铣床的数控设计

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1、本科生毕业设计专题小论文学生姓名：学号：专业：机械设计制造及其自动化班级：机10级2班指导教师：教授铣床的数控设计数控机床是一种高技术设备，它可以通过改变数控程序，适应不同零件的自动加工，而且可以采用较大的切削用量，利用软件进行精度校正和补偿，从而提高生产效率、加工精度和加工质量,可以实现工序集中、一机多用，能完成复杂型面的加工。数控机床一般由以下几部分组成（1）程序编制及程序载体。（2）输入装置。（3）数控装置及强电控制装置。（4）伺服驱动系统及位置检测装置。（5）机床的机械部件。其屮，数控装置是数

2、控机床的核心。数控装置（CNC）接受输入装置送来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译。运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分进行规定的有序动作。这些控制信号的最基木信号是:经插补计算决定的多坐标轴（进行动作的各执行部件）的进给速度、进给方向和位移量指令,送入伺服驱动系统执行部件作进给运动。其它还有主运动部件的变速、换向和启停信号，选择和交换刀具的刀具指令信号，控制冷却及润滑的启、停，工作和机床部件的松开、夹紧，控制工作台转位。基本方案的比较和选择数控改造主要的总体方案应

3、包括以下N容:伺服驱动系统选择，数控装置的选择，电气设备选择,机械部分设计，数控硬件系统等组成。现分述如下。伺服系统作为数控机床的重耍组成部分，它的性能优劣直接影响着机床的加工精度，表面质量和生产效率，它基木可以划分为3种，即开环、闭环、半闭环。开环系统是最简单的伺服系统，步进电机作为开环系统的主要装置，它具冇结构简单（电器控制和驱动电路也简争），体积小,重量轻,价格便宜，使用维修方便等特点。闭环系统其结构复杂，技术难度大，测试和维修困难较多，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系

4、统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一•般应用于要求高的数控设备中。半闭环系统与闭环系统相似，其位置检测裝置不是安装在执行部件上，而是安装在驱动电机的端部或传动杆的端部，问接地测量执行部件的位置或位移量。由于其调速范围宽（0.1〜3000r/min），过载能力强，又采用反馈控制，精度可达0.01〜0.001mm,快速为0.5m/s,因此其性能远优于步进电机开环控制，且反馈环节不包括大部分机械传动元件，凋试比闭环简申，系统稳定性较易保证，比闭环容易实现。因此，采用半闭环系统，是比较稳妥可行

5、的。闭环、半闭环系统都可以采用交流或直流伺服电机，由于交流调速逐渐扩大了其使用范围，似乎有取代直流伺服的趋势。但交流伺服的控制结构较复杂,技术难度高，普及不广，而且价格高（直流伺服电机1.5〜2万元/台，交流伺服电机为2〜3万元/台）此外，相比于直流伺服的大惯量电机，交流伺服电机自身惯量小，调试时闲难大一些，维修时元件来源也较闲难。直流伺服电机原理接近于直流电机，控制系统技术也较成熟，普及较广，其主耍缺点是体积大，重量大，还耍用整流子和电刷，增加了维修工作量。经过上述比较，综合了成功率、技术难度、精度

6、和投资等因索，决定采用直流伺服半闭环控制。数控装置的选择也有多种方案。例如，可以全部自己设计、制作；可以采用单板机或STD模块控制：可以选用现成的数控装置作少量的适用化改动或配接。在工厂的实际应用中，一般采用以下2种解决办法。一种情况是所需的功能和耍求有现成的数控装置可以满足，这时大多采用买现成产品的方案，因为G行设计制作不但浪费吋间，投资也不_定能省，往往投资更多，而且质量也不_定能够保证。另一种情况是买不到现成产品来实现有些特殊功能，这吋大多采取买性能价格比尽量高的性能接近的装置，然后自行补充或改

7、造，至少也是买STD模板或工控机、单板机来制作。根据己选定的直流伺服驱动与加工耍求，所配数控装置应能实现闭环（半闭环）控制，提供模拟量控制信号，接收半闭环的反馈信号;耍能控制三个坐标轴的运动，其中至少需同吋控制两轴联动完成圆弧差补;为了在加工屮可以使用不同尺、J•的刀具，数控装置应具有刀具的半径和长度补偿功能，以便数控加工中按轮廓编制程序而能适应刀具尺寸的变化，为了适应将来发展的需耍及结构清晰，决定采用STD模板，模块化设计。在数控化中，还需耍结合数控装置和伺服驱动的特点配置其它电气部分，包括强弱电信

8、号的变换、传输或必要的处理。其中对输入/输出接口要考虑是否冇隔离、屏蔽的要求；此外，还要配置所需的电源、各种保护电路、检测显示等辅助电路。在设备的数控化中，虽然核心部分是数控，涉及较多的是微电子和电气，但绝不是全部。如果忽视了机械方面按照数控机床的特点进行相应的必要改动，或者在改造屮设计制造不尽合理，结果会给数控化改造带来意想不到的W难，甚至可能会因为机械问题而导致失败。本CNC系统由CPU存储器模板;伺服电机接口电路板;键盘、显示器接口电路板和幵关量输