半闭环数控车床进给系统机械结构设计.docx
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半闭环数控车床进给系统机械结构设计
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毕业设计(论文)
半闭环数控车床进给系统机械结构设计
AHalfClosedLoopNCLatheFeedSystemMechanicalStructureDesign
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年 月 日
摘要
从上世纪开始,伴随着计算机技术,电子领域的飞跃发展,是自动化技术日益成熟,与此同时呢,高科技的发展使数字信号来改变实际运动成为可能,这成为数控技术飞跃发展的前提。
就数控车床来说的话,进给系统的数控化,大大的提高了加工的质量。
半闭环控制系统是是一种伺服的(俗称反馈)的系统,这个反馈的系统可以反映出丝杠运动的偏差,可以改变运动信号,来使得运动更加的准确,提高运动的精度。
当然了,作为伺服的反馈系统,不仅仅只有半闭环一种,同样有开环,闭环等方式,那么由于半闭环的反馈具有稳定性,准确性等优点,使得它更加广泛的呗选为数控机床的反馈方式。
我的毕业设计的题目为半闭环数控车床的进给部位,机械结构方面的设计,很明白,重点在于对其进给部分的设计,作为数控车床,进给方向可以分为X、Z向,本设计将一一的对各个方向进行计算选型,以求能够使得自己设计的系统能够满足实际要求,进给系统对于数控车床来说的话,可是相当重要的,因为它是影响加工精度和质量的关键位置,更高精度的进给系统能够使得加工的精度,质量飞跃,是具有重大意义的。
本设计还就进给部位的其他结构进行选择和计算,通过计算,校核等,还确定了,诸如滚珠丝杠,联轴器,电机的选择等。
力求将自己的设计理念符合实际,实现自己的价值。
关键词:
半闭环数控系统;滚珠丝杠螺母副;伺服电动机
Abstract
Sincethelastcentury,withthecomputertechnology,therapiddevelopmentofelectronics,automationtechnologyisincreasinglymature,atthesametime,thedevelopmentofhigh-techmadeitpossibletodigitalsignaltochangetheactualmovement,thisbecomesthepremiseoftheleapdevelopmentofnumericalcontroltechnology.Fornumericalcontrollathe,feedsystemofnumericalcontrol,greatlyimprovethequalityoftheprocessing.
Ishalfclosedloopcontrolsystemisakindofservosystem(commonlyknownasfeedback),thefeedbacksystemcanreflectthedeviationofscrewmotion,canchangethemotionsignal,tomakethemotionmoreaccurately,improvetheaccuracyofmovement.,ofcourse,asthefeedbackservosystem,itisnotonlyahalfclosedloop,therearealsoopenloopandclosedloop,soasaresultofthehalfclosedloopfeedbackhasthestability,theadvantagesofaccuracy,makingitmorewidelybaielectedfeedbackwayofncmachinetools.
Thetopicofmygraduationdesignforahalfclosedloopfeedpositionofthenumericalcontrollathe,thedesignofthemechanicalstructure,clear,focusedonthedesignofthefeedpart,asaCNClathe,directionoffeedcanbedividedintotheX,Z,thisdesigncalculationandselectionwillbeonebyoneforeachdirection,tomaketheirowndesignofthesystemcanmeetthepracticalrequirements,feedsystemfornclathe,butquiteimportant,becauseitisthekeyfactoraffectingthequalityofmachiningprecisionandtheposition,thehigherprecisionfeedingsystemcanmakemachiningprecision,qualityleap,isofgreatsignificance.
Thisdesignalsohasotherstructureofthefeedpartsselectionandcalculation,bycalculatingandchecking,etc.,alsodetermined,suchasballscrew,coupling,thechoiceofmotor,etc.Strivetogivetheirdesignideainlinewiththeactual,realizetheirownvalue.
Keywords:
halfclosedloopNCsystemBallscrewnutpairServomotor
目录
摘要II
Abstract1
目录2
1绪论5
1.1课题设计的背景和意义5
1.2目前数控技术在我国经济中的重要性5
1.2.1我国数控机床的发展形势5
1.2.2伺服系统的组成与分类6
1.3课题相关技术概述6
1.4课题研究的主要内容和任务7
1.5本章小结7
2进给系统的总体设计8
2.1半闭环数控车床进给系统的结构与组成8
2.2进给传动控制系统的选择8
2.2.1.开环控制系统8
2.2.2.闭环控制系统9
2.2.3.半闭环控制系统9
2.3进给系统传动方案的选择与设计9
2.3.1传动类型的选择9
2.3.2滚珠丝杠副支承的选择10
2.3.3轴承的选择11
2.3.4电机与滚珠丝杠副联接方式的选择12
2.3.5滚珠丝杠副的轴向间隙调整及预紧方法12
2.3.6导轨滑块副的选择14
2.3.7床身的选择15
2.4本章小结16
3纵向进给系统设计17
3.1计算切削力17
3.1.1主轴极限切削速度的选择17
3.1.2纵切外圆18
3.1.3横切端面18
3.1.4切削分力18
3.2滚珠丝杠副的选型与计算19
3.2.1确定滚珠丝杠副的导程19
3.2.2确定滚珠丝杠副的当量转速19
3.2.3确定当量载荷20
3.2.4确定额定载荷20
3.2.5滚珠丝杠螺纹小径
的计算21
3.2.6估算滚珠丝杠允许最大轴向变形
22
3.2.7估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径
22
3.2.8确定滚珠丝杠螺纹部分长度
23
3.2.9确定滚珠丝杠全长
24
3.2.10初步确定滚珠丝杠螺母副的型号24
3.3滚珠丝杠副的校核24
3.3.1计算滚珠丝杠预紧力
24
3.3.2计算行程补偿值
24
3.3.3计算预拉伸力
25
3.3.4额定静载荷
验算25
3.3.5临界压缩负荷验算25
3.3.6确定滚珠丝杠副支承所用轴承的型号、规格26
3.3.7轴承的校验计算26
3.4本章小结27
4横向进给系统设计28
4.1滚珠丝杠副的选型与计算28
4.1.1确定滚珠丝杠副的导程28
4.1.2确定滚珠丝杠副的当量转速28
4.1.3确定额定载荷28
4.1.4滚珠丝杠螺纹小径
的计算29
4.1.5估算滚珠丝杠允许最大轴向变形
30
4.1.6估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径
30
4.1.7确定滚珠丝杠螺纹部分长度
31
4.1.8确定滚珠丝杠全长
31
4.1.9初步确定滚珠丝杠螺母副的型号31
4.2滚珠丝杠副的校核32
4.2.1计算滚珠丝杠预紧力
32
4.2.2计算行程补偿值
32
4.2.3计算预拉伸力
32
4.2.4额定静载荷
验算33
4.2.5临界压缩负荷验算33
4.2.6确定滚珠丝杠副支承所用轴承的型号、规格34
4.2.7轴承的校验计算34
4.3本章小结35
5伺服电机和联轴器的选择36
5.1伺服电机的选择36
5.1.1纵向进给系统电机选用36
5.1.2横向进给系统电机选用37
5.2联轴器的选择38
5.2.1横向联轴器的选用39
5.2.2纵向联轴器的选用39
5.3本章小结39
结论40
致谢41
参考文献42
1绪论
1.1课题设计的背景和意义
背景:
以前,我们国家的机械制造行业和一部分企业,所用于生产的机床,基本上是老式的传统的机床,生产效率低下,加工的产品质量不行,更有的是退役多年的机床,导致了生产的产品在市场上的竞争力低下,这样会影响到企业的发展和生产,所用,提高机床的数控化比率迫在眉睫,数控机床有很多特别的优点,计算机控制运动的运动量,稳定,精准,所用,数控车床能加工更为复杂的工件,多种智能化的功能,可以完成生产而不需要大量的劳动力。
意义:
(1)技术方面,由于生产力的发展,要求制造技术向自动化发展,计算机和电子技术的发展,是加工精度要求的提高得到了保证。
(2)市场原因,进给系统,直接影响到加工的精度,影响产品的质量,关乎到产品的市场竞争力。
(3)我国作为经济发展迅速的经济大国,制造业是我国的支柱产业,因此,数控技术的大力发展,是保证整个制造行业具有竞争力的条件,那么数控机床的发展也是必然的趋势,要提高数控机床的精度,那么进给系统是必然要求更精度高标准的。
1.2目前数控技术在我国经济中的重要性
从小我们就知道,机械行业对于国家来说,是很重要的,一个国家,机械产业的落后必将导致一个国家的落后,经过多年的发展,我国的机械行业从40年前就开始萌芽,常年的发展,在机械行业的发展已经慢慢走向成熟,车床作为普通的机械机床,常年的发展,随着数控技术的越来越成熟,数控车床的反战也是日新月异,数控技术的出现,带动了车床的发展,大大提高了生产效率和生产的质量,数控技术已经普片应用于制造业整个行业,推动了整个机械行业的进步,目前,一个国家的数控技术的应用已经成为衡量一个国家现代工业发展的标志,是一个国家经济实力的硬性指数,可以这么说,数控技术在我国经济发展中,起到不可或缺的作用。
1.2.1我国数控机床的发展形势
许多年的发展,许多年的努力,许多年的进步,我们是看在眼里的,我国的数控技术一直在发展,可以说基本上已经成熟,但是技术还不够普片,或者说,在一些精度要求比较高,质量吧关比较严的技术难题面前,可以说我们还是比较欠缺的,与西方的某些机械强国相比的话,还是有一定的距离的。
那么我国目前的数控机床的发展还是循序渐进的,在效率方面,五轴的数控机床已经出厂,大功率的精度要求高的机床,那么未来我国机床的发展可以归为3累:
(1)高速加工技术的出现,未来使用与高级别的数控机床,这类机床的成本高,但是加工速度快,高速的加工水准,是的以前的产品加工周期冲1个小时甚至降到10S,虽然造价比较高,但是还是会受到某些打的企业的追捧。
(2)紧密加工技术的产生,目前对机床的改造,是的机床的一些机构越来越精密,是的加工的精度得到了一定保证,在未来的市场上,对精度的追求不会减少,因此,精密的加工机床,不会失宠。
(3)随着计算机技术的发展,高集成技术已经成为市场的主流,那么我国也不例外,未来的发展中,应该往,高集成,高智能方面去发展,这是掌握世界主流的基础。
1.2.2伺服系统的组成与分类
伺服系统,是伺服驱动的简约称法,是一种控制系统,可以控制位置,位移,角度的变换。
伺服系统是一个驱动设备,他主要靠机械运动来实现的,以控制为目标的,对电信号进行转换为机械运动,实现电器的自动化控制。
伺服系统一般组成有控制装置和反馈装置以及一个电动机,控制器通过对比控制信号和反馈的信号,做出调整,保证数控系统的指令的准确性,它工作时一边控制电动机的转矩,一般控制机械的运动,起到至关重要的地位。
伺服系统的分类就五花八门了,分类方式不同,分类也就不同,诸如按照电机的不同,有直流的,有交流的;控制器的不同,又分为模拟的和数字的等等。
那么进给伺服系统的工作原理很简单,就是对数控车床的坐标进行控制,这样就实现了进给,加上反馈系统,很好的控制传递的精度,达到加工精度要求,调速快,范围广,精度高,稳定等优点,是的伺服系统很受到市场的亲睐。
1.3课题相关技术概述
本设计针对的是数控车床的进给系统设计,结构大致可以分为,伺服电机,丝杠,联轴器,导轨,床身,具体的工作原理以及工作步骤为,根据具体的图纸,获取原始数据,输入数控系统,发出指令,之后,伺服系统的控制器对电信号进行转换,比较和具体的丝杠运动差距,进行调整,减少误差,实现数字控制,进行加工,具体的连接方式是,电机通过联轴器与丝杠连接,丝杠与床身相连,电机带通丝杠的运动,丝杠带动床身的运动,实现坐标控制,达到精度要求,完成加工任务。
那么加工工件的关键在于数控装置的精度,数控系统的精密程度,直接影响到加工的精度,所以说,数控技术的发展非常重要,整个数控车床的运动,归结于进给的精度,也就是说,数控装置的精密程度是数控车床的精髓,不仅仅在这个方面,大多数的数控机床,都取决于数控系统,进给结构的设计,也是至关重要的,进给结构的精度越高,数控系统的信号传递的精度越高,所以,进给结构是数控车床的重中之重。
1.4课题研究的主要内容和任务
根据数控车床的各个组成部分进行计算,选型以及校核,具体的设计内容有:
(1)综合分析,数控车床的进给功能,吧总的设计方案确定;
(2)对Z方向的进给系统进行计算;
(3)对X方向的进给系统进行计算;
(4)电机与联轴器的选择;
(5)床身与导轨的选择;
任务包括对伺服电机的选择,联轴器的计算与选型,丝杠的校核,床身和导轨的选择设计。
1.5本章小结
首先对课题设计的内容背景和意义进行简要的阐述,以及对数控机床在我国发展的现状进行分析,对设计内容和具体的任务进行明确,理清设计的思路,以及设计的步骤。
2进给系统的总体设计
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5.2联轴器的选择
1压圈2联接套3、5球面垫圈4柔性片6锥环
图5-1挠性联轴器
因为相对与弹性耦合振动是可取的弹性元件,弹性套筒销柱耦合。
耦合和凸缘联轴器的结构是相似的,只是使用的列组弹性套管针而不是连接螺栓。
由于弹性套筒茧形传动扭矩,这样可以起到减轻震动的效果。
弹性套筒材料通常采用耐油橡胶,网状,使其截面形状,为了提高它的灵活性。
半管接头通常使用这种材料HT200、35钢材料多用和接合销。
5.2.1横向联轴器的选用
根据电动机转矩的大小和界面选择弹性套筒LT5列销耦合、力矩评级,允许速度、转动惯量。
可以确定额定的转矩,可用的转速以及转动惯量分别如下:
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5.2.2纵向联轴器的选用
根据电动机的转矩和两个接口尺寸选择,选择LT6列弹性套筒销联轴器,容许速度是额定转矩、转动惯量。
分别为
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5.3本章小结
该章节主要是对电机的选择进行了大量的计算和选型,在此基础上,对联轴器的选择进行了详细的说明,确定了电机的型号以及联轴器的规格。
结论
本设计就数控车床进给系统的机械结构进行研究、定型、计算,设计论文着重说明了滚珠丝杠副的选择及相关支撑所用轴承、伺服电机、联轴器和床身导轨的选型。
由于工作特性及实际工作情况,数控车床进给系统由X、Z这两个方向的进给组成,分别对X、Z方向进给系统进行相关的计算选型与校核。
根据数控车床的相关技术参数,分别确定了电机的型号,联轴器的选型,滚珠丝杠副的型号等,然后根据《机械设计手册》对其进行校核计算,支撑所用轴承选择与校核,各项参数满足要求,此设计合理。
由于自身专业素养不足、实践经验缺乏,在相关部件计算选型中发现几处错误,导致多次反复的计算校核才满足设计要求。
为获得科学合理的设计成果,在设计中通篇考虑,抓住重点,计算必须严谨,学会变通,以期获得最优效果。
致谢
参考文献
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