數(shù)控銑床進(jìn)給傳動裝置設(shè)計開題報告

1、開題報告1、數(shù)控銑床簡介1.1數(shù)控銑床的組成 數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)(CNC)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械部件等幾大部分組成。（1）數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床運(yùn)動控制的中心，通常數(shù)控銑床都配有高性能、高精度、集成軟件的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、系統(tǒng)故障自診斷等功能，能完成絕大多數(shù)的基本銑削以及鏜削、鉆削、攻螺紋等循環(huán)加工。（2）伺服驅(qū)動系統(tǒng) 伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成，并與機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)之分。在半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)中還需位置檢測裝置。1（3）機(jī)械部件機(jī)械部件包括：主運(yùn)動部件，進(jìn)給運(yùn)動部件如工作臺、拖板

2、、床身等支撐部件，此外，還應(yīng)該有冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。1.2數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)如圖1.1，數(shù)控銑床進(jìn)給傳動裝置由X、Y、Z軸組成，本課題只設(shè)計Z軸進(jìn)給傳動裝置。圖1.1立式數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)1.3數(shù)控銑床的用途和工藝特點(diǎn)銑床是用銑刀進(jìn)行切削加的機(jī)床，在銑床上，用不同銑刀可以對平面、斜面、溝槽、臺階、T形槽、燕尾槽等表面進(jìn)行加工，另外配上分度頭或回轉(zhuǎn)臺還可以加工齒輪、螺旋面、花鍵軸、凸輪等各種成型表面。故銑床的萬能性強(qiáng)，應(yīng)用范圍很廣。銑床的工藝特點(diǎn)如下：(1)銑床的主軸帶動銑刀作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動；(2)銑刀是多齒、多刃連續(xù)進(jìn)行切削；(3)多數(shù)銑床由工作臺帶動工件作直線進(jìn)給運(yùn)動；

3、(4)銑刀在切削時，每個刀齒的切削過程是斷續(xù)的，同時參加切削的齒數(shù)是變化的，每個刀齒的切削厚度也是變化的，因此容易引起機(jī)床振動；(5)銑削時，銑刀同時參加切削的齒數(shù)較多，便于采用較大的銑削速度和進(jìn)給給量，因而生產(chǎn)效率高。2、數(shù)控銑床進(jìn)給傳動裝置設(shè)計要求數(shù)控銑床伺服進(jìn)給系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。2.1伺服系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn) 為確定伺服系統(tǒng)的定位精度和工作穩(wěn)定性，在機(jī)構(gòu)傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計上都要求無間隙、低摩擦、高剛度、高諧振以及適宜的阻尼比。為了達(dá)到這些要求，機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計中應(yīng)盡量采用低摩擦傳動副如滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌、滾珠絲杠等，以減小摩擦力；通

4、過選區(qū)用最佳降速比來降低慣量；采用預(yù)緊的辦法提高傳動剛度；用消隙的辦法減小反向死區(qū)誤差等，其中最重要的是提高傳動剛度和降低慣量。2.2伺服系統(tǒng)對伺服電機(jī)的要求（1）從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象；（2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求；（3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓；（4）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中

5、的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。23、總體設(shè)計方案論證3.1數(shù)控機(jī)床Z軸傳動裝置結(jié)構(gòu)（如圖3.1）圖3.1數(shù)控機(jī)床Z軸傳動裝置結(jié)構(gòu)3.2數(shù)控系統(tǒng)的選擇交/直流伺服電動機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置，只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺機(jī)服電動機(jī)做成一個整

6、體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。3.3傳動機(jī)構(gòu)擇選本課題選用的是滾珠絲杠螺母副。因?yàn)闈L珠絲杠螺母副是一種低摩擦、高精度、高效率的機(jī)構(gòu)，在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)絲杠和螺母相對運(yùn)動時，滾珠沿絲杠螺旋槽滾道滾動，因此絲杠和螺母之間基本上為滾動摩擦。并且滾珠絲杠螺母副的動（靜）摩擦系數(shù)相差極小，配以滾動導(dǎo)軌，起動力矩很小，運(yùn)動靈敏，低速時不會出現(xiàn)爬行。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)動的傳動裝。3它具有以下優(yōu)點(diǎn):（1）摩擦損失小、傳動效率高 傳動效率可達(dá)92%-96%，是普通絲杠傳動的34倍，而驅(qū)動轉(zhuǎn)矩僅為滑動絲杠螺母機(jī)構(gòu)的25%；（2）運(yùn)動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行；

7、 （3）軸向剛度高、反向定位精度高 由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實(shí)現(xiàn)滾珠的預(yù)緊，因而軸向剛度高，反向時無空行程，定位精度高；（4）滾珠絲杠螺母副主要零件均經(jīng)過熱處理，其滾道表面的硬度值可達(dá)6062HRC，因而耐磨性好，壽命長，精度穩(wěn)定性好；（5）由于摩擦因數(shù)小、不能自鎖，因而該機(jī)構(gòu)的傳動具有可逆性，在作垂直運(yùn)動時應(yīng)加裝防止逆轉(zhuǎn)的裝置，防止工作臺因自重而下降。因?yàn)闈L珠絲杠螺母副與普通絲杠螺母副相比有這么多的優(yōu)點(diǎn)，因此，本題目選用滾珠絲杠螺母副。3.4導(dǎo)軌副選擇 目前在數(shù)控機(jī)床上主要使用以下兩種類型導(dǎo)軌：（1）貼塑導(dǎo)軌：是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)而

8、成。它具有摩擦特性好、耐磨性好、減振性好等特點(diǎn)，這種導(dǎo)軌已經(jīng)在中、小型數(shù)控機(jī)床上廣泛應(yīng)用。4 由于其工藝較簡單，對原有滑動導(dǎo)軌不需作大的改動，故在普通機(jī)床數(shù)控機(jī)床改裝上應(yīng)用廣泛。（2）涂塑導(dǎo)軌：它是以環(huán)氧樹脂為基體，加入二硫化鉬和膠體石墨以及鐵粉等混合而成，再配以固化劑調(diào)勻涂刮或注入導(dǎo)軌面。這種涂塑導(dǎo)軌具有良好的摩擦特性和耐磨性，可使用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。 經(jīng)過分析與比較結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品所需求的加工精度，本題改造的數(shù)控銑床的導(dǎo)軌副選用貼塑導(dǎo)軌以滿足設(shè)計任務(wù)書的要求。4、參數(shù)選擇根據(jù)設(shè)計要求并參考實(shí)際情況，初步選定機(jī)床主要參數(shù)如下：表4-1機(jī)床主要參數(shù)工作臺寬度×長度400×1200mm工作臺最大縱向行程300mm工作臺最大橫向行程500mm主軸箱最大垂直行程400mm主軸調(diào)速無級調(diào)速主軸功率5.5KW電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500 r/min5、進(jìn)度安排表5-1 進(jìn)度安排順序階段安排計劃完成內(nèi)容備注11-4周外文翻譯、開題報告、文獻(xiàn)綜述24-7周結(jié)束機(jī)械設(shè)計部分并完成大部分零件圖38-12周電氣設(shè)計并結(jié)束機(jī)械設(shè)計部分413-14周檢查、修改設(shè)計與計算51