X6132经济型数控改造设计(垂向改造)【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 目 录 一、 设计任务书 1 二、 数据准备 2 三、 总体方案的拟定 3 四、 步进电机和滚珠丝杠副的选取计算 6 五、改造后传动机构的性能分析 14 六、双片齿轮错齿法 16 七、部分控制软件的框图 17 八、工艺程序段 18 九、设计体会 20 参考资料 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 一、 毕业设计任务书 1、毕业设计的目的 通过毕业设计，学习了系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深时所学知识的理解，并且通过毕业设 计的实践扩大和补充了知识，使认识提高到一个新的水平，通过毕业设计的实践，培养了调查研究的习惯和工作能力，练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择设计计算公式，正确计算，并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果，通毕设计，不但提高了解决具体问题的独立工作能力，具体动脑动手能力，而且建立了正确的设计和科研思想，加强了科学性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。 2、毕业设计的课题 、卧式升降台铣床的数控改造 （）、拟定方案：根据加工零件的精度、生产率、批量，分析应采用的数控系统、伺服系统实施方案 的合理性。 （）、设计内容： 铣床（或或）坐标机械伺服机构的设计计算，绘制装配图。 数控系统框图及硬件电路接线图的设计与绘制。 用软件实现串行数据通讯程序的设计。绘图工作量不少于 0 图示张，设计计算书一份。 、设计时间安排 设计阶段的任务包括方案设计、图纸设计和编写技术文件等。总设计时间为周。其中： 方案设计时间约周（包括查资料） 计算及图纸设计时间约周 编写技术文件约周 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 二、数据准备 、机床数据： 进给电机 工作台最大拖力 1500 工作台最大承载重量500作台快速进给量 垂 = 横 = 纵=2300mm/ 工作台行程： 纵 800 横 300 垂 400最大回转角度（ 45。 ） 工作进给量：纵横向 10 1000mm/向 333mm/ 机床设计图册 、工艺数据： 通用机床由于工艺范围广，在同一台机床上常用不同材料刀具对不同材料和尺寸的工件进行多种加工，故取具有代表性的典型加工条件为计算依据。通常以加工量最大的钢料或铸件 为工件材料，硬质合金或高速钢为刀具材料，选取用该机床上用得最多的常用工序或极限加工工序及与此相应的切削用量。 结合本次改造，选取加工材料为 平板凸轮的加工工艺。 刀具： 粗齿圆柱铣刀：孔径 27径为 63取 63 前角 。 为 15。 ，后角 。 为 12。 ， 螺旋角 为 45。 ，齿数为 6 切削用量： 铣削铸铁铣前深度 t 取 t 进给量：粗齿圆柱铣刀，在加工铸铁装夹系统刚性一般，机床功率 条件下，取每齿进给量 米齿，取 米齿 金属切削手册 (第二版，上海市金属切削技术协会编 ) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 三、总体改造方案 采用微机对数据进行计算处理，由 I/O 接口输出泳冲，经光电隔离电路，功率放大到步进电机，再齿轮减速，带动滚珠丝杠转动。从而实现 X、 Y、 Z 方向的进给运动。总体设计示意图如下所示： 光电隔离功率放大步进电机光电隔离功率放大步进电机脉冲发生器光电隔离功率放大步进电机横向工作台升降台纵向工作台整形电路整形电路整形电路结合实际工作量，本次数控改造只涉及进给系统的数控改造，对于主轴部分不予考虑。数改过程中，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小，调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。滚珠丝杠作 为当代数控机床进给的主要传动机构，以其寿命长、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的重要配套部件，并已实现了标准化、通用化和商品化。为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。 （）、伺服驱动 ：在我国设备数控改造的一段时间里，较多采用步进电机作为伺服驱动元件，步进电机是一种特殊结构的电机，它利用通电激磁绕组产生反应力矩：将脉冲电信号的能量转换为机械位移的机电执行元件。当激磁绕组每产生一定规律获得分配脉 冲时，步进电机的转子就转动。转了转过的角度与输入的脉冲个买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 数具有较严格的比例关系，而且转动与输入脉冲在时间上同步，因此可以利用这些特点控制运动的速度和位移量。 由于步进电机容易丢步，启动频率低，工作频率也不够高，低频时振动大，有时还自激振荡，且没有过载能力，当工作条件变动时，可能造成失误，因此步进电机多用于负载较小、负载变化不大或要求不太高的经济型简易型数控设备中。 开环伺服是由步进电机和机械传动装置组成的开环式控制系统。由于没有位置检测及反馈装置，就必须使其机械传动装置在任何时刻、任何情况下均能严格跟随步进 电机的运动而运动。然而实际上，在机械传动装置的输入与输出之间总会有误差存在的。这误差的产生，除了有一部分是由传动链的传误差（如丝杠螺距累积误差）引起的之外，还有一部分是由于传动系统的动力参数（如传动刚度、移动件惯量、导轨摩擦力、间隙、速度阻尼等）产生的。这部分误差在设计开环伺服进给系统中必须予以注意。它包括三部分： 、启动或反向时的死区误差： 、由于传动刚度的变化引起的定位误差： 、运动时的动态误差。 （）、数控装置： 数控装置的选择也有多种方案，可以全部自行设计制作，可以来用单板机或模块改制 等，工厂中一般多采用以下两种方法： 一种情况是所需的功能和要求有现成的数控装置可以满足，这时绝大多数都采取买现成产品的方案，因为自行设计制作不但费时间，投资也不一定能省，往往是投资更多，而且质量也不容易保证的，另一种情况是买不到现成产品来实现有些特殊功能，这时大多采取买性价比尽量高的性能接近的装置，然后自行补充或改造，至少也是买模块或工控机，单板机来制作，很少全部自行设计制作，对于我们所需的数控装置，除了直接能进行渐开线插补这一条功能外，其它没有特殊的功能要求，市场上可以有很多种型号的铣床数控装置供选 择，因此直接选用市场上现成的装置切合实际，可以加快改造步伐，适合生产需要，但是作为毕业设计，也需对其结构、原理。控制方式等有新了解。能提出自己的处理办法，即设计方案。 根据所选方案确定选用国产的经济数控系统 ，控制轴数 X、，联动轴数任意二轴，生产厂家：南京微分电机厂江南机床数控工程公司。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 经济型数控装置选用步进电机驱动的开环数控装置。 （）、其它电气装置 在经济型数控改造中，还需要结合数控装置和伺服驱动的特点配其它电气装置，包括强弱电信号的变换，传输或必要的处理，其中对输入输出接口部分还 要考虑是否有隔离，屏蔽的要求 ，此外，还要配置所需要的电源，各种保护电路等辅助电路。步进电机性能参数和安装尺寸要符合 3 或 规定。连接方式：控制柜（箱）与机床，柜（箱）与电机之间的电气连接应采用插头插座或接线盒型，连接线应有金属软管保护，并应按符合 85， 85， 85 有关章节规定和 80 中 定 （）、机械部分： 在设备的数控化改造中，虽然中心工作是数控部分，涉及较多的是微机但如果忽视了机械方面的要求而只是按 数控方面的要求来进行相应的改动，或者在改造设计中制造不合理的装运，结果会给数控化改造带来意想不到的不良后果，甚至是失败。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 五、 步进电机和滚珠丝杠的选取计算 1切削力的计算 (ap ae af z。 d。 n。 )k 式中： 切削深度（ 切削宽度（ 每齿进给量 （ mm/z） z。 刀齿数 d。 刀具公称直径 n。 刀具每分钟转数 k。 与刀具材料，切速，工件材料，刀具几何参数，刀具磨损状态等有关的综合修正系数。 结合本次改造： c z 中： C c 铣削力系数 取 282 铣削深度（即被加工表面的宽度，同时加工个工件 ,每个工件厚度为 10深度为 50 每齿进给量 取 z 铣削宽度（即被切削金属层的深度） 取 6mm 铣刀公称直径 取 63mm z 刀齿数 取 铣削力修正系数且： 工件材料系数 取 (90) 前角系数 取 82 50 6 (200/190)可求出 : 000N 金属切削刀具表 4 8 . 4 9 滚珠丝杠副的计算 垂向切削分力 按经验公式： z= 200N 故： 向切削分力 按经验公式： z= 100N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 首先确定传动级数为 3。考虑到垂向进给机构中采用锥齿传动，在机床中的锥齿轮传动齿数 比通常在 1 间，尤其是传动比为的正交等比传动用得最多。结合本次改造选这级 传动比也为。 横向切削分力 按经验公式： (2)丝杠工作时轴向压力 F 轴 的计算： 铣削条件下： 在插补平面内合力 y)1/2 铣削一周平均铣削力 取 2 ，铣削时丝杠轴向压力 F 轴 ： F 轴 = ( 式中： 考 虑到颠覆力矩的影响系数 一般取 导轨当量摩擦系数。取 m 移动部件的质量 估计为 1000Kg g 重力加速度 取 3600N 轴 =3151N 机床设计手册第 3 分册 机床与液压 2000 年第 5 期 机床数控改造中进给系统滚珠丝杠副的选择 （ 3）滚珠丝杠副工作负荷的计算 ： 1 丝杠的转速： 数控改造多半 采用开环步进式伺服驱动系统，本次改造也采用步进电机驱动丝杠。 开环步进伺服进给系统的设计计算步骤： A 脉冲当量取 计算降速比。由于步进电机工作的特点是一个脉冲走一步，每一步均有一个加速过程，因而对负载惯量很敏感。为满足负载惯量尽可能小的要求 ，同时也为满足要求的脉冲当量，常采用齿轮降速传动。传动比： = S/360 式中： 步距角 S 丝杠螺距 初取 12 脉冲当量 各级传动比的确定： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 根据相关资料确定不同啮合对数时的最佳降速比： , , 今选齿轮 7, =54 ,4, =60,(机床上常用的锥齿轮齿数比为时有 22) 取 =40 。模数 m1=, 正交等比传动直齿锥齿轮的主要尺寸： 40, e=e= i=4234 机床设计手册 3 册 510 图 45 t，并计算电机力矩 ,再按步距角，电机力矩，允许的负载惯量等项要求来选取合适的步进电机。 惯量计算： 1+1 +J2+2 +J3+G/g(S/2 )2 式中： 机床设计手册 2 册 15 力矩计算： 快速空载启动时所需力矩： f 0 最大切削负载时所需力矩： f 0 t 快速进给时所需力矩： f 0 式中： 空载启动时折算到马达轴上的加速力矩 f 折算到马达轴上的摩擦力矩 0 由于丝杠预紧引起的折算到马达轴上的附加摩擦力矩 切削时折算到马达轴上的加速力矩 t 折算到马达轴上的切削负载力矩 丝 杠传动时 a , f , 0 , t 计算公式： a r 式中： r 折算到马达轴上的总惯量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 T系统时间常数 (s) 加速时间 50 (m)02 (102)1000/02 系统时间常数（系统时间常数表示线路在导通瞬间允许电流值上升的速率。时间常数越小，线路导通后电流上升越快，达到近似稳定值的时间越短；反之则越长） n 电机转速 当 n=计算 n=计算 at 切削时的转速 摩擦力矩 =() 10导轨摩擦力 （ )( ） S 丝杠螺距 齿轮降速比 传动链总效率 一般取 取 =2106N =加摩擦力矩 ： 2（ 10 式中： 滚珠丝杆预加载荷（ m） 为使预紧后的双螺母机构在正向传动链受力运行时其反向传动链仍保证无间隙出现，要求预紧力的数值应大于最大轴向载前的 1/3 倍。 1/3 F 轴 =1/33151= =1200N 丝杆螺距 传动链总效率 齿轮降速比 o 滚珠丝杆未预紧时的效率，一般取 削力矩 t： t 2 10 (N ) 式中： t进给方向的最大切削力 S丝机螺距（ 传动链总效率 取 齿轮降速比 初选步进电机： 130五相十拍分配方式 检验计算： (m)n/02 式中： 电机转动惯量 系统转动惯量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 M= f+ M=5。 26Mn 故可靠性好，稳定性好。 各类机床滚珠丝杠副的推荐精等级，本次改造垂向滚珠丝杠传动精度 传动精 度 故有如下关系式：其在不同载荷的变化状态下，有较好的自锁可靠性，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 但 值又不宜过大，否则造成向下摇动力 Q 下 过大以及超越离合器易磨损等弊端。这是考核垂向升降滚珠丝杠副结构是否合理的重要指标。所以从自锁条件方程不分析，附加摩擦力 满足上述方程并有足够的安全系数条件下取最小值。 此外，为使实际使用时能取得最佳效果和磨损后的补偿， 能方便地进行调节 和具有补偿机能。这是垂向升降丝杠副能否得到广泛应用的关键。本次改造中附加摩擦力可通过碟形弹簧调节，使之达到最佳自锁状态。碟形弹簧能自动补偿磨损，因此，确保了自锁性和摇动轻巧；同时，离合器通过 1： 传动减速比使离合器能以较小的阻尼去实现较大的控制力，从而延长使用寿命。 由以上的分析可知，改造成后的“可调阻尼式”垂向滚珠丝杠副传动机构，结构布局合理，具有摇动轻巧，自锁可靠，调节方便，寿命较长，及更新改装方便等多方面的优点。 六、双片齿轮错齿法调隙机构： 为了提高齿轮传动精度，需要设计齿轮消隙装置，采用二 片和三片齿轮错齿法。示意图如下所示： 1 - 拉 簧 2 、 6 - 凸 耳 3 - 调 节 螺 母4 - 锁 紧 螺 母 5 - 螺 钉 7 、 8 - 薄 片 齿 轮买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 该机构为自动补偿机构。相互啮合的一对齿轮中的一个做成两个薄片齿轮 7 和8，两薄片齿轮套在一起，彼此可作相对运动。两个齿轮的端面上，分别装有螺纹凸耳 2 和 6，拉簧 1 的一端钩在凸耳 6 上，另一端钩在穿过凸耳 2 通孔的螺钉 5 上。在拉簧的拉力作用下， 两面三刀薄片齿轮的轮齿相互错位，分别贴紧在与之啮合的齿轮左、右齿廓面上，消除了它们之间的齿侧间隙。拉簧的拉力大小可由螺母 3 调节。不过这种结构传动刚度较差，能传递的转矩较小。 七、部分数控系统控制软件的框图： 单板机控制的步进电机开环系统中，单板机负责插补运算并输出脉冲，步进电机为执行机构。控制中的核心，是由软件按加工要求对步进电机的运动方向，速度和转数实现控制。一是长控制，即把编程尺寸变为步进电机的步数；二是速度控制，一般用 时器，使其每隔一定时间发出一次中断，进行插补；三是方向控制，即正反转控制。一般软件有两种结构。一种是中断方式，即把插补输出作为中断程序；另一种是流水线式结构，即按插补加工的顺序来安排软件。中断方式软件结构框图如下 ： 开 始初始化程序启动初始化加工子程序返回错误取相应工件号，查表求首址，建立相应指针工件加工完，查X 、Y 是否回原点并显示买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 D 0 - 7D 0 - 7A S T 输 出方式（ 允 许中 断 ） 位 控方式（ 禁 止中 断 ）A 0 - 7R D Y 置 数Z 0Y 0X 0判零逻辑8 位 右 移 寄 存 器（ 最 高 位 D 端 接地）B 7 （进给方向）B 0 （进给速度）七位减法计数器 / T 0 去其它坐标轴 加 法 器（位置增重）分配器功率步进电机长度、速度、方向控 制 原 理 图八、凸轮加工程序 数控铣床铣削凸轮加工程序： 图示为压缩机壳焊接机上的仿形凸轮，凸轮曲线是四段圆弧构成，凸轮的上下两面和中心孔已加工好，现要在数控铣床上铣削凸轮的轮廓曲线，并一次铣削加工成形。 6190(72纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 以凸轮毛坯的中心孔为定位孔，将凸轮毛坯装到通用夹具上。选凸轮上的 O 点为工件坐标系的坐标原点，凸轮曲线各段圆弧的切点坐标如图所示。选用直径为 20 的立铣刀铣削 凸轮。铣刀 相对工件坐标系原点的距离 X、 Y、 Z 分别为 450、 200、 300序启动时，刀具停在机床参考点位置。在数控铣床上铣削凸轮的加工程序如下： 1 2 3 Z 4 5 Y 6 X 7 8 9 10 11 12 13 14 令简介： 在上述的凸轮加工程序中： 示加工该零件的程序序号； N是各个程序段的序号； G 是准备功能的指令代码，如 快速移动， 直线插补，顺时针圆弧插补， 刀具半径左补偿， 刀具补偿量代号， 取消刀具补偿； 进给速度； M 辅助功能代号； 主轴启动， 主轴停止， 程序结束。 每种零件的加工程序都有一个相应的程序号，加工程序都是由若干个程序段构成，每个程序段都有程序段序号，在程序中用字母，符号和数字来表示各种指令，如准备功能 G、进给功能 F、主轴功能 S、刀具功能 T、辅助功能 M 等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 设 计 体 会 在这一个多月的毕业设计过程中，我在指导老师的精心教导下比较顺利地完成了我的设计任务，从总体构思到细节问题的全面 处理，我深深体会到搞好这次毕业设计是一次非常有意义的事情。 开始设计时看了一些参考资料，对本次设计有了一个初步的认识，一个星期的实习又使我对一些工厂的数控改造设备有了一定的感性认识到后来的设计过程中深入理解的理性认识，这实质是对这三年所学的理论知识的一次融会贯通，使我的理论基础更加坚实更加系统化，这次毕业设计同时也是对我们三年学习的一次大检阅。 设计过程中，在指导老师的精心指导下我对一些在设计过程中遇到的难题有了正确方向，比如步进电机的计算选