预见 B.确定 C. 不确定 9.（ A ）是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。电网的许多干扰都是通过这条途径对机床起作用的。 A.接地 B.电动机 C.检测元件 二、判断题（正确的题标注“√”，错误标注“×”） 1. 直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方式，也适合于较大容量（大于10KW）的电动机。（√） 2.开环伺服系统即为无位置反馈的系统，其驱动元件主要是步进电动机。 （ √ ）3. 继电器的输入信号是能是电流、电压等电学量。（×） 4.热继电器的作用是对电路进行短路保护。（×） 5.以交流伺服电机为驱动单元的数控系统称为闭环数控系统。 数控机创进给系统 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。 伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。 数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。 一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。 机械传动装置：是指将驱动源旋运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、丝杠螺母副等中间传动机构。 第一节概述 一、数控机床对进给传动系统的要求 1．减少摩擦阻力：在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 2．减少运动惯量 3．高的传动精度与定位精度设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。 4．宽的进给调速范围：伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达3～6000mm／min(调速范围1：2000)。 5．响应速度要快：所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象 6．无间隙传动：进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。 7．稳定性好、寿命长：稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。 8．使用维护方便 二、联轴器 联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转，以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。 联轴器的类型：有液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩， 数控拉床液压系统的维修与维护 一、液压系统的维修与维护 由于数控机床在生产加工过程中的普遍应用，对数控车床液压系统的维护保养要求标准更高，如果使用维护不当，则严重影响车床的可靠性和使用寿命。目前拉床液压系统存在问题主要有：溜板工作时产生振动；噪声超过85dB;维修困难和维修费用高；耗能大、油温高等问题。造成这几种问题的主要原因是选用的标准液压元件为淘汰产品和有关的液压元件设计不正确。 数控拉床液压技术驱动方式是利用油泵的，在技术上优势特别明显，加工工艺更加精密，并且硬度也有了明显的提高，产品的耐磨性更加好。液压拉床可以加工各种不同形状的零件，如方孔、花键、各种角等等。液压是液压拉床的传动方式，并且传动的方向可以进行变化，并不是单一的，因此具有很好 的灵活性。液压拉床可以实现多种操作方式，使机床和液压形成一体化，在使用功能上有了成倍提升。液压拉床冷却系统有着良好 的构造结构，只要操作正确，不会出现问题。如出现切屑问题，一般均是由于操作不当。要避免操作不当，先要利用正确的切屑方式，把切削液放到容器里面的时候，就要注意不能全部倒满，留有空间可以让切屑充分储存住。否则过多的切屑就会导致车削液的空间被占用，最终导致液面的上升。对于多余的切屑进行清理，维护液压拉床生产的清洁卫生。 另一方面，应注意根据额定拉力来进行具体的拉削作业。因为拉床在生产过程中，拉削能获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，提高生产效率。保护好拉刀，因为锋利拉刀可以针对不同形状的拉床进行加工，特别是硬质合金可转位拉刀在拉削效率上更高，更要特别养护。 二、维护保养内容及要求 1日常保养 1.1定期时间：每班班前、班后。1.2作业时间：各15分钟内。1.3班前 1.3.1擦干净外露导轨、活塞杆尘土及油污。132按润滑规定 注油。1.3.3空车试运转。 1.3.4检查油泵压力、油缸工作情况。 1.4班后 1.4.1清理拉屑。 1.4.2擦拭拉床各部外表。1.4.3机床各部位归位。2 一级保养 2.1定期时间：每季度一次。2.2作业时间：4小时内。2.3外表 2.3.1擦拭机床外表，罩盖及附件，达到内外清洁，无锈蚀，无黄袍。2.3.2检查补齐螺钉、螺母、手柄（球）、油杯等。2.4工作台、拖板与导轨。数控机床液压系统设计
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