Φ500mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

蘭州理工大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題 目： 500數(shù)控車床 總體設(shè)計(jì) 及 自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 院 （系） ： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 起止時(shí)間： 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 2 共 52 頁 目錄 摘要 . - 3 - . - 3 - 第一章 緒論 . - 3 - 數(shù)控技術(shù) 的產(chǎn)生和發(fā)展 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第二章 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . - 13 - 一 總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容 - 13 - 二 總體方案確定 - 13 - 第三章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 . - 14 - 一 選擇脈沖當(dāng)量 - 14 - 二 計(jì)算切削力 - 15 - 三 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 - 16 - 四 齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算 - 24 - 五 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 - 25 - 第 四 章 數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架發(fā)展概況 . - 14 - 控回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展?fàn)顩r . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 外數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展?fàn)顩r . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 內(nèi)數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展?fàn)顩r . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 來數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 題現(xiàn)實(shí)意義 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 文主要研究內(nèi)容 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 五 章 數(shù)控刀架 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 言 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 六 章 數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 七 章 主要傳動部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 桿的選型 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 桿副的材料 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 桿和蝸輪的主要計(jì)算參數(shù)和幾何尺寸 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 距的確定 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 它參數(shù)的確定 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 鎖性能校核 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 總結(jié) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 致謝 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 3 共 52 頁 摘 要 本文介紹普通車床 500數(shù)控車床 的數(shù)控化 設(shè)計(jì) ，重點(diǎn)介紹機(jī)床數(shù)控化 設(shè)計(jì) 方案的確定，基本步驟，目的，經(jīng)濟(jì)合理性，機(jī)床數(shù)控化 設(shè)計(jì) 計(jì)算。 數(shù)控車床采用數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架可以在一次裝夾中完成多道工序加工，縮短輔助時(shí)間，減少多次安裝所 帶來的誤差。本課題通過對數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及電氣控制進(jìn)行了研究，探索數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的組成和工作原理。通過所學(xué)專業(yè)知識，完成了數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架機(jī)械部分與電氣控制部分的設(shè)計(jì)，繪制了三維實(shí)體裝配圖及電氣控制原理圖，編制了數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架的控制軟件。本課題的創(chuàng)新之處在于在設(shè)計(jì)延時(shí)鎖緊功能部件的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了刀架電動機(jī)意外短路的保護(hù)功能。問題的解決在于采用電磁式過電流繼電器來監(jiān)測電動機(jī)中的電流大小。處于調(diào)整狀態(tài)時(shí)，繼電器處于釋放狀態(tài)；當(dāng)?shù)都苕i緊時(shí)，繼電器吸合，常開觸點(diǎn)閉合， 8255置 0，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)出現(xiàn)故障， 電動機(jī)短路時(shí)，繼電器做出同樣的動作，以達(dá)到保護(hù)目的。所設(shè)計(jì)的數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架很好的實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確自動換刀，提高了數(shù)控車床的加工效率。 關(guān)鍵詞：數(shù)控化 設(shè)計(jì) ， 回轉(zhuǎn)刀架 ， 蝸桿副 ， 微機(jī)控制 ， 換刀裝置 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 4 共 52 頁 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 5 共 52 頁 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 6 共 52 頁 is 500MM C, It C C a C be in by C on to C of of I of C of of C of is in a to is of to of of In is in is 255A is , is to to NC is 買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 7 共 52 頁 a of C 一章 緒論 數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展 當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上討論了在我國加入 對外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性，并從戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。 數(shù)控技術(shù)，簡稱 “數(shù)控 ”。英文： 是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制 的技術(shù)。它所控制的通常 是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。 1908 年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世； 19 世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明； 1938 年，香農(nóng)在 美國麻省理工學(xué)院 進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代 計(jì)算機(jī) ，包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與 機(jī)床 控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。1952 年，第一臺 數(shù)控機(jī)床 問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動了自動化的發(fā)展。 現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，目 前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字 程序 控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可以通過計(jì)算機(jī)軟件來完成。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 8 共 52 頁 是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域： (1)機(jī)械制造技術(shù)； (2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)； (3)自動控制技術(shù)； (4)伺服 驅(qū)動技術(shù)； (5)傳感器技術(shù)； (6)軟件技術(shù)等。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（ 車、輕工、 意料等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字 化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有 以下幾個(gè)方面 1 4。 1 1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技 術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（ 其確定為 21 世紀(jì)的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒 /輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料 “掏空 ”的方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零 件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 從 會情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/至更高，空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國 司的 0m/速為 100m/速度達(dá) 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 60 000r/工一薄壁飛機(jī)零件，只用 30同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加工需 8h；德國 司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12*!000r/ 1g。 在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密級加工中心則從 3 5m，提高到 1 且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級( 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 已達(dá) 6 000h 以上，伺服系統(tǒng)的 達(dá)到30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 5 軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為， 1 臺 5 軸聯(lián)動機(jī)床的效率可以等于 2 臺 3 軸聯(lián)動機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)， 5 軸聯(lián)動加工可比 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3 軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程 技術(shù)難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 9 共 52 頁 度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含 5 面加工機(jī)床）的發(fā)展。 在 會上，新日本工機(jī)的 5 面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國 司展出 列加工中心，可在一次裝夾下 5面加 工和 5 軸聯(lián)動加工，可由 統(tǒng)控制或 接或間接控制。 能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控 方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的 歐共體的 日本的 中國的 。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。 網(wǎng) 絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在 中，日本山崎馬扎克（ 司展出的“智能生產(chǎn)控制中心，簡稱 日本大隈（ 床公司展出 “IT 信息技術(shù)廣場，簡稱 場 )；德國西門子 (司展出的 放制造環(huán)境，簡稱 ，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。 視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范 如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范 (研究和制定，世界 3 個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新 的變革時(shí)期的來臨。我國在 2000 年也開始進(jìn)行中國的 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 10 共 52 頁 于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于 準(zhǔn)，即采用 G， M 代碼描述如何（ 工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的 統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù) 據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。 出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先， 出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下， 序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次， 控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75）、加工程序編制時(shí)間（約 35）和加工時(shí)間（約 50）。 目前，歐美國家非常重視 洲發(fā)起了 參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的 20 個(gè) 戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國的 司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級模型 (其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 及歐洲控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。 機(jī)床數(shù)控 設(shè)計(jì) 的必要性 一、數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。 面等復(fù)雜的零件。 由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動的運(yùn)動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3 7倍。 由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了 柔性自動化 。 寸分散度小，使裝配容易，不再需要 修配 。 少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 ：降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力 (一個(gè)人可以看管多臺機(jī)床 )，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 11 共 52 頁 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 性制造單元 )、 性制造系 統(tǒng) )以及 算機(jī)集成制造系統(tǒng) )等企業(yè)信息化 設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 二、數(shù)控化 設(shè)計(jì) 的內(nèi)容 機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)； 普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)， 設(shè)計(jì) 成 提高精度、效率和自動化程度，對機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的 行更新； 提高性能或檔次，或?yàn)?了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上較大幅度地提高水平和檔次的更新 設(shè)計(jì) 。 三、數(shù)控化 設(shè)計(jì) 的特點(diǎn) 貨期短 同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省 60% 80%的費(fèi)用， 設(shè)計(jì) 費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床 設(shè)計(jì) ，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的 1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往 設(shè)計(jì) 成本提高 2 3倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投 資 50%左右。 構(gòu)受限 所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的 鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件， 設(shè)計(jì) 后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的 設(shè)計(jì) 。 于操作維修 購買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。 設(shè)計(jì) 則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。 設(shè)計(jì) 的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。 采用最新的控制技術(shù) 可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 12 共 52 頁 四、數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型， 設(shè)計(jì) 時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng) (滿足大部分機(jī)床的 設(shè)計(jì) 需要，價(jià)格便宜。 ) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通 電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動的位移量、速度和運(yùn)動方向。這種系統(tǒng)不需要 將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的 位移精度較低。 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。 步電動機(jī)或直流電機(jī)拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) /直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如 內(nèi)著名公司如仁和公司 (經(jīng)濟(jì)實(shí)用型 )和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控 設(shè)計(jì) 后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動電機(jī)的功率和用戶的要求。 五、數(shù)控 設(shè)計(jì) 中主要機(jī)械部件改裝探討 一臺新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動態(tài)剛度；運(yùn)動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控 設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)盡量達(dá) 到上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的 設(shè)計(jì) 使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能獲得預(yù)期的 設(shè)計(jì) 目的。 動導(dǎo) 軌副 對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，并要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。 輪副 一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高。 動絲杠與滾珠絲杠 絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于 6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加 工。 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 13 共 52 頁 滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在 90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運(yùn)動時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。 全防護(hù) 高效必須以安全為前提。在機(jī)床 設(shè)計(jì) 中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn) 入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動面損傷導(dǎo)軌。 第二章 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 一 總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容 接到一個(gè)數(shù) 控裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)以后，必須首先擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖，才能決定各種設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，然后再分別對機(jī)械部分和電氣部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定包括以下內(nèi)容：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。 一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出數(shù)個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析、比較和論證，最后確定一個(gè)可行的總體方案。 一、 系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。 二、 控制方式的選擇 系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和 閉環(huán)控制系統(tǒng)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號的流程是單向的，也正是由于信號的單向流程，它對機(jī)床移動部件的實(shí)際位置不做檢測，所以機(jī)床加工精度要求不太高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。開環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。這類機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試和維修都比較簡單。 二 總體方案確定 （ 1）、系統(tǒng)的運(yùn)動方式伺服系統(tǒng)的選擇 由于 設(shè)計(jì) 后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床應(yīng)具備定位，直線插補(bǔ)，順、逆圓弧插補(bǔ)，暫停，循環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。 考慮達(dá)到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 2）、數(shù)控系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求，采用 8 位微機(jī)。由于 列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾性強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用 列的 8031 單片機(jī)擴(kuò)購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 14 共 52 頁 展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。 （ 3）、機(jī)械傳動方式 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所 要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿，為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)，為提高傳動剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒輪間隙的結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)總體方案框圖如下： 圖 1 系統(tǒng)總體方案框圖 第三章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 一 選擇脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、銑床常采用的脈沖當(dāng)量是 根據(jù)機(jī)床精度要求 確定脈沖當(dāng)量： 縱向： 橫向： 徑 ) 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 15 共 52 頁 二 計(jì)算切削力 用車床經(jīng)驗(yàn)公式 式中 橫切端面時(shí)主切削力 可取縱切時(shí) 1/2。 求出主切 削里 后再按以下比例分別求出分力 ： 中 走刀方向的切削力（ N）； 垂直走刀 方向的切削力（ N）。 下圖為縱切和橫切時(shí)切削力的示意圖。 圖 2 縱切和橫切時(shí)切削力的示意圖 1、 縱車外圓 主切削力 N)按經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)算： （ N） 按切削力各分力比例： ： x 1 8 7 2 . 7 1 9 1 （ N） 9 9 6 . 3 3 9 1 （ N） 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 16 共 52 頁 2、 橫切端面 主切削力 （ N）可取縱切的 1/2。 37 45. 421F 21 s （ N） 9 3 6 . 3 4 （ N） 1 4 9 8 . 1 6 4 5 （ N） 三 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 （一） 縱向進(jìn)給絲杠 1、 計(jì)算進(jìn)給軸向力 N） 縱向進(jìn)給這里為三角形導(dǎo)軌： ( 式中 K：指顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 K= f ：指滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)取 間的值； G：指流板及刀架重力， G=1100N。 則 3 6 1 4 . 0 5 2) （ N） 2、 計(jì)算最大動負(fù)載 Q 考慮滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中沖擊擾動對壽命的影響，則最大動負(fù)載 Q 的計(jì)算公式為： 61060 式中 0L：指滾珠絲杠導(dǎo)程，初選0L=8； n：指絲杠轉(zhuǎn)速，（ r/ 最大切削力條件下的進(jìn)給速度（ m/,可取最高進(jìn)給速度的 1/21/3，此處取 T ：指使用壽 命時(shí)間（ h） ,對于數(shù)控機(jī)床取 T=15000h.。 L：指壽命，以 106 轉(zhuǎn)為一單位； 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 17 共 52 頁 運(yùn)動系數(shù)，見 表 1， 選 表 1運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 般運(yùn)轉(zhuǎn) 沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) n 3 7 0 01 0 0 00 Lv s ( r/L 0 0 Q 15 18 3. 17 4836 14 . 05 N） 3、 滾珠絲杠螺母副的選型 從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找到相應(yīng)的動負(fù)載 C 的滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時(shí)應(yīng)滿足 Q C 的條件。 查表：可采用 5008 外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副， 1 列，其額定動負(fù)載為23400N，符合 Q C 的條件。精度等級按 表 2，選為 1 級。 2滾珠絲杠行程公差 項(xiàng) 目 符 號 有效行程 精度等 級 1 2 3 4 5 目標(biāo)行程公差 315 6 8 12 16 23 315400 7 9 13 18 25 400500 8 10 15 20 27 500630 9 11 16 22 30 行程變動量公差 315 6 8 12 16 23 315400 6 8 12 17 25 400500 7 10 13 19 26 500630 7 11 14 21 29 任意 300 行程變動量 V 6 8 12 16 23 2 弧度內(nèi)行程變動量 V p 2 4 5 6 7 8 4、傳動效率計(jì)算 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或 401339828 第 - 18 共 52 頁 )( tg ：指螺旋升角， =2 55 ：指摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù) ,03.0f 其摩擦角 ，約等于 01 。 則 155 2(55 2)( 5、剛度驗(yàn)算 先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如圖 3 所示，最大軸向力為 ， 支承間距L=1500絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1/3。 圖 3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖 計(jì)算如下： （ 1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 （ ， E N/材料彈性模數(shù)，對鋼來說是等于這個(gè)值 )， 500 D R= e= 20 ( A 1 6 0 3 . . 4 2