XK5040数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计第二部分.doc
JCJD01-027@XK5040数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共75页)
编号：492203
类型：共享资源
大小：4.94MB
格式：ZIP
上传时间：2015-11-06
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
30
积分
- 关 键 词：
-
机械毕业设计全套
- 资源描述：
-
JCJD01-027@XK5040数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计,机械毕业设计全套
- 内容简介：
-
（ 2007 届） 本科 生 毕业设计（论文）资料 学 院、系 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 ： 班 级 ： 学号 指导教师姓名 ： 职称 最终评定成绩 ： 二六年九月制 nts - 1 - 目 录 第一部分 过程管理资料 一 、 毕业设计（论文） 课题 任务书 ( 3 ) 二 、 本科毕业设计（论文）开题报告 ( 6 ) 三 、 本科毕业设计（论文）进展情况记录 (11) 四 、 本科毕业设计 （论文）中期报告 (13) 五 、 毕业 设计（论文） 指导 教师评阅表 (14) 六 、 毕业设计（论文）评阅 教师评阅 表 (15) 七 、 毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 (16) 第二部分 设计说明书 八 、 设计说明书 nts - 2 - 2007 届 本科 生 毕业设计（论文）资料 第一部分 过程管理资料 nts - 3 - 2007 届毕业设计（论文）课题任务书 院 (系 )： 机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师 学生姓名 课题名称 XK5040 数控立式铣床 主运动系统、 进给系统及控制系统设计 内 容 及 任 务 （ 1）设计内容： 1、 调查分析 XK5040 数控立式铣床的加工特点，确定设计数控立式铣床 的主要技术参数 。 2、进行 数控立式铣床 总体方案 和控制系统总体方案 设计。 3、完成 进给运动的机械 结构设计。 4、完成控制系统 硬件 设计 。 （ 2）任务和要求： 1、根据总体设计方案，绘制 XK5040 数控立式铣床 总体外观图一张（三维计算机图）。 2、 进行 主运动 系统 的 设计 ,绘制主轴箱装配图和 进给机构的 强度计算 , 绘制出工作台纵向或垂直方向数控进给机构装配图一张 (A0 计算机图二张 )。 3、 绘制出数控铣床主轴零件图 。 (A1 计算机图 1 张 )。 4、 根据控制系统总体设计方 案，绘制控制系统电路图一张 （ A0 计算机图 ）。 5、科技译文（不少于 2000 汉字 ，原文可自选或由指导老师提供 ）。 6、编写毕业设计说明书一套（不少于二万字，有英文摘要，全部用计算机打出）。 拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标 1、 工作台尺寸（长宽）： 1600 400mm； 2、工作台最大承载 ： 200kg； 3、 定位精度 ISO 标准 X 0.07mm ； Y 0.05mm ； Z 0.06mm ； 4、 工作台进给量：纵向 10 1500mm/min；横向 10 1500mm/min； 垂直 10 600mm/min； 5、 主轴转速范围 ： 30 1500r/min； nts - 4 - 进 度 安 排 起止日期 工作内容 2006.12 20 2007.01.06 完成毕业设计的选题和开题报告 2006.01.07 2007.02.26 课题调研，收集资料，拟定总体方案，画总体图 2007.02.27 2007.03.30 进行有关运动计算 ,确定主运动主要参数 ,绘出转速图和传动系统图，绘制主轴箱装配图 2007.03.30 2007.04.20 进行进给机构的设计和计算，绘制 进给机构装配图一张 2007.04.20 2007.05.10 控制系统设计，画控制系统图一张 2007.05.10 2007.05.15 对整个设计进行检查 2007.05.21 2007.05.30 整理设计说明书及修改图子，翻译科技外文， 以及毕业答辩的准备。 主 要 参 考 资 料 1、李福生主编，数控机床技术手册 M .北京：出版社， 1996.1 2、曹金榜易锡麟，机床主轴变速箱设计指导 M .北京：机械工业出版社， 1987.5 3、王爱玲、白恩远、赵学良、赵建国 主编，现代数控机床 M .北京：国防工业出版社， 2003.4 4、机械设计手册编辑组编，机床设计手册 M .北京：机械工业出版社， 1986.12 5、机械设计手册联合编写组编，机械设计手册 M .北京：化学工业出版社， 1987.12 6、周明衡主编，离合器、制动器选用手册 M .北京：化学工业出版社， 2005.5 7、华东纺织工学院 哈尔滨工业大学 天津大学 主编，机床设计图册 M .上海：上海科学技术出版社， 1981.5 8李广弟 朱月绣 王绣山主编，单片机基础 M.北 京：北京航空航天大学出版社，2004.10 9黄鹤汀主编，金属切削机床设计 M.北京：机械工业出版社， 1999.12 10赵大兴 李天宝主编，现代工程图学 M.武汉：武汉科学技术出版社， 2002.8 11顾维邦主编，金属切削机床概论 M.北京：机械的工业出版社， 1999.7 12张维纪编著，金属切削原理及刀具 M.杭州：浙江大学出版社， 2003.7 13甘永立主编，几何量公差与检测 M.上海：上海科学技术出版社， 2001.4 14张建钢 胡大泽主编，数控技术 M.武汉 ：华中科技大学出版社， 2000.8 15朱张校主编，工程材料 M.北京：清华大学出版社， 2003.6 16濮良贵 陈庚梅主编，机械设计教程 M.西安：西北工业大学出版社， 2003.2 17文怀兴主编，数控铣床设计 M 北京：化学工业出版社 2006.1 nts - 5 - 教研室 意见 签名： 年 月 日 院 (系 )主管领导意见 签名： 年 月 日 nts - 6 - 本科毕业设计（论文）开题报告 （ 2007 届） 学 院、系 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 ： 班 级 ： 学号 指导教师姓名 ： 职称 2007 年 1 月 10 日 题目： 课 题研究背景 数控 机床的发展趋势 nts - 7 - 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 1500 2000 字左右的文献综述。 20 世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制 技术在 技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从 1952年美国第台数控铣床问世至今已经历了 50 个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专 用 机 床 ，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有 10 20 万台，产值上百亿美元。 我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段，许多机床 厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在 90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到 50，库存超过 4 个月。从 1995 年 “九五 ”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在 1999 年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经 济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 30 万台），但我们的机床数控化率仅达到 1.9左右，这与西方工业国家一般能达到 20的差距太大。日本不到 80 万台的机床却有近 10 倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国 21 世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床3000 4000 台，日本 1 年产 5 万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口 70009000 台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。 国内的数控生产 厂家主要有华中 数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过 300 400 套。 从上面我们可以看出：我国的数控技术水平还有待提高，生产技术还相当落后。 因此，我们有必要大力发展我国的数控技术，提高 国产数控 技术的总体水平，将我国的工业水平提高到一个新的档次。 近 10 年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 (1) 高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由 3000 4000r/min提高到 8000 1000r/min，铣床和加工中心主轴转速由 4000 8000r/min 提高到12000r/min、 24000r/min、 40000r/min 以上 ,快速移动速度由过去的 10 20m/min 提高到 48m/min、 60m/min、 80m/min、 120m/min 在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的 0.5G（重力加速度）提高到 1.5 2G，最高可达nts - 8 - 15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 (2) 高精度化 数控机床的定位精度已由一般的 0.01 0.02提高到 0.008左右，亚微米级机床达到 0.0005mm 左右，纳米级机床达到 0.005 0.01，最小分辨率为 1nm 的数控系统和机床已有产品。 数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。 (3) 复合加工、新结构机床大量出现 如 5 轴 5 面体复合加工机床， 5 轴 5 联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括 5 轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特 殊编程要求。 (4) 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床 “如虎添翼 ”。 如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达 1000m/min，加工铝件能达 5000m/min。 (5) 数控机床的开放性和联网管理 数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此， 计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为 21 世纪制造业发展的一个主要潮流。 参考文献：文怀兴主编，数控铣床设计 M 北京：化学工业出版社 2006.1 根据国内外的数控机床发展状况及自己兴趣，此次毕业设计我选择了 XK5040 数控立式铣床设计作为毕业设计课题，以便使自己对数控铣床有更多的了解，进而增强自己在这方面的能力。 2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。 1、 依据：随着科学技术的发展，生产率水平的提高，人们对产品精度和质量的要 求 越来越来严格。因此，企业生产线的自动化程度要求越来越高， 数控铣床得到了越来越广泛的应用 。 由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。 2、研究的内容： nts - 9 - 本次设计主要研究的是 XK5040 数控立式铣床进给系统及控制系统设计 ，机床主传动及进给部件的设计过程和方法，包括参数拟定、传动设计、零件计算、结构设计等，对主运动、进给 系统各部件进行选择 ,计算 ,校核；以及对 XK5040 立式铣床控制系统选用 MCS-51 系列单片机组成，纵向、横向及垂直方向的控制电路设计。 3、研究思路及技术方案： 这次设计的任务是 对 XK5040 数控立式铣床进行总体设计和进给系统设计，先明确目的如下 : a掌握机床主传动及进给部件的设计过程和方法，包括参数拟定、传动设计、零件计算、结构设计等，培养机构分析和设计的能力。 b综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。 c训练和提高设计的基本技能。如计算、制图、应用设计资料、标准和规范、编写技术 文件（说明书）等。 1、 主轴箱设计思路如下 : 先根据总体设计方案 ,进行有关运动计算 ,确定主运动主要参数 ,绘出转速图和传动系统图；再进行动力计算 ,确定主电动机功率。 接着进行强度计算 ,绘制主轴箱装配图 一张 2 进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量，计算切削力，滚珠丝杆螺母副的设计、计算与选型，齿轮传动计算，步进电机的计算和选型等。 3 控制部分总体思路如下： 根据总体方案及机械结构的控制要求，控制系统的功能包括： a、 X 向、 Y 向、 Z 给伺服运动； b、键盘显示； c、面板管理 d、行程控制 e、其他功能、例如光隔离电路、功率放大电路、红绿灯显示 硬件电路主要由以下几部分组成： a) 主控制器，即中央处理单元（ CPU） ; b) 总线，包括数据总线、地址总线和控制总线； c) 存储器，包括 RAM 和 ROM； d) 接口，即 I/O 输入输出接口电路； e) 外部设备，如键盘，显示器及光电输入等。 3.工作进度及具体安排。 nts - 10 - 2006.12.20 2007.01.06 完成毕业设计的选题和开题报告 2006.01.07 2007.02.26 课题调研，收集资料，拟定总体方案，画总体图 2007.02.27 2007.03.30 进行有关运动计算 ,确定主运动主要参数 ,绘出转速图和传动系统图，绘制主轴箱装配图 2007.03.30 2007.04.20 进行进给机构的设计和计算，绘制进给机构装配图一张 2007.04.20 2007.05.10 控制系统设计，画控制系统图一张 2007.05.10 2007.05.15 对整个设计进行检查 2007.05.21 2007.05.30 整理设计说明书及修改图子，翻译科技外文， 以及毕业答辩的准备 4.指导教师意见。 指导教师： 年 月 日 说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师 审查后 签署意见生效。nts - 11 - 本科毕业设计（论文）进展情况记录 毕业设计 题目： XK5040 数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计 班级 ： 学号：学生： _ _指导教师： 时 间 任务完成情况 指导教师 意见 第 周 至 第 周 指导教师签名： 年 月 日 第 周 至 第 周 指导教师签名： 年 月 日 第 周 至 第 周 指导教师签名： 年 月 日 注： 教师监督 学生如实记录毕业设计（论文）过程中根据 课题任务书 拟定的进度与进展情况 以及毕业设计（论文）撰写过程中遇到的问题和困难，并签署 意见。 nts - 12 - 第 周 至 第 周 指导教师签名： 年 月 日 第 周 至 第 周 指导教师签名： 年 月 日 第 周 至 第 周 指导教师签名： 年 月 日 注：教师监督学生如实记录毕业设计（论文）过程中根据 课题任务书 拟定的进度与进展情况以及毕业设计（论文）撰写过程中遇到的问题和困难，并签署意见。 nts - 13 - 本科毕业设计（论文） 中期报告 填表日期： 2007 年 4 月 10 日 院（系） 机械工程学院 班级 学生姓名 课题名称： XK5040 数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计 课题主要任务： 1、根据总体设计方案，绘制 XK5040 数控立式铣床总体外观图一张（三维计算机图）。 2、进行主进行主运动的运动 ,强度和动力计算 ,绘制主轴箱装配图 和 进给机构的 强度计算 ,绘制出工作台纵向或 垂直方向 进给机构 装配图一张 (A0 计算机图二张 )。 3、绘制出数控铣床主轴零件图 .(A1 计算机图 1 张 )。 4、根据控制系统总体设计方案，绘制控制系统电路图一张（ A0 计算机图）。 5、科技译文（不少于 2000 汉字，原文可自选或由指导老师提供）。 6、编写毕业设计说明书一套（不少于二万字，有英文摘要，全部用计算机打出）。 1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 调研、收集资料，熟悉课题内容。 拟定了总体方案，画总图。 主传动及进给系统设计、计算 主轴箱装配 图 2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排 伺服 部分设计、计算，控制系统设计 整理设计 说明书及翻译科技外文 3、存在的具体问题 本次设计的研究重点是主轴 结构的设计、尺寸的确定、控制部分的设计，难点是尺寸的确定 ，滚珠丝杆螺母副的设计、计算与选型 和控制部分的设计 4、指导教师对该生前期研究工作的评价 指导教师签名： 日 期： nts - 14 - 毕业设计（论文）指导教师评阅表 院 （ 系 ） ： 机械工程系 学生姓名 学 号 班 级 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 姓 名 课题名称 XK5040 数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计 评语： （包括以下方面，学习态度、工作量完成情况；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；） 是否同意参加答辩： 是 否 指导教师评定成绩 分值： 指导教师签字： 年 月 日 nts - 15 - 毕业设计（论文）评 阅教师评阅表 院、系： 机械工程系 学生姓名 学 号 班 级 专 业 机械设计制造及其自动化 课题 名称 XK5040 数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计 评语：（对论文学术评语 ， 包括选题意义；文献利用能力；所用资料可靠性；创新成果及写作规范化和逻辑性） 针对课题内容给设计者（作者）提出 3 个问题，作为答辩时 参考 。 1. 2. 3. 评 分 ： 是否同意参加答辩 是 否 评阅人签名 ： 年 月 日 nts - 16 - 毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 院、系（公章）： 说明：最终评定成绩 a+b+c，三个成绩的百分比由各院、系自己确定。 学生姓名 学号 班级 答辩 日期 课题名称 XK5040 数控立式铣床主运动系统、 进给系统及控制系统设计 指导 教师 成 绩 评 定 分值 评 定 教师 1 教师 2 教师 3 教师 4 教师 5 小计 课题介绍 思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。 30 答辩 表现 思维敏捷 ,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入 ,知识面宽。 70 合 计 100 答 辩 评 分 分值： 答辩小组长签名： 答辩成绩 a： 指导教师评分 分值： 指导教师评定成绩 b： 评阅教师评分 分值： 评阅教师评定成绩 c： 最终评定成绩： 分数： 等级： 答辩委员会主任签名： 年 月 日 nts - 17 - 2007 届 本科生毕业设计（论文）资料 第 二 部分 设计说明书 nts （ 2007 届） 本科生毕业设计（论文） XK5040 数控立式铣床 主运动系统、 进给系统及控制系统设计 学 院、系： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 1 摘 要 数控机床即数字程序控制机床，是一种自动化机床 ，数控技术是数控机床研究的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。 随着制造技术的发展，现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高 。 本文主要对 XK5040 数控立式铣床及控制系统进行设计，首先分析立式铣床的加工特点和加工要求确定其主参数，包括运动和动力参数；根据主参数和设计要求进行主 运动系统、进给系统和控制系统硬件电路设计。主要进行主运动系统和进给系统的机械结构设计及滚珠丝杠和步进电机的选型和校核；对于控制系统由于这里主要针对经济型数控铣床的设计，这里采用步进电机开环控制，计算机系统采用高性能价格比的 MCS-51 系列单片扩展系统，主要进行中央处理单元的选择、存储器扩展和接口电路设计。 由于本文采用 8031 单片机控制系统，因此，设计出的立式铣床性能价格比高，满足经济性要求。可实用于加工精度较高的场合 。 关键词 数控技术，立式铣床， 设计 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 2 ABSTRACT The numerical control engine bed is the digital process control engine bed, is one kind of automated engine bed, the numerical control technology is the core which the numerical control engine bed studies, is the manufacturing industry realization automation, the network, the flexibility, the integrated foundation. Along with the manufacture technology development, the modern numerical control engine bed with the aid of the modern design technology, the working procedure intensification and the new function part caused the engine bed the processing scope, the dynamic performance, the processing precision and the reliability had the enormous enhancement . This article mainly carries on the design to the XK5040 numerical control vertical milling machine and the control system, first analyzes the vertical milling machine the processing characteristic and the processing request determines its host parameter, including movement and dynamic parameter; Carry on the host kinematic scheme according to the host parameter and the design request, enters for the system and the control system hardware circuit design. Mainly carries on the host kinematic scheme and enters for the system mechanism design and the ball bearing guide screw and electric stepping motor shaping and the examination; Regarding control system because here mainly aims at the economy numerical control milling machine the design, here uses electric stepping motor open-loop control, the computer system uses the high performance price compared to the MCS-51 series monolithic expansion system, mainly carries on the central processing element the choice, the memory expansion and the connection circuit design . Because this article uses 8,031 monolithic integrated circuits control system, therefore, designs the vertical milling machine performance price is higher than, satisfies the efficient request. But practical to processing precision higher situation . Key words： Numerical control technology， Vertical milling machine，Design ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 3 目 录 摘 要 . 1 1 总体设计 . 5 1.1、铣床简介 . 5 1.2、 XK5040 型数控铣床的总体布局、主要技术参数及总传动系统图 . 5 1.2.1 XK5040 型数控铣床的总体布局 . 5 1.2.2 XK5040 型数控铣床的主要技术参数 . 6 1.2.3 总传动系统图 . 8 2 主运动系统设计 . 9 2.1 传动系统设计 . 9 2.1.1 参数的拟定 . 9 2.1.2 传动结构或结构网的选择 . 9 2.1.3 转速图拟定 . 11 2.1.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 . 13 . 传动件的估算与验算 . 16 2.2.1 传动轴的估算和验算 . 16 . .齿轮模数的估算 . 19 . 展开图设计 . 24 . .结构实际的内容及技术要求 . 24 . . 齿轮块的设计 . 25 . . 传动轴设计 . 27 . . 主轴组件设计 . 30 . 制动器设计 . 35 . . 按扭矩选择 . 35 . 截面图设计 . 36 . . 轴的空间布置 . 37 . . 操纵机构 . 37 . . 润滑 . 37 . .箱体设计的确有关问题 . 38 进给系统设计 . 40 . 总体方案设计 . 40 . .对进给伺服系统的基本 要求 . 40 . .进给伺服系统的设计要求 . 40 . .总体方案 . 40 . 进给伺服系统机械部分设计 . 41 . .确定脉冲当量，计算切削力 . 41 . .滚珠丝杆螺母副的计算和造型 . 43 . .齿轮传动比计算 . 51 . . 步进电机的计算和选型 . 52 . . 进给伺服系统机械部分结构设计 . 62 控制系统设计 . 66 4.1 绘制控制系统结构框图 . 66 4.2.选择中央处理单元（ CPU）的类型 . 66 4.3 存储器扩展电路设计 . 67 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 4 . .程序存储器的扩展 . 67 . . 数据存储器的扩展 . 68 . I/O 接口电路及辅助电路设计 . 68 . . I/O 接口电路设计 . 68 . . 步进电机接口及驱动电路 . 69 . . 其他辅助电路 . 70 参考文献 . 73 致谢 . 74 附 录 （英文翻译及实习报告） .错误 !未定义书签。 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 5 1 总体设计 1.1、铣床简介 铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面 (水平面、垂直面等 )、沟槽（键槽、 T 型槽、燕尾槽等）、 多齿零件上齿槽（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）及各种曲面。此外，它还可以用于加工回转体表面及内孔，以及进行切断工作等。 由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。 铣床的类型很多，主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床和各种专门化铣床等。 随着科学技术的进步，数控铣 床得到了越来越广泛的应用，它一般分为立式和卧式两种，一般数控铣床是指规格较小的升降台数控铣床，其工作台宽度多在400mm 以下，规格较大的数控铣床，例如工作台宽度在 500mm 以上的，其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床，也称两轴半控制，即 X、 Y、 Z 三个坐标轴中，任意两个都可以联动。一般情况下，在数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。对于有特殊要求的数控铣床，还可以加进一个回转的 A 坐标或 C 坐标，即增加一个数控分度头或数控回转工作台，这是机床的数控系统为四坐 标的数 控系统，它可用来加工旋转槽、叶片等立体曲面零件。 我们本次设计过程中要接触到的为 XK5040 数控立式铣床。它的工作台宽度为 400mm。 1.2、 XK5040 型数控铣床的总体布局、主要技术参数及总传动系统图 1.2.1 XK5040 型数控铣床的总体布局 图 1.1 所示为 XK5040 型数控铣床的布局图，床身 6 固定在底座 1 上，用于安装与支承机床各部件。操纵台 10 上有 CT 显示器、机床操作按钮和各种开关ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 6 及指示灯。纵向工作台 16、横向溜板 12 安装在升降台 15 上，通过纵向进给伺服电动机 13、横向进给伺服电动机 14 和垂直 升降进给服电动机 4 的驱动，完成X、 Y、 Z 坐标进给。强电柜 2 中装有机床电器部分的接触器、继电器等。变压器器箱 3 安装在床身立柱的后面。数控柜 7 内装有机床数控系统。保护开关 8、11 可控制纵向行程硬限位；挡铁 9 为纵向参考点设定挡铁。主轴变速手柄和按钮板 5 用于手动控制主轴的正、反转、停止及切削液开停等。 图 1.1 XK5040 铣床外观图 1.2.2 XK5040 型数控铣床的主要技术参数 机床 设计的初使，首先需确定 有关参数，它们是传动设计和就亿个度微 设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求，因此，参数 拟定是机床设计中的重要问题。 机床参数有主参数和基本参数。主参数是最重要的，它直接反映机床的加工ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 7 能力、特性、决定和影响其他基本参数的数值。如铣床的工作台宽度等。基本参数是一些与加工工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数。可归纳为：尺寸参数、运动参数和动力参数。 XK5040 型数控铣床的主要技术参数 如下： 工作台： 工作台尺寸（长宽） 1600 400mm 工作台最大纵向行程 900mm 工作台最大横向行程 375mm 工作台最大垂直行程 400mm 工作台 T 型槽数 3 工作台 T 型槽宽 18mm 工作台 T 型间距 100mm 主轴： 主轴锥度 50#（ 7： 24） 主轴孔径 27mm 刀杆直径 32mm 或 50mm 主轴前轴承直径 90mm 主轴轴向移动 距离 70mm 部件间主要尺寸： 立铣头最大回转角度 45 主轴端面到工作台面的距离 50 400mm 主轴中心线至床身垂直导轨距离 430mm 工作台侧面至床身垂直导轨距离 30 405mm 机动性能： 主轴转速级数 18 主轴转速范围 30 1500r/min 动力外形： 主电机功率 7.5KW 主电机转速 1450r/min 工作台进给量： 纵向 10 1500mm/min 横向 10 1500mm/min 垂直 10 600mm/min 定位精度 ISO 标准 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 8 X 0.07mm Y 0.05mm Z 0.06mm 重复定位精度 ISO 标准 0.03mm 工作台最大承载 200kg 机床外形尺寸（长宽高） 2495mm 2100mm 2170mm 机床重量 约 2700kg 1.2.3 总传动系统图 XK5040 立式铣床的总的传动系统图如图 1.2 所示。 图 1.2 XK5040 总传动系统图 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 9 2 主运动系统设计 2.1 传动系统设计 2.1.1 参数的拟定 选定公 比 ，确定各级传送机床常用的公比 为 1.26 或 1.41，考虑适当减少相对 速度损失，这里取公比为 =1.26， 根据给出的条件：主运动部分 Z=18 级，根据标准数列表，确定各级转速为：（ 30， 37.5， 47.5， 60， 75， 95， 118， 150， 190，235， 300， 375， 475， 600， 750， 950， 1180， 1500R/min） . 2.1.2 传动结构或结构网的选择 1 确定变数组数目和各变数组中传动副的数目 该机床的变数范围较大，必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。级数为 Z 的传动系统由若干个传动 副 组成，各 传动组分别有1z.2z.3z个传动副，即 Z=1 2 3zzz1。 传动副数由于结构的限制，通常采用 P=2 或 3，即变速 Z 应为 2 或 3 的因子： Z=2a x2b 因此， 这里 18=3x3x2，共需三个变速组。 2 传动组传动顺序的安排 18 级转速 传动系统的传动组，可以排成： 3x3x2，或 3x2x3。 选择传动 组 安排方式时，要考虑到机床主轴变速率的 具体结构，装置和性能。I 轴如果安置制动的电磁离和器时，为减少轴 向尺寸。第一传动组的传动副 数 不能多，以 2 为宜，有时甚至用一个定比传动副；主轴对加工精度，表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用 2 ，或一个定比传动副。 这里，根据前多后少的原则，选择 18=3x3x2 方案 。 3 传动系统的扩大顺序安排 对于 18=3x3x2 的传动，有 3！ =6 种可能安排，亦即有 6 种机构副和对 应的结构网，传动 方案中，扩大顺序与传动顺序可以一致，结构 式 18=13x3x92的 传动中，扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而， 18=3x13x92的传动顺序不一致，根据“前密后疏 ”的原则，选择 18=13x3x92的结构式。 4 验算变速组的变速范围 齿轮的最小传动minU 1/4，最大传动比maxU 2， 决定了一个传动组的最大变速范围maxY=maxU/minUntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 10 因此，可按下表，确定传动方案： 根据传动比及指数 x, x 的值 公比 极限值传动比指数 1.26 x 值 : minU=1/ x =1/4 6 x 值 : maxU = x =2 3 （ x+ x ）值：minr= xx =8 9 因此，可选择 18=13x3x92的传动方案。 5 最后 扩大传动组的选择 正常连续顺序扩大传动（串联式）的传动式为： Z=1z 1*2z 1z 3z 12zz最后扩大传动组的变速范围为 ： r= 1 2 3( 1)z z z 11= ( /2)zz 按 8r 原则，导出系统的最大收效 Z 和变速范围为： 3z2 3 1.26 Z=18 R=50 Z=12 R=12.7 因此，传动方案 18=3*3*2 符合上述条件，其结构网如下 图 2.1： 图 2.1 结构网图 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 11 2.1.3 转速图拟定 运动参数确定后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定电机功率。在此基础上，选择 电机的型号，分配个变速组的最小传动比；拟定转速图，确定各中间轴的转速。 1 主电机的选择 中型机床上，一般都采用交流异步电动机 为动力源，可在下列中选用，在选择电机型号时，应注意： （ 1）电机的 N： 根据机床切削能力的要求确定电机功率，但电机产品的功率已标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。 （ 2）电机的转速dn异步电动机的转速有： 3000， 1500， 1000， 750， r/min,这取决于电动机的极对数 P dn=60f/p=60x50/p ( r/min) 机床中最常用的是 1500 r/min 和 3000r/min 两种，选用是要使电机转速与主轴 最高速度maxn和工轴转速相近 为宜，以免采用过大 的升速 或过小的降速传动 。 根据以上要求，我们选择功率为 7.5KW，转速为 1500r/min 的电机，查表，其型号为 Y132M-4，其主要性能如下表 电机型号 额定功率 KW 荷载转速 r/min 同步转速 r/min Y132M-4 7.5KW 1440 1500 2 分配最小传动比，拟定转速图 （ 1） 轴的转速： 轴从电机得到运动，经传动系统转化为主轴各级转速，电机转速和主轴最小转速应相近，显然，从动件在高速 运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑， 轴转速不宜将电机转速降得太低。弱轴上装有离合器等零件时，高速下摩檫损耗，发热都将成为突出矛盾，因此， 轴转速也不宜也太高， 轴转速一般取 7001000r/min 左右较合适。 因此，使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸，在电机轴 I 到主传动系统前端轴 增加一对 26/54 的降速齿轮副，这样，也有利于变型机床的设计，改变降速齿轮传动副的传动比，就可以将主轴 18 级转速一起提高或降低。 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 12 （ 2）中间轴的转速 对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小和噪音，振动等性 能要求之间的矛盾。 中间传动轴转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些： d 4M , m 3M 从而可使 结构紧凑。但这样引起空载功率 N空和噪音pL加大： N空 =1/ 610 (3.5 n da +cd主 n)KW 式中： C 系数，两支承滚动轴承和滑动轴承 C=8.5，三支承滚动轴承 C=10； da 所有中间轴轴径的平均值 （ mm） ； d主 主轴前后轴径 的平均值 （ mm）； n 中间传动轴的转速之和 ； n 主轴转速（ r/min） ； pL=20lg 611 0 l g ( ) 4 . 5 ( 1 t a n ) ( )anc m z q m z n 主 主-K 式中： ()amz 所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值 mm; ()mz主 主轴上齿轮分度圆直径的平均值 mm; q 传到主轴上所经过的齿轮 对数 主轴齿轮螺旋角 1c,K 系数，根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床，铣床1c=3.5，车床 K=54，铣床 K=50.5 从上述经验公式可知，主轴 n 和中间传动轴的转速和 对机床噪音和发热的关系，确定中间轴转速时，应结合实际情况做相应的修正。 a，对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低些 b,控制齿轮圆周速度 v取 1D =90mm,后轴颈 mmD 852 平均轴颈 .5.872 21 mmDDD 取 d=27mm. （ 2） 主轴内孔直径 d 的确定 主轴内孔主要用于通过棒料夹紧刀具或工件的控杆 ,冷却管等 ,大型 ,重型机床的空心主轴还可以减轻重量 . 确定孔径 d 的原则是在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下尽量去大些 。 由材料力学知 ,轴刚度 K 与抗弯截面惯性矩 I 成正比 ,与直径之间有下列关系 : 41 ( )KI dK I D 空 空实 实由上式可知 ,当 / 0 .5 0 .6dD时 ,空心主轴的刚度 K空与实心主轴的刚度 K实相差甚小 ,即内孔对主轴刚度降低的影响很小 , 当 / 0.7dD 时 ,刚度降低约 25%.因此 ,为了不至于过分地削弱主轴刚度 ,一般应使 / 0.7dD 另外 ,还应考虑主轴的颈外壁厚是否足够 . 推荐 : 铣床 ,d=拉杆直径 +(5-10)mm.根据铣床 XK5040 的主参数 , 取 d=29mm.则 / 2 7 / 9 0 0 . 3dD 22。 满足要求 . （ 3） 主轴悬伸量 a 的确定 主轴悬伸量 a 是指主轴前端大炮前支承径向反力作用中点 (一般为前径向支承中点 )的距离 ,它主要取决于主轴端部结构型式和尺寸 (大多都有轴端标准 ),前支承的轴承配置和密封装置等 . 有的还与机床其它结构参数有关 ,如工作台的行程等 . 因此主要由结构设计确定 。 参考同类机床和 ,取1/ 0.7,aD则悬伸量 a=63mm。 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 34 4, 主轴跨距 l 的确定 根据 , 计 算 前 支 承 刚 度1 . 4 1 . 4 511 7 0 0 1 7 0 0 9 0 9 . 2 5 5 1 0 /AK D N m m . 计算综合变量 =3AEIKa 此处取弹性横量 52 1 0E M P a . (钢的 52 1 0E M P a ) 主轴的截面惯性距 4 4 4 4 6 4( ) ( 9 0 2 7 ) 3 . 1 9 3 1 66 4 6 4I D d m m 则 ： 56532 1 0 3 . 1 9 3 1 0 2 . 7 5 9 59 . 2 5 5 1 0 6 3 由主轴跨距计算线图 ,得 :0 / 4.8la， 所以0 302.4l . 合理跨距范围为 : ( 0 . 7 5 1 . 5 ) 2 2 6 . 8 4 5 3 . 6ll 0合 理 之 间， 为提高刚度 ,应尽量缩短主轴外延伸长度 a,选择适当的跨距 l ,一般推荐 取 l/a=3-5。 跨距 l 小时 ,轴承变形对轴端变形影响大 ,所以轴承刚度小时 , l/a 取大值 ,轴承刚性差时 ,则取小值 。这里 取 l=4a=4 63=252(mm). 主轴的材料 ,热处理及技术要求 . （ 1） 主轴的材料及热处理 . 主要为提高强度和韧性 ,可选用 45 和 40rC,进行调质处理 .或调质后局部淬硬处理 . 主要为得到很高的表面硬度 ,增加耐磨性 ,可选用 20rC渗碳后淬硬 ;若 他 要求也较高时 .可选用 GrC15 调质后表淬硬处理 . 精密机床主轴 ,要求精度保持性好 ,应选用热处理后残余应力小的材料 ,如40rC,65Mn ,进行调质后局部淬硬处理 . 由于数控立式铣床主轴支承为滚动轴承 ,轻 ,中载荷 ,低转速 ,精度要求较 高 , 可选用 40rC调质 (T235),轴颈部分表面淬硬 (G48). （ 2） 主轴的技术要求 : 主轴部件的密封 主轴部件密封装置的作用是防止润滑剂从部件流出 ,和防止冷却液 ,湿气 ,灰尘 ,切削液及杂质侵入部件内 ,导致主轴 ,轴承和传动件等腐蚀及磨损过快 ,影响主轴部件的工作性能 . （ 1） 对主轴部件密封装置的要求 ntsXK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 35 适应转速要求 ,在一定的压力和温度范围内具有良好的密 封性能 . 在密封部位引起的摩擦力尽量小 ,摩擦系数尽量稳定 . 适应工作环境的要求 ,密封性好 ,耐腐蚀性 ,磨损小 ,工作寿命长 .磨损后 ,在一定程度上能自动补偿 . 结构尽可能紧凑 ,特别是主轴前支承处的密封装置 ,轴向尺寸应尽量小 ,以减小主轴前端部分悬伸量 ,提高主轴部件刚度 .同时力求结构简单 ,装卸方便 . （ 2） 主轴部件密封装置类型的确定 根据主轴转速 ,主轴轴承的润滑方式 ,工作温度 ,工作状况和轴端结构特点来选择密封装置的型式立式铣床的主轴是垂直安装的 . 属立式主轴 ,可选用曲路密封 (迷宫式密封 ),这装置密封 ,垫圈和曲路 相结合的密封 . 垫圈甩开油液使其集中于端盖中引回 ,曲路密封还可以防止外界杂质侵入 . . 制动器设计 对制动器的要求是 :制动迅速 ,平稳 ,结构简单 ,紧凑 ,维修调整方便等 .制动方式有两类 :电机制动和机械制动 。 在数控铣床上，通常根据刀具与工艺要求需进行主轴转速的变换及制动，这制动装置常用离合器来实现，而电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件。由于它便于实
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
|
2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器
4:下载后的文档和图纸-无水印
5:文档经过压缩，下载后原文更清晰
|
川公网安备: 51019002004831号