数控机床系统总体设计原则
数控机床机械结构设计与制造技术分析
数控机床机械结构设计与制造技术分析数控机床是一种集机电一体、工作自动化的高科技机械设备，其应用领域日益扩大。
在现代制造领域，数控机床已经成为不可缺少的工具，具有工作高效、精度稳定、自动化程度高等优势。
因此，数控机床的机械结构设计和制造技术的分析对于提高机床的性能和质量意义重大。
本文将从数控机床机械结构设计和制造技术两个方面进行探讨。
数控机床机械结构设计是数控技术的重要组成部分，其主要目的是实现工件的高精度加工。
机械结构设计的核心是构建合理的机械结构，它必须实现切削力的传递，确保传动精度和稳定性，并满足机床高速、高精度加工的需要。
1.数控机床结构布局设计数控机床的结构设计以其性能和稳定性为基础，应该尽可能减少结构的复杂度和重量，提高加工精度和效率。
必须综合考虑机床结构与传动系统，并结合数控系统决定结构的布局设计。
2.数控机床动力传动系统数控机床的动力传动系统是保证机床高速、高精度运动的重要组成部分。
传动系统的设计要求高传动精度、高刚性、低噪声、低能耗等。
在设计中，应当选择合适的传动方式和传动件，合理布置传动方式和传动件，保证传动精度和稳定性。
3.数控机床加工台面数控机床加工台面的设计与制造是实现高精度加工关键，加工台面的设计包括机床工作台的结构和运动方式等，制造应当满足加工、表面平整度和精度等要求。
加工时台面应确保精度修整及完整性，保证工件与工具成定心运动，达到加工工件的精度要求。
数控机床的制造技术包括各种机床部件的加工装配工艺和制造工具。
制造过程中应严格遵守工艺规程，保证机床实现高精度加工的要求。
同时，应该使用高品质的材料和制造工具。
数控机床结构部件加工的精度要求高，包括螺旋齿轮的加工、齿轮啮合的匹配、齿轮的零件标记、联轴器的面精度等。
因此，必须采用高精度的加工设备和工具，采用精细的加工工艺。
2.数控机床结构部件的装配数控机床结构部件的装配是保证机床高精度、高效率的关键。
在装配过程中，应根据机床的设计规格，对各个零部件进行精密配合或插配，确保机床的高稳定性和高度精度。
数控机床的机械结构要求
.
29
数控机床结构与装调工艺 3、减少机床的热变形
措施1 将热源置于易散热的位置
.
30
数控机床结构与装调工艺 3、减少机床的热变形
措施2 采用滚动导轨或静压导轨来减少摩擦副之间的摩擦
.
31
数控机床结构与装调工艺 3、减少机床的热变形
措施3 对机床热源进行强制冷却
主轴
.
冷却风管
32
数控机床结构与装调工艺
2）不同布局有不同的运动分配及工艺范围
数控镗铣床的三种布局方案中： （a）主轴立式布置，上下运
动，对工件顶面进行加工； （b）主轴卧式布置，加工工
作台上分度工作台的配 合，可加工工件多个侧面； （c）在（b）基础上再增加一 个数控转台，可完成工件 上更多内容的加工。
.
11
数控机床结构与装调工艺
3）不同布局有不同的机床结构性能
.
22
数控机床结构与装调工艺 1）提高刚度的措施：
措施4 增加机床各部件的接触刚度和承载能力
采用刮研的方法增加单位面积上的接触点 在结合面之间施加足够大的预加载荷,增加接
触面积。
.
23
数控机床结构与装调工艺 1）提高刚度的措施：
措施5 合理选用构件的材料
床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接 ——增加刚度、减轻重量、提高抗振性
4、提高机床寿命和精度保持性
措施1 采用耐磨性好的 零部件
措施2 机床运动部件 间具有良好的润滑
.
37
数控机床结构与装调工艺 5、自动化的机构、宜人的操作性
便于操作的机床结构
.
38
数控机床结构与装调工艺
6、安全防护和宜人的造型
数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半 封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自动化。
第二讲-机电一体化系统总体方案设计
③ 伺服驱动系统的工作可靠性直接影响整个系统的可靠性。
④ 伺服驱动系统的成本对系统的成本影响很大。 ⑤ 伺服驱动系统对系统的噪声、对环境的影响起决定作用。
1.4 控制系统方案设计
1、 伺服驱动方案设计 （2）对伺服驱动系统的要求
① 好的动、静态指标。
② 合理的结构，体积小、重量轻。
③ 高效率、低功耗。
2、计算机控制系统方案
（2）基于系统规模的控制方案设计
①分级控制
特点：功能分散、任务分散、维护容易、可靠性高，适用于 回路较多的控制系统。 上位机：实现命令及数据的输入、状态显示，接受下位机反 馈回来的信息，经过轨迹规划、控制算法，向下位机发出控 制命令。 下位机：接受上位机发来的信息并向上位机反馈工作状态， 完成反馈信息采样、滤波算法、伺服控制算法和控制信号的 输出。
① 总体结构方案设计：包括总体结构方案设计、布局及外
观设计等内容。
② 驱动方案设计： 包括传动方案设计、驱动方式设计和驱
动元件选择等内容。
③ 控制方案设计： 包括计算机控制方案设计、伺服控制方
案设计和接口方案设计等内容。
④ 人机工程设计： 包括人机接口设计和人机环境设计等内
容。
⑤ 可靠性设计： 包括系统可靠性和人机安全性设计及评价
1.5 可靠性设计
（4）冗余设计
冗余设计也成为储备设计，常用的方法有： ①在满足产品性能要求的前提下，尽可能简化产品结构，次 要部件和不必要的复杂机构只会增加产品发生故障的概率。 ②提高产品各部件的可靠性。 ③在可靠性低的部件上使用并联储备。 ④采用冷储备，即在部件出现故障时，由备用部件自动转入 工作。 ⑤维修维护，即更换或修理故障部件，与冷储备不同之处， 在于部件不是自动转入工作。 ⑥预防性维修，即不论部件是否发生故障，到了一定的工作 周期均用新部件取代旧部件。
数控机床总体设计
数控机床具有加工精度高、加工 效率高、适应性强、加工复杂零 件能力强等特点。
数控机床的分类与组成
数控机床的分类
数控机床可以根据加工方式、运动形式、控制方式等进行分类，如数控车床、 数控铣床、数控磨床等。
数控机床的组成
数控机床主要由控制系统、伺服系统、主轴系统、辅助装置等部分组成。
数控机床的应用与发展趋势
倾斜式布局则能够满足一些特殊加工 需求，如斜孔加工等，但这种布局形 式的操作和维护相对复杂。
数控机床的布局优化
在数控机床的总体布局设计中，还需 要考虑布局优化问题，以提高机床的 使用性能和加工效率。
优化设计还需要考虑生产效率、制造 成本和维护成本等因素，以实现最优 化的设计目标。
布局优化主要包括对机床结构、冷却 系统、排屑系统等方面的优化设计， 以提高机床的刚度、减小热变形、提 高加工精度等。
05 数控机床刀具系统设计
刀具系统的组成与功能
刀柄
连接刀具和主轴的部件，要求 具有高精度和刚性。
刀具管理系统
用于监控刀具状态、选择合适 的刀具以及刀具更换等功能的 系统。
刀具
用于切削工件材料的工具，具 有锋利的切削刃和适当的硬度。
刀夹
用于固定刀具在刀柄上的装置， 需具备夹紧和定位功能。
冷却系统
用于提供冷却液，降低切削温 度，延长刀具使用寿命。
主轴转速
主轴转速是数控机床的重要参数，需 要根据加工需求和刀具特性进行选择。
主轴功率
主轴功率决定了主轴电机的输出能力， 需要根据加工需求和工件材料进行选 择。
主轴轴承
主轴轴承的性能直接影响主轴的旋转 精度和刚度，需要选择高精度、高刚 度的轴承。
主轴箱体
主轴箱体是主轴系统的支撑结构，需 要具备足够的刚度和稳定性，以确保 主轴系统的精度和稳定性。
第2章数控机床总体设计课件
2.1数控机床设计的基本要求 2.1.1 工艺范围
数控机床的工艺范围是指该机床适应不同生产 要求的能力。 机床的功能设置可根据被加工对象的批量来选 择。 通用数控机床通过增设一些附件扩大数控机床 的工艺范围
2.1数控机床设计的基本要求
2．1．2加工精度
机床精度分为机床本身的精度和工作精度（加 工精度）
2.2.1.2数控机床设计的基本方法 概述
机械制造业中，多品种、小批量生产的 需求日益增长，出现了与之相适应的 FMS等先进制造系统。
数控机床是FMS的核心装备 以单机为主的机床设计 →以系统为主的机床设
计
单机为主的机床设计：仅考虑完成自身主要加 工能力的技术指标设计
以系统为主的机床设计：在完成上述功能外， 还考虑与制造系统其他环节的交互。
重复定位精度：机床的定位部件重复运 动到达同一规定位置的精度情况
2.2.1.1数控机床设计的基本理 论
（5）精度保持性 在规定的工作其间内，保持机床所要求
的精度，称之为精度保持性。 影响精度保持性的主要因素包括磨损、
使用环境等。
2.2.1.1数控机床设计的基本理 论
（6）工作精度 有时，我们用机床加工规定的试件所能
机床系列设计中： 其基型产品属创新设计类型，其他属变
型设计类型。组合机床属组合设计类型。
2.2.1.2数控机床设计的基本方法 概述
数控技术的发展与应用对机床设计的影 响：
数控机床的传动与结构发生了重大变化。 （1）主轴加工类型及范围的变化：
主轴系统及刀库结构及布局 （2）伺服驱动系统的变化；
可以直接驱动单轴运动及多轴联动，从而 可以省去复杂的机械传动系统设计，使其结构
项目1-数控机床电气控制基础知识
润滑保养
定期对机床导轨、丝杠等运动部 件进行润滑，减少磨损，保证机 床精度和稳定性。
定期保养计划及实施方法
制定保养计划
01
根据机床使用频率、工作环境等因素，制定合理的定期保养计
划，明确保养周期和项目。
实施保养措施
02
按照计划进行定期保养，包括更换磨损件、清洗液压系统、检
查电气系统等。
保养记录与评估
数控机床分类及应用领域
数控机床分类
根据加工方式的不同，数控机床可分为金属切削类、金属成 形类和特种加工类等。根据控制运动轨迹的不同，可分为点 位控制、直线控制和轮廓控制等。
应用领域
数控机床广泛应用于汽车、航空航天、模具制造、医疗器械 等领域，对于提高产品质量、生产效率和降低成本具有重要 意义。
02 电气控制基础知识
按钮开关
一种手动操作接通或断开小电流控制电路的电器，常用于控制电路中 发出启动或停止等指令。
电气控制线路分析与设计方法
分析方法
设计原则
根据电气原理图，分析各电器元件的 作用和相互关系，明确控制过程和工 作原理。
确保系统安全可靠、经济合理、技术 先进、维护方便等。同时，应遵循国 家相关标准和规范进行设计。
电气控制系统组成及功能
控制电路
根据指令和信号，控制电机的 启动、停止、正反转以及速度 等。
保护电路
对电机和电路进行过载系统提供能量，通常包 括交流电源和直流电源。
电机
将电能转换为机械能，驱动负 载进行工作。
信号处理电路
对传感器等输入信号进行处理， 以供控制电路使用。
项目1数控机床电气控制基础知识
目 录
• 数控机床概述 • 电气控制基础知识 • 数控机床电气控制系统设计 • 数控机床常见故障诊断与排除 • 数控机床维护与保养 • 总结与展望
数控钻孔机控制系统设计
数控钻孔机控制系统设计庄旭斌（自动化与电气工程学院指导教师：蒋惠忠）摘要：数控钻孔机控制系统是用在孔加工机床上，以可编程序控制器为主控制器，控制钻头相对于工件的定位，由一个定位点向另一个定位点的控制系统。
该系统由可编程序控制器、步进电机驱动器、步进电机、触摸屏等构成。
PLC是专为工业环境设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极强、体积小、编程方便等特点。
利用可编程序控制器脉冲输出指令控制步进电机的转速、方向和移动距离，从而实现精确定位。
触摸屏可用来显示机器当前运行状态，保存配方数据，还可以设置运行参数。
所设计的数控钻孔机控制系统的具有自动控制、手动控制、运行监控、参数设置等功能。
关键词：数控钻孔；可编程序控制器；步进电机；触摸屏；定位控制Abstract：The control system of NC drilling machine which takes the PLC as the main controller is used in drilling machine. It controls the aiguille moving from one positioning to another positioning relative to the positioning of the workpiece. The system consists of PLC, stepper motor driver, stepper motor, HMI, and so on. PLC that designed for the industrial environment specifically is an industrial control computer. It has many advantages, for example, anti-interference capability, high reliability, small size and easy programming and so on. PLC used Pulse Output Function to control the stepper motor speed, direction and distance of movement, accordingly realizing the purpose of exact orientation. HMI can be used to indicate the system’s operating state, to preserv the Filing data, but also can be to set operating parameters. NC drilling machine control system which is designed has automatic control procedures, manual control, operational control, parameter setting, and other functions.Keywords：NC Drilling；PLC；Stepper Motor；HMI；Position Control1 绪论1.1 数控技术的发展历史数字控制（Numerical Control）是数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控(NC)。
《数控技术》课后答案
第3章习题解答3.1 简述数控伺服系统的组成和作用。
数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。
开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。
驱动控制单元的作用是将进给指令转化为执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。
闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。
位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。
3.2 数控机床对伺服系统有哪些基本要求？数控机床对伺服系统的基本要求：⒈精度高；⒉快速响应特性好；⒊调速范围宽；⒋系统可靠性好。
3.3 数控伺服系统有哪几种类型？简述各自的特点。
数控伺服系统按有无检测装置分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。
开环伺服系统是指不带位置反馈装置的控制方式。
开环控制具有结构简单和价格低廉等优点。
半闭环伺服系统是通过检测伺服电机的转角间接地检测出运动部件的位移（或角位移）反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。
这种系统的调试十分方便，并具有良好的系统稳定性。
闭环伺服系统将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。
闭环控制系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关，其控制精度将超过半闭环系统。
3.4 简述步进电动机的分类及其一般工作原理。
从结构上看，步进电动机分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。
按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。
按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。
在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦消失，转子立即自行停转。
数控机床标准
数控机床标准1. 前言数控机床作为机械加工行业的重要设备，具有精度高、效率快、自动化程度高等优点，在工业生产中具有广泛应用。
为了确保数控机床的正常运行和生产效率，制定了一系列的标准来规范数控机床的设计、制造、安装、调试和使用。
本文将从数控机床标准的制定背景、范围、原则、要求等方面进行详细介绍。
2. 制定背景随着科技的不断发展，数控技术在机械加工领域得到了广泛应用。
数控机床作为数控技术的载体，具有自动化程度高、精度高、生产效率高等优点，受到了广大企业和生产厂家的重视。
为了规范数控机床的设计、制造、安装、调试和使用，提高数控机床的质量和性能，保障机床在生产中的稳定运行，相关部门开始制定了一系列的标准和规范，从而推动数控机床行业的健康发展。
3. 标准范围数控机床标准主要涉及数控机床的设计、制造、安装、调试和使用等方面，主要包括以下几个方面：（1）数控机床的总体要求：包括数控机床的结构、性能、精度、可靠性、安全性等方面的要求。
（2）数控系统的要求：包括数控系统的性能、功能、稳定性、可靠性等方面的要求。
（3）数控机床的安全防护：包括数控机床的安全防护装置、安全使用规范等方面的要求。
（4）数控机床的保养和维护：包括数控机床的保养、维护、故障排除等方面的要求。
4. 制定原则数控机床标准的制定应遵循以下原则：（1）科学性原则：数控机床标准应基于科学理论和实践经验，符合数控机床的设计、制造、安装、调试和使用的实际要求。
（2）适用性原则：数控机床标准应适用于不同类型、不同规格、不同用途的数控机床，能够有效指导企业和生产厂家的生产和管理工作。
（3）严格性原则：数控机床标准应严格执行，对违反标准的行为进行严格惩罚，确保数控机床在生产中的正常运行。
（4）开放性原则：数控机床标准应注重国际标准的吸收和借鉴，与国际标准接轨，以提高我国数控机床的国际竞争力。
5. 标准要求数控机床标准应具备以下要求：（1）明确性：数控机床标准的内容应明确、具体，避免模糊性和歧义性，确保标准的执行实施。
Φ600mm的数控车床总体设计及纵向进给设计
毕业设计说明书设计题目：Φ600mm的数控车床总体设计及纵向进给设计学生班级学号指导教师继续教育学院二零一三年十月摘要全面阐述了数控车床的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。
详细介绍了数控车床的结构设计及校核，并进行了分析。
另外汇总了有关技术参数。
其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。
包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。
关键词：车床，数控，伺服电机，滚珠丝杠AbstractComprehensively elaborated numerical control lathe structure principle, design features, discusses the use of servo motor and ball screw nut pair advantages. Introduces the NC lathe structure design and verification, and analysis. In addition to collect the related technology parameters.This paper emphasizes on the ball screw principle and selection principle, system of ball screw production, application etc were introduced. Including the type selection, parameter selection, precision, circulation mode selection, matched with the host machine and the selection principle of manufacturers.Key words: lathe, numerical control, servo motor, the ball screw目录摘要 (II)Abstract (I)目录 (II)第1章数控机床发展概述 (1)1.1数控机床及其特点 (1)1.2数控车床的主要功能及加工对象 (1)1.3 数控机床的经济分析 (2)1.3.1中小企业数控机床选用中存在的问题 (2)1.3.2 数控机床选购的策略 (2)1.4 数控机床的发展趋向 (4)第2章数控机床总体方案的制订及比较 (6)2.1 总体方案设计内容 (6)2.1.1系统运动方式的确定 (7)2.1.2控制方式的选择 (7)2.2 总体方案确定 (7)2.2.1 系统的运动方式伺服系统的选择 (7)2.2.2 数控系统 (7)2.2.3 机械传动方式 (8)2.3 可行性论证 (8)第3章确定切削用量及选择刀具 (9)3.1科学选择数控刀具 (9)3.1.1选择数控刀具的原则 (9)3.1.2选择数控车削用刀具 (10)3.2 设置刀点和换刀点 (10)3.3 确定切削用量 (11)3.3.1确定主轴转速 (11)3.3.2确定进给速度 (11)3.3.3 确定背吃刀量 (11)第4章传动系统图的计算 (12)4.1 参数的确定 (12)4.2 传动设计 (14)4.3转速图的拟定 (16)第5章纵向进给伺服进给结构设计 (20)5.1 确定脉冲当量 (20)5.2 切削力的计算 (20)5.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (21)5.3.1 精度的选择 (21)5.3.2丝杠导程的确定 (21)5.3.3 最大工作载荷的计算 (22)5.3.4 最大动载荷的计算 (22)5.3.5 滚珠丝杠螺母副的选型 (23)5.3.6 滚珠丝杠副的支承方式 (23)5.3.3 传动效率的计算 (23)5.3.8 刚度的验算 (24)5.3.9 稳定性校核 (25)5.3.10 临界转速的验证 (25)5.4 齿轮传动的计算 (26)5.5 步进电动机的选择 (26)5.6导轨的特点 (29)5.7 导轨的设计 (30)第6章单片机控制应用系统电路设计 (33)6.1硬件电路设计 (33)6.1.1 数控系统的硬件结构 (33)6.1.2 数控系统硬件电路的功能 (33)6.2关于各线路元件之间线路连接 (34)6.4 关于电路原理图的一些说明 (35)总结 (39)参考文献 (40)致谢 (41)第1章数控机床发展概述1.1数控机床及其特点数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。
机床总体设计的基本要求
机床与一般金属切削机床一样 ， 可 以经过切削将金属材料加 丁 意发 热 问题 。 成各种机器零件。 由于在数控机床加＿ Ｔ过程中 ， 工作程序 ， 运动部件 在数控机床 中， 各种传动机构 ， 如齿轮副、 滚珠丝杠 、 轴 与轴承 、 的坐标位置 ， 以及其它辅助功能都是 自动控制的。 从整体来讲 ， 数控 电磁离合器和导轨等 ， 都要 消耗一定 的功率 ， 其｝ 肖 耗功率的绝大部 机床虽与一般机床本质相同， 但有其特殊性。其基本要求如下 ： 分转化为热能。 润滑系统 、 液压 系统以及 电气控制系统 ， 都是机床 的 １ 保 证机 床 具 有高 精 度 、 静 刚度 、 抗 振 性和 热 稳定 性 热源 。 由于机床结构的差异 ， 热量 向各部分的传导不同， 机床各部分 １ ． １ 高精度 。 数控机床 的精度通常 比一般机床高 ， 在进行总体布局 间产生温差 ， 致使机床部件之 间产生相对位移 ， 即为机床的热变形。 和结构设计时 ， 首先应着眼于保证机床 的精度 。如数控立式车床专 ２ 数控 机 床 的布 局 应保 证 高效 率 ， 便 于操 作 、 调 整和 维 修 业标准中， 工作 台面的端面跳动和径 向跳动比普通立式车床同项精 ２ ． １ 高生产率。提高生产率 的途径 ， 有下列方 面： １ ） 保证每把刀具
数控立式铣床机械结构设计--结构设计
数控立式铣床机械结构设计数控机床作为一种高自动化、高柔性、高精度、高效率的机械加工设备，决定了它在现代制造业中占有越来越重要的作用。
近年来，我国在中高档数控机床关键技术上有了较大突破，创造出一批具有自主知识产权的研究成果。
目前，在实际应用中有部分工件在加工微型孑L或铣削平面时，加工精度不高。
如果我们用传统的数控铣床对其加工，将导致加工效率低且加大设备和电力的损耗。
根据这种情况，我们设计了一种小型数控立式铣床。
该铣床造价大大低于传统数控机床，还能够满足教学上的使用，提高学生对数控铣床的理解与认识。
下文就对它的机械结构设计作一介绍。
1 机床的总体布局本机床是一台采用立式布置的小型数控铣床，机床床身尺寸(长×宽×高)为600 mm×8OO mm×1 4051Tim，主要由(如图1机床的结构简图所示)机床底座，横向溜板，X、y、Z方向进给步进电动机，工作台，机床床身，三相异步电动机，主轴箱以及相关的电气系统等部分组成。
机床的加工过程为：被加工零件固定于工作台4上，能够实现横向、纵向的进给运动；铣刀装夹在主轴箱8上，能够沿立柱的上下移动，进行铣削加工。
整个加工过程由PC进行控制，实现工件的自动加工。
该数控铣床的主要技术参数为：最大钻孔直径：28 mm；最大铣削能力：平面2．6×10 mm。
；主轴箱上下移动最大行程：345 mm；工作台工作面积：730 n'ln3×350 n3n3；工作台最大纵向行程：450 mm；工作台最大横向行程：250 n3m；机床底座面积：400 ITlm×680 n3n3；主轴变速范围：8O～ 1 650 r／min2 机床主传动系统及主轴组件设计2．1 机床主传动系统数控铣床主传动系统由主轴电动机、传动系统和主轴部件等部分组成，它与普通机床主传动系统相比结构较简单，这是由于变速功能主要由无级变速电动机来承担。
机床总体设计(全)
满足设计要求？ 是 机床定型设计
3.1.3 机床的设计步骤
确定结构原理方案
用途：机床的工艺范围，加工材料的类型、形状、质量和尺寸范围 等； 生产率：加工件的类型、批量及所要求的生产率； 性能指标：加工件所要求的精度（用户订货）或机床的精度、刚度、 热变形、噪声等性能指标； 主要参数：确定机床的加工空间和主要参数； 驱动方式：电动机驱动/液压驱动。电动机又分：普通电动机驱动、 步进电机驱动与伺服电机驱动。驱动方式的确定不仅与机床的成本 有关，还将直接影响传动方式的确定。 结构原理：主要零部件应满足的要求和结构原理，进行草图设计， 确定关键零部件是自制还是外协。 成本及生产周期：订货产品或工厂规划产品都需确定。
工艺设计
设计机床的全部自制零件图，编制标准件、通用件和自制件明细表，撰写设计 说明书、使用说明书，制定机床的检验方法和标准等技术文档。
机床整机综合评价
对整机性能进行分析和综合评价。对所设计的机床进行计算机建模，得到数字 化样机（虚拟样机）。机床进行运动学仿真和各项功能仿真，在实际样机试制 出来之前对齐进行综合评价，减少新产品研制的风险，缩短研制周期，提高开 发质量。
3、单臂式机床
适于方便地更换 点位进行加工。 但这类布局型式 与框架式相比刚 度较差，因此应 注意提高刚度。
4、龙门框架式机床
具有刚度和加工精度 高的特点。 适用于箱体件的平 面加工，如龙门刨 床、龙门铣床 ； 或是加工精度和表 面粗糙度要求较严 的平面与孔，如立 式双柱坐标镗床。
5、数控机床和加工中心的布局型式，是
W/CpZfXf /T
W/XfYfZfCp /T
3.1.4 机床总体设计
三、机床的总体结构方案设计
2.运动功能分配设计
计算机辅助设计与制造
计算机辅助设计与制造闭卷考试；考试题型：名词解释单选填空综合判断简答无作业；平时成绩构成：4次试验,4次试验报告,考勤；第1章 CAD/CAM概论1. 4个概念中会有三个概念有名词解释计算机辅助设计CAD:指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作,如草图绘制、零件设计、装配设计、工装设计、工程分析真实感及渲染等;计算机辅助工艺规程设计CAPP:指工艺人员借助计算机,根据产品制造工艺要求,交互地或自动地确定产品加工方法和方案,包括加工方法选择,工艺路线选择,工序设计等;计算机辅助制造CAM：广义CAM:指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动,如计算机加工辅助数控加工编程、制造过程控制、质量检测与分析等;狭义CAM:通常指NC程序编制,包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成;CAM的4项基本功能：人机交互；图形处理功能；存储功能；输入输出功能；CAM的10项任务：几何造型；工程绘图；计算分析；优化设计；有限元分析；计算机辅助设计；NC自动编程；计算机辅助测试技术；动态仿真；工程数据管理；4. CAD/CAM系统大致分为两类：通用集成化CADAM,UG-II,Pro/ENGINEER,I-DEAS,CV；单功能系统GDS,GNC,PLOYSURE,GEMS;技术与CAM技术结合起来,实现设计、制造一体化具有的明显优越性：1有利于发挥设计人员的创造性,将他们从大量繁琐的重复劳动中解放出来;2减少设计、计算、制图、制表所需时间,缩短设计周期;3由于采用了计算机辅助分析技术,可以从多方案中进行分析、比较,选出最佳方案,有利于实现设计方案的优化;4有利于实现产品的标准化、通用化和系列化;5减少零件早车间的流通时间和在机床上装卸、调整、测量、等待切削的时间,提高了加工效率;6先进的生产设备既有较高的生产过程自动化水平,又能在较大范围内适应加工对象的变化,有利于企业提高应变能力和市场竞争力;7提高了产品的质量和设计、生产效率;8CAD/CAM的一体化,使产品的设计、制造过程形成一个有机的整体,通过信息的集成,在经济上、技术上给企业带来综合效益;第2章 CAD/CAM系统1. CAD/CAM系统的组成硬件系统：计算机、存储设备、输入设备、生产设备、输出设备;软件系统：系统软件、支撑软件、支撑软件;2. 根据CAD/CAM系统使用计算机硬件及其信息处理方式的不同,CAD/CAM系统的分类为：以大型计算机或小型计算机为主机的系统；工程工作站；微型计算机；3.根据使用的支撑软件规模大小的不同,CAD/CAM系统分为：CAD系统专门为完成设计任务而建立的；CAM系统专门面向生产系统；CAD/CAM集成系统专门面向CAD/CAM一体化而建立的4.根据是否使用计算机网络,CAD/CAM系统可分为：单机系统；网络化系统；5.计算机基本系统计算机；存储设备：1主机包括中央处理器、内部存储器；2外部存储器：磁盘类软盘存储器、可移动硬盘、固定硬盘存储器、U盘磁带类、光盘类光盘存储器；3显示器、键盘、鼠标;6.输入设备填空、选择、判断：键盘；鼠标和操纵杆；数字化仪；图形版图形输入板；光笔；触摸屏；扫描输入设备；语音输入设备；数据手套；位置传感器；7.输出设备填空、选择、判断：显示器；打印机；绘图机；立体显示器；3D听觉环境系统；生产系统设备加工设备各类数控机床、加工中心；物流搬运设备有轨小车、无轨小车、机器人；仓储设备立体仓库、刀库等,辅助设备对刀仪；生产设备接口；8.网络设备：服务器；工作站；电缆；网卡；集线器HUB；中继器放大信号；路由器；网桥用于连接不同网路协议；网关；9. CAD/CAM软件系统：分为3个层次,即系统软件、支撑软件、应用软件；1系统软件3部分：操作系统是计算机运行工作的基础软件,因而是系统软件的核心；计算机编程语言是用户将所要完成的任务转化为计算机所能识别并执行的作业的基本工具；网络通讯及其管理软件；2机械CAD/CAM支撑软件6大部分：基本图形资源与自动绘图、几何造型、工程分析与计算、仿真与模拟、专用设备控制程序生成、集成与管理;基本图形资源与自动绘图软件图形资源：CGI;GKS;PHIGS; Apollo计算机上的GMR,GPR,DIALOGUE 自动绘图软件：AutoCAD;CADkey;PD;；几何建模软件I-Deas;Pro/E;UG II;CATIA;SolidWorks;SolidEdge；工程分析与计算软件SAP;ASKA;NASTRAN;ANSYS；仿真与模拟ADAMS;专用设备控制程序生成;集成与管理数据库管理系统：ORACLE;SYBASE;INGRES;FoxPro;SQL;Server;3应用软件：检索与查询软件；专用计算与算法软件；专用图形生成软件；专用数据库；专用设备接口与控制程序含专用设备驱动程序；专用工具软件；10. CAD/CAM系统设计的设计原则简答题/选择CAD/CAM系统总体原则：实用化原则；适度先进性原则；系统性原则；整体设计与分布实施原则；CAD/CAM系统中硬件设备的选用原则：系统功能与能力；系统的开放性与可移植性；系统升级扩展能力；良好的性能价格比；系统的可靠性、可维护性与服务质量；CAD/CAM系统中软件的选用原则：系统功能与能力配置；软件性能价格比；与硬件匹配性；二次开发能力与环境；开放性；可靠性；软件供应商的综合能力；第4章图形处理技术基础1.图形：是由所表示物体的由几何信息和拓扑信息共同描述的；几何信息：物体在欧氏空间中的形状、位置和大小,最基本的元素是点、线、面；拓扑信息：拓扑元素顶点、边棱线和表面的数量及其相互间连接关系;2.图形的几何变化只改变图形的顶点坐标和面、线的表达模型的参数,不会改变他们的拓扑关系,且面、线的表达模型参数也是由相关的顶点坐标所确定的;因此,从原理上讲,图形的几何变化,实际上是点的坐标变换;3.二维图形的基本变换：比例变换、对称变换、旋转变换、平移变换、错切变换、透视变换等;4.二维图形的组合变换：将一个复杂的变换,分解为几个基本变换,给出各个基本变换矩阵,然后将这些基本变换矩阵按照分解顺序相乘得到相应的变换矩阵,称之为组合变换矩阵;5.三维图形基本变换7种,填空、选择、判断：比例变换、平移变换、旋转变换、对称变换、错切变换、投影变换和透视变换;6.工程图的生成联合第五章组成综合题——主视图、俯视图、左视图的运算矩阵会考7.图形的消隐技术当沿着投射线观察三维物体时,由于物体自身某些或者其它物体的影响,造成某些线段或面被遮挡,这些被遮挡的线称为隐藏线,被遮挡的面称为隐藏面;将这些隐藏线与隐藏面消除的过程就是所谓消隐;查找、确定并消除隐藏线和隐藏面的技术即是消隐技术;8.消隐算法中的基本测试方法填空、选择：对象空间法：对象空间是三维空间；；；；；图象空间法：图象空间是二维空间重叠测试包含性测试测试点与多边形的包含关系有两种方法,射线交点数算法、夹角求和算法深度测试优先级测试与物体空间测试可见性测试9.常用消隐算法Warnock算法区域细分算法：针对平面多面体图形消隐显示的算法;2个前提条件：1所显示的多面体已消除自隐藏面；2多面体的顶点和边的坐标以及各顶点的深度已知;p97-p98 Catmull曲面分割算法曲面子分算法p98Z缓冲器扫描线算法p98深度缓冲器算法——Z缓冲器算法Z缓冲器扫描线算法是Z缓冲区消隐算法的特例;扫描线算法是图形消隐中经常使用的方法;深度列表排序算法画家算法第5章建模技术1.计算机内部表达：就是决定在计算机内部采用什么样的数字化模型来描绘、存储和表达现实世界中的物体及其相关的属性2.产品数据模型：将设计人员对产品或零部件的设计思想和工程信息以具有一定结构的数字化模型方式存储在计算机内部,并经过适当转换提供给生产过程各个环节使用的产品模型;模型一般由数据、数据结构、算法三部分组成;3.产品数据模型包括：二维模型、三维线框模型、表面模型、实体模型、特征模型、集成产品模型、生物模型;4.建模技术：研究产品数据模型在计算机内部的建立方法、建立过程及采用的数据结构和算法的技术;包括几何建模和特征建模;5.几何建模：以几何信息方式和拓扑信息反映结构体的形状、位置、表现形式等数据;6. 特征建模的概念源于以实体建模为基础,通过对零件几何要素的归纳,以零部件的设计自动化为目的,将产品的零部件设计中常用的几何体的集合定义为特征;CAM建模的基本要求简答：1建模系统应具备信息描述的完整性；2建模技术应贯穿产品生命周期的整个过程；3建模技术应为企业信息集成创造条件；8.线框建模基本原理：利用基本线索来定义设计目标的棱线部分而构成的立体框架图;用这种方法生成的线框模型是由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成,描述的产品的轮廓外形;在计算机内部生成的三维映像,还可以实现视图变换及空间尺寸的协同;线框模型的数据结构——表结构：1顶点表完整地记录了个顶点编号,顶点坐标；2边表完整记录了各边的序号及边上个端点的编号;线框建模特点可能简答：1所需信息量最少；2数据结构简单；3占用储存空间小：4对硬件要求不高：5显示响应速度快；6存在多义性；7不能自动进行可见性检验及消影：8物体的几何特性、物理特性计算困难;1-5为优点；6-8为缺点9.表面建模：是将物体分解为组成物体的表面、边线、和顶点,用顶点、边线和表面的有限集合来表示和建立物体的计算机内部模型;表面建模的优点：能够实现消隐、着色、表面积计算、二曲面求交、数控刀规生成、有限元网格划分等,擅长于构造复杂的曲面物体,如模具、汽车、飞机等表面;缺点是：有时产生对物体二义性理解,操作也比较复杂;表面的描述方法：平面、指纹面、回转面、柱状面、Bezier曲面、B样条曲面、孔斯曲面、圆角面、等距面;表面模型的数据结构为表结构;包括顶点表、棱边表、面表;表面建模的特点：可能简答1表达了零件表面和边界定义的数据信息,有助于对零件进行渲染等处理,有助于CAM系统直接提取有关面的信息生成数控机床的加工指令;2在物理性能计算方面,表面建模中信息的存在有助于对物性方面和面积相关的特征计算; 3一般来说,表面建模方式生成的零部件及产品可分割成板、壳单元形式的有限元网格;4用户可直观的从事产品外形设计,避免表面形状设计缺陷;不足：1理论上讲,曲面建模可以描绘任何复杂的结构体,但是从产品造型设计的有效性上看,曲面建模在许多场合下效率不如实体建模,特别是对不规则区域的曲面处理;2曲面建模事实上是以蒙面的方式构造零件形体,因此容易在零件建模中漏掉某个甚至某些面的处理,这就是常说的“丢面”;3无法表达产品的立体属性;曲面建模并不适宜用作表示机械零件的一般方法;10.实体建模定义：实体建模时通过定义基本体素,利用体素的集合运算体素法或基本变形操作扫描法实现构建物体的建模方法;实体建模主要包括两部分内容,及体素的定义和描述和体素之间的布尔运算并、交、差;体素法：通过基本体素的集合运算构造几何实体的建模方法,每一基本体素具有完整的几何信息,是真实唯一的三维物体;天赋包含两部分内容：基本体素的定义与描述；体素之间的集合运算交、并、差;体素可分为两大类：基本体素和扫描体素;扫描法：对于表面形状较为复杂,难于通过定义基本体素加以描述的物体,可以通过定基体的变形操作,实现物体的建模,这种构建方法称为：扫描法;扫描法分为：平面廓形扫描、三维实体扫描整体扫描扫描法需要个分量：被移动的基体、移动的路径;实体模型的表示方法：1边界表示法网状数据结构；2构造立体几何表示法二叉树结构实体有效性：一般的建模系统都是允许用户以拉伸、旋转、扫描、放样等方式自己定义体素;但是无论是基本体素还是自定义体素,都必须检查模型的有效性;如果操作者定义的体素是有效和有界的实体,且操作运算符又是规范的,所生成的几何体模型也是有效和有界的;CSG是建模系统中最常用的方法;3混合表示法：采用两种及两种以上的数据结构形式;目前用得最多的是CSG与B-Rep的混合;4空间单元表示法实体建模的特点：1覆盖三维物体三维表面和实体同时生成；2具有消隐功能；3能够完整的描述物体的所有几何信息；4能够实现产品的物理和几何特性的运算；5可自行进行物体间的干涉检查；6成为运动学分析等不可或缺的工具;11.特征建模特征不是体素,是某个或某几个加工表面的;特征不是完整零件,具有一定的拓扑关系;根据描述信息内容的不同可将特征区分为：形状特征、精度特征、材料特征、技术特征;形状特征：“具有一定拓扑拓扑关系的一组几何元素构成的形状实体,它对应零件的一个或多个功能,并能被一定的加工方法所形成;”特征建模的分类：根据制造方法：铸、锻、焊、机加工和注塑等特征；按零件类型：轴盘类、板块类、箱体类、自由曲面类；按在设计过程中的作用分为：基特征、正特征和负特征、主特征和辅助特征;按特征的复杂程度：简单特征和复杂特征；精度特征：尺寸公差特征、形状公差特征、位置公差特征、表面粗糙度特征；材料特征：材料种类特征、性能特征、热处理特征;特征建模的特点：可能简答1特征建模技术是产品设计工作在更高的层次上展开,产品的开发者关心的不再是如何实现原始的线条勾画呵呵体术的堆积,注意力是如何将产品的功能要素进行巧妙的组合；2特征的引用直接体现了设计意图,使得建立额产品模型容易为被人理解和组织生产,设计的图样更容易修改；3特征的定义是参数化的,在具体的零部件形体设计时将各个参数赋值,快速生成需要的形体；4特征建模技术有助于推动行业内产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化；5特征建模技术促进了智能CAD系统和智能制造系统的开发；6特征建模技术也是基于统一产品信息模型的CAD/CAM/CAPP集成系统的基础条件；7特征建模技术着眼于更好地、更完整地表达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管理等多阶段的信息,着眼于建立CAD系统与CAx系统、MRP系统以及EPR系统的集成化产品信息平台；特征建模的表示：特征体素层、特征面关系层、特征几何元素定义层特征体素的定义与几何建模中CSG表示法的体素对应,通过特征定义、操作、变换和布尔运算完成特征建模过程;特征面的模式定义包括特征面的组成、面的邻接关系以及面的作用和属性等;特征面通过面构成空间邻接关系,同时特征面也是加工和检测中刀具和量具的接近表面;数据结构双向链表特征之间的联系：1继承联系——位于上层的叫超类特征父类特征,位于下层的叫亚类特征子类特征,亚类特征可以继承超类特征的属性和方法；2邻接联系3从属联系4参照联系精度特征对形状特征基准的参照关系第7章计算机辅助工艺规程设计1.计算机辅助工艺规程设计简称CAPP：是通过计算机技术辅助工艺设计人员,以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程,即工艺规程;的基本组成：1控制模块：协调各模块的运行,实现人机之间的信息交流,控制产品设计信息获取方式; 2零件获取模块：用于产品设计信息输入,有人工交互输入、从CAD系统直接获取或自集成环境下统一的产品数据模型输入两种方式;3工艺过程设计模块4工序决策模块5工步决策模块6输出模块7产品设计数据库8制造资源数据库9工艺知识数据库10典型案例库11编辑工具库12制造工艺数据库分为：检索式、派生式、创成式、综合式吧创成式、CAPP专家系统；4.派生式CAPP系统基本原理：利用零件GT成组技术代码或企业现行零件图编码,将零件根据结构和工艺相似性进行分组,然后针对每个零件组编制典型工艺,又称主样件工艺;工艺设计时,首先根据零件的GT代码或零件图号,确定该零件所属的零件组,然后检索出该零件组的典型工艺文件,最后根据该零件的GT代码和其他有关信息对典型工艺进行自动化或人机交互式修改,生成符合要求的工艺文件;优点：1原理简单；2容易开发；3有很强的实用性；缺点：1柔性差,只能针对企业具体产品零件的特点开发2移植性差,不能用于全新结构的零件的工艺设计；5.创成式CAPP系统基本原理：根据零件的信息,通过逻辑推理规则、公式和算法等,做出工艺决策而自动地“创成”一个零件的工艺规程;特点：此类CAPP系统只能处理简单的、特定环境下的某类特定零件;技术关键和难点：1成组技术2零件信息的描述与获取3工艺设计决策机制4工艺知识的获取及表示5工艺数据库的建立6.应用CAPP技术的意义：1克服传统工艺设计的局限性,大大提高了工艺设计的效率和质量,缩短了工艺设计周期,缩短了产品的设计与制造周期,提高了产品在市场上的竞争力;2可将工艺设计人员从大量繁琐、重复性的手工劳动中解放出来,集中精力进行新产品开发;工艺装备引进和新工艺的研究等创造性工作;3可以提高企业工艺设计的规范性、标准化水平,并不断向最优化和智能化方向发展,促进工艺设计水平的提高；4能有效的积累和集成工艺设计人员的经验,提高企业工艺设计的继承性,有效提高世界水平,解决工艺人员实践经验不足的矛盾;的作用：1克服传统工艺中的不足,促进工艺技术的发展；2为现代制造系统集成提供了技术桥梁;8.零件信息的输入方法可采用：人机交互式输入或从CAD图形数据库中直接提取;人机交互输入法中主要采用了成组技术代码法GT代码法或型面特征描述法;9.建立表示零件的编码系统时,需要考虑的因素是：1零件类型2代码所表示的详细程度3码的结构：链式、分级式或混合式4代码使用的数值二、八、十、十六进制、字母数字制10.成组技术中,码的结构分为三种形式：树式结构、链式结构、混合式结构树式结构又称分级结构,码位之间是隶属关系;包含信息量较多,但结构复杂,编码和识别代码不太方便;链式结构又称并列结、矩阵结构,包含的特征信息比树式结构少,但结构简单,编码和识别也比较方便;混合式：系统中同时存在以上两种结构;大多数都采用混合式;11.成组代码描述：我国JLBM-1零件编码系统;12.型面特征描述：几何形状特征,拓扑特征和方位特征,精度特征,材料特征,其他技术特13.从CAD系统直接输入零件信息：1特征识别法2基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法；3基于产品数据交换规范STEP的产品建模和信息输入方法;14.派生式CAPP系统工作的基本原理简答：利用零件的GT编码,检索出相应的零件组,进而检索出相应的标准加工工艺文件及主样件工艺,然后进行编辑秀海而生成零件的工艺; 15.零件组：对工艺相似、结构形状相似和尺寸相似的一些零件,划分为一个零件加工组,简称零件组;零件组划分：直接观察法、分类编码法、工艺流程法工艺规程分析法;直接观察法特点：1全凭经验,简单易行2为了已于制定典型工艺过程和派生新工艺,一个零件组包括的零件种类不易过多或过少,对于结构简单和相似性强的零件,其零件种数一般不超过100件,对较复杂的零件,一个零件组包含的零件种类数一般也不少于20种;分类编码法：JLBM-1 第一到第六码位和第十三到第十五码位为特征码,7-12位不是特征码位;特征码位,相应码域用1表示;16.典型工艺的设计方法：复合零件法、复合工艺法;17.工步代码设计18.工艺数据处理和工艺数据库建立：1切削参数的确定2工时定额计算1.查表法2.公式计算法19.创成式CAPP系统的核心：零件信息库、工艺知识库、推理机控制程序三部分;四项关键技术：1工艺知识的获取和表达方法2工艺知识库的建立3推理机4零件信息库和工艺数据库的建立与管理;工艺知识的表达方法：1型面对应加工链法：优点是写规则比较容易；缺点：此方法试图把各种千变万化的工艺问题,用简单方法来处理,难以达到实用化目的;2制定工序工步字典方法：不具备通用性;20.工艺知识的描述：深化描述框架法、语义网络法、表层描述生产式规则,即“IF-THEN”模式21.工艺知识库的建立一般利用软件二次开发22.推理机设计：推理是从已有知识推出新的事实或结论的过程;推理机构成：1运行库2生成库3推理器4解释装置;推理方式为归纳推理和演绎推理;创成式CAPP系统采用基于规则的演绎推理;CAPP中,基于规则推理过程的控制策略可采用目标驱动的反向推理方式;优点：不必告诉那些与目标无关的信息,推理过程的方向性很强;这种策略能对它的推理过程提供明确的解释,告诉用户它所达到的目标以及为此所使用的规则第8章计算机辅助数控加工编程1.数控编程：根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息,按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程序文件,这个过程称为零件数控加工程序编制,简称数控编程;2.数控编程的方法：手工编程；自动编程;自动编程：语言自动编程APT语言和图形自动编程交互式CAD/CAM集成化编程系统数控加工程序的内容：（1）加工工艺决策重点要解决的问题：1.确定加工方案2.工夹具的设计与选择3.选择合理的走刀路径4.合理选择刀具5.确定合理的切削量（2）刀位轨迹计算3程序输入4数控加工程序正确性校验工件坐标系的选择原则：1所选的工件坐标系应使用程序编制简单；2工件坐标系原点应选择在容易找正、并在加工过程中便于检查得位置;3引起的加工误差小4编制或生成加工程序清单3.数控程序指令：准备功能G指令、辅助功能M指令、工艺指令F/S/T4.图形交互自动编程的特点：1简单、直观、准确、便于检查2对实现CAD/CAM一体化极为有利3简单易学,在编程的过程中可以随时发现问题4速度快、效率高、准确性好5在通用的计算机上运行,不需要专用的编程机,便于普及推广;5.图形交互式自动编程的基本步骤：1几何造型2加工工艺决策3刀位轨迹计算及生成4后置处理5程序输出程序生成。
3 机床总体设计和传动系统设计
1
教学目的和要求 了解机床设计应满足的基本要求； 了解机床设计的步骤； 熟悉机床总体布局要求； 掌握机床主要技术性能参数的内容； 掌握转速图、结构网、结构式的各自含义； 掌握主运动链转速图的拟定与结构网的绘制； 掌握等比结构串联系统的级比规律； 了解扩大变速范围的方法； 熟悉齿轮齿数的确定； 熟悉主轴箱的温升与热变形对机床运转带来的影响。
2828主参数大多数情况下用折算值表示其折算值等于主参数乘以折算系数机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数单轴自动车床最大棒料直径转塔车床最大车削直径110立式车床最大车削直径1100最大工件高度卧式车床床身上最大工件回转直径110最大车削长度摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距立式钻床最大钻孔直径卧式铣镗床镗轴直径110坐标镗床工作台面宽度110工作台面长度外圆磨床最大磨削直径110最大磨削长度内圆磨床最大磨削孔径110平面磨床工作台面宽度11028292929端面磨床最大砂轮直径110齿轮加工机床大多数是最大工件直径110大多数是最大模数龙门铣床工作台面宽度1100工作台面长度卧式升降台铣床工作台面宽度110工作台面长度龙门刨床最大刨削宽度110最大刨削长度牛头刨床最大刨削长度110最大插削长度110机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数30301运动参数运动参数是指机床的主运动进给运动和辅助运动的执行件的运动速度如主轴工作台刀架等的运动速度
8
二 、 机床设计方法和步骤 机床设计方法
理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法是机床设计 的传统方法，随着科学技术的进步，机床设计的理论和方法也 不断进步。计算机技术和分析技术的迅速发展，使得计算机辅 助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)等技术，已经应用于机床 设计的各个阶段，改变了传统的设计方法，由定性设计向定量 设计、有静态和线性分析向动态和非线性分析、由可靠性设计 向最佳设计过渡，提高了机床设计的质量和效率。
车床总体改造方案设计
车床总体改造方案设计1.机械部分的改造设计ca6140车床的主轴以及进给系统都是由法兰式电动机拖动。
普通车床主轴传动系统部分改造难度大、成本高，且精度提高有限，所以在改造此类机床时，摇臂钻床要选那些主轴各方面性能能满足使用要求的。
改造时，保留原主轴系统，对进给传动系统及电气控制系统进行改造。
进给传动系统的传动精度及效率也是数控机床性能的重要组成部分。
原机床进给箱为交换齿轮箱，结构复杂、反向间隙大、传动精度差。
在改造过程中，采用步进电动机与滚珠丝杠，并装有减速机构的传动方式，通过减速机构可得到所需的减速比并增大驱动力矩。
普通车床原机床是用滑动丝杠，传动误差大，因此在数控化改造中将其更换为滚珠丝杠。
滚珠丝杠的传动效率高、无爬行、预紧后可消除反向间隙、精度高。
改造后ca6140车床的横向、纵向传动方式为：步进电动机一消隙齿轮一滚珠丝杠螺母副一工作台的传动方式。
ca6140车床垂直方向的传动方式为：步进电动机一圆锥齿轮一滚珠丝杠螺母副一工作台。
同时，垂直方向还应考虑滚珠丝杠的自锁，采用超越离合器的自动平衡装置实现自锁。
ca6140车床的导轨是采用铸铁-铸铁或铸铁—淬火钢滑动导轨，其静摩擦因数大，摇臂钻床动、静摩擦因数相差较大，低速时易出现爬行，力矩损失大，影响运动的平稳性和定位精度。
若是将导轨改造成滚动导轨或静压导轨，工艺复杂、费用大、周期长；所以在对ca 6140车床改造时采用在普通车床原导轨上粘接聚四氟乙烯软带的方法。
聚四氟乙烯软带是以聚四氟乙烯树脂为基材与耐磨填充料复合后，在常温下用模压法成型烧结、车削和活化处理制得。
其特点是摩擦因数低，抗磨损，静、动摩擦因数差值小，定位准确，防振消声运行平稳，低能耗，具有耐老化和足够的力学性能，对提高机械加工精度、延长导轨副使用寿命也有一定的作用。
这种方法比较方便，费用低，动、静摩擦因数相差小，耐磨性和抗咬伤力强，具有良好的自润滑和抗振性，进给运动无爬行，运动平稳。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
浅谈数控机床系统的总体设计原则摘要：数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平，近年来，plc在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。
随着plc技术的发展，它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。
在机床的实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。
本文就控技术系统的总体设计原则进行论述。
关键词：数控机床系统设计
中图分类号：th 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2013）05-0217-01
一、数控机床机电一体化技术简介
数控机床机电一体化技术的基本概念是指将机械学、电子学、信息处理和控制及专用软件等当代各种新技术进行综合集成的一
种群体技术。
机电一体化系统主要有五个组成部分：动力、机构、执行器、计算机和传感器，组成一个功能完善的柔性自动化系统，其中计算机、传感器和计算机软件是机电一体化技术的重要组成要素。
机电一体化系统具有结构简单、功能多、效率高、精度高、能耗低的特点，与传统的机械产品比较，机电一体化产品至少有以下三个优点：
1、原有的机构产品中增加信息处理装置及相应软件，来替代原
有产品的部分机械控制机构，不仅提高了自动化程度，而且能大大提高产品质量，同时也降低了生产成本，提高经济效益。
2以机电一体化技术为主的新型产品，与原机械产品相比，不仅结构简单，而且功能更加丰富，精度也得到提高。
3、将电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来，形成综合性优势，可开发出具有多种功能、智能化的高新技术产品。
二、数控机床总体设计原则概述
一个较完善的机电一体化系统，包括以下几个要素：机械本体、能源部分、测试传感部分、驱动装置、控制及信息处理单元，各要素之间通过接口相联系。
下面我们进行具体论述：
1、机械部分：机械部分设计与分析将根据机械设计原理提出几种机械设计方案，并对这些方案进行比较选择，阐明设计方案选择的理由以及所采用方案的特点；同时，就设计过程阐述，本人对有关设计进行表述：
本设计是一个主要用于教学实验用的数控铣床系统，是要对零件进行铣削加工的。
我们要论证教学实验用的数控铣床系统的总体方案，就需要对该系统有一个整体的了解。
要进行总体方案论证，先要熟悉设计参数，我们才能以此为依据进行取舍。
下面就是我这次设计的参数：实验用的数控铣床系统，其工作参数如下：机床尺寸（宽×长×高）：760×1475×1400（㎜×㎜×㎜）；最大加工范围（x×y×z）：400×300×150（㎜×㎜×㎜）；主轴电机功率：60
（w）；主轴转速：3000（r/min）平；工作台尺寸160×160（㎜×㎜）；空间加工范围170×160（㎜×㎜）；工作台最大承重s50（㎏）；工作速度：0～5（m/min）快速移动速度8m/min；数控机床的结构形式有很多，通过对其主要的结构形式的分析，大体上最常见的可分为如下两类：
首先是工件沿x坐标方向移动的类型，这类机床主要采用的是龙门式结构，其工作的原理为：工作台沿x方向移动。
而y坐标则为打印头在由双立柱及横梁构成的龙门上的运动，既可用于二、三坐标作平面铣削，又可以扩展为四坐标机床用于切割管件和型材，还能构成五坐标机床加工空间曲面。
这类机床的规格尺寸较大。
另外工件沿x坐标方向移动式结构还有两种悬臂式的结构，一者是为工作台沿x坐标方向移动，另一者为工件及夹具同时沿x坐标方向移动，其规格尺寸都比龙门式的要小。
其次是工件沿x、y二坐标方向移动的类型这类机床多为单纯用于切割的二、三坐标机床，其切割头悬臂伸出，在水平面内并无移动；而工件则可以沿x、y两个方向运动，这类机床的结构比较简单，规格尺寸也较小，最大2000x1500（mm×mm）。
工件沿二坐标方向移动的类型又可分为十字工作台式和工件与夹具移动式两种；前者工件与工作台连动，规格更小些；后者规格尺寸稍大，工作台固定不动，而工件则由夹具夹持着移动，大多是与自动冲裁技术结合在一起成为可完成切割铣削，冲裁等多种加工功能的多功能机床。
2、电气控制系统方案：要实现对机电一体化的数控机床的有效
控制，这样的电气控制系统有多种方案可以选择。
其中最主要的是采用：采用单片机的控制系统；采用集成dsp芯片的控制板与pc
机相联系的控制系统；采用plc与pc机相联系的控制系统。
各控制系统方案的特点与比较：
采用单片机的控制系统所谓的单片机即是一块集成了cpu、ram ＼rom（eprom或eeprom）、定时/计数器、时钟、多种功能的串行和并行i/o口的芯片。
如 intel公司的8031系列等。
除了以上基本功能外，有的单片机还集成有a/d、d/a，如intel公司的8098系列。
概括起来说，单片机具有如下特点：可靠性好：芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用cpu；程序指令，常数，表格固化在rom中不易破坏；许多信号通道都在一个芯片内部，故可靠性高。
易于扩展：片内具有计算机正常运行所必须的部件，芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行i/o管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。
控制功能强：为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有丰富的条件分支、i/o口的逻辑操作以及位处理指令。
而采用pc与plc相联系的控制系统可编程逻辑控制器（programmablelogiccontroller，简称plc），则是以微处理器为核心的工业控制装置。
它是计算机家族中的一员，是为了工业控制应用而设计的，主要用于代替继电器实现逻辑控制。
这种控制装置将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性，灵活通用，易于编程，使用方便等特点，而且随着技术的发展，
它的功能早已大大超出了逻辑控制的范围，因此近年来在工业自动控制，机电一体化，改造传统产业方面得到广泛地应用。
虽然各种plc的组成各不相同，但是在结构上是基本相同的，一般由cpu，存储器，输入输出设备（i/o）和其他的可选部件组成。
cpu是plc 的核心，它用于输入各种指令，完成预定的任务。
自整定，预测控制和模糊控制等先进的控制算法也已经在cpu中得到了应用存储器包括随机存储器ram和只读存储器 rom，通常将程序以及所有的固定参数固化在rom中，ram则为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间；输入输出系统i/o使过程状态和参数输入到plc 的通道以及实时控制信号输出的通道，这些通道可以有模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出、脉冲量输入等，使plc 的应用十分广泛。
参考文献：
[1]黄娟一种数控机床电气设计技巧《现代制造工程》 2010 第11期
[2]李铁军张淑敏 plc在数控机床电气控制方面的应用《机械工程师》 2005 第9期。