數(shù)控車床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)目錄0摘要…………-3-1引言……….-6-摘要1947年，Parsons公司的JohnParsons著手進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他想用空間數(shù)據(jù)控制機(jī)床加工飛機(jī)零件。1949年，Parsons公司與美國空軍簽定了制造第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的合同。1951年，美國麻省理工學(xué)院承擔(dān)了這一項(xiàng)目。1952年，麻省理工學(xué)院（MIT）使用實(shí)驗(yàn)室制造的控制器和辛辛那提立式主軸展示三軸聯(lián)動(dòng)獲得成功，這標(biāo)志著數(shù)控時(shí)代的到來。到了1955年，幾經(jīng)改進(jìn)之后，數(shù)空技術(shù)開始應(yīng)用于生產(chǎn)。早期的NC機(jī)床能運(yùn)行穿孔卡和穿孔帶，兩者中以穿孔帶更為通用。但是，鑒于更換、編輯紙帶費(fèi)時(shí)費(fèi)力，后來便采用計(jì)算機(jī)作為編程的輔助工具。計(jì)算機(jī)在數(shù)控中的應(yīng)用有兩種形式：一是計(jì)算機(jī)輔助編程語言，二是實(shí)施直接數(shù)字控制（DNC），有了計(jì)算機(jī)輔助編程語言，程序員可用一套通用“混雜英語”命令編寫NC程序，然后由計(jì)算機(jī)將其釋譯為機(jī)器碼并制成穿孔帶。直接數(shù)字控制是指用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對一臺(tái)或多臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)施部分或整體控制。雖然有些公司運(yùn)用DNC已獲得成功，但是，擴(kuò)大計(jì)算機(jī)容量、購買軟件、協(xié)調(diào)DNC系統(tǒng)等花費(fèi)使這種系統(tǒng)并不適合所有公司，而只適用于一些大公司。最近，一種叫做分布式數(shù)字控制的新型DNC系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來，它用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來協(xié)調(diào)多臺(tái)DNC機(jī)床的運(yùn)行。這種方式最終有可能用來協(xié)調(diào)整個(gè)工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)。這種分布式數(shù)字控制方法解決了協(xié)調(diào)直接數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)遇到的一些難題。在此基礎(chǔ)上，人們還開發(fā)出另一種分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，其整個(gè)NC程序可從主機(jī)直接傳輸?shù)綑C(jī)床控制器。另外，該系統(tǒng)也可在必要時(shí)將程序從主機(jī)傳輸?shù)杰囬g的個(gè)人電腦（PC），然后再傳輸?shù)綑C(jī)床控制器工業(yè)機(jī)器人是在生產(chǎn)環(huán)境中用以提高生產(chǎn)效率的工具,它能做常規(guī)乏味的裝配線工作,或能做那些對于工人來說是危險(xiǎn)的工作,例如,第一代工業(yè)機(jī)器人是用來在核電站中更換核燃料棒,如果人去做這項(xiàng)工作,將會(huì)遭受有害放射線的輻射。工業(yè)機(jī)器人亦能工作在裝配線上將小元件裝配到一起，如將電子元件安放在電路印制板，這樣，工人就能從這項(xiàng)乏味的常規(guī)工作中解放出來。機(jī)器人也能按程序要求用來拆除炸彈，輔助殘疾人，在社會(huì)的很多應(yīng)用場合下履行職能。機(jī)器人可以認(rèn)為是將手臂末端的工具、傳感器和（或）手爪移到程序指定位置的一種機(jī)器。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)位置后，它將執(zhí)行某種任務(wù)。除了編程以及系統(tǒng)的開停之外，一般來說這些工作可以在無人干預(yù)下完成。關(guān)鍵字：加工精度，設(shè)計(jì)方案，分配，參數(shù)0引言回顧即將過去的20世紀(jì)，人類取得的每一項(xiàng)重大科技成果，無不與制造技術(shù)，尤其與超精密加工技術(shù)密切相關(guān)。在某種意義上，超精密加工擔(dān)負(fù)著支持最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要使命。超精密加工技術(shù)在航天運(yùn)載工具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用。有人對海灣戰(zhàn)爭中美國及盟國武器系統(tǒng)與超精密加工技術(shù)的關(guān)系做了研究，發(fā)現(xiàn)其中在間諜衛(wèi)星、超視距空對空攻擊能力、精確制導(dǎo)的對地攻擊能力、夜戰(zhàn)能力和電子對抗技術(shù)方面，與超精密加工技術(shù)有密切的關(guān)系?？梢哉f，沒有高水平的超精密加工技術(shù)，就不會(huì)有真正強(qiáng)大的國防。超精密車床要求其數(shù)控系統(tǒng)具有高編程分辨率（1nm）和快速插補(bǔ)功能（插補(bǔ)周期0.1ms）?；赑C機(jī)和數(shù)字信號處理芯片（DSP）的主從式硬件結(jié)構(gòu)是超精密數(shù)控的潮流，如美國的NANOPATH和PRECITECH'SULTRAPATHTM都采用了這一結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運(yùn)動(dòng)控制模塊（PMAC）開發(fā)應(yīng)用越來越廣泛，使此類數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和可重構(gòu)性得到提高。我國國防科技大學(xué)研制開發(fā)的YH－1型數(shù)控系統(tǒng)采用ASW－824工業(yè)一體化PC工作站為主機(jī)，用ADSP2181信號處理器模塊構(gòu)成高速下位伺服控制器。模塊化、構(gòu)件化是超精密車床進(jìn)入市場的重要技術(shù)手段，如美國ANORAD公司生產(chǎn)各種主軸、導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺(tái)，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)和車床。研制超精密車床時(shí)，布局就顯得非常關(guān)鍵。超精密車床往往與傳統(tǒng)車床在結(jié)構(gòu)布局上有很大差別，流行的布局方式是“T”型布局，這種布局使車床整體剛度較高，控制也相對容易，如Pneumo公司生產(chǎn)的大部分超精密車床都采用這一布局。模塊化使車床布局更加靈活多變，如日本超硅晶體研究株式會(huì)社研制的超精密車床，用于車削超大硅晶片,采用三角菱形五面體結(jié)構(gòu)，用于提高剛度；德國蔡司公司研制了4軸精密車床AS100，用于加工自由形式表面，該車床除了X、Z和C軸外，附加了A軸，用于加工自由表面時(shí)控制砂輪的車削點(diǎn)。此外，一些超精密加工車床是針對特殊零件而設(shè)計(jì)的，如大型高精度天文望遠(yuǎn)鏡采用應(yīng)力變形盤加工，一些非球面鏡的研拋加工采用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)（CCOS）加工，這些車床都具有和通用車床完全不同的結(jié)構(gòu)。由此可見，超精密車床的結(jié)構(gòu)有其鮮明的個(gè)性，需要特殊的設(shè)計(jì)考慮和設(shè)計(jì)手段。為保證超精密車床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數(shù)控系統(tǒng)必須采用全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，高精度運(yùn)動(dòng)檢測是進(jìn)行全閉環(huán)控制的必要條件。雙頻激光干涉儀具有高分辨率（如ZYGOAX10MTM2/20分辨率為1.25nm）與高穩(wěn)定性，測量范圍大，適合作車床運(yùn)動(dòng)線位移傳感器使用。但是雙頻激光干涉儀對環(huán)境要求過于苛刻，使用和調(diào)整非常困難，使用不當(dāng)會(huì)大大降低精度。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗(yàn)，德國Heidenhain公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密車床運(yùn)動(dòng)檢測，如該公司LIP401,材料長度220mm，分辨率為2nm，采用Zerodur材料制成幾乎達(dá)到零膨脹系數(shù)（0.1ppm/k），動(dòng)靜尺間隙為0.6±0.1mm，對環(huán)境要求低，安裝和使用方便，如Nanoform2500和Optimum2400超精密車床都使用了Heidenhain光柵尺。在數(shù)控軟件方面，開放性是一個(gè)發(fā)展方向。國外有關(guān)開放性數(shù)控系統(tǒng)的研究有歐共體的OSACA、美國的OMAC和日本的OSEC。我國國防科技大學(xué)在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)件化多自由度運(yùn)動(dòng)控制軟件，可根據(jù)車床成形系統(tǒng)的布局任意組裝軟件，符合車床模塊化發(fā)展的方向。1.序言課題簡介：本課題是圍繞將普通機(jī)床設(shè)計(jì)成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床展開設(shè)計(jì)的，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的的生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價(jià)格。價(jià)格便宜、性能價(jià)格比適中是其最主要的特點(diǎn)，特別適合在設(shè)備中占有較大比重的普通車床設(shè)計(jì)，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時(shí)又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。利用微機(jī)設(shè)計(jì)現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)該解決的問題是如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進(jìn)給設(shè)計(jì)成由計(jì)算機(jī)控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給加工車床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)是非常有必要的。數(shù)控機(jī)床可以很好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控設(shè)計(jì)，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)主要方向之一。第一章設(shè)計(jì)方案的確定一總體設(shè)計(jì)方案的確定由于是對車床進(jìn)行數(shù)控設(shè)計(jì)，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用前提下，對同床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制；傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)；驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；數(shù)控系統(tǒng)采用JWK型系統(tǒng)；刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了設(shè)計(jì)數(shù)量。二機(jī)械部分的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與計(jì)算將普通車床設(shè)計(jì)成數(shù)控機(jī)床，除了增加控制系統(tǒng)外，機(jī)械部分也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，其中包括：縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型，以及自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選型。（一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型1、經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床的設(shè)計(jì)，采用步進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)縱向進(jìn)給，有兩種方案：一種是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母固定在溜板箱上；第二種是縱絲杠固定、電機(jī)安裝在溜板箱上，驅(qū)動(dòng)螺母傳動(dòng)。對于車床的設(shè)計(jì)而言，采用第一種方案顯然簡單易行。所以步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。從改裝方便，實(shí)用等方面考慮，所以將步進(jìn)電機(jī)放在絲杠的左端。2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，已知條件：工作臺(tái)重量：W=80kgf=800N時(shí)間常量：T=25ms行程：s=640mm步驅(qū)角：2=0.75o/step快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/ms脈沖當(dāng)量：8p=0.01mm/8tep（1）切削力的計(jì)算由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得公式No=Ndη（公式一）其中NO—為傳動(dòng)件的額定功率Nd—主電機(jī)的額定功率，見使用說明書得：Nd=4.5kwη—從電機(jī)到所計(jì)算的傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率（不含軸承的效率）從電機(jī)到傳動(dòng)軸經(jīng)過皮帶輪和齒輪兩種傳動(dòng)件傳動(dòng)，所以η=n1×n2由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得n1=0.96n2=0.99所以：η=0.96×0.99=0.9504取η=0.95η即N=4×0.95=3.8（kw）又因?yàn)橹鱾鲃?dòng)系統(tǒng)效率一般為0.6～0.7之間，所以取0.65所以NC（進(jìn)給效率）=3.8×0.65=2.47（kw）由《機(jī)械加工工藝手冊》得Pm=×9.8（公式二） ≈式中Vs——切削速度，設(shè)當(dāng)其為中等轉(zhuǎn)速，工件直徑為中等時(shí)，如D=40mm時(shí)，取Vs=100m/min主切削力FZ==151.164（Rgf）=1511.64N由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得主切削力FZ=CFzapxfx×fyfz×kfz(經(jīng)驗(yàn)公式)CFzapxfxfyfzkfz(公式三)對于一般切削情況，切削力中的指數(shù)xfx≈1?FZ=0.75Kfz≈0CFZ=188kg/㎜2=1880MpaF2的計(jì)算結(jié)果如下：

ap(㎜)222333f(㎜)0.20.30.40.20.30.4Fz(N)10515241891168122872837為便于計(jì)算,所以取Fz=1511.7N,以切削深度ap=2㎜走刀量f=0.3㎜為以下計(jì)算以此為依據(jù)。由《機(jī)械床設(shè)計(jì)手冊》得，在一般外圓車削時(shí)，F(xiàn)x≈（0.1～0.6）FZFy≈(0.15～0.7)Fz取Fx=0.5FzFy=0.6Fz∴Fx=0.5×1511.7=755.9(N)Fy=0.6Fz=0.6×1511.7=907.0(N)（2）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床總設(shè)計(jì)》，綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得P=RGx+f′（Fz+w）(公式四)其中R=1.15,f′=0.15～0.18取f′=0.16P=1.15×755.9+0.16(1511.7+800)=1239.2(N)eq\o\ac(○,1)強(qiáng)度計(jì)算壽命值Li=（公式五）ni=（公式六）由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得Ti=15000h,原機(jī)床絲杠螺距為60㎜，D=80㎜ni==19.9≈20(r/min)Li==18最大動(dòng)負(fù)Q=PfwfH(公式七)其中運(yùn)載系數(shù)fw=1.2硬度系數(shù)Fh=1Q=×1.2×1239.2×1=3897.1(N)根據(jù)最大動(dòng)力負(fù)載荷Q的值，查表選擇滾珠絲杠的型號為W5010—3.5×1，查表得數(shù)控車床的縱向精度為B級，左旋即型號為W5010—3.5×1/B—900×1000其額定載荷是3970Neq\o\ac(○,2)效率計(jì)算根據(jù)《機(jī)械基礎(chǔ)》得，絲杠螺母副傳動(dòng)效率為η=(公式八)由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得4一般為8′～12′取4=10′即：摩擦角4=10′，螺旋升角（中徑處）r=3O25′則η==0.953 參考文獻(xiàn)1、《實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》作者《實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》編委會(huì)出版社：北京、兵器工業(yè)出版社1995年2、《實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊》作者《實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》編委會(huì)出版社：北京出版社1993年3、《機(jī)床數(shù)控設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)例》作者：余英良出版社：機(jī)械工業(yè)出版社1998年4、《數(shù)控加工程序編制》作者：范炳炎出版社：航空工業(yè)出版社1992年5、《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》作者：張新義出版社：機(jī)械工業(yè)出版社1994年6、《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》作者：《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》編委會(huì)出版社：機(jī)械工業(yè)出版社