数控多工位立式钻床设计使用说明书VIP

毕 业 论 文 （ 设 计 ）论文（设计）题目：专用机床的机构设计（数控多工位立式钻床）姓 名 学 号 院 系 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 指导教师 2015 年 05 月 08 日目 录摘 要 .1Abstract .2第 1 章 数控机床的工作原理与组成 .41.1 数控机床的工作原理 .41.2 数控技术的发展现状与趋势 .41.3 我国数控产业现状及发展 .5第 2 章 机械结构选择 .6第 3 章 机械传动部件设计 .73.1 切削力的计算 .73.2 主轴齿轮传动方案确定 .93.3 主轴结构设计及计算 .143.4 纵向进给运动的分析及计算 .18第 4 章 纵向进给步进电机加工匹配选择 .204.1 纵向进给滚珠丝杠的校核 .204.2 横向进给运动的分析及计算 .214.3 Z 向进给负载分析及计算 .244.4 齿轮强度校核 .274.5 回转工作台运动的分析计算 .29第 5 章 齿轮强度校核 .325.1 齿面接触疲劳强度计算 .325.2 滑动导轨的结构 .345.3 导轨及齿轮传动间隙调整分析 .39结 论 .41参 考 文 献 .42新乡学院本科毕业设计(论文)1摘 要随着先进制造技术的进步与发展，数控加工已成为机加工过程中的一种主流技术。这一技术的运用提高了机加工过程中工作效率和加工精度。数控多工位钻床就是提高钻削加工精度和效率的一种很好的机加工工具。对数控多工位钻床的设计，采用了普通车床设计的步骤和方法，综合考虑数控机床的特点。从切削力入手确定主轴及电机，到整个机床的结构设计和机床的控制。最后到对机床初始化程序设计。所做的工作有，完成数控多工位钻床的资料收集与国、内外现状的调查比较，提出较为可行的方案；完成机床的机械结构设计计算与电气控制系统设计，初步完成控制系统的软硬件设计；提交论文及机械系统的装配与关键零部件的相应图纸及数控系统的硬件图，同时提交电子文档；编 写 设 计 计 算 说 明 书 。关键词：数控技术；钻床；钻削；程序设计新乡学院本科毕业设计(论文)2AbstractWith the manufacturing development, numerical control manufacturing has become one of the major advanced technologies. efficiency and accuracy has been improved in application of the technology. Numerical control auto-drilling machine is a kind of the new machine tools that can improve the machining accuracy and efficiency. The paner has designed for Numerical control auto-drilling machine, using design method of the ordinary lathe, and considering the characteristic of the numerical control machine tools synthetically. cutting force has been calculated, the structural and the control system has been designed. Finally, the software routine has been explored.This paner has finished major works:Completed a investigation of internal and external of current situation for numerical control multistage-drilling machine, and compared it, put forward a feasible scheme;Completed the mechanical structural design an calculated and designed the electric control system, and finished the software and hardware of the control system tentatively; Submit thesis and the assembly of mechanical system and hardware picture of key spare part and drawing of numerical control system, submit the electronic file at the same time;Write the specification of designing and calculating, has designed an economy numerical control machine tool.Keywords： :numerical control machining；drilling machine；drilling；procedure control新乡学院本科毕业设计(论文)3前 言回首过去的“十一五”规划的五年，机床工具行业之所以能够实现平稳较快发展，得益于全行业在新形势下把握住了“抓创新、调结构、促改革”这一工作主线，使行业面貌有了明显改观。召开的党的十七届五中全会通过了关于制定国民经济发展第十二个五年规划的建议，国务院也已正式审议通过了关于加快培育发展新兴战略产业的决议。在有关文件的精神指导下，数控机床专项已制定了“十二五”的实施计划，行业的“十二五”规划正在实施中。“十二五”期间将以科学发展观为主题，以转变经济发展方式为主线，以调整结构为切入点，工业行业最主要的是抓好产业结构调整和升级，以保持行业的长期、健康、快速发展。数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产效率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少，节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性化自动化水平不断提高。目前的数控加工主要应用于以下两方面：一方面的应用是常规零件加工，如二维车削、箱体类镗铣等。其目的在于：提高加工效率，避免人为误差，保证产品质量；以柔性加工方式取代高成本的工装设备，缩短产品制造周期，适应市场需求。这类零件：一般形状较简单，实现上述目的的关键一方面在于提高机床的柔性自动化程度、高速精加工能力、加工过程的可靠性与设备的操作性能，另一方面在于合理的生产组织、计划调度和工艺过程安排。另一方面的应用是复杂形状零件加工，如模具型腔、涡轮叶片等。该类零件在众多的制造行业中具有重要的地位，其加工质量直接影响以至决定着整机床品的质量。这类零件型面复杂，常规加工方法难以实现，它不仅促使了数控加工技术的产生，而且也一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。由于零件型面复杂，在加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力（如多轴联动）外，更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率。数控机床在机械制造领域中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：高柔性、生产效率高、加工精度高、加工质量稳定可靠、自动化程度高、能完成复杂型面新乡学院本科毕业设计(论文)4的加工、有利于生产管理的现代化。新乡学院本科毕业论文（设计）5第 1 章 数控机床的工作原理与组成1.1 数控机床的工作原理数控机床是数字信息进行控制的机床。即凡是用代码化和数字信息将刀具移动轨迹信息记录在程序介质上，然后送入数控系统，经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需工件的一类机床即为数控机床。数控加工基本过程见图 1 所示：计 算 机 数字 控 制装 置（ CN装 置 ）通 信线 路编 程 器CAD/M系 统上 位 机 输 出装 置输 入装 置程 序 清 单信 息 载 体 机 床速 度 控 制 单 元 位 置 检 测 器进 给 电 动 机可 编 程 控 制 器（ PL） 主 轴 控 制单 元 主 轴 电 动 机图 1 计算机数字控制（PLC）系统框图数控机床加工零件时，首先编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入到数控装置，再由数控装置机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换，工件夹紧、松开和冷却、润滑的启、停等动作，使刀具与其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度等符合要求的零件。数控机床的组成: 数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床来讲，它由信息输入装置、数控装置、伺服系统、机床本体以及复杂装置组成。1.2 数控技术的发展现状与趋势近十几年来，数控机床借助于微电子、计算机技术的飞速进步着高精度、多功能、高速化、高效率、 ，正向复合加工功能、智能化等方向迈进，明显地反映出时代的特征，其主要表现为以下几方面。1) 精度化2） 高速度化3） 高柔性化4） 高自动化新乡学院本科毕业论文（设计）65） 复合化6) 智能化7) 网络化8) 高可靠性1.3 我国数控产业现状及发展20 世纪 80 年代以来，国家对数控机床的发展十分重视，经历了“六五” 、 “七五”期间的消化吸收引进技术， “八五”期间科技攻关开发自主版权数控机床的产业化奠定了良好基础，并取得了长足的进步。 “九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段，产业化规模有了较大幅度的提高，形成了十几个普及型数控机床的产业化基地和开发中心，数控机床的年销量从“八五”末期底 1000 多台发展到 2000 年的 14 万多台，机床的产值数控化率从“八五”的 12%增长到 2000 年的近 30%，一些重点企业已达到 70%以上，使高档数控机床的进口幅度减少，突破了西方在关键设备方面对我国的进口限制，国产数控机床“八五”期间的市场占有率只有 23%，到2000 年已达到 50%。数控机床新开发品种 300 个，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际 20 世纪 80 年代中期水平，部分达到 90 年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。在技术上也取得了突破，如高速主轴制造技术（12000r/min1800r/min） 、快速进给（60m/min） 、快速换刀（1.5s） 、柔性制造、快速成形制造技术等为下一步国产数控机床的发展奠定了基础。当前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过度的关键时期，也是由封闭型数控系统向开放型系统过渡的时期。从生产规模上看，已有像航天数控集团、华中数控系统有限公司、北京机床研究所等可实现批量生产的产业化基地。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上（包括核心技术） ，已达到国外先进水平，以开发出具有自主知识产权的基于 PC 机的开放式智能化数控系统。数控机床的可靠性指标有大幅度提高。我国数控机床的可靠性指标（MTBF）一直是其市场信誉及市场竞争力的主要问题。 “九五”时期，我国加工中心的 MTBF 已达到 400h，数控车床从平均 200h 提高到平均 450h；数控系统从 5000h 提高到10000h 以上，最高达到 20000h。曾长期捆扰我国，并受到西方国家封锁的多坐标联动数控系统和数控技术已渐成熟，并进入生产应用阶段。 “九五”期间，我国生产的五轴联动及五面加工机床已有多个品种，并在军工、航天、船舶等领域里应用，有效地打破了国外对我国进口新乡学院本科毕业论文（设计）7此类设备的限制。第 2 章 机械结构选择经过毕业设计给出的题目要求和数据:要设计加工工件的最大直径为 10mm，且其工作行程为 30030070 的数控多工位钻床。根据这一特点表明要设计的机床是一台中小型的数控钻床，而且是用于一般的机加工中。所以设计这样的机床考虑其经济性、合理性应该是最为重要的和成为设计的主导思想！查相关数控机床资料和数控机床的市场调查，选择确定合理的机床结构很重要。传统的数控机床结构包括立式、卧式两大类。立式机床的主轴定位多数是相同的，它的优点在于：机床小巧、占地空间小、经济实惠。适合于工作单一加工工件较小及加工尺寸小的场合。而卧式数控机床的主轴结构及主轴箱布局可为单面悬挂主轴箱和主轴箱位于立柱对面内。后者的优点在于：主轴箱的自重不会使立柱产生弯曲变形，相同的切削力所引起的立柱的弯曲和扭转变形均大为减小。这样就相当于提高了机床的刚度。故要是采用对数控机床结构设计成为卧式结构的话就应该选用主轴箱位于立柱内的布局形式。然而一般的卧式数控机床的加工尺寸都很大，对于我们要设计的机床加工零件的尺寸是很小的：仅为最大加工为 10mm 的孔。从经济的角度上来说：我们设计的机床采用立式的结构更为节省空间，节省材料。同时机床看上去更为小巧，然而完全可以达到要求加工范围的要求。包括此类机床的其它特点都很满足我们要设计机床的要求。所以，我们通过对数控机床结构的了解和认识我们认为：对于我们即将设计的机床，采用立式的结构是完全可行的。方案的确定结果是：数控多工位立式钻床。新乡学院本科毕业论文（设计）8第 3 章 机械传动部件设计由于电机工作时，其负载阻力有切削力、摩察阻力、惯性力，只有克服这些阻力