CK6163纵向进给系统设计【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 业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目： 向进给系统设计 设计 (论文 )的基本内容： （ 1） 滚珠丝杠螺母副结构设计 （ 1） （ 2） 减速箱结构设计 （ 1） （ 3） 控制系统硬件电路原理设计 （ 1） （ 4） 纵向进给系统总装配图设计 （ 1） （ 5） 编写设计说明书 一份 （ 6） 外文科技文献翻译 毕业设计（论文）专题部分： 题目： 设计或论文专题的基本内容： 学生接受毕业设计（论文）题目日期 第 1 周 指导教师签字： 2015 年 4 月 *日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 向进给系统设计 摘要 数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的 性制造系统、计算机集成制造系统等，都是建立在数控技术基础上的。同时，数控技术也关系到国 家战略地位，是体现国家综合国力水平的重要基础性产业核心因素之一，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志。 实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向 。 推广和应用数控技术是我国机械制造行业的一项重要的战略任务。数控机床的生产准 备时间短，所制成的零件重复精度高，对改变零件设计的适用性强，夹具成本低，加工形状复杂的零件时准确可靠。因此，数控机床在现阶段以及以后的一段时间将占据重要地位。 本题目是数控车床 纵向进给系统设计 。 首先根据典型工艺数据，结合拟定参数，确定传动方案。对传动系统主要结构 进行设计，包括选择滚珠丝杠螺母副和减速箱体的机构设计，从而完成整个进给系统机械结构设计。 然后，通过计算选择步进电机 ，驱动滚珠丝杠运动，从而带动工作台运动。基于 步进电机的控制系统设计，使电机实现正反转，快速正反转功能，保 证对传动系统的控制要求，从而完成整个进给系统的设计。 关键词 ： 数控机床， 滚珠 丝杠 ， 步进电机，单片机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is of in on of At is to of a it is of to of a of is of of a s of NC of is a in NC no to to of C NC an in at a of in is of of be to of of so as to of of by In to of of so to or or of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 目 录 任务书 . i 中文 摘要 . . 1 章 绪论 . 1 控机床的发展历史与现状 . 1 展数控机床的必要性 . 2 控机床的结构与特点 . 3 控机床的发展方向 . 5 第 2 章 设计任务与方案确定 . 7 计任务 . 7 计技术参数 . 7 体方案的确定 . 7 第 3 章 机械传动设计计算 . 9 算内容及步骤 . 9 珠丝杠设计计算 . 9 削力的计算 . 9 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 10 珠丝杠螺母副的验算 . 11 进电机的计算与选型 . 13 进电机选型 . 14 动比的确定 . 14 动惯量的计算 . 15 进电机转矩校核 . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 进电机性能校核 . 17 珠丝杠的预紧和消隙 . 18 第 4 章 控制系统硬件电路设计 . 20 控系统硬件基本组成 . 20 件设计方案确定 . 21 片机介绍 . 22 介 . 22 片机的引脚介绍 . 23 编程 I/O 接口芯片扩展 . 25 279 介绍 . 26 279 的结构 . 26 279 的命令字 . 27 形分配器 绍 . 31 序设计 . 34 序流程图 . 34 序 . 36 第 5 章 环保性与经济性分析 . 41 济性分析 . 41 保性分析 . 41 第 6 章 结论 . 43 参考文献 . 44 结束语 . 46 附录 外文文献翻译 . 47 外文原文 . 47 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 中文翻译 . 54 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 第 1 章 绪论 控机床的发展历史与现状 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 1。 数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等 。 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。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，于是提出计算机控制机床的设想。 1949 年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件； 1959 年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降； 1960 年以后，较为简单和经济的点位控制数控 钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。 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。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的 1/20，价格降低了 3/4，可靠性也得到极大的提高。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 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。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程 1。 展数控机床的必要性 在机械加工过程中，经常要用到加工批量不大、改型频繁 、精度要求高、形状复杂的一类零件。据统计，单件和中、小批量零件的加工约占机械加工总量的 80%以上。如何解决这类产品的自动化加工呢？显然，一般自动化机床已不适应这类加工，因为一般自动化机床往往用凸轮或其他专门机构来控制机床进行加工。当零件尺寸改变时，必须重新更换凸轮或靠模，调整尺寸，才能重新加工。重新调整的工作量非常大，同时也不经济。另外，对于那些形状十分复杂的零件，通常的自动化加床也无能为力。针对这些问题，数控机床的迅速发展，为解 决这类零件加工提供了良好的途径，为机械工业的发展做出了卓越的贡献。 相比较于普通机床，数控机床有着如下优点： 1） 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 2） 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3 7 倍。 由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可 实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了 柔性自动化 。 3） 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要 修配 。 4） 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 5） 由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求 做 出快速反应等等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 控机床的结构与特点 数字程序控制机床（数控机床）是近 20 年来综合应用了计算技术、自动控制、精密测量和机床结 构设计等各个技术领域里的最新技术成就而发展起来的一种既具有广泛的通用性，又具有很高的自动化程度的完全新型的机床。 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。 数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点 之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。 连续轨迹控制 (或称轮廓控制 )能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中 始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。 常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长 磁栅 。 为了保证机床具有很 大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。 由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程 序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性4。 数控机床加工时，既能控制机床的动作次序，又能控制机床运动部件的移动量，其工作过程如下图 示： 图 控机床加工过程 目前，在市场上已见不到普通的数控机床（ 取而代之的是计算机数控机床（ 发展。计算机数控是将通用的小型或微型计算机装入数控机床的控制柜，再适当增加借口电路及输入、输出装置（如荧光屏等），用以替代数控机床系统控制柜中的专用电子计算装置。计算机数控系统不仅比原来的数控系统使用 范围广、功能全，而且还有相当大的通用性，改善了对机床操作的控制。计算机数控系统大买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 致有以下一些特点： 1） 用存储的软件实行控制，代替普通数控的硬件控制； 2） 有存储零件程序和修改零件程序的功能。可以在 统存储器中划出一部分可读可写的存储器存放零件程序，而且还可以通过利用 统软件的编辑功能来修改零件程序； 3） 有诊断故障功能。 统具备了用软件查找故障的功能； 4） 可以用软件取代机床的继电器控制。可使机床的全部动作全由软件加以控制和监视，提高了速度，可靠性和可变适应性； 5） 可以提高编程效率； 6） 有保护零件的能力，可以实现输入数据的正确性，监视数据在机床上的执行情况。 控机床的发展方向 目前，数控机床正在以下几个方面得到发展： （ 1） 使数控机床标准化、系列化，以进一步提高数控装置的可靠性，降低其生产时间和生产成本； （ 2） 发展简易数控装置 。虽然简易数控装置机能较少，但一般由于其使用简单、维护方便、价格低廉，在普通零件的中、大批量生产中也可以采用； （ 3） 自适应控制数控机床。它能在加工过程中，随切削加工的参数变动，自动的调整进给量、切削量等，使机床和刀具都在较佳状态下工作，工作效率大大提高，并能保证零件 得到更好的精度和光洁度； （ 4） 分布式 控制（ 用一台计算机直接控制多台数控机床，或控制整个零件的加工生产过程； （ 5） 自动编制程序。为了减轻人工编程的劳动强度，提高程序编制的效率与减少错误，出现了用电子计算机自动编制程序。 计算机数控机床（ 有 20 多年历史，最初阶段，主要是采用通用机床进行改装的方法，例如把普通车床、铣床、钻床及镗床改造成数控车床、数控铣床、数控钻床及数控镗床等。但随着技术的发展，由通用机床改为数控机床存在着一些严重的弱点，例如机床刚度不足 ，滑动面的摩擦阻力太大，传动元件中存在间隙等问题 越来越突出地暴露出来。由于在数控机床上进行加工不能象在普通机床上加工那样，可以用人工的手买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 工操作来弥补上述因素对加工零件的精度影响，故对于数控机床几乎在任何方面都要求比通用机床设计得更完善，制造得更精密。因此数控机床已由改装通用机床逐步发展到专门为满足数控要求而设计的新的数控机床。在这过程中，对机床的结构设计起了很大的推动作用，从通用机床的基础上逐渐发展了不少完全新颖的结构和原件，这些变动，大致体现在下列几个方面： 1） 采用了刚度和抗震性较好的机床新结构； 2） 采用了无间隙的齿轮传动副，以消除传动装置反向时的 空程死区； 3） 采用了传动效率很高的精密滚珠丝杠 螺母副等传动元件； 4） 采用了摩擦系数很低的滚动导轨或静压导轨，提高机床运动灵敏性； 5） 采用了增大功率的电机和先进刀具，以提高切削用量； 6） 采用了多主轴、多刀架结构，以提高单位时间内的切削效率； 7） 采用了自动换刀和自动更换工件的装置，以减少停机时间； 8） 采用了自动排屑，自动润滑装置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 第 2 章 设计任务与方案确定 计任务 本 设计任务是进行 向进给系统设计。利用微型计算机（单片机）对纵向进给系统 进行开环控制，对纵向进给系统进行数控化设计。驱动系统采用 列步进电机，传动系统采用滚珠丝杠。 计技术参数 最大加工直径 在床面上 630床鞍上 350大加工长度 2900进速度 纵向 大切削进给速度 纵向 板及刀架重力 纵向 1200N 最小指令值（脉冲当量） 纵向 冲 机床定位精度 体方案的确定 参照数控车床进给系统设计经验及有关资料确定总体方案是：由微型计算机（单片机）进行数据计算、程序运行，然后经 I/O 借口输出步进 脉冲，经过硬件环分器、驱动芯片，驱动步进电机动作，通过联轴器直联驱动滚珠丝杠，从而带动工作台实现纵向进给。如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 图 体设计方案 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 第 3 章 机械传动设计计算 算内容及步骤 本节只对纵向进给系统的滚珠丝杠，步进电机进行计算与选择。采用由系统 左端相系统右端 步骤进行计算与选择。见图 图 计计算内容 珠丝杠设计计算 削力的计算 车床主切削力 文献 6） （ 3 式中： 在车床床面上加工的最大直径（ ，已知 30 代入 公式 （ 3，得 1 0 5 9 56 3 m a x 走刀方向切削分力 垂直走刀方向的切削分力 按以下比例求出： x: 649N, 238N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 珠丝杠螺母副的计算和选型 （ 1） 计算进给牵引力 文献 6） （ 3 式中： 走刀方向切削分力（ N）； 主切削力（ N）； G 为移动部件重力（ N）； K 和 f为分别为考虑颠覆力矩影响的实验系数和导轨上的摩擦系数，取 K=f= 代入 公式 （ 3，得 1 51 2 0 01 0 5 9 4 （ 2）计算 最大动载荷 C（见文献 6） （ 3 式中： L 为工作寿命，61060 ； n 为丝杠转速（ r/01000 L ； v 为最大切削力条件下的进给速度，可取最高进给速度的 1/21/3， a x ，取 v= 丝杠基本导程，初取 t 为额定使用寿命，取 t=15000h； 运转状态系数，取 滚珠丝杠工作载荷 m 0 01 0 0 00rL 5 00 6 h 将上面结果代入公式（ 3，得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - （ 3）计算 最大静载荷 文献 6） 0（ 3 式中： 静态安全系数，取 丝杠工作载荷（ N） 。 代入 公式（ 3，得 2 1 初选 珠丝杠螺母副 称直径 d=50杠取 5 级精度 该型号的丝杠为外循环插管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式的滚珠丝杠副。 该型号滚珠丝杠额定动载荷 ： a 1 9 3 4 22 1 2 5 0 额定静载荷 ： 2 37 4 6 0 0 0 （ 4） 滚珠丝杠传动效率 （见文献 6） tg 3 式中： 为丝杠螺旋升角，由丝杠型号查出， 112 ； 为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 f=摩擦角约等于 10 。 代入公式（ 3算，得 0112( 112 珠丝杠螺母副的验算 （ 1）刚度验算 1） 丝杠的拉压变形量 1 （见文献 6） （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 式中： 1 为在工作载荷 用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量（ 丝杠工作载荷（ N）； L 为滚珠丝杠在支承间的受力长度 （ ，滚珠丝杠工作长度为 2900 考虑两端安装轴承，左右支撑的中心距离约为 3150 E 为材料弹性模量，对刚 E=104 A 为滚珠丝杠按内径确定的横截面积 ( 代入式（ 3计算 F m 0 4 4 2 5 1 52412） 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 （见文献 6） 3 3 式中： 滚珠直径， =Z圆数列数； Z 为一圈滚珠数，； 滚珠丝杠的公称直径 ( 预紧力 (N)； 滚珠丝杠工作载荷 (N)。 Z= Z圆数列数 =2 1=198 8153131 将上面各结果代入式（ 3进行计算 3 22 滚珠丝杠有预紧力，且 预紧力为轴向工作载荷的 1/3， 2 值可减少一半左右 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 3） 丝杠副刚度的验算 丝杠的总变形量 9 2 4 9 7 4 2 丝杠有效行程为 29005 级精度滚珠丝杠有效行程在 25003150，行程