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本科生本科生毕业论毕业论文（文（设计设计）开）开题报题报告告论论文文题题目：目：三坐标数控铣床设计学生姓名：学生姓名： 专专 业业： ： 班班 级级： ： 指指导导教教师师： ： 一一 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。它不仅提高产品的质量、提高生产效率、降低生产成本、还能够大大改善工人的劳动条件。 大批量的自动化生产广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、多工位同时加工，以达到高效率和高自动化。但这些都属于刚性自动化，在面对小批量生产时并不是适用，因为小批量生产需要经常变化产品的种类，这就要求生产线具有柔性。而从某种程度上说，数控机床的出现正是很大的满足了这一要求。 1952 年，美国麻省理工学院成功的研制出一套三坐标联动，利用脉动乘法器原理的实验性数控系统，并把它装在一台立式铣床上。当时用的电子元件是电子管，这就是世界上的第一台数控机床。1959 年，数控装置中广泛采用电子管和印刷电路板，从而跨入数控的第二代。1965 年，出现了小规模集成电路，由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，从此数控发展到第三代。1970 年，在美国芝加哥国际机床展览会上首次展出的数控系统采用计算机数控系统的机床，这便是数控的第四代。1974 年，出现了第五代数控系统（MNC 微处理机控制系统） 。 我国是从 1958 年开始研制数控技术的，一直到 60 年代中期处于研制、开发时期。当时，一些高等院校、科研单位研制出实验样机，开发也是从电子管开始的。1965 年国内开始研制晶体管数控技术。从 70 年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。在这一时期，数控线切割机床由于结果简单、使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。80 年代我国数控机床有了新的发展。90 年代以及接下来主要是向高档数控机床发展数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。目前，在工业发达国家，无论在国防工业或民用工业，数控机床的应用均已相当普遍。数控机床已不在局限用来加工单件、小批以及形状复杂的零件。数控加工中心机床，它是在一般数控镗铣床上加装刀库和自动换刀装置。可以连续地对零件进行各加工面的铣、钻、铰、镗以及攻丝的加工。减少了机床的占地面积，压缩了半成品的库存量，减少工序间的辅助时间，有效地提高了生产率。可以预见，高级自动化技术将进一步证明数控机床的价值，并且正在更为广阔的开拓着数控机床的应用领域。二二 数控铣床的工作原理数控铣床的工作原理用数控铣床加工零件时，首先应编制该零件的加工程序，这是数控铣床的工作指令。将加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启动、停止、进给运动的方向、速度和位移量，以及工件装夹和冷却润滑的开关等动作，使刀具与被加工零件以及其它辅助装置严格按照加工工序规定的顺序、运动轨迹加工出符合要求的零件。三三 数控铣床的组成数控铣床的组成数控铣床的组成：机床、数控装置、控制介质、伺服系统、测量装置等组成。机床：三坐标数控磨床应具有更好的刚性和抗振性，因此床身采用密封式箱型结构，在床身底内腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，当发生振动时，利用阻尼材料之间的相对摩擦耗散振动能量。数控装置：数控装置是数控机床的核心，是高技术密集型产品。它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经过数控装置的系统软件对代码进行处理后，输入相应的指令脉冲，驱动伺服系统，来控制机床的各个运动部件按规定的要求实现各个运动。控制介质：用于记载各种加工信息的载体，以控制机床的运动，实现零件的加工。数控介质有穿孔带、穿孔卡、磁带及磁盘等，也可通过通信接口直接输入所需各种信息。三坐标数控铣床采用通信接口直接输入所需各种信息。用键盘将加工程序直接键入，并且可在数码显示器或 CRT 显示器上显示出来。伺服系统：由伺服电动机和伺服驱动装置组成，是数控系统的执行部分。作用是把来自数控装置的各种指令转换成机床移动部件的运动速度、运动方向和位移量。伺服系统要求有良好的快速响应性能，进给速度范围要大，灵敏而准确的跟踪指令功能和转速，在较大的范围内要求有良好的工作稳定性。此数控铣床的驱动元件为交流三相异步电动机。测量装置：是将床身的实际位置、速度等参数转换成电信号反馈回数控装置。以校核执行部件实际运动速度、方向和位移量，并使之与加工指令相一致。四四 设计题目及技术要求设计题目及技术要求设计题目是三坐标数控铣床设计。从总体布局和结构形式，与普通铣床相似，主要还是由床身，主轴箱，刀架，进给系统，液压、冷却、润滑系统等部分组成。但是，由于动力源采用了交流伺服电机，控制系统实现了 CNC，所以，使得主运动和进给系统机械结构大大简化。尤其是进给系统，与普通铣床的进给系统有质的区别，没有传统的进给箱，板箱和挂轮架，而是直接由伺服电机通过滚球丝杠驱动溜板和刀架，实现进给运动。主要设计要求：三坐标数控铣床，进给精度 0.01mm，X、Y、Z 坐标进给速度2m/min，X、Y、行程 300mm,Z 行程 250mm，工作台尺寸 420300mm。五五 数控铣床各组成部分的分析数控铣床各组成部分的分析1 1 X X、Y Y 工作台工作台X、Y 工作台的组成：X、Y 工作平台传动机构；X 向齿轮减速和滚珠丝杠传动方向（Y 向和 X 向相同） ；驱动机构：X、Y 向两个电机。X、Y 工作台的工作原理：通过控制 X、Y 向电机驱动传动机构，从而带动 X、Y 工作平台沿 X、Y 向运动。2 2 主轴主轴主轴部件包括主轴轴承、传动件和相应的紧固件。主轴的端部是标准的。传动件如齿轮、带轮等与一般的机械零件相同。机床主轴部件，三个方向的进给及其它部件滚动轴承，均采用润滑脂润滑。3 3 导轨导轨由运动和承导件组成。运动件：需要做直线运动的零部件。承导件：用于支承并限制运动件，使其只能按给定的要求和规定的方向作直线运动。设计中可采用滑动导轨，对导轨要求有以下几点：（1） 要有一定的导向精度。（2） 要有良好的耐磨性。（3） 要有足够的刚度。（4） 有减小热变形影响。（5） 要使运动轻便平稳。（6） 要有一定的工艺性。主要用来支承和引导部件沿一定的轧道运动。要求导向精度高，耐磨性能好，足够的刚度。本设计采用塑料导轨，镶粘塑料导轨已广泛用于数控机床。其摩擦系数小，且动、静摩擦差很小，能防止低速爬行现象；耐磨性、抗撕伤能力强；加工性和化学稳定性好；工艺简单，成本底；并有良好的自润滑性和抗震性。塑料导轨多与淬硬刚导轨相配使用。滑动导轨间隙的调整：采相应的用刮、磨结合面或加垫片的方法以获得相应的间隙；镶条调整，这是侧向间隙常用的调整方法，镶条有直镶条和斜镶条两种。采用矩形导轨，这种导轨的特点是结构简单，制造、检验和修理较易，新导轨制造精度高，但导轨经磨损后不能自动补偿，导向性不如三角形导轨好。三坐标数控铣床采用贴塑导轨，这是一种金属对塑料的摩擦形式。属于滑动摩擦导轨，导轨一滑移面上贴有一层抗磨软带，导轨的另一滑移面上贴为淬火磨削面，软带是以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和高氧化物的高分子复合材料。塑料导轨刚性好、动静摩擦系数差值小、耐磨性好、无爬行、抗振性好、化学的稳定性好、维护修理方便、经济性好。塑料导轨和其它导轨相比，有以下特点：（1）摩擦系数低而稳定性比铸铁导轨低一个数量级；（2）动静摩擦系数相近，运动平稳性和爬行性能较铸铁导轨副好；（3）吸收振动具有良好的阻尼性，优于接触刚度较低的滚动导轨和易于飘浮的静压导轨；（4）耐磨性好，有自身润滑作用，无润滑油也能工作，灰尘磨粒的迁入性好；（5）化学的稳定性好，耐高、低温、耐强酸强碱、强氟化剂及各种有机溶剂；（6）维护修理方便，软带磨损后更易更换；（7）经济性好、结构简单、成本低，约为滚动导轨成本的 1/120。三成复合材料DU 导轨板成本的 1/4。三个方向的导轨副、滚珠丝杠副由自动间隙润滑油泵进行定时润滑，润滑油泵安装在立柱侧面，通过分油器将润滑油分送到各润滑点上。4 4 进给装置进给装置三坐标数控铣床的进给运动是数字控制的直接对象，不论点位控制还是连续控制，被加工工件的最后坐标精度和轮廓精度都受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，要注意以下三点进给运动要求：（1）减少运动件的摩擦力。进给系统虽有许多元件，但摩擦阻力主要来自丝杠和导轨。丝杠和导轨结构的滚动化是减少摩擦的重要措施之一。（2）提高传动精度和刚度。在进给系统中滚珠丝杠和支承结构是决定其传动精度和刚度的主要部件，因此，必须首先保证它们的加工精度。（3）减少运动惯量。进给系统中每个元件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有直接的影响。尤其是处于高速运转的零件，其惯性的影响更大。5 5 滚动丝杠滚动丝杠滚珠丝杠螺母副：在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠与螺母之间，构成一个闭和回路。它的优点是：（1）摩擦系数小，传动效率高， 可达 0.92-0.96，所需传动转矩小。（2）灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高。（3）磨损小，寿命长，精度保持性好。（4）可通过预紧和间隙消除措施提高轴向刚度和反向精度。（5）运动具有可逆性，不仅可以将旋转运动。6 6 进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统的组成：有驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统；检测元件与反馈电路组成检测装置亦称检测系统。进给伺服系统中采用的驱动装置为直流伺服电机。7 7 微处理器微处理器用来集中控制，分时处理数控系统的各项任务。单微处理器机构的基本组成包括：微处理器和总线、存储 I/O 接口、MDI/CRT 接口、位置