C6132旧机床数控化进给系统的改造设计【毕业论文+CAD图纸全套】 (2)

购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 I 毕业设计 说明书 机床数控化进给系统的改造 学 生 班 级 学 号 指导教师 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 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 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 is 6132 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 , 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 录 摘 要 . . 录 . 1 章 概述 . 1 . 1 床数控化改造的经济分析 . 2 床数控化改造的工艺范围及加工精度 . 2 床数控化改造的发展趋势 . 3 第 2 章 机床数控化改造总体方案的制订及比较 . 5 体方案比较与确定 . 5 . 5 . 5 刀架 . 6 . 6 . 6 座与设计方案 . 7 第 3 章 纵向进给伺服进给结构设计 . 8 定脉冲当量 . 8 削力的计算 . 8 . 9 度的选择 . 10 . 10 大工作载荷的计算 . 10 大动载荷的计算 . 滚珠丝杠螺母副的选型 .买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 V 珠丝杠副的支承方式 . 12 动效率的计算 . 12 度的验算 . 12 定性校核 . 13 界转速的验证 . 14 齿轮传动的计算 . 15 进电动机的选择 . 15 . 17 轨的设计 . 19 第 4 章 横向进给伺服进给结构设计 . 22 . 22 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 22 大工作载荷的计算 . 22 大动载荷的计算 . 22 . 23 珠丝杠副的支承方式 . 23 动效率的计算 . 23 度的验算 . 24 定性校核 . 24 . 25 给伺服系统传动计算 . 25 . 25 . 25 . 26 . 26 . 27 . 29 结论 . 31 参考文献 . 32 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 谢 . 34 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 1 第 1 章 概述 其特点 数字控制机床（ 简称 机床数控化改造 ，这是一种将数字计算机技术应用于机床的控制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。 机床数控化改造 较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性、高效能的自动化机床，是典型的机电一体化产品。 机床数控化改造 一般由下列几个部分组成： 1）主机，它是 机床数控化改造 的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件，是用于完成各种切削加工的机械部件。 2）数控装置，是 机床数控化改造 的核心，相当于人的大脑，它包括硬件（印刷电路板、盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3） 驱动装置，它是 机床数控化改造 执行机构的驱动部件，包括主轴驱动系统、伺服驱动系统、主轴电机及伺服电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线以及曲面的加工。 4）辅助装置，指 机床数控化改造 的一些必要的配套部件，用以保证 机床数控化改造 的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 5） 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等 。 与 机床数控化改造 相比， 机床数控化改造 有如下特点： 1）加工精度高，具有稳定的加工质量； 2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 4）机床本身的精度高、刚性大 ,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为 机床数控化改造 的 3 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 2 5）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 6）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 床数控化改造 的经济分析 机床数控化改造 能缩短生产准备时间，增加切屑加工时间的比率； 使用 机床数控化改造 进行生产，加工的零件精度高，产品质量稳定 ,从而有效的提高了产品在市场上的竞争力； 机床数控化改造 具有广泛的适应性和较大的灵活性，因此能够完成很多 机床数控化改造很难完成或者根本不能加工的、具有复杂型面、要求高精度的零件的加工； 许多 机床数控化改造 如加工中心具有自动换刀功能，使零件一次装夹之后就能够完成多个加工部位的加工，实现了一机多用，大大节省了设备和厂房面积； 生产者可以对生产成本进行预算，并对生产进度进行合理的安排，以达到提高经济效益的目的； 应用 机床数控化改造 进行生产，减轻了工人的劳动 强度，提高了工人工作的环境质量，增加了工人的生产积极性，促进了生产，提高了生产效率。 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型， 机床数控化改造 已不能适应这些要求， 机床数控化改造 应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。 床数控化改造 的工艺范围及加工精度 数控 改造化 车床 是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的 机床 数控化改造 ，约占 机床数控化改造 总数的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。 由于 数控 改造化 车床 具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些 数控 改造化车床 还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。 由于 数控 改造化 车床 刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 3 偿和 自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以铣代磨。 数控 改造化 车床 具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。 数控 改造化 车床 还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。 由于 数控 改造化 车床 具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所 以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。 床数控化改造 的发展趋势 机床数控化改造 最早是从美国开始研制的。 1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制 机床数控化改造 的初始设想。1949年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事 机床数控化改造 的研制工作。并于 1952 年试制成功世界上第一台 机床数控化改造 实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于 1955 年进入实用阶段。一直到 20 世 纪 50 年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了 60 年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展 机床数控化改造 ，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。 自 1952 年，美国研制成功第一台 机床数控化改造 以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展， 机床数控化改造 也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。 第一代数控： 1952 第二代数控：从 1959 年开始采用晶体管电路的 第三代数控：从 1965 年开始采用小、中规模集成电路的 第四代数控：从 1970 年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。 第五代数控：从 1974 年开始采用微型电子计算机控制的系统。 目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的 数控 数控系统，形成了现代数控系购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 4 统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。这些数控系统的通 用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。 近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高级的自动化生产系统均是以 机床数控化改造 为基础，它们代表着 机床数控化改造 今后的发展趋势。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 5 第 2 章 机床数控化改造 总体 方案的制订及比较 体方案 比较与确定 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统 选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 数控 改造化 车床 后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 属于经济型 机床数控化改造 ，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。 比较 项目 方案一 方案二 确定后的方案 具体原因 主轴箱 分级 变速采用 调速电机 + 齿轮传动 采用三相异 步 电机 +减速器 方案一 变速级数比较多 满足多种加工 需要，也符合 任务书要求 进给机构 滚珠丝杠 +步进电机 滚珠丝杠 +伺服 电机 方案一 脉冲当量 步进电机控制 的准确 刀架 四工位回转 刀架 六工位回转 刀架 都可以 各有各的好处 尾座 液压尾座 手动普通尾座 液压尾座 可通过数控系统 调整方便 数控系统 8位单片机 16位单片机 方案一 基本需求可以满足 若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用 24 速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电 动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速（工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于原来的电动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大）。 为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，选用呼和浩特附件总厂生产购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 6 的 盘的夹紧与松开由数控系。 为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用常州市宏达机床数控设 备有限公司生产的 现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成。 螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。 数控 改造化 车床 加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴信号的反馈元件，它与车床主轴同步。 后的车床能够加工的最大螺纹导程是 冲/01.0 所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于 脉冲脉冲） 2 4 0 0/24 考虑到编码器的输出有相位差 90 的 A、 用 A、 400 个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到 1200 线（ A、 B 信号）。另外，为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲 Z。 基于上述要求，选择螺纹编码器的型号为： 源电压 +5V，每转输出 1200 个 A/B 脉冲与 1个 号为电压输出，轴头直径 生产厂家为长春光机数显技术有限公司。 螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。异轴安装是指将编码器安装在床头箱的的后端，一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴，如果找不到同步轴，可将编码器通过一对传动比为 1:1 的同步齿形带与主轴连接起来。需要注意的是，编码 器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性连接，且车床组、主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。 在此主轴的同步轴，安装螺纹编码器。 在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。 在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的的螺母座与螺母座托架。 在横溜板上方安装四工位立式刀架。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 7 将滑动丝杆靠刻度盘一段（长 见图一）锯断保留，拆掉刻度盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。 将横向进给步进电动机通过法兰安装到横溜板后部 的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。更换丝杆的右支承。 座与设计方案 设计成液压尾座。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 8 第 3 章 纵向进给伺服进给结构设计 定脉冲当量 一个进给脉冲，使机床 运动部件产生位移量，也称为机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床铣床常采用的脉冲当量是 冲。 根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向： 冲，横向： 冲。 削力的计算 切削力 是指在切屑过程中产生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力 ，或 通俗的讲 是 在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力。 车削外圆时的切削力如图 3切削力 切削速度的方向 一致，垂直向下，是计算车床主轴电动机切削功率的依据；进给力向力加工精度的影响较大。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 9 图 3车削力分析 选工件材料碳素结构钢，b=650 用刀具材料为高速钢； 刀具几何参数：主偏角 。75 ，前角0= 。10 ，刃倾角s= 。5 ； 切削用量为：背吃刀量给量 f =r，切削速度 m / 由表（ 得：770; ; 由表（ 得：主偏角修正系数前角，刃倾角修正系数都为 代 入公式： = 0 =( N ) 给力与背吃刀力 由经验公式： cF：fF：:： xF=2=yF=2= 滚珠丝杠副的作用是将旋转运动转变为直线运动，其螺旋传动是在丝杠和螺母滚道x 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 10 之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间 形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。 度的选择 滚珠丝杠副的精度直接影响数控机床的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对机床定位精度最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意 300程变动量300 1/2,在最后精度验算中确定。对于车床，选用滚珠丝杠的精度等级 3级（ 1级精度最高）， 5级，考虑到本设计的定位精度要求 和改造的经济性，选择 级， 级。 杠导程的确定 选 择导程跟所需要的运动速度、系统等有关，通常在： 4、 5、 6、 8、 10、 12、 20中选择，规格较大，导程一般也可选择较大（主要考虑承载牙厚）。在速度满足的情况下，一般选择较小导程（利于提高控制精度） ，本设计中初选纵向丝杠导程为 8横向丝杠导程为 5 大工作载荷的计算 最大工作载荷叫进给牵引力 ,其实验计算公式如表 3 表 3导轨类型 实验公式 K 矩形导轨 )( 尾导轨 )2( 合或三角导轨 )( 8 表中 K 为考虑颠覆力矩影响时的实验系数； 为滑动导轨摩擦系数； G 为移动部件总重量。 G=1000 N 查表 3K 取 取 为 1000N ； 算得 )( =1197+ 3420+1000） 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 11 =(N 大动载荷的计算 载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化（系统产生惯性力），此类载荷为动载荷。比如起重机以等速度吊起重物，重物对吊索的作用为静载，起重机以加速度吊起重物，重物对吊索的作用为动载。 对于滚珠丝杠螺母副的最大动载荷 式中： L 滚珠丝杠副的寿命系数，单位为 610 r， 610/60 （ T 为使用寿命，普通机床 000控机床 T 取 15000h； 载荷系数，一般取 设计取 硬度系数（ 58时取 等于 55时取 于 取 于 50时取 于 45时取 滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为 N。 本设计中车床纵向承受最大切削力条件下最快的进给速度 a x mV j ,初选丝杠基本导程 ，则丝杠转速 m 5/1 0 0 0m a x 。取滚珠丝杠使用寿命 5000 ，带入 610/60 得 L =90；取 2.1 1入 ，求得 ： 17390N。 珠丝杠螺母副的选型 初选滚珠丝杆副时应使其额定动载荷 C , 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下10( 长时间承受工作载荷时，还应使额定静载荷 C )32( 。 根据计算出的最大动载荷 选择江苏启东润泽机床附件有限公司生产的 用双螺母螺纹式预紧，精度等级为 4级，其参数如表 3买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 12 表 3公称直径 /导程/钢球直径 /丝杠 外径 /丝杠底径 /额定载荷/接触刚度 / 1 02d 0 8 6 31 珠丝杠副的支承方式 滚珠丝杠副的支承主要用来约束丝杠的轴向窜动，为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合。考虑到纵向丝杠长度较大，本设计纵向丝杠采用双推 简支支承方式，该方式临界转速、压杆稳定性高，有热膨胀的余地。 动效率的计算 滚珠丝杠的传动效率 一般在 计算公式如下： =) 式中： 螺距升角，d,可得 =2 91； 摩擦角，一般取 =10。 算得： =)01192192 =度的验算 滚珠丝杠副工作时受轴向力和转矩的作用，引起导程的变化，从而影响定位精度和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形 1 、丝杠与螺母间滚道的接触购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 13 变形 2 、支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形3。 因转矩和丝杠 以 2 、3可以忽略不计，所以 丝杠的拉伸或压缩变形量为： 1 = （“ +”号代表拉伸，“ -”代表压缩） 式中：丝杠的最大工作载荷，单位为 N ； 丝杠纵向最大有效行程，单位为 E 丝杠材料的弹性模量，钢 ； S 丝杠的横截面面积，单位 2丝杠螺纹的底径2 根据前面的设计，6652算得： 1 =25 ) 6 3 3 = ( m 查表 3m 361 ,所以刚度足够。 表 3有效行程精度等级 1 2 3 4 5 大于 至 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 400 500 8 7 10 9 15 13 20 19 27 26 1600 2000 18 13 25 18 35 25 48 36 65 51 定性校核 由于滚珠丝杠本身比较细长又受轴向力的作用，若轴向负载过大，则会产生失稳现象，不失稳时的临界载荷 22购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 14 式中：丝杠支承系数，双推 2，其他方式如表 3示； K 滚珠丝杠稳定安全系数，一般取 4，垂直安装时取最小值，本设计取 4； a 滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为 本设计中该值为 2000 （其中工件加工长度为 1400，取 2000，留 600 的两端余量） I 按丝杠底径 2d 确定的截面惯性矩（6442 ，单位为 4 ,本设 中将 代入算出 I = 由以上数据可以算出： 2 0 0 02 0 0 04 2 0 5 5 1 = )( N 临界载荷 大于工作载荷故丝杠不会失稳。 表 3丝杠支承系数双推 双推 单推 双推 4 2 1 0 临界转速的验证 滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速求丝杠的最高转速： 722m a x 10 式中