微型数控车床设计

山东大学of technology毕业设计手册微型数控车床设计研究所：机械工程学院专业产业：机械设计制造和自动化学生姓名：摘要的标题请自行添加学号：指导教师：2011年06月摘褥子小型数控车床也称为数字控制(NC)机床。基于数字控制的数控技术，具有程序控制系统的机床。由主机、CNC、驱动器、CNC机床的辅助设备、程序员和其他配件组成。数控车床主要由教学车床机械装置、计算机数控系统、电源驱动机三部分组成，该设计还包括机床机械传动主运动系统的设计。其中包括齿轮模块计算和检查、主轴设计和刚度检查、主轴组件设计和选择、驱动轴设计和刚度检查和驱动轴组件设计和选择、垂直进给驱动器运动设计、水平进给驱动器系统运动设计、床身和导轨设计和控制系统设计、频率控制电动机和步进电动机模型选择、选择刀架模型。这台车床结构简单，成本低，体积小，适合教育，该系统人机界面友好，操作方便。本文是对整个设计工作的更全面的介绍和总结。关键字：微型、CNC车床、主驱动系统、进料系统、设计Abstractthe miniatrure numerilly controlled lathe calls digital control(numerical control，Shorter form NC)a machine tool . that it has beenit is from the lead plane，CNC，driving device，Numerical control machine tool auxiliary device，What programming machine and thevicedesign designing that The mechanical drive including a machine tool b Etkens motion system this time，including the module of the gear，The PPElongitudinal mechanical drive feeds Systematic motion design . latitudi nalmechanical drive feeds Systematic motion design。the type of frequency conversion timing electro motor choose And the type of walking electro motor choose，And the type of knife rest choose .this paper is more compe hensive introduction and summing-up for the whole design work。Key words : miniatrure、numerially controlled lathe mechanical、drive system be tokens systematic、feed drive system、design-49-列表列表第一章引文-1-1.1主题的背景-1-1.2主题的目的和重要性-1-第二章微型数控车床主传动系统设计-3-2.1主要设计规范和参数-3-2.2主驱动系统的大型分类-3-2.3确定适当的切削参数-4-2.4主传动系统的设计和计算-5-2.5齿轮设计计算-6-2.6主轴组件设计-12-第三章纵向进给驱动系统设计-24-3.1概述-24-3.2电动机和螺钉之间的连接-24-3.3滚珠丝杠螺母对-25-3.4滚珠丝杠螺母对的设计与选择-29-3.5步进电动机的计算和选择-31-第四章水平进给驱动系统设计-34-4.1滚珠丝杠螺母对的设计与选择-34-4.2步进电动机的计算和选择-36-4.3滚珠丝杠保护-37-4.4转塔选择-38-第5章床和导轨-39-5.1床设计-39-5.2滑轨设计-40-第六章控制系统设计-42-6.1确定硬件电路的整体方案-42-6.2选择主控制器CPU-42-6.3内存扩展电路设计-42-6.4主轴电机驱动电路-43-6.5超出边界预警-43-结论-44-参考资料-45-谢谢-46-第一章引言第一章引文1.1主题的背景今天，随着世界电子技术的快速发展，微处理器和微型计算机广泛应用于各种技术领域，对各领域的技术发展发挥了巨大的推动作用。更精密的机电一体化系统必须由机器主体、动力和驱动部分、执行机制、检测测试部分、控制和信息处理部分的几个基本要素组成。随着微电子技术的发展，大规模集成电路的集成度越来越高，体积越来越小。CNC设备厂使用超大型集成电路和表面安装工艺(SMT)实现三维装配，使整个CNC设备变小，以满足机械制造机电一体化的要求。日本三菱电机是最近推出的入门级CNC MELDAS 50系列和实用CNC MELDAS 520A系列，与使用32位RISC微处理器的超小型CNC设备M310和L3、L3A相比，体积大幅减少(h168 MMW 76 mmd 133超薄显示器(EL 9.5in和彩色液晶10.4in)。此系统的小段加工能力已提高到64m/min，最高可达到240m/min的高速进给率，同步线程精度比M310提高了3倍，主轴定位时间缩短了30%。德国西门子最新的SINUMERIK 840D主控组件386DX或486DX具有1至4条通路，可以控制总计32个轴，包括直线和圆弧插值、螺旋插值、5轴螺旋插值和样条插值、圆柱插值，并提供50mm316mm207mm的各种校正和校正功能。东西方制造业的差距包括职业教育的基础差距、实践实力差距、我国CNC学生拥有60万人，而全国CNC人员每年有15万人，高级CNC技工每年有10万人，等20人/台的教育实效性和成绩率不一致的矛盾正在凸显。1.2主题的目的和意义使用生产Cnc机床作为CNC教育实践设备是非常必要的，但是在早期教育中使用，电力消耗大，材料消耗大，安全系数低，成为困扰很多大学的大问题。西方发达国家的NC教育初期，都采用小型台式高度模拟CNC培训机作为NC编程和操作的实践设备。目前数控技术课程中普遍存在着系统开放性低、操作界面不理想、教学设备成本高、实验耗材成本高、操作风险高、学生独立工作机会小、教学效率低、教学质量差等现实问题。因此，要设计一个硬件和软件结构开放、功能完善、人机界面熟悉、操作方便的系统，解决教学中存在的课堂教学困难、实验教学困难、实践教学困难等问题。第二章微型数控车床主传动系统设计第二章微型数控车床主传动系统设计2.1主要设计规格和参数：两个座标方向的工作排程：x 333630mm z :1mm。切削精确度：0.01mm加工材料：石蜡、肥皂或铝等。2.2主驱动系统的大分类：目前，主驱动系统主要可分为以下几类：带2.2.1变速齿轮的主传动如图2-1a)所示，为了在主轴低速时满足扭矩特性的要求，通过几对齿轮降速，Cnc机床基于交流或直流电动机无级变速，使用齿轮变速，实现分段无级变速。滑动齿轮的位移大部分是使用液压缸和叉或直接液压缸驱动的齿轮进行的。2.2.2通过皮带驱动主驱动如图2-1b)所示，该驱动器主要用于小型数控机床，交流电动机通过v波段直接驱动主轴。此传递方法可以防止传动齿轮时产生振动和噪音，但只能应用于低转矩特性所需的主轴。2.2.3速度控制电动机直接驱动主驱动如图2-1c)所示，这种主驱动方式大大简化了主轴箱和主轴结构，有效提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩较小，电机发热对主轴有很大影响。图2-1主驱动器样式Cnc车床使用CVT。2.3确定适当的切削参数：该机器加工的加工品是代理木、石蜡、铝等材料，检查金属切削原理(真日主编)表11-5，机床等加工量=1毫米；进给f=0.18mm/r；切削速度v=250m/min。2.3.1切削力计算：正式检查金属切削原理表4-1，&=11N，进给阻力和切向深度可以按以下比率单独计算：，计算值=2.75N，=4.4N2.3.2确定机床切削功率：切削功率是力和消耗的功率之和，因为方向没有位移，所以不消耗功率。于是：切削功率纵向切削力(n)；V切削速度(m/min)；普及率(n)；工件速度(r/s)；F进给量(mm/r)。切削功率=45.8w，机械效率，计算机床电动机功率的近似计算。此选项在功率比100瓦时使用大型交流变频调速电动机，如表2-1所示。马达模型用力电压频率极数额定速度最高速度额定电流额定力矩启动转矩带齿轮的电动机wvHzpR/minR/minaNmNmKgfcm5RK100GU-AF1001ph100504100030002.100.900.787.80表2-1额定功率100瓦大型交流变频调速电动机参数2.4主传动系统的设计计算：主轴计算速度：，即可从workspace页面中移除物件。恒定功率可变速度范围对主轴要求：电动机的恒功率变速范围：，即可从workspace页面中移除物件。系统所需的最小可变速度系列，可变速度组数：，拿走。变速器实际比：，即可从workspace页面中移除物件。传输的最小传输比：，即可从workspace页面中移除物件。其他传动对的传动比：，即可从workspace页面中移除物件。电动机的最大和最小运行速度分别为：，即可从workspace页面中移除物件。速度图如图2-2所示。图2-2主驱动系统速度图马达最高、运行速度最低时传送的功率如下：2.5齿轮设计和计算：2.5.1齿轮设计传输系统包含一个变速组，两个驱动器对。相同的变速组、相同的模数、不使用可变齿轮、第一对齿轮的主齿轮和手动齿轮的齿数、第二对齿轮的主齿轮和手动齿轮的齿数。如果m相同：导入S=110。确定单个齿轮的尺寸：如果您选取直齿圆柱轮并使用m=2.5，则分度