数控机床的机械传动装置本科毕业论文.doc
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1、 毕 业 设 计(论 文) 设计(论文)题目: 数控机床的机械传动装置设计 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘要.IIAbstract.III1.引言.12.主传动方案的拟定6 2.1 初定传动方案6 2.2 方案的选择63.动力计算12 3.1 齿轮的计算(计算过程参考文献2 第八章)12 3.2 电磁离合器的选择和使用204.轴的设计和验算22 4.1 轴的结构设计22 4.2 轴的强度校核(以轴为例)22 4.3 轴的刚度校核(以轴为例)265主轴变速箱的装配设计29 5.1 箱体内结构设计的特点29 5.2 设计的方法296.滚动导轨的结构32 6.1导轨结构的设计327PLC概述
2、37 7.1 PLC的发展历程37 7.2 PLC的发展趋势38 7.3 PLC的应用39 7.4 PLC的硬件结构40 7.5 PLC的工作原理418. PLC控制系统设计43 8.1 确定IO的点数.43 8.2 选择适用的PLC机型43 8.3 输入输出点的分配43 8.4 PLC接线图44 8.5 PLC控制程序梯形图设计44 8.6 改造中必须注意的几个问题44结论45参考文献46致谢.47I金陵科技学院学士学位论文 摘要数控机床的机械传动装置的设计 摘 要 本文研究的主要是数控机床的机械传动装置的设计,传动装置在各外界因素和自身因素的影响下传动精度会大大降低,例如几何精度与变形产生
3、的误差、机床的热变形以及运动间的摩擦和传动间隙等因素。这些都是影响数控机床传动精度的重要因素,我也是从这入手,从各个方面着手提高数控机床的传动精度。我完成的设计主要包括一些原始数据的拟定,再根据拟定的参数,进行传动方案的比较,确定传动方案。然后计算各传动副的传动比及齿轮齿数,再估算齿轮的模数和各轴的轴径,并对齿轮和轴的强度、刚度进行校核。除此之外,还要对箱体内的主要结构进行设计,一些零件的选型,从而完成对整个机械传动系统的设计。关键词:数控机床 传动系统 精度 设计II金陵科技学院学士学位论文 AbstractCNC machine tools, mechanical transmission
4、 design Abstract This study mainly CNC machine tools mechanical transmission design, mechanical transmission gear under the influence of external factors and the factors driving accuracy will greatly reduce the Accuracy, such as geometric accuracy and deformation of the thermal deformation of machin
5、e tools, as well as the movement between the friction and the transmission gap. These are the transmission accuracy of CNC machine tools, I am also from this start begin to improve the transmission accuracy of CNC machine tools, from all aspects.I completed the design include the formulation of some
6、 of the raw data, according to the parameters of the proposed transmission scheme compared to determine the transmission scheme. Then calculate the transmission ratio of the pair and gear of the transmission, and then estimate the modulus of the gear and the axis of the shaft, and gear and shaft str
7、ength and stiffness of the check. In addition, we must design the main structure of cabinets, some parts of the selection, thus completing the design of the mechanical drive system as a whole.Keywords: accuracy of CNC machine tool drive system designKeywords:NC machine tool; driving system; Accuracy
8、;designIII金陵科技学院学士学位论文 第1章 引言 1.引言1.1数控机床的发展及现状数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而使机床动作数控折弯机并加工零件。数控机床有如下特点:对加工对象的适应性强,适应模具等产品单件生产的特点,为模具的制造提供了合适的加工方法;加工精度高,具有稳定的加工质量;可进行多坐标的联动,能加工形状复杂的零件;加工零件改变时,一般只需要更改数控程序,可节省生产准备时间;机床本
9、身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量,生产率高(一般为普通机床的35倍);机床自动化程度高,可以减轻劳动强度;有利于生产管理的现代化 数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息,使用了计算机控制方法,为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础;对操作人员的素质要求较高,对维修人员的技术要求更高;可靠性高。数控机床是由美国发明家约翰帕森斯上个世纪发明的。随着电子信息技术的发展,世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代,其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段,具有无限放大的经济与社会效应。目前,欧、美
10、、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程,而中国从20世纪80年代开始起步,仍处于发展阶段。 美国政府重视机床工业,美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费,且网罗世界人才,特别讲究“效率”和“创新”,注重基础科研。因而在机床技术上不断创新,如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求,充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线,而且电子、计算机技术在世界上领先,因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实,且一贯重视科研和创新,
11、故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床,其存在的教训是,偏重于基础科研,忽视应用技术,且在上世纪80代政府一度放松了引导,致使数控机床产量增加缓慢,于1982年被后进的日本超过,并大量进口。从90年代起,纠正过去偏向,数控机床技术上转向实用,产量又逐渐上升。 德国政府同样重视机床工业的重要战略地位,在多方面大力扶植。,于1956年研制出第一台数控机床后,德国特别注重科学试验,理论与实际相结合,基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作,对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究,在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真1价
12、实,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用,其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件,在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统,均为世界闻名,竞相采用。 至于日本政府对机床工业之发展重视的程度我们也可想而知,他们通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国,在质量管理及数控机床技术上学习美国,甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后,1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台),至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台
13、,出口27,409台,占59%)。战略上先仿后创,先生产量大而广的中档数控机床,大量出口,占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研,向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确,仿创结合,针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统,在技术上领先,在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人,科研人员超过600人,月产能力7,000套,销售额在世界市场上占50%,在国内约占70%,对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。 随着各国数控机床的发转,我国的数控行业从20世纪80年代开始起步,仍处于发展阶段。“十五”期间,中国数控机床行业实现了超高速发展。其产量2001年为17
14、521台,2002年24803台,2003年36813台,2004年51861台,2004年产量是2000年的3.7倍,平均年增长39%;2005年国产数控机床产量59639台,接近6万台大关,是“九五”末期的4.24倍。“十五”期间,中国机床行业发展迅猛的主要原因是市场需求旺盛。固定资产投资增速快、汽车和机械制造行业发展迅猛、外商投资企业增长速度加快所致。2006年,中国数控金切机床产量达到85756台,同比增长32.8%,增幅高于金切机床产量增幅18.4个百分点,进而使金切机床产值数控化率达到37.8%,同比增加2.3个百分点。此外,数控机床在外贸出口方面亦业绩骄人,全年实现出口额3.34
15、亿美元,同比增长63.14%,高于全部金属加工机床出口额增幅18.58个百分点。2007年,中国数控金切机床产量达123,257台,数控金属成形机床产量达3,011台;国产数控机床拥有量约50万台,进口约20万台。2008年10月,中国数控机床产量达105,780台,比2007年同比增长2.96%。长期以来,国产数控机床始终处于低档迅速膨胀,中档进展缓慢,高档依靠进口的局面,特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口,技术受制于人。究其原因,国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段,在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年;在高、精、尖技术方面的差距则达到了
16、10-15年。同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低,相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后,国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时,中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系,市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力,完全拥有自主知2识产权的数控系统少之又少,制约了数控机床产业的发展。国外公司在中国数控系统销量中的80%以上是普及型数控系统。如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破,中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击。同时,还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系,提高中国的自主设计、开发和成套生产能力,创建国产自主
17、品牌产品,提高中国高档数控系统总体技术水平。“十一五”期间,中国数控机床产业将步入快速发展期,中国数控机床行业面临千载难逢的大好发展机遇,根据中国数控车床1996-2005年消费数量,通过模型拟合,预计2009年数控车床销售数量将达8.9万台,年均增长率为16.5%。根据中国加工中心1996-2005年消费增长模型,预计2009年加工中心消费数量将达2.8万台,较2005年年均增长率为17.8%。1.2 数控机床的发展趋势 1、数控金切机床的构成比逐渐趋于合理。数控机床工序集中的加工特点,将使具有复合功能的高效数控机床的需求增长,这将导致数控机床拥有量和市场消费量中各类数控机床的构成比不同于传
18、统的机床构成比。数控机床的应用由单机向单元(系统)方向发展。目前欧、美、日等国应用DNC已很普遍,柔性制造单元已占数控机床销售量的30%以上。而我国FMC、FMS和FML的拥有量不足50套,相当于日本80年代的水平,占数控机床消费额不到5%。出口前景良好。1998年及前几年我国机床工具的出口额徘徊在5亿美元左右,2000年上升到7.85亿美元,随着东南亚经济复苏和我国出口多极化市场的形成和巩固,以及我国加入WTO,今后几年我国机床出口将实现平稳、持续增长。预计到2005年出口创汇可达到12亿美元。 2、加入WTO后,外资对我国机械工业的结构性冲击也大大加强主要表现在:1)、部分行业发展主导权有
19、可能受到冲击。在以下行业将表现得更为突出:一是在国内处于市场成长期、外方掌握专有技术并处于垄断地位的技术密集型行业,如燃气轮机、直流输电关键设备、半喂入式水稻联合收割机、机电一体化的汽车发动机附配件等;二是单靠有限市场难以发挥企业生产能力、迫切需要全球市场支撑的行业,如高压开关、大型变压器高档科学仪器、高档数控系统、智能化工业控制系统等;三是国内外制造成本相差较大、外方享有明显的品牌优势、在华设厂可以在世界市场获取丰厚利润的劳动密集型或易于流通的装配型产品行业,如照相机、复印机、部分工业和民用仪表、高品质低压电器等。2)、工程成套行业将面临更严峻的竞争。随着服务贸易领域对外开放,实力雄厚的国外
20、公司可能更积极地到国内举办由其控制的、以工程承包为主要业务的工程公司,以其母公司产品为后盾,以熟悉国内情况的中方雇员为业务骨干,与我内资企业展开激烈的竞争。3)、我国机械工业自主技术创新的积极性有可能被抑制。由于外资在华机械企业主要承担制造车间的角色,技术来源主要依靠其母公司,而原本就实力有限的内资企业在完全开放的市场竞争中坚持自行研制开发将冒很大风险,为了节省投入,提高产品的形象,多数内资企业将尽可能与外方合作,采用国际同行的技术进行生产。4)、处于幼稚期的自主产业的成长环3境趋于严峻。由于国外企业将更加不愿转让技术,更愿意通过在华举办由他们控制的企业来与内资机械企业争夺中国用户的订单,国内
21、用户也有了更多的便利采购外资产品,从而部分处于成长初期的重要产品自主产业的培育壮大将更困难。3、高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势,近几年来,在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在:1) 机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步,复合加工技术日趋成熟,包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合,车磨复合,成形复合加工、特种复合加工等,复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡,完全加工”等理念正在被更多人接受,复合加工机床发展正呈现多样化的态势。2)数控机床的智能化技术有新的突破,在数控系统的性能上得到了较多体现。如:自动调整干
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