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数控铲磨床纵向进给系统的设计【优秀机床设备全套课程毕业设计含10张CAD图纸+带开题报告+24页加正文11500字】

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关键词：: 数控磨床纵向进给系统数控铲磨床机械设计纵向进给机床设备课程毕业设计

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数控铲磨床纵向进给系统的设计【优秀机床设备全套课程毕业设计含10张CAD图纸+带开题报告+24页加正文11500字】

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摘要:本设计是数控铲磨床纵向进给系统的设计。铲磨床是滚刀、成型铣刀等复杂刀具的精加工机床，纵向进给系统是实现螺旋运动的重要部分，也是保证产品达到高的加工精度和稳定的加工质量的关键部件, 以伺服电机、减速装置、滚珠丝杠副、滑动导轨等组成的半闭环传动系统能保证系统获得较高的精度、刚度和稳定性, 使之满足数控系统的要求。

关键词: 数控铲磨床;纵向进给系统;精加工;

Abstract: This design is the design of the CNC shovel grinder longitudinal feed system. Shovel grinder hob, milling cutter and so complex tool finishing machine tools the longitudinal feed system is an important part of the spiral motion, but also ensure that products meet high machining accuracy and stability of the processing quality of the key components to the servo motor, deceleration devices, ball screw, sliding rails and other components of the semi-closed loop transmission system to ensure high accuracy, stiffness and stability, so as to meet the requirements of the numerical control system.

key words: CNC shovel grinder; the longitudinal feed system; finishing;

摘要 1

绪论 1

第一章、设计方案的选定 5

1 系统运动方式的确定 5

2 伺服系统的选择 5

3 执行机构传动方式的确定 5

4 计算机的选择 5

第二章、进给系统机械部分计算与校核 6

1 切削力的计算 6

2 滚珠丝杆螺母副的计算和选型 6

3 齿轮传动比的计算 10

4 伺服电机的计算和选型 11

第三章、进给系统机械部分结构设计 17

第四章、总结 20

参考文献 22

绪论

相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：

（1）提高生产率。数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。采用最佳参数和最佳走刀路线，缩短加工时间，从而提高生产率。

（2）数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。由于它是按照程序自动加工不需要人工干预，其加工精度还可以利用软件进行校正及补偿，故可以获得比机床本身精度还要高的精度和重复精度。

（3）有广泛的适应性和较大的灵活性。通过改变程序，就可以加工新产品的零件，能够完成很多普通机床难以完成或者根本不能加工的复杂型面零件的加工。

（4）可以实现一机多用。一些数控机床，可以自动换刀，一次装卡后，几乎能完成零件的全部加工部位的加工，节省了设备和厂房面积。

（5）可以进行精确的成本计算和生产进度安排，减少在制品，加速资金周转，提高经济效益。

（6）不需要专用夹具。采用普通的通用夹具就能满足数控加工的要求。节省了专用夹具设计制造和存放的费用。

（7）大大减轻了工人的劳动强度[2]。

因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

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内容简介：: of he of be a of in of to by of as as of of a of 1)or 2)in of 3)ar in of to of it A of of 947 by to of a to by to to it in to of to 951. A be to a of a an as by of a 952 a a as 952, in or of C. C of As NC of in C in to of to to A of in it to to In to of by of in of be as of A to in by an to of to or in as of or as of a is to of NC is in or in it to in as NC or C on a In 000 to a of of be to C to of of NC As of By of NC NC in on in 0 as at it is in is to in NC to of of to “, be in an an be be to In NC to as be to or up or by or to as or to in of be by or a on -6 6667-J is 0-J of go To a it on of to of of of NC of or of is to to in of NC to of is it is to is to to is it be as a it or as as in be to as of s It be is is to in or to in is to to of we in to NC 数字控制的发展机床工业的发展很难用简单的几句话来形容它的产生和成长。约翰威廉森在18 世纪建立了他自己的金属切削钻床；但是，在近两个世纪的的改革中模仿铣床和车床的具有液压系统控制的钻床一样被社会所需要。大批量自动化的引进在农业，家庭工具和化学生产的应用，就像账本在财务数据上的使用，即将成为下一个关注的焦点。在 20 世纪，有三种自动化形式广泛适用于社会，它们是 1)机动或者固定装配生产线的自动化 2)加工控制自动化，主要用于化学工艺和食品的生产 3)为计算报表，数据收集和商品报表而发展的数据处理自动化第二次世界大战标志金属切削机床工业在面向处理社会需求能力上的转折点；充满野心的美国空军的航空，导弹事业的发展，十分明了的显示出常规的制造工业根本不能满足将来的需要。一份美国政府的研究数据显示在 1947 年整个美国的金属切削机床工业的资源配合在一起也满足不了空军的部分需要。在美国空军的合约下，帕森公司肩负重任，设计突出对达到所需要的精度细节来扩大生产率的一个灵活的、有动力的制造业体系。这个系统允许设计的改变但却没有材料的浪费，并且它符合现代小批量生产制造的管理的需要。帕森公司在 1951 年承担了麻省理工学院的控制系统的改造，一个广泛适用于各种机床的控制在得到计算机的指示后通过一个分界面推动了滑架丝杠的发展。麻省理工学院实验的成功，在 1952 年对外宣布一台辛辛那提市的含先进技术并把控制面板作为输入媒介被命名为数字控制的铣床设备产生了。自从 1952 年开始，在西方国家，每台实际应用的机床全部转化成数控化的形式。每一台数控机床均使用了真空管道，电子继电器，复杂的机床界面。第二代可利用机床发展成成缩小电子继电器，更新固态电路。计算机的迅猛发展，数控技术经历了一个又一个的巨大历史变革。第三代使用的是集成电路。低费用的电脑软件的进步，变得更可靠和只读存储器技术第一次被数字控制设计者的引进。只读存储器是一个典型应用在特殊目的程序存储器，引导计算机数控系统的出现。计算机数字控制系统是一个成功的引进每一台实际操作的制造工艺。钻床、铣床逐渐演变成加工中心或者是车削中心，计算机数字控制系统采用玻璃切削，制模工具，电火花加工，轧辊抛光和坐标测量电子束焊。管子弯头，绘图，打印回路地板，线圈绕组性能测验，机器人，和许多其他的工艺程序。一组既定程序的子程序，在周期往复操作中使用存储循环，它们记录着只读存储器并且在关闭电源后还能继续保持，首先读入存储器程序，然后再用程序去操作机床。除此这些优点之外，读入的内存错误的消失是一个问题之一。伴随着许多存储循环的选择，工程师们设计了一个在存储器中部分程序的可视化编辑，各种循环问题都能产生警报而且适用的各种特征信息都能显示。实际上，机床中的每一个函数在操作中都是消耗系统的，一个表面的速度控制是被混合的，而且能不停的估计切削加速度效果，为下一次缩小加速度值的损失做准备。传统的生产线和在迪卡坐标系中的圆弧插补在极坐标和螺旋内部坐标中有所增加并且设置了一个电子碰撞障碍来阻止碰撞，后者标志了金属切削机床技术又上升了一个新的高度。驱动的加速对系统来说数就像微处理器和微型计算机所做的贡献一样重要。传动系统的驱动一般被广泛的称为由马达和从计算机数字控制接受马达指示的控制的伺服驱动。计算机数字控制制系统的动作是非常的准确，稳定和灵活的。虽然技术的进步使它能够在轮廓操作中安装，但是开环系统还只是普遍适用在简单点对点的控制上。虽然计算机控制系统还在使用液压或脉冲马达，但是直流驱动在很大成度上已经占了统治的地位。大部分情况下，这个驱动的组件通过特别的驱动系统范围在 3000r/m 到 1r/m 是可以购买的。在使系统最优化的同时高速低惯性的扩展峰值转矩的大小。许多驱动系统在通过加大的电压范围在晶体硅控制校核和脉冲宽度的调制中提供一个选择。这些驱动能应用在典型的螺纹导程，他们的高响应内部回路电流提供了可靠的转矩负载调节。他们能被设计成高增益前置放大器进而去接近高宽频段的高速回路。直流发电机驱动提供最基本的加速度、减速度、停止和恒高速需求的方法。并且还包括固有轴的硬度来对计算机控制系统进行控制。相同的驱动系统使遥控装置、生产线、飞行模拟机、绘图机等变得更加精确。因为这些驱动是极其不稳定并且全部回热的驱动系统，所以他们能为增强它们整个自定范围的性能和控制做准备。通过消除变速箱和离合器，第三代计算机控制系统的花费在逐步下降。第四代微处理器计算机控制系统在许多情况下混合成传统的气泡形式存储，这种形式是一种范围在 2米的范围内具有磁性的红水晶，加深了对非磁性物的影响，并且作为永存储器来使用。虽然在这个部分他不能与大型计算机竞争，但是气泡式存储器是缩小成本差额的存储方案；温度的相反变化、集尘、波动都相对的不敏感。气泡式存储器曾经实验了在车间环境具有很高的可靠性。总体来说数字控制介绍了它使用气泡式存储的第四代计算机控制系统的使用。可是，另一个电子巨头认为气泡式存储器将会对数字控制技术产生直接的经济影响。第四代微处理器的发展逐步增加了程序存储、电路板还原打印、程序界面、快速存储，参数与子程序，超大容量的功能。客户们现在为特种加工可以写出特殊的循环程序，越来越多的经济与效率问题被关注多于传统的循环。循环的精确计算易变的循环子程序的精确计算在部分程序中现在能被混合到一起。微处理器控制是一个动态估算的命令。因此在加工测量中，一个超差零件将要被进给，并且进行自动刀具补偿修改进而达到所需要的尺寸。除此之外，第四代微处理器计算机控制系统有一定的能力去控制典型自动操做控制函数例如装载和卸载部分。使用教学案例自动操控装置能自动的改变程序去移动碎片。维护部分，并没有同体统一样的发展，许多控制系统并没有作为计算机控制系统提供的具有相同能量的由焊接设备、螺线管、马达或者荧光灯引起的足够的电源、波动、信号和过渡的保护。潜在的问题是存储程序的信息毁坏和流失。许多令人不适应的维护过程通过高速和低噪音或者控制面板上反应和高能消声都能被消除。替代的固态消声都有一个反应的时间在 4微秒的范围内，这种比金属氧化方式 10 倍。它们的能量损耗 16667 焦耳远高于金属氧化的能量损耗 40 焦耳。这样的技术将来会怎么发展 ?总体来看它应该同系统的使用者和设计者的设计还有最实际的计算机辅助设计和计算机辅助制造的发展而发展。构成数控机床的基础硬件包括输入单元，计算插补单元，控制单元和输出单元。许多输入单元的功能是用数字指令的形式提供数据进入计算机。现代的数字控制系统是这样设计的，可以被不同输入介质操作。最普遍的是用纸带打孔，因为它是缺少敏感性处理、购买便宜并且制作答孔的设备不用太多和存储数据也不用花太多的空间。可是打孔带的缺点是他不能重复使用。磁带已经在数控系统中局部使用，他需要精密复杂的（昂贵）设备，才能对程序进行记录和读取，并且编程人员和操作人员不能看那间记录的代码，因此编程人员不能读到这些代码，记录错误不像他们购买打孔纸袋那样显而易见的。磁带需要特殊的存储地方并且操作必须十分小心，从而擦除指令程序。打印机普遍知道的键盘已经有限的应用，因为打字机能提高操作的速度，打字机不能被大量输入时使用，但是可以应用于较小的程序段。打字机主要应用于编辑（修改）已经存在介质中的程序式。应用于一般的操作在手动数据输入方式，这里是介绍读者是我们在我们同计算机交流的输入单元的发展。毕业设计（论文）题目数控铲磨床纵向进给系统的设计年级学院专业指导教师 1西安工业大学北方信息工程学院毕业设计 (论文 )开题报告题目：数控铲磨床纵向进给系统的设计系别机电信息系专业机械制造及其自动化班级姓名王志强学号导师高红红 2012 年 12 月 24 日文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）究背景和意义铲磨床是滚刀、成型铣刀等复杂刀具的精加工机床，滚刀的铲磨是由工件主轴回转运动，砂轮纵向移动，砂轮横向进给运动，砂轮的回转运动这四部分所形成的空间运动合成获得的。工件的回转和砂轮的纵向移动构成螺旋运动，砂轮的横向进给和砂轮的回转构成铲背运动，两种运动合成完成滚刀的铲磨加工。纵向进给系统是实现螺旋运动的重要部分，也是保证产品达到高的加工精度和稳定的加工质量的关键部件。目前，我国大多数企业的生产形式还是以传统机床生产加工为主，而且大部分的机床都是工作在十年以上，用这些机床加工出来的零件普遍存在质量较差，生产的品种较少，生产花费的成本较高，生产的效率较低，产品的供货期较长。拥有这样机床的企业，在国外和国内的市场上的竞争力都非常的弱，直接影响了企业的竞争和长远的发展。数控机床的出现，实现了对加工过程的高效能自动或半自动控制，与普通机床相比，加工精度高，加工稳定可靠，生产率高，劳动条件好，有利于管理现代化，因而受到生产企业的更多重视，是制造业现代化的必然趋势 3 。旧机床由于长期的使用，机械部件有或多或少的磨损，电器部件随之老化，导致一些机床的故障率在上升，同时由于国内外机电产品的不断更新，世界上的一些知名数控系统公司大部分三到五年就更新一次数控系统，所以当某一数控系统在服役了五到七年后，如果数控系统出现了问题，即使想修理也找不到相关的零部件，给整个设备的维护和修理带来了相当的麻烦，甚至造成整台机床的停产。对机床的整个机械部件来说，大部分机械部件都很完好，即使有的机械部件受到了部分的磨损和损伤，只要对其机械部件进行更换还是可以继续使用多年，甚至对一些从国外进口进来的机床，整个机床的机械部件的精度还能够保证，如果将这些机床进行淘汰，必定造成经济上很大的浪费。通过数控化改造能用更少的资金提高和增强机床的功能和档次，一般来说，改造一台数控机床相对于买一台新的数控机床可以极大地节省费用，就是将整台的机床进行彻底的改造，所需要的资金也相对较少，而且无论从投资上来说还是从风险上来说都是降低了很多。究方法或措施控机床加工过程中要求工作台能够实现往复运动，并且能够精确控制整个过程的速度，伺服驱动装置是带有力或力矩或速度或位置反馈并可自动调节的驱动装置，它比一般无伺服驱动的装置性能要好的多，要求定位分辨率为 31于步进电机一般只用于开环系统，开环系统的精度远不如闭环系统高。步进电机驱动装置的速度也远不如直流伺服驱动或交流伺服驱动高，而且功率越大速度越低。步进电机主要靠脉冲来定位，步进电机接收到 1个脉冲，就会旋转 1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为步进电机本身具备发出脉冲的功能，所以步进电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样和步进电机接收的脉冲形成了呼应，系统就会知道发了多少脉冲给步进电机，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到因此初步选用步进电机。步进电机定位精度高，定位误差小，快速响应，无超调，抗干扰能力强。采用减速齿轮以作匹配。采用减速齿轮后当速度过高时不仅能够实现减速而且能够增大电机折算到工作台上的扭矩。电机的旋转运动转换为直线运动，此部分的设计可选用蜗轮蜗杆或滚珠丝杠传动均能实现要求，由于涡轮蜗杆啮合轮齿间的相对滑动速度较大，摩擦磨损大，传动效率低易出现发热现象，常用较贵的减摩耐磨材料来制造涡轮，故成本较高 4 。而滚动磨损比滑动磨损小得多，且滚动摩擦的启动摩擦阻力很小，滚珠丝杠副的摩擦损失小，因而工作时本身温度变化很小，丝杠尺寸稳定。滚动摩擦几乎与速度无关，这样就可以保证运动的平稳性，即使在低速时仍能获得均匀的速度 14 ，保证了较高的精度。经过比较分析，此部分选用滚珠丝杠副。磨削状态下，支撑电主轴的磨头座刚性对高速旋转的砂轮运转平稳影响很大，直接关系到加工工件的最终加工精度。总体方案如图 1所示，步进电机通过减速齿轮为工作台提供进给时的动力，并通过滚珠丝杠副将旋转运动转变为直线运动。图 1 纵向进给系统总体结构图期已开展工作 4此课题主要难点是数控机床零件图与装配图的绘制。重点是电机的和滚珠丝杠的选取以及减速器的设计。前期先进行专业知识的学习，查阅相关资料，分析机床加工对象和加工要求，初步提出系统总体设计方案，阅读此方面的论文，复习数控技术、电气伺服驱动、机电一体化系统设计、机械设计基础等课程中的相关知识，并阅读与此相关的书刊。周次填写） 1 3 周：查阅相关资料并分析机床加工对象和加工要求，初步提出系统总体设计方案，并撰写开题报告； 4 6 周：分析给定参数，提出各部分的设计方案，计算并选择步进电机、滚珠丝杠副、导轨副、轴承等零部件； 7 9 周：设计数控机床纵向进给系统的机械零件图； 10 12 周：设计数控机床纵向进给系统的机械装配图； 13：整理前期资料并撰写毕业论文； 15 周：提交论文并答辩； 5、指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日 6、所在系审查意见：系主管领导：年月日 5参考文献 1数控机床 2 机电一体化系统设计手册 M. 北京 : 国防工业出版社 , 1997. 3磨机床的调整和改装 4陈作模机械原理 5机械原理高等教育出版社 6数控机床电子工业出版社 7机床数控改造与设计实例机械工业出版社 8数控车床设计化学工业出版社 9 秦现生西北工业大学出版社 10 朱启逑 11纪名刚北京 :高等教育出版社 12王良申上海 :上海交通大学出版社 13数控技术 . 中国轻工业出版社 14机电一体化系统设计 15名刚 4 版 . 北京：高等教育出版社， 2001. 16. 1987. 17. G. 018 T. on 2003 1 摘要 :本设计是数控铲磨床纵向进给系统的设计。铲磨床是滚刀、成型铣刀等复杂刀具的精加工机床，纵向进给系统是实现螺旋运动的重要部分，也是保证产品达到高的加工精度和稳定的加工质量的关键部件 , 以伺服电机、减速装置、滚珠丝杠副、滑动导轨等组成的半闭环传动系统能保证系统获得较高的精度、刚度和稳定性 , 使之满足数控系统的要求。关键词 : 数控铲磨床 ;纵向进给系统 ;精加工 ; is of NC so is an of of of to of to so as to of 2 目录摘要 . 错误 !未定义书签。绪论 . 错误 !未定义书签。第一章、设计方案的选定 . 5 1 系统运动方式的确定 . 5 2 伺服系统的选择 . 5 3 执行机构传动方式的确定 . 5 4 计算机的选择 . 5 第二章、进给系统机械部分计算与校核 . 6 1 切削力的计算 . 6 2 滚珠丝杆螺母副的计算和选型 . 6 3 齿轮传动比的计算 . 错误 !未定义书签。 4 伺服电机的计算和选型 . 错误 !未定义书签。第三章、进给系统机械部分结构设计 . 错误 !未定义书签。第四章、总结 . 20 参考文献 . 22 3 绪论相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：（ 1）提高生产率。数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。采用最佳参数和最佳走刀路线，缩短加工时间，从而提高生产率。（ 2）数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。由于它是按照程序自动加工不需要人工干预，其加工精度还可以利用软件进行校正及补偿，故可以获得比机床本身精度还要高的精度和重复精度。（ 3）有广泛的适应性和较大的灵活性。通过改变程序，就可以加工新产品的零件，能够完成很多普通机床难以完成或者根本不能加工的复杂型面零件的加工。（ 4）可以实现一机多用。一些数控机床，可以自动换刀，一次装卡后，几乎能完成零件的全部加工部位的加工，节省了设备和厂房面积。（ 5）可以进行精确的成本计算和生产进度安排，减少在制品，加速资金周转，提高经济效益。（ 6）不需要专用夹具。采用普通的通用夹具就能满足数控加工的要求。节省了专用夹具设计制造和存放的费用。（ 7）大大减轻了工人的劳动强度 2。因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。此外，机床数控化还是推行性制造单元）、性制造系统）以及算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。车床的伺服系统一般由驱动控制单元、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步进驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 4 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。直流步进电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。伺服系统对伺服电机的要求：（ 1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如有平稳的速度而无爬行现象。（ 2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载 4而不损坏。（ 3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受 4000上的角加速度的能力，才能保证电机可在内从静止启动到额定转速。（ 4）电机应能随频繁启动、制动和反转。随着微电子技术、计算机技术和步进控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使步进控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进步进性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 5 交流步进已占据了机床进给步进的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的步进控制成为可能。铲磨床是滚刀、成型铣刀等复杂刀具的精加工机床，纵向进给系统是实现螺旋运动的重要部分，也是保证产品达到高的加工精度和稳定的加工质量的关键部件 , 以伺服电机、减速装置、滚珠丝杠副、滑动导轨等组成的半闭环传动系统能保证系统获得较高的精度、刚度和稳定性 , 使之满足数控系统的要求。数控机床与普通机床相比 ,增加了功能 ,提高了性能 ,简化了结构密、小批量及形状多变零件的加工问题。能获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他条件限制：（ 1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；（ 2）目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费；（ 3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（ 4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标。这一工作早在 20世纪60年代已经在开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务。目前，国外已发展成为一个新兴产业部门，从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有 26%的机床经过数控化改造，中小企业则达 74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供数控化改造业务。中国是拥有 300多万台机床的国家，其中大部分是多年积累生产的普通机床，自动化程度低。要想在近几年用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，普通机床的数控化改造大有可为，它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备技术改造的主要方向之一。机床数控化的优点：（ 1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（ 2）适应多品种、小批量零件生产；（ 3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（ 4）降低对工人的操作水平的要求；（ 5）数控改造费用低、经济性好；（ 6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。普通车床（如是金属切削加工最常用的一类机床。普通机 6 床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。十几年来，随着科学技术的发展，机床也在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是 80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。其目的培养学生综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风本设计在编写过程中，由于本人水平有限，说明书中有一些错误和欠妥之处 , 欢迎各位老师及同学提出意见和建议。第一章、设计方案的选定 1系统运动方式的确定数按系统运动方式可分为点位控制系统、点位 /直线系统和连续控制系统。 2伺服系统的选择伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。 7 开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向送的。指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。开环系统主要由伺服电机驱动。闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而步进控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或位流伺服电机驱动。半闭环控制系统与闭环系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。 3执行机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求。在设计中应考虑以下几点：（ 1）尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。（ 2）尽量消除传动间隙。例如采用隙齿轮等。（ 3）提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。 4计算机的选择微机数控系统由储器扩展电路、 I/O 接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。第二章、进给系统机械部分计算与校核 1 计算切削力（ 1）纵车外圆主切削力 F（ N）按经验公式估算： F Z 走刀方向的切削分力（ N）车床身上加工最大直径（ mm）60 m a x 3 6 =8 ： 1： F 走刀方向的切削力垂直走刀方向的切削力 ) ) 2 滚珠丝杆螺母副的计算和选型 3 （ 1）纵向进给丝杆计算进给牵引力N）纵向进给选为综合导轨。参考表 2， 3两表机床设计手册查书综合作业指导书 ( 在正常情况下： k 考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取 K=f 滑动导轨磨擦系数溜板及刀架重力查综合作业指导书表 1 1，取 G =800N )( =(500)=) 计算最大动负载 C C=310660nTn 01000L 床设计手册用滚珠丝杆导轨式中： 0L 滚珠丝杆导程。初选0 为最大切削力条件下的进给速度，可取最高进给速度的 1/2 1/3 9 取T 使用寿命（ h），对于数控机车取 =15000h 运转系数，按一般运转取表 3 14综合作业指导寿命以 610 转为 1单位 n 丝杆转速 r/01000s 6 1060 6 610 1 5 0 360 120 C= 滚珠丝杆螺母副的选型查阅附录 A 表 A 2，可采用循环螺纹调整预紧的双螺母珠丝杆副， 1 额定功动负载为 18200（ N），精度等级按表综合作业指导书表 3 传功效率计算： = )式中： r 螺旋升角， r= 0112 磨擦角取 10 滚动磨擦系数 0112t a n ( )112t a n ()t a n (t a n 0 0 r r 刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如 A 图所示，最大牵引力承间距 L=1500杆螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷 1/3。 10 查综合作业指导书图 3据 00 查出 0 可算出 1 = =(101500)0 于两端均采用向心推力球轴承，且丝杆进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高 4倍。其实际变形量 1 ( 1 =1/4 1 =0=0 接触变形 2 查综合作业指导书图 3W 系列 1 列滚珠和螺纹滚道接触变形量QQ=m 因进行预紧 2 =1/2Q=1/2 m 用 8107型推力球轴承， 1d =35动体直径动体数量 Z=18, Q 3 2222 注意此公式中单位应为 N 因施加预紧力，故 11 3=1/2c=1/2 据以上计算 =3 2 1 =2N 可以满足要求，但从表中看出 130服电机最高空载起动频率为 3000能满足333项指标可暂不考虑，可以采用软件开降速程序来解决。 (2)核伺服电机转矩前面所初步电机的转矩计算，均为估算，初迭之后，应该进行校核计算。效转动惯量计算计算简图如前（ a）所示，根据综合作业指导书表 3动系统计算到电机轴上的总的转动惯量 J=1J 2)(21 2J 2)2( 0L) 伺服电机转子转动惯量（ 1J . 2J 矢轮滚珠丝杆转动惯车（参考同类型机床，初步反应式伺服电机 130 其转子转动量对于钢材： J =D 310L =83 15 M 圆柱体质量 D 圆柱体直径。 L 圆柱体长度或厚度。 L 钢材的密度为 310 （ 1J =D 310L = 310 （ = 2J =D 310L =84 310 （ = D 310L L =150050 D =453 G 溜板及刀架重力取 1500N。代入公式可得： J=1J 2)(21 2J 2)2( 0L) =2)4032( )2)2 = 考虑伺服电机与传动系统惯车匹配问题： J=足惯量匹配的要求。电机转矩的计算机床在不同的公况下，其所需转矩是不同的，下面分别按个阶段计算： a. M =M 16 M 快速空载起动转矩空载起动时计算到电机轴上的加速转矩（计算到电机轴上的磨擦转矩。 0M 由于丝杆预紧里计算到电机轴上的附加转矩（采用丝杠螺母副传动时，上述各种转矩（用下式计算 J =J 20602 将前面数据代入式中个符号意义同前 a x r/动加速时间 5J 传动系统计算到电机轴上的总等数转动惯量电机最大角加速度电机最大转速运动部件最大快进速度 (mm/b 伺服电机的步距角运动部件从停止起加速到最大快进速度所需时间（ S） b 脉冲当量（ mm/ J= 00 r/J =J 20602 = 0 2 05 0 =算到电机轴上的磨擦转矩7 2000 /2 )(2 0L 丝杆导程0L=6F 导轨的磨擦力（ N）垂直方向的切削力 (N) G 运动部件的总当量 f 导轨摩擦系数 i 齿轮降速比传动连总效率，一般可取： 2000 /2 )(2 = 5 0( 加摩擦转矩： 0M= )1(22000 0滚珠丝杆预加负荷，一般取 1/3mF，滚珠丝杆导程（ 0L=0 滚珠丝杆未预紧时的传动效率一般取因此取 M= )1(22000 = )1(/23/1 2012 0 m = )098 2 =18 上述三项合计： M = 0M + b. 快速移动时所需转矩 M ： M =M= 最大的切削负载时所需转矩 M ： M =M+折算到电机轴上的切削负载转矩 0 72 0 x上面计算可知， M 、 M 和 M 三种工况下，以快进空载起动所需转矩最大，即可以从综合作业指导书表 3 22查出，当伺服电机为五相十拍时，则最大转矩为： a x MM j 表 3 23中 130于所需最大转静转矩，可以满足要求。已计算出机床最大快移时需伺服电机的最高起动频率333削进入时所需伺服电机运行频率从综合作业指导书表 3 23 中查出 130伺服电机允许的最高空载起动频率为 3000行频率为 16000从综合作业指导书图 3 15， 3 16 查出 130服电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线如（ C）图所示，当伺服电机起动时， f =2500， M =能满足此机床所接使用则会施行失步现象，所以必须采取开降进控制用软件实现， 19 将起动频率到 1000动转矩可增高到后电路上再采用高低压驱动电路，可将电机输出转矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时， 130伺服电机运行矩频特性（ D）图完全可以满足要求：第三章、进给系统机械部分结构设计机械部分结构设计的任务是画出进给伺服系统的机械装配图，用以表达，设计者构思，设计特点及计算结果一。进给伺服系统总图设计： 1纵向进给伺服系统总图设计：在进行纵向进给饲服系统结构设计之前，必须对整个机床的布局有所了解在附图中给出了经济型数控车床的总图，图中细实线所画为原机床未改造的部分，粗实线为改造设计部分。从图中可以看出来，纵向进给机构，在原机床装进给箱的位置，将进给箱拆除，装伺服系统齿轮箱，在箱体的左面装伺服电机，滚珠丝杆右端轴承座仍装在原机床滑动丝杆后轴承座处。滚珠丝杆装有挡板，以防止切屑掉下损坏滚珠丝杠。将滚珠螺母座前面有控制板，装有急停，电源开关等几个按钮，便于工人操作。总图上还必须画出此车床上加工螺纹的部件光电编码器在经济型数按车床上，利用光电编码器装在主轴或在主轴箱与主轴保持一定传动比的伸出轴上，当主轴旋转一圈时，光电编码器就发出一定数量的脉冲，输入计算中，经过计算的运算，控制伺服电机，带功滚珠丝杠，使刀架进给一定的螺距。而光电编码器用弯板装在主轴箱左端面，通过弹性联轴器与主轴箱中一伸出轴相连，因伸出轴不可能与弹性联轴器的尺寸完全一致，故中间还要设计一个中间过渡套。 20 2进给伺服系统的装配图经过计算，已知此纵向进给系统采用 130伺服电机，经过一对齿轮减速，齿轮系数 1Z =32。 2Z =40。模数 m=2滚珠丝杆公称直径为0d=50珠丝杠螺母副先用的是外循环沟槽式垫片凋隙进行结构设计进，注意考虑以下问题：（ 1）进行改造设计时，将原床进给箱挤掉，利用原来的安装基面安装齿轮箱体 45 。因而必须注意齿轮箱体螺钉中心距的尺寸，应保证箱的安装螺钉和销钉均在原来的安装基础面上，床尾的轴承座仍要装在原（ 2）为保证滚珠丝杠与导轨平行设计时，应注意使齿轮箱体的丝杠中心，与床尾轴承座中心线距安装基面尺寸一致以保证水平面的丝杠与导轨平行。齿轮箱体在床身上的安装螺钉的位置与车尾轴承座螺钉在床身上的安装位置必须根据床身具体情况确定，以保证在垂直面内丝杆与导轨平行。水平面内的平行度达不到要求可刮研齿轮箱体或床尾轴承座的安装基面，如垂直面内平行度达不到要求，可安装螺钉的过孔进行调整，调好后，插入定位销。（ 3）保证滚珠丝杠转动平稳，轻快，必须使滚珠丝杆螺母座板定 19与丝杠两端支承同轴，设计时，在螺母座与弯板之间设计垫片 58，装调时可以修磨垫片来保证螺母座在平面内与两面端支承同轴，垂而直面内的同轴，靠螺钉地过孔来的调整，调好后，打入销钉。（ 4）在水平面内应使丝杠中心线距轨的距离尽量小，否则将层产生颠复力矩，增大磨擦力，使运动不平稳，利用床身的凹面，使齿轮箱体背面比安装基面突出 33 就使丝杠中心距安装基面尺寸为 42用此床身的凹入面，因为 130伺服电机外圆直径为 130，就会使丝杆中心距安装基面尺寸至少为 645样设计是不合理。但是在的设计箱体外形时，必须根据床身的具体形状不可使箱身与床凹入之毛面干涉。（ 5）伺服电机装在箱体左侧，利用短圆柱面中，在箱体上定位，由于是定位面，一定要在图上标注出孔的尺寸及配合。（ 6）设计中滚珠螺母副采用了垫片调整方式预紧，即用修磨垫片使滚珠丝杠滚珠与两个滚珠螺母挤紧，避免在反向失步： a) 消隙齿轮，是采用两个薄片齿轮，中间开有三个月芽形的槽放入压簧，并用三个内六角螺钉固定，这种消隙齿轮的装配顺序是：首先将双片只轮相对转过一个齿轮， 21 使双片尖轮的齿轮的矢对齐，弹簧 38受压，上紧螺钉 30装入箱体后，将螺钉 30松开，弹簧 38将双片齿轮沿用向错开，消除与齿轮的侧隙，此时财将螺钉 30 上紧，在设计时，箱壁上要留有可进伸入六角搬手孔，弹簧两端用削扁的销子 39压住。（ 7）当车床床鞍移动时，滚珠丝杠要受到轴向力，此轴向力由床身前端的两个止推轴承承受，向左的轴向力通过挡圈 21。止推轴承 22，挡块 23，传到齿轮箱体上，向右的轴向力则通螺母 37，齿轮 31，径向轴承 28，轴套 27，挡圈 26。到左边的止推轴承 22，经挡块 23 传到端盖 24 上，此端盖与齿轮箱体用螺钉固连，绘图注意止推轴承 22 的动圈和不动圈的画法，与挡块 23接触的一边是不动圈，其内孔和轴颈之间要画出间隙。床尾部分的圆螺母 2是用来对丝杠进行预拉伸，以增加丝杠的刚度，外侧的圆螺母是锁紧用的，由于旋转螺母 2进行预拉伸时，端面磨擦力大，故要止推轴承 5以上减小端面磨擦力。在完成滚珠丝杠螺母副和伺服电机的计算选型，完成齿轮传动比计算后可以着手绘制进给伺服系统的机械装配图。在绘制机械装配图时，除了从总体上考虑机床布局情况以及步进进给机构与原机床的联系外，还应认真的考虑与具体结构设计有关的一些问题。 1）了解原机床的详细结构，从有关资料中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结构尺寸。 2）根据载荷特点和支承形式确定丝杠两端支承轴承的型号，轴承座的结构以及轴承预紧和调节方式，确定齿轮轴支承轴承的型号。 3）减速齿轮的参数和结构尺寸计算，确定齿轮侧隙的调整方法，在满足装配工艺的前提下，合理设计齿轮箱结构。 4）考虑各部位间的定位、联接和调整方法。例如，应保证丝杠两端支承与滚珠丝杠螺母同轴，保证丝杠与机床导轨平行，考虑螺母座。轴承座在安装面上的联接与定位、齿轮箱在安装面上的定位、伺服电机在齿轮箱上的联接与定位等。 5）考虑密封、防护、润滑以及安全机构等问题。例如，丝杠螺母的润滑、防尘、防铁屑保护、轴承的润滑及密封、齿轮的润滑及密封、行程限位保护装置等。 6）在进行各零部件结构设计时，应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保证安装、调试和拆卸的方便。此外，注意绘制装配图时的一些基本要求。例如，制图标准、视图布置及图形画法要求、重要的中心距

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