毕业设计论文数控铣床机械结构设计.docx

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1、数控铳床机械结构设计摘要在本次的设计任务中，为实现数控铳床的结构设计，我们选用XA6132卧式升降台铳床作为基础，利用滚珠丝杠进行装置的传动，分别设计三根丝杠在横向工作台、纵向工作台和垂直向升降台上，使用步进电机进行驱动，实现数控铳床的机械结构设计。数控系统由输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置和辅助控制装置等几部分组成。数控装置是数控系统的核心，其它装置均受数控装置的控制。改造后的机床能利用微型计算机来控制直流伺服电机，驱动工作台进行X、Y、Z三个方向的进给运动，从而实现联动，该半闭环控制数控系统由测速发电机来反馈伺服电机的速度，同时由感应同步器来反馈滚珠丝杠的角位移量，具有机床自动进给的功

2、能。该系统可实现直线插补和圆弧插补，数控加工按轮廓编程，能自动适应刀具尺寸的变化。利用数控系统改造铳床是提高老设备利用率的一种常见方式。改造成功的设备不仅拥有了多元的加工方式，同时极大地降低了操作者的劳动强度。本文主要说明机床数控化的重要程度以及本次设计的具体数据计算。关键词：滚珠丝杠；数控装置；伺服驱动Mechanica1StructureDesignofCNCMi11ingMachineAbstractInthedesigntask,inordertorea1izethestructuredesignofCNCmi11ingmachine,WechooseXA6132horizonta11

3、iftingp1atformmi11ingmachineasthebasis,theuseofba11screwdeviceoftransmissionweredesignedthreescrewintransverseworktab1e,aworkbench1ongitudina1andperpendicu1artothep1atform,thesteppermotorisusedtodrive,themechanica1structuredesignofCNCmi11ingmachine.Thenumerica1contro1systemiscomposedofaninputandoutp

4、utdevice,anumerica1contro1device,aservodrivedeviceandanauxi1iarycontro1device.Thenumerica1contro1deviceisthecoreofthenumerica1contro1system,andtheotherdevicesarecontro11edbythenumerica1contro1device.Afterthetransformationofthemachinetoo1canusemicrocomputertocontro1theDCservomotor,todrivetheworkbench

5、forX,y,Zthreedirectionsfeedmotion,soastorea1izethesecondaxis,thesemic1osed1oopcontro1ofCNCsystembytachogeneratorfeedbackservomotorspeed,a1sobyinductosyntofeedbacktheang1edisp1acementofba11screw,withthefunctionofautomaticmachinetoo1feed.Thesystemcanachieve1inearinterpo1ationandarcinterpo1ation,CNCmac

6、hiningbycontourprogramming,canautomatica11yadapttochangesinthesizeofthetoo1.UsingCNCsystemtotransformmi11ingmachineisacommonwaytoimprovetheuti1izationrateofo1dequipment.Thesuccessfu1transformationoftheequipmentnoton1yhasadiverseprocessingmethods,whi1egreat1yreducingthe1aborintensityoftheoperator.Thi

7、spapermain1yexp1ainstheimportanceofthemachinetoo1numerica1contro1andthedesignofthespecificdataca1cu1ation.Keywords:Ba11screw,NCdevice,servodrive目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 数控机床发展的意义11.2 国内外的数控机床的比较21.3 数控未来发展的趋势21.3.1 采用开放式体系结构21.3.2 迅速提高的控制性能31.3.3 向现代化方向发展31.4 设计任务3第2章总体方案的确定42.1 总体方案设计的内容42.1.1 伺月艮驱

8、动42.1.2 数控装置52.1.3 系统功能52.1.4 采用环形分配器52.1.5 采用滚珠丝杠螺母副52.2 改造设计的要求62.3 本章小结7第3章伺服系统机械部分设计计算83.1 确定系统脉冲当量83.2 滚珠丝杠螺母副的设计，计算和选型83.2.1 纵向丝杠的选择93.2.2 横向丝杠的选择113.2.3 垂直向丝杠的选择133.3 传动效率计算153.4 齿轮传动比计算163.4.1 纵向丝杠传动比163.4.2 横向丝杠的传动比163.4.3 垂直丝杠的传动比163.5 步进电机的计算和选用173.5.1 纵向丝杠步进电机的计算173.5.2 横向丝杠步进电机计算193.5.3

9、 垂直向丝杠步进电机的计算213.6 本章小结23第4章技术经济学分析244.1 可靠性经济分析244.1.1 收集和分析可靠性资源244.1.2 确定和分配可靠性指标244.1.3 可靠性设计的技术经济分析244.2 新产品价值分析254.3 产品开发方案的技术经济评价254.4 数控铳床结构经济分析264.5 本章小结26结论27致谢28参考文献29第1章绪论1.1 数控机床发展的意义在当前社会，只有更加迅速的研发出更为先进的产品，同时保证价格和质量上的优势，以最快的速度去满足市场需求的变化，才能生存在这个激烈的市场中。普通机床和数控机床相比较，后者在加工上具有高度柔性、精度高、质量稳定、

10、效率好等特点，因此数控机床取代传统机床已经势在必行，是生产技术提高的重要环节。由于现代数控机床技术在以令人膛目结舌的速度发展，导致数控机床在很多加工行业的出场率也飞速提升，和传统机床比较，数控机床在加工柔性、精度质量、效率以及管理等方面具有相当大的优势，同时数控机床的自动化程度也很高，具有基本功能的自动处理和运行维护的能力，而且在维修的简便性上也有着巨大的优势。在现在这个高速发展的环境下，世界各国都高度重视机床工业，并且大范围的开发及应用高精、高效、高自动化的数控机床，以加速工业和国民经济的发展。在工业发达国家中，目前数控技术及数控应用产品在世界各地已经成为国家的重要战略物资，这种情况下，我国

11、若想在当今这个社会上加快发展，也就必须发展类似于数控技术的先进制造技术。通常传统机床进行多次修理后会出现零部件连接时的尺寸变化问题，故而很大概率发生故障甚至损坏，致使正常的修理方案无效。因此正确的数控系统才能使改造成功进行。我们改造中的目的很明确，就是要将机床变得更加稳定及可靠，让机床出现故障的几率降到最低。对于普通机床来讲，使用微机控制系统不仅可以提高工艺水准以及产品质量，同时还可以使操作者减轻负担，是当前改造非常好的选择。在当前的大环境下，技术、装备这两者无疑有着举足轻重的地位，现在几乎每天都有一些新兴的高新技术产品和产业问世，而这些产品和产业基本上都无法离开数控技术和工业装备的支持。它们

12、的发展程度可以充分表现出一个国家的综合国力和发展水平。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。”而数控技术则是当前最高端的生产资料。各国为了提高自己的制造能力及水平，都在大幅应用数控技术及装备，以提高自己在国际社会的话语权及竞争力。目前，发达国家的数控技术已成为重要的国家资源，在工业生产上对我们进行限制与封锁。这种环境下，中国若想及时跟上这个飞速发展的社会，则必须在数控技术等先进制造技术上有所建树。1.2 国内外的数控机床的比较在我国，传统机床的占比非常高，如今，全国为数众多的机床只有很小一部分的数控机床，占比不足3%O经过统计，我国每年能够生产

13、出的数控车床数量大约在6000台到8000台之间，而这些机床每年能够创造18亿元的产值。每年传统机床向数控化机床转换的比率是6%。对现在正在服役的机床来说，我们可以将其分为两部分，分别是役龄十年以上的和役龄未达到十年的两种，而在这两种机床中，前者在我国机床数量中所占的比例超过了60%,然而在剩下的机床里，虽然它们都是役龄不到十年的机床，但是其中只有不足一半的自动化机床，占总数的不足20%o根据上面所列举的数据，能够得知，传统机床还在我国的制造行业占据很重要的地位，超过半数的机床都已经工作了超过十年，这种情况存在很大的隐患。从上世纪六十年代至今，我国在数控方面也有了十足的进步，数控装备的产业化也

14、在有条不紊的进行，最明显的表现就是我们自己生产的数控机床在现在市场上的占有率不断提高，甚至在“九五”后期，占有率曾经高达50%o总的来说，我们已取得了十足的进步，在数控技术方面取得了不错的成绩，并且在其产业化方面也有了长足的进步，这些都是令人振奋的消息。但是，我们必须面对现实，在顶级技术的研发及应用方面，我们有着很大的需求量，而我们无法依靠自己的能力完全满足这些需求，这之间仍存在的问题。我国现在的数控技术发展速度与工业发达国家相比，落后的距离仍然很长，并有可能逐渐加大。在众多的发达国家中，作为新兴产业的数控产业已然处在一个快速发展的黄金时期。我们必须了解到，机床的数控化发展是永无止境的，因为作

15、为制造业中最重要的机床必须经过永不间断的发展才能满足这个处在飞速发展中社会的要求。1.3 数控未来发展的趋势经过数控技术的不断升级和改良，传统制造也变得愈加重要，现如今的制造业更是达到了现代工业化象征的地位。现在，对于很多重要的行业来说，数控技术的应用也是越来越重要，它对这些行业的发展起到了极其重要的作用，随着技术的发展，这些行业也在不断向着现代化、数字化的方向不断前进着。1.3.1 采用开放式体系结构自上世纪九十年代以来，基于计算计的先进资源，很多的生产厂商研发生产了开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、适应性、自动性，在智能化方向走出了很大的一步。1.3.2 迅速提高的控制性能随着PC机领域的高速发展，数控系统也加入了类似于自动适应控制等相关功能，并在人机操作界面进行了简单化的处理，同时系统可以在故障检测与处理方面有着超高的执行能力，本着降低劳动强度的理念，实现数控系统的自动化加工。1.3.3 向现代化方向发展本着适应当前市场的要求，坚持科学技术的持续发展，现代制造技术有着更高的需求O为了满足当前品种繁多、生产数量少的情况，数控机床就必须在结构功能方面进行有效的发展，模块化是当前的主要趋势，这样可以使机床的使用效率比例有着较明显的提高。为实现高效率与高自动化，大部分数控机床引入了自适应控制，自适应控制可以自动进行很多工艺参数的