关 键 词：

x5032 铣床 数控 改装 设计 通过 答辩 论文 图纸

资源描述：

X5032型铣床数控改装设计【通过答辩论文设计及图纸】,x5032,铣床,数控,改装,设计,通过,答辩,论文,图纸

内容简介：

in 0 is a of a on a of NC is a of It is It is in of is it be in In we on in In 502 be to be by 031 253 is by 8031 to of 8031 253 It 031 7128 6264 ,031 he 0 s in an s a of to a s In 980s s NC as At NC a a of in 0 of s it is or a of by NC in to do C of of of to a be to of as at so C be of a to of V in a or of a In to a to we of to of of of In of is in NC to is to a to on of of in of we a At in of a of a to or nd of of to In is of C of of of of a In in of a in of of it is In we a a of to of so o of is or in to of to of of so is In of of is to we a of NC is a it of to in C NC NC is of as as In of 031 In of to of in of of in a 参考文献 参考文献 1 机械设计手册 吴宗泽 主编 北京机械工业出版社 2002 2 机床设计手册 编写组编 机械工业出版社 1986 3机械设计图册 华东纺织学院等主编 上海科学技术出版社 1986 4 机械设计 邱宣怀 主编 高等教育出版社 1997 5金属切削机床 戴曙主编 机械工业出版社 1996 6微型计算机原理汇编接口技术潘 正卿主编 北京希望电子出版 2002 7自动控制原理 王划鱼 主编 国防工业出版社 2001 8微机数控技术 焦振学 主编 北京理工大学出版社 2000 9机电一体化系统设计 姜培刚 、 盖玉先主编 机械工业出版社 2003 10机床数控系统 课程设计指导书 杨俊主编 中国科学技术出版社 1991 11单片机原理及接口技术徐煜明 、 韩雁主编 电子工业出版社 2005 12机械制图 湛康焘主编 上海交通大学出版社 1999 13材料力学 刘鸿文主编 高等教育出版社 1992 14 金属切削机床 顾维新主编 机械工业出版社 2002 15电器控制系统与可编程控制器常小玲主编 机械工业出版社 2002 16机床设计手册 上海科学技术出版社 1990 17机械设计手册第三卷 成大先主编 化学工业出版社 2002 18现代综合机械设计手册下 北京出版社 2000 19机电一体化系统设计张建民主编 北京理工大学出版社 1999 20可编程控制器应用与实验瞿大中主编 华中科技大学出版 2002 21机械原理与设计课程设计王三民主编 机械工业出版社 2004 参考文献 22机电一体化系统设计芮延年主编 苏州大学出版社 2005 23机械制图 李澄 、 吴天生 、 闻百桥主编 高等教育出版社 1996 24机械设计手册 第三卷及 第五卷 机械工业出版社 2005 山东理工大学 毕业设计（论文） 外文资料及译文 学 院： 工程技术学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名 ： 姜良良 学 号： 0622110724 指导教师 ： 张桂香 毕业设计开题报告（理工类） 设计题目 铣床数控改装设计 学生姓名 姜良良 学号 0622110724 专业 机械设计制造及其自动化 一、课题的目的意义： 通过为期近一个学期的毕业设计，要求学生能够综合利用在大学四年期间所学的知识，独立且具有创新性的完成工程实际中所需的机电产品的机械及其相关控制部分的设计任务，为毕业后从事机械电子设备的研发、使用和进一步深造打下良好的基础。 二、近年来国内外研究现状： 国内：我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七 五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从 2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国 其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩 短与发达国家之问的差距。 国外 :欧洲政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植，且网罗世界人才，不断提出机床的发展方向、科研任务 ,并且提供充足的经费。国外特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精，在数控机床方面取得了很大的成果。 三、设计方案的可行性分析和预期目标： 将一台 立式铣床改装成微机数控铣床。该铣床用于加工中型或小型零件的平面或成型表面，也可加工具有一定斜度的平面（在 45 度内任意一种平面）。改装的目的一方面提高加工精度，另一方面利用数控方法加工任意圆弧面和凸轮的曲面（铣床的外形及传动系统见机床设计图册）。 针对以上要求，毕业设计的任务主要包括如下几个部分： （一） 机械部分 完成 立式铣床改装的机械部分结构设计、传动设计及有关强度、刚度的计算与校核，具体包括其总装配图、部件装配图以及主要零件的结构设计及相关强度、刚度等计算。 （二） 控制系统 （ 1）完成控制系统的总体方案设计，建议采用 列单片机及 8255、 8253 等接口芯片进行设计；或者采用工控 作为上位机， 为下位机的控制系统进行设计。 （ 2）控制系统硬件及接口电路设计。 （ 3）控制系统软件设计，利用模块化的设计思想，绘出程序框图 四、所需要的仪器设备、材料： 性能良好的电脑一台，且装有 件， 板一张，丁字尺一个，图纸若干张。 1机械设计手册 2计算机接口电路设计 3数控机床 4机床数控系统课程设计指导书等。 5机床设计图册 6机床设计手册 7金属切削机床设计等 五、课题分阶段进度计划： 序号 起止日期 工 作 内 容 阶段成果 1 研：了解数控铣床的应用现状及发展前景，论述该课题的必要性。掌握小型数控铣床的结构和工作原理。翻译不少于 5000 字符的相关英文资料 完成开题报告 2 集资料：阅读有关机床、数控、计算机接口电路、控制程序编制、铣削加工工艺方法等方面的资料，借阅有关的参考书和工具书，为下一步的工作做准备 完成 工艺过程卡和工序卡 3 体方案制定：根据调研和查阅资料所得信息，确定本毕业设计的总体方案。 完成 设计方案 4 算：对零部件进行受力分析、计算并确定其尺寸。 完成 计算、校核 5 械部分：绘制机械部分的总装图、部件装配图、相应的零件图。 完成 机械装配图、零件图 6 制部分：完成控制系统的硬件及接口电路设计、驱动电路设计及其外围其他电路的设计；按照控制系统的功能要求， 完成相应的软件设计。 完成 控制电路图 7 写论文及编写设计说明书。 完成 设计说明书 8 理材料、毕业答辩。 指导教师意见： 签字： 200 年 月 日 总结 51 总结 此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验 ，学习生活过的 充实 而有乐趣 。 通过这次实践，我了解了 数控 机床的用途及必要性，熟悉了 数控 机床 工作台的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。 本次 毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料 、 相关标准，分析数据 等 ，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要 我们 努力去完善。 但是毕业设计 中 也暴露出自己专业基础 知识的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解 等等。这次实践是对自己大学所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国机械制造工业添上自己的微薄之力。 由于本人能力有限，加上专业知识水平不够成熟，设计当中难免存在这样那样的问题，失误甚至是谬误难免有之，恳请各位老师同学不吝指正。以便在以后的学习当中逐步提高自我，完善自我。 中文摘要 文 摘 要 数控技术在工业上的应用已经有四十多年的历史了。简单的来说，数字控制是一种以字码、数字和特殊字符为基础的自动化加工制造的一种方法。所谓程序就是用于执行某一操作的整套代码表示的指令。这些程序被转换成相应的电信号后输入数控机床就可以运行操作了。数控机床也可以通过程序进行手动操作。如果计算机参与了程序的编制，这个过程就被称为计算机辅助编程。 像许多先进的技术一样，数控技术也是诞生在实验室里面的。数控技术的概念是于 20 世纪 50 年代早期由美国空军提供专款研制出来的。在他的早期阶段 ， 数控机床只能够 进行直线切削。 然而，由于早期的数控机床的走 刀路线是通过一系列的水平的和竖直的编程方法来实现的。所以，切削路径的设计是一个难题。每一步 切削的直线越短，切削面越光滑。这就是数控技术如果继续向前发展就必须要克服的难点。 这个难点 随着 自动编程语言的发展而于 1959 年得到解决的，这是为数控技术专门研发的一种专门的编程语言，他和英语语言一样来定义几何坐标，描述切削刀具的布局和必 须 的运动。自动编程语言的发展是发展数控技术的一个巨大的进步。原始的数控编程系统于现在使用的数控系统有很大的不同。原始的数控编程系统，程序是写在磁纸上的，最后被塑料磁带所取代，一个磁带阅读器用来在机床上输入或输出编写的程序。总之，所有的这些都为数控机床的发展打下了一个良好的基础。然而，在数控机床技术中也有许多问题来 待 人们去解决。 关键词： 数控； 单片机； 铣床； 编程； 发展 毕业设计答辩评审表 课题名称 学生姓名 姜良良 答辩小组评分 评语： 答辩小组负责人签字： 年 月 日 答辩小组成员签名 毕业设计成绩评定 指导教师评分 评阅人评分 答辩评分 综合评分 （按结构分 4： 2： 4 答辩委员会负责人签字： 20 年 月 日 毕 业 设 计 等 级 （按优、良、中、及格、不及格） 山东理工大学 毕业设计（论文）手册 学院 工程技术学院 系 机电工程系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机 升 0606班 学生姓名 姜良良 学号 0622110724 指导教师 张桂香 职称 副教授 山东理工大学教务处编印 二 八 年 六 月 毕业设计（论文）自二 八 年 三 月至二 八 年 六 月 共 十 一 周 毕业设计评审表（指导教师用） 课题名称 学生姓名 姜良良 序号 评审项目 指 标 满分 得分 1 课题完成 情 况 按期完成任务书规定的任务；工作努力，严谨务实；遵守纪律；善于与他人合作；动手能力强。 20 2 调查与综合 能独立查阅文献资料；完成社会调查或现场考察任务；有收集、综合和正确利用各种信息及获取新知识的能力；开题报告质量高。 10 3 译 文 按要求完成外文资料翻译，翻译准确、通顺，译文数量符合要求。 10 4 设计或实验方案 设 计或实验方案论证充分；计算、分析、论据正确；对前人工作有所改进或突破。 20 5 图纸、设计说明书质量 图纸完备或完成任务书所规定的工作；图样正确、规范，符合国家标准；设计合理，工艺可行。计算准确、论据充分、结构严谨；语言准确、流畅，符合撰写要求。 30 6 基础理论的掌握及创新 较好地掌握本专业的基础理论和专业知识；工作中有创新意识或成果有一定的应用价值。 10 合 计 评语： 指导教师签字： 20 年 月 日 毕业设计工作总结 表 9 工作任务完成情况（包括任务书中规定的工作内容、研究目标等，如未能完成须说明原因）： 完成 铣床 数控 改装的机械部分结构设计 。 完成 铣床 数控 改装的传动 设计 。 完成 主要零件的结构 设计 及相关部件刚度、强度等计算 。 完成 机械部分总装配图 。 完成 机械部分部件装配图 。 完成 控制系统的总体方案设计 。 完成 控制系统硬件及接口电路设计。 完成控制电路图。 完成 撰写数控铣 床 设计 说明书 。 采用新的思路来设计 数控铣床 的 工作台。运用自己所学的知识在原有的铣床 上进行创新及设计。且在规定的时间内完成老师所要求的任务。 要求原铣床的改动应尽可能的少，以便数控部分发生故障时仍能手工半自动操作。 设计完成情况且令人满意，基本达到了老师的要求。保质保量的完成了老师所布置的任务。本次设计 圆 满的结束。 主要创新点： 此次毕业设计创新点如下： 1、 采用 步进电机控制工作台工作，从而使工作台传动和定位更精确。 2、 设计 中采用弹性套柱销联轴器不仅传动精确 高 、而且装拆方便 。 3、 采用与一般数控铣床不同的方法，设计出本套方案。虽实际生产中不采用，但为学生开拓思维做出良好典范。 4、 设计中丝杠采用四个角接触球轴承， 提高了其支撑度 。 5、设计中采用单片机控制两台电机工作，不仅提高了加工精度和工作效率，而且操作方便。 6、 在设计中不仅用 手工绘图， 大大 提高了作图的基本功锻炼，并应用 图来校正所做的传动方案，且准确性高。 7、 本组设计的数控铣床 是 轻型、高速、精密、高效新系列机床 ，有着实际应用的能力。利用最新资料使计算，验算，校核等方面速度大大加快。 8、 在设计中即学习了前辈们的实验成果，又融入了自己的想法，获益颇深 。 工作状况（包括工作态度、刻苦精神、协作精神、个人精力投入 、出勤等情况）： 本人在工作中本着积极认真，不屈不挠，不怕困难，勇 于付出，刻苦努力，团结协作。热心帮助其他同学，自己有不懂的地方积极 思考，不耻下问。向老师同学寻求帮助。以争取工作成果的良好进展。 在工作中 发扬不怕苦 、 不怕累的精神 ，努力工作、 学习，设计并取得一个令老师和 自己 都 满意的结果。 在精力投入方面我已经做到了倾尽所能，每天按时到教室进行刻苦钻研，努力学习。在设计图纸中不怕脏不怕苦，坚持到最后一刻不放松。 出勤方面一直是班级典范。不迟到不旷课，积极完成老师布置的 任务 。并积极帮助其他同学完成各项工作。 收获、体会及建议： 在这次 铣床数控改装设计 中使我懂得了以前很多不懂的东西，比如数控机床的工作原理、步进电机的选择 等方面。使我在知识上得到补给。并且在学习上也懂到 学到 了很多的东西。比如细心，艰苦努力，刻苦学习等。我相信现在的我可以在机械设计方面有着长足的发展。我也愿意为祖国的机械行业尽一份力量。在设计期间所见所闻为我的大学生活增色不少。让我积累不少的经验和做个合格大学生的责任感。 虽然这次 铣床数控改装设计 中我学习到了很多的东西，但是同样让我感觉到了不足。在知识上的欠缺，在毅力上缺乏锻 炼。并在实践中缺少考验。我希望以后我可以有更多的机会得到这样的锻炼。同时体会到了老师和同学的温暖，要不是 老师 和同学的帮助我是不可能完成的那么好的。 建议学校适当的把设计时间延长一些，因为短暂的设计生活中让我感觉到了自己的知识上的匮乏。如果能经常组织类似的活动一定可以培养出更多的人才。并建议学校采用多名老师辅导制度。以减轻学校老师的压力，并使学生可以多方面的接受老师的指导和教育。 更希望学校能腾出更多空间来让学生来完成自己的设计。因为学生学习 、 设计环境实在是很艰苦。 学生签字： 姜良良 2008 年 5 月 25 日 毕 业 设 计 任 务 书（理工） 学院 工程技术学院 学生姓名 姜良良 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机升 0606 学号 0622110724 指导教师 张桂香 职 称 副教授 课题名称 铣床数控改装设计 起止日期 自 20 08 年 3 月 10 日起至 2008 年 6 月 1 日 一、课题来源、目的与要求： 来源： 将一台 立式铣床改装成微机数控铣床。该铣床用于加工中型或小型零件的平面或成型表面，也可加工具有一定斜度的平面 。主要有以下几个方面： 机械部分设计；控制部分设计；夹具设计等。 目的： 通过为期近一个学期的毕业设计，要求学生能够综合利用在大学四年期间所学的知识，独立且具有创新 性的完成工程实际中所需的机电产品的机械及其相关控制部分的设计任务，为毕业后从事机械电子设备的研发、使用和进一步深造打下良好的基础。 要求：工作台是 铣床改装的主要部分，要求学生根据铣削力来选择电动机，从而完成工作台的改装，并使原铣床的改动尽可能少。控制部分采用 列的 8031 单片机来设计。 二、主要设计内容： 将一台 立式铣床改装成微机数控铣床。该 铣床用于加工中型或小型零件的平面或成型表面，也可加工具有一定斜度的平面（在 45 度内任意一种平面）。改装的目的一方面提高加工精度，另一方面利用数控方法加工任意圆弧面和凸轮的曲面（铣床的外形及传动系统见机床设计图册）。 针对以上要求，毕业设计的任务主要包括如下几个部分： （一） 机械部分 完成 立式铣床改装的机械部分结构设计、传动设计及有关强度、刚度的计算与校核，具体包括其总装配图、部件装配图以及主要零件的结构设计及相关强度、刚度等计算。 （二） 控制系统 （ 1）完成控制系统 的总体方案设计，建议采用 列单片机及 8255、 8253 等接口芯片进行设计；或者采用工控 作为上位机， 为下位机的控制系统进行设计。 （ 2）控制系统硬件及接口电路设计。 （ 3）控制系统软件设计，利用模块化的设计思想，绘出程序框图， 三、主要设计技术指标与参数： 1、原铣床的改动应尽可能的少。希保留原操作机构以便数控部分发生故障时仍能手工半自动操作。 2、改装后纵向和横向进给精度可达 m10 。 3、改装后能增加原铣床的功能。 4、控制部分要求运行可靠，维修方便。 5、控制部分需防尘及抗干扰。 6、改造成本低。 四、分阶段指导性进度计划： 第一周 调研：了解数控铣床的应用现状及发展前景，论述该课题的必要性。掌握小型数控铣床的结构和工作原理。翻译不少于 5000 字符的相关英文资料。 完成开题报告。 第二周 收集资料：阅读有关机床、数控、计算机接口电路、控制程序编制、铣削加工工艺方法等方面的资料，借阅有关的参考书和工具书，为下一步的工作做准备。 第三周 总体方案制定：根据调研和查阅资料所得信息，确定本毕业设计的总体方案。 第四 五 周 计算：对零部件进行受力分析、计算并确定其尺寸。 第 六 八 周 机械部分：绘制机械部分的总装图、部件装配图、相应的零件图。 第 九 十 周 控制部分：完成控制系统的硬件及接口电路设计、驱动电路设计及其外围其他电路的设计；按照控制系统的功能要求，完成相应的软件设计。 第十 一 周 撰写论文及编写设计说明书。 第十 二 周 整理材料、毕业答辩。 五、主要参考文献资料： 机械设计基础 机械设计图册 机械设计手册 计算机接口电路设计 数控机床 数控技术 机械设计图册 机床数控系统 课程设计指导书等。 机床设计图册 机床设计手册 金属切削机床设计简明手册 金属切削机床设计等 指导教师（签字）： 20 年 月 日 系主任（签字）： 20 年 月 日 注：本表由指导教师填写，经系主任审定后下发学生。 目录 目 录 设计总说明 I 中文摘要 一章 绪论 1 一 数控机床的发展状况 1 二 数控机床的特点和分类 2 三 目前数控机床 发展中存在的基本问题 3 四 发展数控机床的一些战略措施 4 第二章 铣床简介 6 一 铣床介绍 6 1 主轴的旋转运动 6 2 工作台纵向移动 7 3 工作台横向移动 7 4 工作台的升降移动 7 二 总体方案确定的说明 7 第三章 铣床机械部分的改装设计 9 一 步进电机的选择 9 目录 1 步进电机的特点 9 2 脉冲当量 p，步距角 b 和降速比 的选择 9 3铣刀铣削力的估算 10 4步进电动机功率的的估算 11 5步进电机的控制 12 二 滚珠丝杠的选择 13 1滚珠丝杠副的组成部分及其特点 13 2滚珠丝杠副的工作原理 14 3滚珠丝杠的计算与选择 15 4 滚珠丝杠三维造型图 17 三 导轨副的选择 18 1直线运动导轨的类型 18 2直线导轨的要求 18 3导轨的选用 19 四 联轴器的选择 22 1联轴器选择原则 22 2联轴器的选用 22 五 滚动轴承的选择 23 1滚动轴承的工作特点 23 2滚动轴承的设计 24 目录 六 夹具的选择 25 1夹具的特点 25 2机床夹具的分类 26 3夹具装配图 27 第四章 铣床 数控部分的改装 29 一 列单片机的总述 29 1 单片机的特点介绍 29 二 列 单片机的 选择 30 1 列单片机的内部结构示意图 30 2 031单片机其具体的引脚及其功能 31 3 031单片机的功能 32 三 片机输入输出口 33 1 和 的功能 33 2 的功能 35 3 的功能 35 四 程序存储器 扩展 36 1 型号及其特性 36 2 16K 8）的主要技 术特性 37 3 16K 8）的操作方式 37 4 程序存储器芯片于单片机的连接方法 38 目录 五 数据存储器 扩展 39 1 常用的静态数据存储器（ 介绍 39 2 静态数据存储器（ 片于单片机的连接方法 40 六 锁存器的介绍 40 七 可编程计数器 /定时器 8253 的介绍 41 1 8253 的工作原理 41 2 8253 的工作模式 43 八 硬件环形分配器 设计 48 九 光电隔离器与功 率 放 大电路的设计 49 1 具体计算 49 2 高低电压切换驱动电路图 50 总结 51 参考文献 52 致谢 54 第一章 绪论 1 第一章 绪论 一、数控机床的发展状况 数控机床是一个国家支柱产业及国防工业的必备工艺装备，发展数控机床，应该提高到战略高度来认识。当前，是我国发展数控机床的大好时机，我们应该抓住机遇，花大力气 ， 把中国的数控机床搞上去。 那么当前的机遇有哪些呢？我认为有两个。一是有国家的支持，自去年年底以来，党和国家领导人多次批示要加快我国机床工业的步伐，国家也将投资60 多亿来支持这一领域的发展。第二，中国制造业的增加值已经位列第四，世界 500 强中的制造业也已相继落户中国，跨国公司产业基地的转移，这既是竞争的加 剧，但同时也是我国从制造大国转向制造强国的一个机遇，我们应该从中看到发展中国数控机床的大好良机已经到来！ 目前数控机床主要朝以下几个方向发展： 精度方向发展 速度和精度是数控机床的两个重要指标，直接关系到产品的质量和档次、产品的生产周期和在市场上的竞争能力。 能集成化方向发展 数控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统化方向发展，如出现了数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心等具有柔性的高效加工设备；出现了由多台数控机床组成底层 加工设备的柔性制造单元、柔性制造系 统、介于传统自动线与 间的柔性加工线。 随着人工智能在计算机领域不断渗透和发展，数控系统向智能化发展。这种高性能的智能化的数控系统不但具有加工过程的自适应控制、负载自动识别、工艺参数自生成、运动参数动态补偿、智能诊断、智能监控等功能，更具特色的是 考虑到操作使用的因素而呈现的极为友好的人机界面 。 （ 1）引进自适应控制技术 第一章 绪论 2 （ 2）采用故障自诊断、自修复功能 （ 3）模式识别技术 （ 4）智能化交流伺服驱动技术 数控机床的可靠性一直是 用户最关心的主要目标，它取决于数控系统各伺服驱动单元的可靠性。为提高可靠性，目前主要采取以下措施： （ 1）数控系统将采用更高集成度的电路芯片，采用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，提高可靠性。 （ 2）通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求。同时通过硬件结构的模块化、标准化、通用化及系列化，提高硬件的生产批量和质量。 （ 3）增强故障自诊断、自恢复和保护功能，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断、报警。当发生加工超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行 相应的保护。 数控机床的网络化将极大地满足柔性生产线、柔性制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式的基础单元。 二、数控机床的特点 和分类 数控机床 是一种高效、新型的自动化机床，具有广泛的应用前景。它具有以下特点 ; 1. 适应性、灵活性好 量稳定 动条件好 护技术要求高 第一章 绪论 3 数控机床的品种规格繁多，分类方法不一。根据数控机床的功能、结构、组成不同可从以下几个方面进行分类： 1）点位控制数控机床 2）直线控制数控机床 3）轮廓控制数控机床 1）开环控制数控机床 2）闭环控制数控机床 3）半闭环控制数控机床 3. 按功能水平分类： 1）经济型数控机床 2）中档型数控机床 3）高档型数控机床 1）金属切削数控机床 2）金属成型数控机床 3）特种加工数控机床 三 、目前数控机床发展中存在的基本问题 1 产业安全问题 据权威统计表明，国产数控 机床仅占国内数控机消费额的 28%，这就说明，我国机床制造在从 “ 低端产品 ” 向 “ 高端产品 ” 升级的过程中，差距是十分明显的。也就是说，国内急需的高水平的高技术装备依然要依赖进口。我们的薄弱环节还不仅仅是新型装备的研发和制造能力，而且还反映在我国的数控机床第一章 绪论 4 的核心技术，也即中高档数控系统要依赖进口。 所以 数控机床产业安全问题已经存在。 2 技术研发能力有待提高 国内机床制造厂家对技术引进相当重视，而对研发的投入还不成比例，这种情况的造成当然不是意识认识上的不足，而主要是大多数企业资源和能力上的不足所致。人员的流失、设备 的老化、效益的低下，严重影响了企业的创新能力。再一个就是基础性研发的任务主要应该由高等院校和专业研究部门完成，政府和有能力的知名集团应该加大这方面的投入 。 3 体制改 革 需要加大力度 我国 机床工业的转制起步慢，步子也不快，跟不上改革发展的需要。具体地讲，就是对产品能级 档次的提高是重视了，但对制造技术本身的高技术化却没能提到议事日程上来，高技术产品要与高制造技术相匹配，这才是完整意义上的技术升级，因此产业结构的升级既要体现主机企业的 “ 重大精尖 ” ，又要强化配套企业的 “ 细小精微 ” ，只有从设备的材质上、加工工艺上 以及数控系统等等功能部件上都有了新技术的应用，我们才谈得上从 “ 中国制造 ” 向“ 中国创造 ” 的转变和跨越。 四 、发展数控机床的一些战略措施 我认为应该从三个方面做起： 1、提倡强强联合，实现战略联盟。 强强联合，在国外，这种联手合作的先例是很多的，如德国的蒂森集团莱福林集团 国的优诺发集团 等，他们的长处我们可以借鉴。竞争是既有竞争又有合作的，对手是可以成为合作伙伴的。在强调竞争的前提下，不能排斥国内机床行业之间的强强联合，有了这一联合，才是完整意义上的竞争， 有了这一联合，我国的数控机床发展才会集成创新，才会共同发展。在此需要特别提出的是，由机床制造企业和数控系统制造商联手开发机床、联手开发软件，应该是一件非常有意义的事情。 第一章 绪论 5 2、自主技术创新和自主知识产权的推进。 国内大多数数控机床制造企业还处在以用户订单为开发项目的阶段，把用户直接的需求作为产品和技术的主要研究和开发对象，不仅在产品开发的水平能级和数量上远远不能满足市场的需求，而且在技术储备上明显缺乏，企业没有一定的前瞻性，也是导致研发能力和创新能力落后下降的一个因素。 要改变这种单一创新产品的状况并向系列创 新产品过度，需要健全企业内部的技术创新机制，尤其要注重企业专业研究所的作用。 其二就是技术创新的国际化。企业除了通过自身的努力，实现技术创新的本地化，还要力求争取技术创新的国际化。技术引进以及与国外知名厂商的合作合资等是国际化的一个方面，但中国的制造业如果缺乏自主技术创新和自主知识产权，中国就永远不可能成为制造强国，机床制造企业也很难达到真正的发展。国内的骨干主要企业要形成自主知识产权和专有技术才谈得上国家机床装备制造业的安全和发展。 其三就是 “ 请进来、走出去 ” 。同内数控机床制造厂家已经将这一做法作为加快技 术创新的新途径。当然，在企业这方面条件尚未成熟时，可派出技术人员针对具体的项目和海外知名企业或高校进行合作。 因此数控机床制造厂家还需要在提高产品质量水平上下功夫，在和用户客户建立新型的服务关系方面下功夫，建立一个长期培育名牌的计划并付诸于实践，这样我们才能为打造国际化的制造强国作出自己的一份力量和贡献。 第三章 9 第三章 铣床机械部分的改装设计 在工作台纵向进给手柄轴上安装圆锥销型联轴器，使工作台纵向进给手柄轴与步进电机联在一起。用微机数控系统控制纵向进给运动。加工时将离合器脱开使原来的机床进给运动停止工作。 一、步进电机的选择 步进电机又称脉冲电机。它是将脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其特点是输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲，转子就转过相应的一个步矩角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电 动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向，很容易用微机实现数字控制。 1 步进电机的 特点： 1）步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素的影响，只要在它们的大小未引起步进电动机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作； 2）步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差为“零”，不会长期累积； 3）控制性能好，在起动、停止、反转时不易“丢步”。因此，步进电动机被广泛应用于开环结构的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。 2 脉冲当量 p， 步距角 选择 脉冲当量 p，步距角 b，丝杠螺距 p= 360i 第三章 10 一 般 数 控 机 床 的 脉 冲 当 量 p 取为 步 距 角 b=1.5/t=6则减速比 i为 i= 60 p=6/360 铣刀铣削力的估算 铣削力是由刀具的材料，铣削工件的材料，切削用量等许多因素决定的。设计机床是从计算铣削力开始估算 电 动机的功率的。对于现有的机床的改装设计，可以从已知机床的电动机的功率和主轴上传动的功率反推出工作台进给时的 铣削力。该机床的主传动和进给传动均采用一个电动机。 进 给传动的功率较小，可以在主传动上乘以一个系数 k。有机床设计手册查 得 铣床的 主传动功率包括切屑功率 载功率 N=载功率 载 所消耗的功率，对于一般轻载高速的中，小型机床，可达总功率的 50，现取 加功率 指有了切削载荷后所增加的传动件的摩擦功率，它直接与载荷的大小有关。可以用下式计算， 1以总功率为： N= 1 2 在进给传动中的切削功率为： k (2 主轴上传动功率为 机功率为 = = 切削时在主轴上的扭矩为 74000 n (主轴上转速有 8种，现用 n=入，则主轴上的最大扭矩为 : 7400 n ( 现用 n=74000 4313（ 铣刀的最大直径为 32切削力 4313/473N。 铣削加工时主切削力 铣削进给抗力 间的比值由机床设计手册查的： c= c=1，则 473N，垂直分力与 三章 11 c=： 4473=3355（ N） 4 步进电动机功率的的估算 （ 1）步进电机转轴上启动力矩的计算 步进电机转轴上启动力矩的计算的公式为 3 6 ( ) 2q s F (式中： q 脉冲当量 (mm/ 削进给抗力（ N）； 垂直分力（ N）； 工作台及工件夹具的总重量（ N）； 取 = =G=1500N，则 3 6 0 . 0 1 4 4 7 3 0 . 2 ( 1 5 0 0 3 3 5 5 ) 2 3 . 1 4 1 . 5 0 . 6 =347(（ 2） 确定步进电机的最高工作频率 由步进电机的最高工作频率的公式查的 m a 快 m a x 1000 快 其中 m/s） n=750(r/m a 快 = 1000 =3000( （ 3） 步进电机的选择 由步进电机的性能参数图表中查得： 进电机的最大静转矩 第三章 12 01 (经过计算的两个方向即纵向和横向的步进电机均选用 110步进电机的主要性能参数如下：（表 3 相数 步距角 电压 相电流 最大转矩 空载启动频率空载运行频率 3 30v 4 m 3000 步 /s 7000 步 /s 电感 电阻 分配方式 外形尺寸 重量 转子转动惯量 3 相 6 拍 110 110 表 3进电机的主要性能参数 由以上图可知电动机的转速为 375转 /分 5 步进电机的控制 步进电机的运行特性跟配套使用的驱动电路有关。驱动电源由脉冲分配器，功率放大器组成。驱动电源是将变频信号源送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动的循环更给电动机各相绕组，以驱动电动机的转子正反向旋转。变频信号源是可提更从几赫兹到几十万赫兹的频率信号连续可调的脉冲信号发生器。因此，只要控制输入电脉冲的数量 和频率就可以精确控制步进电机的转角和速度。 下面简单介绍一下它的控制元件： （ 1） 环形脉冲分配器 步进电机的各项绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作，这种使电机的通电顺序按一定规律变化的部分称为环形脉冲分配器。 它的主要功能是将数控装置送来的一串指令脉冲，按步进电机所要求的通电顺序分配给步进电机的驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的通断，实现步进电机的运行及换向。当步进电机在一个方向上连续运行时，其各相通、断的脉冲分配是一个循环。环形分配器的输出不仅是周期性的，又是可逆的。 环形 分配的功能可由硬件或软件 的方法来实现，分别称为硬件环形分配器和软件环形分配器。 它实现环形脉冲分配的方法有三种： 1） 用计算机软件，利用查表或计算的方法来进行脉冲的环形分配，我们采用的是三相六拍的分配状态，可将状态代码 01H， 03H， 02H， 06H， 04H， 0513 列入程序数据表中，通过软件可顺序在数据表中提取数据并通过输出接口输出即可。通过正相顺序读取和反向顺序读取可控制电动机的正反转。通过控制读取一次的时间间隔可控制电动机的转速。 2）用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器。这种方式灵活性很大，可搭接任意向任意通电顺序的 环形分配器，同时在工作时不占用计算机的工作时间。 3） 采用专用的环形脉冲分配器件 （ 2）功率放大器 从计算机输出口或从环形分配器输出的信号脉冲电流一般只有几毫安，不能 直接驱动步进电动，必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大，使其增大 到几至十几倍，从而驱动步进电机运转。 功率放大电路的作用就是对从环形分配器输出的信号进行功率放大并送至步进电机的各相绕组。功率放大电路的控制方式很多，最早采用单电压驱动电路，后来出现了高低电压切换驱动电路、恒流斩波电路、调频调压和细分电路等。所采用的功率半导体元件可以是大功率晶 体管 可以是功率场效应晶体管 可关断晶闸管 二、滚珠丝杠的选择 常用的机械传动部件有螺旋传动，齿轮传动，同步带等，其主要功能是传递转矩和转速。在本次毕业设计中由于使数控机床的改装，精度要求较高，我们采用螺旋传动，即采用滚珠丝杠传动。 滚珠丝杠是数控机床伺服驱动的重要部件之一，它的优点是摩擦系数小，传动精度高。 下面我们将详细介绍一下滚珠丝杠传动的知识。 1 滚珠丝杠副的组成部分及其特点 滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运 动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展。 这一发展的深刻意义如同滚动轴承对滑动轴承所带来得改变一样。滚珠丝杠副因优良的摩擦特性使其广泛的运用于各种工业设备、精密仪器、精密数控机床。尤其是近年来，滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元，第三章 14 在机床行业得到广泛运用，极大的推动了机床行业的数控化发展。 这些都取决于其具有以下几个方面的优良特性： (1) 传动效率高 在滚珠丝杠副中，自由滚动的滚珠将力与运动在丝杠与螺母之间传递。 这一传动方式取代了传统螺纹丝杠副的丝杠与螺母间直接作用方式，因而以极小滚 动摩擦代替了传统丝杠的滑动摩擦。使 滚珠丝杠副传动效率达到 90%以上，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的 1/3左右，发热率也因此得以大幅降低。 (2 ) 定位精度高 滚珠丝杠副发热率低，温升小以及在加工过程中对丝杠采取预拉伸并预紧消除轴向间隙等措施，使丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。 (3) 传动可逆性 滚珠丝杠副没有滑动丝杠粘滞摩擦，消除了在传动过程中可能出现的爬行现象，滚珠丝杠副能够实现两种传动方式 将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动并传递动力 (4) 使用寿命长 由于对丝杠滚道形状的准确性、表面硬度、材料的选择等方面加以严格控制，滚珠丝杠副的实际寿命远高于滑动丝杠。 (5) 同步性能好 由于滚珠丝杠副运转顺滑、消除轴向间隙以及制造的一致性，采用多套滚珠丝杠副方案驱动同一装置或多个相同部件时，可获得很好的同步工作。 2 滚珠丝杠副的工作原理 螺杆和螺母的螺纹滚道间置有滚动体，当螺杆或螺母转动时，滚动体在螺纹滚道内滚动，使螺杆和螺母作相对运动时为滚动摩擦，提高传动的效率和传动的精度。 滚动螺旋传动的滚动体有球和滚子两大类，本次毕业 设计我们使用的是应用最广泛的以球为滚动体的滚珠丝杠副，随着机电一体化技术的发展，滚珠丝杠的使用的范围越来越广泛，目前，我国有十几家专业工厂按国家标准17587业标准 9893组织生产。我们不必自行设计，可以根据使用的工况来选择某种结构类型的滚珠丝杠，再根据载荷，转速等条件来选择。 第三章 15 3 滚珠丝杠的计算与选择 (1) 最大动负荷 Q 的计算 Q= N） 查表 于燕尾形导轨的机床 F=k )2( (N) 其中： N）； N）； N） . K=用滚动导轨 f =0，在传动过程中不考虑 G=0N,所以 F=（ N） L=61060 查表 T=15000h N=625( 按最大速度 算 L=6101500062560 = 97(N) 查表0d=20 (2)滚珠丝杠螺母副几何参数 （见表 3 滚珠丝杠螺母副几何参数计算（表 3 (3)传动效率计算 =)( tg 10334(334三章 16 名称 符号 计算公式和结果 公称直径 25距 p 5触角 45 螺纹滚道 钢球直径 纹滚道 法面半径 R R=心距 e e=(W/2)纹升角 = 33 螺杆外径 螺杆 螺杆内径 杆接触直径 母 螺母螺纹外经 R= 螺母内径 3(4)刚度验算 1L =9(N) 0L=0.5(E=10 (2 A= 2R =)L = =10 (丝杠受扭矩作用而引起的导程变化量 2L ，因扭矩很小，此项可以忽略。 导程变化总误差 0100L L = ) 查表 5 ，满足要求。 （ 5）稳定性验算 第三章 17 2)( （ N） E=21X 610 ( ) 1 J=64d=64 ( 4 62)351(65918 (N) 3244 滚珠丝杠三维造型图： 1）丝杠的三维图 （图 3 图 3丝杠 的平面图 （图 3 图 3面 图 第三章 18 2）螺 母的三维造型见图 3 3母的三维造型图 三、导轨副的选择 1 直线运动导轨的类型 直线运动导轨界面的基本形状主要有三角形，矩形， 燕尾形和圆形。直线运动导轨常由两条组合而成。下面具体介绍一下他们的具体情况： 三角形导轨 ：该导轨磨损后能自动补偿，故导向精度高。 矩形导轨 ：优点是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高；导轨间隙需用压板或镶条调整，且 磨损后需重新调整。 燕尾形导轨 ： 燕尾形导轨的调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑；但制造检验不方便，摩擦力较大，刚度较差。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的场合。 圆形导轨 ：制造方便，外圆采用磨削，内孔珩磨可达精密的配合，但磨损后不能调整间隙。 2 直线导轨的要求 当运动件沿着承导件作直线运动时，承导件上的导轨起支承和导向的作用，即支承运动件和保证运动件在外力（载荷及运动件本身的重量）的作用下，沿第三章 19 矩形导轨的尺寸如下图（图 3 - 3 ）： （图 3 - 3 ） 给定的方向进行直线运动。对导轨的要求如下： 1） 定的导向精度。导向精度是指 运动件沿导轨移动的直线性，以及它与有关基面间的相互位置的准确性。 2） 运动轻便平稳。工作时，应轻便省力，速度均匀，低速时应无爬行现象。 3） 良好的耐磨性。导轨的耐磨性是指导轨长期使用后，能保持一定的使用精度。 4） 足够的刚度。运动件所受的外力，是由导轨面承受的，故导轨应有足够的接 触刚度。 5） 温度变化影响小。应保证导轨在工作温度变化的条件下，仍能正常工作。 6） 结构工艺性好。在保证导轨其它要求的前提下，应使导轨结构简单，便于加工、测量、装配和调整 、 降低成本。 不同设备的导轨，必须作具体分析，对其提出相应的设 计要求。必须指出，上述点要求是相互影响的。 3 导轨的选用 1)横向传动及导轨副 横向导轨副为矩形导轨副 ,导轨通过高频淬火与粘贴塑料导轨板相配合 ,具有耐磨、防止爬行、摩擦系数小等优点。横向传动是通过步进电机 和 弹性套柱销 联轴器把 滚珠丝杠副传动 连接在一起的 ，带动 工作台来运转的 。 图 3矩形导轨的尺寸图 第三章 20 注： 1括号内的尺寸尽可能不用。 2 表 3矩形导轨的尺寸表 2)纵向传动及导轨副 纵向导轨副为燕尾形导轨副 ,导轨通过高频淬火与粘贴塑料 导轨板相配合 ,具有耐磨、防止爬行、摩擦系数小等优点。横向传动是通过步进电机 和 弹性套柱销 联轴器把 滚珠丝杠副传动 连接在一起的 ，带动 工作台来运转的 。 燕尾形导轨的尺寸如下图（图 3 图 3尾形导轨的尺寸图 下面列出了矩形导轨的尺寸表（表 3 - 3 ）， 仅 列 出 了 我 们需要的型号： （表 3 - 3 ） 第三章 21 注： 1） 做及镶条斜度 ： 50； 1： 100，镶条法向斜度 5方向的斜度 K： 50； 100。 2） +b， B=A+ 1+ F=A+2 d/2(1+=A+ 3尾形导轨的尺寸图 下面列出了燕尾形导轨的尺寸表（表 3仅列出了我们需要的型号： 表 3尾形导轨的尺寸表 第三章 22 四、联轴器的选用 1 联轴器选择原则 1） 转矩 T： T ，选刚性联轴器、无弹性元件 的挠性联轴器或有 弹性元件的挠性联轴器； 有弹性元件的挠性联轴器； 2） 转 速 n： n ，非金属弹性元件的挠性联轴器； 3） 对中性：对中性好选刚性联轴器，需补偿时选挠性联轴器； 4） 装拆：考虑装拆方便，选可直接径向移动的联轴器； 5） 环境：若在高温下工作，不可选有非金属元件的联轴 6） 成本：同等条件下，尽量选择价格低，维护简单的联轴器； 2 联轴器的选用 1） 联轴器计算扭矩 的计算公式： 9550 Pw/n = 中： 计算 转 矩， N m； T 公称转 矩， N m； 工作情况系数； 理论（名义）工作功率， n 工作转速， r/ 所以： ) 确定联轴器型号 由机械设计手册知， 为了隔离振动与冲击， 我们采用 弹性套柱销联轴器 其具体的 平面图 如下图 所示 （图 3 第三章 23 图 3性套柱销联轴器 五、滚动轴承的选择 滚动轴承