CK6125型半闭环系统数控车床设计【说明书+CAD】
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A i, u i 00072, 010051, a is 2is a 2a NC to In we as 2NC We 2 I. is a to be to 1. of as as of 2. to by in to in it is of to of of C to As is in 2MS be by a A is a 2 is In of NC to 2he 2n a NC AD of to a on In T. MT is It is an it is a in as it is 2. be on It be as an to a to 3 In to AD to we a NC M. NC be as an C, so it is 2In a 2NC is by of it I, in in is to 26/$2006 of 006 5 - 28, 2006, , 2009 1:49 2NC in 2 in I. F 2NC is 2NC A), Z) , on of NC of on an to a NC so 4, 5. of is of is of is is of to In to of it is of 2NC of is 2NC of is 2NC is as 6. 1) of ) of ) ) of ) in NC as so it NC NC AX In to a 14694) It a of AM C. is in of AM in in it In is a of is to it is a of At of is in it is to 2NC is t of a of be a of be is a to a NC a is a of 2F is a 4649, is 4649 an AM NC to of NC of be it is to a of D so be a a is 7. is a it at it is a is AM of AM As 4, 3 04, 2009 1:49 is in (4649, A , 1); 2002 (, (, $,4649, $); ); #1= #2,(#4),$,$,$); #2= (#10, #11, #12, # 13,#14),$,#8,$); #4= #6,$,$, $, (#66,#67,#68,#69); #6= (#7); #7= E=200000N/; #8= #71, #62, (#9); #9= #4, #74, $, $, (); #10= #62, #16, #19, $); #11= #62, #17, #20, $); #12= #62, #17, #21, $); #127= $, $, $, $); is a AM C in in be AM NC to in of 8. F he NC is 1) 2) ) in in an As it AM MI on a AM 5 A 205, 2009 1:49 AD be by is in by C LC is to NC to to by LC as is to so is by as M, so V F 2NC is an C, we at I, M A. AI 2I to of a to as of 2NC is to be A I 2NC is to in a is in of NC or as or I NC 6. B. of a of to 10A of be in a as to a A is I NC a an to to of C 2in to a in NC 06, 2009 1:49 in of in to be by is in a to as as as of in is a be C NC a as of a is is a of is to to of to a in D. is in as a of is we to s 1) ) ) ) 5) he of be as 9. A of 1) ) 3) ) is to s to in a In we a of 2NC be 10. of 1) s ) ll of be by of 8 he to I . N F N 2NC we 2NC as an 2NC G (RG is a o RG is to 南京工程学院毕业设计外文资料翻译 1 种新型计算机数控 毕俊熙，陶玉 强励 计算机集成制造系统和机器人中心 机电学院 上海大学 内蒙古科技大学 上海市 200072，中国 呼和浩特，内蒙古， 010051，中国 要 的名字叫 能集成制造系统），它包括计算机辅助设计，计算机辅助工艺设计，计算机辅助制造和计算机数控。 供给它们一个统一的平台来面向计算机数控制造。它让它们的作业由分离的作业变成协同工作。在本文中， 我们系统的描述和分析 概念和关键技术（比如人工智能，神经网络，知识管理等）。我们也 把 方法应用到 。 索引词：计算机数控（ 智能集成数控（ 识管理（ 人工智能（ 一、 简介 先进制造技术发展的趋势包括 数字化、高精度、 高速、 自动化、集成化、网络化、智能化和绿色生产技术 1。制造企业在不断发展的经济全球化市场以及飞速发展的科学技术在面临严峻的挑战和压力 2 。尤其中小企业 为了在日益激烈的市场竞争中取得胜利， 必须改革传统的制造业方法采用先进的技术，如人工智能 (知识管理 (专家系统 (人工神经网络 (合适的控制优化算法（ 。因此，接受智能集成数字控制的概念对他们来说是及其重要的一件事情 。 发展 增强了从 传统数控能力到提高加工效率和质量，并保护了切削工具。沟通和合作能力因系统集成，资源分享和合作而提高。正如工业机械的大脑，计算机数控（ 现代智能集成制造系统 的核心单元。 结构可以表示为一个矩阵的任务和类别。三维立体是一个科学技术领域 ，包括 ： 。这个矩阵代表了 模型。 数控 技术是高度复杂的，需要 不同领域的技术。虽然技术高度发展，当代的 数控 仍然需要更进一步的发展来满足 要求。 南京工程学院毕业设计外文资料翻译 2 在一个传统的 数控 制造环境中，操作流通常从在 统中创 建的几何模型的产品设计开始的。并基于几何模型在用需要的加工指令将原料生产为最终产品后结束。事实上，这个过程包括 T。 这里的T 是计算机辅助工艺设计，计算机辅助制造和机床的缩写。这是一个非智能的执行机制，并且是一个在现代工业制造系统中单一方向的型号工作流 ， 如图 2 所示。 算机支持协同工作）视为基于计算机网络化协同制造网络。它可以看做是一个分布制造的进化。这种进化特指个人和组织，从企业内部延伸到其供应商，客户和合作伙伴 以相互获益。为了让以上工作流变成双信息流 和让 划、 划者、凸轮规划者、数控程序员协同工作，在这里我们基于 供了一个协作环境数控系统。这类型的数控可被视为是一种智能集成数控 ， 所以它被定义为 在本文中， 简要概念首先被提出。其次是引入基于 它的框架。然后对一些关键技术包括 进行了讨论。接下来 成功的说明了 何应用于磨辊工作的。最后发表了 在 未来的 对 一些展望 。 二、 定义和内涵 智能集成数控的缩写。智能和集成在 统中是 两个 重要的因素。 基于人类大脑的工作原理与自然生物进化而产生的人工智能 如传算法 ( 模糊逻辑 (过去的十年中 收到可观的增 长 的利益并 已经被应用于数控加工。 大部分的发展集中在智能控制算法及其应用于传统的数控加工系统，所以他们没有取得了良好的效果4各部分系统的简单浓缩是智能制造模型的理念，系统由这些浓缩的智能部分组成。每个智能体是相对孤立的 单元，由这些单元组成的这个系统可以 单独 和协作工作。为了实现的制造系统 的总体智能，每个单元装置的智能是必须的 。 对于 统的智能化， 产业结构调整的方向和 对智能的 考虑 是放在第一位 考虑的，对于 统的集成，集成方法是 其次考虑 的 。 统 的智能化如 下 6。 1)工作计划的 智能化 南京工程学院毕业设计外文资料翻译 3 2)自主学习 和发展的 能力 3)自适应的 人机界面 4) 制造过程的智能控制 5)智能故障诊断 因为 G 和 M 代码用于传统数控技术 ,这带来了一些严重的问题 比如在 各种系统 之间， 数据共享整合 ， 编程等等 方面的不兼容 。而且它 限制 开放能力 ， 智能化的数控系统 ，并导致了在 术方面的瓶颈现象 。为了解决上述一些原因 ， 欧盟通过 了 提 供 概念 的议案 。4694)把 品模型数据交换标准 )扩展 到了 数控 领域 。它 重新 定义了一种 在 技术设计系统和 数控 控制系统之间的界面 。这有助于 在生产过程中 减少 传统 加工时间 和消除 过时的 处理器 。它支持未来智能化生产设备。事实 一种 计算机数控 语言 并涵盖了产品的整个生命周期 。也就是说 ,它是一个高级编程语言 是 前 对 准 的研究和开发仍然是在实验室。因此首要任务 是基于 法 来研究和开发开放 统。 智能集成数控的缩写，这意味着提炼的传统 一些功能 如 一系列模块 中，这些模块 使应用程序分为一组任务框架。任务可以分解成详细的子功能。每个功能模块 都 是 面向制造的 具有较强的实用价值模块。 这些 系统功能 被 组织和 集成到 大一点的零件模块 ，并且 这些零件模块 最终以一个统一的数控系统的用户界面 集成到一个具体应用统中 。 在 是一种新的理论和方法。 三 、 准 一种新的、全面的数据模型编程语言 ， 形式化 如 4649，它是 正在研制的 国际标准 。 4649 描述了 一个 从 支持基于为 产品直接使用 。 对 智能控制 ,多种技术应发达 ， 然而更新新 的 数据模型 是重要的 。 产品数据模型已经覆盖了很多的信息 ， 如三维几何模型 ( 238 或 214)， 特征定义 (224)，公差 的定义 (219)， 工艺流程等。 通过智能界面， 所有信息必须纳入 一个全体产品 数据库。 用协议 图 37。 38 是 一项 数控机床的 新的输入标准 ， 它南京工程学院毕业设计外文资料翻译 4 会代替 同时它是 在 客户和工厂 沟通 之间的 一种新的 语言 ， 经 被 取代。基于 控系统能 从 统 直接读 取 238)，因此传统 统中的加工和编程的后信息 处理器已经消失了。 它 已被 理器 淘汰掉了 。如图所示图 4 中 ， 两 种模 型风格 的 比较。 基于 数据程序（文件）风格如下面的例子： (4649, A A ,1); 2020202, (, (, $,4649,$); ); #1= #2(#4),$,$,$); #2 (#10, #11, #12#13,#14),$,#8,$); #4= #6,， $， $， (#66,#67,#68,#69); #6= (#7); #7= E=20000N/ #8= #71, #62 (#9); #9=- #4, #74,$， $， (); #10=, #62 # 16,# 19,$); #11= #62 #17, #2,$); #12 #62 #17, #2,$); 南京工程学院毕业设计外文资料翻译 5 #12= ， $， $， $); 在运用 ， 数控系统对零件 和制造过程 可获得总体描述。 零件 加工 之前， 数控能做些安全检查并优化生产工艺。 法有许多优势 。 数据界面 是一个中 立 的数据描述 ， 而不是依靠 助于提高交流能力 和 适应力 ， 产品和技术信息包括在 ，信息交换 能够 直接 在 制器 中运行 。 在生 产过程中 数控 可以根据选择的工具预检验 和优化 部分程序 。这能提高工作效率 ， 安全性和适应性。 通过 简化加工 结构， 译器就能更好地 使 用机床 工具的新功能， 传统的 后信息 处理器就 被淘汰 了。根据 制器的 工作流程必须包括翻译、规划和控制阶段 8。 四、 框架 数控机床的基本结构组成 : 1)人机界面 (2)控制功能 3)数据处理在数控 9 这 就是 提出的这个体系下，在扩展时尚的基本架构下， 用户的 要求 已经得到实现 。如图 S 所示 ， 它包括以下主要功能模块 : 干涉刀位轨迹生成），例如 块 ，它 基于 面地扩展了 包括部分编程的 机界面 )和无干涉刀位轨迹生成。 这些模块把 能和编程系统合并在一起。当识别到这个加工特征和处理这些特征信息时，标准的 据 (以被转化为建立几何模型内核数据。输出被储存在加工特征数据库。 通过使用机器语言， 定了处理结果和 其他处理信息 。 接着， 序列化 ,凸轮数控指令提取基于一步 基于 与数控机床的活动相关的 制模块 成功地运行了这个构架 。通过激活伺服机制， 释 了刀具路径 命令和 运行了它 们 ，并且 可编程序控制器 (行机器指令 ,如模具的更换工件装卸。 它的 主要功能是控南京工程学院毕业设计外文资料翻译 6 制机床这样 通过加工操作 理想的形状 能够精确的 产生了。各种智能控制功能 包括在其中， 如自适应控制 ， 人机交互 ， 质量管理 ， 资源管理 ， 自我学习。 基于 工程 数据为零件编程和 供了综合数据。这数据库包括加工特征库 ， 加工资源库 ， 加工工艺数据库 ， 加工知识 ， 诊断数据库等。 五、 一些技术 因为 一个 智能 而集成数控 ， 它的 关键 技术不但包括数控技术 ,而且 包括额外的一体化和智能化技术。这里我们的目标是智能化技术 ，它包括 技术。 A. 在 ，人工智能的 使用 人工智能是指机器 能 正常表现 与人类智力有关一些包括如推理，学习和个人成长的 功能 的能力。 在 ，机械智能化越来越多使用的 趋势是 清晰 的 ， 不大可能会扭转 的 。 在 统中人工智能技术的发展的这股 推动力量 是希望获得 专业知识和教训 ，在这一形势下从先前的经验中获得的专业知识和教训能保证在未来操作安排 中 利益 有所收获 。在 工 中， 确定最佳 和合适的 切削参数 可以 减少加工误差如人数破碎险 ， 工具挠度和刀具磨损 ， 从而提高生产率 或 最低成本。 被广泛应用于数控系统中的 人工智能的特点阐述 在 图 6 中 。 B. 以 知识 为基础的专家系统 以知识为基础的专家系统 (智能的电脑程序，这些程序获取某一特定领域的知识并 模仿人类 专家 解决问题 的策略来 提供的建议。 10 体系 可以 以这样的方式 操作 ， 来 执行一个功能，这个功能通常需要 人类智力。 用于机械控制的 构 如图 7。 它 包含三个模块 :一个知识库 ，推理的过程引擎和传感器的数据采集 与处理模块。参考 引擎 驱动 了 系统 和知识库 接口 ， 因此 给 用户 的建议 和解释来证明系统的推理方法。这知识库可以提供 与实验结果比较符合的 近似加工控制。 C. 在 术的运用 经成功地应用于许多的过程控制 领域 。近似非线性向量函数 的功能 结合动态元素 获 得了一个强大的 方法， 模拟非线性动力系统。 经被成功应用于制造自动化。在数控系统 中， 要用于参数选择和优南京工程学院毕业设计外文资料翻译 7 化加工过程。 从传统的专家系统到传统计算， 很多方面不同 。 下 主要优点 : 1. 可以通过学习培训例子 获得知识 。 2. 知识 储存在一个分布式的 样式中。 3. 只要解决方法建立在在同一领域的培训资料上， 以提供解决问题 的方法 这个问题先前没有经历过 。 4. 这种情况下运用 的另一个优点是 基于数控 这样一个系统可以很容易地纳入电脑 并且为运营商提供快速参考正如所经历的加工参数的问题。 这些特点使 模拟加工流程中 可能 变得有用 。 一种双重隐层 建立 的 加工知识库 和两层 前馈神经网络如图 8。用户输入加工条件 ， 然后 ,输入的信息编码成一种 识别的 形式。网络的功能 是从输入向量到输出向量。 在加工数据库中 输出模块使用 输出来识别一个合适的结果。 南京工程学院 毕业设计任务书 机械工程 学院 机械电子 工程 专业 设 计 题 目 半闭环系统数控车床 设计 学 生 姓 名 罗毅 班 级 机电 081 起 止 日 期 指 导 教 师 李 雪 教研室主任 袁建宁 发任务书日期 2012 年 02 月 20 日 1) 主轴转速： 50 2000工作台行程： X 450Z 1302) 进给 脉冲当量： 步进电机驱动。 论文 )的内容和要求 (包括技术要求、图表要求以及工作要求等 )： 1）进行 开闭环 原理分析； 2) 设计 数控车床 装配图； 3) 设计 电气 控制原理 图； 4) 设计 数控车床 零 件图； 5) 撰写毕业设计论文。 （ 1）图纸（ 成） 4 张； （ 2）论文： 字 ,中英文摘要； （ 3）英翻中 2000 字；查阅文献 10 篇以上（有 1 篇外文文献）； （ 4） 开题报告不少于 3000 字。 1 王爱玲 现代数控机床 M际工业出版社， 2002 2 王建辉，顾树生 M2005 年 3 机械工程手册、电机工程手册编委会 传动设计卷 2 版 机械工业出版社 4 毕承恩 ,丁乃建等主编 M械工业出版社， 1991 5 赵玉刚 ,宋现春主编 M. 机械工业出版社出版， 2003 6 刘大茂主编 M. 上海：上海交通大学出版社， 2001 7 王连明 主编 . 机械设计课程设计 M 哈尔滨工业大学出版社 论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第 3 周 第 4 周 第 5 周 第 6 周 第 7 周 第 8 周 第 9 周 第 10 周 第 11 周 第 12 周 第 13 周 第 14 周 第 15 周 第 16 周 熟悉课题的背景，进行国内外现状调查 收集资料， 初步方案及结构形式确定 完成开题报告，外文翻译 提出设计方案 ，设计方案论证 绘制总装配图及设计计算 绘制总装配图及设计计算 绘制零件图及设计计算 绘制零件图及设计计算 绘制控制原理图 绘制控制原理图 控制软件设计并调试，整理设计说明书 撰写毕业设计论文 撰写毕业设计论文 准备答辩 准备阶段 方案设计 阶 段 图纸设计阶段 撰写论文 阶段 教研室审查意见： 室主任 年 月 日 系部审查意见： 系主任 年 月 日 南京工程学院 毕业设计开题报告 课 题 名 称： 半闭环系统数控车床设计 学 生 姓 名： 罗毅 学 号 ： 201080426 指 导 教 师： 李 雪 所在 院 (系 )部 ： 机 械 工 程 学 院 专 业 名 称： 机械电子工程 2012 年 03 月 14 日 说 明 1根据南京工程学院 毕业设计 (论文 )工作管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于 2000 字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5开题报告检查原则上在第 2 4 周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。 毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 罗毅 学 号 201080426 专 业 机械电子工程 指导教师姓名 李雪 职 称 讲师 所在院 (系 )部 机械工程学院 课题来源 自拟课题 课题类型 工程技术研究 课题名称 半闭环系统数控车床设计 毕业设计的 内容和意义 课题背景： 数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 尽管我国机床行业近年来取得了长足的发展，数控化率稳步提高，但机床消费和生产的结构性矛盾仍然比较突出。1目前，国内对中高档机床的需求量逐渐超过低档机床。但国产数控机床以低档为主，高档数控机床绝大部分依赖进口 。 我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化 技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，且外方在许多高新产品的核心技术上具有掌控地位，我们对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精度、高速、高效、复合功能等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口 2。与国外产品相比，我国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上。 因此，加速发展具有较强竞争能力的数控车床就成了我国数控机床研究部门和厂家所面临的重要任务。为完成这一任务，必须攻克若干关键技 术，其中 半闭环系统 数控车床的 设计也是 一个重要内容，而我的课题也就由此而来。 毕业设计的 内容和意义 课题内容： 于大部分数控车床来说，车削精度、经济性和稳定性是影响数控车床竞争力的重要因素，而数控车床伺服系统的控制方式又是影响车削精度、经济性的关键条件。我国某些类型数控机床伺服系统至今仍停留在步进开环系统上。这种伺服系统比较简单，工作稳定，但精度和速度的提高受到限制。生成出来的产品无法满足要求。而有些进度较高的数控车床有 比较高的精度，但其价格相对比较昂贵，对于中小型企业是一笔不小的开支。这种 数控车床主要采用闭环控制的方式。其系统复杂，调试和维修困难，价格较贵。 可以采用采用半闭环系统控制方式。 半闭环伺服系统的工作原理和闭环伺服系统相似，只是位置检测器不是安装在工作台上，而是安装在伺服电动机的轴上。这种伺服系统所能达以的精度、速度和 动态 特性优于开环伺服系统，其复杂性和成本低于闭环伺系统， 并且可以利用误差补偿技术提高其精度。 主要用于大多数中小型数控机床，且能满足市场要求 。 首先根据半闭环原理选用驱动及反馈元件。其次通 根据主参数确定结构参数，运动参数，动力参数等，并以此来 设计主传动系统和进给系统 。接着对机械传动系统 和进给系统 的分析与计算 验证器可行性和正确性 。最后 通过 对系统控制软件的设计和数控系统硬件电路设计 完成数控车床的半闭环系统设计任务 。 课题的意义： 通过 学习研究 半闭环系统数控车床 ， 可以 掌握数控机床的结构原理， 可以更好的了解数控车床的现状和发展中的问题。还可以真正的了解半闭环系统的优势。 对提高机电一体化水平，提高分析解决问题及独立工作能力均有重要意义。 文献综述 国内外研究现状 ： 目前，国内在提高半闭环系统数控车床精度方面做了大量的研究，他们根据数控车床 不同的构件及其工作状态，研究了很多特定的 解决方法。 首先是对数控机床半闭环控制及螺距误差补偿研究 3。 为实现开放式机床控制器可移植性要求，文章中提出一种可应用于交流伺服电机和步进电机的基于虚实映射的半闭环控制结构模型。在此基础上，讨论了针对步进电机的经济型机床半闭环结构的比例 +积分的控制器设计方法。为降低机床传动机构所产生的螺距误差，通过激光干涉仪实际测量正反向定位值，将测量结果作为一个非线性环节引入半闭环结构中实现机床的螺距误差补偿。实验结果表明，该方法可实现机床伺服轴定位累积误差由 220小到 11 其次 是对半闭环数控系统滚珠丝杠副的误差补偿研究 4。高精度的滚珠丝杠价格较高，因保证加工精度而在普通的数控机床中使用高精度的钟杠会增加生产成本。为了解决加工精度和成本的矛盾，作者 利用激光干涉仪进行误差测量，通过相关的软件对数控机床的定位误差进行补偿，从而保证了加工中使用低精度的丝杠也能生产出高精度的零件，达到了降低生产成本，同时又能保证加工精度的目的。 接着 是基于半闭环控制的数控系统反向间隙补偿研究 5。文章提出了基于半闭环控制下的间隙补偿原理，通过间隙模型仿真验证了补偿算法的可靠性，并且在开放 式数控系统实验平台上实现了算法的嵌入，实际的测量结果论证了算法的正确性。实验表明，通过该间隙补偿方法可以有效地降低因反向间隙所造成的轮廓误差。 最后 是基于加减速控制的半闭环数控机床反向间隙补偿研究6。 机床传动环节的反向间隙是影响半闭环数控机床定位精度最重要因素之一，为补偿反向间隙的影响， 文章中 提出了一种基于加减 文献综述 速控制的反向间隙补偿方法，该方法可在满足执行电机动态性能要求的同时，实现最短的反向间隙补偿时间。最后将该方法应用十机床伺服轴上。实验结果表明，该方法可有效补偿伺服轴传动环竹所产生的 反向间隙。 参考文献： 邹翠波 ,张彩虹 J, 代制造 . 国内外数控技术的发展现状与趋势 J, 张晶 ,裴海龙 , 中国机械工程 ,第 17 卷第 1 期 2006 年 1 月上半月 . 小慧 J,机床与液压 ,2007 年 8 月第 35 卷第 8 期 . 东升，陶涛，冯斌，盛晓超，颜冠军 闭环控制的数控系统反向间隙补偿 J, 组合机床与自动化加工技术 ,2011 年 4 月 第 4 期 . 王立松 . 基于加减速控制的半闭环数控机床反向间隙补偿J, 机床与液压 ,2006. N o. 10. 7. 龚德明 ,李松 . 半闭环数控系统控制方法 J. 机电工程技术 ,2010年第 39 卷第 08 期 . 宋现春主编 M. 机械工业出版社出版， 2003 王彪等 M际工业出版社， 2002 树生 M2005 年 研究内容 控车床由主传动系统，进给系统和控制系统三部分组成。设计中首先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图，根据给定的设计参数对主传动和进给系统中的主要传动件进行了校验计算。进给系统由步进电机驱动滚珠丝杠实现进给。控制系统是由 盘，显示， 接口电路，脉冲分配器 和电机驱动部分组成。 过单片机反馈补偿实现半闭环控制 。最后进 行 技术经济分析 ， 得出设计生产该产品是经济合理的。方案设计主要是确定机床的总体结构，传动原理 和过程 以及基本的运动参数。 研究计划 第 3 周 熟悉课题的背景，进行国内外现状调查 第 4 周 收集资料，初步方案及结构形式确定 第 5 周 完成开题报告，外文翻译 第 6 周 提出设计方案，设计方案论证 第 7 周 绘制总装配图及设计计算 第 8 周 绘制总装配图及设计计算 第 9 周 绘制零件图及设计计算 第 10 周 绘制零件图及设计计算 第 11 周 绘制控制原理图 第 12 周 绘制控制原理图 第 13 周 控制软件设计并调试，整理设计说明书 第 14 周 撰写毕业设计论文 第 15 周 撰写毕业设计论文 第 16 周 准备答辩 特色与创新 1. 综合他人的研究成果， 设计精度更高的数控车床。 2. 分析现在国内外的相关技术，通过计算、类比的方法确定合理的结构参数、运动参数等。 3. 运用先进的三维建模软件实现对复杂模型的建立，有更加直观，更加生动的研究平台。 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 院 部意见 主任签名： 年 月 日 教学 院长 签名： 年 月 日 I 毕业设计说明书（论文）中文摘要 给系统和控制系统三部分组成。设计中首先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图，根据给定的设计参数对 主传动和进给系统中 的主要传动件进行了计算和选型。之后再对轴，齿轮等零件的校验。进给系统由步进电机驱动滚珠丝杠实现进给。同样需要进行计算和校验。控制系统是由 I/示、开关、变频单元和电机驱动部分组成，并且用编码器检测丝杠运动，将速度等信息反馈给单片机，通过速度补偿实现半闭环控制。最后进了技术经济分析得出设计生产该产品是经济合理的。 关键词 ：数控车床 设计 半闭环 业设计说明书（论文）外文摘要 a NC NC is up by is In to of a by it AM,it to of of is in 南京工程学院 机械工程 学院 毕业设计 材料 清单 专业 ： 机械电子工程 学 生 学号 题目 ： 序号 毕业设计清单 份数 备 注 1 毕业设计任务书 1 份 2 毕业设计开题报告 1 份 3 外文翻译 1 份 4 毕业设计说明书 (论文 ) 1 本 5 毕业设计其它 成果 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 填表人： 验收人： 南 京 工 程 学 院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者： 罗 毅 学 号： 201080426 系 部： 机械工程学院 专 业： 机械电子专业 题 目： 半闭环系统数控车床设计 指导者： 李雪 讲师 评阅者： 2012 年 06 月 南 京南京工程学院毕业设计说明书（论文） I 摘 要 给系统和控制系统三部分组成。设计中首先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图，根据给定的设计参数对 主传动和进给系统中 的主要传动件进行了校验计算。进给系统由步进电机驱动滚珠丝杠实现进给。控制系统是由 盘，显示， 接口电路 ，脉冲 分配 器和电机驱动部分组成。 片机反馈 补偿实现半闭环控制 。最后进了技术经济分析得出设计生产该产品是经济合理的。 关键词 ：数控 车床 设计 a NC NC is up by is In to of a by of of of is in 文） I 目 录 第一章 前 言 . 1 第二章 总体方案设计 . 2 计参数 . 2 体方案的确定 . 2 本参数的确定 . 2 动参数 . 3 力参数 . 3 动原理 . 4 第三章 传动系统设计 . 7 轮设计 . 7 的初步确定 . 10 削力的计算 . 11 珠丝杠的设计计算 . 12 向丝杠的设计 . 12 向 (床鞍 )进给丝杠设计 . 14 进电机选择 . 15 向步进电机选择 . 15 向步进电机选择 . 16 第四章 校核 . 17 的校核 . 17 的校核 . 17 承的校核 . 20 第五章 数控系统硬件电路设计 . 21 机控制系统硬件组成 . 21 定硬件电路方案 . 21 031 储存器扩展电路设计 . 24 序存储器扩展 . 24 据存储器扩展 . 24 线方式 . 25 址锁存器 74. 25 ，显示器，接口电路 . 26 进电机驱动电路设计 . 26 算机接口 . 27 冲分配器 . 27 离电路的设计 . 28 它辅助电路设计 . 32 031 时钟电路 . 32 位电路 . 32 程报警电路 . 33 电编码器 . 34 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 六章 技术经 济分析 . 36 提高技术经济价值： . 36 械零件的设计 . 36 结构的设计 . 36 总 结 . 38 参考文献 . 39 附 录 . 40 致 谢 . 41 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 1 第一章 前 言 据了解， 2001 年中国机床产值已进入世界前 10 名的第 5 名，机床消费额在世界排名上升到第 3 位，达 美元，仅次于美国的 美元，消费额比上一年增长 25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势， 2001 年进口机床跃升至世界第 2 位，达 美元，比上年增长 我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存 在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。 随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。 随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。高性能：随着数控 系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。 机床工业被称之为装备工业，装备工业又是技术密集、技术更新速度十分快的行业， 数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度 上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。 面对入世和世界经济一体化的进程， 我们 必须在新一轮经济结构调整中找准自己的位置，加快发展、更新的频率，用 限普增数 来加快集约化进程，促进装备工业的发展，参与世界经济竞争 。缩小与世界先进水平的差距。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 2 第二章 总体方案设计 方案设计主要是确定机床的总体结构，传动原理以及基本的运动动力参数。 计参数 设计任务给出各项指标如下： 1加工对象： 45 号钢 2主轴转速： 50 20003工作台行程： X 450 Z 1304脉冲当量： 5异步 电机驱动 体方案的确定 数控车床 的主要参数 ： 床身上最大工件回转直径 250 最大工件长度 500 最小设定单位 x 轴 z 轴 回转刀架工位数 4 ； 主电机功率 机床净重 1200 主要特点： 控车床的导轨耐磨性好，精度高，主轴采用变频无级调速控制，可自动完成对零件的内外柱面、端面、任意锥面、圆弧面及公英制螺纹切削等工序连续 加工。 本参数的确定 通过主轴孔最大棒料直径 11 2 5 0 2 51 0 1 0d D m m 床身宽度 0 . 8 22 . 1 4 = 9 6 . 6 3 m 经济合理的工件或刀具直径按照以下几种经验公式估定 m a x ( 0 . 5 0 . 7 ) 0 . 6 = 0 . 6 2 5 0 = 1 5 0d D D m m 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 3 m i n ( 0 . 0 8 0 . 1 2 ) 0 . 1 0 = 0 . 1 0 2 5 0 = 2 5 m D 动参数 可通过类比实验和计算等方法综合确定 m a d m a xm a x m vn d 经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。 机床的最低、最高转速，其中常用经济加工切削速度硬质合金刀具精车中碳钢 v , v = 2 0 0 2 2 0 / m i m a x 2 2 0 / m i 高速钢刀具精车丝杠 5 。 201000 51000 取 24238 . 计算 额定 转速 力参数 据下列公式及数据估算电机功率 P 。 6120ZF f t s （公斤力） f 单位切削面积上的切削力，取硬质合金刀加工中碳钢 f =200（公/ 2 ； t 切削深度 ； s 进给量 。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 4 切削深度及进给量取半精车中碳钢，故 t 取 1 ； s 取 ； 取 v =297 / 0 0 1 0 . 2 2 9 7 1 . 9 46 1 2 0 6 1 2 0c f t s vP k w / 1 . 9 4 / 0 . 7 2 . 2 7 k w 动原理 此次设计的 用于精加工和半精加工 ,初步确定主轴箱部分为六级变速（手动），用一个三联齿轮和二联齿轮来实现六级变速， 而后用传动比为一比一的齿轮带动 编码 器， 采用双速电机，异步电机的同步转速为 1000实际转速为 960得车床有 3 2=6 级变速。 而对其的选择方案有两种，如下所述： 方案一： 采用 结构式 ：136 3 2， 其 ( 2 1) 32 8 8，故合适。 方案二： 采用结构式：126 2 3，其 ( 3 1) 23 9 8，大于 8，故不合适。 对方案一和方案二进行比较，方案一远优于方案二（因为方案二不合理），故选用方案一。再根据方案 一 画出其转速图。其转速图如下： 图 2速图 如上图可知皮带轮的降速比为： 960 ，由此可知皮带 的降速比也合适，故此方案可行。 再就是纵向和横向进给是靠丝杠来实现的，丝杠用步进电机来带动。因为脉南京工程学院毕业设计说明书（论文） 5 冲当量小于 所以在步进电机和丝杠之间我们用传动比为 1： 1 的齿轮 带 来连接 。 大带轮与带轮轴连接采用卸荷方式，可以使大带轮的重量不压在轴上，减轻了轴的负荷，使传动更平稳。主轴箱内有两对滑移齿轮，把它们 分别 放在第 一 二根轴上，将第 一 二根轴做成花键轴，使整体结构更紧凑，更合理。 主轴与 编码器连接采用齿轮一比一传动，这样方便计算主轴转一圈时 丝杠进给 量 。纵、横向进给系统选择的步进电机步距角都为 纵向进给的 最小进给量为 ，横向进给的最小进给量为 ，所以必须通过减小步距角来实现这个最小进给量。减小步距角 可以通过 同步齿形带传动来减小， 选择齿轮传动来 减小步距角 。 传动要求 : 1） 传动原理主要满足设计任务所给出的精度要求。 2) 应当在保证精度的情况下尽量使结构简单。 3) 主轴的转速范围为 50 2000用双速电机传动 ,然后采用手动六级调速 ,从而实现 50 2000转速范围 . 4) 脉冲当量为 米 /分钟，若采用较高级数的步进电机，通过齿轮减速来带动丝杠就可以达到，并且结构简 单，在该处还没有传动误差，可以使电控部分的结构及程序编制更为简单 。 5) 主传动系统需要一个变速电机通过带轮 带动主轴，从而完成主传动运动。进给部分也相对简单，当一个脉冲信号传给步进电机时，步进电机转过一个相应的步进角，通过一个一级或二级减速器 将动力传递给丝杠完成工作台（刀架）横、纵向进给运动。另外， 反馈系统保证更高的精度可以增加。 6) 进给部分采用滚珠丝杠副有如下特点： 1）运动平稳，无爬行现象，精度高； 2）有可逆性； 3）磨损小，寿命长；但制作困难，要求自身精度高。所以，采用滚珠丝杠副优点相对较多，比较合理 。滚珠丝杠的循环方式采用外循环方式，这种方式制造加工比较容易，经济性好。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 6 表 2计参数 项 目 单 位 参 数 床身上最大工件回转直径 250 最大工件长度 50 主轴转速范围 0 2000 (手动六级 ) 主轴通孔直径 40 主轴锥孔 莫氏 6度 主轴电机功率 刀架刀位数 4 车刀刀杆最大尺寸 (宽 高 ) 020 刀架快移速度 (纵向（ Z） m/给电机扭矩（功率） 纵向（ Z） 床外型尺寸 15008001360 机床重量（毛重 /净重） 200 电压 80南京工程学院毕业设计说明书（论文） 7 第三章 传动 系统设计 轮设计 设计齿轮的输入功率是 齿轮的转速1n=585/数比 u =95/18=作寿命 15 年（设每年工作 300 天），两班制。 1 选齿轮的类型、 精度等级、材料及齿数 。 1） 按传动方案选用直齿圆柱齿轮传动。 2） 速度不是很高，选用 7 级精度（ 88）。 3)材料的选择。由 机械设计 1表 10 1 选小齿轮的材料是 40C (调质 )，硬度 280 4)齿轮的材料为 45 钢 (调质 )，硬度为 240者材料硬度差 40 5） 选小齿轮的齿数1z=18 大齿轮的齿数2z=95。 6） 以下计算全都根据 机械设计 1上有关图表；公式。 2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式 机械设计 1（ 10 9a）进行试算，即 2131t 1d 2 . 3 2 ( )t 1） 确定公式内的各计算数值 （ 1） 试选载荷系数 2） 计算小齿轮传递的扭矩 1T=9550000 p/1n=9550000 4076N （ 3） 由表 机械设计 110 7 选取 齿宽系数d=1 （ 4） 由表 机械设计 110 6 查的材料的弹性影响系数2（ 5） 由表 机械设计 110 21d 查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 600大齿轮的接触疲劳强度极限550 （ 6） 由式 机械设计 110 13 计算应力循环的次数 91 1 6 0 n j L = 6 0 2 8 0 ( 2 8 3 0 0 1 5 ) 1 = 8 . 6 4 1 0 992 8 . 6 4 1 0 / 3 . 2 = 1 . 6 3 1 0N （ 7） 由图 机械设计 110 19 查得接触疲劳寿命系数1 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 8 2 8） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S =1，由式 机械设计 1（ 10 12）得 1 l i m 11a = 0 . 9 4 6 5 0 = 5 1 4 M S 2 l i m 22a = 0 . 9 8 6 0 0 = 5 8 8 M S 2）计算 （ 1） 试算小齿轮分度圆直径1入 H中较小的值 2131 12 . 2 3 ( )t 23 1 . 3 4 4 0 7 6 3 . 4 1 1 8 9 . 82 . 3 2 ( ) 4 3 . 1 81 3 . 4 5 3 9 （ 2） 计算圆周速度 v 11 4 3 . 1 8 8 6 9 . 5 6 2 . 4 4 3 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s （ 3） 计算齿宽 b 1 1 4 3 . 1 8 4 3 . 1 8d m m （ 4） 计算齿宽与齿高之比 /数 1 1 t m = d = 4 3 . 1 8 / 1 8 = 2 . 1 4 m 2 . 2 5 2 . 2 5 2 . 1 4 4 . 8 1 5th m m m b / h = 4 3 . 1 8 / 4 . 8 1 5 = 8 . 9 6 8 m m （ 5） 计 算载荷系数 根据 v =s,6 级精度，由图 机械设计 110 8 查得动载荷系数 直齿轮，假设 / 1 0 0 b N/。由表 机械设计 110 3查得由表 机械设计 110 2 查得使用系数表 机械设计 110 4 查得 6 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时， 2 2 31 . 1 1 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 1 5 1 0H d 将数据代入后得 1+1） 1+000 /机械设计 1查图 10 13 得载荷系数 A V H K K K= 6） 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式 机械设计 1（ 10南京工程学院毕业设计说明书（论文） 9 10a）得 3311 / 4 3 . 1 8 * 1 . 7 7 / 1 . 3 4 7 . 1 5d k k 7） 计算模数 11/m d z=0=按齿跟弯曲强度设计 由式 机械设计 1（ 10 5）得弯曲强度的设计公式为 13212 ()确定公式内的各计算数值 由 机械设计 1图 10 20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500齿轮的弯曲疲劳强度极限2380 由图 机械设计 110 18 查得弯曲疲劳寿命系数2计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S = 机械设计 1公式（ 10 12）得 111 0 . 8 5 5 0 0 3 0 3 . 5 71 . 4F N F 222 0 . 8 8 3 8 0 2 3 8 . 8 61 . 4F N F 计算载荷系数 K A V F K K K1*取齿形系数 由 机械设 计 1表 10 5 查得 1 2 取应力校正系数 由 机械设计 1表 10 5 查得 1 2 算大、小齿轮的并加以比较 1112 . 9 1 1 . 5 3 0 . 0 1 4 6 3 0 3 . 5 7 0 2222 . 2 2 1 . 7 7 8 0 . 1 6 4 2 3 8 . 8 6 大齿轮的数值大。 2）设计计算 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 10 3 22 1 . 7 0 1 3 0 7 5 0 0 . 0 1 6 4 1. 7 4 2 m 8m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能 力，而齿面接触疲劳强度所所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数 的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 就近圆整为标准值 m =接触强度算得的分度圆直径1d=算出小齿轮齿数 11 47 2 3 . 52 . 0dz m 取 24 大齿轮的齿数2z=24=82 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费 1。 4 )几何尺寸计算 计算分度圆直 11 2 4 2 . 0 4 8d z m m m 22 8 2 2 . 0 1 6 4d z m m m 计算中心距 12 / 2 ( 1 6 4 4 8 ) / 2 1 0 6a d d m m 计算齿轮宽度 根据经验一般齿宽取模数的 610 倍 所以 6=6 2 5)验算 112 2 4 4 0 7 6 1 8 3 6 . 2 548 而根据公式 :1 1 4 8 4 8db d m m 故 : 1 1 8 3 6 . 2 5 3 8 . 2 6 1 0 0 / m i 所以合适 . 的初步确定 第一根轴：设其传动效率为 则其功率为3p 3 0 . 9 6 2 . 8 8 3P3 确定轴的计算转速 主轴 ( 1 )3m i n 5 0 2 . 3 1 1 5 r/则主轴速度取171r/算转速传递全功率 所以得 316r/85r/京工程学院毕业设计说明书（论文） 11 按式 机械设计 1（ 15 2）初步估算轴的最小直径，选轴的材料为 45 钢，调质处理， 据 机械设计 115 3 取0 110A 于是得： 3 33m i n 032 . 7 71 1 0 1 7 . 1 8585 N m 第二根轴：齿轮和轴的传动效率是 则其功率为3 2 . 7 7 0 . 9 7 2 . 5 9p K W 3 1 6 / m 按 式 机械设计 1（ 15 2）初步估算轴的最小直径，选轴的材料为 45 钢，调质处理，根据 机械设计 115 3 取0 110A 于是得：3 33m i n 032 . 5 91 1 0 2 1 . 6 8316 m 削力的计算 以下公式，数据根据 机床切削手册 获得 7： 切削速度的计算公式 ( / m i n )a f加工材料碳素结构钢 b=650圆纵车，刀具 刀刀杆尺寸B*H（ 16*25，工件直径 D=40 车削深度3 进给量 。 f=.5(mm/r)( 2 4 2 . 0 . 1 5 . 0 . 3 5 . 0 . 2 0r v vC x y m 耐用度T=120正系数车削力及主车削功率 主车削力 z a f v k N 径向车削力 y y yy a f v kN 走刀力（轴向力） x x a f v k N 车削时消耗的功率46 1 0 W 加工材料：结构钢及铸钢b=650 刀具材料 硬质合金 2 6 5 0 , 1 . 0 , 0 . 7 5 , 0 . 1 51 9 5 0 , 0 . 9 0 , 0 . 6 , 0 . 32 8 8 0 , 1 . 0 , 0 . 5 , 0 . 4Z z Zy y yx x F F F xC x y FC x y FC x y F ,Z y Fk k k 分别为三个分力计算中，当实际加工条件与所求的经验公式的条件不符合时，各种因素对切削力的修正系数积 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 12 0000 . 8 9 0 . 9 1 . 0 0 . 8 7 1 . 0 3 0 . 8 9 1 . 0 81 . 3 0 2 . 0 0 . 7 5 0 . 8 0 1 . 5 6v s P mZ v z z s z z z Z P my v y y s y y y y P mx v xF k F r F F r F M F T V T F TF k F r F F r F M F T V T F TF k F r F F r F M F T V T F TF k F rk k k k k k k k kk k k k k k k k kk k k k k k k k kk k k 00 . 7 8 2 . 0 1 . 0 7 0 . 8 0 1 . 3 4x s x x x x P r F M F T V T F Tk k k k k k 代入车削速度 0 . 2 0 . 1 5 0 . 3 5242 1 0 . 7 . 6 4 / m i 0 3 0 . 4 车削力 1 . 0 0 . 7 5 0 . 1 50 . 9 0 . 6 0 . 31 . 0 0
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