数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计
Φ320mm的数控车床总体设计及纵向进给设计
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毕业设计说明书设计题目:Φ320mm的数控车床总体设计及纵向进给设计学生班级学号指导教师本次设计是对Φ320MM数控车床的设计。
在这里主要包括:主传动系统的设计、纵向进给系统的设计、横向进给系统的设计。
而我主要是针对纵向进给系统进行机械设计。
这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练,提高了分析和解决工程技术问题的能力,并为进行一般机械的设计创造了一定条件。
数控设计主要传动系统的机械设计。
由于对经济型数控机床的加工精度要求不高,为简化结构、降低成本。
通过控制横进给系统,保证设计后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能。
为实现机床所要求的传动效率,采用步进电机经联轴器再传动丝杠;为保证一定的传动精度和平稳性,尽量减小摩擦力,选用滚珠丝杠螺母副。
关键词:车床,数控设计,联轴器,滚珠丝杠This design is about the common Lathe Φ320MM transformation of NC. Main tasks are: the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform. While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system. Because of the economy less precision CNC machining, it is order to simplify the structure and reduce costs. By controlling the cross-feed system, it ensures the modified lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, and pause. Required for the realization of the transmission efficiency of machine tool, we should us a stepping motor drive and then screw through the coupling. To ensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize friction, a ball screw pair is needed.Keywords: lathe, NC Transformation , Coupling ,Ball Screw目录摘要 (2)Abstract (3)目录 (4)第1章数控机床发展概述 (6)1.1数控机床及其特点 (6)1.2 数控机床的经济分析 (7)1.2 数控机床的工艺范围及加工精度 (8)1.4 数控机床的发展趋势 (8)第2章数控机床总体方案的制订及比较 (9)2.1 总体方案比较与确定 (9)2.1主轴系统的方案确定 (10)2.2安装电动卡盘 (10)2.3换装自动回转刀架 (10)2.4螺纹编码器的安装方案 (11)2.5进给系统的与设计方案 (11)2.6 尾座与设计方案 (11)第3章确定切削用量及选择刀具 (11)3.1科学选择数控刀具 (11)3.1.1选择数控刀具的原则 (11)3.1.2选择数控车削用刀具 (12)3.2 设置刀点和换刀点 (12)3.3 确定切削用量 (12)3.3.1确定主轴转速 (13)3.3.2确定进给速度 (13)3.3.3 确定背吃刀量 (13)第4章纵向进给机构的设计 (13)第5章数控系统的选择 (21)5.1数控系统基本硬件组成 (21)5.2 单片机控制系统的设计 (23)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (28)第1章数控机床发展概述1.1数控机床及其特点数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床,这是一种将数字计算机技术应用于机床的控制技术。
C6132车床的数控改装与设计
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C6132车床的数控改装与设计许吉庆刘文济南机械职工大学(250100)谭颖济南第一机床厂摘要本文以实例介绍了车床的改造部位和主要部件的设计步骤,说明了数控系统的设计方法及联接关系,阐述了机与电是如何结合在一起的。
关键词脉冲当量数控改装存储器步距角C1632车床主要由三箱两架一床身组成,三箱是主轴箱、进给箱和溜板箱,二架是刀架和尾架,其主要运动是:主轴的旋转运动称为主运动,刀架的左右运动称为纵向(Z向)进给运动,刀架的前后运动称为横向(X向)进给运动。
把C1632车床改造成数控机床,就是用数控机床的主运动进给运动及辅助运动。
主要改造部位是:主传运系统设有改造,只是在主电机端面加上一个电磁或离合器,以便用指令控制主轴停转;将原来的手动刀架改造成数控刀架;冷却泵的启停由原来的手动改造成用微机控制;在主轴后端加一编码器(又称脉冲发生器),以便加工螺纹。
本文主要介绍进给系统的发行及数控系统的硬件设计。
1.纵向(Z向)进给系统的设计纵向进给系统的改造:拆掉原机床的进给箱和溜板箱,利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装内有步进电机和一对齿轮的箱体,将原来的普通丝杠改换成滚珠丝杠螺母副。
1.1 量的估算工作台总质量m=73.2(床鞍)+16.4(中滑板)+2(刀架)=110.6kg1.2 切销力计算切销功率P C=P·η·K (1)式中P ——主电机功率,4KWη——主传动系统总功率,取0.65K ——进给系统功率系数,取0.96根据(1)式可得P C=4×0.65×0.96=2.496KW又P C=F Z V 则F Z=P C/V (2)式中F Z——切销力,NV ——销线速度,取V=1.667m/s代入(1)、(2)式可得F Z=P C/V=2496/1.667=1497N通常F X=(0.1~0.6)F ZF Y=(0.15~0.7)F Z纵向切削分力:F X=0.5F Z=0.5×1497=748.5N横向切销分力:F Y=0.5F Z=0.5×1497=748.5N1.3 滚珠丝杠设计车床丝杠的纵向轴向力F轴=KF X+μ(F Z+W)(3)式中K——颠复力矩影响的实验系统,K=1.15F X——纵向切削分力μ——导轨上的磨擦系统,μ=0.17F Z——主切削力W——工作台作用在导轨上的重力W=m·g=110.6×9.8=1084N式中m——工作台的质量g——重力加速度代入(3)式得F轴=1.15×748.5+0.17×(1497+1084)≈1300N1.3.1 强度计算滚珠丝杠的转速n t=1000v·fπ·D·P(4)式中v——切削线速度,v=100m/minf——进给量,f=0.3mmD——工件直径,D=80mmP——滚珠丝杠螺距,P=6mm 代入(4)式得n t=1000×100×0.33.14×80×6=20r/min取寿命时间T =15000h寿命值A=60n t·T/106=60×20×15000÷106=18 取运转系数K W=1.2,硬度系数K H=1,则最大负载Q=3A ·K W·K H·F轴=318 ×1.2×1×1300=4088N,选取滚珠丝杠的公称直径为35mm,型号为ND3506-1×2/E 左,即双螺母垫片调隙式,内循环,一圈二列,滚珠直径为3.969 mm,螺距为6mm,其额定动负荷是12847N>Q=4088N,故强度够用。
数控车床横向进给机构的设计
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0 引言该次毕业设计中,我很有幸分在“数控车床小组”,我所设计的课题为“数控车床横向进给机构的设计 (经济型中档精度数控机床)”。
进行这一设计主要是为了进一步地提高数控车床横向进给机构的定位精度、重复定位精度以及改造手动进给装置以使其能够可靠地运行。
而且,通过这次毕业设计也可以检验自己的学习情况,锻炼自己,对今后的学习和工作也有一定程度上的帮助。
信息时代的高新技术流向传统产业,引起后者的深刻变革。
作为传统产业之一的机械工业,在这场新技术革命冲击下,产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变,微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置和动力设备相结合,促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。
随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展,各先进国家的机电一体化产品层出不穷。
机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。
机电一体化到各方面的技术已越来越受关注,它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。
在机电一体化技术迅速发展的同时,运动控制技术作为其关键组成部分,也得到前所未有的大发展,国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。
主要有全闭环交流伺服驱动技术(Full Closed AC Servo)、直线电机驱动技术(Linear Motor Driving)、可编程序计算机控制器(Programmable Computer Controller,PCC)和运动控制卡(Motion Controlling Board)等几项具有代表性的新技术。
数控机床是一种高科技的机电一体化产品,是综合应用计算机技术、精密测量及现在机械制造技术等各种先进技术相结合的产物。
数控机床作为实现柔性制造系统、计算机集成制造系统和未来工厂自动化的基础已成为现在制造技术中不可缺少的生产手段,是机电一体化技术的重要组成部分。
数控车床控制系统的设计样本
![数控车床控制系统的设计样本](https://img.taocdn.com/s3/m/8bc7daf3dc3383c4bb4cf7ec4afe04a1b171b053.png)
CK6163数控车床控制系统设计1.本课题项目背景及研究意义金融危机爆发以来, 国际机床市场不断下滑, 国内经济型数控机床市场也受到了相称大影响, 产销量大幅下降。
虽然数据显示上半年已经止住下滑趋势, 略微回升, 但研究应对方略仍旧是当务之急。
经济型数控机床是国内数控机床行业发展起步产品, 发展时间比较长, 生产公司对此类机床技术掌握状况和生产能力也都比较成熟。
正由于如此, 加之其在国内拥有大量市场空间, 金融危机爆发之前产量较大。
但从去年金融危机后来总体状况来看, 国内经济型数控机床生产公司生产能力明显过剩。
近来中华人民共和国机床工具工业协会调研成果中得到公司生产状况显示, 重要生产经济型数控机床公司受到冲击比较大, 特别是某些产品档次比较低、产量比较大公司受到冲击更大, 甚至浮现某些公司限产现象。
导致这种状况浮现重要因素还是由于市场需求在减少, 加上经济型数控机床生产能力比较强, 生产公司比较多, 竞争比较激烈,同步经济型车床、钻床和铣床出口量下降比较严重, 某些产品出口转内销, 进一步加剧了国内市场竞争。
而对于产品档次比较高公司来说, 受到冲击就不是很明显, 特别是高精尖高档机床仍旧是供不应求。
数控机床代表着机械制造业当代科学技术发展方向和水平。
当前, 国内数控机床发展不但从技术水平上已研制出五坐标数控铣床加工中心, CNC系统和自动编程系统等。
同步, 也拥有了一定数量数控机床开发、生产、使用以及拥有量等都与世界上先进国家有较大差距。
要达到世界先进水平, 迅速发展国内数控机床行业势在必行。
经济型数控机床设计必然性: 数控机床能较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件加工问题。
可以稳定加工质量和提高生产率, 也具备适应性强、较高加工精度。
但是应用数控机床还受到其他条件限制。
价格昂贵, 一次性投资巨大, 对于中小公司心有余而力局限性。
当前各公司均有大量通用机床, 完全用数控机床代替主线不也许, 并且代替下来机床闲置起来, 又会导致挥霍。
数控技术课程设计数控车床横向和纵向进给系统设计(全套图纸)
![数控技术课程设计数控车床横向和纵向进给系统设计(全套图纸)](https://img.taocdn.com/s3/m/014a7e1b04a1b0717ed5dd89.png)
2纵向进给系统的设计计算 (2)2.1主切削力及其切削分力计算 (3)2.2导轨摩擦力的计算 (3)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (3)2.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 (3)2.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (4)2.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核 (5)2.7计算机械传动的刚度 (6)2.8驱动电机的选型与计算 (7)2.9机械传动系统的动态分析 (9)2.10机械传动系统的误差计算与分析 (10)2.11确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (10)3进给系统的结构设计 (11)3.1滚珠丝杠螺母副的设计 (11)总结与体会 (12)致谢词 (12)参考文献 (13)1数控技术课程设计的目的通过本课程设计的训练,使学生在完成数控机床及金属切削机床的结构课程学习之后,让学生能够运用所学的知识,独立完成数控机床传动系统的设计,从而使学生进一步加深和巩固对所学知识的理解和掌握,并提高学生的分析、设计能力,同时巩固《金属切削机床》课程的部分知识。
全套图纸,加1538937061.运用所学理论及知识,进行数控机床部分机械结构设计,培养学生综合设计能力;2.掌握数控机床传动系统的设计方法和步骤;3.掌握设计的基本技能,具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力;4.基本掌握编写技术文件的能力。
2纵向进给系统的设计计算设计参数如下:工作台工作台质量 kg m T 600= 最大加工受力N F W 1500= 快进速度s m v f /2.0max =工作台导轨摩擦力 N F R 5.2= 工作行程m s W 7.0=减速机构丝杠螺母机构(图2),已知数据如下:图2 丝杠螺母机构轴承轴向刚度 800/L K N m µ=丝杠螺母刚度 800/M K N m µ=螺母支座刚度 1000/TMK N mµ=丝杠传动效率 0.9sp η=丝杠长度 0.5sp L m=丝杠轴承、丝杠螺母摩擦力矩, 2.5R sp M N m =g轴承平均间距 1550L mm =导程10sp h mm = 最大转速常数 60000A = 支承方式 双推—双推 伺服电机电机转子惯量320.0510M J kg m −=×g2.1主切削力及其切削分力计算取机床的机械效率0.8η=,/1w z F F =,/0.35c z F F =,/0.2v z F F =则有 1500z w F kF N N ==工作台横向进给方向载荷c F 和工作台垂直进给方向载荷v F 为0.350.351500525c z F F N N ==×= 0.20.21500300v z F F N N ==×=2.2导轨摩擦力的计算导轨受到垂向切削分力300v F N =,纵向切削分力c F =525N ,移动部件的全部质量(包括机床夹具和工件的质量)m=600kg ,查表得镶条紧固力2000g f N =,取0.15(3002000300525)=×+++468.75N =计算在不切削状态下的导轨摩擦力0F µ和0F 0()0.15(3002000)345g F W f N µµ=+=×+= 00()0.2(3002000)460g F W f N µ=+=×+=2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大轴向负载力max a Fmax (300468.75)768.75a y F F F N N µ=+=+= 计算最小轴向负载力min a F min 0345a F F N µ==2.4确定进给传动链的传动比i 和传动级数取步进电动机的步距角 1.5α=°,滚珠丝杠的基本导程010L mm =,进给传动链的脉冲当量0.004/p mm P δ=,则有0 1.51010.423603600.004p L i αδ×===× 根据结构需要,确定各传动齿轮的齿数分别为120z =、2208z =,模数m=2,齿宽b=20mm 。
数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计
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数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计数控车床是一种在机械制造行业广泛应用的高精度自动加工设备。
数控车床的工作准确度和加工效率,直接取决于其纵向进给系统和横向进给系统的设计。
下面将详细介绍数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计。
纵向进给系统是数控车床在工件轴向上进行进给的系统,主要责任是使切削工具朝着工件方向进行进给。
纵向进给系统的设计应考虑以下几个方面。
首先,进给系统应具备良好的刚性。
刚性强的进给系统能够对切削工具施加足够的力,确保其在切削过程中的稳定性。
为了提高进给系统的刚性,可以采用双重导轨设计,即在机械主轴的两侧分别设置导轨进行支撑,保证进给系统在工件轴向上的稳定性。
其次,进给系统应具备精确的位置控制能力。
数控车床通过控制进给伺服电机的运动来实现工件轴向上的进给。
为了保证进给的精度,可以采用高精度螺杆传动装置,这种传动装置可以通过调整螺杆的进给量来控制切削工具的位置。
同时,还可以配备位置反馈装置,通过反馈装置实时监测切削工具的位置,并对进给伺服电机的运动进行修正,以保证位置控制的准确性。
第三,进给系统应具备高速进给的能力。
高速进给可以提高数控车床的加工效率。
为了实现高速进给,可以采用进给伺服电机和高速传动装置。
进给伺服电机能够快速响应指令,从而实现高速进给的控制。
而高速传动装置可以通过增加传动比来提高进给速度。
横向进给系统是数控车床在工件切削方向上进行进给的系统,主要责任是使切削工具按照设定的路径进行进给。
横向进给系统的设计应考虑以下几个方面。
首先,进给系统应具备较高的定位精度。
切削工具在横向进给过程中需要按照设定的路径进行移动,为了保证移动的准确性,可以采用高精度传动装置和位置反馈装置。
高精度传动装置可以提供精确的进给量,而位置反馈装置可以实时监测工具位置,从而实现位置控制的准确性。
其次,进给系统应具备较高的速度响应能力。
切削工具在横向进给过程中需要快速响应指令,以满足加工要求。
为了实现高速响应,可以采用高速伺服电机和高速传动装置。
数控机床进给传动系统
![数控机床进给传动系统](https://img.taocdn.com/s3/m/6a103f0769dc5022abea00a4.png)
数控机床进给传动系统一.进给传动体系图纵向和横向进给传动体系图二.体系图的重要构造和功用电念头:1. 步进电念头步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。
步进电念头是一种特别的电念头,一般电念头通电后都是持续迁移转变的,而步进电念头则有定位与运转两种状况。
当有一个电脉冲输入时,步进电念头就反转展转一个固定的角度,这角度称为步距角,一个步距角就是一步,所以这种电念头称为步进电念头。
又因为它输入的是脉冲电流,也称作脉冲电念头。
当电脉冲持续赓续地输入,步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变,步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例,在时光上与输入脉冲同步。
是以,只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序,便可获得所需转角、转速和偏向。
在无脉冲输入时,步进电念头的转子保持原有地位,处于定位状况。
步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制,并且有必定的精度,常用作开环进给伺服体系的驱动元件。
与闭坏体系比拟,它没有地位速度反馈回路,控制体系简单,成本大年夜大年夜降低,与机床配接轻易,应用便利,因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。
2. 直流伺服电念头因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高,而直流电念头具有优胜的调速特点,是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中,获得较广泛地应用。
直流进给伺服电念头就其工作道理来说,固然与通俗直流电念头雷同。
然而,因为机械加工的特别请求,一般的直流电念头是不克不及知足须要的。
起首,一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜,而其输出转矩则相对较小。
如许,它的动态特点就比较差,尤其在低速运转前提下,这个缺点就更凸起。
在进给伺服机构中应用的是经由改进构造,进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头,重要有以下两种类型:(1)小惯量直流电念头。
重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小,是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。
数控机床进给系统设计
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机械制造装备设计数控铣床进给系统设计系别:机电工程系专业:机械设计制造及其自动化班级:082113姓名:许现款学号:021108052指导教师:王艳红日期:2011-12-13数控机床进给系统设计1总体方案设计1.1对进给伺服系统的基本要求带有数字调节的进给驱动系统都属于伺服系统,进给伺服系统不仅是数控机床的一个重要组成部分,也是数控机床区别于一般机床的一个特殊部分。
数控机床对进给伺服系统的性能指标可归纳为:定位精度要高;跟踪指令信号响应要快;系统的稳定性要好。
1.2进给伺服系统的设计要求机床的位置调节对进给伺服系统提出了很高的要求,其中在静态设计方面:(1)能够克服摩擦力和负载,当加工中最大切削力为20000N——30000N时,电机轴上的转矩需要10N.m——40N.m;;(2)很小的进给移动量。
目前最小分辨率为0.1m(3)高的静态扭转刚度;(4)足够的调速范围;(5)进给速度均匀,在速度很低是无爬行现象。
在动态设计方面有:(1)具有足够的加速和制动装矩,以便快速的完成启动和制动;(2)具有良好的动态传递性能,以保证在加工中获得高的轨迹精度和满意的表面质量;(3)负载引起的轨迹误差尽可能小。
对数控机床机械传动部件则有以下要求:(1)被加速的运动部件具有较高的惯量;(2)高的刚度和良好的阻尼;(3)传动部件在拉压刚度、扭转刚度、摩擦阻尼特性和间隙等方面具有尽可能小的非线性。
1.3总体方案进给伺服系统总体方框图如下图3.1所示。
2进给伺服系统机械部分设计进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括:确定脉冲当量,计算切削力,滚珠丝杆螺母副的设计、计算与选型,齿轮传动计算,步进电机的计算和选型等。
微机光电隔离光电隔离光电隔离功率放大功率放大功率放大步进电机步进电机步进电机向向向图3.1进给伺服系统总体方框图2.1确定脉冲当量,计算切削力1确定系统的脉冲当量脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量,它是衡量数控机床加工精度的一个重要参数,因此。
c616车床自动走刀方法【详解】
![c616车床自动走刀方法【详解】](https://img.taocdn.com/s3/m/2a115c9aaf1ffc4fff47ac1e.png)
c616车床自动走刀方法需要分车丝和车外圆讨论。
车丝时自动走刀是挂丝杆进给,并合上拖板箱上的开合螺母手柄实现自动走刀。
车外园自动走刀则要挂光杆进给,合上拖板箱上的纵进刀或横进刀实现纵向或横向进给。
本文通过对走刀方式的不同特点,及影响其选择的部分因素的分析,并且针对铣削过程中工艺方法及走刀方式的比较,为如何选择合适的走刀方式提供了参考依据。
走刀方式1、走刀方式的基本概念数控加工中,走刀方式是指刀具完成工件切削时的轨迹规划方式。
在对同一个零件加工中,多种走刀方式都可以达到零件的尺寸及精度要求,但加工效率却不相同。
2、走刀方式的分类走刀方式可化分为4类:单向走刀、往复走刀、环切走刀和复合走刀。
复合走刀是前三种的混合走刀。
采用单向或往复走刀,从加工策略来说都是行切走刀。
因此根据加工策略的不同,走刀方式又可分为行切、环切和其他特殊方式。
通常使用的是行切和环切。
行切方式加工,有利于发挥机床的最大进给速度,同时其切削表面质量也好于环切加工。
然而,当复杂的平面型腔带有多个凸台从而形成多个内轮廓时,常常会产生附加的抬刀动作,即在刀具轨迹某处,或者为避免刀具与凸台发生干涉,或者为使刀具回至剩余未加工区域,就要让刀具抬起,使之距加工平面有一定高度,再平移至另外一刀具轨迹起始处,然后继续切削动作。
行切加工刀具轨迹主要由一系列与某一固定方向平行的直线段组成,计算简单。
适用于简单型腔精加工或去除大余量的粗加工。
环切加工中刀具沿着边界轮廓相似的路径走刀,由一组封闭曲线组成,能保证刀具切削零件时保持相同的切削状态。
由于环切加工是通过连续偏置构造当前环形轨迹图来计算下一条环形轨迹,计算复杂且耗时。
适用于复杂型腔及曲面的加工。
二、影响走刀方式的因素1、工件自身的形状及几何要素:工件自身的形状及几何要素包括加工域的几何形状、岛屿的大小和位置等方面。
这是工件本身固有的特性,是属于不可变化的因素,但却是决定走刀方式的根本因素。
2、工艺路线:工艺路线是实现加工目的的直接过程,是走刀方式选择的直接依据。
679 经济型数控车床横向进给系统设计
![679 经济型数控车床横向进给系统设计](https://img.taocdn.com/s3/m/ffd15f24cfc789eb172dc8e5.png)
0、绪论本设计课题为:经济型数控车床横向进给系统设计 。
因为我们没有精良的 加工工具或者是自动化系数等各方面远远的不及西欧等国家。
所以我国的机械制 造业与他们的有着很大的差距的原因,。
制造业是关系到国际民生的大事,是富 民强国的必要因素,我国要有更好的发展,必须形成我们自己富有特色的现代化 制造体系。
随着时代的发展,科技的日新月异,数控技术的应用范围日益扩大,数控机 床及其系统己成为现代化机器制造业中不可缺少的组成部分。
面对我国目前机床 拥有量少、工业生产规模小的特点,突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工 业落后的生产面貌,使之尽可能地提高自动化程度,保证加工质量,减轻劳动强 度,提高经济效益。
“横向进给系统”“主传动系统”和“纵向进给系统”被称为车床的三大核 心系统,其重要地位是不言而喻了。
三大系统的精确性、准确性、必将影响加工 产品的性能。
而实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机 床,并对原有的机床进行数控改造。
而这就是我们课题的目的。
前提条件:1.床身上最大回转直径Ø400mm2.快移速度x轴4m/min3.定位精度 x 轴0.035mm4.重复定位精度x轴0.0075mm,刀架 0.010mm设计要求: 设计课题要求: 横向进给运动设计时, 电机与丝杠采用柔性结构, 电机选用伺服电机,对电机的大小选择进行验证,及对滚珠丝杠直径和支承形式 选择进行强度较核,设计精度达原始数据。
本课题所设计的进给系统是针对经济型中档数控车床的, 该系统设计成功一 旦应用到生产实践中, 将使工厂的生产的数字化水平加强,生产力水平显著提 高 ,劳动强度减轻,经济效益得到提高。
根据自己三个多月来的设计过程,编写了这本《设计说明书》, 其中,书 中肯定存在着相当的一些问题,期望领导、老师给予批评,指正。
1、国内外发展概况及现状介绍从上世纪五十年代数控技术开始发展到1965 年,数控装置从最初的电子管 元件、晶体管元件、集成电路到目前使用比较普遍的小型计算机和微处理器共经 历了五代的发展。
数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计
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数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计数控车床是一种能够通过计算机程序自动控制刀具进行加工的机床,它的主要进给系统包括纵向进给系统和横向进给系统。
纵向进给系统主要控制车床主轴在加工过程中的进给运动,而横向进给系统则控制刀具的横向运动。
纵向进给系统的设计是为了实现主轴在加工过程中的进给运动。
这个系统通常包括主轴、进给电机、螺杆以及进给装置。
进给电机通过控制螺杆的旋转,驱动主轴进行进给运动。
进给装置用于调整进给速度和步距。
在设计纵向进给系统时,需要考虑进给速度的范围和精度以及步距的调整方式。
纵向进给系统的设计要考虑以下几个方面:1.进给速度范围:根据加工要求,需要确定车床主轴的进给速度范围。
这取决于加工材料的硬度和切削工具的性能。
通常,进给速度范围应该能够满足不同加工要求的需要,同时要保证加工过程的稳定性和精度。
2.进给速度控制:进给速度的控制需要通过控制进给电机的转速来实现。
在数控系统中,通过给进给电机提供特定的脉冲信号,来控制电机的转速。
例如,增加脉冲的频率可以提高进给速度,而减少脉冲的频率则可以降低进给速度。
3.步距调整:步距是进给运动的基本单位,用于控制切削的量和加工的精度。
步距调整可以通过调节进给装置上的螺母位置来实现。
在数控系统中,可以通过输入相应的指令来调整步距大小,以满足不同的加工要求。
4.进给精度:进给精度是指车床主轴在进给过程中刀具位置的控制精度。
进给精度的要求取决于加工物体的质量要求和几何要求。
为了提高进给系统的精度,可以采用高精度的进给电机、螺杆以及进给装置,并进行精确的校准和调试。
横向进给系统的设计是为了实现刀具在加工过程中的横向运动。
这个系统通常包括刀架、进给电机、丝杆以及进给装置。
进给电机通过控制丝杆的旋转,驱动刀架进行横向运动。
进给装置用于调整进给速度和步距。
在设计横向进给系统时,需要考虑刀具的精度要求和运动范围。
横向进给系统的设计要考虑以下几个方面:1.进给速度范围:根据加工要求,需要确定刀架的进给速度范围。
数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计
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1绪论1.1数控系统的发展简史1952年第一代数控系统一一电子管数控系统的诞生。
20世纪50年代末,完全由固定布线的晶休管元器件电路所组成的第二代数控系统一一晶体管数控系统被研制成功,取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。
随着集成电路技术的发展,1965年出现了第三代数控系统一一集成电路数控系统。
1970年,在美国芝加哥国际机床展览会上,首次展出了第四代数控系统一一小型计算机数控系统,然后,随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透各个行业,1974年,第五代数控系统一一微型计算机数控系统也出现了。
应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统(CNC)。
综上所述,由于微电子技术和计算机技术的不断发展,数控机床的数控系统也随着不断更新,发展非常迅速,几乎5年左右时间就更新换代一次⑴。
数控机床是先进制造业的基础机械,是最典型的多品种、小批量、高科技含量的机电一体化产品。
欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产品进程,1990年日本机床产值数控化率达75%,美国达70. 1%,德国达57%。
目前世界数控机床年产量超过15万台,品种超过1500多种[2]。
1.2我国数控系统的发展现状及趋势1.2.1数控技术状况目前,我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期,也是由封闭型向开放型过渡的时期。
我国数控系统在技术上已趋于成熟,在重大关键技术(包括核心技术),已达到国际先进水平。
自“七五”以来,国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持,现已开发出具有中国版权的数控系统,掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。
例如,曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题,0.1 J m当量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。
尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统,可实施多轴控制,具备联网进线等功能既可作为独立产品,又是一代开放式的开发平台,为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。
EC18普通车床数控改造毕业设计论文
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毕业设计(论文)任务书专业机械设计制造及其自动化毕业设计(论文)题目:EC18普通机床数控改造立题目的和意义:机床数控改造是我国机床工业技术发展的方向之一,有利与提高机床的加工精度,自动化程度。
是典型的机械一体化课题,具有机械结构典型,控制系统软、硬件强弱均能得到训练等特点,有利于综合运用所学知识和工程设计能力与培养,符合培养目标的教学要求。
技术要求与工作计划:技术要求(1)保持原机主运动不变,取消溜箱杆和进给箱以及步进电机驱动纵横向进给,实现开环控制。
(2)纵横向脉冲当量均为0.02mm。
工作要求(1) 完成纵向进给及横向进给系统的改造设计和部分零部件工作图设计。
(2)设计开环控制系统。
(3)撰写设计工作说明书。
(4)完成整机外观图设计。
时间安排:第1-2 周毕业实习,搜集毕业课题资料,完成译文和论文综述;第3-4周总体方案、结构草图设计;完成开题报告、实习报告(4月6日第一阶段检查)第5~8 周机构设计和完成装配图设计(4月29日第二阶段检查)第9 周控制系统设计第10周整理说明书第 11 周零件工作图设计(5月20日第三阶段检查)第12 周评阅(5月23日第四阶段检查)第13-14周答辩指导教师要求:按计划、按要求完成毕业设计任务(签字)年月日教研室主任意见:(签字)年月日院长意见:(签字)年月日摘要车床数控化改造研究是提高我国技术装备水平的重要项目。
我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新。
由于资金受限,相比于添置新的数控车床,对车床进行数控化改造是一条节约资金、快速上马的有效途径。
车床的数控化改造具有针对性强、大大节约原材料和资金以及扩大机床应用范围等优点,主要内容包括总体设计方案的确定、对车床导轨进行改造设计和自动回转刀架的选型与安装等。
关键词: 车床改造数控化节约AbstractNC lathe research is to improve the level of technical equipment important project. China currently has a large number of extended service and technical obsolescence of the machine urgently updated. Limited because of funding, compared to purchasing new CNC lathe, CNC lathe transformation of a savings is quickly launched an effective way. Transformation of the NC lathe has targeted a significant reduction in raw materials and capital and to expand the scope of application tools, etc. The main contents include the determination of the overall design scheme, designed to transform the rail on the lathe rotary tool holder and automatic selection and installation .Keywords: CNC Lathe savings目录摘要 (III)Abstract (IIIIII)1绪论 (1)1.1 数控机床的发展史 (1)1.2 机床数控化改造的意义 (1)1.3 数控化改造后机床的优越性 (1)1.4 机床数控化改造的市场 (2)1.5 机床数控化改造的内容 (2)1.6 普通机床数控改造的目的 (3)2 总体方案设计 (4)2.1 设计参数 (4)2.2 其他要求 (4)2.3传动原理 (5)3 传动设计 (5)3.1 减速齿轮设计及校核 (6)3.2 带轮及带的计算 (10)3.2.1 确定计算功率 (10)3.2.2 选取V带型 (10)3.2.3 验算带速和确定带轮直径 (10)3.2.4 确定带传动的中心距和带的基准长度 (11)3.2.5 验算小带轮的包角 (11)3.2.6 确定带的根数 (11)3.2.7 计算单根V带初拉力的最小值 (12)3.2.8 计算压轴力 (12)3.2.9 带轮的结构 (12)3.3 确定计算转速 (13)3.3.1 主轴 (13)3.3.2 各传动轴 (13)3.3.3 各齿轮 (13)3.3.4 核算主轴转速误差 (13)3.4 轴的初步确定 (13)3.5 轴的校核 (14)4 进给系统设计 (17)4.1 纵向进给丝杠设计 (17)4.2 横向进给丝杠设计 (19)4.3 步进电机选择 (19)4.3.1步距角α (20)4.3.2精度 (20)4.3.3转矩 (20)4.3.4启动频率 (21)4.3.5 纵向进给系统步进电机的确定 (21)4.3.6横向进给系统步进电机的确定 (22)5 技术经济分析 (23)总结 (26)致谢 (27)参考文献 (28)1绪论1.1 数控机床的发展史1946年诞生了世界上第一台电子计算机。
普通车床C616的数控改造毕业设计论文
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摘要本文主要是将传统的C616车床的电气控制系统改造成为数字控制的开环控制系统。
随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高,对机械加工设备的加工精密程度也要求越来越高。
而在中国的机械加工设备的车床中,普通车床占了很大比例。
这已经越来越制约着当今工业的发展。
而数控机床由于价格昂贵,且需要较高技术的加工工人。
所以对普通机床进行数控改造具有很大的意义。
本人在搜索、查阅和研究大量有关资料的基础上,对机床的数控改造技术进行了研究和分析,并描述了机床控制系统的设计。
整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行了改造,选用自动转位刀架,由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。
整个控制系统以8031型号的单片机为中心,通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。
关键词:C616车床数控改造8031单片机步进电机目录摘要 (1)ABSTRACT ....................................................... 错误!未定义书签。
第1章绪论. (1)1.1普通机床数控化改造概述 (1)1.2机床数控化改造的意义 (1)1.2.1 微观看改造的必要性 (1)1.2.2 宏观看改造的必要性 (2)1.3国内外机床改造业的发展概况 (2)1.3.1 国外机床改造业的发展 (2)1.3.2 国内机床改造业的发展 (3)1.4数控机床未来的发展方向 (4)第2章 C616普通车床数控改造总体方案的设计 (5)2.1本毕业设计的选题及主要任务 (5)2.2总体方案设计 (5)第3章机械部分改造 (7)3.1纵向(Z向)进给系统的设计 (7)3.2横向(X)向进给系统的计算与设计 (13)3.3机床导轨改造 (17)3.4自动刀架的选择 (18)3.5主轴脉冲发生器 (18)第4章电气系统控制部分改造 (20)4.1步进电机的选择 (20)4.1.1 步进电机选用的基本原则 (20)4.1.2 C616纵向进给系统步进电机的确定 (21)4.1.3 C616横向进给系统步进电机的确定 (21)4.2数控装置硬件设计 (21)4.2.1 数控系统硬件组成 (21)4.2.2 单片机的选择 (22)4.2.3 存储器的选择 (23)4.2.4 I/O接口电路 (23)4.2.5步进电机驱动电路 (24)4.3数控系统软件设计 (25)总结 (27)致谢 (28)参考文献 (29)第1章绪论1.1 普通机床数控化改造概述随着机电一体化技术的迅猛发展,数控机床的应用已日趋普及,机械制造业正在越来越多地采用数控技术来改善其生产加工方式,用以解决现代机械制造中结构复杂、紧密、批量小、多变零件的加工问题,能够稳定加工质量和提高生产率,但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。
数控车床伺服进给系统结构设计毕业论文
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摘要数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好的解决了现代机械制造中结构复杂,精密,批量小,多变零件的加工问题,且能稳定产品的加工质量,大幅度提高生产效率。
本论文主要对数控机床伺服进给系统的机械部分这一课题进行探讨,文中详细描述了数控机床伺服进给系统的设计方法,包括传动系统总体设计,滚珠丝杠副的选择,伺服电动机的选择,精度和刚度验算。
同时运用软件Solidworks做出伺服进给系统的零部件,以及将各个零部件进行装配,二维工程图出图。
关键词:数控机床;伺服电动机;伺服进给系统;滚珠丝杠副AbstractNC machine tools as typical electromechanical products, plays an enormous role in machinery manufacturing, it solutes the problems of modern machinery manufacturing complex, precision, small batches,changeable parts processing, also it can be able to stable quality of products, increase productivity greatly. In this paper, it mainly explore to the topic of mechanical parts of NC machine tools’ servo feed system, This article describes the designing method of the NC machine tools’ servo feed system , including designing the transmission system, choosing Ball Screws, servo motor, checking the accuracy and rigidity. Make out parts of NC machine tools’ servo feed system and assemble the parts with solidworks. Export 2D engineering drawing and make the animations of feed system, produce three-dimensional cutaway views of Ball Screws and Rolling Guides.Key word: NC machine;Servo motor; Servo feed system; Ball Screws目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 数控机床的概念 (1)1.2 数控机床的组成分类及特点 (1)1.2.1 数控机床的组成 (1)1.2.2 数控机床的分类 (1)1.2.3 数控机床的特点 (2)1.3 数控系统的发展简史及国外发展现状 (2)1.4 我国数控系统的发展现状及趋势 (3)1.4.1 数控技术状况 (3)1.4.2 数控系统的发展趋势 (4)1.5 伺服系统的特点 (4)1.6 本课题的研究内容和方法 (6)1.7 本章小结 (7)2 进给系统的总体方案设计 (7)2.1 机床的主要性能 (8)2.2 进给系统的精度要求 (8)2.3 进给传动控制伺服系统的选择 (8)2.4 进给系统的传动要求及传动类型的选择 (9)2.4.1 进给系统的传动要求 (9)2.4.2 传动类型的选择 (9)2.5 电机与丝杠联接方式的选择 (10)2.6 进给传动方案设计 (11)3 数控车床伺服进给系统X轴选型 (12)3.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (13)3.1.2 精度等级选定 (14)3.1.3 导程的计算和选定 (15)3.1.4 丝杆支承方式选定 (15)3.1.5 丝杆外径选定及校核 (15)3.1.6 计算最大轴向载荷 (16)3.1.7 轴向允许载荷计算 (16)3.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (17)3.1.9 寿命计算及校核 (19)3.2 电机的选型 (19)3.2.1 转速的计算 (19)3.2.2 驱动扭矩计算 (20)3.2.3 计算角加速度 (21)3.2.4 电机所需的加速扭矩 (21)3.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (21)3.2.6 电机转动惯量要求 (22)3.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (22)3.4 同步齿轮带传动的设计 (24)3.5 导轨的选择 (25)4 数控车床伺服进给系统Z轴选型 (26)4.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (26)4.1.1载荷的确定 (27)4.1.2 精度等级选定 (27)4.1.3 导程的计算和选定 (28)4.1.4 丝杆支承方式选定 (29)4.1.5 丝杆外径选定及校核 (29)4.1.6 计算最大轴向载荷 (29)4.1.7 轴向允许载荷计算 (30)4.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (31)4.1.9 寿命计算及校核 (33)4.2 电机的选型 (33)4.2.1 转速的计算 (33)4.2.2 驱动扭矩计算 (34)4.2.3 计算角加速度 (35)4.2.4 电机所需的加速扭矩 (35)4.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (35)4.2.6 电机转动惯量要求 (36)4.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (37)4.4 联轴器传动的设计 (39)4.5 导轨的选择 (39)5 伺服进给系统的结构设计 (40)5.1 solidworks实体设计的特征功能及其在本次设计中的应用405.2 伺服进给系统主要零件的设计及装配 (41)5.2.1 导轨的设计 (41)5.2.2 Z轴丝杠螺母的设计 (45)5.2.3 添加轴承 (46)5.2.4 添加紧固件 (46)5.2.5 X轴滑块的设计 (47)5.2.6 丝杠的设计 (47)5.3 伺服进给系统零件的装配 (48)5.4 伺服进给系统的装配图 (49)结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)附录A (54)附录B (69)1 绪论1.1 数控机床的概念数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。
数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计
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数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计数控车床是一种使用数控技术来控制刀具对工件进行加工的机床。
数控车床是一种高精度、高效率、多功能的加工设备,适用于各种复杂形状零件的加工。
数控车床的进给系统主要包括纵向进给系统和横向进给系统。
纵向进给系统主要控制车床主轴在工件纵向上的运动,用于控制车刀与工件的相对运动。
横向进给系统主要控制刀架在工件横向上的运动,用于控制车刀相对于工件的位置。
纵向进给系统一般由数控主轴、主轴伺服电机、螺杆传动装置、进给电机和线性导轨等部分组成。
数控主轴是整个进给系统的核心部件,用于带动刀具进行加工。
主轴伺服电机作为主轴的驱动装置,可以根据预设的程序进行精准控制,实现高精度的运动。
螺杆传动装置通常由丝杆和螺母组成,通过丝杆转动将旋转运动转化为线性运动,实现纵向进给。
进给电机则是控制车床主轴的转速和进给速度的关键元件,可以根据加工需要进行精确的调控。
线性导轨主要用于支撑和引导主轴的运动,保证加工的稳定性和精度。
横向进给系统一般由刀架、刀架伺服电机、滑块和导轨等部分组成。
刀架是承载刀具的部件,通过刀架的运动实现车刀相对于工件的位置调整。
刀架伺服电机是驱动刀架运动的装置,可以根据工件轮廓的要求进行精准控制。
滑块和导轨是横向进给系统中的关键部件,用于支撑和引导刀架的运动,保证加工的稳定性和精度。
在设计数控车床的纵向进给系统和横向进给系统时,需要考虑以下几个方面:1.精确性:纵向进给系统和横向进给系统都需要在高速运动中保持高精度的加工,所以在设计时需要选择精度高的传动装置和驱动装置,同时采取合适的传感器和反馈装置实时监测和校准加工精度。
2.刚性和稳定性:数控车床在高速运动过程中容易产生振动和冲击,这对加工质量和工具寿命有很大影响。
因此,在设计时需要加强数控车床的结构刚性和稳定性,采用合适的减振和防护措施,以确保加工过程的稳定性和精度。
3.快速和高效:数控车床具有高效率的加工能力,所以纵向进给系统和横向进给系统需要具备快速而可靠的运动性能。
c6140普通卧式车床数控化改造之横向进给系统轴设计
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数控系统课程设计C6140普通卧式车床数控化改造之横向进给系统(X)轴设计----xxxx一·车床横向进给系统存在的问题分析C6140车床横向进给系统在连续的使用过程中,由于磨损等原因,使丝杠与丝母间隙过大,产生轴向窜动,影响进给精度。
通过调整可消除丝杠与丝母间的间隙,但实践证明,这种调整方法只消除了丝母的磨损间隙,而没有消除丝杠的磨损间隙。
如果按丝杠磨损较大部位调整丝母,则在丝杠磨损较小部位可能因间隙过小而使进给手柄转动太沉。
经过长期的观察和实践,发现几乎所有的机床都在很大程度上存在着进给机构精度因磨损而严重下降的问题。
普通车床的横向进给机构因其使用频繁且承受很大的切削力,所以,磨损程度较其它机床严重,如果能够有效地解决车床的进给精度问题对其它类似的机构都有指导意义。
几十年来,国内外车床一直采用上述的传统结构,操作者在使用过程中必须经常进行调整,并把这项工作列入一级保养内容。
因此,增加了工人的劳动强度,降低了设备的利用率,即使这样也不能很好地保证设备的精度。
常见改进方案及存在问题针对普通车床横向进给机构的进给精度问题国内外专家多采用以下三种解决方案。
1.在中修或项修过程中,更换新的横向进给丝母。
必要时,对横向进给丝杠进行修复,然后再配作丝母,这种办法并没有从根本上解决横向定位精度问题。
机床只是在修复后最初阶段能够保障横向进给精度,数月后就进人反复调整阶段.而且加大了维修成本。
2.有的专家试图用改进横向进给丝杠支承结构或减小丝杠变形的方法来解决问题。
这种方案仅提高了丝杠的刚度,虽然能够间接地减缓丝杠和丝母的磨损,但仍然没有从实质上解决问题。
这种方法的缺点是改造的成本和维修费用很大。
年代中期,随着电子技术的进步与发展,国内外的专家们纷纷采用数控或数显技术对机床进行改造。
采用数控技术改善机床进给机构精度,尤其是采用闭环控制,很好地解决了进给精度问题。
但是这种技术改造成本太高,一般企业无法承受。
CW6163卧式车床数控化改造及横向进给设计
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CW6163卧式车床数控化改造及横向进给设计第一章绪论1.1数控机床的发展现状数控机床正在向高精度、高速、无机、智能、环保的方向发展。
高精度和高速加工对传动及其掌控明确提出了更高的动态特性和控制精度,更高的切削速度和加速度,更高的振动噪声和更大的磨损。
问题的症结在传统的传动链从做为动力源的电动机至工作部件必须通过齿轮、蜗轮副,皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节,在这些环节中产生了很大的转动惯量、弹性变形、逆向间隙、运动落后、摩擦、振动、噪声及磨损。
虽然在这些方面通过不断的改良并使传动性能有所提高,但问题很难从根本上化解,于是发生了“轻易传动”的概念,即为中止从电动机至工作部件之间的各种中间环节。
随着电机及其驱动控制技术的发展,电主轴、直线电机、力矩电机的发生和技术的日益明朗,并使主轴、直线和转动座标运动的“轻易传动”概念变成现实,并日益表明其非常大的优越性。
直线电机及其驱动控制技术在机床切削驱动上的应用领域,并使机床的传动结构发生了关键性变化,并使机床性能存有了代莱脱胎换骨。
目前,世界先进制造技术不断兴起,超高速切削、超精密加工等技术的应用,柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟,对数控加工技术提出了更高的要求。
为适应这种情况,数控机床正朝着以下几个方面发展。
1.高速度、高精度化速度和精度是数控机床的两个重要指标,它直接关系到加工效率和产品质量。
目前,数控系统采用位数、频率更高的处理器,以提高系统的基本运算速度。
同时,采用超大规模的集成电路和多微处理器结构,以提高系统的数据处理能力,即提高插补运算的速度和精度。
并采用直线电机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式,其高速度和动态响应特性相当优越。
在直线电机刚开始开发时,因其能实现高速加工而备受瞩目。
但近年来,使用直线电机的目的已逐渐转向高精度化。
也就是说,在直线电机的诸多优良特性中,很高的定位精度和圆弧插补精度尤其令人刮目相看。
其原因不为接触式的驱动系统没传统伺服电机转动失速用的齿轮副、滚珠丝杠、耦合件等各种机械因素引发的误差,以及直线电机必然使用闭路掌控。
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数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计目录1 绪论 (3)1.1 数控系统的发展简史及国外发展现状 (3)1.2 我国数控系统的发展现状及趋势 (3)1.3 伺服系统的特点 (4)1.4 设计的内容、目的和方法 (7)2 总体方案设计 (8)2.1 方案设计及总体布局 (8)2.2 主切削力的计算 (8)3 横向进给系统 (11)3.1 已知技术参数 (11)3.2 滚珠丝杠的计算及选择 (11)3.3 校核 (14)4 纵向进给系统 (20)4.1 已知技术参数 (20)4.2 滚珠丝杠的计算及选择 (20)4.3 校核 (21)5 床身及导轨 (26)5.1 床身 (26)5.2 导轨 (27)6 数控系统选择 (29)6.1 西门子数控系统的优点 (29)6.2 数控连线图 (30)7 数控编程 (31)结论 (35)致谢 (36)1绪论1.1数控系统的发展简史及国外发展现状1949年美国帕森公司首先提出了机床数字控制的概念。
1952年第一代数控系统——电子管数控系统的诞生。
20世纪50年代末,完全由固定布线的晶休管元器件电路所组成的第二代数控系统——晶体管数控系统被研制成功,取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。
随着集成电路技术的发展,1965年出现了第三代数控系统——集成电路数控系统。
1970年,在美国芝加哥国际机床展览会上,首次展出了第四代数控系统——小型计算机数控系统,然后,随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透各个行业,1974年,第五代数控系统——微型计算机数控系统也出现了。
应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统(CNC)。
综上所述,由于微电子技术和计算机技术的不断发展,数控机床的数控系统也随着不断更新,发展非常迅速,几乎5年左右时间就更新换代一次[1]。
数控机床是先进制造业的基础机械,是最典型的多品种、小批量、高科技含量的机电一体化产品。
欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产品进程,1990年日本机床产值数控化率达75%,美国达70.1%,德国达57%。
目前世界数控机床年产量超过15万台,品种超过1500多种[2]。
1.2我国数控系统的发展现状及趋势1.2.1 数控技术状况目前,我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期,也是由封闭型向开放型过渡的时期。
我国数控系统在技术上已趋于成熟,在重大关键技术(包括核心技术),已达到国际先进水平。
自“七五”以来,国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持,现已开发出具有中国版权的数控系统,掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。
例如,曾当长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题,0.1m量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。
尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统,可实施多轴控制,具备联网进线等功能既可作为独立产品,又是一代开放式的开发平台,为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。
特别重要的是,我国数控系统的可靠性已有很大提高,MPBF值可以在15000h以上。
同时大部分数控机床配套产品已能国内生产,自我配套率超过60%。
这些成功为中国数控系统的自行开发和生产奠定了基础[1]。
我国进行改革开放后,由于政策的开放,使得金属切削行业得以和世界上先进的机床制造国家进行技术交流,并通过引进技术,到80年代初,国产数控机床进入实用化阶段,1991年数控机床的产值数控化率为14.3%,到1997年数控机床产值数控化率为24.5%。
目前,我国数控机床(包括经济型机床)品种约有500个[2]。
但是,与国外数控车床相比,在性能、质量设计、制造等各方面存在较大差异,并存在许多不足:机械件的材质、加工精度、加工工艺存在较大差距,装配工艺也存在一定差距;主轴及卡盘刚性差,主轴定位准停不好;安全性较差,软硬件保护功能不够;刀片磨损快,生产成本高,效率低;硬件设计方面不规范,不符合国标,比如使用电压等级、电线颜色使用、图纸资料的绘制装订、提交等等,有的机床厂家甚至仍然停留在十年二十年前的设计思想;程序设计方面缺乏标准,不规范,逻辑性不强,故障率高,在使用过程中需不断对程序进行修改;外围元件布置及走线不规范,标牌线号不清,图纸与实物不符,维修困难;使用的元器件本身质量差,使用寿命短,故障率高,有的机床厂家为了降成本却忘记了质量、忘记了可靠性,选用一些国产的轴承、接触器、继电器、接近开关等元件,在生产过程中小故障连绵不断;柔性化不强,多品种生产困难。
而国外数控车床无论是设计水平,还是制造水平,都要高出国内数控车床。
机械件材质、加工精度、加工工艺、装配工艺比较好;软硬件设计有专门的标准,设计规范合理,配套件齐全,标牌标示清楚齐全;使用的元器件质量好,故障率低;新技术的应用及时领先;概括来说,精度及可靠性高、性能稳定故障率低[3]。
1.2.2数控系统的发展趋势随着微电子技术和计算机技术的发展,数控系统性能日臻完善,数控系统应用领域日益扩大。
为了满足社会经济发展和科技发展的需要,数控系统正朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及开放性等方向发展。
1.3伺服系统的特点数字控制,是一种自动控制技术,是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。
数控机床是采用了数控技术的机床,或者说是装备了数控系统的机床。
数控机床是典型的数控化设备,它一般由信息载体、计算机数控系统、伺服系统和机床四部分组成。
1.信息载体信息载体又称控制介质,用于记录数控机床上加工一个零件所必需的各种信息,以控制机床的运动,实现零件的机械加工。
常用的信息载体有穿孔带等,通过相应的输入装置将信息输入到数控系统中。
数控机床也可采用操作面板上的按钮和键盘将加工信息直接输入,或通过窜行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。
高级的数控系统可能还包含一套自动编程机或者CAD/CAM系统。
2.计算机数控系统计算机数控系统是数控机床的核心,它的功能是接受载体送来的加工信息,经计算和处理后去控制机床的动作。
它由硬件和软件组成。
硬件除计算机外,其外围设备主要包括光电阅读机、CRT、键盘、面板、机床接口等。
软件由管理软件和控制软件组成。
数控装置控制机床的动作可概括为:机床主运动、机床的进给运动、刀具的选择和刀具的补偿、其它辅助运动等。
3.伺服系统它是数控系统的执行部分,包括驱动机构和机床移动部件,它接受数控装置发来的各种动作命令,驱动受控设备运动。
伺服电动机可以是步进电机、电液马达、直流伺服电机或交流伺服电机。
4.机床它是用于完成各种切削加工的机械部分,是在普通机床的基础上发展起来的,但也做了很多改进和提高,它的主要特点是:由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统,因此数控机床的机械传动结构得到了简化,传动链较短;为了适应数控机床连续地自动化加工,数控机床机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性,热变形较小;更多地采用高效传动部件,如滚珠丝杠副、直线滚动导轨等;不少数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床工作效率[1]。
数控机床集中了传统的自动机床、精密机床和万能机床三者的优点,将高效率、高精度和高柔性集中于一体。
而数控机床技术水平的提高首先依赖于进给和主轴驱动特性的改善以及功能的扩大,为此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电机、机械传动等方面都有很高的要求。
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
在数控机床中,伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。
伺服系统接受来自CNC装置的进给脉冲,经变换和放大,再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。
这些轴有的带动工作台,有的带动刀架,通过几个坐标轴的综合联动,使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动,加工出所要求的复杂形状工件。
进给伺服系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节,是数控机床的重要组成部分。
它包含机械、电子、电机(早期产品还包含液压)等各种部件,并涉及到强电与弱电控制,是一个比较复杂的控制系统。
要使它成为一个既能使各部件互相配合协调工作,又能满足相当高的技术性能指标的控制系统,的确是一个相当复杂的任务。
提高伺服系统的技术性能和可靠性,对于数控机床具有重大意义,研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。
数控机床伺服系统的一般结构如下图所示:由于各种数控机床所完成的加工任务不同,它们对进给伺服系统的要求也不尽相同,但通常可概括为以下几方面:可逆运行;速度范围宽;具有足够的传动刚度和高的速度稳定性;快速响应并无超调;高精度;低速大转矩。
伺服系统对伺服电机的要求:1)从最低速到最高速电机都能平稳运转,转矩波动要小,尤其在低速如0.1r /min 或更低速时,仍有平稳的速度而无爬行现象。
2)电机应具有大的较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求。
一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。
3)为了满足快速响应的要求,电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数和启动电压。
电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力,才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。
4)电机应能随频繁启动、制动和反转。
随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展,数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。
使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。
由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID,使用灵活,柔性好。
数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施,使控制精度和品质大大提高[4]。
图1.1伺服系统结构图1.4设计的内容、目的和方法本次设计的内容是机床总体方案设计及总体布局图绘制、纵向及横向伺服进给机构的理论计算、结构设计及绘制装配图、典型零件绘制、数控系统(硬件连接图)设计、典型零件的数控车削加工程序编制及外文资料文献翻译,并撰写毕业设计论文。
设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识,解决工程实际问题的能力,提高综合素质和创新能力,受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高,培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度,加强团队合作精神。
在设计中,先通过参观及查阅等了解有关系统的工作原理,作用及结构特点。
选择合适的算法,根据计算结果查阅手册,得出相关的结构或零件。
在图纸的绘制中,充分图纸。
最后,完成硬件连接设计,编制典型零件的车利用软件的先进性,完成三张A削程序,撰写说明书。
2 总体方案设计2.1 方案设计及总体布局机床结构可以布置成卧式、立式、倒立式及斜置式等,根据设计任务——加工轴类和直径不太大的盘、套类零件,采用卧式斜床身形式。