第一篇：畢業(yè)設(shè)計(jì)CAK6150普通車床的數(shù)控化改造(伺服系統(tǒng)的改造)說(shuō)明書

目 錄 引言...................................................................2 2 數(shù)控車床與數(shù)控介質(zhì).....................................................3 2.1 數(shù)控車床的組成.......................................................3 2.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展......................................................4 3 數(shù)控改造方法及設(shè)計(jì).....................................................5 3.1 數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)的前景.................................................5 3.2 機(jī)床數(shù)控改造.........................................................5 3.2.1機(jī)床改造的意義......................................................5 3.2.2 數(shù)控車床的性能和精度的選擇.........................................6 3.2.3 車床數(shù)控改造方案選擇...............................................7 4 伺服系統(tǒng)...............................................................8 4.1伺服系統(tǒng)的組成........................................................8 4.2 伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及分類.................................................8 4.2.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望...........................................9 4.2.2 步進(jìn)伺服系統(tǒng).......................................................9 4.2.3 直流伺服系統(tǒng).......................................................9 4.2.4 交流伺服系統(tǒng)......................................................10 4.2.5 直線伺服系統(tǒng)......................................................10 4.3 主軸伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀及展望............................................11 4.3.1交流異步伺服系統(tǒng)...................................................11 4.3.2交流同步伺服系統(tǒng)...................................................11 4.3.3 電主軸............................................................12 4.4 交流電機(jī)和直流電機(jī)直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。..................12 4.5 異步伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造方案............................................13 結(jié)論....................................................................18 參考文獻(xiàn)：..............................................................19 致 謝..................................................................20

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共 20 頁(yè) 1 引言

作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床－數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。

數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。

數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1.適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。2.加工精度高； 3.生產(chǎn)效率高； 4.減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件； 5.良好的經(jīng)濟(jì)效益； 6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。

數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國(guó)數(shù)控機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要。我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國(guó)內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購(gòu)置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，第 2 頁(yè)

共 20 頁(yè) 因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購(gòu)買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。1984年，我國(guó)開始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說(shuō)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性。數(shù)控車床與數(shù)控介質(zhì)

2.1 數(shù)控車床的組成

1、輸入輸出裝置

輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計(jì)算機(jī)。在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已趨于淘汰；目前，使用鍵盤、磁盤等，大大方便了信息輸入工作。輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)（含機(jī)床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等），一般在機(jī)床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時(shí)間后，再將輸出與原始資料作比較、對(duì)照，可幫助判斷機(jī)床工作是否維持正常。

2、數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心與主導(dǎo)，完成所有加工數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算工作，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床各功能的指揮工作。它包含微計(jì)算機(jī)的電路，各種接口電路、CRT顯示器等硬件及相應(yīng)的軟件。

3、可編程控制器

即PLC，它對(duì)主軸單元實(shí)現(xiàn)控制，將程序中的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行處理而控制主軸轉(zhuǎn)速；管理刀庫(kù)，進(jìn)行自動(dòng)刀具交換、選刀方式、刀具累計(jì)使用次數(shù)、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數(shù)等管理；控制主軸正反轉(zhuǎn)和停止、準(zhǔn)停、切削液開關(guān)、卡盤夾緊松開、機(jī)械手取送刀等動(dòng)作；還對(duì)機(jī)床外部開關(guān)（行程開關(guān)、壓力開關(guān)、溫控開關(guān)等）進(jìn)行控制；對(duì)輸出信號(hào)（刀庫(kù)、機(jī)械手、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等）進(jìn)行控制。

4、檢測(cè)反饋裝置

由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成，主要是檢測(cè)速度和位移，并將信息反饋于數(shù)控裝置，第 3 頁(yè)

共 20 頁(yè) 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制以保證數(shù)控機(jī)床加工精度。

5、機(jī)床主機(jī)

數(shù)控機(jī)床的主體，包括床身、主軸、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。

2.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也越來(lái)越快，數(shù)控機(jī)床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。高性能：隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強(qiáng)，數(shù)控機(jī)床也實(shí)現(xiàn)多臺(tái)集中控制，甚至遠(yuǎn)距離遙控。高精度：數(shù)控機(jī)床本身的精度和加工件的精度越來(lái)越高，而精度的保持性要好。高速度：數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)行的速度將大大加快。高柔性：數(shù)控機(jī)床的柔性化將向自動(dòng)化程度更高的方向發(fā)展，將管理、物流及各相應(yīng)輔機(jī)集成柔性制造系統(tǒng)。模塊化：數(shù)控機(jī)床要縮短周期和降低成本，就必然向模塊化方向發(fā)展，這既有利于制造商又有利于客戶。我國(guó)近幾年數(shù)控機(jī)床雖然發(fā)展較快，但與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，應(yīng)變能力差。

為了縮小與世界先進(jìn)水平的差距，有關(guān)專家建議機(jī)床企業(yè)應(yīng)在以下6個(gè)方面著力研究：

1．加大力度實(shí)施質(zhì)量工程，提高數(shù)控機(jī)床的無(wú)故障率。2．跟蹤國(guó)際水平，使數(shù)控機(jī)床向高效高精方面發(fā)展。3．加大成套設(shè)計(jì)開發(fā)能力上求突破。4．發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。5．多品種制造，滿足不同層次的用戶。

6．模塊化設(shè)計(jì)，縮短 開發(fā)周期，快速響應(yīng)市場(chǎng)。

數(shù)控機(jī)床使用范圍越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)容量也越來(lái)越大，但競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)加劇，我們只有緊跟先進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的大方向，并不斷創(chuàng)新，才能趕超世界先進(jìn)水平。

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共 20 頁(yè) 3 數(shù)控改造方法及設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)的前景

目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。本文以車床的數(shù)控改造為例，介紹了機(jī)床數(shù)控改造的方法，包括其結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)，性能與精度的選擇以及最后改造方案的確定。3.2 機(jī)床數(shù)控改造

3.2.1機(jī)床改造的意義

1）節(jié)省資金。機(jī)床的數(shù)控改造同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購(gòu)買新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基?？煽?。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。

2）性能穩(wěn)定

3）提高生產(chǎn)效率。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3至5倍。對(duì)復(fù)雜零件而用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。

言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi) 普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對(duì)局部加以改進(jìn)而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無(wú)

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共 20 頁(yè) 論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過(guò)程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近。3.2.2 數(shù)控車床的性能和精度的選擇

并不是所有的舊機(jī)床都可以進(jìn)行數(shù)控改造，機(jī)床的改造主要應(yīng)具備兩個(gè)條件：第一，機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。第二，改造的費(fèi)用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。在改裝車床前，要對(duì)機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定。改裝后的車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長(zhǎng)度、主電動(dòng)機(jī)功率等一般都不會(huì)改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機(jī)床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。

1）軸變速方法、級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動(dòng)停車等。2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：

進(jìn)給速度：Z向（通常為8～400mm/min）；X向（通常為2～100 mm/min）?？焖僖苿?dòng)：Z向（通常為1.2～4m/min）；X向（通常為1.2～3m/min）。脈沖當(dāng)量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取，通常Z向?yàn)閄向的2倍。

加工螺距范圍：包括能加工螺距類型（公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等），一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達(dá)到。

3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式（一般都選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)）。4）給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是否需要改裝成滾珠絲杠傳動(dòng)。

5）刀架是否需要配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。6）其他性能指標(biāo)選擇：

插補(bǔ)功能：車床加工需具備直線和圓弧插補(bǔ)功能。

刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設(shè)置刀補(bǔ)和間隙補(bǔ)償

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共 20 頁(yè) 功能。

顯示：采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示，顯示的位數(shù)多少等問(wèn)題要根據(jù)車床加工功能實(shí)際需要確定，一般來(lái)說(shuō)，顯示越簡(jiǎn)單成本越低，也容易實(shí)現(xiàn)。

診斷功能：為防止操作者輸入的程序有錯(cuò)和隨之出現(xiàn)的錯(cuò)誤動(dòng)作，可在數(shù)控改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加入必要的器件和軟件，使其能指示出機(jī)床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等，實(shí)現(xiàn)有限的診斷功能。

以上是車床數(shù)控改造時(shí)需要考慮的一些通用性能指標(biāo)，有的車床改造根據(jù)需要還會(huì)有些專門的要求，如車削大螺距螺紋、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾、車刀高精度對(duì)刀等，這個(gè)時(shí)候應(yīng)有針對(duì)性的專門設(shè)計(jì)。3.2.3 車床數(shù)控改造方案選擇

當(dāng)數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來(lái)確定改造方案。目前機(jī)床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，專用化的機(jī)床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng)、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、配置脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能。目前較典型的經(jīng)濟(jì)型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能：

1）采用單片微機(jī)為主控CPU，具有直線和圓弧插補(bǔ)、代碼編程、刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能、數(shù)碼管二坐標(biāo)同時(shí)顯示、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。

2）配有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，脈沖當(dāng)量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向?yàn)?.005mm（要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套）。

3）加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動(dòng)保護(hù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；可以對(duì)程序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編輯修改和試運(yùn)行操作。

4）具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機(jī)械極限位置自動(dòng)限位、超程報(bào)警，以及進(jìn)給速度程序自動(dòng)終止等各類數(shù)控基本功能。

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共 20 頁(yè) 4 伺服系統(tǒng)

4.1伺服系統(tǒng)的組成

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Servo System）簡(jiǎn)稱伺服系統(tǒng)，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，例如數(shù)控機(jī)床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電 機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.（使用在機(jī)電系統(tǒng)中的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了能夠和絲杠等機(jī)械部件直接相連。伺服電機(jī)有一種專門的小慣量電機(jī)，為了得到極高的響應(yīng)速度。但這類電機(jī)的過(guò)載能力低，當(dāng)使用在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中時(shí)，必須加減速裝置。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量反映了系統(tǒng)的加速度特性，在選擇伺服電機(jī)時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的3倍。）較大等特點(diǎn)，這類專用的電機(jī)稱為伺服電機(jī)。當(dāng)然，其基本工作原理和普通的交直流電機(jī)沒(méi)有什么不同。該類電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)單元稱為伺服驅(qū)動(dòng)單元，有時(shí)簡(jiǎn)稱為伺服，一般其內(nèi)部包括電流、速度和/或位置閉環(huán)。

伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放調(diào)與整大后，由電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架，通過(guò)軸的聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。

作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。數(shù)控機(jī)床中的伺服系統(tǒng)種類繁多，本文通過(guò)分析其結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)單歸分，對(duì)其技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)作簡(jiǎn)要探討 4.2 伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及分類

從基本結(jié)構(gòu)來(lái)看，伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、反饋裝置和電動(dòng)機(jī)（附圖）?？刂破靼凑諗?shù)控系統(tǒng)的給定值和通過(guò)反饋裝置檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動(dòng)裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的第 8 頁(yè)

共 20 頁(yè) 電能作用到電動(dòng)機(jī)之上，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動(dòng)機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的交流電或直流電；電動(dòng)機(jī)則按供電大小拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。4.2.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望

進(jìn)給伺服以數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)為控制對(duì)象，產(chǎn)生機(jī)床的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為此，要求進(jìn)給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度，并能精確地進(jìn)行位置控制。具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給伺服可細(xì)分為步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。4.2.2 步進(jìn)伺服系統(tǒng)

步進(jìn)伺服是一種用脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的控制系統(tǒng)。其角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果停機(jī)后某些繞組仍保持通電狀態(tài)，則系統(tǒng)還具有自鎖能力。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，如500步、1000步、50 000步等等，從理論上講其步距誤差不會(huì)累計(jì)。

步進(jìn)伺服結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移動(dòng)速度越低。特別是步進(jìn)伺服易于失步，使其主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造。但近年發(fā)展起來(lái)的恒斬波驅(qū)動(dòng)、PWM驅(qū)動(dòng)、微步驅(qū)動(dòng)、超微步驅(qū)動(dòng)和混合伺服技術(shù)，使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的高、低頻特性得到了很大的提高，特別是隨著智能超微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，將把步進(jìn)伺服的性能提高到一個(gè)新的水平。4.2.3 直流伺服系統(tǒng)

直流伺服的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上。與電磁轉(zhuǎn)矩相關(guān)的是互相獨(dú)立的兩個(gè)變量主磁通與電樞電流，它們分別控制勵(lì)磁電流與電樞電流，可方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速控制。另一方面從控制角度看，直流伺服的控制是一個(gè)單輸入單輸出的單變量控制系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論完全適用于這種系統(tǒng)，因此，直流伺服系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單，調(diào)速性能優(yōu)異，在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中曾占據(jù)著主導(dǎo)地位。

然而，從實(shí)際運(yùn)行考慮，直流伺服電動(dòng)機(jī)引入了機(jī)械換向裝置。其成本高，故障多，維護(hù)困難，經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，并對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時(shí)機(jī)械

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共 20 頁(yè) 換向器的換向能力，限制了電動(dòng)機(jī)的容量和速度。電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，使得電動(dòng)機(jī)效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉(zhuǎn)子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

4.2.4 交流伺服系統(tǒng)

針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的缺陷，如果將其做“里翻外”的處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測(cè)出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，同時(shí)隨著矢量控制方法的實(shí)用化，使交流伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性。其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，使其動(dòng)、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動(dòng)的要求。

目前，在機(jī)床進(jìn)給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號(hào)，位置控制通常由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字伺服可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，如做速度、力矩、位置控制?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參數(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報(bào)警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機(jī)的監(jiān)控程序以軟件實(shí)現(xiàn)。使用時(shí)可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，改變工作方式、更換電動(dòng)機(jī)規(guī)格時(shí)，只需重設(shè)代碼即可，故也稱萬(wàn)能伺服。

交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺(tái)技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。4.2.5 直線伺服系統(tǒng)

直線伺服系統(tǒng)采用的是一種直接驅(qū)動(dòng)方式（Direct Drive），與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)方式相比，最大特點(diǎn)是取消了電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)間的一切機(jī)械中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，即把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零。這種“零傳動(dòng)”方式，帶來(lái)了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方式無(wú)法達(dá)到的性能指標(biāo)，第 10 頁(yè)

共 20 頁(yè) 如加速度可達(dá)3g以上，為傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的10～20倍，進(jìn)給速度是傳統(tǒng)的4～5倍。從電動(dòng)機(jī)的工作原理來(lái)講，直線電動(dòng)機(jī)有直流、交流、步進(jìn)、永磁、電磁、同步和異步等多種方式；而從結(jié)構(gòu)來(lái)講，又有動(dòng)圈式、動(dòng)鐵式、平板型和圓筒型等形式。目前應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床上的主要有高精度高頻響小行程直線電動(dòng)機(jī)與大推力長(zhǎng)行程高精度直線電動(dòng)機(jī)兩類。

4.3 主軸伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀及展望

主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能。但當(dāng)要求機(jī)床有螺紋加 工、準(zhǔn)停和恒線速加工等功能時(shí)，對(duì)主軸也提出了相應(yīng)的 位置控制要求，因此，要求其輸出功率大，具有恒轉(zhuǎn)矩段 及恒功率段，有準(zhǔn)停控制，主軸與進(jìn)給聯(lián)動(dòng)。與進(jìn)給伺服 一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)到直流主軸傳動(dòng)。隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的進(jìn)展，現(xiàn)在又進(jìn)入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時(shí)代。

4.3.1交流異步伺服系統(tǒng)

交流異步伺服通過(guò)在三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組中產(chǎn)生幅值、頻率可變的正弦電流，該正弦電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)。其中，正弦電流的幅值可分解為給定或可調(diào)的勵(lì)磁電流與等效轉(zhuǎn)子力矩電流的矢量和；正弦電流的頻率可分解為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差之和，以實(shí)現(xiàn)矢量化控制。

4.3.2交流同步伺服系統(tǒng)

近年來(lái)，隨著高能低價(jià)永磁體的開發(fā)和性能的不斷提高，使得采用永磁同步調(diào)速電動(dòng)機(jī)的交流同步伺服系統(tǒng)的性能日益突出，為解決交流異步伺服存在的問(wèn)題帶來(lái)了希望。與采用矢量控制的異步伺服相比，永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子溫度低，軸向連接位置精度高，要求的冷卻條件不高，對(duì)機(jī)床環(huán)境的溫度影響小，容易達(dá)到極小的低限速度。即使在低限速度下，也可作恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，特別適合強(qiáng)力切削加工。同時(shí)其轉(zhuǎn)矩密度高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，特別適合高生產(chǎn)率運(yùn)行。較容易達(dá)到很高的調(diào)速比，允許同一機(jī)床主軸具有多種加工能力，既可以加工像鋁一樣的低硬度材料，也可以加工很硬很脆的合金，為機(jī)床進(jìn)行最優(yōu)切削創(chuàng)造了條件。

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共 20 頁(yè) 4.3.3 電主軸

電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，它將主 軸電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，由于取消了齒輪變速箱的傳動(dòng)與電動(dòng)機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn)了主軸系統(tǒng)的一體化、“零傳動(dòng)”。因此，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，并可改善機(jī)床的動(dòng)平衡，避免振動(dòng)和噪聲，在超高速切削機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用。

從理論上講，電主軸為一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)，其既可使用異步交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，也可使用永磁同步電動(dòng)機(jī)。電主軸的驅(qū)動(dòng)一般使用矢量控制的變頻技術(shù)，通常內(nèi)置一脈沖編碼器，來(lái)實(shí)現(xiàn)廂位控制及與進(jìn)給的準(zhǔn)確配合。由于電主軸的工作轉(zhuǎn)速極高，對(duì)其散熱、動(dòng)平衡、潤(rùn)滑等提出了特殊的要求。在應(yīng)用中必須妥善解決，才能確保電主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)和精密加工。

4.4 交流電機(jī)和直流電機(jī)直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。

直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。

有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。

無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。

交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。

無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)解析

結(jié)構(gòu)上，無(wú)刷電機(jī)和有刷電機(jī)有相似之處，也有轉(zhuǎn)子和定子，只不過(guò)和有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)相反；有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)是線圈繞組，和動(dòng)力輸出軸相連，定子是永磁磁鋼；無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁磁鋼，連同外殼一起和輸出軸相連，定子是繞組線圈，去掉了有刷電機(jī)用

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共 20 頁(yè) 來(lái)交替變換電磁場(chǎng)的換向電刷，故稱之為無(wú)刷電機(jī)（Brushless motor）。

無(wú)刷電機(jī)簡(jiǎn)明運(yùn)行原理

簡(jiǎn)單而言，依靠改變輸入到無(wú)刷電機(jī)定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個(gè)繞電機(jī)幾何軸心全轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來(lái)了，電機(jī)的性能和磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強(qiáng)度、電機(jī)輸入電壓大小等因素有關(guān)，更與無(wú)刷電機(jī)的控制性能有很大關(guān)系，因?yàn)檩斎氲氖侵绷麟?，電流需要電子調(diào)速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機(jī)那里接收控制信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足模型使用需要?？偟膩?lái)說(shuō)，無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，真正決定其使用性能的還是無(wú)刷電子調(diào)速器，好的電子調(diào)速器需要有單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、復(fù)雜加工工藝等過(guò)程的總體控制，所以價(jià)格要比無(wú)刷電機(jī)高出很多。4.5 異步伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造方案

異步機(jī)就是電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度不一致，有一個(gè)差值（不同步）。我們叫轉(zhuǎn)差。這個(gè)轉(zhuǎn)差與定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速的比率叫轉(zhuǎn)差率。同步機(jī)與異步機(jī)的區(qū)別在于：從供電方面說(shuō)，異步機(jī)只是在定子側(cè)加上電壓（也有轉(zhuǎn)子上加電壓的），而同步機(jī)要在定子和轉(zhuǎn)子上都加上電壓。也就是說(shuō)異步機(jī)是單邊勵(lì)磁，同步機(jī)是雙邊勵(lì)磁。從轉(zhuǎn)速方面說(shuō)，異步機(jī)的轉(zhuǎn)速只與負(fù)荷大小有關(guān)（當(dāng)然有一定的范圍），而同步機(jī)的轉(zhuǎn)速只與電網(wǎng)的頻率有關(guān)。

從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，同步電機(jī)與異步機(jī)轉(zhuǎn)子的構(gòu)造也不一樣。異步機(jī)的轉(zhuǎn)子是有夕鋼片和鋁條（或夕鋼片和線圈組成），而同步機(jī)一般由數(shù)塊磁鋼和線圈組成（也有隱極式的不太一樣）。當(dāng)然還有許多差別，如工藝要求、設(shè)計(jì)問(wèn)題等等.。異步機(jī)相對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格便宜，維護(hù)量少，調(diào)速范圍較小，必需從電網(wǎng)吸取滯后的勵(lì)磁電流，功率因數(shù)低。廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。但大多數(shù)用于電動(dòng)機(jī)，作用于發(fā)電機(jī)的很少。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。90年代以后，世界各國(guó)已經(jīng)

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共 20 頁(yè) 商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：

⑴無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。⑵定子繞組散熱比較方便。

⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。⑸同功率下有較小的體積和重量。

自從德國(guó)MANNESMANN的Rexroth公司的In分部在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀(jì)80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來(lái)隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進(jìn)行，稱為永磁交流伺服系統(tǒng)。

到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國(guó)西門子、美國(guó)科爾摩根和日本松下及安川等公司。

日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，其中D系列適用于數(shù)控機(jī)床（最高轉(zhuǎn)速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m），R系列適用于機(jī)器人（最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，力矩為0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個(gè)系列。20世紀(jì)90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅(qū)動(dòng)、8051單片機(jī)控制改為正弦波驅(qū)動(dòng)、80C、154CPU和門陣列芯片控制，力矩波動(dòng)由24％降低到7％，并提高了可靠性。這樣，只用了幾年時(shí)間形成了八個(gè)系列（功率范圍為0.05～6kW）較完整的體系，滿足了工作機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)械人、裝配機(jī)器人、電子部件、加工機(jī)械、印刷機(jī)、高速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等的不同需要。

第 14 頁(yè)

共 20 頁(yè) 以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本法奴克（Fanuc）公司，在20世紀(jì)80年代中期也推出了S系列（13個(gè)規(guī)格）和L系列（5個(gè)規(guī)格）的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)。L系列，有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常數(shù)，適用于要求特別快速響應(yīng)的位置伺服系統(tǒng)。

日本其他廠商，例如：三菱電動(dòng)機(jī)（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、東芝精機(jī)（SM系列）、大隈鐵工所(BL系列）、三洋電氣（BL系列）、立石電機(jī)（S系列）等眾多廠商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)行列。

德國(guó)力士樂(lè)公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機(jī)共有7個(gè)機(jī)座號(hào)92個(gè)規(guī)格。

德國(guó)西門子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類，共8個(gè)機(jī)座號(hào)98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)機(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機(jī)IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6SC61系列，最多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機(jī)控制。

德國(guó)寶石（BOSCH）公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列（17個(gè)規(guī)格）和稀土永磁的SE系列（8個(gè)規(guī)格）交流伺服電動(dòng)機(jī)和Servodyn SM系列的驅(qū)動(dòng)控制器。

美國(guó)著名的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould 電子公司一個(gè)分部（Motion Control Division），生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)和A600 系列的伺服驅(qū)動(dòng)器。后合并到AEG，恢復(fù)了Gettys名稱，推出A700全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。

美國(guó)A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驅(qū)動(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和1391型交流PWM伺服控制器。電動(dòng)機(jī)包括3個(gè)機(jī)座號(hào)共30個(gè)規(guī)格。I.D.（Industrial Drives）是美國(guó)著名的科爾摩根（Kollmorgen）的工業(yè)驅(qū)動(dòng)分部，曾生產(chǎn)BR-

210、BR-

310、BR-510 三個(gè)系列共41個(gè)規(guī)格的無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)和BDS3型伺服驅(qū)動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計(jì)的摻鶼盜袛（Goldline）永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，包括B（小慣量）、M（中慣量）和EB（防爆型）三大類，有10、20、40、60、80五種機(jī)座號(hào)，每大類有42個(gè)規(guī)格，全部采用釹鐵硼永磁材料，力矩范圍為0.84～111.2N.m，功率范圍為0.54～15.7kW。配套的驅(qū)動(dòng)器有BDS4（模擬型）、BDS5（數(shù)字型、含位置控制）和Smart Drive（數(shù)字型）三個(gè)系列，最大連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技術(shù)最新水平。

愛(ài)爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國(guó)外的一個(gè)分部，現(xiàn)合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺

第 15 頁(yè)

共 20 頁(yè) 服電動(dòng)機(jī)、直流力矩電動(dòng)機(jī)和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機(jī)座號(hào)共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和八種控制器。

法國(guó)Alsthom集團(tuán)在巴黎的工廠生產(chǎn)LC系列（長(zhǎng)型）和GC系列（短型）交流伺服電動(dòng)機(jī)共14個(gè)規(guī)格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動(dòng)器。

原蘇聯(lián)為數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人伺服控制開發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁，有兩個(gè)機(jī)座號(hào)，每個(gè)機(jī)座號(hào)有3種鐵心長(zhǎng)度，各有兩種繞組數(shù)據(jù)，共12個(gè)規(guī)格，連續(xù)力矩范圍為7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6個(gè)機(jī)座號(hào)17個(gè)規(guī)格，力矩范圍為0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器。

近年日本松下公司推出的全數(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)，其中永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)有MSMA系列小慣量型，功率從0.03～5kW，共18種規(guī)格；中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個(gè)系列，功率從0.75～4.5kW，共23種規(guī)格,MHMA系列大慣量電動(dòng)機(jī)的功率范圍從0.5～5kW，有7種規(guī)格。

韓國(guó)三星公司近年開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中FAGA交流伺服電動(dòng)機(jī)系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號(hào)，功率從15W～5kW。

現(xiàn)在常采用摴β時(shí)浠蕯（Powerrate）這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)機(jī)的品質(zhì)因數(shù)，衡量對(duì)比各種交直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)（額定）力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。

按功率變化率進(jìn)行計(jì)算分析可知，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)以美國(guó)I.D 的Goldline系列為最佳，德國(guó)Siemens的IFT5系列次之。

交流異步伺服通常有模擬式、數(shù)字式兩種方式。與模擬式相比，數(shù)字式伺服加速特性近似直線，時(shí)間短，且可提高主軸定位控制時(shí)系統(tǒng)的剛性和精度，操作方便，是機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)采用的主要形式。然而交流異步伺服存在兩個(gè)主要問(wèn)題：一是轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低，轉(zhuǎn)矩密度較小，體積較大；二是功率因數(shù)較低，因此，要獲得較寬的恒功率調(diào)速范圍，要求較大的逆變器容量。

ADSD-AS系列是安迪公司自主研發(fā)、生產(chǎn)的交流異步伺服控制器。具有集成度高、第 16 頁(yè)

共 20 頁(yè) 體積小、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，可以方便的實(shí)現(xiàn)高精度銑削、車削、磨削等加工，比傳統(tǒng)的變頻器更勝一籌。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

采用32位DSP為核心的控制單元，結(jié)合FPGA芯片的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速高性能的控制。

根據(jù)負(fù)載整定PID高中低速和加減速參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載變化，自動(dòng)調(diào)整增益。

功能齊全，支持位置控制模式，速度控制模式，轉(zhuǎn)矩控制模式。

支持混合控制模式，可以隨意動(dòng)態(tài)切換。

操作靈活，可以按用戶工藝要求，實(shí)現(xiàn)軟PLC功能。可在線存儲(chǔ)三套用戶根據(jù)工藝要求編制的程序。

多種頻率設(shè)定方式，模擬端子可以接受±10V、±2.65V、±20mA等范圍信號(hào)。轉(zhuǎn)速追蹤啟動(dòng)與斷電再恢復(fù)運(yùn)行功能。

支持標(biāo)準(zhǔn)的RS485與Can Bus，符合RTU 通信協(xié)議。

人性化顯示菜單，中文液晶顯示，配以LED顯示，同時(shí)顯示3個(gè)狀態(tài)參數(shù)。逆變模塊（IGBT）溫升監(jiān)控功能，風(fēng)扇調(diào)節(jié)可控，適時(shí)降低電機(jī)噪音和溫升。完善的過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、欠壓、過(guò)負(fù)載、編碼器故障等保護(hù)機(jī)制。故障查詢與記錄功能，方便排除故障。

第 17 頁(yè)

共 20 頁(yè) 結(jié)論

作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來(lái)發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)?？梢灶A(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2010年3月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時(shí)至今日，論文基本完成。從最初的茫然不知，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。經(jīng)過(guò)了幾個(gè)月的寫作，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕。回想這段日子的感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了難忘的回憶和收獲。

3月初，我的論文題目定了下來(lái)，是：CAK6150普通車床的數(shù)控化改造。當(dāng)開題報(bào)告定下來(lái)的時(shí)候，我便著手資料的收集，當(dāng)時(shí)面對(duì)這真是有些茫然，不知如何下手。在與同學(xué)的交流后，終于使我對(duì)自己現(xiàn)在的狀況有了一定的掌握。

當(dāng)我終于完成了所有資料的收集整理后，整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我的心里是甜的，我覺(jué)得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過(guò)程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過(guò)程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。

我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭(zhēng)取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。

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致 謝

在此更要感謝我的導(dǎo)師和專業(yè)老師，是你們的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無(wú)不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。

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第二篇：臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

畢業(yè)論文

（2016屆）

（臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)）

學(xué)生姓名 學(xué)

號(hào)

院

系 專

業(yè) 指導(dǎo)教師 完成日期

臥室車床數(shù)控化改造

摘要

中國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國(guó),但其裝備水平落后,特別是一些老的機(jī)械制造廠大多還是比較舊的機(jī)床,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求。針對(duì)目前制造業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀,對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)裝備進(jìn)行改造,解決機(jī)械制造業(yè)中的一些技術(shù)問(wèn)題,用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對(duì)舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升,是我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展方向。本課題是針對(duì)已報(bào)廢的兩臺(tái)臥式床進(jìn)行數(shù)控化改造,其現(xiàn)實(shí)意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法,對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進(jìn)行技術(shù)提升,以解決目前設(shè)備老化所帶來(lái)的問(wèn)題。

本次設(shè)計(jì)著重對(duì)臥式車床的縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造，并對(duì)縱橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)齒輪箱進(jìn)行改造。本次設(shè)計(jì)作了下面的一些工作： 1機(jī)械部分采用了一級(jí)齒輪傳動(dòng)，以BF型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，以CBM/CDM滾珠絲杠作為重要元件，以便更好的實(shí)行軟件控制；

2數(shù)控部分采用MCS-51中的8031作為主控芯片建立一套單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。擴(kuò)展I/O接口用8155芯片及外存儲(chǔ)器，采用地址鎖存和譯碼器。SolidWorks造型，包括軟件的應(yīng)用和對(duì)車床的實(shí)體建摸。

關(guān)鍵詞 臥室車床 數(shù)控化 改造

目錄

1． 緒

論................................................................................................................................1

2.1車床改造方案的選擇.................................................................................................................5

2.1.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的選擇...............................................................................................................5 2.1.2系統(tǒng)運(yùn)用方式的確定......................................................................................................5 2.1.3伺服系統(tǒng)的選擇...............................................................................................................5 2.2車床改造方案的確定.................................................................................................................7 3.機(jī)械計(jì)算部分.........................................................................................................................8

3.1選擇脈沖當(dāng)量...............................................................................................................................9 3.2計(jì)算切削力...................................................................................................................................9 3.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型.............................................................................................10

3.3.1縱向進(jìn)給絲杠.................................................................................................................10 3.3.2橫向進(jìn)給絲杠.................................................................................................................14 3.4齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算....................................................................................................................16

3.4.1縱向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算....................................................................................................16 3.4.2橫向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算....................................................................................................16 4.微機(jī)控制部分..................................................................................................................16 4.1 總體設(shè)計(jì).....................................................................................................................................16 4.2主控制器......................................................................................................................................17

4.2.1主控器的選擇.................................................................................................................17 4.2.2 8031對(duì)片外存儲(chǔ)器的選擇......................................................................................18 4.2.3 8031并行I/O口擴(kuò)展................................................................................................19

5.SolidWorks造型...................................................................................................................19

5.1 SolidWorks 軟件介紹..............................................................................................................19 5.2 繪制草圖.....................................................................................................................................22 5.3 裝配體設(shè)計(jì)................................................................................................................................24 結(jié)

論......................................................................................................................................27 致

謝......................................................................................................................................28 參考文獻(xiàn)..................................................................................................................................29 裝配圖與零件圖......................................................................................................................30

1． 緒

論

隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)張，對(duì)很多零部件的精度要求越來(lái)越高，許多零件用普通車床很難加工，要求用數(shù)控機(jī)床加工。這就需要大量經(jīng)費(fèi)，對(duì)老設(shè)備進(jìn)行改造是一條投資少見效快的途徑，有許多工廠有C6140臥式車床，但無(wú)法完成精度高的工件加工，因此需對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造。

數(shù)字控制機(jī)床(Numerical Control Machine Tools)簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床，這是一種將數(shù)字計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)。數(shù)控機(jī)床是一個(gè)精密的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是由精密機(jī)械部件（如滾珠絲桿、高精度導(dǎo)軌、精密軸承、主軸）和復(fù)雜電氣部件（如數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電機(jī)以及精密測(cè)量系統(tǒng)）構(gòu)成的一個(gè)完整的產(chǎn)品。它把機(jī)械加工過(guò)程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過(guò)信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來(lái)。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖如下：

數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖

其工作原理是先根據(jù)被加工零件的形狀、尺寸和技術(shù)要求等條件，確定該零件的加工工藝過(guò)程、工藝參數(shù)，并按一定的規(guī)則形成數(shù)控系統(tǒng)能理解的加工程序。即：將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化；按標(biāo)準(zhǔn)的格式編制成零件加工程序單；然后將此加工程序輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，并將輸入到數(shù)控單元的加工程序進(jìn)行試運(yùn)行、刀具路徑模擬等。確認(rèn)無(wú)誤后，再將被加工零件裝夾好；對(duì)刀后，即可啟動(dòng)機(jī)床運(yùn)行加工程序。在加工程序運(yùn)行時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)加工程序的內(nèi)容，發(fā)出各種控制命令，如啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，打開切削液、進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算、向特殊的執(zhí)行單元發(fā)出數(shù)字位移脈沖和進(jìn)行進(jìn)給速度控制等。正常情況下，加工程序可直接運(yùn)行到其結(jié)束。當(dāng)改變加工零件時(shí)，在數(shù)控機(jī)床上只要改變加工程序，就可以繼續(xù)加工新零件。

數(shù)控機(jī)床改造在國(guó)外以發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門。早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營(yíng)這門業(yè)務(wù)，其發(fā)展的原因是多方面的。

首先是技術(shù)的原因，過(guò)去20年里，金屬切削的基本原理變化不大，但社會(huì)的生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，要求制造技術(shù)向自動(dòng)化和精密化前進(jìn)。而刀具材料和電子技術(shù)卻有很的大的進(jìn)步，特別是微電子技術(shù)，電子計(jì)算機(jī)的技

術(shù)進(jìn)步，反應(yīng)出控制系統(tǒng)，它能幫助機(jī)床自動(dòng)化又能提高加工精度，技術(shù)進(jìn)步和高生產(chǎn)率的要求，精密加工的增多等，突出了舊機(jī)床技術(shù)改造技術(shù)的必要性和急迫性。

其次是經(jīng)濟(jì)上的原因。許多發(fā)達(dá)國(guó)家多做過(guò)系統(tǒng)的分析，如果舊機(jī)床設(shè)備以新設(shè)備更新，要付出很大的代價(jià)的，若利用“改造技術(shù)”，則節(jié)省大半資金，這種事半功倍的技術(shù)，不僅不浪費(fèi)資金而切還為小企業(yè)技術(shù)改造開創(chuàng)了新路，而且對(duì)實(shí)力雄厚的大企業(yè)也有很大的經(jīng)濟(jì)吸引力。

再次是市場(chǎng)因素，目前許多國(guó)家設(shè)備所需的數(shù)控機(jī)床數(shù)量，按機(jī)床工業(yè)現(xiàn)狀是無(wú)力及時(shí)提供的。機(jī)床“改造”就成為機(jī)床市場(chǎng)需要的補(bǔ)足手段。

最后是生產(chǎn)力的因素，在工業(yè)生產(chǎn)中，品種多小批量生產(chǎn)是現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的基本特征，只有相當(dāng)大比重完成生產(chǎn)任務(wù)，不外乎選擇通用機(jī)床、專業(yè)機(jī)床和數(shù)控機(jī)床，柔性制造系統(tǒng)，就工業(yè)復(fù)雜程度和一批工件所需要生產(chǎn)總成本比較中看出，數(shù)控機(jī)床最能適應(yīng)這一需要。

我國(guó)是擁有300萬(wàn)機(jī)床國(guó)家。而這些機(jī)床又大量是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動(dòng)化程度不高，要想在近幾年內(nèi)大量用自動(dòng)、半自動(dòng)和精密機(jī)床更新現(xiàn)有設(shè)備，不論資金還是我國(guó)機(jī)床的能力是辦不到的。因此應(yīng)盡快將我國(guó)現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備改造自動(dòng)化要求解決的課題。用這控制技術(shù)正是適應(yīng)這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入了微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)具有先進(jìn)性，同時(shí)在應(yīng)用此自動(dòng)化改造方案，有較大的應(yīng)用性和可調(diào)性，而且投資改造的費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅是

全功能型數(shù)控裝置的1/3到1/5擁護(hù)承擔(dān)的起。從若干單位應(yīng)用的實(shí)例可論證，投入使用后，成倍的提高了生產(chǎn)效率，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國(guó)提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再推出全功能型數(shù)控這條道路，適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)、教育、生產(chǎn)水平，對(duì)于以后全動(dòng)能型數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械制造的方向過(guò)度的重要內(nèi)容。

CA6140機(jī)床是一種普通精度的及萬(wàn)能臥式機(jī)床，屬于使用范圍廣的通用機(jī)床。這種機(jī)床的性能及質(zhì)量較好。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動(dòng)化程序較低，是一種屬于中型的普通機(jī)床，在各廠礦企業(yè)的應(yīng)用很廣。

為此，本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)CA6140臥式機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，利用微機(jī)對(duì)縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)行開環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)元件是利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)利用滾珠絲杠。

2． 總體方案確定

2.1車床改造方案的選擇

2.1.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的選擇

在簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)中，大多數(shù)是利用八位微處里機(jī)和單片機(jī)，近年來(lái)國(guó)有一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種八位單片微型機(jī)，主要有MCS—48系列，CS-51系列，Mostek的3870，Motorolo公司的6801和6805。目前在國(guó)內(nèi)用的較廣，開發(fā)工具較齊的是MCS-51系列，這里選用MCS-51系列中的8031。

2.1.2系統(tǒng)運(yùn)用方式的確定

數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)，點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)，輪廓控制系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng)。車床是控制刀具以給定速率沿指定路線運(yùn)動(dòng)來(lái)加工工件輪廓復(fù)雜的零件，其個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)之間有著精確的出數(shù)關(guān)系，根據(jù)車床加工這一特點(diǎn)，采用連續(xù)控制系統(tǒng)比較合適，連續(xù)控制系統(tǒng)具有點(diǎn)位控制系統(tǒng)的功能，故定位方式采用增量坐標(biāo)控制。2.1.3伺服系統(tǒng)的選擇

伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)位量伺服控制有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種控制方式。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著精度不能達(dá)到太高的基本問(wèn)題，但是步進(jìn)電機(jī)具有位移和輸出脈沖的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，使誤差不能積累，轉(zhuǎn)速和輸出脈沖頻率有嚴(yán)格的對(duì)映關(guān)系，而且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電流、電壓、負(fù)載大

小、環(huán)境條件的波動(dòng)變化的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)裝置發(fā)出信號(hào)的流向是單向的，對(duì)移動(dòng)部件如工作臺(tái)的實(shí)際位置工件檢測(cè)。并且伴隨電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，目前大多采用直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件。雖然閉環(huán)、半閉環(huán)對(duì)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高精確的位置伺副。由于反饋環(huán)節(jié)必須的技術(shù)條件要控制閉環(huán)系統(tǒng)的良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，其難度也大為提高。

本設(shè)計(jì)是基于CA6140普通型的車床的經(jīng)濟(jì)化、數(shù)控化改造故采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)伺服系統(tǒng)。2.1.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)式的確定

（1）導(dǎo)軌 由于普通型車床的改造精度要求的不高的開環(huán)系統(tǒng)，而滑動(dòng)導(dǎo)軌定位精度和靈敏不需研磨措施可達(dá)到10um左右。能夠滿足改裝后的要求，所以仍采用原機(jī)床的導(dǎo)軌。

（2）螺旋傳動(dòng)

原機(jī)床的絲杠屬于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，主要缺點(diǎn)就是機(jī)械效率低，一般僅為30~60%，與改造后的精度相差很多。數(shù)控機(jī)床除了具有較高的定位精度外，還應(yīng)良好的動(dòng)態(tài)間應(yīng)特征，滾珠絲杠副的特點(diǎn)，傳動(dòng)效率高，一般達(dá)到90%以上，通過(guò)預(yù)緊力可消除絲杠間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精

度高，有可靠性，磨損小，使用壽命長(zhǎng)，但制造復(fù)雜，成本高。要使系統(tǒng)指令好，有能滿足精度要求，本次改造采用滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。

（3）齒輪傳動(dòng)

考慮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選擇，為達(dá)到0.001秒的分辨率的要求，縱、橫向均采用錯(cuò)齒調(diào)隙的齒輪做減速運(yùn)動(dòng)。

2.2車床改造方案的確定

（1）保留原車床的主傳動(dòng)鏈。

為了保證機(jī)床加工螺紋的功能，在主軸外端安裝一個(gè)YGM脈沖發(fā)生器，使其與主軸轉(zhuǎn)速相一致是1:1的關(guān)系，用它來(lái)發(fā)出脈沖發(fā)生器，使微機(jī)處理機(jī)根據(jù)主軸的脈沖信號(hào)，使刀架通過(guò)絲杠的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（2）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造,拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱和溜板箱利用原機(jī)床的安裝孔銷釘孔安裝齒輪箱體,滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置,兩端仍利用原固定

方式,這樣可減少改裝工作量。

（3）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的安裝：保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)。用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床對(duì)零件操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，電動(dòng)機(jī)、齒輪箱安裝在機(jī)床后側(cè)。

（4）縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用齒輪減速，并且用雙齒輪錯(cuò)齒法消除間隙，雙片齒輪間采用消除彈簧，布量成互為120的位置。當(dāng)螺釘松開時(shí)，由于各個(gè)彈簧所受力不同而自動(dòng)調(diào)節(jié)間隙，再用螺釘緊固。

縱向齒輪箱和溜板箱均加外罩,以保持機(jī)床原外觀，起到美化機(jī)床的效果,溜板箱上安裝了縱向快速進(jìn)給按鈕,以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到意外時(shí)緊急處理。

3.機(jī)械計(jì)算部分

本次設(shè)計(jì)將一臺(tái)CA6140普通機(jī)床改造成微機(jī)數(shù)控機(jī)床，采用MCS-51型系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能,具有降速控制功能,其他設(shè)計(jì)參數(shù)如下: 最大回直徑:

400 mm 電機(jī)功率:

7.5KW 快速進(jìn)給:

縱向2.4m/min

橫向1.2m/min 切削速度:

縱向0.5m/min

橫向0.25m/min 定位精度:

0.015mm 移動(dòng)部件重量:

縱向:800N

橫向600N 加速時(shí)間:

30ms 機(jī)床效率:

0.8 3.1選擇脈沖當(dāng)量

根據(jù)機(jī)床精度要求脈沖當(dāng)量,縱向0.01mm/脈沖，橫向?yàn)?.005mm/脈沖

3.2計(jì)算切削力

3.2.1縱切外圓

1主切削力（Fz）計(jì)算由《金屬切削原理》可知切削率：P：電機(jī)功率7.5Kw

n:主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率?。害?0.78 Pc-切削功率Pc=0.78×7.5=5.85Kw

Pc又∵Pc=FzV

∴Fz=v

式中: V 切削速度 V=100m/min

FzPc/V=60×Pc×1000/v=3510N 3.2.2 橫切端面

主切削力Fz?, 可取縱切的1/2

Fz?=1/2Fz1/2×3510=1755N 又Fx?:Fz? :Fy?=1:0.4:0.25 Fx?=0.4Fz?=0.4×1755=702N Fy?=0.25Fz?=0.25×1755=438.75N Fx=0.25Fz=0.25×1755=877.5N Fy=0.4Fz=0.4×3510=1404N 3.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型

3.3.1縱向進(jìn)給絲杠 1．計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm

縱向進(jìn)給的綜合型導(dǎo)軌

采用三角型或綜合導(dǎo)軌:

Fm=kFx+f?(Fz+G)

式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N): G-移動(dòng)部件的重量(N)f?—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),隨導(dǎo)軌形式而不同

K考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù).f=0.16 則Fm=1.15×877.5+0.16(3510+800)=1698.75N

2．計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C

3C=LfwFm

選用滾珠絲杠副的直徑d.時(shí)必須保證在一定軸向負(fù)載 作用下.絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)后,在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕 現(xiàn)象.這個(gè)軸向負(fù)載的最大值稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)

負(fù)載C可用C=3Lfw.Fm

60nTL=106

1000VSn=L0

公式中滾珠絲杠導(dǎo)程L=6mm.可取最高進(jìn)給速度的(1/2~1/3)此處 VS=0.5×0.5=0.25m/min T: 使用壽命按15000h計(jì)算 L: 壽命以106轉(zhuǎn)為1單位 Fw: 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 fw:12~1.5 取fw=1.3 1000?0.25N=6=42r/min 60nT60?42?15000L=106=106=38小時(shí)

C=3L.fw.Fm C=338×1.3×1698.75=7508.47 3．滾珠絲杠螺母的選型

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選取滾珠絲杠公稱直徑為φ40選用的型號(hào)為 CDM4006-2.5 其額定動(dòng)載荷15470N,所用強(qiáng)度足夠用

４．效率計(jì)算 tanrη=tan（r??）

公式中摩擦角r=2°44?6??，φ=10 公式中:r絲杠螺旋升角

r—摩擦角滾珠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) , f=0.003~0.004 R摩擦角約為10分 公式中:r螺旋角 CDM4006 r =2?44?6??

r:摩擦角取10分

tan2?44?n=tan(2?44??10?）=94.24% 5．剛度驗(yàn)算

先畫出縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖

圖3—1縱向進(jìn)給計(jì)算簡(jiǎn)圖

最大牽引力為1698.75N, 支承間距L=1700mm 絲杠螺母及軸承均采用預(yù)緊,預(yù)緊力為最大牽引力為1698.75N.Fm.L0ΔL=EF

公式中: Fm工作負(fù)載(N)L.:滾珠絲杠L=6mm E:材料彈性模數(shù)對(duì)鋼E=20.6×106(N/mm2)F:滾珠絲杠面積mm2

F=1/4πD2=1/4π×402=1256m 1698.73?6△L=20.6?106?1256.0?0.394×104mm2

再算滾珠絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮的變形量δmm δ=0.394×10-4×L/6=0.011

對(duì)滾珠絲杠經(jīng)過(guò)預(yù)拉拉伸,拉壓剛度可提高4倍 其實(shí)際變量??=1/4×0.011=2.75×10mm

?33?=0.00756mm<定位精度0.015mm

3.3.2橫向進(jìn)給絲杠

1．計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm 橫向?qū)к墳檠辔残螌?dǎo)軌 其計(jì)算公式如下: Fm=KFx+f?(Fz+2Fy+G)式中K:考慮顛復(fù)力矩的影響實(shí)驗(yàn)系數(shù)K=1.4 f?:導(dǎo)軌上摩擦系數(shù)為f?=0.2,G?移動(dòng)部件重量G=600N Fm=1.4×702+0.2(1755+2×438.75+600)=1629.3N 2．計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載(N)1000VS1000?0.25?0.54n=L0.==31.25 60?31.25?15000106L==28.125 3C=28.125×1.2×1629.3=5865.48N 3．選擇滾珠絲杠螺母副

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山東濟(jì)寧

選用滾珠絲杠為CDM2504-2.5 其額定的動(dòng)載荷為6638 d=25mm d1=24.5mm 循環(huán)列數(shù)為1×2.5×2

Coa=16826 螺旋導(dǎo)程角

4r=arctanp?D=arctan3.14?2

5r=2°55? 選擇精度等級(jí)為3級(jí)

4．傳動(dòng)效率的計(jì)算

tanr

η=tan(r??）=tg2°55?/tg(2°55?+10?)=0.945 5．剛度計(jì)算

橫向進(jìn)給絲杠方式,如圖所示最大牽引力為2612.1N 支承間距 L=450mm 因絲杠長(zhǎng)度較短不需要預(yù)緊

L=450

圖3—2橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖

1滾珠絲杠的拉伸或壓縮變形量

FmL1629.3?4△L=EF=20.6?106??/4?252=0.6448×10?4

滾珠絲杠經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸

??=1/4×0.007254=0.0018 3?=0.0054小于定位精度

定位精度為0.015

3.4齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算

3.4.1縱向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算

已確定縱向脈沖當(dāng)量δ=0.01 ,滾珠絲杠導(dǎo)程L=6mm和步距角0.75, 可計(jì)算出i

360?P360?0.01i=?b.L0=0.75?6=0.8 可選定齒輪的齒數(shù)為i=z1/z2=32/40 或20/25 d=mz=64 z1=32 z2=40 或z1=20 z2=35 d2=70 3.4.2橫向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算

已確定橫向脈沖當(dāng)量δ=0.005mm/step,滾珠絲杠導(dǎo)程L=4mm 和步距角0.75 ,可計(jì)算出傳動(dòng)比i 360?p360?0.005i=?b.L0=0.75?4=0.6 z1=21 ,z2=35

4.微機(jī)控制部分

在普通車床CA6140基礎(chǔ)上加數(shù)控部分,以使其成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,以完成較高的精度加工.4.1 總體設(shè)計(jì)

我國(guó)目前廣泛使用MCS-51系列中的8031芯片,通過(guò)擴(kuò)展和I/O口擴(kuò)展功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床X,Z兩個(gè)方向的控制.以及軟硬的任務(wù)分配有:控制步進(jìn)電

機(jī)脈沖發(fā)生和脈沖分配,數(shù)碼顯示的字符發(fā)生,鍵盤掃描管理既用硬件管理,又可用軟件實(shí)現(xiàn),此次采用若干方案:控制步進(jìn)電機(jī)用的脈沖發(fā)生器用硬件.采用國(guó)產(chǎn)YB015環(huán)行分配器實(shí)現(xiàn),字符發(fā)生及鍵盤掃描均有軟件實(shí)現(xiàn).4.2主控制器

4.2.1主控器的選擇

近年來(lái)同外的一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種8位的單片微型端口及部分RAM于一體的功能很強(qiáng)的控制器。目前國(guó)內(nèi)用得較廣，開發(fā)工具較齊的是MCS—51系列包含三個(gè)產(chǎn)品：8031、8051和8751。三者的引腳完全兼容，僅在結(jié)構(gòu)上有一些差異，主要是8031：8031是無(wú)ROM的8051，而8751是用EPROM代替ROM的8051。用得較多的就是我所選用的8031。(1)8031型芯片: 1)單片機(jī)是集CPU,I/O端口及部分RAM一體的功能很強(qiáng)的控制器,8031基本特點(diǎn)如下: 1處理器CPU8位 2芯片內(nèi)有時(shí)鐘電位 3具有12 各字節(jié)RAM 4具有21特殊功能的存儲(chǔ)器 5具有4 各I / O端口,32根I/O線

6可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

7可尋址64K外部程序存儲(chǔ)器 8具有兩個(gè)16位定時(shí)/記時(shí)數(shù)量 9具有5 個(gè)中斷位,配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí) 10具有一個(gè)全功能竄行接口 11具有尋址能力,適宜邏輯計(jì)算

從以上論證可以看出,8031型芯片,功能幾乎為一塊Z80CPU,一塊RAM,一塊Z80CTC兩塊Z80PLO和一塊Z80SLO處理的微機(jī)計(jì)算機(jī).(2)8031芯片管腳的功能及其他功能

按引腳功能可分三類，即：其一：I/O口線：P?、P1、P2、P3共4個(gè)8為口。其二：控制線：PSEN（片外取指令控制）、ALE（地址鎖存控制）、EA（片外取存儲(chǔ)器選擇）、RESET（復(fù)位控制）。其三：電源及時(shí)鐘：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。4.2.2 8031對(duì)片外存儲(chǔ)器的選擇

1、EPRAM選擇：

根據(jù)MCS—51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的EPRAM芯片，確定存儲(chǔ)器容量為16K。選擇EPRAM的型號(hào)時(shí)，主要考慮的因素是讀取速度，這決定著系統(tǒng)是否正確工作。根據(jù)CPU與EPRAM時(shí)序匹配要求，可選用2片2764程序存儲(chǔ)器。

2、RAM選擇：?jiǎn)纹瑱C(jī)的擴(kuò)展RAM多選用靜態(tài)RAM，根據(jù)容量要求和RAM與CPU的讀寫時(shí)序匹配的要求，這里選用大容量的RAM6264兩片。

4.2.3 8031并行I/O口擴(kuò)展

8031有四個(gè)8位口(I/O端口),但真正能夠提供用戶使用的只有P1口,因?yàn)镻2 P0口通常用來(lái)傳送外存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù),P3口也需要使用他的第二功能.因此8031的I/O的端口通常需要擴(kuò)充.以便他能和更多外聯(lián)機(jī)工作.擴(kuò)充方法有兩種:

①借用外面RAM地址來(lái)擴(kuò)充I/O端口;

②利用并行I/O接口芯片來(lái)擴(kuò)充I/O端口.5.SolidWorks造型

5.1 SolidWorks 軟件介紹

SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng),是由美國(guó)SolidWorks公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上,在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)三維機(jī)械設(shè)計(jì)CAD軟件。SolidWorks全

面采用非全約束的特征建模技術(shù),由于其設(shè)計(jì)過(guò)程的全相關(guān)性,可以在設(shè)計(jì)過(guò)程的任何階段修改設(shè)計(jì),同時(shí)牽動(dòng)相關(guān)部分的改變.它既提供自底向上的裝配方法,同時(shí)還提供自頂向下的裝配方法,自頂向下的裝配方法使工程師能夠在裝配環(huán)境中參考裝配體其他零件的位置及尺寸設(shè)計(jì)新零件,更加符合工程習(xí)慣.它具有獨(dú)創(chuàng)性的“封套”功能,來(lái)分塊處理復(fù)雜裝配體.其具有的“產(chǎn)品配置”功能,可為用戶設(shè)計(jì)不同“構(gòu)型”的產(chǎn)品.它集成了設(shè)計(jì)、分析、加工和數(shù)據(jù)管理整個(gè)過(guò)程,所獲得的分析和加工模擬結(jié)果成了產(chǎn)品模型的屬性,在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息。他還可以動(dòng)態(tài)模擬裝配過(guò)程,進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查，計(jì)算質(zhì)量特征，如質(zhì)心、慣性矩等。它將2D繪圖和3D造型技術(shù)容為一體,能自動(dòng)的生成零部件尺寸、材料明晰表、具有指引線的零部件編號(hào)等技術(shù)資料，從而簡(jiǎn)化了工程圖樣的生成過(guò)程。SolidWorks同時(shí)有中英文兩種界面選擇，其先進(jìn)的特征樹結(jié)構(gòu)使更加簡(jiǎn)便直接，而且它具有較好的開發(fā)性接口和功能擴(kuò)展性，能輕松實(shí)現(xiàn)各種CAD軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳送。

Solidwokrs 可充分發(fā)揮用三維工具進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的威力，它提供從現(xiàn)有二維數(shù)據(jù)建立三維模型的強(qiáng)大轉(zhuǎn)換工具。Solidworks 能夠直接讀取DWG格式的文件，在人工干預(yù)下，將 AutoCAD 的圖形轉(zhuǎn)換成Solidworks三維實(shí)體模型。另一方面，Solidworks 軟件對(duì)于熟悉Windows的用戶特別易懂易用，它的開放性體現(xiàn)在符合Windows標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件，可以集成到Solidworks軟件中，從而為用戶提供一體化的解決方案。

進(jìn)入SolidWorks的操作界面如圖：

圖5—1

5.2 繪制草圖

圖5—2 利用獨(dú)特的基于特征的零部件建模功能，可以使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、放樣和掃描、陣列特征和孔輕松創(chuàng)建設(shè)計(jì)。

■ 通過(guò)獨(dú)特的對(duì)多個(gè)實(shí)體的特征及控制，加快零部件建模速度。

■ 通過(guò)動(dòng)態(tài)編輯特征和草圖，只需執(zhí)行簡(jiǎn)單的拖放操作即可進(jìn)行實(shí)時(shí)更改。

5.2.1 進(jìn)入SolidWorks系統(tǒng)后,單擊（標(biāo)準(zhǔn)工具欄）的新建，系統(tǒng)將彈出（新建SolidWorks文件）窗口。選擇（零件）項(xiàng)，單擊（確定）進(jìn)入。然后在特征管理器中選擇（前視基準(zhǔn)面）為基準(zhǔn)面，繪制草圖。具體如圖5—2所示。然后在利用拉伸功能就完成了主軸箱的設(shè)計(jì)，如圖：

圖5—3

從而生成主軸箱，實(shí)圖下：

圖5—4主軸箱

這就是主軸箱的設(shè)計(jì)過(guò)程，在CA6140設(shè)計(jì)過(guò)程中需要大量的零件如：刀架、導(dǎo)軌、頂尖等。

圖5—5 頂尖

圖5—6導(dǎo)軌床身

以上是頂尖、導(dǎo)軌床身的設(shè)計(jì)結(jié)果。

5.3 裝配體設(shè)計(jì)

創(chuàng)建新的零部件時(shí)，可直接參照其他零部件并保持關(guān)系。設(shè)計(jì)具有成千上萬(wàn)個(gè)零件的大型裝配體時(shí)可獲得無(wú)可比擬的性能。可將零部件和特征拖放到適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

SolidWorks 提供完善的產(chǎn)品級(jí)的裝配特征功能，以便創(chuàng)建和記錄特定的裝配體設(shè)計(jì)過(guò)程。實(shí)際設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)意圖有許多特征是在裝配環(huán)境下在裝配操作發(fā)生后才能生成的，設(shè)計(jì)零件時(shí)無(wú)需考慮的。在產(chǎn)品的裝配圖作好之后，零件之間進(jìn)行配合加工比如：零件焊接、切除、打孔等功能。

SolidWorks 支持大裝配的裝配模式，擁有干涉檢查、產(chǎn)品的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)仿真、編輯零件裝配體透明的功能。

SolidWorks提供兩種裝配體設(shè)計(jì)方法：

⑴由下而上的設(shè)計(jì):首先繪制零件,然后將它們插入裝配體中,并把這些零件按設(shè)計(jì)目的結(jié)合,完成裝配。這是較常用的設(shè)計(jì)方法。當(dāng)使用已建的零件來(lái)裝配時(shí),這種有下而上的方法較好。

⑵由上而下的設(shè)計(jì):與由下而上的方法比,有上而下的設(shè)計(jì)不同之處在于:先從裝配體開始,邊裝配邊繪制零件。由一個(gè)零件的幾何參數(shù)來(lái)定義其他的零件,或者產(chǎn)生在裝配零件之后加工的加工特征。也可以從草圖開始,定義固定零件位置、基準(zhǔn)面等,然后參考這些定義來(lái)設(shè)計(jì)零件。

由兩者比較來(lái)看,由下而上的設(shè)計(jì)中,由于零件皆為獨(dú)立的設(shè)計(jì),所以其間的關(guān)系和重新產(chǎn)生零件的操作較由上而下的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單,為此本次設(shè)計(jì)采用第一種方法。

在進(jìn)入SolidWorks時(shí),單擊（標(biāo)準(zhǔn)工具）中的新建選擇(裝配體)進(jìn)入裝配體的工作窗口,然后通過(guò)配合使各個(gè)零件裝在一起形成裝配體, 所形成的裝配體如圖：

圖5—9 臥式數(shù)控車床

結(jié)

論

通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我對(duì)數(shù)控機(jī)床有了更加深刻的了解。了解了對(duì)普通車床進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)控改造的過(guò)程。知道如何將普通機(jī)床改造成簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床：分別將普通車床的絲杠、光杠改造成為滾珠絲杠；分別對(duì)機(jī)床的橫向，縱向進(jìn)行數(shù)控改造，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為主傳動(dòng)力，采用微機(jī)控制。由于目前的水平將理論知識(shí)轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力，還有一段距離，這就要求我們?cè)诮窈蠊ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中不斷鉆研本專業(yè)知識(shí)，用知識(shí)去創(chuàng)造財(cái)富。牢記科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。

致

謝

本次研究論文在學(xué)校教研室、班主任、馮老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。由于能力有限，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中趙老師付出了很多心血，認(rèn)真地查閱了設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的資料，逐一修改.又細(xì)心地幫助我改正，對(duì)此表示深摯的感謝。

在設(shè)計(jì)結(jié)尾階段，我的同學(xué)和朋友們對(duì)我的設(shè)計(jì)和論文的書寫給予很大的幫助。在此表示感謝。

再一次地感謝各位老師的辛勤指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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裝配圖與零件圖

第三篇：刨削牛頭刨床的機(jī)構(gòu)改造設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

雙向刨削牛頭刨床的機(jī)構(gòu)改造設(shè)計(jì)

摘 要

針對(duì)傳統(tǒng)牛頭刨床的空行程和工作效率低這兩個(gè)缺陷，采用機(jī)械傳動(dòng)方式，對(duì)牛頭刨床進(jìn)行機(jī)構(gòu)改造設(shè)計(jì)。使改進(jìn)后的牛頭刨床既能恒力切削，又能是滑枕做勻速直線運(yùn)動(dòng)，既能消除空行程，又能變單向切削為雙向切削。不僅提高了工作效率，也降低了能耗，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易進(jìn)行改造。

關(guān)鍵詞：牛頭刨床 單行程 空行程

雙向刨削。

Abstract：

A simplified calculation scheme for the equivalent stress of vortex dedendum under the effect of uniform internal ores sure was brought forward． Simulation has been carried out on the being established 72 finite element models of vortex body with the exertion of fixed end．．surface constraint and different interior pres．． sures．The simplified formula was obtained through planning from the analysis of simulated result．The research indicated that the distribution rules of equivalent stress of vortex dedendum with different parameters were basically identical and presented an exponential distribution along with the involute angles and revealed a linear relationship with the vortex addendum an d interior pressures．There is evident diference in stress distribution between the portion of end segment of vortex tooth．which corresponds to approximately 1r／2 of the portion of involute angle，and the rest portion．The portion that coresponds with the theoretical initial involute angle o／of the vortex tooth at the end segment had rapid changes in Stress．Under the circumstances of no consideration on the stress concentration at root of vortex tooth，the equivalent stress at the root of vortex toth can be carried out by simplified calculation of segm entation．Large numbers of living examples testified that except the o／portion of end segm ent，there was less eror between the result of simplified calculation and that of the finite element simulation，and the maximum eror was not more then 5％ ．Key words：vortex machinery；vortex dedendum；equivalent stress；simplified calculation

目錄

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題審批表

2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書

3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審表 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄

文摘?????????????????????????????? 1 英文文摘??????????????????????????? 1 第一章 緒論????????????????????????? 2 第二章 設(shè)計(jì)方案的擬定

2．1 刨床整體和各部件的擬訂和分析???????? 3

2．1．1工作原理與機(jī)構(gòu)組成????????????? 4 2．1．2 牛頭刨床及其組成部分的名稱和作用??? 13 2．1．3牛頭刨床的典型機(jī)構(gòu)及其調(diào)整???????? 14 2． 2 牛頭刨床尺寸參數(shù)的確定??????????? 15 2．3 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) ???????????????????29 2.4 B6050牛頭刨床的傳動(dòng)系統(tǒng)??????????31 第三章

系統(tǒng)和刀架的分析設(shè)計(jì)

????????????? 42 第四章 經(jīng)濟(jì)性分析 ??????????????????? 44 第五章 結(jié)論和展望 ????????????????????46 參考文獻(xiàn) 致謝

第一章

引言

“九五”期間在機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值在全國(guó)工業(yè)中的比重超過(guò)25％，生產(chǎn)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供了大量可靠裝備；先進(jìn)制造技術(shù)得到大量采用，同時(shí)在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面取得重大進(jìn)展；研制、制造重大、精密、成套裝備的能力顯著提高；全方位、多層次的對(duì)外開放格局基本形成，機(jī)械產(chǎn)品出口的迅速增長(zhǎng)，有力地支持了機(jī)械工業(yè)乃至全國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；體制改革取得突破性進(jìn)展，市場(chǎng)機(jī)制已在機(jī)械工業(yè)發(fā)展中起主導(dǎo)作用，以建立現(xiàn)代企業(yè)制度為目標(biāo)的國(guó)有企業(yè)改革穩(wěn)步推進(jìn)，民營(yíng)企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)成為機(jī)械工業(yè)發(fā)展的新興力量。

“十五”期間是機(jī)械工業(yè)歷史上發(fā)展最快、變化最迅速的時(shí)期。整個(gè)行業(yè)發(fā)展成績(jī)喜人，亮點(diǎn)頻現(xiàn)：產(chǎn)出規(guī)模增長(zhǎng)迅猛、發(fā)展環(huán)境顯著改善、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化喜人、服務(wù)質(zhì)量明顯提高。

多年來(lái)中國(guó)機(jī)械工業(yè)的高位運(yùn)行，盈利能力的持續(xù)提升，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和綜合國(guó)力的提高作出了無(wú)可替代的貢獻(xiàn)。因此，大力發(fā)展機(jī)械工業(yè)，用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備去裝備國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，對(duì)促進(jìn)中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重大意義。

2008年機(jī)械設(shè)備制造行業(yè)增長(zhǎng)形勢(shì)較好，投資繼續(xù)保持較為快速的增長(zhǎng)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)改造都對(duì)機(jī)械制造行業(yè)產(chǎn)生了大量的市場(chǎng)需求，為機(jī)械設(shè)備制造業(yè)的穩(wěn)定增長(zhǎng)提供了良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。

雖然大力發(fā)展裝備制造業(yè)已經(jīng)成為全社會(huì)的共識(shí),但是國(guó)內(nèi)大多數(shù)重要機(jī)械制造裝備的高端先進(jìn)化卻不是中國(guó)制造,尤其是關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的高檔機(jī)床。它的大腦的心臟大部分卻要從國(guó)外引進(jìn)。所以以高效率高精度為代表的中國(guó)制造機(jī)床不能沒(méi)有創(chuàng)意,開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“中國(guó)芯”迫在眉睫。而現(xiàn)有機(jī)床很多都是低效率,精度不高的普通車床,因此改造普通車床提高其生產(chǎn)效率以及精度也是一條可行的路。

傳統(tǒng)的牛頭刨床不論是機(jī)械傳動(dòng)式，還是液壓傳動(dòng)式都只能做單向刨削，也就是滑枕在一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)當(dāng)中只有一個(gè)方向是刨削行程，而回程是空行程，不做刨削。雖然靠傳動(dòng)的急回特性可以縮短空行程的時(shí)間，但是也只是個(gè)改善，沒(méi)有從根本上解決加工效率低空耗大的問(wèn)題。正因?yàn)橛锌招谐毯团傧髁Σ痪鶆蜻@兩個(gè)致命的缺陷，導(dǎo)致牛頭刨床在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用受到很大限制。如果牛頭刨床能消除空行程，變單向刨削為雙向刨削，同時(shí)提供穩(wěn)定均衡的刨削力，會(huì)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。根據(jù)傳統(tǒng)牛頭刨床工作特征，實(shí)現(xiàn)雙向刨削的技術(shù)難點(diǎn)：要解決滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供一個(gè)始終相同的作用力和等速運(yùn)動(dòng)；要提供能雙向刨削的刨刀。

第二章

設(shè)計(jì)方案的擬定

2．1 刨床整體和各部件的擬定和分析

刨床

機(jī)械制造行業(yè)中，刨床占有一定的位置。它適合加工一些狹窄、細(xì)長(zhǎng)的零件。如機(jī)床的床身、箱體及其它零件上的平面、溝槽、成形面等。

（一）刨床的分類及型號(hào)

按刨床的結(jié)構(gòu)特征可分為二類：牛頭刨床、龍門刨床和插床。其應(yīng)用范圍各有不同。如B6050型，其中B表示屬刨床類，6表示屬牛頭刨床組，0表示屬牛頭刨床型，50表示了該刨床最大行程的1/10(即500mm)。刨削加工能達(dá)到的精度等級(jí)為IT9～I(xiàn)T7，表面粗糙度Ra=6.3～1.6μm。

2．1．

1二、工作原理與結(jié)構(gòu)組成

1.牛頭刨床簡(jiǎn)介

牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小批量圖1牛頭刨床外形圖

生產(chǎn)。

為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構(gòu)件—刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨刀可隨小刀架作不同進(jìn)給量的垂直進(jìn)給；安裝工件的工作臺(tái)應(yīng)具有不同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給，以完成平面的加工，工作臺(tái)還應(yīng)具有升降功能，以適應(yīng)不同高度的工件加工。2.牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)組成

圖2表明了牛頭刨床的傳動(dòng)系統(tǒng)怎樣把電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成刨刀的切削運(yùn)動(dòng)和工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。打開牛頭刨床的外殼，對(duì)它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以分析研究。裝在電動(dòng)機(jī)1的伸出軸端上的小皮帶輪2，通過(guò)一組三角皮帶3，驅(qū)動(dòng)固定在軸I上的大皮帶輪4，再由軸I借助于摩擦離合器8，轉(zhuǎn)動(dòng)空套在軸I上的三聯(lián)齒輪5、6、7，驅(qū)動(dòng)花鍵軸II右端的三聯(lián)滑移齒輪9、10、11(三聯(lián)滑移齒輪是用來(lái)變換相嚙合的齒輪對(duì)，以改變轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整刨削速度的。圖示為齒輪6與10相嚙合)，并由軸II轉(zhuǎn)動(dòng)左端的三聯(lián)滑移齒輪12、13，14，驅(qū)動(dòng)固定在軸III上的三聯(lián)齒輪15、16、17(圖示為齒輪13與16相嚙合)，再由固聯(lián)于軸III右端的齒輪18，驅(qū)動(dòng)固定在軸IV上的大齒輪19。由圖1-2b可見，在大齒輪19上，裝有用銷釘20聯(lián)接的滑塊21，此滑塊可繞銷釘20轉(zhuǎn)動(dòng)，并可在導(dǎo)桿22的導(dǎo)槽中滑動(dòng)(銷釘20到大齒輪中心的距離可由圖1-2c所示的機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整)，所以當(dāng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，便可借助滑塊21來(lái)?yè)軇?dòng)導(dǎo)桿22繞固定支點(diǎn)(銷釘23)左右擺動(dòng)(同時(shí)導(dǎo)桿下端的導(dǎo)槽與滑塊24之間可作相對(duì)滑動(dòng)，以改變導(dǎo)桿的有效長(zhǎng)度)。大齒輪每轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)桿便往復(fù)擺動(dòng)一次。又由于導(dǎo)桿的上端是用銷釘25與調(diào)整塊26相聯(lián)的，而調(diào)整塊又在擰緊手柄27時(shí)被緊固在滑枕28上。所以當(dāng)導(dǎo)桿22擺動(dòng)時(shí)，滑枕28便沿著導(dǎo)軌29作前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)。于是由圖2可知，安裝在滑枕前端刀架30上的刨刀31便作切削運(yùn)動(dòng)

圖2牛頭刨床機(jī)構(gòu)組成

圖3 曲柄長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 圖4 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)

工作臺(tái)32由如下方式獲得到適時(shí)的、間歇的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

在大齒輪19的空心軸IV上，固定著凸輪33。當(dāng)軸IV轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪便推動(dòng)滾子34而使L形推桿35繞其軸VIII往復(fù)擺動(dòng)，于是推桿35的另一端的扇形齒輪36也往復(fù)擺動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)空套在軸V上的扇形齒輪37擺動(dòng)。又由于在扇形齒輪37下部的小軸上，裝有一個(gè)棘爪38，所以當(dāng)扇形齒輪37擺動(dòng)時(shí)，棘爪38便間歇地?fù)軇?dòng)空套在軸V上的棘輪39轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，并遇過(guò)牙嵌離合器40，使軸V帶著其左端的圓錐齒輪47間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，以驅(qū)動(dòng)與其相嚙合的圓錐齒輪42，從而通過(guò)伸縮軸VI使其另一端的圓錐齒輪43間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)軸VII上的圓錐齒輪44和牙嵌離合器45，使螺桿46間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)，以推動(dòng)固聯(lián)在工作臺(tái)32上的螺母47間歇地移動(dòng)。這樣，工作臺(tái)32便沿著滑軌48間歇地進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)恰當(dāng)?shù)嘏浜掀饋?lái)，便可實(shí)現(xiàn)其刨削平面的功能。

由上述分析知，電動(dòng)機(jī)是它接受外界輸入能量的原動(dòng)部分，刨刀和工作臺(tái)(包括夾持裝置)是它的執(zhí)行部分，從原動(dòng)部分到執(zhí)行部分之間所經(jīng)過(guò)的一系列裝置則是它的傳動(dòng)部分。所以就其主體來(lái)說(shuō)，這部機(jī)器是由原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分三個(gè)組成部分所構(gòu)成的。我們還可以對(duì)多種機(jī)器進(jìn)行類似的分析，由此知，任何一部完整的機(jī)器，其主體都是由主動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分所組成的。

圖2所示的牛頭刨床由以下機(jī)構(gòu)組成

皮帶傳動(dòng)(機(jī)構(gòu))：小皮帶輪

2、皮帶3和和大皮帶輪4(包括軸，軸承、機(jī)架等，下同)。

齒輪機(jī)構(gòu)：齒輪6和10(或13和16,18和19，36和37等)。螺旋機(jī)構(gòu)：螺桿46和螺母47。

擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：大齒輪19(包括銷釘20)，滑塊

21、導(dǎo)桿22，滑塊24等。凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪33和推桿35(包括滾子34)。棘輪機(jī)構(gòu)：扇形齒輪37，棘爪38和棘輪39。…

組成上述各機(jī)構(gòu)用的皮帶輪、皮帶，齒輪、螺桿、螺母、滑塊，導(dǎo)桿、凸輪，椎桿、棘爪、棘輪等，以及聯(lián)接用的螺栓、銷釘?shù)?，支承用的軸、機(jī)架等都叫做零件。離合器、軸承等叫做部件或組件。3.牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖5 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

設(shè)計(jì)要求與技術(shù)條件

1.要考慮如何控制刨床走第二刀的精度（也就是要利用的刨床回來(lái)的那一次）。2.走第一刀的時(shí)候怎么不碰走第二刀的刀具 3.第一次走刀后平面校合

4.走刀速度總之一定好考慮第一刀的退和第二刀怎么進(jìn)的交替過(guò)程 牛頭刨床操作規(guī)程

一、認(rèn)真執(zhí)行《金屬切削機(jī)床通用操作規(guī)程》有關(guān)規(guī)定。認(rèn)真執(zhí)行下列有關(guān)規(guī)定。

二、認(rèn)真執(zhí)行下述有關(guān)龍門刨床通用規(guī)定：

1、工件的安裝應(yīng)使工作臺(tái)受力均勻，避免受力不均導(dǎo)致工作臺(tái)變形。

2、工件裝卡完畢后，須先低速移動(dòng)工作臺(tái)，檢查無(wú)碰撞和行程、換向等均無(wú)問(wèn)題后，方可工作。

3、工作臺(tái)運(yùn)行及橫梁升降不準(zhǔn)同時(shí)進(jìn)行。橫梁每次下降后，應(yīng)再上升少許，以消除絲桿螺母間隙。

4、工作臺(tái)行程，一般不得少于全行程的三分之一，使用最長(zhǎng)行程時(shí)，速度應(yīng)低些，以使反向越位行程不大于100毫米為宜。

5、工作臺(tái)運(yùn)行時(shí)絕對(duì)禁止站在工作臺(tái)面上操作或做其他調(diào)正工作。主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參考方案

圖6 參考方案

各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)（運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖）

執(zhí)行構(gòu)件刨刀和工作臺(tái)間運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系的圓環(huán)式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

圖7 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案完成后，極位夾角θ已知。確定上圖中Φ角，為凸輪機(jī)構(gòu)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

切削阻力線圖及質(zhì)心位置示意

圖8 切削阻力線圖及質(zhì)心位置示意

曲柄長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)部裝圖

圖9 曲柄長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)部裝圖

6檔變速及轉(zhuǎn)速圖示意

圖10 6檔變速及轉(zhuǎn)速圖示意裝圖

確定傳動(dòng)系統(tǒng)各輪齒數(shù)和模數(shù)，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和轉(zhuǎn)速圖。

1．搖臂機(jī)構(gòu)

搖臂機(jī)構(gòu)安裝在刨床內(nèi)部，其作用是把電機(jī)傳來(lái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成滑枕的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。搖臂機(jī)構(gòu)是由搖臂齒輪和搖臂等組成，如圖8-39。搖臂的下端與支架相連；上端與滑枕的螺母相連。搖臂的滑槽與搖臂齒輪上的偏心滑塊相連。當(dāng)搖臂齒輪由小齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心滑塊帶動(dòng)搖臂繞支架中心左右擺動(dòng)，使滑枕作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

刨削前，要調(diào)整滑枕的行程大小，使之略大于工件刨削表面長(zhǎng)度。調(diào)整滑枕行程長(zhǎng)度的方法是改變搖臂齒輪上滑塊的偏心位置，轉(zhuǎn)動(dòng)方頭便可使滑塊在搖臂齒輪的導(dǎo)向槽內(nèi)移動(dòng)，從而改變其偏心距。偏心距越大，滑枕的行程越長(zhǎng)。刨削前，還要根據(jù)工件的左右位置來(lái)調(diào)節(jié)滑枕的行程位置。方法是先使搖臂停留在極右位置，松開鎖緊手柄，用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)滑枕內(nèi)的圓錐齒輪使絲桿旋轉(zhuǎn)，從而使滑枕又移動(dòng)到合適位置，然后擰緊手柄。2．棘輪機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)的作用是將搖臂齒輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)間歇地傳遞給橫梁內(nèi)的水平進(jìn)給絲桿，使工作臺(tái)在水平方向做自動(dòng)進(jìn)給。圖8-40 為棘輪機(jī)構(gòu)工作原理示意圖。

棘爪架空套在絲桿軸上，棘輪由鍵和絲桿相聯(lián)。搖臂軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)偏心銷，使連桿拉動(dòng)棘爪架往復(fù)擺動(dòng)。搖臂齒輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，刨刀往返一次，棘爪架即往復(fù)擺動(dòng)一次。

棘爪架上裝有棘爪，借彈簧壓力使棘爪與棘輪保持接觸。搖桿向前擺動(dòng)時(shí)，棘爪的垂直面推動(dòng)棘輪；搖桿向后擺動(dòng)時(shí)，棘爪的斜面從棘輪上滑過(guò)，而棘輪不動(dòng)。因此棘爪架每往復(fù)擺動(dòng)一次，即推動(dòng)棘輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)若干齒，從而使工作臺(tái)沿水平方向移動(dòng)一定距離，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給。改變棘爪的前后方向，即可改變工作臺(tái)的進(jìn)給方向。若將棘爪提起，則棘爪與棘輪分離，自動(dòng)進(jìn)給停止，此時(shí)，可用手動(dòng)進(jìn)給。工作臺(tái)進(jìn)給量的大小，可通過(guò)調(diào)整棘輪罩的位置，即使棘輪罩遮住棘爪擺動(dòng)范圍內(nèi)的部分棘齒，改變棘爪每次撥動(dòng)的有效齒數(shù)進(jìn)行改變。調(diào)節(jié)進(jìn)給量的另一種方法是改變偏心銷的偏心距離，偏心距小，則每次棘爪每次撥動(dòng)的齒數(shù)少，進(jìn)給量就??；反之進(jìn)給量就大。刨削加工的主運(yùn)動(dòng)為刨刀的直線運(yùn)動(dòng)，刨削為單向加工，向前為加工行程，返回為空程。刨刀每次返回后，工作做橫向的間歇移動(dòng)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

2．1．2 牛頭刨床及其組成部分的名稱和作用

如圖8-38 是B6050型牛頭刨床的外行圖

牛頭刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作臺(tái)、橫梁、底座等組成。主要組成部分的名稱和作用如下： 1． 2． 3． 床身它用來(lái)支承刨床各部件。其頂面燕尾形導(dǎo)軌供滑枕作往復(fù)運(yùn)動(dòng)用，垂直面導(dǎo)軌供工作臺(tái)升降用，床身內(nèi)部安裝有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。

滑枕主要用來(lái)帶動(dòng)刨刀作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。前端安裝刀架。

刀架用于夾持刨刀。搖動(dòng)上端刀架手柄，可使刨刀上下移動(dòng)；松開轉(zhuǎn)盤上的螺母，將轉(zhuǎn)盤扳轉(zhuǎn)一定角度，可實(shí)現(xiàn)斜向進(jìn)給?；迳线€安裝有可偏轉(zhuǎn)的刀座。抬刀板可以繞刀座橫軸向上抬起，刨刀在返回行程時(shí)，抬刀板抬起，減少刨刀與工件的摩擦。4． 工作臺(tái)用來(lái)安裝工件。它可以隨橫梁作上下調(diào)整運(yùn)動(dòng)，也可沿橫梁作水平方向的移動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

2．1．3 牛頭刨床的典型機(jī)構(gòu)及其調(diào)整

圖1 B6050牛頭刨床的傳動(dòng)系統(tǒng) 1、2—滑動(dòng)齒輪組 3、4—齒輪 5—偏心滑塊 6—擺桿 7—下支點(diǎn) 8—滑枕9—絲杠

10—絲杠螺母

11-手柄

12-軸14-錐齒輪

B6050牛頭刨床的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，其典型機(jī)構(gòu)及其調(diào)整概述如下。

（1）變速機(jī)構(gòu) 如圖1的變速機(jī)構(gòu)由1、2兩組滑動(dòng)齒輪組成，軸Ⅲ有3×2=6種轉(zhuǎn)速，使滑枕變速。

（2）擺桿機(jī)構(gòu) 擺桿機(jī)構(gòu)中齒輪3帶動(dòng)齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊5在擺桿6的槽內(nèi)滑動(dòng)并帶動(dòng)擺桿6繞下支點(diǎn)7轉(zhuǎn)動(dòng)，于是帶動(dòng)滑枕8作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

（3）行程位置調(diào)整機(jī)構(gòu) 松開手柄11，轉(zhuǎn)動(dòng)軸12，通過(guò)13、14錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠9，由于固定在擺桿6上的絲杠螺母10 不動(dòng)，絲杠9帶動(dòng)滑枕8改變起始位置。（4）滑枕行程長(zhǎng)度調(diào)整機(jī)構(gòu) 滑枕行程長(zhǎng)度調(diào)整機(jī)構(gòu)見圖2。調(diào)整時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸1，通過(guò)錐齒輪5、6，帶動(dòng)小絲杠2轉(zhuǎn)動(dòng)使偏心滑塊7移動(dòng)，曲柄銷3帶動(dòng)偏心滑塊7改變偏心位置，從而改變滑枕的行程長(zhǎng)度。

圖2 滑枕行程長(zhǎng)度的調(diào)整

1— 軸（帶方榫）2—小絲杠 3—曲柄銷 4—曲柄齒輪 5、6—錐齒輪

7-偏心滑塊

圖3 滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的變化

（5）滑枕往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)速度的變化 滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度在各點(diǎn)上都不一樣，見圖3。其工作行程轉(zhuǎn)角為α，空行程為β，α＞β，因此回程時(shí)間較工作行程短，即慢進(jìn)快回。（6）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)及進(jìn)給量的調(diào)整 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)及進(jìn)給量的調(diào)整如圖4所示。齒輪2與圖1中的齒輪4是一體的，齒輪2帶動(dòng)齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿3擺動(dòng)棘爪4，撥動(dòng)棘輪5使絲桿6轉(zhuǎn)一個(gè)角度，實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給。反向時(shí)，由于棘爪后面是斜的，爪內(nèi)彈簧被壓縮，棘爪從棘輪頂滑過(guò)，因此工作臺(tái)的自動(dòng)進(jìn)給是間歇的。

圖4 B6050牛頭刨床運(yùn)動(dòng)及調(diào)整 1、2—齒輪 3—連桿 4—棘爪 5—棘輪 6—絲桿 7—棘輪護(hù)蓋

工作臺(tái)橫向進(jìn)給量的大小取決于滑枕每往復(fù)一次時(shí)棘爪所能撥動(dòng)的棘輪齒數(shù)。因此調(diào)整橫向進(jìn)給量，實(shí)際是調(diào)整棘輪護(hù)蓋7的位置。橫向進(jìn)給調(diào)整量的范圍為0.33mm~3.3mm.2．2 牛頭刨床尺寸參數(shù)的確定

2．3 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

B6050型牛頭刨床的設(shè)計(jì)參數(shù) 主運(yùn)動(dòng)參數(shù)主運(yùn)動(dòng)是指：將切屑切下來(lái)所需要的最基本的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置將運(yùn)動(dòng)傳給主軸，通過(guò)變換車頭箱外的手柄位置，可使箱內(nèi)不同的齒輪嚙合，從而主軸得到各種轉(zhuǎn)速，主軸通過(guò)卡盤使工件作旋轉(zhuǎn)。所以，對(duì)于主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速即為主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 顯然，普通車床車削時(shí)，工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即是主運(yùn)動(dòng)。主軸轉(zhuǎn)速 與切削速度，有如下關(guān)系：=口／(d)(1)式中：n一轉(zhuǎn)速(r／nitn)一切削速度(m／n~n)；d一工件(或刀具)直徑(m)。對(duì)于主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如插床或牛頭刨床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)則是插刀或刨刀的每分鐘往復(fù)次數(shù)(次／分)。我們知道：用戶的要求是機(jī)束崗十的依據(jù)。根據(jù)各

自用戶的不同要求，設(shè)計(jì)和制造出各種各樣的機(jī)床新品種，這些不同品種的機(jī)床，其主運(yùn)動(dòng)參數(shù)都有不同的要求。實(shí)踐中知 工作物材料的性質(zhì)有軟有硬；工作物的尺寸有大有小。因而，車制時(shí)車頭的轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)有快有慢，即尺寸大的或材料硬度高的工作物應(yīng)選慢速；而尺寸小的或材料硬度低的工作物要選擇快速車削。

這樣，為適應(yīng)多種零件加工而設(shè)計(jì)制造的通用機(jī)床，通常主軸就需要進(jìn)行變速，因而就需要確定它的變速范圍，即確定最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速。如果采用分級(jí)變

速，則還應(yīng)確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)。(1)最低和最高轉(zhuǎn)速nmm和n一的確定確定 和n一的方法，主要是根據(jù)試驗(yàn)研究，向?qū)嶋H調(diào)查和比較同類型機(jī)床，考慮技術(shù)發(fā)展情況再經(jīng)過(guò)分析加以確定。前面提到：實(shí)際操作中，對(duì)尺寸大的或材料硬度高的工件，應(yīng)取慢速切削；而工件尺寸小的或材料硬度低的則應(yīng)選擇高速進(jìn)行切削。又依據(jù)公式(1)，可知：n = mm／(一)n = 一／(nd。)變速范圍：咒=n一／n(2)(3)(沏削速度 值的確定 切削速度是指：車刀在一分鐘內(nèi)車削工件表面的直線長(zhǎng)度(m／~lin)。顯然，切削速度與刀具材料·工件材料·進(jìn)給量和切深等因素都有關(guān)，其中以刀具材料和工件材料對(duì)切削速度的影響最大 因此，切 Ⅱ速度 值的確定，就應(yīng)考慮多種工藝的需要。通常，我們是通過(guò)切削試驗(yàn)，并查閱切削用量手冊(cè)，以及進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)查來(lái)得到切削速度 的數(shù)值。②關(guān)于d一和d～ 的取值。對(duì)于普通車床，如用D一表示床身上最大回轉(zhuǎn)直徑(即主參數(shù))，通?？扇一 0．5～0．6D一，dlnin一0．2—0．25d一；對(duì)于搖臂鉆床，如用D～表示最大鉆孔直徑(即主參數(shù))，通?？扇～ D～，d ≈0．2～0．25d一。③應(yīng)特別注意到：計(jì)算 mm和 一時(shí)，不是把一切可能出現(xiàn)的 ～、d 代入n～公式中，而是要在實(shí)際使用情況下，在采用的 一時(shí)，所常用的d值中較小的數(shù)值。同樣，在nmm的計(jì)算中，也是在實(shí)際使用情況下，所采用的 時(shí)，常用的d值中較大的那個(gè)數(shù)值。(2)主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列

若采用分級(jí)變速，則還須確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)。如：有一臺(tái)機(jī)床，其分級(jí)變速機(jī)構(gòu)共有Z級(jí)，其中nI=。，=n? Z級(jí)轉(zhuǎn)速分別為：II 2，3，? ? ' +l? ?今欲在此機(jī)床上加工某一工件，已知加工該工件所需的最有利的切削速度為，與 相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n。如果機(jī)床上分級(jí)變速中的某一級(jí)轉(zhuǎn)速恰好等于，這是理想的情況。但是，在實(shí)際操作中，更多的情況是不能恰好得到這個(gè)轉(zhuǎn)速，而是處于某兩級(jí)轉(zhuǎn)速 與 +I之間，即：

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)是對(duì)進(jìn)給量的描述。大部分機(jī)床的進(jìn)給量是用工件每轉(zhuǎn)一周，車刀向工件所移動(dòng)的距離(rreCr)來(lái)表示。這類機(jī)床有：車床、鉆床、鏜床、滾

齒機(jī)等。對(duì)于進(jìn)給量的變化只影響生產(chǎn)率的機(jī)床，為使相對(duì)損失為一定值，進(jìn)給量的數(shù)列也應(yīng)取等比數(shù)列。例如：1粥型鏜床的進(jìn)給數(shù)列是：0、05、0、07、0．10、0、13、0．

19、0．

27、0．37、0、52、0．74、1．03、1．

43、2．05、2．

9、5．7、8、11．

1、16共l8級(jí)，公比‘。：1．4(1)刨床、插床等作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，則是以每一往復(fù)的位移來(lái)表示。為使進(jìn)給機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單而采用間歇進(jìn)給的棘輪機(jī)構(gòu)，進(jìn)給量由每次往復(fù)轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)（1、2、3??)而定，這就不是等比數(shù)列而是等差數(shù)列了

(2)銑床和磨床，由于使用的是多刃刀具，進(jìn)給量常以每分鐘的位移量表示，單位為rreCrrhn 與前面所述進(jìn)給量用工件或刀具每轉(zhuǎn)的位移表示，單位為n．m／r，顯然有別。

(3)供大量生產(chǎn)用的自動(dòng)和半自動(dòng)車床，常用交換齒輪來(lái)調(diào)整進(jìn)給量，可以不按一定的規(guī)則，而用交換齒輪選擇最有利的進(jìn)給量。．【比外，還應(yīng)指出：用普通車床車制螺絲時(shí)，進(jìn)給箱定。而螺紋的標(biāo)準(zhǔn)不是一個(gè)等比數(shù)列，而是一個(gè)分段的等差數(shù)列。3 標(biāo)準(zhǔn)公比、公比的選用及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列(1)標(biāo)準(zhǔn)公比

為了簡(jiǎn)化機(jī)床的設(shè)計(jì)與使用，根據(jù)機(jī)床實(shí)際使用情況，規(guī)定了公比的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，這些數(shù)值是選取2或l0的某次方根。(見表1)裹1 標(biāo)準(zhǔn)公比

1．06 1 12 1．∞ 1．41 I 58 2柜 軛 在 托 2相對(duì)速度損失 5．6％ l1％ 21％ 凹％ 卯％ 50％我們知道：機(jī)床轉(zhuǎn)速是從小到大遞增的，因此 >1。為使最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率不超過(guò)50070，即竺 ×l(1YTc≤50％，則 ≤2 因此，1(≤2。

當(dāng)公比 選為2的某次方根，就能夠便于采用雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便簡(jiǎn)化機(jī)床的變速機(jī)構(gòu)。這是因雙速電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)同步轉(zhuǎn)速的比值通常為2。此外，選為2的

某次方根后，還能便于記憶和寫出等比數(shù)列，在此就不舉例了。至于公比 選用l0的某次方根，這是因計(jì)數(shù)通常采用10進(jìn)位。公比采用l0的某次方根后，可使這個(gè)等比數(shù)列中每隔n級(jí)后的數(shù)字，恰好是前面數(shù)字的l0倍，使數(shù)列整齊好記。(2)公比的選用

當(dāng)確定了最高與最低轉(zhuǎn)速以后，就應(yīng)選取公比，為了減少相對(duì)轉(zhuǎn)速損失，公比 最好選小一點(diǎn)。但由于越小，級(jí)數(shù)就愈多，使機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，只有對(duì)生

產(chǎn)率要求高的通用機(jī)床，以減少轉(zhuǎn)速損失為主，才使值取小，如取 ：1．26或 ：1．41。而對(duì)某些機(jī)床(如組臺(tái)機(jī)床)，工作中，常是在更換附件等方面耗費(fèi)了較多的時(shí)間，而轉(zhuǎn)速損失的影響相對(duì)地小多了。因此，設(shè)計(jì)中就應(yīng)以簡(jiǎn)化構(gòu)造為主。這樣，公比 就可取得大些，如取 ：1．58或 ：2。對(duì)于自動(dòng)機(jī)床，減少相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率的要求較高，常取 ：1．12或 ：

1、26。由于自動(dòng)機(jī)床都是用于成批或大量生產(chǎn)，為了滿足相對(duì)轉(zhuǎn)速損失小的要求和又能簡(jiǎn)化構(gòu)造，常采用交換齒輪變速。常用機(jī)床 一．確定極限轉(zhuǎn)速

確定（或按給定的）主軸極限轉(zhuǎn)速n（max）和n（min）求R（R）.二．確定公比

選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比，并由它確定出標(biāo)準(zhǔn)或派生的轉(zhuǎn)速。

三．求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)

用設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單變速系統(tǒng)時(shí)，變速級(jí)數(shù)應(yīng)該選為四．確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式，因?yàn)閮奢S間變速組的傳動(dòng)副數(shù)多采的形式，m,n為正整數(shù)。

劃出合適的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，或按傳動(dòng)順序列寫合適的結(jié)構(gòu)式，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式中的最大擴(kuò)大組（按擴(kuò)大順序的最末

2．4 B6050牛頭刨床的傳動(dòng)系統(tǒng)一． 圖8-5所示為B6050牛頭刨床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。傳動(dòng)系統(tǒng)是通過(guò)一些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和零件，如帶，帶輪，軸，齒輪，絲桿，螺母等等，把電動(dòng)機(jī)，滑枕和工作臺(tái)等運(yùn)動(dòng)部件聯(lián)接起來(lái)的系統(tǒng)，用于傳遞動(dòng)力并協(xié)調(diào)各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。

1.傳動(dòng)鏈

在牛頭刨床上，由電動(dòng)機(jī)到滑枕之間由一些傳動(dòng)零件和機(jī)構(gòu)把他們互相聯(lián)系起來(lái)；由凸輪到工作臺(tái)之間又有一些傳動(dòng)零件和機(jī)構(gòu)把它們互相聯(lián)系起來(lái)，這兩種傳動(dòng)聯(lián)系均稱為“鏈傳動(dòng)”。

凡傳動(dòng)鏈必有首末兩端，即一端是主動(dòng)鏈（如電動(dòng)機(jī)或凸輪），另外一端是被動(dòng)鏈（如滑枕或工作臺(tái)）。機(jī)床在工作過(guò)程中，需要多少個(gè)運(yùn)動(dòng)，就有多少條傳動(dòng)鏈，而所有這些傳動(dòng)鏈就組成了整臺(tái)機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。

2． 機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖

閱讀分析機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖的方法： 1）2）3）首先應(yīng)該找出首末兩端件，再找出聯(lián)接首末的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

研究分析各傳動(dòng)軸間的傳動(dòng)關(guān)系和傳動(dòng)比；分析各傳動(dòng)軸和各傳動(dòng)齒輪之間的關(guān)系。

分析整個(gè)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)關(guān)系，列出傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式和運(yùn)動(dòng)的平衡方式，從而計(jì)算出該機(jī)床的各級(jí)速度。

二． 主運(yùn)動(dòng)

B6050牛頭刨床的主運(yùn)動(dòng)是指滑枕的往復(fù)直線移動(dòng)。傳動(dòng)鏈的首末兩端分別是電動(dòng)機(jī)和滑枕（圖8-5）。

N=4KW，n=1430r/minde 的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)比為φ95/φ362的三角皮帶傳動(dòng)，帶動(dòng)軸I旋轉(zhuǎn)。在軸I上裝有三種傳動(dòng)件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：

1）在I軸左端接有F摩擦錐式制動(dòng)器，它的作用是摩擦錐在機(jī)床停車（電動(dòng)機(jī)停）時(shí)，與固定部分（安裝在床身內(nèi)壁上）壓合，用錐面的摩擦力使傳動(dòng)件，包括機(jī)床滑枕和工作臺(tái)移動(dòng)馬上停止。這樣可保證停機(jī)后，刀具和工作臺(tái)有準(zhǔn)確的位置，并減少了停機(jī)的輔助 時(shí)間。

2）在軸I中間有片式離合器M壓緊摩擦片可將I軸旋轉(zhuǎn)傳給三軸聯(lián)動(dòng)齒輪（48 25 52）。M離合器的通和斷有齒輪齒條機(jī)構(gòu)之齒輪當(dāng)中的手柄控制，M離合器和F離合器互相聯(lián)動(dòng)，即M離合器結(jié)合F離合器松開，只有M離合器松開F離合器才制動(dòng)。

3）I軸左端的齒數(shù)30的齒輪傳到橫向和垂直進(jìn)給傳動(dòng)當(dāng)M片狀摩擦離合臺(tái)器結(jié)合時(shí)，三聯(lián)滑動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，控制II軸的三聯(lián)齒輪得到3種轉(zhuǎn)速I-II軸傳動(dòng)比分別為25/53，48/30，52/26，用變速手柄控制。從II軸到III軸也是用變速手柄使左邊的三聯(lián)滑動(dòng)齒輪嚙合。由于華東齒輪不同位置，使II軸每種轉(zhuǎn)速，至III軸又得到3種轉(zhuǎn)速。三中傳動(dòng)比為23/57，30/30，31/49。通過(guò)以上分析可知，由變速手柄控制的II軸和III軸的二組三聯(lián)傳動(dòng)齒輪，使III軸共獲得3χ3=9種轉(zhuǎn)速。

III軸上的Z=23齒輪和IV軸Z=115的套筒大齒輪嚙合，是IV軸旋轉(zhuǎn)。大齒輪左端裝有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)滑枕做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；大齒輪旋轉(zhuǎn)一周，滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次

由電動(dòng)機(jī)至滑枕為一條傳動(dòng)路線（傳動(dòng)鏈），它可以用傳動(dòng)平衡方程式來(lái)表示傳動(dòng)關(guān)系，傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)速的關(guān)系。

n=nχφ95/φ362χiχη（r/min）

電主式中，n—滑枕每分鐘往返次數(shù)

n———電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，n=1430（r/min）

電電 i———主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比。它是每級(jí)傳齒輪的主動(dòng)和被動(dòng)齒輪齒數(shù)主的比值（三聯(lián)滑動(dòng)齒輪的嚙合位置不同，計(jì)算齒輪齒數(shù)也不同）。η———皮帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)系數(shù)，可取0.95；

i———主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比。它是每級(jí)傳動(dòng)齒輪的主動(dòng)和被動(dòng)齒輪齒主數(shù)的比值（三聯(lián)滑動(dòng)齒輪嚙合位置不同，計(jì)算齒輪齒數(shù)也不同）。

有平衡方程式可算出各級(jí)滑枕往復(fù)行程次數(shù)?，F(xiàn)在將最高最低往復(fù)行程次數(shù)計(jì)算如下：

252323?95=1430××××n?14.3（r/min）

1155357?362min524023?95=1430××××n?150(r/min)?3622640115maxB6050牛頭刨床標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)滑枕每分鐘行程為15、24、37、51、64、80、100、126和158。

（3）進(jìn)給傳動(dòng)鏈

本刨床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是工作臺(tái)的間歇進(jìn)給，它是在滑枕退至工件之外，再次切入工件之前進(jìn)行的。由于有這種間歇進(jìn)給時(shí)間的要求，故進(jìn)給轉(zhuǎn)動(dòng)鏈必須由始端件滑枕或Z=115的大齒輪的套筒右端軸IV上裝有凸輪的滾輪傳動(dòng)，得到滾輪軸的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)Z=

45、Z=18的扇形齒輪傳動(dòng)用棘爪帶動(dòng)棘輪作一個(gè)方向的間歇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每次棘爪撥動(dòng)棘輪齒數(shù)的多少用另一個(gè)凸輪手動(dòng)控制（控制進(jìn)給量大小），棘輪的間歇旋轉(zhuǎn)應(yīng)調(diào)整到與滑枕在往復(fù)運(yùn)動(dòng)配合。

Z=80的棘輪的間歇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)齒狀離合器k向左嚙合。傳至IV軸在經(jīng)過(guò)進(jìn)給安全

1機(jī)構(gòu)B，傳給圓錐齒輪Z=25和Z=16。IV軸為伸縮軸，Z=23圓錐齒輪的旋轉(zhuǎn)有k控制

2進(jìn)給換向后傳至IV軸再經(jīng)k齒狀離合器嚙合，使絲桿V帶動(dòng)工作臺(tái)水平進(jìn)給；如經(jīng)k43離合器嚙合使軸X旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)圓錐齒輪傳動(dòng)（15/19），絲桿VI軸旋轉(zhuǎn)，使工作臺(tái)垂直進(jìn)給。

由于棘爪撥動(dòng)棘輪齒速范圍1~16，故其進(jìn)給量空16級(jí)，最小和最大進(jìn)給量如下： 水平進(jìn)給：

12523=凸輪一轉(zhuǎn)××××5=0.125（mm）s橫min801618162523=凸輪一轉(zhuǎn)××××5=2(mm)s橫max801618垂直進(jìn)給：

125233515s垂min=凸輪一轉(zhuǎn)××××××4=0.08（mm）

8016***33515s垂max=凸輪一轉(zhuǎn)××××××4=1.26(mm)8016183519(4)快速移動(dòng)鏈

工作臺(tái)橫向和垂直方向除可以做間歇工作進(jìn)給外，還可以做快速連續(xù)移動(dòng)。這種快速移動(dòng)是在調(diào)整機(jī)床或裝卸工件時(shí)移動(dòng)工作臺(tái)而使用的。

快速移動(dòng)鏈的的始端件是和主動(dòng)鏈空同使用的電動(dòng)機(jī)，經(jīng)皮帶傳動(dòng)至軸I。軸I右端的Z=30齒輪帶動(dòng)Z=70，Z=60齒輪，使V軸旋轉(zhuǎn)。再經(jīng)右端31/69傳動(dòng)比傳至空套齒輪Z=69，k離合器左向嚙合時(shí)，工作臺(tái)做間歇工作進(jìn)給，k 離合器右向嚙合時(shí)，Z=6911齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳至工作臺(tái)，則工作臺(tái)做橫向水平和垂直方向快速運(yùn)動(dòng)?？焖賯鲃?dòng)鏈平衡方程和速度如下：

s橫快=1430×?953070312523××××××4=842(mm/min)?3627060691618?95?362×s垂快=1430×

3070×

7060×

3169×

2516×

2318×

353515×

19×4=531.5(mm/min).（5）傳動(dòng)路線表達(dá)式

綜合上述分析，B6050牛頭刨床全部傳動(dòng)系統(tǒng)可由傳動(dòng)路線表達(dá)式表示：

三． 搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

B6050型牛頭刨床的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

如下圖，曲柄搖桿的作用是將Z=115大齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳至滑枕，使滑枕做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

1）工作原理 Z=115的大齒輪做等速旋轉(zhuǎn)。大齒輪當(dāng)中有一對(duì)嚙合的圓錐齒輪，帶動(dòng)徑向絲桿旋轉(zhuǎn)?；瑝K即可隨大齒輪旋轉(zhuǎn)又可沿?fù)u桿中間的糟內(nèi)滑動(dòng)。于是由大齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿左右擺動(dòng)。搖桿擺動(dòng)中心為o，上端叉行糟內(nèi)配有滑塊，滑塊銷與

1滑枕連接；當(dāng)大齒輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)擺動(dòng)搖桿帶動(dòng)滑枕在床身上面的導(dǎo)軌上做一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

大齒輪中心O有手柄軸，可手搖手柄使圓錐齒輪帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，曲柄搖桿工作原理圖

曲柄銷沿大齒輪徑向移動(dòng)，可調(diào)節(jié)搖桿的擺角大小，由于擺角?改變，使滑枕行程長(zhǎng)度有所改變。曲柄銷距中心O越遠(yuǎn)，行程越大；距中心O越近，擺角?越小，行程越短。2）速度分析 大齒輪轉(zhuǎn)過(guò)一周，所用時(shí)間為t，工作行程時(shí)所用時(shí)間t,大齒輪轉(zhuǎn)

工作過(guò)?角；滑枕返回行程時(shí)所用時(shí)間t，大齒輪轉(zhuǎn)過(guò)

返回?角。如果大齒輪轉(zhuǎn)速為n，則滑枕沒(méi)往復(fù)行程一次所需時(shí)間，等于大齒輪一周所需的時(shí)間： t=1=t+t 工作返回n式中，t———滑枕往復(fù)行程一次的時(shí)間（min）

t————滑枕工作行程時(shí)間(min)工作 t————滑枕返回行程時(shí)間(min)返回 n—————大齒輪轉(zhuǎn)違(r/min)，或滑枕沒(méi)分鐘往復(fù)次(1/轉(zhuǎn))

四． 多片摩擦式離合器和制動(dòng)裝置

機(jī)床上的離合器的用來(lái)定期的接通或斷開傳動(dòng)鏈兩軸之間的運(yùn)動(dòng)，以時(shí)間機(jī)床的開動(dòng)、停止、換向和變速等動(dòng)作。

離合器可分為齒式離合器、摩擦離合器和超越離合器等幾種主要類型。B6050牛頭刨床的采用摩擦離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和停止機(jī)床工作運(yùn)動(dòng)的。

如下圖為B6050牛頭刨床多片摩擦式離合器和制動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)。圖中三聯(lián)齒輪通過(guò)一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)傳遞至滑枕。三聯(lián)齒輪是空套在軸I上，右端是多片式摩擦離合器，左端為制動(dòng)裝置。摩擦片有兩種不同的形狀外摩擦片3以外緣的突起部分卡在三聯(lián)齒輪套筒的缺口糟內(nèi)，內(nèi)摩擦片4則以花鍵孔套在花鍵軸I上。而內(nèi)外摩擦片是相間安裝的，通常情況下是相互

脫開的，當(dāng)扳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)的拔叉將滑環(huán)9向右移動(dòng)時(shí)，使軸I上的擺塊10繞軸心按順時(shí)針擺動(dòng)，其下端就撥動(dòng)推桿8向左移動(dòng)，通過(guò)推桿8左端的定位銷使滑環(huán)7和螺母5同時(shí)向左移動(dòng)，壓緊內(nèi)、摩擦片，靠摩擦片的作用，使空套的軸I上的三聯(lián)齒輪隨同軸I一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)扳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)的拔叉將滑環(huán)9向左移動(dòng)時(shí)，就使內(nèi)、外摩擦片放松，即不能傳遞扭矩，也就是軸I與空套的三聯(lián)齒輪兩者的傳動(dòng)斷開，滑枕也就停止運(yùn)動(dòng)。

在軸I上的空套三聯(lián)齒輪左端是制動(dòng)裝置，其中帶外錐體的制動(dòng)圈2，用導(dǎo)鍵安裝在三聯(lián)齒輪左端的套筒上。在啟動(dòng)機(jī)床時(shí)，操縱機(jī)構(gòu)的拔叉將制動(dòng)圈2向右移動(dòng)，使制動(dòng)圈2與帶有內(nèi)錐面的制動(dòng)碗1分開；停車時(shí)，操縱機(jī)構(gòu)的拔叉將制動(dòng)圈2向左移動(dòng)，使制動(dòng)圈2與固定不動(dòng)的制動(dòng)碗1合上，借助兩者間的摩擦力作用，使三聯(lián)齒輪制動(dòng)，亦即使滑枕的運(yùn)動(dòng)迅速停止。由于制動(dòng)裝置與摩擦離合器是用同一手柄操縱的，而且兩者是聯(lián)動(dòng)的，所以只有當(dāng)制動(dòng)裝置松開后，摩擦離合器的內(nèi)、外摩擦片才壓緊；摩擦離合器的內(nèi)、外摩擦片松開后，制動(dòng)裝置才合上。

多片式摩擦離合器所傳遞的扭矩，與其片數(shù)的多少（即摩擦面的大?。?、內(nèi)，外摩擦片間壓力的大小和摩擦系數(shù)的大小等有關(guān)。通常，在使用中主要是調(diào)節(jié)多片摩擦離合器的內(nèi)、外摩擦片被壓的松緊程度。過(guò)松不能傳遞動(dòng)力或打滑，并且會(huì)發(fā)熱，這種現(xiàn)象很不好；過(guò)緊則易使機(jī)床超載損壞。調(diào)整摩擦理合器的松緊時(shí)，先將卡子6欽下，然后轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母5，使之旋進(jìn)或退出一牙，或數(shù)牙直至調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)乃删o程度為止。五． 過(guò)載安全機(jī)構(gòu)

如下圖所示為B6050牛頭刨床的過(guò)載安全機(jī)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要是由平面摩擦片4和圓錐齒輪5所組成的，當(dāng)操作不甚或切削超載時(shí)，摩擦盤會(huì)自行打滑并使進(jìn)給停止。這樣不至于損壞機(jī)件，保證機(jī)床的運(yùn)行外，同時(shí)還保證有足夠的運(yùn)行扭矩使之正常進(jìn)給。如在進(jìn)給中出現(xiàn)連續(xù)行不規(guī)則的打滑現(xiàn)象，則會(huì)影響進(jìn)給的均勻性而使工件表面粗糙度邊粗。此時(shí)，可將蓋1旋開，并旋松螺釘2，用方頭扳手旋轉(zhuǎn)螺母3，調(diào)整到使進(jìn)給機(jī)構(gòu)正常工作為止。但是不宜旋得過(guò)緊，以防不起過(guò)載的作用，調(diào)整后應(yīng)仍將螺釘2和蓋1旋緊。

第三章 系統(tǒng)和刀架的改造方案設(shè)計(jì)

l 牛頭刨床滑枕恒推力和

等速運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性是無(wú)法實(shí)現(xiàn)滑枕往復(fù)等速運(yùn)動(dòng)的，正因?yàn)榛碓谂傧餍谐讨械乃俣炔痪鶆蛐?，無(wú)法提供對(duì)滑枕的恒定推力。從機(jī)械設(shè)計(jì)角度分析解決第一技術(shù)難點(diǎn)的方法可謂多種多樣，但從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、可靠性角度綜合分析，比較簡(jiǎn)單易行且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法是

采用機(jī)械傳動(dòng)式，下面就這種方式的設(shè)計(jì)思路作介紹用機(jī)械傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)牛頭刨床滑枕恒推動(dòng)力和等速直線運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。其設(shè)計(jì)思路采用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖方式來(lái)描述運(yùn)動(dòng)。其傳動(dòng)原理是：電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)拖動(dòng)由齒輪1，2，3，4組成的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，再由齒輪4與齒條1嚙合推動(dòng)滑枕運(yùn)動(dòng)(齒條1與滑枕相固連)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是在某一選定的轉(zhuǎn)速下工作，而且整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比恒定，因此，這套機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)必定能給滑枕提供恒定的刨削力和勻速直線運(yùn)動(dòng)為了在正反向刨削過(guò)程中電動(dòng)機(jī)始終保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，且不停歇不換向，設(shè)計(jì)方案中特別加入一個(gè)電磁閥和一個(gè)介輪(介輪與齒輪4相嚙合)。按圖1所示，當(dāng)齒輪2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若齒輪3和齒輪4嚙合，滑枕向右作正向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)滑枕運(yùn)動(dòng)到碰鐵1觸動(dòng)行程開關(guān)1時(shí)，電磁鐵動(dòng)作，將齒輪3推向右側(cè)脫離齒輪4并與介輪嚙合，這就使齒輪4反轉(zhuǎn)，最終使滑枕反向運(yùn)動(dòng)。

在滑枕回過(guò)程中，碰鐵2觸動(dòng)行程開關(guān)2時(shí)，電磁鐵又動(dòng)作并將齒輪3拉回與齒輪4重新嚙合，使滑枕再次換向右行，進(jìn)而保證了雙向刨削的實(shí)現(xiàn)。2 雙向刨削刀架的設(shè)計(jì)

雙向刨削刨刀刀架的設(shè)計(jì)采用雙刀交替工作式。其設(shè)計(jì)思路見圖1。其工作原理是：當(dāng)滑枕向右工作時(shí)，在進(jìn)入刨削之前的預(yù)工作階段，齒輪5在齒條2上滾動(dòng)，齒輪5受到的嚙合阻力方向向左，這就使得搖桿向左擺轉(zhuǎn)，同時(shí)牽動(dòng)連桿2及與

之相連的連桿1向左移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀架1和刀架2繞主刀架上的鉸鏈作順時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就使刨刀1靠向工作面而同時(shí)使刨刀2抬起，此時(shí)便可使牛頭刨床作正向刨削。當(dāng)滑枕運(yùn)動(dòng)到碰鐵1觸動(dòng)行程開關(guān)1時(shí)，電磁鐵動(dòng)作，將齒輪3推向右側(cè)脫離齒輪4并與介輪嚙合，這就使齒輪4反轉(zhuǎn)，使滑枕反向運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，齒輪5在齒條2上向左滾動(dòng)，齒輪5受到的嚙合阻力方向向右，使得搖桿向右擺轉(zhuǎn)，同時(shí)牽動(dòng)連桿2及與之相連的連桿1向右移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀架1和刀架2繞主刀架上的鉸鏈作逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就使刨刀2靠向工作面而同時(shí)使刨刀1抬起，此時(shí)便可使牛頭刨床作反向刨削。這就使兩把刨刀隨應(yīng)刨削要求而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交替變換。為了解決刨刀的對(duì)定問(wèn)題，在主刀架上設(shè)置了一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)刀凸輪，對(duì)刀凸輪將左側(cè)副刀架2抬起，使其繞鉸鏈沿順時(shí)針轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，同時(shí)通過(guò)連桿1拉動(dòng)刀架1靠向主刀架靠板并垂直于工件，調(diào)整主刀架升降手輪，使刨刀1抵到工件表面后將其固定；然后再順時(shí)針扳動(dòng)對(duì)刀凸輪，使對(duì)刀凸輪頂起刀架1，讓刨刀1抬起，也使刀架2靠向主刀架靠板并垂直于工件表面，再將刨刀2抵到工件表面后再固定，便完成兩把刨刀的對(duì)定。牛頭刨床雙向刨削的實(shí)現(xiàn)

按圖1所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)使齒輪2做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若齒輪3和齒輪4嚙合，滑枕向右運(yùn)動(dòng)作正向刨削，齒輪5在齒條2上向右滾動(dòng)，齒輪5受到的嚙合阻力方向向左，這就使得搖桿向左擺轉(zhuǎn)，同時(shí)牽動(dòng)連桿2及與之相連的連桿1向左移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀架1和刀架2繞主刀架上的鉸鏈作順時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)這樣就使刨刀1靠向工作面而同時(shí)使刨刀2抬起，此時(shí)便可使牛頭刨床作正向刨削。當(dāng)滑枕運(yùn)動(dòng)到碰鐵1觸動(dòng)行程開關(guān)1時(shí)，電磁鐵動(dòng)作將齒輪3推向右側(cè)脫離齒輪4并與介輪嚙合，這就使齒輪4反轉(zhuǎn)，使滑枕反向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，齒輪5在齒條2上向左滾動(dòng)，齒輪5受到的嚙合阻力方向向右，使得搖桿向右擺轉(zhuǎn)，同時(shí)牽動(dòng)連桿2及與之相連的連桿一1向右移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀架1和刀架2繞主刀架上的鉸鏈作逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就使刨刀2靠向工作面而同時(shí)使刨刀1抬起，此時(shí)便可使牛頭刨床作反向刨削。反向刨削的示意如圖2所示當(dāng)滑枕回程過(guò)程中，碰鐵2觸動(dòng)行程開關(guān)2時(shí)，電磁鐵動(dòng)作并將齒輪3拉回與齒輪4重新嚙合，使滑枕再次換向右行，進(jìn)而又實(shí)現(xiàn)正向刨削。移動(dòng)碰鐵1，2的位置便可調(diào)整滑枕的行程和相對(duì)工作臺(tái)的位置。工作臺(tái)的橫向進(jìn)給由橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)一套螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)任意一個(gè)行程開關(guān)動(dòng)作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)工作一個(gè)角度，通過(guò)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)作橫向移動(dòng)一個(gè)距離。

第四章 經(jīng)濟(jì)性分析

任何一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)械零件，都有不同的加工工藝方案，特別是一個(gè)新產(chǎn)品，從開發(fā)設(shè)計(jì)，試制，小批量投產(chǎn)到產(chǎn)品發(fā)展和成熟時(shí)期的大批量生產(chǎn)，都要經(jīng)歷不同的生產(chǎn)批量過(guò)程。作為組成這一產(chǎn)品的機(jī)械零件必須根據(jù)生產(chǎn)批量來(lái)確定其工藝方案，現(xiàn)在以B6050型牛頭刨床雙向切削刀架改造設(shè)計(jì)為例，將在保持加工精度的同時(shí)大大提高生產(chǎn)效率,且安全性能好,自動(dòng)化程度有所提高,對(duì)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也沒(méi)那么大。說(shuō)明在不同生產(chǎn)批量情況下，如何合理選擇定位基準(zhǔn)，采用適宜的生產(chǎn)設(shè)備和工藝手段，以保證加工質(zhì)量可靠，滿足市場(chǎng)的需求。達(dá)到生產(chǎn)批量的能力，同時(shí)投資小，見效快，成本低，從而獲得企業(yè)的最大經(jīng)濟(jì)效益。

傳統(tǒng)的牛頭刨床，無(wú)論是機(jī)械傳動(dòng)式，還是液壓傳動(dòng)式，都是只能做單方向刨削，也就是滑枕在一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，只有一個(gè)方向是刨削行程，而回程是空行程，不做刨削。雖然靠傳動(dòng)的急回特性可以縮短空行程的時(shí)間，但是也只是個(gè)改善，沒(méi)有從根本上解決加工效率低和空耗大的問(wèn)題。正是因?yàn)橛锌招谐毯团傧髁Σ痪鶆?對(duì)機(jī)械傳動(dòng)式)這兩個(gè)致命的缺陷，導(dǎo)致牛頭刨床在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用受到很大的限制。如果牛頭刨床能消除空行程，變單向刨削為雙向刨削，同時(shí)提供穩(wěn)定均衡的刨削力，會(huì)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

第五章 結(jié)論和展望

上述所確定的雙向刨削牛頭刨床設(shè)計(jì)方案，比較全面地闡述了雙向刨削牛頭刨的設(shè)計(jì)思路，較好地解決了關(guān)鍵性技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了牛頭刨床所應(yīng)具備的優(yōu)質(zhì)高效、節(jié)能低耗的設(shè)計(jì)理念和目標(biāo)，為刨削機(jī)床的技術(shù)創(chuàng)新開辟了一條新路。

改革開放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工程機(jī)械行業(yè)快速發(fā)展壯大。中國(guó)已成為工程機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)大國(guó)。但由于受到企業(yè)規(guī)模、國(guó)際化程度尤其是關(guān)鍵核心技術(shù)等影響，中國(guó)并不是工程機(jī)械行業(yè)的強(qiáng)國(guó)。

開始打造工程機(jī)械航母

來(lái)自中國(guó)工程機(jī)械協(xié)會(huì)的信息顯示，到2007年全國(guó)已有工程機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)及科研單位2000多家；全行業(yè)固定資產(chǎn)凈值270多億元。“然而，世界工程機(jī)械巨頭卡特彼勒2006年的銷售額已經(jīng)超過(guò)400億美元。就是說(shuō)我國(guó)的工程機(jī)械制造商加起來(lái)比不上一個(gè)卡特彼勒?！奔词故侵袊?guó)規(guī)模最大的工程機(jī)械制造企業(yè)徐州工程機(jī)械集團(tuán)公司，其銷售額也只是美國(guó)卡特彼勒公司的7％左右。中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)江琳說(shuō)。

中國(guó)工程機(jī)械協(xié)會(huì)綜合部主任、高級(jí)工程師王金星說(shuō)，盡管如此，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)有了打造工程機(jī)械航母的基礎(chǔ)。據(jù)中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)市場(chǎng)發(fā)展部馮寶珊介紹，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)已經(jīng)形成了一些以區(qū)域劃分的產(chǎn)業(yè)基地，如以中聯(lián)重科、三一重工、山河智能為代表的湖南工程機(jī)械；以徐工、常林、鎮(zhèn)江為代表的江蘇基地；以廣西柳工、玉柴、柳建為代表的廣西工程機(jī)械；以合力叉車、星馬、江淮為代表的安徽工程機(jī)械等。對(duì)此，北京大學(xué)教授張國(guó)有認(rèn)為，區(qū)域內(nèi)的企業(yè)組合往往是成就區(qū)域品牌的重要基礎(chǔ)。

國(guó)際化是品牌成長(zhǎng)必經(jīng)之路

培育世界級(jí)的品牌，從改革開放之初，中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)就開始了探索。

中國(guó)工程建設(shè)機(jī)械的骨干企業(yè)大多有與外企合資、合作的經(jīng)歷。徐工先后與卡特彼勒在挖掘機(jī)方面、與利勃海爾在混凝土機(jī)械、起重機(jī)方面，與川崎在裝載機(jī)方面等10多家外資企業(yè)有過(guò)合資合作；山推與小松在推土機(jī)、挖掘機(jī)方面有過(guò)合資合作；三一重工與迪爾(銷售)等也有過(guò)合作。

長(zhǎng)沙中聯(lián)重工科技發(fā)展股份有限公司董事長(zhǎng)詹純新分析，在那些與外企的合作中，大部分企業(yè)達(dá)到了預(yù)期的目的。這些合資合作企業(yè)的產(chǎn)品也大都銷往國(guó)際市場(chǎng)。

中國(guó)國(guó)際名牌協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)解艾蘭說(shuō)，衡量企業(yè)的國(guó)際化程度不僅要看企業(yè)海外市場(chǎng)的銷售額占其總銷售額的比重是多少，還要看企業(yè)擁有的跨國(guó)人才數(shù)量、有沒(méi)有國(guó)際化的企業(yè)管理方式等。

在廣西柳工機(jī)械股份有限公司的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，筆者看到這被外界認(rèn)為是柳工“人才國(guó)際化”的例子：柳工股份“老外”副總裁大衛(wèi)?閉同葆正在對(duì)周圍人交代工作。這位柳工股份的副總裁來(lái)自國(guó)外一家著名工程機(jī)械企業(yè)，他在柳工生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中已經(jīng)發(fā)揮重要作用。

發(fā)揮合力，防止“卡脖子”

中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展很快，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已占主體地位，從產(chǎn)量上看中國(guó)也已是工程機(jī)械大國(guó)。然而，行業(yè)要壯大，必須進(jìn)一步提高自主創(chuàng)新水平，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品向高水平、機(jī)電液一體化和智能化等方向發(fā)展。

中國(guó)工程機(jī)械協(xié)會(huì)綜合部主任王金星說(shuō)，在工程機(jī)械行業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，中國(guó)本土配套關(guān)鍵零部件發(fā)展與主機(jī)生產(chǎn)技術(shù)水平提高不同步，嚴(yán)重制約了整機(jī)水平的提升，“提高國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)零部件的生產(chǎn)制造水平，已成為中國(guó)工程機(jī)械發(fā)展的關(guān)鍵因素?！?/p>

筆者在中聯(lián)重科、三一重工等企業(yè)先后看到因?yàn)橐簤浩骷必洷黄戎匦抡{(diào)整的生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)計(jì)劃。三一重工股份有限公司執(zhí)行總裁易小剛說(shuō)，工程機(jī)械作為裝備制造業(yè)的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)，其基礎(chǔ)零部件依賴進(jìn)口，不利于產(chǎn)業(yè)安全。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，不但增加了制造成本，其正常生產(chǎn)也受到限制。

針對(duì)幾家工程機(jī)械企業(yè)不同程度遇到的液壓件、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱卡脖子問(wèn)題，中國(guó)工程機(jī)械協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)茅仲文坦言，缺少核心零部件和重要零部件支撐的自主創(chuàng)新是難以為繼的。日本小松、美國(guó)卡特彼勒等世界級(jí)工程機(jī)械企業(yè)都是自己生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓元器件、控制元器件等基礎(chǔ)零部件。

易小剛等認(rèn)為，國(guó)家有關(guān)部門應(yīng)在全行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃，以行業(yè)為依托聯(lián)合高校等科研力量，重點(diǎn)突破中高端液壓元器件、發(fā)動(dòng)機(jī)等瓶頸問(wèn)題，通過(guò)資產(chǎn)重組或并購(gòu)組建數(shù)家大型基礎(chǔ)零部件龍頭企業(yè)，增強(qiáng)零部件生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)能力，在關(guān)鍵、緊缺配套件研發(fā)中，互相合作，比如采取“國(guó)家支持一些、主機(jī)企業(yè)投入一些”等做法，以此來(lái)突破我國(guó)配套件發(fā)展的瓶頸。

在機(jī)械設(shè)備行業(yè)中，我們總會(huì)聽到有人說(shuō)：＂你這是國(guó)產(chǎn)的，質(zhì)量沒(méi)保證．我現(xiàn)用日產(chǎn)的＂說(shuō)完好像很神氣的樣子走了．這種現(xiàn)像對(duì)我們業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)不是新聞了，這說(shuō)明什么呢？

我們?cè)诨仡^看看我們中國(guó)機(jī)械制造行業(yè)，也就明白了，怪不得別人，這也引出了我們機(jī)械制造行業(yè)的不少問(wèn)題！

這又是什么問(wèn)題造成這種局面的出現(xiàn)呢？而且不思精造？

我想不是其它原因，關(guān)健是人，也不是我們中國(guó)人笨，不會(huì)做，而是我們也能，我們也能做得比日本更好．只是我們不做，出來(lái)的產(chǎn)品能用就行，缺泛精藝求精的追求．當(dāng)然也有市場(chǎng)的原因，但長(zhǎng)遠(yuǎn)這樣下去，只會(huì)自閉，不會(huì)有發(fā)展．我們承認(rèn)當(dāng)下我們的國(guó)民不富裕，現(xiàn)在低檔產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)還是占很大的市場(chǎng)．但我們也得承認(rèn)，在不久的將來(lái)，這總局面將會(huì)改變，改變的速度將會(huì)令我們整個(gè)行業(yè)為著驚奇，這是時(shí)代的變遷，勢(shì)不可擋的．這取決于人們的生活水平的提高，和對(duì)物資的高檔要求的因素．

因此時(shí)下我們機(jī)械制造業(yè)不能再這樣沉默下去了，動(dòng)起來(lái)我們才能贏得未來(lái)．

參考文獻(xiàn)

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致 謝

本文承蒙廣西工學(xué)院機(jī)械工程系李書平老師指導(dǎo)和同組同學(xué)的幫助。李書平老師從本文的寫作內(nèi)容、版式編排等各方面多次給予了詳細(xì)的指導(dǎo)，對(duì)本文所涉及項(xiàng)目的實(shí)施、刨床的設(shè)計(jì)、工藝的改進(jìn)及組合機(jī)床的設(shè)計(jì)制造等給予了大量的幫助，并向我們提供了相關(guān)參考資料提出了很好的意見和建議，使得本文得以成稿，在此表示衷心的感謝!另外，向本文引用、轉(zhuǎn)載過(guò)資料的文獻(xiàn)作者表示感謝。向其他所有對(duì)于本文的完成做出過(guò)幫助的人表示感謝。

第四篇：開題報(bào)告--普通機(jī)床數(shù)控改造的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及精度分析

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普通機(jī)床數(shù)控改造的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及精度分析

一、課題概述、背景及意義

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達(dá)20.8％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。

微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。① 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。②可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。④ 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。⑤ 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。由以上五條派生的好處如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。

機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。機(jī)床數(shù)控化改造有以下優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)省資金。機(jī)床的數(shù)控改造同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購(gòu)買新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。②性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。③提高生產(chǎn)效率。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3至5倍。對(duì)復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。

在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的課題。我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國(guó)、日本、德國(guó)，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。

目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3％。我國(guó)大量的普通機(jī)床應(yīng)用于生產(chǎn)第一線，用普通機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要換零件加工程序，無(wú)需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操 1

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作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無(wú)檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01，已能滿足加工零件的精度要求。這幾年，國(guó)家加大了對(duì)這類機(jī)床的改造力度，國(guó)防科工委更是推行了萬(wàn)臺(tái)機(jī)床數(shù)控化計(jì)劃，車床、銑床的數(shù)控化改造需求量很大。本課題以普通車床的數(shù)控改造為例，研究機(jī)床數(shù)控改造的方法，包括其結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)，機(jī)床改造后性能與精度的分析以及控制精度的措施等，普通車床應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造數(shù)控改造后，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度?；谏鲜龇治?，本課題的研究具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

二、主要研究?jī)?nèi)容

1.普通車床數(shù)控改造方案的確定，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

2.對(duì)普通車床數(shù)控改造進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，包括主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)床縱、橫進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。

3.對(duì)改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)建立控制原理模型。

4.根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的控制原理模型，對(duì)影響伺服系統(tǒng)系統(tǒng)的因素進(jìn)行分析。

5.對(duì)影響伺服傳動(dòng)精度的因素齒輪傳動(dòng)精度、滾珠絲杠副傳動(dòng)精度等進(jìn)行深入研究，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。

6.對(duì)影響伺服元件伺服精度的因素步進(jìn)電機(jī)步矩角精度等進(jìn)行深入研究，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。

三、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

1.普通車床數(shù)控改造進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算。2.對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)建立控制原理模型。

3.根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的控制模型，分析系統(tǒng)的誤差來(lái)源及影響系統(tǒng)精度的因素。4.設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制精度。

四、擬解決方案及關(guān)鍵技術(shù)

1.普通車床數(shù)控改造進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，運(yùn)動(dòng)部件慣量計(jì)算，步進(jìn)電機(jī)的選擇，滾珠絲杠副的選擇和計(jì)算、滾珠絲杠副的剛度驗(yàn)算等。

2.對(duì)改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)建立控制原理模型。3.根據(jù)伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制原理模型，分別對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)元件的伺服精度、伺服機(jī)械傳動(dòng)元件傳動(dòng)精度進(jìn)行分析，分析影響經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床定位精度主要因素。

4.在伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制電路中加入步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，改善步矩角特性，提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的定位精度。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

1.運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與方法進(jìn)行普通車床數(shù)控改造的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)上達(dá)到有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙；便于操作和維修。

2.從經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的控制原理模型分析影響整個(gè)系統(tǒng)精度的關(guān)鍵因素，分析影響機(jī)床機(jī)床定位精度的各項(xiàng)誤差來(lái)源，提出相應(yīng)的改進(jìn)方法并應(yīng)用于機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

3.運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，減小步進(jìn)電機(jī)的步距角及機(jī)床的脈沖當(dāng)量，提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的加工精度，改善電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，減小噪聲，增加控制的靈活性。

六、課題預(yù)計(jì)目標(biāo)

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1.普通車床數(shù)控改造的方案的研究，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

2.對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)建立控制原理模型，并根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的控制原理模型，對(duì)影響系統(tǒng)精度的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。

3.研究提高機(jī)械傳動(dòng)部件的傳動(dòng)精度與剛度的方法，對(duì)普通車床數(shù)控改造進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善伺服進(jìn)給系統(tǒng)的伺服特性。

4.設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)的分辨率。

七、課題研究進(jìn)展計(jì)劃

預(yù)計(jì)本課題研究進(jìn)展主要分以下幾個(gè)階段：

1.2007年11月～2007年12月 查看文獻(xiàn)資料并撰寫開題報(bào)告

2.2007年12月～2008年03月 收集相關(guān)方面的資料，以普通車床數(shù)控改造為例進(jìn)

行總體設(shè)計(jì)

3.2008年03月～2008年04月 學(xué)習(xí)機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等方面知識(shí)

4.2008年04月～2008年07月 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制普通車床數(shù)控改造縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖

5.2008年07月～2008年08月 學(xué)習(xí)機(jī)床控制精度等方面知識(shí) 6.2008年08月～2008年09月 對(duì)機(jī)床進(jìn)行精度分析

7.2008年09月～2008年10月 研究提高機(jī)床控制精度的措施 8.2008年11月～2008年12月 完成畢業(yè)論文 9.2008年12月 畢業(yè)答辯

參 考 文 獻(xiàn)

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鄭 州 大 學(xué) 碩 士 研 究 生 開 題 報(bào) 告

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第五篇：[精品]美蘭區(qū)演豐鎮(zhèn)桃園村旅游化改造規(guī)劃說(shuō)明書

2011 精品

生活污水： 生活污水：采用污水管道收集，在村東側(cè)文化墻后側(cè)建設(shè)一處污水生化池，污水經(jīng)處理達(dá)

美蘭區(qū)演豐鎮(zhèn)桃園村旅游化改造規(guī)劃 美蘭區(qū)演豐鎮(zhèn)桃園村旅游化改造規(guī)劃 說(shuō)明書
（3）村頭廣場(chǎng)綠化 在用地的南側(cè)和東側(cè)結(jié)合驛站規(guī)劃十二生肖廣場(chǎng)；（4）古井、古樹保護(hù)區(qū)，規(guī)劃結(jié)合古井、古樹劃定了保護(hù)范圍；

標(biāo)后方可向東排入周邊溝渠。古井周邊設(shè)置截污溝，控制污水排入古井內(nèi)。

4.6.2 亮化工程
規(guī)劃結(jié)合道路建設(shè)設(shè)置村內(nèi)室外照明系統(tǒng)。

4.6.3 垃圾站、公共廁所、沼氣池建設(shè)等配套設(shè)施的建設(shè)
在規(guī)劃區(qū)中心活動(dòng)室旁邊規(guī)劃保留公廁一座，建筑面積 10平方米 垃圾收集點(diǎn)安排在村莊北邊家禽集中圈養(yǎng)棚的旁邊，同時(shí)拆除現(xiàn)狀村頭垃圾集并點(diǎn)。

4.5 完善公共服務(wù)設(shè)施 4.5.1 完善公共服務(wù)設(shè)施目標(biāo)
充分利用現(xiàn)有設(shè)施，新建部分設(shè)施，形成配套完善生活方便的農(nóng)村社區(qū)。

對(duì)于村民的生活垃圾等進(jìn)行集中回收處理，每家每戶發(fā)放一個(gè)垃圾回收箱，垃圾都集中投 放。安排專門的清潔人員專門負(fù)責(zé)廁所的衛(wèi)生和垃圾的回收。沼氣池建設(shè)與利用；在村莊北邊設(shè)置家禽集中圈養(yǎng)棚，利用家禽的糞池和農(nóng)作物的秸 稈、雜草等廢棄物建設(shè)沼氣池，將能量轉(zhuǎn)化為熱能和電能供村內(nèi)農(nóng)戶使用，達(dá)到有效利用 能源、保護(hù)環(huán)境的目的。規(guī)劃在村莊主要街道隔 100 米設(shè)一個(gè)果皮箱，加強(qiáng)對(duì)主要街道的管理，形成良好的農(nóng) 村新面貌。

4.5.2 完善公共服務(wù)設(shè)施
完善文化設(shè)施 在中心活動(dòng)室內(nèi)設(shè)立一處村圖書館及文化活動(dòng)中心。購(gòu)置新書，提升村民文化素養(yǎng)。完善教育設(shè)施 與山尾村共同建設(shè)一處幼兒園，解決村民小孩入托問(wèn)題。小學(xué)生上學(xué)就近安排在演豐 鎮(zhèn)中心小學(xué)就讀； 衛(wèi)生設(shè)施 利用三尾村現(xiàn)有衛(wèi)生室解決村民就近就醫(yī)問(wèn)題。

4.6.4 給水和雨水規(guī)劃
4.6.4.1 給水工程規(guī)劃 1.給水水源 現(xiàn)狀村民生活用水水源來(lái)自山尾村村委會(huì)，從現(xiàn)有 4 米村級(jí)主干道的市政自來(lái)水干管 上接入，管徑 75mm。規(guī)劃給水系統(tǒng)仍沿用現(xiàn)有生活給水管網(wǎng)和水源。2.給水方式 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該村的市政進(jìn)水管管徑為 DN75mm，有一條進(jìn)水管?，F(xiàn)狀村內(nèi)無(wú)消防 設(shè)施。規(guī)劃將采用生活、消防共用一套管道，對(duì)主管管徑設(shè)計(jì)為 DN75mm，支管管徑設(shè)計(jì) 為 DN50mm。3.、給水工程規(guī)劃

4.6 市政公用設(shè)施完善 4.6.1 污水整治
（1）現(xiàn)狀 桃園村內(nèi)現(xiàn)狀排水體制為雨污水合流。由于生活污水未經(jīng)處理直接排入村東側(cè)低洼地 帶，使得周邊環(huán)境日趨惡化，影響了村民的生活環(huán)境。（2）規(guī)劃 雨水系統(tǒng)：舊村利用原有排水明溝系統(tǒng)進(jìn)行排雨水，利用道路排水系統(tǒng)（道路邊明溝）進(jìn) 雨水系統(tǒng) 行雨水排放。

k

sdowe

本村在保證供水安全的同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)節(jié)約，規(guī)劃采用枝狀管網(wǎng)的方式來(lái)供水。室外消火栓用水與村民生活用水共用管道，在村民居住區(qū)內(nèi)沿主要道路設(shè)置 2 處室外 消火栓，消防栓服務(wù)半徑按不大于 120 米進(jìn)行布置。

路及綠地雨水通過(guò)路槽排入雨水口，由雨水口和管道匯集后，就近排入附近排水渠。（2）暴 雨 強(qiáng) 度 公 式 采 用 海 口 市 城 市 總 體 規(guī) 劃 中 選 用 的 暴 雨 強(qiáng) 度 公 式 Q=2338（1+0.4Lgp）/（t+9）0.65（L/s.ha）p=2 年

表二
用水單位 序號(hào) 用水項(xiàng)目 數(shù)量 居民生活用 水量 綠化用水量 未預(yù)見及滲 漏水量 用水量合計(jì) 單位

設(shè)計(jì)用水量一覽表
用水定額 數(shù)值 單位 L/ 人.日 L/㎡ 10% 最高日 用水量（㎡ /d）87.00 42.76 12.98 小時(shí)變 化系數(shù)（k）最高日 最大時(shí) 2（m /h）備注 用水時(shí) 間（h）

4.7 村容村貌旅游化改造規(guī)劃 4.7.1 村容村貌旅游化改造規(guī)劃目標(biāo)
形成村容整潔，環(huán)境優(yōu)美，旅游風(fēng)情濃郁的農(nóng)村生活環(huán)境。

1 2 3 4

290 21381

人 ㎡

300 2

2.5

9.06

24

4.7.2 村容村貌整治措施
（1）主要住宅立面整治 對(duì)所以建筑的立面進(jìn)行統(tǒng)一美化，包括外墻亂搭構(gòu)架墻面、屋頂翻新，門窗刷新。

142.74 消防校核 流量，不 計(jì)入用水 量

（2）環(huán)境整治 拆除村內(nèi)亂搭的臨時(shí)棚架建筑，清理衛(wèi)生死角，初步形成干凈、衛(wèi)生、整潔的環(huán)境。

5

消防用水

10

L/S

4.8 防雷和接地（1）防雷
根據(jù)《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，本項(xiàng)目按三類防雷要求設(shè)置，在所有建筑物易受雷擊部位設(shè)置 避雷帶，形成不大于 20M×20M 的網(wǎng)格。

4.6.4.3 排水工程規(guī)劃

1、排水體制： 采用雨、污水分流制。

2、污水排水工程（1）污水量預(yù)測(cè): 最大日污水量約為？？？立方米。（2）污水排放系統(tǒng)，生活污水經(jīng)化糞池處理后排入村莊生化池進(jìn)行處理，然后就近排 入排水渠。

3、雨水排放工程（1）雨水系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置，建筑物屋面、陽(yáng)臺(tái)雨水用管道排至室外；規(guī)劃區(qū)場(chǎng)地包括道

（2）接地系統(tǒng)
接地系統(tǒng)采用 TN-C-S 系統(tǒng)。各建筑物 380/220 伏電源進(jìn)戶零線均與總等電位接地箱連接，總接地電阻不大于 1 歐姆。建筑物內(nèi)所有金屬支架，金屬管道及用電設(shè)備的金屬外殼均與 總等電位可靠連接。

4.9 電視、電話工程
規(guī)劃村居住戶數(shù)有 35 戶，按 1 門/戶計(jì)；宣傳活動(dòng)室和驛站各設(shè) 1 門電話，則規(guī)劃區(qū) 共需電話 37 門。電視、電話線同路由方式主線采用電桿，支線沿墻敷設(shè)。與其它管線的水平距離及交 叉時(shí)的豎向間距應(yīng)滿足管線綜合規(guī)范要求。

1

5.3 改造資金籌集的建議

五、規(guī)劃實(shí)施的措施與建議
5.1 改造分期實(shí)施的建議
結(jié)合村的改造計(jì)劃及資金狀況，本次改造共分為四期進(jìn)行，具體如下：（1）第

第一期：目前已有部分改造項(xiàng)目已完成 改造內(nèi)容：村容村貌整治 清理衛(wèi)生死角；整改公共廁所；建設(shè)垃圾收集站；拆除亂搭建建筑； 村民住宅建筑立面整治.；古樹古井設(shè)定保護(hù)范圍（2）第二期： 改造內(nèi)容：排水渠改造；村內(nèi)道路硬化（3）第三期： 改造內(nèi)容：村口廣場(chǎng)整治，（4）第四期： 改造內(nèi)容：干道亮化工程； 道路綠化工程 村圖書室文化改造、文化墻改造 完善新住宅區(qū)剩余的工程 建設(shè)新規(guī)劃部分新住宅

主要采用政府投入、多方籌集基金的方法。集資單位主要有：村民個(gè)人、村集體、地 方政府、共建單位。

5.4 改造建設(shè)管理及分工的建議
本次村莊整治項(xiàng)目涉及多方合作，主要分工如下：（1）村民：積極配合整治工作，參加拆除違章建筑及清理衛(wèi)生死角工作。（2）村委會(huì)：實(shí)施整治工作主體。（3）地方及政府相關(guān)部門：協(xié)調(diào)、推進(jìn)整治工作的實(shí)施，整治成果的驗(yàn)收。（4）共建單位：從資金技術(shù)上支持整治工作。（5）規(guī)劃設(shè)計(jì)單位：制定改造規(guī)劃。

表三
序 號(hào)

主要公共服務(wù)設(shè)施規(guī)劃一覽表
數(shù)量 類別 文娛 項(xiàng)目 現(xiàn)狀 文化活動(dòng)室 運(yùn)動(dòng)場(chǎng) 驛 管理 道路交通 社會(huì)停車場(chǎng) 垃圾收集點(diǎn) 站 1 1 1 規(guī)劃 1 1 1 現(xiàn)狀 120平方米 650平方米 100平方米 規(guī)劃 ？？平方米 650平方米 100平方米 位于驛 規(guī)模 備注

5.2 村民自建住宅管理的建議
（1）建筑風(fēng)格要求：村莊現(xiàn)狀建筑多為瓊北民居建筑格局，新建及翻修建筑宜與之協(xié)調(diào)，建筑宜為深色坡屋頂，不可西洋式，不宜平屋頂。建筑外墻宜白色，材料可選用抹灰等。勒腳宜為青色。建筑限高為兩層。（2）門窗形式及材料：門窗宜加坡檐，材料宜選用傳統(tǒng)樣文，可采用現(xiàn)代材料。門宜采用 傳統(tǒng)木門或其他材料但色彩與建筑協(xié)調(diào)的門。門不宜采用不銹鋼鐵皮及鋁合金拉閘門。窗 及陽(yáng)臺(tái)不可外挑防盜網(wǎng)。（3）空調(diào)位置：不宜放置直接掛在臨主要道路墻面，并適當(dāng)予以遮飾。（4）建筑平面布局：建筑沿四邊道路或窄巷不得外挑陽(yáng)臺(tái)，窗臺(tái)、彩色塑料及石棉瓦雨棚。

1

體育 行政

2

3

—— 1 1

1 1 1

—— 15平方米 10平方米

？？平方米 站旁邊 64平方米 10平方米

4

環(huán)衛(wèi) 公廁

2

15 16 17 18 19

文化墻改造

？？m ？？m ？？m ？？m

？？ ？？ ？？ ？？

？？ ？？ ？？ ？？

新建 新建 新建 新建

鋪裝 休息座凳座椅 村民建筑立面整治
合計(jì)

表四
序 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

主要規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃建議表
項(xiàng)目名稱 辦公樓 文化活動(dòng)室 村主干道 村次級(jí)道路 綠化 公廁 下水道 給水管 垃圾中轉(zhuǎn)站 家禽圈養(yǎng)棚 路燈 視頻監(jiān)控 十二生肖廣場(chǎng) 社會(huì)停車場(chǎng) 建設(shè)規(guī)模 m2 占地？？m
2

附錄
總價(jià) ？？

？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ 新建 新建 新建 新建 新建 新建 新建 新建

二、民間傳說(shuō)
桃園村，古稱椰子園村，隸屬演豐鎮(zhèn)山尾村委會(huì)。1605 年瓊州大地震，地陷 72 村后，幸存幾戶陳 姓人家移居現(xiàn)址。村民劫后余生，就地砍椰子樹造房，樹干當(dāng)桁椽，樹葉當(dāng)瓦蓋頂，故稱椰子園村。百 年之后，因村中已無(wú)椰子樹，后人將之改為桃園村，寄寓晉·陶淵明“世外桃源”之意。明萬(wàn)歷年間（1605 年 7 月 13 日午夜）瓊州地震，地陷 72 村入海底，幸存幾戶陳姓人家移居現(xiàn)址。為庇佑劫后余生的村民人丁興旺，觀音派善財(cái)童子化作飛鳥啄來(lái)樹種，落地于此，長(zhǎng)成十二參天古榕，分別代表人的十二生肖。相傳一戶村民，年過(guò)不惑，尚無(wú)子嗣，得觀音夢(mèng)中指點(diǎn)，在此十二棵榕樹下焚 香十二個(gè)月后得子。此子異常聰明，6 歲已能吟詩(shī)賦對(duì)，人稱“榕子奇童”。官人出題，“子丑寅卯辰巳 午未申酉戌亥生生不息”童子相對(duì)，“鼠牛虎兔龍蛇馬羊猴雞狗豬代代相傳”，官人大喜，便御賜桃園十 二榕為“生肖神樹”。次樹位列十二榕之首，人稱“子鼠榕”。從此，桃園十二榕成為東海岸之神樹，庇 佑生靈，流傳至今！

單價(jià) ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？

建設(shè)分期 新建 改建 新建 新建 新建

一、名勝古跡
1 黎福泉 相傳，明萬(wàn)歷年間，瓊州大地震，劫后余生之村民移居至此，鑿此深井，以圖求存，其水甘冽，飲 之可避瘴疫，沾其澤者，永鷹多福，受天百祿。多年后，逢崖州大旱，方圓百里，眾井汨汨，唯獨(dú)井受 十二生肖神樹庇佑，其泉瘴疫，味冽而清，群黎沾澤，萬(wàn)物滋榮，玉液蜚聲，故名“黎福泉”。后人題 聯(lián)贊日“東寨港眾水兼和涌瓊液，桃園村群黎協(xié)澤滋民生”。2 桃園十二榕

建筑面積 120 m2 ？？m2 ？？m ？？m2 10m
2

？？m ？？m 64m2 ？？m2 ？？盞 2盞 ？？m2 ？？m2

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