立式数控铣床工作台设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985摘要本文一简明的语言有侧重的介绍了普通数控机床中经济型书空铣床进给的设计过程，第一部分为机械元件的设计，包括了滚珠丝杠、轴承、步进电机、和同步齿形带的计算、选择与应用，还有对于导轨的简单介绍。第二部分则是电路设计方面的主要内容，以单片机为主体的控制单元可以快捷方便的完成进给任务，其中包括环形分配器和存储器的设计、8031 单片机和芯片8155 和 8255 的选择和应用以及管角的功能、光电耦合器和步进电机驱动电路的设计、中断处理的原理和编程。关键词：数控；滚珠丝杠；步进电机买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985IABSTRACTThis article concise language had the stress in the introduction ordinary numerical control engine bed the economy numerical control milling machine entered for the design process, first part for mechanical part design, including ball bearing guide screw, bearing, stepper motor , and synchronized tooth profile belt computation, choice and application, but also had regarding the guide rail simple introduction. The second part is the circuit design aspect main content, may quickly facilitate take the monolithic integrated circuit as the main body control unit completes for the duty, including ring-like divider and memory design, 8,031 monolithic integrated circuits and chip 8,155 and 8,255 choices and application as well as tube angle functions, photoelectricity coupler and stepper motor actuation electric circuit design, interrupt processing principle and programming.Key word: numerical control; ball bearing guide screw; stepper motor买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985II目 录摘要 .3ABSTRACT.4第 1 章 绪论 .81.1 我国数控技术的发展概况 .81.2 当今数控机床的发展的趋势 .8第 2 章 立式数控铣床工作台（X 轴）设计 .122.1 概述 .122.1.1 技术要求 .122.1.2 总体方案设计 .122.2 设计计算 .132.2.1 主切削力及其切削分力计算 .132.2.2 导轨摩擦力的计算 .142.2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 .152.2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 .152.3 工作台部件的装配图设计 .212.4 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 .212.4.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 .212.4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 的校验 .21cn2.4.3 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 .22第 3 章 计算机械传动系统的刚度 .223.1 机械传动系统的刚度计算 .223.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 .26第 4 章 驱动电动机的选型与计算 .274.1 驱动电动机的选型与计算 .274.2 计算折算到电动机轴上的负载惯量 .284.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩 .294.4 选择驱动电动机的型号 .30第 5 章 机械传动系统的动态分析 .325.1 计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 32nc5.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 .32第 6 章 计算传动系统的误差计算与分析 .336.1 计算机械传动系统的方向死区 .33买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985III6.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 .33maxk第 7 章 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 .337.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 .357.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 .36第 8 章 设计总结 .37参考文献 .38致谢词 .39买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985IV买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985V前 言毕业设计，它是一次深入的综合性的总复习，也是一种理论联系实际的训练踏实我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是我们综合运用所学过的基本理论基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，它在我们按三年的大学生活中占有重要的地位。这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓有一定意义。毕业设计的主要目的：1 培养我们综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学过的知识。2 培养我们树立正确的设计思想，设计构思和创新思维。掌握工程设计的一般程序，规范和方法。3 培养我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书进行设计计算，数据处理。编写技术文件等方面的工作能力。4 培养我们进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。5 就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练。丛中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处。恳切各位老师给予指导。买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985VI第 1 章 绪论1.1 我国数控机床的发展概况随着科学技术快速发展和市场竞争的日益激烈，社会化大生产对机械产品的 要求越来越趋于多样化、复杂化，尤其是在造船、航空航天、国防军工、重型机械以 及电子等工业中，其加工批量小、零件形状复杂、改形频繁、精度要求高、加工困 难、生产效率低、劳动强度大和质量难以保证的生产特点，已经不能靠传统的加工 设备和制造方法来适应这种柔性化程度很高的加工要求。因此能有效解决复杂、 精密、中小批量加工的数控机床在近几十年来得到迅速发展和最广泛的应用。 数控机床是采用数控装置或电子计算机来控制机床运动，自动地取代一般通 用机床上人工控制的各种操作，如起动、加工顺序、主轴变速、切削用量、松夹工件、选择刀具、进刀退刀、切削液开关以及停车等。通常，数控机床将所需的全部 机械动作、步骤和控制功能，以及工件的形状尺寸预先按规定的字符和文字代码 的形式编制数控程序，通过穿孔机或键盘等把程序上的信息以数字代码的形式记 载在控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）上，通过控制介质将加工信息送入数控装 置，数控装置或计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令性控制信号。 1.2 当今数控机床的发展趋势数 控 技 术 的 应 用 不 但 给 传 统 制 造 业 带 来 了 革 命 性 的 变 化 ， 使 制 造 业 成 为工 业 化 的 象 征 ， 而 且 随 着 数 控 技 术 的 不 断 发 展 和 应 用 领 域 的 扩 大 ， 他 对 国 计民 生 的 一 些 重 要 行 业 （ IT、 汽 车 、 轻 工 、 医 疗 等 ） 的 发 展 起 着 越 来 越 重 要 的作 用 ， 因 为 这 些 行 业 所 需 装 备 的 数 字 化 已 是 现 代 发 展 的 大 趋 势 。 从 目 前 世 界上 数 控 技 术 及 其 装 备 发 展 的 趋 势 来 看 ， 其 主 要 研 究 热 点 有 以 下 几 个 方 面 。1.高 速 、 高 精 加 工 技 术 及 装 备 的 新 趋 势效 率 、 质 量 是 先 进 制 造 技 术 的 主 体 。 高 速 、 高 精 加 工 技 术 可 极 大 地 提 高效 率 ， 提 高 产 品 的 质 量 和 档 次 ， 缩 短 生 产 周 期 和 提 高 市 场 竞 争 能 力 。 为 此 日本 先 端 技 术 研 究 会 将 其 列 为 5 大 现 代 制 造 技 术 之 一 ， 国 际 生 产 工 程 学 会（ CIRP） 将 其 确 定 为 21 世 纪 的 中 心 研 究 方 向 之 一 。在 轿 车 工 业 领 域 ， 年 产 30 万 辆 的 生 产 节 拍 是 40 秒 /辆 ， 而 且 多 品 种 加工 是 轿 车 装 备 必 须 解 决 的 重 点 问 题 之 一 ； 在 航 空 和 宇 航 工 业 领 域 ， 其 加 工 的零 部 件 多 为 薄 壁 和 薄 筋 ， 刚 度 很 差 ， 材 料 为 铝 或 铝 合 金 ， 只 有 在 高 切 削 速 度和 切 削 力 很 小 的 情 况 下 ， 才 能 对 这 些 筋 、 壁 进 行 加 工 。 近 来 采 用 大 型 整 体 铝买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985VII合 金 坯 料 “掏 空 ”的 方 法 来 制 造 机 翼 、 机 身 等 大 型 零 件 来 替 代 多 个 零 件 通 过 众多 的 铆 钉 、 螺 钉 和 其 他 联 结 方 式 拼 装 ， 使 构 件 的 强 度 、 刚 度 和 可 靠 性 得 到 提高 。 这 些 都 对 加 工 装 备 提 出 了 高 速 、 高 精 和 高 柔 性 的 要 求 。从 EMO2001 展 会 情 况 来 看 ， 高 速 加 工 中 心 进 给 速 度 可 达 80m/min，甚 至 更 高 ， 空 运 行 速 度 可 达 100m/min 左 右 。 目 前 世 界 上 许 多 汽 车 厂 ， 包 括我 国 的 上 海 通 用 汽 车 公 司 ， 已 经 采 用 以 高 速 加 工 中 心 组 成 的 生 产 线 部 分 替 代组 合 机 床 。 美 国 CINCINNATI 公 司 的 HyperMach 机 床 进 给 速 度 最 大 达60m/min， 快 速 为 100m/min， 加 速 度 达 2g， 主 轴 转 速 已 达 60000r/min。加 工 一 薄 壁 飞 机 零 件 ， 只 用 30min， 而 同 样 的 零 件 在 一 般 高 速 铣 床 加 工 需3h， 在 普 通 铣 床 加 工 需 8h； 德 国 DMG 公 司 的 双 主 轴 车 床 的 主 轴 速 度 及 加速 度 分 别 达 12*!000r/mm 和 1g。在 加 工 精 度 方 面 ， 近 10 年 来 ， 普 通 级 数 控 机 床 的 加 工 精 度 已 由 10m提 高 到 5m， 精 密 级 加 工 中 心 则 从 3 5m， 提 高 到 1 1.5m， 并 且 超 精密 加 工 精 度 已 开 始 进 入 纳 米 级 (0.01m)。在 可 靠 性 方 面 ， 国 外 数 控 装 置 的 MTBF 值 已 达 6 000h 以 上 ， 伺 服 系统 的 MTBF 值 达 到 30000h 以 上 ， 表 现 出 非 常 高 的 可 靠 性 。为 了 实 现 高 速 、 高 精 加 工 ， 与 之 配 套 的 功 能 部 件 如 电 主 轴 、 直 线 电 机 得到 了 快 速 的 发 展 ， 应 用 领 域 进 一 步 扩 大 。2. 5 轴 联 动 加 工 和 复 合 加 工 机 床 快 速 发 展采 用 5 轴 联 动 对 三 维 曲 面 零 件 的 加 工 ， 可 用 刀 具 最 佳 几 何 形 状 进 行 切 削 ，不 仅 光 洁 度 高 ， 而 且 效 率 也 大 幅 度 提 高 。 一 般 认 为 ， 1 台 5 轴 联 动 机 床 的效 率 可 以 等 于 2 台 3 轴 联 动 机 床 ， 特 别 是 使 用 立 方 氮 化 硼 等 超 硬 材 料 铣 刀 进行 高 速 铣 削 淬 硬 钢 零 件 时 ， 5 轴 联 动 加 工 可 比 3 轴 联 动 加 工 发 挥 更 高 的 效益 。 但 过 去 因 5 轴 联 动 数 控 系 统 、 主 机 结 构 复 杂 等 原 因 ， 其 价 格 要 比 3 轴联 动 数 控 机 床 高 出 数 倍 ， 加 之 编 程 技 术 难 度 较 大 ， 制 约 了 5 轴 联 动 机 床 的发 展 。当 前 由 于 电 主 轴 的 出 现 ， 使 得 实 现 5 轴 联 动 加 工 的 复 合 主 轴 头 结 构 大为 简 化 ， 其 制 造 难 度 和 成 本 大 幅 度 降 低 ， 数 控 系 统 的 价 格 差 距 缩 小 。 因 此 促进 了 复 合 主 轴 头 类 型 5 轴 联 动 机 床 和 复 合 加 工 机 床 （ 含 5 面 加 工 机 床 ） 的发 展 。在 EMO2001 展 会 上 ， 新 日 本 工 机 的 5 面 加 工 机 床 采 用 复 合 主 轴 头 ，可 实 现 4 个 垂 直 平 面 的 加 工 和 任 意 角 度 的 加 工 ， 使 得 5 面 加 工 和 5 轴 加 工可 在 同 一 台 机 床 上 实 现 ， 还 可 实 现 倾 斜 面 和 倒 锥 孔 的 加 工 。 德 国 DMG 公买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985VIII司 展 出 DMUVoution 系 列 加 工 中 心 ， 可 在 一 次 装 夹 下 5 面 加 工 和 5 轴 联 动加 工 ， 可 由 CNC 系 统 控 制 或 CAD/CAM 直 接 或 间 接 控 制 。 3. 智 能 化 、 开 放 式 、 网 络 化 成 为 当 代 数 控 系 统 发 展 的 主 要 趋 势21 世 纪 的 数 控 装 备 将 是 具 有 一 定 智 能 化 的 系 统 ， 智 能 化 的 内 容 包 括 在 数控 系 统 中 的 各 个 方 面 ： 为 追 求 加 工 效 率 和 加 工 质 量 方 面 的 智 能 化 ， 如 加 工 过程 的 自 适 应 控 制 ， 工 艺 参 数 自 动 生 成 ； 为 提 高 驱 动 性 能 及 使 用 连 接 方 便 的 智能 化 ， 如 前 馈 控 制 、 电 机 参 数 的 自 适 应 运 算 、 自 动 识 别 负 载 自 动 选 定 模 型 、自 整 定 等 ； 简 化 编 程 、 简 化 操 作 方 面 的 智 能 化 ， 如 智 能 化 的 自 动 编 程 、 智 能化 的 人 机 界 面 等 ； 还 有 智 能 诊 断 、 智 能 监 控 方 面 的 内 容 、 方 便 系 统 的 诊 断 及维 修 等 。为 解 决 传 统 的 数 控 系 统 封 闭 性 和 数 控 应 用 软 件 的 产 业 化 生 产 存 在 的 问 题 。目 前 许 多 国 家 对 开 放 式 数 控 系 统 进 行 研 究 ， 如 美 国 的 NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、 欧 共 体 的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、 日 本 的OSEC(Open System Environment for Controller)， 中 国 的 ONC(Open Numerical Control System)等 。 数 控 系 统 开 放 化 已 经 成 为 数 控 系 统 的 未 来 之路 。 所 谓 开 放 式 数 控 系 统 就 是 数 控 系 统 的 开 发 可 以 在 统 一 的 运 行 平 台 上 ， 面向 机 床 厂 家 和 最 终 用 户 ， 通 过 改 变 、 增 加 或 剪 裁 结 构 对 象 （ 数 控 功 能 ） ， 形成 系 列 化 ， 并 可 方 便 地 将 用 户 的 特 殊 应 用 和 技 术 诀 窍 集 成 到 控 制 系 统 中 ， 快速 实 现 不 同 品 种 、 不 同 档 次 的 开 放 式 数 控 系 统 ， 形 成 具 有 鲜 明 个 性 的 名 牌 产品 。 目 前 开 放 式 数 控 系 统 的 体 系 结 构 规 范 、 通 信 规 范 、 配 置 规 范 、 运 行 平 台 、数 控 系 统 功 能 库 以 及 数 控 系 统 功 能 软 件 开 发 工 具 等 是 当 前 研 究 的 核 心 。网 络 化 数 控 装 备 是 近 两 年 国 际 著 名 机 床 博 览 会 的 一 个 新 亮 点 。 数 控 装 备的 网 络 化 将 极 大 地 满 足 生 产 线 、 制 造 系 统 、 制 造 企 业 对 信 息 集 成 的 需 求 ， 也是 实 现 新 的 制 造 模 式 如 敏 捷 制 造 、 虚 拟 企 业 、 全 球 制 造 的 基 础 单 元 。 国 内 外一 些 著 名 数 控 机 床 和 数 控 系 统 制 造 公 司 都 在 近 两 年 推 出 了 相 关 的 新 概 念 和 样机 ， 如 在 EMO2001 展 中 ， 日 本 山 崎 马 扎 克 （ Mazak)公 司 展 出 的“CyberProduction Center”（ 智 能 生 产 控 制 中 心 ， 简 称 CPC)； 日 本 大 隈（ Okuma） 机 床 公 司 展 出 “IT plaza”（ 信 息 技 术 广 场 ， 简 称 IT 广 场 )； 德 国西 门 子 (Siemens)公 司 展 出 的 Open Manufacturing Environment（ 开 放 制造 环 境 ， 简 称 OME） 等 ， 反 映 了 数 控 机 床 加 工 向 网 络 化 方 向 发 展 的 趋 势 。4. 重 视 新 技 术 标 准 、 规 范 的 建 立（ 1） 关 于 数 控 系 统 设 计 开 发 规 范买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985IX如 前 所 述 ， 开 放 式 数 控 系 统 有 更 好 的 通 用 性 、 柔 性 、 适 应 性 、 扩 展 性 ，美 国 、 欧 共 体 和 日 本 等 国 纷 纷 实 施 战 略 发 展 计 划 ， 并 进 行 开 放 式 体 系 结 构 数控 系 统 规 范 (OMAC、 OSACA、 OSEC)的 研 究 和 制 定 ， 世 界 3 个 最 大 的 经济 体 在 短 期 内 进 行 了 几 乎 相 同 的 科 学 计 划 和 规 范 的 制 定 ， 预 示 了 数 控 技 术 的一 个 新 的 变 革 时 期 的 来 临 。 我 国 在 2000 年 也 开 始 进 行 中 国 的 ONC 数 控 系统 的 规 范 框 架 的 研 究 和 制 定 。（ 2） 关 于 数 控 标 准数 控 标 准 是 制 造 业 信 息 化 发 展 的 一 种 趋 势 。 数 控 技 术 诞 生 后 的 50 年间 的 信 息 交 换 都 是 基 于 ISO6983 标 准 ， 即 采 用 G， M 代 码 描 述 如 何（ how） 加 工 ， 其 本 质 特 征 是 面 向 加 工 过 程 ， 显 然 ， 他 已 越 来 越 不 能 满 足 现代 数 控 技 术 高 速 发 展 的 需 要 。 为 此 ， 国 际 上 正 在 研 究 和 制 定 一 种 新 的 CN