，我们通过分析比较各种设计方案，根据合理性和经济性的指导思想，决定采用立式结构，十字工作台式，床身导轨水平放置。最后，通过对各零部件进行选择和校核，最终采用了在生产中已经非常专业化的角接触球轴承圆柱形滑动导轨混合式步进电动机和滚珠丝杠等。在机械部分设计过程中，尽量考虑节约成本和互换性，保证进给选用相同的步进电机滚珠丝杠等零部件。论文第二部分主要进行了数控铣床的控制部分设计。其主要成果是对电气控制系统的组成作简单阐述，通过比较多种控制系统，选择采用进行控制。了解数控铣床的全部工作要求，确定采用三菱公司的系列可编程控制器构成的控制系统来实现对步进电机的启停正反转两轴联动和变频调速的控制，从而实现加工过程的自动控制。通过弱电控制强电，计算机数字化控制电路，成功地实现了工作要求，使其具有能控制电动机启停正反转变频调速和两轴联动等功能。关键词数控铣床，两坐标，实验型，可编程控制器第二章实验型数控铣床的总体设计.总体设计的基本要求满足各种加工要求，如加工范围加工精度等。确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在既经济又合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。确保铣床具有与所要求的加工精度相适应的刚度抗振性热变形及噪声水平。应便于观察加工过程，便于操作调整和维修。结构简单，合理可靠。体积小，重量轻。.总体设计的主要内容运动功能设计。包括确定机床所需运动的个数形式直线运动回转运动功能主运动进给运动其他运动及排列顺序，最后画出机床的运动功能图。基本参数设计。包括整体尺寸参数零件尺寸参数运动参数和动力参数设计。传动系统设计。包括传动方式传动原理图及传动系统设计。总体结构布局设计。包括运动功能分配总体布局结构形式及总体结构布局方案图设计。控制系统设计。包括控制方式及控制原理控制流程图设计控制电路图设计以及选用和控制程序编写。根据前面所提到的数控铣床应满足的基本要求就可以进行总体设计。在各项基本要求中以加工工艺要求最为重要。由加工工艺要求决定铣床所需要的运动。完成每个运动又有相应的功能部件，这就可以确定各部件的相对运动和相对位置关系。铣床的总体布局也就可以大体确定下来。.方案的比较与选择数控铣床与般的数控机床样，是由控制介质数控装置伺服系统和机床本体组成。对实验型数控铣床的设计，方面，要求其功能完善结构开放，具有与般生产实用型数控铣床样的工作原理和工作性能另方面，要求其体积小价格低，以利于此类实验型铣床的普及推广。本课题的设计主要是两个方面其机械结构的设计其二控制系统的设计。这里有两个方案方案采用减速箱，并对滚珠丝杠进行两端支撑减速箱采用圆柱齿轮变速，这种方案可以通过增加减速箱，达到.增大转动扭矩.提高脉冲当量.匹配惯量。对滚珠丝杠进行两端支撑，可以尽量减少由于端支撑，可能产生的弯曲，减少误差，提高精度。方案二直接采用套筒式联轴器连接步进电动机和滚珠丝杠，对滚珠丝杠进行端支撑或两端支撑。这种设计结构简单，加工安装方便。综合考虑，由于切削石蜡塑料等材料，根据计算切削力较小，最终选用步进电机，脉冲当量为.，无减速装置，直接采用套同式联轴器联接电动机轴和滚珠丝杠。因为实验型数控铣床主要目的是用于演示实验，行程较短，对加工精度要求不高，传递的转动扭矩也不是很高，而端固定自由的支承形式结构简单，刚度临界转速压杆稳定性比较低，适用于较短和竖直的丝杠。.实验型数控铣床的方案拟定机械系统部分实验型数控铣床采用立式结构，十字工作台式，床身导轨水平放置，这样布局不仅有利于减少占地面积。总体机床长为，宽为，高为，工作台宽，长，可以实现轴轴两坐标联动。电动机与丝杠的连接可以通过套筒式连轴器来实现。在工作过程中，轴和轴都是步进电机带动丝杠旋转，滚珠螺母沿丝杠做水平移动，从而带动工作台沿导轨在水平面前后左右移动。轴的进给则是手动来实现的。电动机带动主轴旋转，从而完成铣削过程。控制系统部分通过采用三菱公司的系列可编程控制器构成的控制系统来实现对步进电机的启停正反转两轴联动和变频调速的控制，从而实现加工过程的自动控制。其中重点是确定硬件电路的总体方案和软件设计，主要有输入输出接口选用及电路设计，步进电机接口和驱动电路。由此，可以大体画出整体结构的系统框图，如下图所示。图总体的系统框图第三章数控铣床机械部分设计的般过程.铣削力的计算现假设刀具材料为高速钢，工作材料为碳钢。轴铣削工作时铣削力的计算最大铣削直径，最小直径。由实用机床手册得铣削功率铣削力铣削力修正系数其中工件材料系数高速钢铣刀,前角系数主偏角.因此工件材料的抗拉强度铣削深度毎齿进给量铣削宽度铣削直径铣刀齿数，现取.，.主轴电机的选择选主轴电机时按铣削计算，因为铣削时最大的铣削力为主轴功率.所以选电动机为.，型号型.轴铣削力的计算主转动中主轴功率.，则.电动机的额定功率.。铣削力同样遇刀具材料被铣削工件的材料切削量等因素有关，现以刀具材料为高速钢，共建材料为碳钢进行计算。主传动功率包括铣削功率，空载功率，附加功率三部分，即，对于般轻载高速的中小型机床，取.，故总功率为.，.，在进给传动中铣削功率，查机床设计手册得.那么.切削时主轴上的扭矩为则主轴上最大扭矩为铣刀的最大直径为。主切削力。铣削加工时主切削力与铣削进给抗力之间的值由机床设计手册查得，取.。则，垂直分力与的比值为，取.，。.步进电机的选择步进电动机又称脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其输入个电脉冲就转动步，即每当电动机绕组接受个电脉冲，转子就转过个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量频率以及电动机绕组的通电顺序，电动机即可获得所需的转角转速及转向，很容易用微机实现数字控制。应用中需要注意的几点步进电机应用于低速场合每分钟转速不超过转，.度时，最好在.度间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。由于历史原因，只有标称为电压的电机使用外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压建议采用直流，采用直流,采用高于直流，当然伏的电压除恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。转动惯量大的负载应选择大机座号电机。电机在较高速或大惯量负载时，般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。高精度时，应通过机械减速提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少。电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压电流或加些阻尼的解决。电机在.度以下工作，应采用小电流大电感低电压来驱动。应遵循先选电机后选驱动的原则。步进电机的选择步进电机有步距角涉及到相数静转矩及电流三大要素组成。旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率当量换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度包括减速。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角般有.度.度五相电机.度.度二四相电机.度度三相电机等。选用.度。静力矩的选择步进电机的动态力矩下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单的惯性负载和单的摩擦负载是不存在的。直接起动时般由低速时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。般情况下，静力矩应为摩擦负载的倍内好，静力矩旦选定，电机的机座及长度便能确定下来。电流的选择静力矩样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流参考驱动电源及驱动电压综上所述选择电机般应遵循步骤如图所示图选择电机的步骤力矩与功率换算步进电机般在较大范围内调速使用其功率是变化的，般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下其中为功率，单位为瓦为每秒角速度，单位为弧度为每分钟转速为力矩，单位为牛顿•米。半步工作其中为每秒脉冲数简称。混合式步进电机控制系统优缺点混合式步进电机控制系统的优点正是由混合式步进电机特殊的结构所带来的，简而言之它具有稳定可靠性能好运行平稳等优点，以和最具有可比性的反应式步进电机系统相比为例。首先，混合式步进电机系统可靠性和稳定性较高，由于驱动器是系统中可靠性最薄弱的个部分，所以系统可靠性和稳定性主要是由驱动器的可靠性来决定的。混合式电机转子上有永磁体，部分磁场已由转子上的磁钢产生，所以混合式电机绕组电流可以设计得比较小，而反应式电机磁场完全由绕组电流产生，故欲和混合式电机产生相同的转矩，在电机体积相差不太大的情况下，反应式电机所需电流就要大得多。在当前电力电子器件水平限制下，混合式电机的驱动器就比反应式电机的驱动器要可靠得多，同时由于大的绕组电流，反应式电机本体的发热情况也要严重的多。实际上，为产生相同的转矩，反应式电机不仅线圈电流大，而且定子线圈匝数多，电机体积大，绕组电感也大。由于绕组电感大，反应式驱动器必须要以高压驱动才会有比较好的高频性能，但这样驱动器的可靠性会明显变差如果反应式驱动器取和混合式驱动器样的驱动电压时，电机的高频转矩明显要小，这也是反应式电机系统性能比混合式电机系统差的个重要原因。混合式步进电机般步距角较小，再加上混合式步进电机共振区不明显，振荡较小，在控制步进电机升降频规律致的情况下，运行要比反应式步进电机稳定。混合式步进电机系统的缺点在于混合式步进电机的制造比较复杂，电机的成本相对较高其次是虽然混合式步进电机共振区不明显，振荡较小，但依然影响性能。脉冲当量应根据系统精度要求来确定，般取为。如取得太大，无法满足系统精度要求，如取得太小，或者机械系统难以实现，或者对其精度和动态性能提出过高要求，使经济性降低。所以根据数控钻铣床的精度要求，步进电动机脉冲当量，步角距。由于无减速装置，所以由可知，滚珠丝杠螺距，即基本导程。般来讲，反应式步进电机步距角较小，运行频率高，价格较低，但功耗较大，永磁式步进电机功耗较小，断电后仍有制动力矩，但步距角较大，启动和运行频率较低，混合式步进电机由上述两种电机的优点，但价格较高。考虑到该机床垂直进给方向需用自锁机构，所以选用具有自锁功能的混合式步进电机。计算选择步进电机转轴上启动力矩的计算铣削时.,.，分别取.由手册可知.，步进电机最大静转矩.确定步进电机最高工作频率，假定.根据以上参数，初选混合式步进电机。采用两相四拍的通电方式。相数，步距角，电流，.静力矩,转动惯量，引线数，。.滚珠丝杠的选择滚珠丝杠的特点滚珠丝杠螺母副以下简称滚珠丝杠副是回转运动与直线运动相互转话的种新型传动机构，在数控铣床中得到了广泛的应用。它的结构特点是具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠，使丝杠和螺母之间的运动成为滚动，以减少摩擦。在数控机床的传动中，经常用于代替滑动丝杠，以提高传动精度。丝杠螺母副的特点用较小的扭矩转动丝杠或螺母，可使螺母或丝杠获得较大的轴向牵引力。可达到很大的降速比，使降速机构大为简化，传动链的以缩短。能达到较高的传动精。用于进给机构时,还可兼作测量元件，通过刻度盘读出直线位移的尺寸，最小数值可达.。传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠的传动效率,而般的常规滑动丝杠螺母副的。所以滚珠丝杠的传动效率比常规丝杠的传动效率提高了倍。因此功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的。给予适当的预紧，可消除丝杠和螺母螺纹间隙，这样反向时就可以没有空程死区，反向定位精度高。与常规丝杠螺母