CW6163普通车床半闭环数控改造设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 毕业设计 说明书 通车床半闭环数控改造设计【月底】 学 生 班 级 学 号 指导教师 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 本次设计是对 机床数控化进给系统的改造 的 设计 。 在这里 主要包括 :主传动系统的 设 计 、 纵向 进给系统的 设计 、 横向 进给系统的 设计 。 而我主要是针对 横向 进给系统的设计 纵向 进给系统 进行机械 设计 。 这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件 。 数控 设计 主要传动系统的机械 设计 。由于对经济型 机床数控化改造 的加工精度要求不高，为简化结构、降低成本。通过控制横进给系统，保证 设计 后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能。为实现机床所要求的 传动效率 ，采用步进电机经 联轴器 再传动丝杠；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝 杠螺母副。 关键词： 车床 ， 数控 设计 ， 联轴器 ， 滚珠丝杠 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is C. of of at on of to a NC is a of of NC it is to By it of of we us a To a of a is , 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . . 录 . 1 章 概述 . 1 内外数控机床发展的历史和现状 . 1 控机床发展趋势和研究方向 . 2 通机床的数控化改造的必要性 . 8 第 2 章 车床数控改造总体方案的制订及比较 . 12 控机床工作原理及组成 . 12 控部分的设计改造 . 12 统的运动方式与伺服系统的选择 . 13 算机系统 . 13 械传动方式 . 13 动方式的确定 . 13 统的选择 . 14 构传动方式的确定 . 14 机的选择 . 14 体方案框图 . 14 第 3 章 纵向进给伺服进给结构设计 . 15 通车床参数 . 15 算切削力 . 15 杆螺母副的计算和造型 . 16 轮传动比计算 . 19 进电机的计算和选型 . 20 轨的特点 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轨的设计 . 25 第 4 章 横向进给伺服进给结构设计 . 28 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 28 大工作载荷的计算 . 28 大动载荷的计算 . 28 珠丝杠螺母副的选型 . 29 珠丝杠副的支承方式 . 29 动效率的计算 . 29 度的验算 . 30 定性校核 . 30 界转速的验证 . 31 给伺服系统传动计算 . 31 定传动比 . 31 轮参数的计算 . 31 进电机的计算和选用 . 31 动惯量的计算 . 31 机力矩的计算 . 33 进电机的选择 . 35 第 5 章 数控系统硬件电路设计 . 37 控车床及数控系统概述 . 37 床主机 . 37 动装置 . 37 助装置 . 38 控装置系统 . 38 程装置 . 39 机控制系统硬件电路设计 . 39 制系统的功能要求 . 39 件电路的组成 . 39 板机控制系统的设计 . 40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 硬件配置 . 40 贮器空间分配 . 40 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 概述 内外数控机床发展的历史和现状 数控技术，简称数控（ 即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关 的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。 发展历史 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。 1949年，该公司与美国麻省理工学院 (始共同研究，并于 1952 年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。 1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心 ( 使数控装置进入了第二代。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统 (简称 又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统 (简称 使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置 (简称 这是第五代数控系统。 20 世纪 80 年代初， 随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20 世纪 90 年代后期，出现了 能数控系统，即以 为控制系统的硬件部分，在 上安装 种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 现在，数控技术也叫计算机数控技术（ 称：目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这 种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。数控技术是制造业信息化的重要组成部分。 发展途径 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当 大的进步。特别是在通用微机数控领域，以 台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。 为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控 整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。 控机床发展趋势和研究方向 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（ 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，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 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（ 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 会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/至更高，空运行速度可达 100m/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 床进给速度最大达 60m/速为 100m/速度达 2g，主轴转速已达 60000r/工一薄 壁飞机零件，只用 30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 2*1000r/g。 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 10 m，精密级加工中心则从 3 5 m，提高到 1m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级 (m)。 在可靠性方面，国外数控装置的 已达 6 000h 以上，伺服系统的 0000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。五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，加之编程技术难度买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 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 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 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 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 欧共体的日本的 中国的 。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，也是实现新的制买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 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 本山崎马扎克（ 司展出的“ 智能生产控制中心，简称 日本大隈（ 床公司展出“ IT 信息技术广场，简称 ；德国西门子 (司展出的 放制造环境 ，简称 ，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 数控技术 （ 1）关于数控系统设计开发规范 ：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 (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 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 准，即采用 G， M 代码描述如何（ 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 其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 出现可能是数控技术领域的一次革命， 对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先， 出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中， 工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下， 序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次， 控系统还可大大减少加工图纸（约 75%）、加工程序编制时间（约 35%）和加工时间（约50%）。 目前，欧美国家非常重视 研究，欧洲发起了 划(参加这项计划的有来自欧洲和日本的 20 个户、厂商和学术机构。美国的 司是全球范围内买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型 (其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了 数控系统技术的突飞猛进为数控机床的技术进步提供了条件。为了满足市场的需要，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的发展主要体现 为以下几方面技术特征： 1高速、高效 机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。 20 世纪 90 年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元 (电主轴，转速 15000 100000r/高速且高加 /减速度的进给运动部件 (快移速度 60120m/削进给速度高达60m/高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突 破，达到了新的技术水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加 /减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统 (含监控系统 )和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，为开发应用新一代高速数控机床提供了技术基础。 目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到 50008000m/上；主轴转数在 30000 转 /分 (有的高达 10 万 r/上；工作台的移动速度 (进给速度 )：在分辨率为 1 微米时，在 100m/的到 200m/上，在分辨率为 ，在 24m/上；自动换刀速度在 1 秒以内；小线段插补进给速度达到12m/ 2高精度 从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级 (以满足要求，但从表中看出 130进电机最高 空载起动频率为 3000能满足333要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件开降速程序来解决。 (2) 校核步进电机转矩 前面所初步电机的转矩计算，均为估算，初迭之后，应该进行校核计算。 效转动惯量计算 计算简图如前（ a）所示，根据综合作业指导书表 3动系统计算到电机轴上的总的转动惯量 J=1J 2)(21 2J 2)2( 0L) 步进电机转子转动惯量（ 1J . 2J 矢轮 转动惯量（ 滚珠丝杆转动惯车（ 参考同类型机床，初步反应式步进电机 作台质量折算到电机轴上的转动惯量： (w ()280 轮转动惯量： 0=2 0=杆传动惯量： 0 4140=机转动惯量很小，可以忽略。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 因此，总的转动惯量： 21i (2)+4 = kg1) 所需转动力矩计算。 快速空载启动所需力矩： m a 式中：空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩 折算到电机轴上的摩擦力矩 由于丝杆预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩 切削时折算到电机轴上的加速度力矩 折算到电机轴上的切削负载力矩 a ，i n/ 0