数控机床-毕设论文.doc
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1、 毕业论文 摘 要为了适应机械行业的发展趋势,简化一般工厂中工人的劳动量,在本设计中应用简单的数控系统设计。就实际情况分析,一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求,不需要高精密的数控系统,但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难,而且实现起来相当复杂,设备比较庞大。然而这些问题可以在一个非常简单的数控系统中很容易的得到很好的解决。随着微型计算机系统的发展,性能的不断提高,大范围应用的普及,应用一个简单的数控系统来完成一般的工作,在一般的小型工厂中足可以实现。本次设计的铣床,除了能进行铣削加工,主轴上安装不同的刀具时,还可以进行钻孔或攻丝加工。所以我们采用了如下的设计方案:进给系统采用大惯
2、量宽调速直流伺服电动机,滚珠丝杠,双螺母垫片调整预紧间隙,导轨副采用直线滚动导轨副,主传动系统采用无级调速电机。在设计过程中,我得到了老师的精心指导,帮我收集了很多我无法找到的资料。袁老师在完成繁重的教学任务之余,经常拖着疲惫的身体,对我们的工作进行仔细地审查,针对我们的情况,进行了耐心的讲解,从设计的原理到结构功能,做出了大量的指导性工作,使我们对所要设计的课题有了更深的了解,在这里也要感谢同组同学的热心帮助,同学们总是微笑着面对我的提问,耐心讲解,使我对有些问题有更加清楚的认识。关键词:总体结构布局 铣床传动方式 主传动系统 进给系统AbstractIn order to adapt to
3、 the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system design. On the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical con
4、trol system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively large. However, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good solution. With the development of mic
5、ro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in full.The processing center, in addition to a milling, spindle in
6、stalled on a different tool, can also carry out drilling or tapping processing. Therefore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range DC servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rollin
7、g deputy, the main drive system adopts the - Speed Motor. In the design process, I was given the careful guidance of teachers Hsu,To help me collect a lot I can not find the information. Yuan teachers completed the arduous task of teaching, while towing tired of the daily physical, to our work caref
8、ully review the situation against us, on a patient, from design to the principles of structure and function, to A lot of guidance, so that we have to design the machine gained a deeper understanding of the same group here also like to thank the enthusiastic help students, the students have always sm
9、iling face of my question, patiently explained to me for some The problem is more clear understanding.Keywords :The overall structure layout Transmission Feed system Main drive system 目 录1绪论21.1数控机床的产生及发展.21.2数控机床的组成及分类.31.3数控机床的特点.32设计的主要参数及基本思想42.1 课题要求42.2 总结构设计42.3 铣床总布局的确定53数铣床的设计和计算63.1 主传动系统的
10、设计63.2 进给系统的设计93.3 进给系统的计算104 数控系统的介绍及选择104.1数控及计算机数控104.2 计算机数控系统的内部工作过程104.3数控系统的特点115 夹具的选择及介绍115.1 数控铣床夹具介绍115.2 技术要求125.3 对夹具零部件的要求13结论15致谢16参考文献171绪论 机械制造业是国民经济的支柱产业。据统计,我国的机械制造业在工业总产值中占40%。可以说,没有发达的机械制造业,就不可能有国家的真正繁荣的富强。而机械制造业的发展规模和水平,则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志之一。提高加工效率、降低生产成本、提高加工质量、快速更新产品,是机械制造
11、业竞争和发展的基础,也是机械制造业技术水平的标志。1.1数控机床的产生及发展数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件,并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。80年代初,随
12、着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展,数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化,具备完善的自诊断功能;可靠性也大大提高;数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控机床的类型将更加多样化,多工序集中加工的数控机床品种越来越多;激光加工等技术将应用在切削加工机床上,从而扩大多工序集中的工艺范围;数控机床的自动化程度更加提高,并具有多种监控功能,从而形成一个柔性制造单元,更加便于纳入高度自动化的柔性
13、制造系统中。 1.2 数控机床的组成及分类1.2.1 数控机床的组成 数控机床由:程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成:(1)程序的存储介质,又称程序载体(2)输人/输出装置 (3)CNC单元 (4)伺服系统(5)位置反馈系统(检测反馈系统)(6)机床的机械部件。对于加工中心类的数控机床,还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件,数控机床机械部件的组成与普通机床相似,但传动结构要求更为简单,在精度、刚度、抗震性等方面要求更高,而且其传动和变速系统更便于实现自动化扩展。1.2.2 数控机床分类数控机床按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类
14、。根据机床伺服驱动控制方式的不同,可将机床分为开环控制、半闭环控制和闭环控制三种类型。1.3 数控机床的特点1、数控系统取代了通用机床的手工操作,具有充分的柔性,只要重新编制零件程序,更换相应工装,就能加工出新的零件。2、零件加工精度一致性好,避免了通用机床加工时人为因素的影响。3、生产周期短,特别适合小批量、单件零件的加工。4、可加工复杂形状的零件,如二维轮廓或三维轮廓加工。5、易于调整机床,与其他加工方法相比,所需调整时间较少。6、易于建立计算机通信网络。设备初期投资大。7、由于系统本身的复杂性,增加了维修的技术难度和维修费用。设计的主要参数及基本思想2.1 课题要求三坐标立式数控铣床可实
15、现X向(纵向)、Y(横向)、Z(升降)三个方向的自动移动,控制灵活,定位准确,精度高,刚性好,可用端铣刀或立铣刀完成平面铣削,台阶面铣削,开槽、凸轮曲面加工,型腔曲面加工以及外形曲面的加工。机床的数控系统可选用进口或国产三轴数控系统,配置灵活,机床的三个方向定位精度达0.012,重复定位精度0.006。机床动力头可选用标准铣削头,也可选用专用单轴铣削头或多轴铣削头,效率高,刚性好,精度高,用于平面加工可达平面度0.03300。2.2 总结构设计1、设计要求:、具有大的切削功率,高的静、动态刚度和良好的抗震性能;、具有较高的几何精度、传动精度和热稳定性;、具有实现辅助操作自动化的结构部件。2、提
16、高机床的结构刚度机床的刚度是指在切削力和其他力作用下,抵抗变形能力。机床的床身和立柱等支承件,采用钢板和型钢焊接而成具有减小质量提高刚度的显著优点。用钢板焊接有可能将构件做成全封闭的箱形结构,从而有利于提高构件的刚度。在立柱的中间布置上隔板,可以提高构件的刚度。合理的结构布局也可以提高刚度。本次设计的铣床工作台只做横向和纵向进给运动,刀具可以上下移动,这样可以避免加工较重零件时,升降式工作台刚度不足的问题。3、提高机床的抗震性装配在一起的旋转部件,应保证同轴,并且要消除传动间隙。装在机床是的电机等旋转部件需隔振安装。减少机床内部震源或降低激振力,就减少了产生强迫振动的可能性,相当于提高了机床的
17、抗震性。4、提高低速进给的平稳性和运动刚度 、减少动、静摩擦系数之差执行部件所受的摩擦阻力主要来自导轨副,因此,选用滚动导轨,此外采用具有防爬作用的导轨润滑油,这种导轨润滑油中加有极性添加剂,能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜,从而改变了导轨的摩擦特性。另外在进给传动系统中,采用滚珠丝杠螺母副,也可以减少摩擦系数之差。 、提高传动系统的传动刚度适当加大传动轴的直径,加强支承座的刚度,对轴承、丝杠螺母副和丝杠本身进行预紧可以提高传动刚度。5、较小机床的热变形机床的热变形,特别是数控机床的热变形,是影响加工精度的重要因素,引起热变形的热源主要是机床的内部热源,如主电机、进给电机发热,摩擦以及切削热
18、等。热变形影响加工精度的原因,主要由于热源分布不均匀,热源产生的热量不等,各处零部件的质量不均,形成各部位的温升不一致,从而产生不均匀的温度场和不均匀的热膨胀变形,以致影响刀具与工件的正确相对位置。减少机床热变形及其影响措施是: 、减少机床内部热源和发热量 采用低摩擦系数的导轨和轴承。 、改善散热和隔热条件 主轴部件用强制润滑冷却,甚至采用制冷后的润滑油进行循环冷却;切削过程中发热最大,要进行强制冷却,并且要自动及时排屑。本机床可以安装在恒温车间,并在使用前进行预热,使机床达到热稳定后再进行加工,这是在使用时防止热变形影响的一种措施。6.提高机床的加工精度由于滚珠丝杠不能自锁,所以在Z坐标轴的
19、伺服电机上应加上制动器。以防止主轴箱因自重滑落,影响加工精度。2.3 铣床总布局的确定 根据以上所写的内容确定铣床的总布局如下图所示3数铣床的设计和计算3.1 主传动系统的设计3.1.1 序言 数控铣床是高度自动化机床,数控铣床主传动系统的特点是:机床有足够高的转速和大的功率,以适应高效率加工的需要;主轴转速的变换迅速可靠,一般能自动变速;主轴应有足够高的刚度和回转精度;主轴转速范围应很广,如对铝合金材料的高速切削,几乎没有上限的限制,主轴最高转速取决于主传动系统中传动元件的允许极限(如主轴轴承允许的极限转速),而最低转速则根据加工不锈钢等难加工材料的要求来确定。主传动系统的的设计要求是:具有
20、更大的调速范围,并实现无级调速。数控铣床就要为了保证加工时能选择合理的切削用量,充分发挥刀具的切削性能,从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量,必须具有更高的转速和更大的调速范围。、具有较高的精度和刚度,传动平稳,噪声低。数控机床加工精度的提高,与主传动系统的刚度密切相关。为此,应提高传动件的制造精度与刚度,采用高精度轴承及合理的支承跨距等,以提高主轴组件的刚度。、良好的抗震性和热稳定性。数控机床上一般既要进行粗加工,又要进行精加工;加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰,使主轴产生振动,影响加工精度和表面粗糙度,严重时
21、甚至破坏刀具或零件,使加工无法进行。因此在主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的静刚度,而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力抗震性。3.1.2 铣床主传动方式的选择主轴动力由无级调速电机产生,其与主轴直接相连来实现主轴的运动。主轴电机采用北京数控设备厂的BESK3型调频主轴电机,其转速范围为22.54500r/min,额定功率为3kw。交流调速电机能达到的最高转速比同功率的直流电动机高,磨损和故障也少。3.1.3 主轴组件的设计、对主轴组件的性能要求:主轴组件是机床主要部件之一。它的性能,对整机性能有很大的影响。主轴直接承受切削力,转速范围也很大,所以对主轴组件的主要性能提出如下
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