0087-三坐标数控磨床设计【全套4张CAD图+说明书】
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中文摘要
本次设计为三坐标数控磨床，该机床能通过三轴联动，实现曲线直线等不同的加工路线，同时可以通过更换砂轮来加工不同的型腔和轮廓提高其表面质量。另外该机床也能够对其它一些工具零件进行表面加工。
所设计的三坐标数控磨床，磨头与立柱之间用鼠齿器相连，可以改变主轴与工作台的角度。三个坐标方向的移动均由交流伺服电机带动丝杠驱动，所选用的联轴器为十字滑块联轴器，工作台选用双推与双推轴承组成两端固定支承，达到所要求的高精度。三个方向通过速度反馈和位置反馈实现闭环系统。主轴电机采用交流电机，由变频器对其进行无级调速。所有电机均有单片机进行控制。
此设计主要对数控磨床的机构进行设计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、Y工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；伺服系统应用开环控制，了解它的工作原理；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择优选取；数控装置的设计，了解其控制原理。
设计中充分考虑经济性、工艺性、适用性等要求，选择最好的方案，以达到最佳的效果。
关键词：数控 三坐标 铣床
目录
中文摘要 1
英文摘要 2
目录 3
第一章 概论 1
1.1数控机床的产生与发展 1
1.2 何谓数控机床 1
1.3 数控机床的应用范围 1
1.4 数控机床的基本组成 2
1.5 数控机床的分类 2
1.6 数控机床的工作过程 2
1.7 数控机床的特点 2
1.8 磨削概论 2
1.9 三坐标数控磨床 3
第二章 总体结构设计 6
2.1提高机床的结构刚度的设计 6
2.2提高机床的抗振性的措施 7
2.3提高机床灵敏度 7
第三章 进给伺服系统结构设计 8
3.1 进给伺服系统的作用 8
3.2 进给伺服系统的设计要求 8
3.2.1对进给伺服系统的基本要求 8
3.2.2 进给伺服系统的设计要求 9
3.3进给伺服系统的组成 9
3.4 进给伺服系统的分类 9
3.5给伺服系统的数学模型。 10
3.5.1 数控机床的位置调节系统 10
3.5.2 进给伺服系统的数字模型 10
3.6 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 10
3.6.1 时间响应性 10
3.6.2 频率响应特性 11
3.6.3 稳定性分析 11
3.6.4 快速性分析 11
3.6.5 伺服精度 11
3.7 驱动元件的设计 12
3.7.1. 选用伺服电动机 12
3.7.2选用交流伺服电机 12
3.8 机械传动部件的设计 14
第四章 床身与导轨 20
4.1 床身设计 20
4.1.1 床身结构的基本要求 20
4.1.2 床身的结构 20
4.1.3 床身的截面形状 20
4.1.4钢板焊接结构 21
4.1.5箱体封沙结构 21
4.2导轨设计 21
4.2.1对导轨的要求 21
4.2.2 滑动导轨 21
4.2.3 贴塑滑动导轨 21
4.2.4 导轨结构 22
4.2.5 导轨设计 22
4.2.6导轨的材料 22
第五章 主传动系统结构设计 23
5.1主传动系统的设计要求 23
5.2主传动变速系统的设计 23
5.3主轴组件设计 23
5.3.1 对主轴组件的性能要求 23
5.3.2 主轴组件的组成和轴承选型 24
5.3.3 主轴组件的技术要求 25
5.3.4主轴组件的动态特性 26
5.3.5 主轴轴承的润滑 26
5.4选择主轴电机 27
5.5 高速带的设计计算 29
第六章 控制系统设计 31
6.1 确定硬件电路的总体方案 31
6.2 主控制器CPU的选择 31
6.3 存储器扩展电路设计 31
6.4 I/O口扩展电路设计 32
6.5 交流伺服电机驱动电路 32
6.6 主轴电机驱动电路 32
6.7 越界报警 32
程 序 33
设 计 小 结 36
参考文献 37
- 内容简介：
-
切削刀具的维护 维护意味着产品的保养。在机械行业，它也指通过对产品设备的管理来防止其损坏也包括损坏后的修理。 对切削刀具的维护保养包括：以一种不会引发恶性结果的方式管理刀具和根据刀具的知识来合理应用刀具的切削特性两方面内容。像对黄铜制刀具的维护是指制造和打磨刀具，使非常规的损坏（像打磨的裂缝等）不会出现。更进一步 ,如果恶劣的切削环境发生。具有能恢复到原来的状态以致于达到理想的切削效果。 这章的内容包括 4个部分： : 象其他的设备如：机床、传动系和机器人，切削刀具的管理知识对于产品的生产的影响意义重大。 如果由于刀具的保养不善出现刀具断裂的情况，那么，无论有多么好的设备 ,顺畅的切削过程也是不可能出现的。更不用说提高切削的精度和效率和降低成本了。 在过去对产品设备维护的要求程度决定了设备的价钱。机床、空气过滤器系统和自动化设备一般都会给予很多的维护和保养。然而，相对于刀具等便宜的小件对它们的保养以前认为是不必要的。 以前几乎没有什么文章和书籍在深层次上讨论刀具的维护和保养。 刀具可按应用分类 金 刚石 ,立方碳化硼以及以三氧化二铝都是的不能用普通刀具加工的机加工材料。 而几乎所有的金属都能用刀具加工 (铝合金刀具的切削速度高于 5000m/当于300km/h.)。 然而，具有如此优良的切削特性的刀具具有明显的缺点。象刀片非常的脆，易对螺栓体和刀柄造成损害造成安装问题 .。生噪声、振动以致断裂破碎，结果出现象切削精度下降等问题。 当对刀具进行维护时实行以下的过程是很必要的： 要避免象图 要戒除象图 确保象 每隔放置一把刀片。 刀具的相互接触将导致边缘的脱落和碎裂 刀片之间的接触会对接触的部分造成伤害，从而是它们的切削能力下降。 将刀具掉落在硬地面上将会造成切削边缘的损坏。这种问题特别容易放生在很脆的陶瓷刀具上和又长又脆的刀具像滚花刀和钻头。操作工人要防止在地面不太平坦的时候 ,用手推车搬运放在盒子里的刀具，这样是将会造成刀具的损坏的。图 的例子。 免用手拿很多刀片 免 将刀片以无续的状态放在刀片盒里 当将刀具放置在金属架子上和金属盒子里时，必须保证切削的刀边不能接触金属的表面，放置时的轻拿轻放也是必要的。 图 议使用塑料和橡胶或是聚乙烯盒子。 在刀具的安装处损坏将导致安装精度的下降，在这种情况下不能在好的经济效益下 ,获得好的刚度和稳定性，结果产生振动和噪声导致刀具的寿命变短，切削边缘的稳定性变差。 和刀片一样 ,刀片座也是由碳化物制成的。因此刀片的振动经常会导致刀片座的变形损坏。 在这种情况下 ,度下降 不能很好的切削。如果在使用多重刀具时候 (像滚花刀 )将会导致切削边缘的可靠度下降和切削精度下降。使用可分类刀片时注意保护刀片座也是和必要的 . 像图 手拿刀片是非常不明智的。当刀片被安装在到刀片座上时 ,就存在损坏的危险。当刀具上涂上油的时候就增加了这种危险性。手上的汗和油将导致刀具的生锈，铁锈使刀具的表面不平使安装的稳定性下降 ,产生振动和噪声 ,使切削精度下降。 适当的对刀具管理，以取得顺畅的切削过程是很必要的。这门学问不是机械上设备的操作知识而是管理学的知识。大体知识结构概括如下： 1刀具的管理不意味着单单保存它，而是为刀具深层次的使用作准备而使刀具在一个可以立即使用的状态下保存它。 2像可分离的刀片，在下一道工序还没有确定的时候一定要把它拿下来 3如果刀具要是有一段时间不能应用的话 ,一定要对刀具进行防锈处理。 4应根据刀具的用途、型号、使用频率来安排保管刀具。 5储存刀具时要使它们容易接近。 6要确保损坏的刀具在保存前要先进行修理。 7对于已经永 久损坏的刀具要及时丢弃，不要保存没有用的刀具。 8对工人进行刀具管理方面知识的教育，对刀具的管理建立规章制度，并且对所有工人逐渐灌输这种思想。 可分类的切削刀片是由硬度在 34合金钢通过热处理制造的。刀具体是由高碳钢和硬度低于 35合金钢制成的。刀具的接触将导致接触区的损坏而导致切削精度的下降，以下几点注意事项被认为可以防止这些问题出现： 1储存时就要避免刀具的接触 ，在刀具表面产生的不可修复的粗糙度的变化情况。分体刀具安装处的粗糙度的数值过大使得其安装到机床上极其困难。更主要的是如果损坏发生在刀座上，安装分体刀片是很麻烦的。象表 切削表面将会导致表面不平。在这种情况下，消除不平的表面的方法是用油性磨刀石。图 为和其他的刀座的接触 螺栓体表面粗糙度的变化 表 于刀具的相互接触而产生塑性扭曲的例子 2保持刀具在一个安全的条件下使用 3从光滑的架子上移动的时候，保证刀具在箱子没打开前不被移动。 4 如果刀具的备件很容易损坏，保存多余的备件是很必要的。理后一个小洞的重大影响 表 图 表 铁锈大大安装处的坚固程度。 1当室外的潮湿度很高的时候，要保证窗子是关着的。虽然刀具表面的涂层能够防锈，但是长时间放置在潮湿的环境下还是会生锈的。 切削刀具频繁从冷的地方使用而后又移入温暖的环境，这将导致刀具表面生锈。 3通常金属架子没有防锈涂层，所以特别容易生锈。把刀具放置在其上也会导致刀具生锈。办法是在架子上盖上像塑料、橡胶或聚乙烯材料。 4如果刀具长时间不用，就要周期性的检查刀具 的情况。刀具特别是刀座和安装的部分尤其不能生锈。 刀片是刀具的的切削韧因此是刀具的重要部分。它又小又轻故此方便携带和处理；而另一方面 ,处理不认真 ,将不同等级的刀片混在一起，或是将同一种类不同等级的刀片防在一起 ,以上这种情况都会使刀片的辨别变得困难 1 个箱子只放一个刀片 ,以防刀片之间的相互接触。 2 于分类刀片 ,使用者要做有效的记号。 同一种刀片作同样的记号。 一定要将这些盒子放在一起。 3根据刀具的生产公司和产 品的数目来保存它。 4根据刀片的公差等级来储存它 、 C、 E、 G、 5可以根据刀片的等级 ,用途 6确保同样形状不同等级的可分类刀片不放在一起。 在产品设备的保养维护中最重要的使用技术 .。 但是，无论保养和维修的技术多么先进 ,但是操作者在选刀的时候范了错误，选了不合适的切削条件的刀具 对刀具也是如此 . 所有的产品设备像切削刀具、 手动工具和贵重机器都有其专门的用途。为了将起所有的 特性都发挥出来利用，我们必须选择最合适的操作方法。刀具的选择应该基于刀具的特性。 1选择切削刀具必须适用于工件的材料特性。例如：不能用切削铸铁的刀具来切削刚。选择不适合的刀具会引起刀具边缘的损害，这将导致切削温度的提高和提高切削抗性这都将导致对刀具体的损害。 在选择刀具的等级和刀片的形状时必须小心，特别对于难于切削的材料。如图 削热使工件和刀具熔为合金之后很短时间内刀具外部生成的非常薄的层 。在切削难加工的工件时，等级和形状选择不正确会在刀具上很快出现裂痕也会导致刀片座的损坏。 不合适的到造成的非正常的损失 2根据使用切削刀具规定的用途来使用它。在一般的情况，在粗切和精切时使用一把刀是不可能的 3在刀具合适的使用范围使用它，应用范围包括：切削状态、切削模式、刀具寿命标准和切削流。在合适的切削范围以外使用导致的损伤将引发精度的问题。 4 根据工件的形状和宽度来选择表面的滚花刀，选择不合适的滚花刀将导致振动，使刀具的寿命严重下降。 5对于专用刀或是高速刀具，它们更是要在合适的使用范围内使用，不能使用精切刀来代替粗切刀。用高速刀具象陶瓷刀具来代替低速刀具也会导致断裂的问题。 切削技术的硬件主要是由机床和切削刀具组成的。足够的柔性来掩盖其他部分的缺点，可以防止麻烦的产生。 1如果机床的轴向力很小或是刚度很差，这时要选择锋利的和低切削抗力的刀具。 2如果机床的精度不高选择圆角半径小的，锋利和切削抗力小的刀具。更重要的 是选择具有好的切削边缘可信度的刀具，这样在振动和噪声的条件下滑落和断裂都不会发生。 象自动化和非人的操作使得在准备阶段的核查工作变的很重要， 1当使用来自不同厂家的刀片时有种可能是切削性不同。这种情况的切削振动和异常损害要特别小心。 对磨削表面和刀具寿命的列表 2在使用多把刀具的时候 ,要保证工序表被安排在可接受的范围内 示由于工序表安排不合适印发的刀片上的损害。 3当使用可分类的切削刀具时 ,对刀片座的损害和扭曲是要特别小心的。 4当将刀片安装在刀具上时 ,保证不要安装的过紧 如 5当将刀片安装在刀具上时 ,要选择合适夹具螺母形状和大小的扳手 示对于同一个夹具螺空用合适和不合适的扳手的后果。 每一把刀具和机床一样都有不同的结构 1当将切削刀具安装在 机床上时，保证没有灰尘和铁屑在刀具体，刀具空和各个部分。 2当安装刀片时 ,特别是薄刀片时 ,保证没有扭弯和弯曲是很必要的 . 3当安装多功能时 ,要保证切削边缘已经经过过热处理。 当刀具和切削条件不相适应时，刀刃就会像图 19 那样折断，如图 20 那样焊接，高速刀具的疲劳情形如图 21，塑性疲劳变形如图 22，这些都是何容易发生的。以下是选刀具时应注意的。 1依据刀具的性能参数来选择切削条件。以下就是刀具的各种参数 A：端铣和立铣 刀具的等级，直径，倾角，轴倾角，内倾角，引脚，螺旋角，立铣刀尖形状（圆或方），刀齿的数目，刀片槽的尺寸，刀把的大小，刀具的长度，机器安装环境，刀具突出的长度。存在实体，刀刃几何形状，精度和系列刀片的形状。破碎机的实体和 几何形状，刀具的结构。 B: 运转时的刀把和钻杆 刀具等级，前倾角，侧倾角，前面角，侧面角，切削刃前角，切削刃后角，修圆角尺寸，侧面大小，机器安装环境，刀具突出的长度，刀刃的的几何形状，刀片的精度和形状，刀具的结构（镀铜的，成系列的刀片，实心的等） C：钻具 钻刀的等级，直径，伸出长度，顶角大小，刀刃数目，间隙大小，横刃的几何厚度，钻刀的形状（如麻花钻，直钻等）锥度大小，定位导向 依据刀具不同等级的性能来选择切削环境 。以下是刀具的等级类型及性能。 A：高速钢，炭化钢，陶瓷，金属陶瓷， B： 级的性能（高温硬度，内应力，疲劳强度，抗氧化能力，高温气流稳定性，塑性变形抗力，节点抗力，高强度抗力，热爆抗力和热震抗力） 3依据工件性能来选择切削条件。以下是工件的性能： A：刀具的化学成分，硬度，强度，扭曲率，热处理条件，拉伸强度，高温硬度，易碎性，可淬性，亲和性和可煅性。 B：工件和成品的形状，原料的去除，刚度，毛边表面性能（硬度和面的缩放比例）材料密度（厚度变量 ）长度和直径的关系，节点抗力。 4依据现况和切削液特点来选择切削环境。切削液的性能包括冷却方法，冷却体和冷却类型。 图 23 如图 23是 高速切削后，而产生的裂纹引起的永久的震动 在切削后把刀具从车床上移走时，要特别注意在维护中所涉及的刀具管理的项目。当往箱子里或架子上存放刀具时要特别注意维护的规则和管理的技术。 5刀具的再修复和维护 镀铜刀具是由切削刃和与其不同材料的长柄组成的，在 这种情况下很多问题容易发生。 在许多情况下，研磨和再研磨时所出现的毛病是由制造镀铜刀具过程中的问题所引起的。首先，由镀铜的技术所关联的问题，再者，也有成本的问题。 通常，银或铜比较适合做镀层材料。吸湿性依赖于材料被粘结剂连接的强度。镀铜材料的吸湿性因依赖于刀具的等级和钢材料的性能而有不同的意义。 1 刀具等级和吸湿性 拥有大量粘结材料的刀具的吸湿性高，而只有很少；量的粘结材料的刀具的吸湿性是很低的。 具有高吸湿性而 有较低的吸湿性。当 含量增加时，吸湿性就会降低。 下来依次是 级。陶瓷具有比 陶瓷相比镀铜和镀银的吸湿性已经是很低的了。 2吸湿性与柄的材料 含铬高的钢，含锰高的钢和经过热处理的材料有较低的吸湿性。 3助熔剂是用来提高镀铜材料的吸湿性的。助熔剂可以阻止镀铜表面的氧化。经过清除杂质的镀铜材料不仅可以提高其吸湿性也能氧化其表面的分子。 由于柄的等级和其具有吸湿性的材料，镀铜很容易出现问题，再者，助熔剂没有及时起作用时问题也是很容易出现的。 7. 刀具的热膨胀性和刀柄的材料实质上时不同的。图表 4 是某一等级的刀具和刀柄在室温下镀铜的残余应力图。 碳化物和柄的材料的热膨胀率是 1： 2，故当湿度正常时，刀具就能经得起会导致断裂得内应力。 为了降低镀铜时的变形，在柄上钻些空或凹槽。为了多面镀铜可以在刀具和刀柄间放上铜片或者铜网。如表 者，也可以如表 示，刀座的厚度可以是刀片层面的 3倍或更多。 不要在空气中冷却镀铜刀具，因为温度迅速下降会造成断裂。把刀具放
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