强加工精度高加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机自动控制伺服驱动精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。数控机床的工艺范围及加工精度数控车床是种高精度高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的。它主要用于精度要求高表面粗糙度好轮廓形状复杂的轴类盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面圆锥面圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽钻孔扩孔铰孔等加工。由于数控车床具有加工精度高能作直线和圆弧插补功能，有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。精度要求高的回转体零件由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以铣代磨。表面粗糙度要求高的回转体零件数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又致。数控车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。数控机床的发展趋势数控机床最早是从美国开始研制的。年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。并于年试制成功世界上第台数控机床实验性样机。这是台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于年进入实用阶段。直到世纪年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。自年，美国研制成功第台数控机床以来，随着电子技术计算机技术自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。第代数控年采用电子管元件构成的专用数控装置。第二代数控从年开始采用晶体管电路的系统。第三代数控从年开始采用小中规模集成电路的系统。第四代数控从年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。第五代数控从年开始采用微型电子计算机控制的系统。目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的数控数控系统，形成了现代数控系统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由系列控制程序来实现的。这些数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。第章数控机床总体方案的制订及比较总体方案比较与确定总体方案应考虑车床数控系统的运动方式进给伺服系统的类型数控系统的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。数控车床后应具有单坐标定位，两坐标直线插补圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。属于经济型数控机床，在保证定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。比较项目方案方案二确定后的方案具体原因主轴箱分级变速采用调速电机齿轮传动采用三相异步电机减速器方案变速级数比较多满足多种加工需要，也符合任务书要求进给机构滚珠丝杠步进电机滚珠丝杠伺服电机方案脉冲当量步进电机控制的准确刀架四工位回转刀架六工位回转刀架都可以各有各的好处尾座液压尾座手动普通尾座液压尾座可通过数控系统调整方便数控系统位单片机位单片机方案基本需求可以满足主轴系统的方案确定若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用速的多速电动机代替原有的单速主电动机当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于，原来的电动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大。车床时，若采用有级变速，可选用浙江超力有限公司生产的系列变级多速三相异步电动机，实现档变速若采用无级变速，应加装交流变频器，推荐型号为,适配电动机，生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。安装类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下式中需要传递的名义功率工作情况系数，按表工作情况系数选取表工作情况系数确定带的型号和节距可根据同步带传动的设计功率和小带轮转速，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。表选同步带的型号为，节距为选择小带轮齿数，可根据同步带的最小许用齿数确定。查表得。查得小带轮最小齿数。实际齿数应该大于这个数据初步取值故大带轮齿数为。故，。确定带轮的节圆直径，小带轮节圆直径大带轮节圆直径验证带速由公式计算得，﹤，确定带长和中心矩根据机械设计基础得所以有现在选取轴间间距为取同步带带长及其齿数确定带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为，所以啮合齿数为带轮齿数的半，即。基本额定功率的计算查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表可以知道，。所以同步带的基准额定功率为表基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量计算作用在轴上力伺服电机的选择负载传动惯量估算折算到伺服电机轴上的传动惯量可按下式估算式中折算到电动机轴上的转动惯量齿轮的转动惯量齿轮的转动惯量丝杠的转动惯量估算参数。对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式估算式中圆柱零件的直径零件轴向长度所以，负载转动惯量负载转矩计算及最大静转矩选择根据能量守恒定律，电动机等效负载转矩若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩取安全系数为，则因为数控机床对动态性能要求较高，确定电动机最大静转矩时应满足快速空载起动时所需转矩的要求。式中空载快速起动时所需的转矩克服摩擦所需转矩丝杠预紧所引起的折算到电动机轴上的附加转矩。当工作台快速移动时，电动机的转速由动力学可知ε式中ε角加速度，计算公式为ε。则ε式中预加载荷,般为最大轴向载荷的,即则伺服电机的最高工作频率根据计算综合考虑,查表选用系列型伺服电机。第章数控系统的选择数控系统基本硬件组成任何个数控系统都由硬件和软件两部分组成，硬件是数控机床的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能，有了硬件，软件就能发挥作用。机床数控机床的硬件电路概括起来又以下四部分组成中央处理单元。是数控系统的核心。总线。包括数据总线地址总线和控制总线。存储器。包括只读可编程存储器和随机读写存储器。输入输出接口电路。由于只有口和口部分能提供用户作为口使用，不能满足输入输出口的需要，因而系统必须扩展输入输出接口电路。从附录图可以看出，系统扩展了片和片可编程接口芯片。的片选信号接的，芯片片选信号接到的端。三八译码器有三个输入分别接到的。输出个输出，低电平有效。对应输入的至的种组合，其中对应为，对应为。还有三个使能端，其中个和为低电平使能，另个为高电平使能。吸有当使能端均处于有效电平时，输出才能产生，否则输出处于高电平无效状态。接口芯片与外设的连接是这样安排的芯片作为显示器段选信号输出，是显示器的位选信号输出，根线是键盘扫描输入。芯片的引脚接芯片的。，因为使用的口故。高电平。芯片接向向和向步进电机硬件环形分配器，为输出，为三个方向的点动及回零输入，为面板上的选择开头是输入，设有编辑单步运行单段运行自动手动手动等方式。系统各芯片采用全地址译码，各存储器及接口芯片的地址编码如表所示向，向步进电机硬件环形分配器采用，相通电五相十拍方式工作，故，引脚均接，向步进电机配件环形分配采用，是以相通电四相八拍方式工作。接高电平。三个芯片的选通输出控制分别接的，清零接的，正反转控制端分别接的，时钟输入端接芯片的，用以决定脉冲分配器输出脉冲分配器输出脉冲的频率。为实现插补时不同的进给速度，可给芯片的定时计数器中设置不同的时间常数。表芯片接引脚地址选择线片内地址单元地址编码作用是进行数据运算处理和控制各部分电路协调工作，存储器用于存放系统软件，应用程序和运行中所需要的各种数据，输入输出接口是系统与外界进行交换的桥梁。总线则是与存储器，接口以及其它转换的纽带，是与部分电路进行交换和通讯的必由之路。数控系统的硬件框图为图单片机控制系统的设计向和向进给伺服系统运动键盘显示自动转位刀架控制螺纹加工控制面板控制行程控制其他功能报警电路急停电路复位电路光隔离电路功能电路等。采用系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下采用作扩展了两片芯片片芯片两片可编程并行接口。存储器及接口采用芯片，选用晶体振荡器。它的作为数据总线和地址共用。位地址线由经地址锁存器提供位地址，高位地址由的口直接提供。为地址锁存允许。为低电平时选通外部存储器，相应的指令字节出现在的数据线上，输入到口，将指令读入。为复位控制，当输入端出现高电平时，被初始化复位，在复位有效期向也输出高电平。当输入端返回低电平后，从地址开始执行程序。故设计中定有片芯片连到的设计中采用上电复位和开关复位。另外，两片的也与的管脚相连，它们可同时复位。的是片内的定时器计数器溢出中断申请，由主轴后面的光电编码器输入。当车床车螺纹时，主轴光电编码器向发出进给脉冲，用以控制不同导程的螺纹加工。光电编码器还发出个零位螺纹信号，输入的，用以防止车螺纹乱扣。主要用于功能键的控制，刀架转位控制以及报警等。其中口为输入口，作为功能键的控制管理，刀架控制编辑空运行自动手动，手动和回零。口也是输入口，由面板上的按键分别控制起动暂停单段连续急停等功能。是换刀回答，当自动转位刀架按指令转位夹紧，刀架电机停转之后，发出此信号，开始执行进给指令。接光电编码器输出的零位螺纹信号。口是输出口，控制自动转位刀架四个刀位的选刀。用于