CM6132型卧式车床的数控化改造总体设计及横向进给设计
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- CM6132型卧式车床的数控化改造总体设计及横向进给设计摘 要
数控机床集中了传统的自动机床、精密机床和万能机床三者的优点，将高效率、高精度和高柔性集中于一体。而数控机床横向进给技术水平的提高首先依赖于进给和主轴驱动特性的改善以及功能的扩大，为此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电机、机械传动等方面都有很高的要求。
数车床改造是指以机械位置作为控制对象的自动控制系统。在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置横向进给控制系统。伺服系统接受来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要求的复杂形状工件。
横向进给系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。它包含机械、电子、电机(早期产品还包含液压)等各种部件，并涉及到强电与弱电控制，是一个比较复杂的控制系统。横向进给的确是一个相当复杂的任务。提高伺服系统的技术性能和可靠性，对于数控机床具有重大意义，研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。
关键词：横向进给 数控化 车床改造
目 录
一、绪论…………………………………………………………………4
二、车床CM6132数控化改造的总体设计…………………………8
（一）、数控机床特点及其在国民经济经济中的地位和作用…8
（二）、设计任务…………………………………………………9
（三)、总体设计方案确定…………………………………………9
三、机械部分(横向)设计计算条件………………………………10
四、机床进给伺服系统机械部分(横向)设计计算………………11
（一）、 确定系统脉冲当量………………………………………11
（二）、切削力计算………………………………………………11
（三）、滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型…………………12
（四）、进给系统传动齿轮间隙的消除…………………………16
（五）、进给伺服系统传动计算…………………………………17
（六）、进给伺服系统机械部分的结构设计……………………18
五、步进电动机…………………………………………………………20
（一）、反应式步进电动机基本工作原理………………………20
（二）、单段反应式步进电动机…………………………………21
（三）、反应式步进电动机的特性………………………………23
设计心得………………………………………………………………26
致谢……………………………………………………………………27
参考文献………………………………………………………………28
一、绪 论
（一）、数控技术的产生和发展
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术等于一体的现代制造业的基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。数控设备则是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透而形成的机电一体化产品。
采用数字技术进行机械加工，最早出现在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到±0.0381mm，达到了当时的最高水平。
1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了三轴联动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床，但这台机床只是一台试验性机床。到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司正式生产出来。在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。
到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多，因此数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展。据统计资料表明，到1966年实际使用的大约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。
1959年3月，美国卡耐·特雷克公司首先开发出加工中心，这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔纸带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。
1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统FMS (Flexible Manufacturing System)之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。
1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床(简称为CNC机床)，进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。
80年代，国际上出现了1～4台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元FMC (Flexible Manufacturing Cell)。这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。
目前，已经出现了包括生产决策、产品设计及制造和管理等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)，以实现生产自动化。
（二）、数控机床的发展趋势
为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面：
1.高速、高效、高精度、高可靠性
要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证。...
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