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、
加工余量不均匀运动部件不平稳以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具或零件，使加工无法进行。因此主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力—抗振性。抗振性用动刚度或动柔度来衡量。例如主轴组件的动刚度取决于主轴的当量静刚度阻尼比及固有频率等参数。
机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件有较高的热稳定性，通过保持合适的配合精度，并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。
1 主传动变速系统
普通机床一般采用机械有级变速调速传动，而数控机床需要自动变速；且在切削阶梯轴的不同直径，切削曲线旋转面和断面时，需要随切削的直径的变化而自动变速，以保持切削速度基本恒定。这些自动变速又是无级变速，以利于在一定的调速范围内选用到理想的切削速度，这样既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。
机床主传动中常采用的无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。
无级变速主传动系统设计原则：
一为尽量选择功率和扭矩特性符合传动系统要求的无级变速装置。如铣床主传动系统要求恒功率传动，就应该选择恒功率无级变速装置。
二为无级变速系统装置单独使用时，其调速范围较小，尤其是恒功率调速范围往往小于机床实际需要的恒功率变速范围。为此，常把无级变速装置与机械分级变速箱串联在一起使用，以扩大恒功率变速范围和整个变速范围。
（1）主轴部件设计
主轴部件的性能要求
主轴部件是机床主要部件之一，它是机床的执行元件。它的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成型运动。主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。
主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产效率有着直接影响，是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。因此，对主轴部件有如下要求：
①轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的定心表面（如车床轴端的定心短锥、锥孔，铣床轴端的7：24锥孔）的径向和轴向跳动。旋转精度取决于的主要件如主轴、轴承、壳体孔等的制造、装配和调整精度。工件转速下的旋转精度还取决于主轴的转速、轴承的性能，润滑剂和主轴组件的平衡。
②刚度主轴部件的刚度是指其在外载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义的。主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此，主轴的尺寸和形状、滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。
③温升因为相对运动处的摩擦生热，切削取得切削热等使主轴温度升高将引起热变形使主轴伸长，轴
承间隙的变化，降低了加工的精度；温升也会降低润滑剂的粘度，恶化润滑条件。因此，各类机床对温升都有一定的限制。
④可靠性数控机床是高度自动化的机床，所以必须保证工作可靠性，可喜的是这方面的研究正在发展。
⑤精度保持性它指长期保持其原始制造精度的能力。对数控机床的主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度。
（2）主轴部件的组成和轴承选型
①主轴部件，它由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。
②主轴的传动件，可以位于前后支承之间，也可位于后支承之后的主轴后悬伸端。目前传动件位于后悬伸端的越来越多。这样做，可以实现分离传动和模块化设计：主轴组件（称为主轴单元）和变速箱可以做成独立的功能部件，又专门的工厂集中生产，作为商品出售。变速箱和主轴间可用齿轮副或带传动联接。本三坐标曲面数控铣床采用带传动联接。主轴支承分径向和推力（轴向）。角接触球轴承兼起径向和推力支承的作用。推力支承应位于前支承内，原因是数控机床的坐标原点，常设定在主轴前端。为了减少热膨胀造成的坐标原点的位移，应尽量缩短坐标原点支推力支承之间的距离。
③主轴轴承，选用角接触球轴承。这种轴承即可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。这种球轴承为点接触，刚度较低。为了提高刚度和承载能力，常采用多联组配的办法。有三种基本组配方式，分别为背对背，面对面和同向组配，背靠背和面对面组配都能受双向轴向载荷；同向组配只能承受单向轴向载荷。背对背比面对面安装的轴承具有较高的抗颠覆力矩的能力。运转时，轴承的外圈的散热条件比内圈好，因此，内圈的温度将高于外圈，径向膨胀的结果将使轴承的过盈加大。轴向膨胀对与背靠背组配将使过盈减少，于是，可以补偿一部分径向膨胀；而对于面对面组配，将使过盈进一步加大。基于上述分析，主轴受到弯距，又属高速运转，因此主轴轴承必须采用背靠背组配。
④角接触角轴承的间隙调整和预紧
主轴轴承的内部间隙，必须能够调整，多数轴承，还应在过盈状态下工作，使滚动体和导轨之间有一定的预变形，这就是轴承的预紧。
轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支承主轴，有利于提高运动精度。滚动体的直径不可能绝对相等，滚道也不可能绝对正圆，因而在预紧前只有部分滚导体与滚道接触。预紧后，滚导体和滚道都有了一定的变形，参加工作的滚动体将增多，各滚动体的受力将更加均匀。这些都有利提高轴承的精度、刚度和寿命。如主轴产生振动，则由于各个方面都有滚动体支承，可以提高抗振性。但是，预紧后发热较多，温升较高；而且较大的预紧力将使寿命下降，故预紧要适量。
角接触角轴承在轴向力的作用下，使内外圈产生轴向错位实现预紧，衡量预紧力大小的是轴向预紧力，简称预紧力Fa0，单位为N。多联角接角球轴承是根据预紧力组配的。轴承厂规定了轻预紧、中预紧和重预紧三级预紧。订货时可指定预紧级别。轴承厂在内圈（背靠背组配）或外圈（面对面组配）的端面根据预紧力磨去δ。装配时挤紧，便可得到预定的预紧力。如果两个轴承间需要隔开一定的距离，可在两轴承之间加入厚度相同的内外隔套。在轴向载荷的作用下，不受力侧轴承的滚动体与滚道不能脱离接触。而满足这个条件的最小预紧力，双联组配为最大轴向载荷的35%。
⑤承载能力和寿命
主轴轴承通常载荷相对较轻。一些特殊重载主轴外轴承的承载能力是没有问题的。主轴轴承的寿命，主要不是取决于疲劳点蚀，而是由于磨损而降低精度。通常，如轴承精度为P4级，经使用磨损后跳动精度降为P5级,这个轴承就认为应该更换了。虽然还未达到其疲劳寿命，但这种“精度寿命”目前还难以估计。
(3) 主轴组件的动态特性
通常，主轴组件的固有频率很高，但是，高速主轴，特别是带内装式电动机高速主轴，电动机转子是一个集中质量，将使固有频率下降，有可能发生共振。改善动态特性，可采取下列措施：
①是主轴组件的固有频率避开激振力频率。通常使固有频率高于激振频率的30%以上。如果发生共振的那阶模态属于主轴在弹性基础上（轴承）的刚体振动的第一阶（平移）和第二阶（摇摆）模态，则应提高轴承的刚度。如果属于主轴的弯曲振动，则应提高主轴的刚度，如加粗直径。
激振力可能来自主轴组件的不平衡，这时激振频率等于主轴转速乘以π/30。也可能来自断续切削，这时激振频率还应乘以刀齿数Z。
②增大阻尼。如前所述，降低模态，常是主轴的刚度振动。这时主轴轴承，特别是前轴承的阻尼对主轴组件的抗振性影响很大。如果要求得到很光的加工表面，滚动轴承适当预紧可以增大阻尼，但过大的预紧反而使阻尼减少，故选择预紧时还因考虑阻尼因素。
③采用消振装置。
（4）主轴轴承的润滑
滚动轴承在接触区的压强很高，在这么高的压强下，接触区产生变形，是一块小面积的接触而不是一条线或一个点的接触；润滑剂在高压下被压缩，粘度升高了。因此，才能在滚动体与滚道的接触区，形成一定厚度的油膜，把两者隔开，滚道体与滚道的接触面积很小，所以，滚动轴承所需的润滑剂很少的。当然，也可用脂润滑，还有用油气润滑的。
①脂润滑
滚动轴承能用脂润滑是它的突出优点之一。脂润滑不需要供油管路和系统，没有漏油问题。如果脂的选择合适、洁净、密封良好，不使灰尘、油、切削液等进入，寿命是很长的。一次充填可用到大修，不需补充，也不要加脂孔。
脂润滑可选用锂基脂，如SKFLGLT2号（常用于球轴承）。
②油气润滑
如果dn值较大时，还需对轴承进行冷却。如果用油兼作润滑和冷却，则由于油的搅拌作用，温升反而会增加。最好用油润滑，用空气冷却。油雾润滑能达到这个目的，但是易污染环境。比较好的方法是油气润滑：在吹向轴承的空气中定期地注入油，油并不雾化，用后可回收，不污染环境。油用于润滑，空气用于冷却。
1.2 主轴系统计算
1 V带传动的设计计算
三角带的选用应保证有效地传递最大功率（不打滑）并有足够的使用寿命（一定的疲劳强度）。带传动设计计算的主要内容包括确定带的型号、基准长度和根数；确定带轮的材料、结构尺寸；确定传动中心距及作用在轴上的力等。
(1) 确定计算功率P d
P
A d K =P 4.14122.1=?=kW
式中：K A —工况系数(工作情况系数)；P —电机额定功率 Kw (2) 选择三角带型号
根据P d 、n 1由图选SPA 型 窄V 带
(3) 确定带轮直径D 1、D 2
小带轮直径D 1应满足：D ≥1
D min ，以免带的弯曲应力过大而导致其寿命降低。 查表取D mm 90min =,
故选择D mm 1001
=
(4) 计算胶带速度
s
m s m n D v /25/5.660000
1250
1001000
601
1<=??=
?=
ππ
故 D 1选择合格
D mm iD 200100212
=?==
(5) 确定中心距a 和带长L d
)(7.021D D +)(2210D D a +≤≤
得
mm a mm 6002100≤≤
初选
mm a 3000=
带长 mm
a D D D D a L d
10784)()(220
2
12210'
=-+++=π
查表，取
mm L d 1000=
中心距 mm
L L a a d
d 2612'0=-+=
a 的调整范围： mm L a a d 246015.0min =-=
mm L a a d 29103.0max =+=
(6) 验算小带轮包角
1α
小带轮包角可按公式求得：
?
??--
=3.571801
21a D D α
得 ?
?>=1201621α， 即满足条件。
(7) 确定V 带根数z
V 带根数Z 可按下式计算： L
d
K K P P P z α)(00?+=
由表，查得
kW 27.20=P
)11(10i b K n K -
=?P
由表，查得 3
107862.2-?=b K
由表，查得
1199.1=i K
)1199.11
1(1250107862.23-
??=?-i P
kW
38.0=
由表，查得
96.0=αK 由表，查得
89.0=L K
代入求根公式，得
96.089.0)38.027.2(4
.14??+=
z 02.6=
取z=6,符合表7-4推荐的轮槽数 (8) 确定初拉力0F
单根V 带合适的初拉力可按下式计算：
20)15.2(500
qv K zv P F d +-=α
由表得
m kg q /12.0=
2
05.612.0)115
.2(5.664.14500
?+-?=F
N 282=
(9) 计算作用在轴上的压力Q
2
sin
21
αz Q =
2
162
sin
28262???=
N 3383= 1.3 进给伺服系统的设计
1 对进给伺服系统的基本要求
进给伺服系统不但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：定位精度高；跟踪指令信号的响应快；系统的稳定性好。
(1) 稳定性
伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的扰动信号消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行,或者在输入的指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态的能力。伺服系统的稳定性是系统本身的一种特性，取决于系统的结构及组成元件的参数（如惯性、刚度、阻尼、增益等），，与外界的作用信号（包括指令信号或扰动信号）的性质或形式无关。
(2) 精度
伺服系统的精度是指系统的输出量复现输入量的精确程度。伺服系统工作过程中通常存在三种误差：动态误差、稳定性误差和静态误差。实际中只要保证系统的误差满足精度指标就行。
(3) 快速响应性
快速响应特性是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。它包含系统的响应时间，传动装置的加速能力。它直接影响机床的加工精度和生产率。2 进给伺服系统的设计要求
在静态设计方面有：
（1） 能够克服摩擦力和负载； （2） 很小的进给位移量； （3） 高的静态扭转刚度； （4） 足够的调速范围；
（5） 进给速度均匀，在速度很低时无爬行现象； 在动态设计方面的要求有：
(1) 具有足够的加速和制动转矩；
(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； 对于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小的惯量； (2) 具有较高的刚度； (3) 良好的阻尼；
(4) 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尽可能 小的非线性。
3 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 （1） 时间响应特性
进给伺服系统的动态特性，按其描述方法的不同，分为时间响应特性和频率响应特性。
时间响应特性是用来描述系统对迅速变化的指令能否迅速跟踪的特性，它由瞬态响应和稳态响应两部分组成。由于系统包含一些储能元件，所以当输入量作用于系统时，系统输出不能立刻跟随输入量变化，而是在系统达到稳定之前表现为瞬态响应过程（或叫过渡过程）。稳定响应是指当时间t 趋向无穷大时系统的输出状态。若在稳定时，输出和输入不能完全吻合，就认为系统有稳态误差。
（2） 频率响应特性
时间响应特性是从微分方程出发，研究系统响应随时间的变化的规律，即在已知传递函数的前况下，从系统在阶越输入及斜坡输入时间应速度及振荡过程的状态中来获得动态特性参数。然而在很多情况下，传递函数不清楚，所以只能由试验的方法来求取动态特性。因此出现频率响应特性法。所谓频率响应特性,就是系统对正弦输入信号的响应，即它通过研究系统对正弦输入信号的响应规律来获得启动态特性。
（3） 快速性分析
所谓快速性分析是指分析系统的快速响应性能，快速性反映了系统的瞬态质量。
对于线性进给伺服系统，由于它包含各种电路、机电转换装置和机械传动机构，系统各环节都有时间常数，对高频信号来不及反应，只是一个地通漏波器。这种系统的通频宽带，对高频信号响应速度快，所以从开环频率特性图看，提高系统的截止频率，则可以提高闭环回路的响应速度。 1.4 进给传动的计算
1 X 轴滚珠丝杠副 (1) 精度
要求：进给精度mm 01.0；快速进给精度min /6m 。 (2) 疲劳强度
丝杠的最大载荷为最大进给力加摩擦力，最大进给力为1625N,工作台质量700kg,则：
① 求计算载荷Fc N
F F f 248.90035.0700min =??==
N F 1649241625max =+=
3
2min
max F F F m +=
324
21649+?=
N 1107= 根据《机电一体化设计基础》
计算载荷
c F M A H F c F K K K F =
查表取
2.1=F K 查表取 0.1=A K 查表取
0.1=H K 查表取D 级精度
则：
N F c 132811070.10.12.1=???=
② 计算额定动载荷计算值'
a C
取丝杠的工作寿命为h L h
20000'
=,min /100r n m =
3
1067.1'4
'?=h m L n c
a
F C
31067.120000
1004
1328
??=
N 6546=
③ 选用 FC1-4020-2.5型丝杠，由表2-9得丝杠副数据：
公称直径 mm D 500=
导程
mm p 10=
滚珠直径
mm d 953.50=
按表种尺寸公式计算：
滚道半径 mm d R 096.3953.552.052.00=?==
偏心距
mm d R e 20104.8)2953.5096.3(707.0)2(707.0-?=-?=-
=
丝杠内径
mm R e D d 98.33096.32104.8240222
01=?-??+=-+=- ④ 稳定性验算
丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。
a 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S]
丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷
cr F ，并按下式计算
2
2)(l EI F a
cr μπ=
式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于钢,E=206Gpa ；l 为丝杠工作长度（m ）；
a I 为丝杠危险截面的轴惯
性矩（4
m ）；
μ为长度系数，取
32
=
μ。
4
84
11054.664
m d I a -?==
π
N
F cr 628
921087.1)4.03
2
(105.610206?=?????=
-π
安全系数3
6
1059.111071087.1?=?==m cr F F S
查表，[S]=2.5～3.3 ,S>[S],丝杠是安全的，不会失稳。
b 高速长丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速——临界转速
cr n 。要求丝
杠的最大转速
cr n n 临界转速按下式计算： 2 1 2)(9910l d f n c cr μ= 式中： c f 为临界转速系数，见表2-10，本题取927.3=c f ， 32= μ 22)4.032 (03398 .0927.39910??? =cr n min /103.74r ?= min /60010106 3max r n =?= - 即： max n n cr >，所以丝杠工作时不会发生共振。 c 此外滚珠丝杠副还受n D 0值的限制，通常要求min /1074 0r mm n D ??< min /107min /104100404 30r mm r mm n D ?? 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T(m N ?)共同作用下引起每个导程的变形量0L ?(m)为： c GJ T p EA pF L π220± ±=? 式中:A 丝杠截面积, 2141d A π= ；c J 为丝杠的极惯性矩，41 32d J c π=；G 为丝杠切变模量，对钢 GPa G 3.83=；T 为转矩。 )tan(20 ρλ+=D F T m 式中： ρ为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；m F 为平均工作载荷 m N T ?=?+???? =-84.1)2.0'334tan(10240 11073 按最不利的情况取（其中 m F F =） 4 1 222 1201642Gd T p Ed pF GJ T p EA pF L c πππ+=+=? 49223293)03398.0(103.83)14.3(84.1)1010(16)03398.0(1020614.3110710104??????+??????=-- m μ2102.6-?= 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： m p L l L μ5.21010102.64.03 2 0=???=?=?-- 通常要求丝杠的导程误差L ?小于其传动精度的1/2，即 m mm L μσ5005.01.021 21==?= 该丝杠的L ?满足上式，所以其刚度可以满足要求。 ⑥ 效率验算 滚珠丝杠副的传动效率 η为 947 .0)2.0'334tan() '334tan()tan(tan =?+??=+= ρλλη η要求在90%～95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验算，FC1-4010-2.5各项性能均符合题目要求，所以合格。 2 Y 轴滚珠丝杠副 （1） 精度 要求：进给精度mm 01.0 快速进给精度min /6m （2） 疲劳强度 丝杠的最大载荷为最大进给力加摩擦力，最大进给力为1625N,工作台质量900kg,则： ① 求计算载荷Fc N F F f 318.90035.0900min =??== N F 1656311625max =+= 3 2min max F F F m += 331 21656+?= N 1114= 根据《机电一体化设计基础》 计算载荷 c F M A H F c F K K K F = 查表取 2.1=F K 查表取 0.1=A K 查表取 0.1=H K 查表取D 级精度 则： N F c 133711140.10.12.1=???= ② 计算额定动载荷'a C 取丝杠的工作寿命为h L h 20000'=,min /100r n m = 3 1067.1'4 '?=h m L n c a F C 3 1067.120000 1004 1337??= N 6590= ③ 选用 FC1-4020-2.5型丝杠，由表2-9得丝杠副数据： 公称直径 mm D 500= 导程 mm p 10= 滚珠直径 mm d 953.50= 按表种尺寸公式计算： 滚道半径 mm d R 096.3953.552.052.00=?== 偏心距 mm d R e 20104.8)2953.5096.3(707.0)2(707.0-?=-?=- = 丝杠内径 mm R e D d 98.33096.32104.8240222 01=?-??+=-+=- ④ 稳定性验算 丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。 a 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S] 丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 cr F ,并按下式计算 2 2)(l EI F a cr μπ= 式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa ；l 为丝杠工作长度（m ）； a I 为丝杠危险截面的轴惯 性矩（4 m ）； μ为长度系数，取 32 = μ。 4 84 11054.664 m d I a -?== π N F cr 528 921059.8)59.03 2 (1054.610206?=?????= -π 安全系数2 5 107.711141059.8?=?==m cr F F S 查表，[S]=2.5～3.3 ,S>[S],丝杠是安全的，不会失稳。 b 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速——临界转速 cr n 。要求丝杠 的最大转速 cr n n 临界转速按下式计算： 2 1 2)(9910l d f n c cr μ= 式中： c f 为临界转速系数，见表2-10，本题取927.3=c f ， 32 = μ 22)59.032 (03398 .0927.39910??? =cr n min /10 36.34 r ?= min /60010106 3 max r n =?= - 即： max n n cr >，所以丝杠工作时不会发生共振。 c 此外滚珠丝杠副还受n D 0值的限制，通常要求min /1074 r mm n D ??< min /107min /104100404 30r mm r mm n D ?? 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T(m N ?)共同作用下引起每个导程的变形量0L ?(m)为： c GJ T p EA pF L π220± ±=? 式中:A 丝杠截面积, 2141d A π= ；c J 为丝杠的极惯性矩，41 32d J c π=；G 为丝杠切变模量，对钢 GPa G 3.83=；T 为转矩。 )tan(20 ρλ+=D F T m 式中： ρ为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；m F 为平均工作载荷 m N T ?=?+???? =-85.1)2.0'334tan(10240 11143 按最不利的情况取（其中 m F F =） 4 1 222 1201642Gd T p Ed pF GJ T p EA pF L c πππ+=+=? 49223293)03398.0(103.83)14.3(85.1)1010(16)03398.0(1020614.3111410104??????+??????=-- m μ2102.6-?= 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： m p L l L μ7.31010102.659.03 2 0=???=?=?-- 通常要求丝杠的导程误差L ?小于其传动精度的1/2，即 m mm L μσ5005.01.021 21==?= 该丝杠的L ?满足上式，所以其刚度可以满足要求。 ⑥ 效率验算 滚珠丝杠副的传动效率 η为 947 .0)2.0'334tan() '334tan()tan(tan =?+??=+= ρλλη η要求在90%～95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验算，FC1-4010-2.5各项性能均符合题目要求，所以合格。 3 Z 轴滚珠丝杠副 （1）精度 要求：进给精度mm 01.0；快速进给精度min /3m （2）疲劳强度 丝杠的最大载荷为主轴重量加摩擦力，最小载荷为主轴重量减最大进给力的垂直分力。主轴重量为300kg,则： ① 摩擦力 f F N F F f 108.90035.0300min =??== N F 29508.930010max =?+= N F 2387103 1625 8.9300min =-- ?= 3 2min max F F F m += 32387 22950+?= N 2762= 根据《机电一体化设计基础》 计算载荷 c F M A H F c F K K K F = 查表取 2.1=F K 查表取 0.1=A K 查表取 0.1=H K 查表取D 级精度 则： N F c 331427620.10.12.1=???= ② 计算额定动载荷'a C 取丝杠的工作寿命为h L h 20000'=,min /100r n m = 3 1067.1'4 '?=h m L n c a F C 3 1067.120000 1004 3314??= N 16335= ③ 选用 FC1-4020-2.5型丝杠，由表2-9得丝杠副数据： 公称直径 mm D 500= 导程 mm p 10= 滚珠直径 mm d 953.50= 按表种尺寸公式计算： 滚道半径 mm d R 096.3953.552.052.00=?== 偏心距 mm d R e 20104.8)2953.5096.3(707.0)2(707.0-?=-?=- = 丝杠内径 mm R e D d 98.33096.32104.824022201=?-??+=-+=- ④ 稳定性验算 丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。 a 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S] 丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 cr F 2 2)(l EI F a cr μπ= 式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa ；l 为丝杠工作长度（m ）； a I 为丝杠危险截面的轴 惯性矩（4 m ）； μ为长度系数，取 32 = μ。 4 84 11054.664 m d I a -?== π N F cr 528 921075.8)5.03 2 (1054.610206?=?????= -π 安全系数2 5 102.327621075.8?=?==m cr F F S 查表，[S]=2.5～3.3 ,S>[S],丝杠是安全的，不会失稳。 b 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速——临界转速 cr n 。要求丝杠的 最大转速 cr n n 临界转速按下式计算： 2 1 2)(9910l d f n c cr μ= 式中： c f 为临界转速系数，见表2-10，本题取927.3=c f ， 32 = μ 22)5.032 (03398 .0927.39910??? =cr n min /10 52.34 r ?= min /60010106 3 max r n =?= - 即： max n n cr >，所以丝杠工作时不会发生共振。 c 此外滚珠丝杠副还受n D 0值的限制，通常要求min /1074 0r mm n D ??< min /107min /104100404 30r mm r mm n D ?? 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T(m N ?)共同作用下引起每个导程的变形量0L ?(m)为： c GJ T p EA pF L π220± ±=? 式中:A 丝杠截面积, 2141d A π= ；c J 为丝杠的极惯性矩， 41 32d J c π=；G 为丝杠切变模量，对钢 GPa G 3.83=；T 为转矩。 )tan(20 ρλ+=D F T m 式中： ρ为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；m F 为平均工作载荷 m N T ?=?+???? =-54.4)2.0'334tan(10240 27623 按最不利的情况取（其中 m F F =） 4 1 222 1201642Gd T p Ed pF GJ T p EA pF L c πππ+=+=? 49223293)03398.0(103.83)14.3(54.4)1010(16)03398.0(1020614.3276210104??????+??????=-- m μ2107.9-?= 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： m p L l L μ85.41010107.95.03 2 0=???=?=?-- 通常要求丝杠的导程误差L ?小于其传动精度的1/2，即 m mm L μσ5005.01.021 21==?= 该丝杠的L ?满足上市，所以其刚度可以满足要求。 ⑥ 效率验算 滚珠丝杠副的传动效率 η为 947 .0)2.0'334tan() '334tan()tan(tan =?+??=+= ρλλη η要求在90%～95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验算，FC1-4010-2.5各项性能均符合题目要求，所以合格。 4 滚珠丝杠的安装与使用 (1) 润滑 为使滚珠丝杠副能充分发挥机能，在其工作状态下，必须润滑，润滑方式主要有以下两种 ① 润滑脂 润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的1/3，一般滚珠丝杠副在螺母内部已加注GB7324-94 2#锂基润滑脂； ② 润滑油 润滑油的给油量标准如表所示，但是随行程、润滑油的种类、使用条件（热抑制量）等的不同而有所变化。请注意使用。 表润滑油的给油量标准（间隔3分钟） 表润滑油的给油量标准 (2) 防尘 滚珠丝杠副与滚动轴承一样，如果污物及异物进入就很快使它磨耗，成为破损的原因。因此，考虑有污物异物（切削碎削）进入时，必须采用防尘装置（折皱保护罩、丝杠护套等），将丝杠轴完全保护起来。 另外，如没有异物，但有浮尘时可在滚珠螺母两端增加防尘圈，请用户根据需要按编号规则选定合适规格型号。 (3) 使用 滚珠丝杠副在使用时应注意以下事项： ①滚珠螺母应在有效行程内运动，必要时要在行程两端配置限位，以避免螺母越程脱离丝杠轴而使滚珠脱落。 ②滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后，因部件自重而产生的逆传动。防逆传动方法可用蜗轮蜗杆传动、液压式电器制动器及超越离合器等。 (4) 安装 滚珠丝杠副在安装时应注意以下事项： ①滚珠丝杠副仅用于承受轴向负荷。径向力、弯矩会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等不良负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏。因此，滚珠丝杠副安装到机床时应注意： a 丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线。 b安装螺母时，尽量靠近支撑轴承。 毕业论文(设计) 课题名称４６号零件得数控铣削加 工工艺及加工程序编制 系别机电一体化 专业数控技术 班级数控Ａ班 学号123２4321４６ 学生姓名郑昊深 指导教师文丽丽 完成日期２015年4月2８日 广州科技贸易职业学院教务处制 广州科技贸易职业学院 毕业论文(设计)任务 机电系机电一体化技术(数控技术及应用方向)专业 兹发给12级A 班郑昊深同学毕业论文(设计)任务书,内容如下: 1、毕业论文(设计)题目: ４6号零件得数控铣削加工工 艺及加工程序编制 2、应完成得项目: 零件图分析,零件加工工艺分析,零件加工 CＡM仿真及加工、 3、参考资料以及说明: 1、《机械设计基础》,２。《模 具设计制造》, ３、《数控加工工艺及编程》,4、《计算机辅助制造》等、机械设计类相关书籍, 数控专业书籍以及其她参考书籍,网上资料等。 4、本毕业论文(设计)任务书于20１5年１月25日发出,应于２015年４月30 日前完成。(论文:附后) 指导教师签名: 年月日 系主任签名:年月日 广州科技贸易职业学院 毕业论文(设计) 题目: 46号零件得数控铣削加工工艺及加工程序编制 系别: 机电工程学院班级:１2级 学生:郑昊深系主任:张红伟 指导老师: 文丽丽职称: 讲师 摘要 随着计算机技术得发展,数字控制技术已经广泛得应用于工业控制得各个领域,尤其在机械制造业中应用十分得广泛。而中国作为一个制造业得大国,掌握先进得数控加工工艺与好得编程技术也就是相当重要得。 本文开篇主要介绍了数控技术得现状及其发展得趋势,紧接着对数控铣削加工工艺做了简要得介绍,使对数控铣削加工工艺有了一个总体得了解。接下来主要就是对具体零件得加工工艺得分析,然后用仿真软件指令进行数控编程与仿真加工,最终根据所编写得程序在数控机床上加工出对应得产品。 关键词数控;铣床;数控工艺;编程 ＡBSTRAＣT As the ｄeveloｐmｅnｔof ｐutｅｒteｃｈｎoｌoｇy, ｔｈe ＮumeｒicaｌCoｎtroｌＴｅcｈnｏlogy has beenｗideｌy ａｐpｌied to ｖａrio ｕs fiｅlds ofｉndustial conｔrol ,ｅｓpｅciaｌｌy ｉn engineｅriｎｇindｕｓtry 、Aｎd cｈinａis a biｇｃountrｙiｎmaｎｕfaｃｔurｉng,ｓo more ａnd mｏｒe ｃｈｉｎｅse mａstｅr the konwｌedge of numｅricａl contｒol ｐｒｏcessｉng aｎd ｐrograｍmiｎg ｔｅchｎology iｓvｅrｙiｍporｔａnt、Ａt fｉrｓt,thｉｓpaｐer mainｌy intｒｏduces the ｓtatus ｏf NC ａnd the ｄｅｖeloｐmentｔｒend。Suｂsequeｎtlｙ,thｅNC miｌliｎg procｅss haｓbｅen mａde a briｅf intrｏduｃtion and ｍａke people master tｈeｋno ｗleｄge in geｎｅraｌ.The neｘt partｉs analysis the pｒｏceｓsing of ｓ 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 届毕业设计 系 别： 信息与工程系 专业名称： 机械设计与制造 姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师： 2012 年 月 日 MinBei Vocational And Technical College XXXXXXXXXXXXXXX 目录 一、摘要…………………………………………………… 二、配合件设计的内容及步骤…………………………… 1、零件加工工艺的分析…………………………… 1.1 零件的技术要求分析…………………………… 1.2 零件的结构工艺分析………………………… 2、编程尺寸的确定………………………………… 2.1 计算各节点的坐标尺寸……………………… 3、毛坯的选择…………………………………… 4、工艺过程设计…………………………………… 4.1 板料凸件加工工步顺序的安排……………… 4.2 板料凹件加工工步顺序的安排……………… 5、选择机床、工艺装备等………………………… 5.1 刀具的选择方案……………………………… 5.2 铣削用量的确定……………………………… 6、确定切削用量…………………………………… 7、工艺文件………………………………………… 7.1 工序卡片……………………………………… 7.2 刀具卡…………………………………………… 8、编制加工程序单………………………………… 三、小结………………………………………………… 四、参考文献…………………………………………… 摘要 数控机床的出现以及带来的巨大利益，引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。数控机床的大量使用，需要大批熟练掌握现代数控技术的人员。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。 随着科技的发展，数控技术也在不断的发展更新，现在数控技术也称计算机数控技术，加工软件的更新快，CAD/CAM的应用是一项实践性很强的技术。如像UG , PRO/E , Cimitron , MasterCAM ,CAXA制造工程师等。 数控技术是技术性极强的工作，尤其在模具领域应用最为广泛，所以这要求从业人员具有很高的机械加工工艺知识，数控编程知识和数控操作技能。本文主要通过铣削加工薄壁配合件的数控工艺分析与加工，综合所学的专业基础知识，全面考虑可能影响在铣削、钻削、绞削加工中的因素，设计其加工工艺和编辑程序，完成配合要求。 关键词: 铣削、钻削、绞削、 CAD/CAM 薄壁板类配合件零件加工 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 长江大学 YANGTZE UEIVERSITY 专科生毕业设计（论文） 题目 专业数控技术 学生姓名严鑫 指导教师管志强（数控指导老师） 院校站点 长江大学继续教育学院 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 摘要 随着计算机技术的发展,数字控制技术已经广泛的应用于工业控制的各个领域,尤其在机械制造业中应用十分的广泛。而中国作为一个制造业的大国，掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。 本文开篇主要介绍了数控技术的现状及其发展的趋势，紧接着对数控铣削加工工艺做了简要的介绍，使对数控铣削加工工艺有了一个总体的了解。接下来主要是对具体零件的加工工艺的分析，然后用西门子840D仿真软件指令进行数控编程和仿真加工，最终根据所编写的程序在数控机床上加工出对应的产品。 关键词数控铣床数控工艺编程 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) 毕业论文题目西门子数控铣床及实例操作专业数控加工与维护工程班级07 大专数控（一）班学生梦然然指导教师汪化娟西安工业大学函授部二00 九年摘 要在数控编程之前，编程员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。根据零件形状尺寸及其技术要求，分析零件的加工工艺，选定合适的机床、刀具与夹具，确定合理的零件加工工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数，这些工作与普通机床加工零件时的编制工艺规程基本是相同的。 1.确定加工方案此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能。 2.工夹具的设计和选择应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系之间的尺寸关系。 3.选择合理的走刀路线合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的。应考虑以下几个方面：1尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。2合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。3保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。4保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉。5有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。4.选择合理的刀具根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类 型、切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具，包括刀具的结构类型、材料牌号、几何参数。5.确定合理的切削用量在工艺处理中必须正确确定切削用量。刀位轨迹计算在编写NC 程序时，根据零件形状尺寸、加工工艺路线的要求和定义的走刀路径，在适当的工件坐标系上计算零件与刀具相对运动的轨迹的坐标值，以获得刀位数据，诸如几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、几何元素的交点或切点等坐标值，有时还需要根据这些数据计算刀具中心轨迹的坐标值，并按数控系统最小设定单位（如0.001mm）将上述坐标值转换成相应的数字量，作为编程的参数。在计算刀具加工轨迹前，正确选择编程原点和工件坐标系是极其重要的。工件坐标系是指在数控编程时，在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。工件坐标系的选择原则为: 1所选的工件坐标系应使程序编制简单；2工件坐标系原点应选在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置；3引起的加工误差小。编制或生成加工程序清单根据制定的加工路线、刀具运动轨迹、切削用量、刀具号码、刀具补偿要求及辅助动作，按照机床数控系统使用的指令代码及程序格式要求，编写或生成零件加工程序清单，并需要进行初步的人工检查，并进行反复修改。程序输入在早期的数控机床上都配备光电读带机，作为加工程序输入设备，因此，对于大型的加工程序，可以制作加工程序纸带，作为控 毕业论文 课题：数控加工中心孔类零件加工专业：加工中心 姓名： 指导老师： 完成日期： 目录 内容摘要 (3) 正文 (3) 1. 盘类零件加工工艺性分析 (3) 选择并确定数控加工中心加工盘类零件 (3) 盘类零件图样的工艺性分析 (4) 盘类零件的加工路线 (5) 2. 盘类零件加工工艺的确定 (6) 工艺分析 (6) 工艺卡片 (7) 刀具卡片 (8) 走刀路线 (8) 程序的编制 (13) 3. 误差分析 (17) 4. 结论 (17) 参考文献 (18) 盘类零件的加工 内容摘要 盘类零件是由多个端面、深孔、螺纹孔、曲面、沟槽、外轮廓组合而成的较复杂的盘形零件。其特点是零件基本形状呈盘形块状，零件表面汇集了多种典型表面。加工时，装夹次数一般较少，但所用刀具一般较多，编制程序较繁琐。加工前需要做好充分的准备，包括图纸分析、确定加工工艺、选用机床型号、选用毛坯大小、确定走刀路线与加工顺序等，其前期的准备工作比较复杂。 关键词：盘类零件图纸分析确定加工工艺机床 正文：数控加工过程中需要考虑多方面的因素，包括图纸的分析、选择适合加工该 零件的数控机床、选择加工中将要用到的刀具规格、选择良好的切削用量等等。由此看出，数控加工实践是一门复杂的技术。需要多学习、多熟练才能在保证安全的情况下完成任务。所以，我作为数控行业的一份子要努力的提高自身的专业水平，不断的锻炼自己的实践技能，成为一个全方面发展的数控技术人才。 1盘类零件加工的工艺性分析 盘类零件加工工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，根据实际加工，利用数控加工中心具有高精度、高柔性、高效率，且适合加工具有复杂轮廓、端面的零件等 数控机床毕业论文 数控车床应用与发展前景 摘要 随着计算机技术的高速发展，现代制造技术不断推陈出新。在现代制造系统中，数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现自动化、集成化、智能化、起着举足轻重的作用。 数控加工作为一种高效率高精度的生产方式，尤其是形状复杂精度要求很高的模具制造行业，以及成批大量生产的零件。因此数控加工在航空业、电子行业还有其他各行业都广泛应用。然而在数控加工从零件图纸到做出合格的零件需要有一个比较严谨的工艺过程，必须合理安排加工工艺才能快速准确的加工出合格的零件来。 目录 摘要 前言 第一章数控车床的基本组成和工作原理1.1 任务准备 1.1.1 机床结构 1.2 工作原理 1.3 数控车床的分类 1.4 数控车床的性能指标 1.5 数控车床的特点 第二章数控车床编程与操作 2.1 数控车床概述 2.1.1数控车床的组成 2.1.2数控车床的机械构成 2.1.3数控系统 2.1.4数控车床的特点 2.1.5数控车床的分类 2.1.6数控车床（CJK6153）的主要技术 2.1.7数控车床（CJK6153）的润滑 2.2 数控车床的编程方法 2.2.1设定数控车床的机床坐标系 2.2.2设定数控车床的工件坐标系第三章数控车床加工工艺分析 3.1 零件图样分析 3.2 工艺分析 3.3 车孔的关键技术 3.4 解决排屑问题 3.5 加工方法 第四章当前数控机床技术发展趋势4.1 是精密加工技术有所突破 4.2 是技术集成和技术复合趋势明显结束语语 参考文献 致谢 前言1 第1章概论2 1.1 数控机床的产生及发展2 1.2 数控机床的组成及分类2 1.3 数控机床的特点及应用范围4 第2章设计主要参数及基本思想5 2.1 课题要求5 2.2 设计原则5 2.3 总结构设计5 第3章立式数控铣床的设计和计算8 3.1主传动系统的设计8 3.2 主轴系统计算11 3.3 进给伺服系统的设计13 3.4 进给传动的计算15 第4章微机控制系统的设计25 4.1 微机控制系统组成及特点25 4.2 微机控制系统设备介绍25 4.3 程序部分29 致谢33 参考文献34 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, 改造, 三坐标数控铣床毕业设计论文 数控立式铣床工作台滑鞍结构设计 第一章概述 ?现在，随着社会和科学技术的发展，机械产品的日趋精密复杂，且需频繁改型。普通机床已不能适应这些需求。数控铣床是机械和电子技术相结合的产物，它的机械结构随着电子控制技术在铣床上的普及应用，以及对铣床性能提出的技术要求，而逐步发展变化。数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要2～5坐标联动的各表面轮廓和立体轮廓。 ?数控铣床机械结构的主要特点， ?（1）高刚度和高抗震性铣床刚度反映了铣床结构抵抗变形的能力。为了满足数控铣床高速度、高精度、 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、 摘要 为了适应机械行业的发展趋势，简化一般工厂中工人的劳动量，在本设计中应用简单的数控系统设计。就实际情况分析，一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要高精密的数控系统，但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难，而且实现起来相当复杂，设备比较庞大。然而这些问题可以在一个非常简单的数控系统中很容易的得到很好的解决。随着微型计算机系统的发展，性能的不断提高，大范围应用的普及，应用一个简单的数控系统来完成一般的工作，在一般的小型工厂中足可以实现。 本次设计的铣床，除了能进行铣削加工，主轴上安装不同的刀具时，还可以进行钻孔或攻丝加工。所以我们采用了如下的设计方案：进给系统采用大惯量宽调速直流伺服电动机，滚珠丝杠，双螺母垫片调整预紧间隙，导轨副采用直线滚动导轨副，主传动系统采用无级调速电机。 在设计过程中，我得到了老师的精心指导，帮我收集了很多我无法找到的资料。袁老师在完成繁重的教学任务之余，经常拖着疲惫的身体，对我们的工作进行仔细地审查，针对我们的情况，进行了耐心的讲解，从设计的原理到结构功能，做出了大量的指导性工作，使我们对所要设计的课题有了更深的了解，在这里也要感谢同组同学的热心帮助，同学们总是微笑着面对我的提问，耐心讲解，使我对有些问题有更加清楚的认识。 关键词：总体结构布局铣床传动方式主传动系统进给系统 Abstrac In order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system design. On the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively large. However, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good solution. With the development of micro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in full. The processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out drilling or tapping processing. Therefore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range DC servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rolling deputy, the main drive system adopts the - Speed Motor. In the design process, I was given the careful guidance of teachers Hsu, 数控车床零件加工及工艺设计毕业论文(DOC 28页) 毕业论文论文题目：数控车床零件加工及工艺设计 题目：数控车床零件加工及工艺设计 班级： 专业： 学生姓名： 指导教师： 日期: 数控车床零件加工及工艺设计 摘要 在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。 车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。 在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。 数控车削加工是现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域如航天、汽车、模具、精密机械、家用电器等各个行业有着日益广泛的应用，已成为这些行业不可或缺的加工手段。 为了子数控机床上加工出合格的零件，首先需根据零件图纸的精度和计算要求等，分析确定零件的工艺过程、工艺参数等内容，用规定的数控编程代码和格式编制出合适的数控加工程序。编程必须注意具体的数控系统或机床，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。但从数控加工内容的本质上讲，各数控系统的各项指令都是应实际加工工艺要求而设定的。 由于本人才疏学浅，缺乏知识和经验，在设计过程中难免出现不当之处，望各位给予指正并提出宝贵意见。 关键词： 车削加工刀具零件的工艺过程工艺参数程序编制 On the lathe, use the rotation of the workpiece and tool of line or curve movement to change the shape and size of rough, meet the requirements of drawings processing it into. Turning on a lathe is used the workpiece relative to the method of cutting tool rotation on the workpiece. Cutting is mainly composed of workpiece in turning rather than the tool provided. Turning is the most basic and most common method of cutting, occupies a very important place in production. Turn Rotary surface suitable for cutting, most with turning method for Rotary surface of workpieces can be processed, such as inner and outer cylinder and inner and outer taper, surfacing, Groove, screw and Rotary forming surface, the tool is mainly used tools. In all kinds of metal-cutting machine tools, lathe is the most widely used category, per cent of the total number of machine tools 50%. Turning the 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) 7.1 INTRODUCTION After lathes, milling machines are the most widely used for manufacturing applications. In milling, the workpiece is fed into a rotating milling cutter, which is a multi-point tool as shown in Fig. 7.1, unlike a lathe, which uses a single point cutting tool. The tool used in milling is called the milling cutter. Fig. 7.1Schematic diagram of a milling operation The milling process is characterised by: (i)Interrupted cutting Each of the cutting edges removes material for only a part of the rotation of the milling cutter. As a result, the cutting edge has time to cool before it again removes material. Thus the milling operation is much more cooler compared to the turning operation. This allows for a much larger material rates. 数控铣床毕业论文 Last revised by LE LE in 2021 毕业论文 课题：数控加工中心孔类零件加工专业：加工中心 姓名： 指导老师： 完成日期： 目录 内容摘要 (3) 正文 (3) 1. 盘类零件加工工艺性分析 (3) 选择并确定数控加工中心加工盘类零件 (3) 盘类零件图样的工艺性分析 (4) 盘类零件的加工路线 (5) 2. 盘类零件加工工艺的确定 (6) 工艺分析 (6) 工艺卡片 (7) 刀具卡片 (8) 走刀路线 (8) 程序的编制 (13) 3. 误差分析 (17) 4. 结论 (17) 参考文献 (18) 盘类零件的加工 内容摘要 盘类零件是由多个端面、深孔、螺纹孔、曲面、沟槽、外轮廓组合而成的较复杂的盘形零件。其特点是零件基本形状呈盘形块状，零件表面汇集了多种典型表面。加工时，装夹次数一般较少，但所用刀具一般较多，编制程序较繁琐。加工前需要做好充分的准备，包括图纸分析、确定加工工艺、选用机床型号、选用毛坯大小、确定走刀路线与加工顺序等，其前期的准备工作比较复杂。 关键词：盘类零件图纸分析确定加工工艺机床 正文：数控加工过程中需要考虑多方面的因素，包括图纸的分析、选择适合加工 该零件的数控机床、选择加工中将要用到的刀具规格、选择良好的切削用量等等。由此看出，数控加工实践是一门复杂的技术。需要多学习、多熟练才能在保证安全的情况下完成任务。所以，我作为数控行业的一份子要努力的提高自身的专业水平，不断的锻炼自己的实践技能，成为一个全方面发展的数控技术人才。 1盘类零件加工的工艺性分析 盘类零件加工工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，根据实际加工，利用数控加工中心具有高精度、高柔性、高效率，且适合加工具有复杂轮廓、端面的零件等特点。通过对使用BV75型数控加工中心加工盘类零件，来阐述以下几个方面的问题： 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铣床毕业论文
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