毕业设计(论文)
Ｘ6130万能升降台铣床数控化改造总体及纵向进给伺服系统设计
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摘要
本文主要设计X6130数控铣床纵向进给系统设计部分，机械结构采用交流伺服电机与滚珠丝杠直接相连的方式，其控制方式采用交流伺服驱动系统半闭环控制。在对进给系统机械结构进行设计的过程中，主要对滚珠丝杠螺母副和直线滚动导轨副进行了计算、校核，确保了机械传动部件的精度和刚度；通过计算，选择了电气驱动部分，包括交流伺服电机和与之匹配的伺服单元.滚动直线导轨；滚珠丝杠螺母副选取汉江机床厂提供的外循环双螺母凸出式双螺母对旋预紧滚珠丝杠。
关键词：半闭环控制，直线滚动导轨；滚珠丝杠螺母副；交流伺服电机
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Abstract
In this paper,the main design X6130CNC milling machine vertical feed system design, mechanical structure adopts AC servo motor and ball screw directly connected,the control mode of AC servo driving system of semi closed loop control.On the feeding system of the mechanical structure of the design process,mainly on the ball screw nut pair and the linear rolling guideway were calculated,verification,to ensure that the mechanical transmission precision and rigidity;by calculating,chose electrical driving part,including AC servo motor and the matched servo unit of linear rolling guide;ball screw pair selection of Hanjiang Machine Tool Plant with outer circulation double nut convex type double nut on the ball screw screw preload.
Key Words:Semi closed loop control,linear rolling guideway;ball screws;AC servo motor
目录
摘要...............................................................................................................................................I Abstract............................................................................................................................................II 目录............................................................................................................................................III 第一章数控机床简介. (5)
1.1数控机床特点 (5)
1.2数控机床的优点 (6)
1.3机床数控化改造的意义 (6)
1.4机床数控改造的意义 (6)
第二章总体方案拟定 (7)
2.1确定数控铣床的总体目标 (7)
2.2确定机床的总体布局 (7)
2.2.1机床的运动分配 (7)
2.2.2机床结构布局 (8)
2.2.3机械系统的传动、支承、导向方式 (8)
第三章主要改造内容 (9)
3.1伺服控制系统的选择 (9)
3.2机械部分改造 (9)
3.2.1床头箱部分 (9)
3.2.2进给系统（纵向）的改造 (10)
3.2.3导轨改造 (11)
3.3数控系统的选择 (11)
第四章纵向进给传动的计算 (12)
4.1铣削工件时铣削力的计算 (12)
4.1.1铣削抗力分析 (12)
4.1.2进给工作台工作载荷计算 (13)
4.1.3首先初步估算工作台的重量 (14)
4.1.4铣削用量选择 (15)
4.1.5铣削力的计算 (16)
4.2导轨的设计与选型 (17)
4.2.1导轨概述 (17)
4.2.2滚动直线导轨副的计算 (19)
4.3滚珠丝杠螺母副的选型与计算 (22)
4.3.1滚珠丝杠螺母副概述 (22)
4.3.2滚珠丝杠螺母副的选型与计算 (23)
4.4电机的设计选用 (28)
4.5进给传动系统的动态特性分析 (30)
4.6驱动电动机与滚珠丝杠的连接 (33)
4.6.1联轴器 (33)
4.6.2.凸缘联轴器 (35)
参考文献 (37)
致谢 (38)
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第一章数控机床简介
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。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性、高效能的自动化机床，是典型的机电一体化产品。
数控机床一般由下列几个部分组成：
1）主机，它是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件，是用于完成各种切削加工的机械部件。
2）数控装置，是数控机床的核心，相当于人的大脑，它包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
3）驱动装置，它是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动系统、伺服驱动系统、主轴电机及伺服电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线以及曲面的加工。
4）辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。
1.1数控机床特点
与普通机床相比，数控机床有如下特点：
1）加工精度高，具有稳定的加工质量；
2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；
3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；
4）机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机
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床的3-5倍）；
5）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；
6）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。
1.2数控机床的优点
数控机床能缩短生产准备时间，增加切屑加工时间的比率；
使用数控机床进行生产，加工的零件精度高，产品质量稳定,从而有效的提高了产品在市场上的竞争力；
数控机床具有广泛的适应性和较大的灵活性，因此能够完成很多普通机床很难完成或者根本不能加工的、具有复杂型面、要求高精度的零件的加工；
许多数控机床如加工中心具有自动换刀功能，使零件一次装夹之后就能够完成多个加工部位的加工，实现了一机多用，大大节省了设备和厂房面积；
生产者可以对生产成本进行预算，并对生产进度进行合理的安排，以达到提高经济效益的目的；
应用数控机床进行生产，减轻了工人的劳动强度，提高了工人工作的环境质量，增加了工人的生产积极性，促进了生产，提高了生产效率。
1.3机床数控化改造的意义
制造技术和自动化水平的高低已成为一个国家或地区经济发展水平的重要标志，而其中最具代表性的就是数控机床。目前，我国是机床生产大国，但不是机床制造强国，国产机床的发展仍然难以支撑国民经济和国防军工的需要。与世界先进水平相比差距仍然十分明显。因为一方面我国普通机床保有量大，要将普通机床淘汰掉是不经济的，也是不现实的；另一方面，从我国目前生产状况来看，仍然以生产普通机床为主。然而，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、精度低、成本高、供货期长等缺点，从而使产品在国际、国内市场上缺乏竞争力，这将直接影响一个企业的生产效益以及生存和发展。所以大力提高机床的数控化率已迫在眉睫，有很大的意义，而且普通机床的数控化改造将会长期存在，并会不断的发展。
1.4机床数控改造的意义
1）节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大
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型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。
2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
3）提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
4）可以采用最新的控制技术。可以根据技术革新的发展速度及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改造为具有当今水平的机床。
第二章总体方案拟定
2.1确定数控铣床的总体目标
本课题设计的立式数控铣床可以铣削平面和沟槽，也可加工空间曲面；若将铣刀换成钻头或绞刀，则可加工光孔或螺纹孔。铣床主要技术参数如下：
工作台工作面尺寸（长×宽）300X1100
工作台最大行程：纵向680mm纵向270mm垂直380mm
工作台T型槽数3
工作台T型槽宽18mm
工作台T型槽间距90mm
快速移动速度10m/min
最小分辨率0.001mm
定位精度±0.015mm
重复定位精度±0.02mm
2.2确定机床的总体布局
2.2.1机床的运动分配
本课题拟解决问题的思路是机床的总体布局、机械传动部分、进行优化组合，设计出精度高、灵活性强的立式数控铣床。由于工作台尺寸较大，可加工较重或尺寸较高的
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工件，故机床运动分配如下：主运动：刀具的旋转运动；进给运动：工作台X、Y方向的进给运动和铣刀头带着刀具Z方向的垂直进给运动；
2.2.2机床结构布局
本机床采用床身框式立柱的“L”型结构形式，主轴箱装在框式立柱中间，设计成对称形结构。框式立柱布局要比单立柱少承受一个扭转力矩和一个弯曲力矩，因而受力后变形较小，有利于提高加工精度；框式立柱布局的受热与热变形是对称的，因此，热变形对加工精度的影响小。
Y向滑座相对于机床床身作进给运动，X向座相对于Y向作进给运动，工作台固定在X向座上，工作台不做垂直方向运动；主轴箱沿框式立柱在沿垂直导轨上下移动。
由于机床尺寸较大，为了方便操作者的操作与观察，将人机界面设置为吊挂按钮站。
2.2.3机械系统的传动、支承、导向方式
1.机床进给系统传动方案
机床X、Y方向进给系统分别采用交流伺服电机驱动，通过电机与滚珠丝杠直接相连，将旋转运动转化为直线进给运动其传动的机械装置如图2.1所示。这种传动方案采用负载能力强的交流伺服电机，直接通过丝杠带动工作台进给，传动链短，刚度大，传动精度高，是现代数控机床进给传动的主要组成形式。
图2.1进给传动的机械装置
2.机床进给系统的支承、导向方式。
X方向进给系统由Y方向进给系统支承，采用一端固定、一端支撑的方式支承，固定端选用一对背对背安装的角接触球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。
本机床属于中型机床，导向方式采用矩形导轨，矩形导轨承载能力高，制造方便。
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本设计选用线性滚动导轨。
第三章主要改造内容
3.1伺服控制系统的选择
因要求改造后的车床为经济型数控车床。所以在保证具有一定加工精度的前提下，从改造成本考虑。应简化结构，降低成本。可采以步进电动机为驱动装置的开环系统，但是考虑到加工精度的要求，应采用以伺服电动机为驱动的半闭环伺服系统。半闭环系统的环路短，刚性好，较容易获得较高的精度和速度，目前大多数数控机床都采用半闭环系统，而随着机电一体化技术的发展，伺服电动机生产厂家在生产中就把电机和检测元件直接安装在一起，形成成套的产品，极大的方便了用户，省去了安装调整误差。（半闭环控制系统如下图1所示）
图3-1半闭环控制系统原理图
3.2机械部分改造
3.2.1床头箱部分
保留主轴箱内的滑移齿轮，取消操作手柄。将原床身的挂轮、进给箱及内部传动齿轮系统去除，其余部分保持不变。在该处安装纵向伺服电动机与齿轮减速箱总成。丝杠、光杠和操作杆（“三杆”）拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠。滚珠丝杠的另一端支承座安装在
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车床尾座原来装轴承座的部分。并在主轴箱后端安装光电编码器。编码器的安装方式有两种，一种是安装，另一种是异轴安装。因为原机床主动挂轮与主轴传动比为1:1，所以可将编码器安装于原机床主动挂轮处。这种安装方式较简单，易安装。
3.2.2进给系统（纵向）的改造
将车床溜板箱拆除，在原处安装滚珠丝杠螺母座，丝杠螺母固定在其上。将横溜板中的普通丝杠、螺母拆除，在该处安装纵向进给滚珠丝杠螺母副，伺服电机与丝杠间采用一级减速器联接,以缩小传动链,提高系统刚度,并减少传动链误差。纵向伺服电动机与齿轮减速器总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠通过膜片联轴器相连。膜片联轴器的特点是易平衡，不需润滑。结构简单，有一定的补偿性能和缓冲性能。因其尺寸较大，故可将其放在减速箱内。
纵向滚珠丝杠选择南京工艺装备公司生产的FFZL型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副。型号为FFZL2505-3【1】,其公称直径d0=25mm、基本导程L0=5mm。滚珠丝杠的支撑方式选用两端固定式，其传动精度高，并有较好的刚度。适合于距离不长的场合。滚珠丝杠需要预紧，其大小约为轴向力的三分之一。
减速箱齿轮传动初定传动比为2，可取Z1=24则Z2=48,齿宽B=16.在设计齿轮传动时，为了提高传动精度，必须消除齿轮副的间隙。数控机床进给系统由于经常处于变向状态,反向时如果驱动链中的齿轮等传动副存在间隔,就会使进给运动的反向滞后于指令信号,从而影响其传动精度,因此24/48这一对齿轮还必须采取措施消除齿轮传动中的间隙,以提高数控机床进给系统的传动精度。齿轮间隙的调整采用圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿法来实现,其结构如图2所示。
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图3-2齿轮间隙的调整结构图
图中,在2个薄片齿轮1和2上装有螺纹的凸耳4和8,弹簧的一段钩在凸耳4上,另一端钩在螺钉5上。弹簧3所受的张力大小可用螺母6来调节螺钉5的伸出长度,调整好后再用螺母7锁紧。
在选择伺服电机时应考虑以下几点：a、惯量匹配，即0.25≤Jd/Jm≥1，其中Jd为折算到到电动机的负载惯量，Jm为电动机转动惯量。b、转矩伺服电机的额定转矩必须满足实际需要，但是不需要留有过多的余量，因为一般情况下，其最大转矩为额定转矩的3倍。c、短时间特性(加减速转矩)，工作负载转矩大于电动机加减速转矩。
根据以上原则，取电动机型号为1FT5066-0A01△【2】
3.2.3导轨改造
因原机床的导轨精度不能满足数控机床的要求。但改造的原则是尽量保持原机床的部件。故只能将导轨加以利用。导轨表面贴塑的方法可使得导轨精度提高。因此可在导轨上加四氟乙烯软带。其特点是，摩擦系数低，运动平稳，可吸收震动，维修方便，损坏后更换容易。在本次设计中采用美国霞板公司研制的德尔赛塑料导轨软带。
3.3数控系统的选择
机床数控系统(CNC系统)是数控机床的控制核心，随着机床数控技术的不断发展与进步，提高了数控机床的整体性能，尤其是它的加工精度和生产效率提高得更为显著，现在，数控机床已在机械工业生产中得到广泛应用。
目前市场上流行的数控系统，如FANUC、西门子、华中数控系统等，本设计为经
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济行数控车床，只要满足设计要求功能及精度即可。通过比较，国内的华中数控系统不仅能达到要求，并且价格便宜，是数控机床的改造的首选系统，根据功能要求，选择华中HNC-21TF型数控系统。
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第四章纵向进给传动的计算
在现代数控机床中，为得到高速下的平稳运行，并具有较高的定位精度且防止爬行，要求进给系统中的机械传动装置和元件具有较高的灵敏度，低摩擦阻力和动、静摩擦系数之差以及高寿命等特点，而滚动导轨和滚珠丝杠螺母副能较好的满足这些要求。因此本工作台的设计采用了滚动导轨加滚珠丝杠螺母副的组合。
4.1铣削工件时铣削力的计算
4.1.1铣削抗力分析
铣削运动的特征：主运动为铣刀绕自身轴线高速旋转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（铣键槽时，可使键槽铣刀沿轴线进给）。铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式。圆柱铣刀和端铣刀的切削部分都可以看做车刀刀头的演变，铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀。它的切削基本规律与车削相似，所不同的是铣刀回转，刀齿数多。
通常假定铣削时铣刀受到的铣削抗力是作用在刀齿某点上，如图1所示。设刀齿上受到铣削抗力的合力为F,将F 沿铣刀轴线、径向和切向进行分解，则分别为轴向铣削力F}、径向铣削力F，和切向铣削力F 二。切向铣削力F 二是沿铣刀主运动方向的分力，它消耗铣床主电动机功率（即铣削功率）最多。因此，切向铣削力F 二可按铣削功率P E (kW)或主电动机功率P E （kw）算出。
N v N v m E z
m z P F P F 1010
3
3×=×=η
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式中:v—机床主轴的计算转速（主轴传递全部功率时的最低切削速度,m/s)；
ηm—机床主传动系统的传动效率，一般取，ηm～0.8。
图4.1铣削抗力及工作台上的载荷
4.1.2进给工作台工作载荷计算
作用在进给工作台上的合力F′与铣刀刀齿受到的铣削抗力F的合力大小相同、方向相反，如图所示。合力F′就是设计和校核工作台进给系统时要考虑的工作载荷可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力：工作台纵向进给方向载荷F1，工作台纵向进给方向载荷Fc，工作台垂直进给方向载荷Fv。
进给工作台的工作载荷F1、Fc和Fv与切向铣削力Fz之间有一定的经验比值（见表1）。因此，计算出Fz后，即可计算出进给工作台的工作载荷F1、Fc和Fv。
表4.1工作台工作载荷与切向铁削力的经验比值
从图2-3可知，圆柱铣削时，a e为待加工表面与已加工表面之间的垂直距离；端铣时，
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a e
恰为工件宽度，不是待加工表面与已加工表面之间离。图4.2顺铣与逆铣
图4.2表示圆柱铣的顺铣和逆铣的不同方式。顺铣时，纵向进给方向载荷F1与进给方向一致，垂直进给方向载荷Fv 向下,逆铣时方向相反。
图4.2表示对称端铣和不对称端铣。对称端铣分有顺铣和逆铣之分。
在表1中，d。表示圆柱铣刀直径或端铣刀直径（mm）,a f 表示每齿进给量（mm/齿），
即铣刀每转一个齿间角时工件与铣刀的相对移动量。每齿进给量a f 、每转进给量f 和
工作台的进给速度v f 三者之间的关系为
Zn a v f f =mm/min
式中：Z-铣刀齿数；
n-铣刀转速（r/min）
4.1.3首先初步估算工作台的重量
首先要初步估算工作台的重量及铣削工件的最大切削力才能进行设计。
X 轴方向移动的工作台尺寸：长×宽×高为900×600×803mm ,重量约为3302.2N，
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最大行程630mm ；
Y 轴方向移动的工作台尺寸：长×宽×高为300×300×803
mm ,重量约为
550.368N，最大行程400mm ；
设夹具及工件的质量约为200Kg，重量约为1960N ；
则XY 工作台总质量约为480.83kg,总重量约为5812.573N（包括夹具及工件）。4.1.4铣削用量选择
铣削用量选择原则：首先应尽可能取较大的切削深度p a 及切削宽度e a 然后尽可能取较大的每齿进给量f a ，最后才尽可能取较大的铣削速度v 。粗铣时余量大，加工要求低，主要考虑铣刀的耐用度及铣削力的影响；而精铣时余量小，加工要求高，主要考虑加工质量的提高。
1.铣削深度p a 的选择
（1）当工件表面要求的光洁度为3?时，通常铣削无硬皮的钢料时，3~5p a mm =；铣削铸钢或铸铁时5~7p a mm =。
（2）当工件表面要求的光洁度为4~5??时,可分粗铣、半精铣、两步铣削。粗铣后留0.5~1.0mm 余量。
（3）当工件表面要求的光洁度为6~7??时,可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削。半精铣 1.5~2.0p a mm =，精铣0.5p a mm =左右。
2.每齿进给量f a 的选择
当铣削深度p a 选定后，尽可能取较大的每齿进给量f a 。粗铣时限制每齿进给量f a 的是铣削力及铣刀容屑空间的大小，当工艺系统刚性俞好及铣刀齿数愈少时，f a 可取得愈
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大；半精铣及精铣时限制每齿进给量f a 的是工件表面光洁度。光洁度要求愈高，f a 应俞小。
4.1.5铣削力的计算
铣床通常用于铣削平面和沟槽。铣刀又分为圆柱铣刀、立铣刀、盘形铣刀、端铣刀、半圆弧铣刀、T 形槽铣刀。其中用立铣刀铣削沟槽时的铣削力最大，故按用立铣刀铣削沟槽时计算铣削力。
铣削力与铣刀材料、铣刀类型、工件材料的硬度、铣削宽度、铣削深度、每齿进给量、铣刀直径、铣刀齿数有关。可按《金属切削原理及应用》中的公式进行计算：
2
.012.03.100.175.01.16082581.9???××=n Zd a a a F p f
e z 铣削沟槽时采用粗齿高速钢立铣刀，按工件材料为275/b σ=公斤力毫米的碳钢来设计。查《金属切削手册》，选择铣削用量为铣刀直径mm d 1000=，铣刀齿数6=Z ，铣削宽度mm a e 60=，每齿进给量mm a
f 18.0=，铣削深度z mm a p /18.0=，铣刀的切削速度s m m v /7.3min /222==。
采用端面铣刀在主轴上的计算转速下进行强力切削，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。
由Dn v π=得：s
r D v n /121010014.3/7.33=××==?π故N
F z 498360121006518.06082581.92.012.03.10.175.01.1=××××××××=???主切削力分解到Y 方向上的分力是：
N
F F z c 4734489395.095.0=×==
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4.2导轨的设计与选型
4.2.1导轨概述
导轨主要用来支撑和引导运动部件沿一定的轨道运动。在导轨副中，运动的一方称为动导轨，不动的一方称为支承导轨。动导轨相对于支承导轨运动，通常作直线运动和回转运动。
1.对导轨的要求
1)导向精度高
导向精度主要是指导轨沿支承导轨运动的直线度和圆度。影响导向精度的主要因素有导轨的几何精度、导轨的接触精度、导轨的结构形式、动导轨及支承导轨的刚度和热变形，还有装配质量。
导轨的几何精度综合反映在静止或低速下导轨的导向精度。直线运动导轨的检验内容主要是：导轨在垂直平面内的直线度，导轨在水平平面内的直线度，在水平面内两条导轨的平行度。例如：导轨全长为20m的龙门刨床，其直线度误差为0.02/1000，在导轨全长范围内为0.08mm。圆周运动导轨几何精度的检验内容与主轴回转精度的检验方法相类似，用导轨回转时端面跳动和径向跳动表示。例如：最大切削直为4m的立车，其允差规定为0.05mm.
2)耐磨性好及寿命长
导轨的耐磨性决定了导轨的精度保持性。动导轨沿支承导轨长期运行会引起导轨的不均匀磨损，破坏导轨的导向精度，从而影响机床的加工精度。例如：卧式车床的铸铁导轨，若结构欠佳、润滑不良或维修不及时，贝。靠近床头箱一段的前导轨，每年磨损量达0.2-0.3mm，这样就降低了刀架移动的直线度及对主轴的平行度，加工精度也就下降了。与此同时，也增加了溜板箱中开合螺母与丝杠的同轴度误差，加剧了螺母与丝杠
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的磨损。
3)足够的刚度
导轨要有足够的刚度，保证在载荷作用下不产生过大的变形，从而保证各部件间的相对位置和导向精度。
4)低速运动的平稳性
在低速运动时，作为运动部件的动导轨易产生爬行。’进给运动的爬行将提高被加工表面的表面粗糙度值，故要求导轨低速运动平稳，不产生爬行，这对于高精度的机床尤其重要。
5)工艺性好
设计导轨时，要注意到制造、调整和维护的方便，力求结构简单、工艺性和经济性好。
2.对导轨的技术要求
1)导轨的精度要求
滑动导轨，不管是V一平型还是平一平型,导轨面的平面度通常取0.01-0.015mm，长度方向的直线度通常取0.005-0.01mm；侧导向面的直线度取0.01-0.015mm，侧导向面之间的平行度取0.01-0.015mm，侧导向面对导轨底面的垂直度取0.005-0.01mm.镶钢导轨的平面度必须控制在0．005-0．01mm以下，其平行度和垂直度控制在0.01mm 以下。
2)导轨的热处理
数控机床的开动率普遍都很高，这就要求导轨具有较高的耐磨性，以提高其精度保持性。为此，导轨大多需淬火处理。导轨淬火的方式有中频淬火、超音频淬火、火焰淬火等，其中用的较多的是前两种方式。
基于PLC的数控车床电气控制系统设计毕业论文_(2)[1]
摘要 数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。 本文正是针对这一问题展开工作的。本文介绍了用三菱FX2N微型可编程控制器对CK9930机床的电气控制部分的改造设计，重点阐述了数控机床PLC的功能、机床的电气控制原理及相应的PLC程序编制与调试三方面的问题。并且详尽地展示了PLC控制程序的开发过程。 根据数控车床所承担加工任务的特点，可知其操作过程比较复杂。要用PLC 控制车床动作，必须将PLC及其控制模块和相应的执行元件加以组合。所以在该控制程序的开发过程中，采用了模块化的结构设计方法。 本文主要完成了主轴控制、坐标轴控制、自动换刀控制、定时润滑控制以及报警处理等功能的PLC控制程序的开发。并且利用FXGP_WIN-C软件编写了该机床的PLC控制程序，并借助其运行、监控功能，通过相关设备，观察了程序的运行情况。 关键词：PLC控制，数控车床，梯形图
目录 第一章概述 (1) 1.1 数控系统的工作原理 (1) 1.1.1 数控系统的组成 (1) 1.1.2 数控系统的工作原理 (2) 1.2 PLC的硬件与工作原理 (3) 1.2.1 PLC的简介 (3) 1.2.2 PLC的基本结构 (3) 1.2.3 PLC的工作原理 (4) 第二章数控车床的PLC (5) 2.1 数控车床PLC的信息传递 (5) 2.2 数控车床中PLC的功能 (6) 2.2.1 PLC对辅助功能的处理 (6) 2.2.2 PLC的控制对象 (6) 2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能 (7) 2.4 利用PLC代替继电器—接触器控制方式的优越性 (8) 第三章 CK9930数控车床电气控制分析 (9) 3.1 车床主要结构和运动方式 (9) 3.2 车床对电气控制的要求 (9) 3.3 车床的电气控制电路分析 (10) 3.3.1 主电路分析 (11) 3.3.2 控制电路分析 (11)
摘要 数控技术作为现代制造业的核心技术之一，在各行各业得到了广泛的应用，在机械制造行业当中，数控铣床由于可以以较高的精度实现多工种加工已经成为现代机械制造业中不可缺少的加工设备。据原有的普通铣床X6130铣床，将其数控化改造确定电动机的功率，根据其具体结构选择合适的变频器，PLC,直流驱动器等，根据精度的要求和转速，确定机床的电器设计和私服系统的设计，并进行一定的参数效核，并完成改造后机床部件的结构设计；完成铣床数控化的电气设计；完成电器原理设计和机床结构设计；完成改造所需的电器部件的选择和其参数的效核；完成相应的设计说明书；完成于本设计相关的论文一篇；完成铣床的结构设计，以装么配图的方式表述；完成改造后的装配图。 关键词：数控技术；铣床；改造；控制电路
ABSTRACT One of the key technology of NC technology as the modern manufacturing industry, has been widely used in all walks of life, in the mechanical manufacturing industry, CNC milling machine can realize the high precision work processing has become indispensable to modern processing equipment in mechanical manufacturing. According to the original general milling machine, X6130 milling machine, the numerical control transformation to determine the motor power, and according to the specific structure of choosing suitable frequency converter, PLC, DC drive, according to the required accuracy and speed, to determine the design of electrical machine design and PW system, and the effect of some parameters of nuclear, structure design and complete after the transformation of the machine tool components; complete electrical design milling CNC; complete electrical design principle and structure of machine tool design; complete the transformation of the electrical components selection and the parameter effect nucleus; completed the design of the corresponding instructions; to complete the design related to a paper; structure design milling machine, in order to install do some way; the assembly after the completion of the transformation. Keywords: Numerical Control Technology;Milling Machine；Reform； The Control Circuit
习题1-2 数控机床控制系统 一. 判断下列说法的对错，并将错的地方改正。 1. （ ）主轴（spindle ）转速控制，刀具（tool ）自动交换控制属于数控系统的辅助功能。 2. （ ）数控系统的主要功能是控制运动坐标的位移及速度。 3. （ ）轮廓控制数控系统控制的轨迹一般为与某一坐标轴(axis)相平行的直线。 4. （ ）直线控制数控系统可控制任意斜率的直线轨迹。 5. （ ）开环控制数控系统无反馈（feedback ）回路。 6. （ ）配置SINUMERIK 802S 数控系统的数控机床采用步进电动机作为驱动元件。 7. （ ）闭环控制数控系统的控制精度(accuracy)高于开环控制数控系统的控制精度。 8. （ ）全闭环控制数控系统不仅具有稳定的控制特性，而且控制精度高。 9. （ ）半闭环控制数控机床安装有直线位移检测装置。 10. （ ）机床工作台（table ）的移动是由数控装置发出位置控制命令和速度控制命令而实现的。 11. （ ）刀具（tool ）按程序正确移动是按照数控装置发出的开关命令实现的。 12. （ ）机床主轴（spindle ）的起动与停止是根据CNC 发出的开关命令，由PLC 完成 的。 13. （ ）CNC 中位置调节器是用模拟调节器。 14. （ ）在双环进给轴控制器中，转速调节器的输入是位置调节器的输出。 15. （ ）穿孔纸带（tape ）是控制介质的一种。 16. （ ）软盘属于输出装置。 17. （ ）M 功能指令被传送至PLC-CPU ，用PLC 程序来实现M 功能。 图1-2-1 数控机床控制方式
18.（）数控加工程序中有关机床电器的逻辑控制及其他一些开关信号的处理是用PLC 控制程序来实现的，一般用C语言编写。 19. （）HAAS立式加工中心的自动换刀动作是这样完成的：换刀指令经CNC-CPU译码后，由轴控制器(axis controller)控制完成。 20. （）HAAS立式加工中心(vertical machining center)共有三个坐标轴，其控制主要由PLC完成。 21. （）CNC machines generally read and execute the program directly from punched tapes. 22. （）CNC对加工程序解释时，将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能。刀具（tool）的选择和交换即属于开关功能。 23. （）位置调节器的命令值就是插补器发出的运动序列信号。 24. （）目前的闭环伺服系统都能达到0.001μm的分辨率。 25. （）经济型数控机床一般采用半闭环系统。 26. （）数控机床一般采用PLC作为辅助控制装置。 27. （）半闭环和全闭环位置反馈系统的根本差别在于位置传感器安装的位置不同，半闭环的位置传感器安装在工作台上，全闭环的位置传感器安装在电机的轴上。 28.（）只有半闭环系统需要进行螺距误差补偿，而全闭环系统则不需要。 29.（）数控机床的数控系统主要由计算机数控装置和伺服系统等部分组成。 二. 填充，以完成下列各表述。 1.只有在位置偏差（跟随误差）为时，工作台才停止在要求的位置上。 2.半闭环控制中，CNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过传动 机构，将角度转换成工作台的直线位移。 3.开环伺服系统主要特征是系统内没有装置，通常使用为伺服执行机构。 4.辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的指令信号，主要控制装置是。 5.数控机床控制系统包括了、、、、、。 6. 进给伺服系统是以为控制量的自动控制系统，它根据数控装置插补运算生成的，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。 7. 闭环和半闭环控制是基于原理工作的。 8. 数控机床的基本组成包括、、、、、以及机床本体。 图1-2-2 HAAS立式加工中心
数控铣床毕业设计 毕业设计 （2013届） 题目凸件的加工 系（院）漯河职院机电系 专业数控技巧 班级 学号 学生姓名 指导教师张超凡师长教师上交日期2014.01.04
摘要 本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺筹划的分析，工装筹划切实其实定，刀具和切削用量的选择，肯定加工次序和加工路线，数控加工法度榜样编制。经由过程全部工艺的过程的制订，充分表现了数控设备在包管加工精度，加工效力，简化工序等方面的优势。 目录 第1章前言 第2章数控机床的产生与成长 2.1 数控机床的产生 2.2 数控机床的成长 第3章工艺筹划分析 3.1 零件图 3.2 零件图分析
3.3 肯定加工办法 3.4 肯定加工筹划 第4章工件的装夹 4.1 定位基准的选择 4.2 定位基准选择的原则 4.3 肯定零件的定位基准 4.4 装夹方法的选择 4.5 数控铣床常用的装夹方法 4.6 肯定合理的装夹方法 第5章刀具及切削用量 5.1 选择数控刀具的原则 5.2 选择数控铣削用刀具 5.3 设置刀点和换刀点 5.4 肯定切削用量 第6章典范轴类零件的加工 6.1 凸件加工工艺分析 6.2 凸件的加工工艺 6.3 加工法度榜样的编辑 第7章停止语 第8章申谢词 参考文献 第1章前言
在机械加工工艺教授教化中，机械制造专业学生及数控技巧专业学生都要进修数控车床操作技巧。让学生懂得相干工种的先辈技巧，同时培养工作岗亭的前瞻性；在讲解数控常识的同时，必须要肄业生控制根本的机械加工工艺，加强体系意识，懂得手动操作与主动操作之间的接洽，真正把学生培养成为适应各类工作情况和岗亭的多面手。数控车工基本工艺理论及技能有机融合，包含夹具的应用、量具的识读和应用、刃具的刃磨及应用、基准定位等，分类论述了车床操作、数控车床主动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。以机械加工中车工工艺学与数控车床技能练习密切结合为主线，常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清楚地展示了数控车工必须控制的常识和技能的练习门路。对涉及与数控专业相干的基本常识、专业计算，都进行了有针对性的阐述，目标在于塑造理论充分、技能扎实的专业技能型人才。 本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工次序和典范零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺筹划分析，机床的选择，刀具加工路线切实其实定，数控法度榜样的编制，最终形成可以指导临盆的工艺文件。在全部工艺过程的设计过程中，要经由过程分析，肯定最佳的工艺筹划，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方法，使得零件加工便利、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在包管零件精度的情况下，加工效力最高、刀具消费最低。最终形成的工艺文件要完全，并能指导实际临盆。 第二章数控机床的产生及成长
普通铣床的数控化改造
系部： 班级： ： 学号：2011134018 第一章普通铣床的数控化改造总体方案的设计 一：普通铣床的数控化改造方案的设计 1.原来的XQ6125B普通升降 台铣床的用途 原XQ6125B卧式万能升降台铣床是属于 通用机床，主要适用于加工单件、小批量生 产和工具修理部门，也可以用于成批生产部 门。可利用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型 铣刀和端面铣刀等，铣削各种平面、斜面、 成型表面、沟槽及齿轮等。还可以利用分度 头，可以加工各种螺旋槽。外观如图1-1。 对于它的数控化改造用于扩大加工围，提高加工精度，提高工作效率，满足生产急需是非常必要的，从经济角度上也是可行的。图1-1 XQ6125B普通升降台铣床外观图
2.总体设计任务 将原来的X6132要改造成加工精度高、定位准确、可靠，扩大其加工围，提高加工效率，各性能参数有所提高，使其可以铣削圆弧面与斜面等形状复杂的高精度零件(如凸轮轴)。 3.总体设计方案 经济型数控铣床的改造，为了保证被改造后的性能不低于原铣床，选X 、Z 坐标快进速度不低于2.4m/min ，水平拖动力按15KN 计算，则所需的功率为： P=FV=15?60 4.2=0.6Kw 如果采用步进电机作为伺服驱动元件，步进电机达不到此功率要求。 例如：200BF001反应式步进电机，最大静转矩为M N ?8.16，最高运行频率为11000step/s ，步距角为1/6°，若取最高工作频率下的工作扭矩为静扭矩的1/4，则高速小的功率为： KW W P H 1334.04.133180 6110008.1641==????=π 因此，如果选用步进电机，必须相应地降低机床的某些性能，主要是快速性。另一方面由于步进电机在低速工作时有明显的冲动，易自激振荡，而且激振频率很可能落入铣削加工所用的进给速度围，着对加工极为不利，造成工件超差。此外，由于步进电机没有过载能力，高速时扭矩下降很多，容易丢失，大功率步进的驱动较困难等，选用步进电机驱动是不合适的。 若采用直流或交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难得多，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙，干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于所改造数控铣床工件的加工精度不十分高，采用闭环系统的
摘要 毕业设计是在原有普通铣床的基础上,对其进行改造,成为三坐标数控铣床。该机床能通过三轴联动，实现曲线直线等不同的加工路线。 所设计的三坐标数控铣床，三个坐标方向的移动均由步进电机带动，主轴电机采用交流电机，所有电机均由单片机进行控制。设计主要对数控铣床的机构进行设计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、Y,Z工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择优选取；单片机控制系统的设计，进一步熟悉其应用。 在数控机床系统中，加工精度和加工可靠性是伺服系统决定的，本文对普通铣床的数控化改造进行了分析和设计，通过对普通铣床的数控化改造，提高了普通铣床的加工能力和加工范围，节省了直接购买机床的部分资金，具有很好的经济效益。 关键词：铣床, 数控, 三坐标
目录 摘要 (1) Abstract (2) 前言 (5) 第一章概论 (6) 1.1数控机床的产生及发展 (6) 1.2数控机床的组成及分类 (6) 1.2.1 数控机床的组成 (6) 1.2.2 数控机床的分类 (8) 1.3数控机床的特点及应用范围 (9) 1.3.1 数控机床的特点 (9) 1.3.2 数控机床的应用范围 (9) 第二章设计主要参数及基本思想 (10) 2.1课题要求 (10) 2.1.1 题目名称（包括主要技术参数）及技术要求 (10) 2.1.2 课题内容及工作量 (10) 2.2设计原则 (10)
2.3总结构设计 (11) 2.3.1 数控机床的机构设计要求 (11) 2.3.2 提高机床的结构刚度 (11) 2.3.3 提高进给运动的平稳性和精度 (12) 第三章三坐标数控铣床的设计和计算 (13) 3.1主传动系统的设计 (13) 3.1.1 主传动变速系统 (14) 3.2主轴系统计算 (17) 3.3.1 对进给伺服系统的基本要求 (19) 3.3.2 进给伺服系统的设计要求 (20) 3.3.3 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 (20) 3.4进给传动的计算 (21) 3.4.1 X轴滚珠丝杠副 (21) 3.4.2 Y轴滚珠丝杠副 (24) 3.4.3 Z轴滚珠丝杠副 (28) 3.4.4滚珠丝杠的安装与使用 (31) 第四章微机控制系统的设计 (34)
控制系统课程项目 设计说明书 项目名称：数控铣床控制系统设计 系别：机械电子工程系 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：city 学号：09128888 组员：学号： 学号： 指导教师：陈少波
完成时间：2012 年 6 月8 日至2012 年 6 月22 日 目录 1 概述 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2使用设备 (3) 1.3设计内容及要求 (4) 2 NUM1020控制系统设计 (4) 2.1 功能概述 (4) 2.2 主要元器件选型 (5) 2.2.1电机选型 (5) 2.2.2 伺服驱动器与变频器选型 (8) 2.3 电路原理设计 (9) 2.3.1 电源供电设计 (9) 2.3.2 驱动电路设计 (10) 2.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计 (10) 2.3.4 手轮与轴卡连接设计 (11) 2.3.5铣床控制电路设计 (12) 2.4 控制系统设计 (13)
2.4.1控制系统功能设计 (13) 2.4.2 参数设置 (14) 2.4.3 程序设计 (16) 3 总结 (20) 1 概述 1.1 设计目的 1）、掌握简单数控铣床控制系统的设计过程 2）、掌握常用数控系统（NUM1020）的操作过程 3）、掌握交流伺服电机的工作方式及应用过程 4）、了解数控系统内置式PLC 的实现原理及编程方式 5)、掌握数控系统自动控制功能程序的设计及开发过程 1.2使用设备 1)、NUM1020数控系统一套 2)、安川交流伺服电机3套 3)、计算机及梯形图编辑软件一套
1.3设计内容及要求 1）、以实验室现有的设备（NUM1020数控系统）作为控制器，参照实验室现有的数控铣床的功能，完成一台具有3轴联动功能的数控铣床的电气系统设计过程。 2）、移动轴（3轴）采用实验室现有的交流伺服电机进行驱动，采用半闭环位置控制模式。 3）、主轴采用实验室现有的变频调速器进行设计驱动，系统不要求具备自动换刀功能。 4）、完成PLC输入输出点的分配。 5）、具有行程及其他基本的保护功能。 6）、设计相关功能的梯形图控制程序（要求具有：手动进给功能、手轮进给功能、MDI功能、自动控制功能及各种基本的逻辑保护功能） 7）、完成设计报告。 2 NUM1020控制系统设计 2.1 功能概述 此三轴联动数控铣床由X、Y、Z轴三轴及主轴组成，X、Y、Z轴采用伺服电机传动，由伺服驱动器驱动。主轴采用普通三相异步电机，由变频器驱动。数控系统采用NUM1020数控系统。由NUM1020数控系统作为控制核心，三台伺服驱动器通过NUM1020系统的轴卡地址编码控制，主轴变频器由数控系统
简易数控机床控制系统设计 学号：0601302009 专业：机械电子工程姓名：浦汉军 2007，9，10 南宁任务： 设计以单片机为控制核心的简易数控机床的数字程序控制器。要求 1、能用键盘控制工作台沿+X、-X、+Y、-Y向运动，以校正工作台位置。 2、可用于加工直线和圆弧。 3、在运行过程中可人工干预而紧急停车。 4、能实现越界报警。 5、可与PC机通讯。 总体方案设计 一、数控系统硬件电路设计 选用MCS-51系列的8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生产的工件加工程序和数据，再选用一片8kb的6264RAM作为存放试制工件或小批量生产的工件加工程序和数据。由于系统扩展，为使编程地址统一，采用74LS138译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能。还要考虑机床与单片机之间的光电隔离、功率放大电路。其设计框图如下图所示： 图1.1 总体设计框图 工作原理：单片机系统是机床数控系统的核心，通过键盘输入命令，数控装置送来的一系列连续脉冲通过环形分配器、光电耦合器和功率放大器，按一定的顺序分配给步进电动机各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电，这样控制步进电动机带动工作台按照指令运动。1．各单元电路设计
CE ：片选信号，低电平有效，输入 ：读信号，低电平有效，输入 PGM ：编程脉冲输入端，输入 Vpp ：编程电压(典型值为12.5V) Vcc ：电源(+5V) GND ：接地(0V) D 011 D 112D 213D 315D 416D 517D 618D 719A 010A 19A 28A 37A 46A 55A 64A 73A 825A 924A 1021A 1123A 12 2 G N D 14C E 20 PG M 27V c c 28V p p 1 N C 26 O E 22 2764 输出允 许编程 逻辑 译 码 输出缓冲 256 256存储矩阵 A12 A11 ``` A0 OE PGM CE D0 ``` D7
普通铣床数控化改造设计 摘要 我所设计的毕业课题为“普通铣床数控化改造设计”。对于机床的设计来说，我首先对所要设计的机床进行技术调查，查阅了国内外有关文献资料，在此基础上，对其用途范围、性能指标、方案对比等进行论证分析。对于通用机床我更是查阅了大量的国内外有关铣床的资料后，拟定了此机床的总体方案为立式铣床。然后根据总体方案的布局形式，规格参数，精度性能等要求，对此机床的进给传动系统进行了专题设计。首先是对进给传动的运动设计。此设计主要功能和主要参数以及各系统的基本工作原理及其数控化。数控化的铣床的定位精度和重复定位精度明显提高，获得了明显的经济效益。 关键词：数控化改造；定位精度；重复定位精度；无级变速；伺服传动系统。 第一章三坐标数控铣床的设计和计算 1.1 主传动系统的设计 主传动系统一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。动力源为执行元件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向,变速装置传递动力以及变换运动速度，执行元件执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。 现代切削加工正向着高速、高效和高精度方向发展，对机床的性能提出越来越高的要求，如转速高，调速范围大，恒扭矩调速范围达1：100～1：1000，恒功率调速范围达1：10以上；更大的功率范围达2.2～250kW，能在切削加工中自动变换速度；机床结构简单，噪声小，动态性能好，可靠性高等。数控机床主传动设计应满足的特点：主传动采用直流或交流电动机无级调速；数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计；数控机床高速主传动设计；数控机床采用部件标准、模块化结构设计；数控机床的柔性化、复合化；虚拟轴机床设计。 为了适应数控机床加工范围广、工艺适应性强、加工精度高和自动化程度高等特点，要求主传动装置应具有以下特点： （1）具有较大的调速范围，并实现无级调速。无级变速传动在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到最有利的切削速度；能在运转中变速，便于实现变速自动化；能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。 （2）具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪音低。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，应提高传动件的精度与刚度，采用高精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。 （3）良好的抗震性和热稳定性。数控机床一般既要进行粗加工，又要精加工；加工时可能由于断续切削、
毕业设计 设计题目:经典零件的加工工艺 系别:自动化工程系 专业:机电一体化 班级: 106025 姓名:章厚君 学号: 33 设计小组:章厚君，刘宏超 指导教师:马海国 完成时间:
【摘要】 (3) 前言 (4) 零件简图 (5) 1.1零件图的正确性及完整性分析 (8) 2.工艺方案的分析与拟定 (9) 2.1分析零件图 (9) 2.2 毛坯的选择 (9) 2.2.1确定毛坯的制造形式 (9) 2.2.2毛坯的热处理 (10) 3.机床的选择 (10) 3.1普通铣床的选择 (11) 3.2 加工中心的选择 (12) 4.工件的装夹与定位 (14) 4.1.1工件的装夹方案 (17) 4.1.2选择定位基准 (17) 4.2夹具、刀具、量具的选择 4.2.1 夹具的选择14 4.2.2 刀具的选择 (15) 4.2.3量具的选择 (16) 5.1确定加工余量 (20) 5.2加工方案选择各表面及孔.................................. 错误!未定义书签。 5.3 各表面及孔的加工方案 (21)
5.3.1平面的加工方案 (21) 5.3.2 孔的加工方案 (21) 【摘要】 6.1切削用量的选择原则 (24) 6.2切削用量的确定 (26) 6.3进给量f的确定 (27) 6.4切削深度αp的确定 (28) 6.5切削速度ｖc的确定 (29) 6.6主轴转速n的确定................................................ 错误!未定义书签。 7.拟订并确定加工工艺方案 (21) 7.1拟订加工方案 (21) 7.2比较并确定最终加工工艺方案......................... 错误!未定义书签。 8.工序内容拟定 (23) 8.1 工序三的装夹方案 (23) 8.2 工步（3）的工艺分析 (23) 8.3 工步（5）的工艺分析........................................ 错误!未定义书签。 9.数控加工工艺文件 (33) 9.1数控加工工序卡 (33) 9.2数控加工刀具卡 (33) 结束语 (35) 参考文献 (37) 典型零件的加工工艺
数控铳床传动系统设计 学院：—机械工程学院— 专业：—机械维修及检测技术教育 班级：= __________________ 学号：_________ 姓名：
目录 第一章立式数控铣床工作台（X轴）设计 (1) 1.1概述 (1) 1.2设计计算 (2) 1.3滚珠丝杆螺母副的承载能力校验 (12) 1.4传动系统的刚度计算 (14) 1.5驱动电动机的选型与计算 (17) 1.6机械传动系统的动态分析 (20) 1.7机械传动系统的误差计算与分析 (21) 1.8确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (23) 第二章数控机床控制系统设 (25) 2.1设计内容 (25) 总结与体会 (32) 参考文献 (33)
第一章立式数控铳床工作台（X轴）设计 1.1概述 1.1.1技术要求 工作台、工件和夹具的总重量m=860kg （所受的重力W =8600N,其中，工作台的质量m o=460kg （所受的重力W o=4600N ；工作台的最大行程L p=560mm工作台快速移动速度V max=15000 mm min;工作台采用滚动直线导轨，导轨的动摩擦系数u=0.01,静 摩擦系数u0=0.01 ;工作台的定位精度为25um，重复定位精度为18 um；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。 机床采用伺服主轴，额定功率p E=5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径D=100mm主轴转速n=280「/min，切削状况如表2-1所示。 表2-1数控铣床的切削状况
1.1.2总体方案设计 为了满足以上技术要求，采取以下技术方案。 （1） 对滚珠丝杠螺母进行预紧； （2） 采用伺服电动机驱动； （3） 采用锥环套筒联轴器将伺服电动机与滚珠丝杆直连; （4） 采用交流调频主轴电动机，实现主轴的无级变速。 1.2设计计算 1. 2.1主切削力及其切削分力计算 （1）计算主切削力F Z 。 根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切 削（铣刀直径 D=100m ）时，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动 机的全部功率。此时，铣刀的切削 速度为 若主传动链的机械效率 m=0.8，按式F z 二m P E 103 可计算主切 v 削力F Z : F z 二 103 二 0.8 5.5 10— 2993.20N V 1.47 （2）计算各切削分力 根据《数控技术课程设计》表2-1可得工作台纵向切削力F i 、 v J Dn 60 3 3.14 100 10- 280 60 二 1.47m/s
目录 设计任务2目录3 一、前言5 二、设计方案论6 三、纵向进给系统的设计10 3.1工作台重量的估算和切削力的计算10 3.1.1工作台重量的估算10 3.1.2切削力的计算10 3.2滚珠丝杠的设计10 3.2.1滚珠丝杠螺母副结构类型的选择10 3.2.2滚珠丝杠螺母副型号的选择及校核步骤11 3.2.2.1 计算最大工作载荷11 3.2.2.1 计算最大工作载荷11 3.2.2.3、计算传动效率η12 3.2.2.4、刚度验算13 3.3脉冲当量和传动比的计算 15 3.3.1确定系统脉冲当量15 3.3.2 传动比的选定15 3.3.3 齿轮传动的确定16 3.4进给伺服系统传动计算17 3.4.1转动惯量的计算 17 3.4.1.1齿轮、丝杠等圆柱体惯量的计算 17 3.4.1.2工作台折算到丝杆的转动惯量 17 3.4.1.3传动系统折算到电机轴上的转动惯量 18 3.4.1.4电机的转动惯量的确定 18 3.4.1.5系统总的转动惯量 18
3.4.2步进电机的计算和选用 18 3.4.2.1电机力矩的计算 18 3.4.2.2摩擦力矩f M 19 3.4.2.3附加摩擦力矩0M 19 3.4.2.4折算到电机轴上的切削负载力t M 20 3.4.3步进电机的选择与校核 20 3.4.3.1根据最大静态转矩max j M 初选电机型号 20 3.4.3.2计算电机工作频率 21 四、 微机控制硬件设计 4.1微机控制系统的概述 4.2系统的介绍 4.3步进电机驱动控制电路 五 结束语 (21) 六 致谢 (22) 七 参考文献 (22)
1．数控机床控制系统由哪几部分组成? 答：数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置。 2. 进给伺服系统的作用是什么? 答：伺服驱动装置是数控机床的执行机构，是数控系统和机床本体之间的电气联系环节。伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服系统正确、快速地跟随进给控制信息，执行机械运动，驱动工作台向指定的位置运动。 3. 数控机床按被控对象运动轨迹分为哪几类? 答：1）点位控制的数控机床 点位控制数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。 2）直线控制的数控机床 直线控制数控机床一般要在两点间移动的同时进行加工，所以不仅要求有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。 3）轮廓控制的数控机床 轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。它不仅控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每一点的位置和速度，加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。 4. 试简述数控装置的组成。 答：目前的数控装置都是基于微型计算机的硬件和软件来实现其功能，所以称之为计算机数控（CNC）装置。它一方面具有一般微型计算机的基本结构，如中央处理单元（CPU）、总线、存储器、输入/输出接口等；另一方面又具有数控机床完成特有功能所需要的功能模块和接口单元，如手动数据输入（MDI）接口、PLC接口、纸带阅读机接口等。 CNC装置在上述硬件基础上必须编写相应的系统软件来指挥和协调硬件的 工作，两者缺一不可。CNC装置的软件由管理软件和控制软件两部分组成。 5. 数控装置硬件结构是如何分类的？
包头职业技术学院 数控技术系毕业设计说明书（论文） 题目数控铣床电气原理图 设计与分析 专业数控设备应用与维护 年级109831 学生姓名郭冬郝玉安 指导教师卢彦林 2011年12月20日
目录 摘要 (1) 第一章数控铣床的基本知识和特点 (2) 1.1数控铣床的特性 (2) 1.1.1主轴箱 (2) 1.1.2进给伺服系统 (2) 1.1.3控制系统 (2) 1.1.4辅助装置 (2) 1.1.5机床基础件 (2) 1.2数控铣床的工作原理 (2) 1.2.1根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺 (2) 1.2.2数控铣床的性能指标 (2) 1.2.3点位控制功能 (2) 1.2.4连续轮廓控制功能 (2) 1.2.5刀具半径补偿功能 (2) 1.2.6刀具度补偿功能 (2) 1.2.7比例及镜像加工功能 (3) 1.2.8旋转功能 (3) 1.2.9子程序调用功能 (3) 1.2.10宏程序功能 (3) 1.3数控铣床的坐标系 (3) 1.3.1铣床相对运动的规定 (3) 1.3.2机床坐标系的规定 (3) 1.3.3Z坐标 (4) 1.3.4X坐标 (4) 1.3.5Y坐标 (4) 1.4数控铣床的的特点及组成 (5) 1.4.1数控立式铣床 (5) 1.4.2卧式数控铣床 (5) 1.4.3立卧两用数控铣床 (5) 1.4.4数控铣床按构造分类 (5) 第二章数控铣床电气控制 (6) 2.1电气原理图 (6) 2.1.1看电气控制电路图的方法 (6) 2.1.2电气原理图的组成 (7) 2.1.3画电气原理图的一般规律如下 (8) 第三章数控铣床电气原理图分析 (9) 3.3.1主轴电动机控制 (9) 致谢 (11) 参考文献 (12)
XA5032普通铣床的数控化改造设计-1 摘要：数控机床是当今机械制造业中实现机电一体化的代表性先进设备。随着先进制造业的发展，对普通机床数控化改造已经成为摆在我们面前迫切而艰巨的任务。本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过对XA5032旧机床的分析，结合机床改造的总体思想，提出了数控化改造的技术方案和新数控系统的选型配置方案。以MCS-51型单片机为控制处理芯片，进行了机械传动系统的改造设计，机床各主要参数的优化和匹配及机床的调试运行，实现X、Y两坐标联动改造,使得改造后的机床能加工除了铣削键槽、平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂的零件。改造后的数控机床具有高精、高效及加工产品范围广等特点。 关键词：数控改造；数控系统；XA5032铣床；单片机
NC Transformation of XA5032 Milling Machine Abstract: NC(numerical control)machine is the representative of advanced equipmemt in current mechanical manufacture industry．With the developing of modem manufacture industry,to study the ordinary milling-machine’s retrofitted with NC has becoming more urgent and arduous for us．After introducing NC machine’s history and current status and the analysis of old machine XA5032,a novel scheme for NC machine retrofitted and new NC machine selection is proposed.By using MCS-51 singlechip as the control chip,the design and adjustment for the electric system have been completed. The main parameters of the machine have been confirmed and optimized too.The numerization rebuilding of XA5032 milling machine is used for machining keyway,plane and hole etc,but also,it can manufacturing complicated shap.The accuracy and function of machine in finally have been improved. Keywords: NC transformation,NC system,XA5032 Milling machine,SCM
毕业设计 题目:X6132普通铣床数控改造 姓名； 学号： 专业： 年级： 指导教师： 完成时间：
内容摘要 普通铣床数控化改造是运用现代数控技术，对现有普遍铣床进行局部结构改造，以实现半自动化或全自动，改善铣床的技术性能指标，解决机械制造中普通铣床，其加工精度较低、不能批量生产、自动化程度不高，自适应性差的问题，拓展加工结构复杂、精密、批量、零件多变的功能，提高质量稳定和生产效率，使之局部或全部达到新数控铣床的水平。同时，普通铣床数控化改造，能解决许多企业在短时间内无法实现全部更新数控设备，是一条投资少、提升产品质量、生产效率和企业竞争力的捷径。 通过对X6132普通铣床的数控化改造，掌握数控设备改造的基本方法, 学会分析设备机械、电气部分的改造方案和零部件选用规则，对将来到企业中进行普通铣床的数控化改造具有一定的指导意义，为促进我国数控设备运用和发展, 提高民族高技术机电设备的技术水平, 具有良好的社会效益和经济效益。 关键词：数控；改造；铣床
目录 1. 普通铣床数控化改造概论 1.1 普通铣床数控化改造的意义 1.2 普通铣床数控化改造优点 2．X6132普通数控改造总体方案的设计 2.1设备改造后的要求 2.2.数控铣床改造的总方案设计 3.机械传动部分的改造与设计 3.1主电动机功率的计算 3.2 纵向进给系统的改造与设计 3.2横向进给系统的改造与设计 4.电控系统的改造与设计 4.1国内外数控系统的发展趋势 4.2数控系统的类型和特点 4.3数控系统选型因素 4.4西门子数控系统的特点、功能、主要参数 4.5变频器选择 4.5.1变频器的作用和类型 4.5.2变频器的选择原则和方法 4.6驱动器的选型 4.7编码器的选型 4.8铣床数控化改造的数控系统功能 5. X6132普通数控化的电控改造与设计 5.1主电机控制电路设计 5.2进给系统的控制设计 6.X6132数控化铣床安装与调试 6.1 X6132数控化铣床机、电系统的安装 6.2 X6132数控化铣床的调试与运行 7.设计小结 8.致谢 9.参考文献 10.X6132普通数控化改造的主要零配件的清单 11. 附X6132普通铣床控化改造的主要图纸 11.1．X6132普通数控化的接口电路图、控制电路图、主电路图
第1章前言 数控铣床由机械部分和电气部分组成，两者紧密结合起来从而达到人们所需要的东西。其中机械部分包括底座，支架，三轴导轨以及外部板金组成，它是电气部分的控制对象，而电气部分是机械部分的动力而后实现手段，两者是按照各自的性质以及人们的需要而相互匹配而成的，而机械部分是又人们为了实现某一功能目的而设计的，电控部分是人们根据已经设计好的机械原件而对此进行科学系统的匹配，从性能，效率，质量以及经济方面综合考虑而实现的一个最优设计！一台数控机床由以下部分组成 X轴马达 1个 Y轴马达 1个 Z轴马达 1个 主轴马达 1个 X轴伺服器 1个 Y轴伺服器 1个 Z轴伺服器 1个 主轴伺服器 1个 主机 1个 显示器 1块 操作面板 1块 打油器 1个 冷却机 1台 空气过滤器 1个 三十千瓦变压器 1台 九百瓦变压器 1个 24伏直流稳压器 2个 I/O板 1块
PCB板 1个 行程开关 3个 热交换器 1个 电磁阀 1套 总电源开关 1个 接触器 6个 热继电器 3个 打刀汽缸 1个 继电器多个 一台数控机床由上面的各部分合理的安装在机床支架的各个位置。其中马达，伺服器以及变压器的各自电压电流一定要相互匹配。 本课程设计的思路是将各部分的主线路按照某以要求先连接起来，再根据主线路之间的特点和关系以及各组成部分的连接和制约与工作的要求，合理准确的设计出控制线路的梯形图，然后根据所编的梯形图写出指令表（或者在PLC软件上将梯形图直接转化为指令表）。计算输入输出点的个数，从而确定选择所用PLC的型号，最后画出PLC的外部接线图。 从功能上分，可以分为机械部分，电控部分，伺服部分以及冷却机部分，下面分别介绍。 1.1机械部分 数控机床是一种高精密机器，它对机械部分要求非常严格，所以每一道工序必须确保在一定的精度范围内，机械部分包括支架，底座，工作台，三轴导轨防护挡板，控制箱以及配电盘，其中三轴导轨，工作台，主轴部分是机械部分以及整个铣床中工艺要求最高的部分，它要求X，Y，Z三轴导轨，要求相互垂直，且端面要求非常平滑，确保精度，减少摩擦。主轴夹刀的地方与加工工件直接相连，对其工艺要求更加高。由于机械部分容易发生弹性形变一般用肉眼是看不出来的。但对于要求如此高精度的机床来说这样的形变是不允许的，所以必须考虑用弹性形变非常小的钢制材料来做其导轨及工作台，且保证底座水平。 1.2 电控部分 电气部分是为机械部分提供动力并保障其安全，高效，稳定及准确可靠运行，