数控立式钻铣床改造Word文件下载.doc
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(四)传动系统图的拟定 10
二.主传动主要零件的强度计算 11
(一)电动机的选择 11
(二)齿轮传动的设计计算 11
(三)轴的设计计算 14
(四)离合器的选用 27
第四章进给系统的设计计算 28
一.垂直进给系统的设计计算 28
(一)脉冲当量和传动比的确定 28
(二)滚珠丝杠设计计算 30
(三)步进电机的选择 34
(四)滚珠丝杆副的预紧方式 36
(五)齿轮传动消隙 36
二.横向进给系统的设计计算 37
(一)脉冲当量和传动比的确定 37
(二)滚珠丝杠设计计算 38
(三)步进电机的选择 40
第五章控制系统的设计 42
一.控制系统总体方案的拟定 42
二.总控制系统硬件电路设计 42
(一)单片机的选用 42
(二)系统的扩展 45
(三)键盘、显示器接口 47
(四)步进电机控制电路 48
(五)光电隔离电路 49
结论 51
致谢 52
参考文献 53
第一章数控机床概述
一.数控机床的简介
(一)数控机床的产生及其重要性
随着社会生产和科学技术的飞跃发展,社会对产品多样化的要求日益强烈,产品更新越来越快,特别是在宇航、造船、军事等领域需要的机械零件。
此外,激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短,传统的加工设备和制造方法难于适应这种多样化与复杂形状零件高质量的加工要求,为了解决上述问题,数控机床应运而生。
数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来的新型机床,它标志着机床工业进入了一个新的阶段。
从第一台数控机床问世到现在,数控技术的发展非常迅速,使制造技术发生了根本性的变化,几乎所有品种的机床都实现了数控化。
数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业。
努力发展数控加工技术,并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进,是当前机械制造业发展的方向。
数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。
美国与西方各国在高档数控机床与技工技术方面,对我国进行封锁限制,因为许多先进武器装备的制造,如飞机、导弹、坦克等的关键零件,都离不开高性能数控机床的加工。
我国的航空、能源、交通等行业也从西方引入了一些五坐标机床等高档数控设备,但其使用受到国外的监控和限制,这一切均说明数控加工技术在国防现代化方面所起的重要作用。
(二)数控机床应用范围及特点
目前的数控加工主要应用于以下两方面:
一方面的应用是常规零件加工,如二维车削、箱体类镗铣等。
其目的在于提高加工效率,避免认为误差,保证产品质量,以柔性加工方式取代高成本的工装设备,缩短产品制造周期,适应市场需求。
这类零件一般形状较简单,实现上述目的的关键在于提高机床的柔性自动化程度、高速精加工能力、加工过程的可靠性。
另一方面的应用是复杂形状零件加工,如模具型腔、涡轮叶片等。
该类零件在众多的制造行业中具有重要的地位,其加工质量直接影响以至决定着整机床品的质量。
这类零件型面复杂,常规加工方法难以实现,它不仅促使了数控加工技术的产生,而且也一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。
由于零件型面复杂,在加工技术方面,除要求数控机床具有较强的运动控制能力外,更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序,并从加工过程整体上提高生产效率。
(三)数控机床的组成
如图所示,数控机床由一下几个部分组成:
图1-1数控机床组成
1.程序编制
数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。
在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件在机床上的安装位置,刀具与零件相对运动的尺寸参数,零件加工的工艺路线或加工顺序,主运动的起、停、换向、变速、进给运动的速度、位移大小等工艺参数,以及辅助装置的动作,得到零件的运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式,编制零件加工的数控程序单。
2.输入装置
输入装置的作用是将程序载体上的数控代码传递并存入数控系统内。
根据控制存储介质的不同,输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。
数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统。
零件加工程序输入过程有两种不同的方式:
一种是边读入边加工,另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器,加工时再从內部存储器中逐段逐段调出进行加工。
3.数控装置
数控装置是数控机床的核心,数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令,控制机床各部分的工作,使其进行规定的有序运动和动作。
4.辅助控制装置
辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运动,再经功率放大后驱动相应的电器,带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。
这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令,刀具的选择和交换指令,冷却、润滑装置的启动停止,工件和机床部件的松开、夹紧,分度工作台转位分度等开关辅助动作
5.驱动装置和位置检测装置
驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率放大后,严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件。
因此,它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。
位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动。
6.机床的机械部件
数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。
但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都发生了很大的变化,这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。
(四)数控技术的发展现状与趋势
随着科学技术的发展,数控机床借助于微电子、计算机技术的飞速进步正向着高精度、多功能、高速化、高效率、复合加工功能、智能化等方向迈进,明显地反映出时代的特征。
当前,数控机床技术呈现如下发展趋势:
1.精度化
当代工业产品对精度提出了越高的要求,典型的高精度零件如陀螺框架、伺服阀体、涡轮叶片、非球面透镜、光盘、等,这些零件的尺寸精度要求均在微米、亚微米级。
因此,加工这些零件的机床也受到需求的牵引而向高精度发展。
2.高速度化
提高生产率是机床技术发展追求的基本目标之一,而实现这个目标的最主要、最直接的方法就是提高切削速度和减少辅助时间。
随着刀具、电机、轴承、数控系统等相关技术的突破及机床本身基础技术的进步,使各种运动速度大为提高。
3.高柔性化
柔性是指机床适应加工对象变化的能力,当代产品的多样化和个性化,对机床提供了更高的柔性加工要求。
数控机床在提高单机柔性化的同时,朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。
不仅中、小批量的生产方式在努力提高柔性化能力,就是在大批量生产方式中,也积极向柔性化方向转向。
4.高自动化
高自动化是指在全部加工过程中尽量减少“人”的介入而自动完成规定的任务,包括物料流和信息流的自动化。
自上世纪80年代中期以来,以数控机床为主体的加工自动化已从“点”的自动化(单台数控机床)发展到“线”的自动化(柔性制造车间),结合信息管理系统的自动化,逐步形成整个工厂“体”的自动化,并出现了FA(自动化工厂)和CIM(计算机集成制造)工厂的雏形实体。
数控机床的高自动化并向FMC、FMS集成方向发展的总趋势仍然是机械制造业发展的主流。
5.复合化
复合化包含工序复合化和功能复合化。
在一台数控设备上能完成多工序切削加工(如车、铣、镗、钻等)的加工中心,打破了传统的工序界限和分开加工的规程。
一台具有自动换刀装置、自动交换工作台和自动转换立卧主轴头的镗铣加工中心,不仅一次装夹便可以完成镗、铣、钻、铰、攻丝和检验等工序,而且还可以完成箱体件五个面粗、精加工的全部工序。
6.智能化
数控技术的一个重要发展趋势是加工过程的智能化,带有自适应控制功能的控制系统,可以在加工过程中根据切削力和切削温度等加工参数,自动优化加工过程,从而达到提高生产率,增加刀具寿命并改善加工表面质量等目的。
刀具破损监控和刀具智能管理功能可以智能的管理刀具,使得刀具保持最佳工作状态。
另外以工艺参数数据库为支撑的、具有人工智能的专家系统被用于指导加工。
7.网络化
为适应制造业的网络化和全球化发展趋势,数控系统的网络化功能也日趋重要。
在企业内部,具有网络功能的数控系统可以充分实现企业内部的资源和信息共享,适应未来车间的面向任务的定单的生产发展模式,使得生产控制系统的集成更加简便有效。
8.高可靠性
数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标,数控机床能否发挥其高性能、高精度、高效率,并获得良好的效益,关键取决于可靠性。
数控系统可采用更高集成度的电路芯片,利用大规模的专用及混合式集成电路,以减少元器件的数量,提高可靠性。
图1-2数控立式钻铣床
第二章机床总体布局设计
一.机床总体尺寸参数的选定
根据设计要求并参考实际情况,初步选定机床主要参数如下:
工作台宽度×
长度400×
1600mm
主轴锥孔7∶24
工作台最大纵向行程300mm
工作台最大横向行程375mm
主轴箱最大垂直行程400mm
主轴转速级数12级
主轴转速范围30~1500r/min
X、Y轴步进电机130BF001(反应式步进电动机)
Z轴步进电动机130BF001(反应式步进电动机)
主电动机的功率4.0KW
主轴电动机转速1440r/min
机床外形尺寸(长×
宽×
高)150×
1200×
2300mm
机床净重500Kg
二.机床主要部件及其运动方式的选定
1.主运动的实现
因所设计的机床要求能进行立式的钻和铣,垂直方向的行程比较大,因而采用工作台不动,而主轴箱各轴向摆放为立式的结构布局。
为了使主轴箱在数控的计算机控制上齿轮的传动更准确、更平稳,工作更可靠,主轴箱主要采用液压系统控制滑移齿轮和离合器变换齿轮的有级变速。
2.进给运动的实现
本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制,因此在X、Y、Z三个方向上,进给运动均采用滚珠丝杠螺母副,其动力由步进电机通过调隙齿轮传递。
3.数字控制的实现
采用单片机控制,各个控制按扭均安装在控制台上,而控制台摆放在易操作的位置,这一点须根据实际情况而定。
第三章主传动的设计
一.议定转速图
此处省略
NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系
扣扣:
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该论文已经通过答辩
(二
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