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CK6150数控车床Z向驱动装置设计(日本大森数控系统)毕业论文.doc

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CK6150数控车床Z向驱动装置设计(日本大森数控系统)毕业论文.doc

本科毕业设计说明书(论文)第1页共39页1引言中国对于数控的研究始于1958年,由于国产元器件的不配套,加工工艺和技术不够成熟,直到20世纪70年代处都处于研制开发时期,国内数控技术的发展总体上处于起步阶段。60年代末才研制成功晶体管数控系统并用于生产,如数控线切割机、非圆齿轮插齿机、数控铣床等。但数控机床的品种和数量都很少,数控系统的稳定性及可靠性尚不过关,没有在生产中广泛应用。70年代至80年代初,国内的数控技术的发展总体进入徘徊期。19731976年,先后召开了三次全国性的数控公关会议,全国有200多个单位参加技术公关,但是由于在同时开发相似产品,造成严重的重复投资和浪费,1976年在北京展览馆展出三年数控公关的成果,共有30多种40多台数控机床和多种配套件,但真正生产中应用的几乎没有。加之1979年国家进入调整时期,数控机床的科研和生产几乎处于停顿状态,只有少数几家单位坚持开展研究工作。其中,数控线切割机由于模具加工的迫切需要,以及具有价格低廉、结构简单、利于操作、使用方便等特点,得到推广应用,年产量达到600~700台,占国内数控机床产品总产量的86%。80年代初,中国先后从日本、美国等国家引进一些数控系统和伺服技术,陆续发展了一批具有世界70年代末或80年代初期水平的数控系统,结束了国内数控系统徘徊不前的局面,到1985年,中国的数控机床新品种累计达80多种,包括加工中心、数控车床、数控铣床、数控磨床等,使得数控技术的发展总体进入实用阶段。90年代初,中国在数控技术发展上制定并贯彻了集中优势,突破关键,以我为主发展产业的方针,逐步形成了以航天数控集团、华中数控和蓝天数控等以生产普及形数控系统为主的国有企业,以及北京-法那科、西门子数控(南京有限公司)等合资企业的基础力量,建成了批量生产各种数控机床的若干产业化基地1。同时国内数控系统在技术上也趋于成熟,在高速主轴制造、快速进给、快速换刀、柔性制造、快速成形等技术上都取得了突破,一些重大关键技术(包括核心技术)已达到国际先进水平1。这个时期国内的数控技术获得了飞速发展,奠定了中国数控机床产业和现代数控技术的坚实基础。1.1数控机床概况1.1.1数控数控NumericalControl,简称NC是20世纪50年代发展起来的一种自动控制技术,是用数字信号对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。在数控技术中引进计本科毕业设计说明书(论文)第2页共39页算机技术,称为CNCComputerNumericalContr01,CNC具有柔性好、功能强、可靠性高、经济性好以及易于实现机电一体化等特点,使数控技术在质的力面完成了一次飞跃。1.1.2数控机床数控机床NumericalControlMachineTools是一种采用了数字控制技术的机床,或者说是一种装有数控系统的机床。它能较好地解决生产中的多品种、单件或小批量、精度要求高以及形状复杂的机械加工零件的加工问题。1.1.3数控系统数控系统NumericalControlSystem是一种控制系统,能自动完成信息的输入、译码和运算,从而控制机床的运动和加工过程。一般包括数控装置、可编程控制器PLC、各类输入/输出接口、显示器以及操作键盘等。1.1.4数控程序数控机床严格按照从机床外部输入的程序自动完成工件的加工。因此,将从外部输入数控系统用于加工工件的程序称为数控加工程序,简称数控程序。1.1.5数控编程在数控机床上加工零件时,需要把零件的全部工艺过程、工艺参数和位移数据,以信息的形式记录在控制介质上,用控制介质的信息来控制机床,实现对零件的全部加工过程。故将从零件图纸到得到数控加工程序所需控制介质的全过程,称为数控编程。1.1.6数控加工数控加工是指在数控机床上加工零部件的一种工艺方法,数控加丁技术除了用于机械加工外,还用于电加工、激光加工、火焰加工、绘印加工及编织加工等工艺。1.1.7数控机床的产生与发展随着社会生产和科学技术的迅速发展,机械产品日趋精密复杂,且需频繁改型。特别是在宇航、造船、军事等领域所需的机械零件,精度要求高,形状复杂,批量小。加工这类产品需要经常改装或调整设备,普通机床或专用化程度高的自动化机床已不能适应这些要求。为了解决上述问题,一种新型的机床数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果,是今后机床控制的发展方向2,3。本科毕业设计说明书(论文)第3页共39页1.1.8数控机床的发展趋势从数控机床技术水平看,高精度(定位精度微米级、纳米级)、高速度(主轴转速10000r/min,快速进给24m/min,换刀时间23s)、高柔性(多主轴、多工位、多刀库)、多功能(立卧并用、复合加工)和高自动化(自动上下料、自动监控、自动测量和通信功能)是数控机床的重要发展趋势。对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度,还要求具有进入更高层次的柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。在数控系统方面,目前世界上几个著名的数控装置生产厂家,诸如日本的FANCU,德国的SIEMENS和美国的AB公司,产品都向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。它们的数控系统都采用了16位和32位微处理机、标准总线及软件模块和硬件模块结构,内存容量扩大到1MB以上,机床分辨率可达0.1um,高速进给可达100m\min,控制轴数可达16个,并采用先进的电装工艺。在驱动系统方面,交流驱动系统发展迅速。交流传动已由模拟式向数字式方向发展,以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件所取代,从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。1.2数控车床的组成及工作原理数控车床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。1.2.1程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件在机床上的安装位置刀具与零件相对运动的尺寸参数零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式,编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行对于形状复杂的零件,则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计。编好的数控程序,存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上,它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等,采用哪一种存储载体,取决于数控装置的设计类型。1.2.2输入装置输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。本科毕业设计说明书(论文)第4页共39页根据控制存储介质的不同,输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。零件加工程序输入过程有两种不同的方式一种是边读入边加工(数控系统内存较小时),另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器,加工时再从内部存储器中逐段逐段调出进行加工。1.2.3数控装置数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令,控制机床各部分的工作,使其进行规定的有序运动和动作。零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成,刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动,即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据,不能满足要求,因此要进行轨迹插补,也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行数据点的密化,求出一系列中间点的坐标值,并向相应坐标输出脉冲信号,控制各坐标轴(即进给运动的各执行元件)的进给速度、进给方向和进给位移量等。1.2.4驱动装置和位置检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率放大后,严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件。因此,它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动。1.2.5辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运动,再经功率放大后驱动相应的电器,带动机床的机械、液压、气动等辅助装

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