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本科生畢業(yè)論文 設(shè)計 開題報告 論文題目 三坐標數(shù)控銑床設(shè)計 學(xué)生姓名 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 一 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展 科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 對機械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高要求 機械加工 工藝過程的自動化是實現(xiàn)上述要求的最主要的措施之一 它不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量 提高 生產(chǎn)效率 降低生產(chǎn)成本 還能夠大大改善工人的勞動條件 大批量的自動化生產(chǎn)廣泛采用自動機床 組合機床和專用機床以及專用自動生產(chǎn)線 實行多刀 多工位同時加工 以達到高效率和高自動化 但這些都屬于剛性自動化 在 面對小批量生產(chǎn)時并不是適用 因為小批量生產(chǎn)需要經(jīng)常變化產(chǎn)品的種類 這就要求生 產(chǎn)線具有柔性 而從某種程度上說 數(shù)控機床的出現(xiàn)正是很大的滿足了這一要求 1952 年 美國麻省理工學(xué)院成功的研制出一套三坐標聯(lián)動 利用脈動乘法器原理的 實驗性數(shù)控系統(tǒng) 并把它裝在一臺立式銑床上 當時用的電子元件是電子管 這就是世 界上的第一臺數(shù)控機床 1959 年 數(shù)控裝置中廣泛采用電子管和印刷電路板 從而跨入 數(shù)控的第二代 1965 年 出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路 由于它體積小 功耗低 使數(shù)控系統(tǒng) 的可靠性得以進一步提高 從此數(shù)控發(fā)展到第三代 1970 年 在美國芝加哥國際機床展 覽會上首次展出的數(shù)控系統(tǒng)采用計算機數(shù)控系統(tǒng)的機床 這便是數(shù)控的第四代 1974 年 出現(xiàn)了第五代數(shù)控系統(tǒng) MNC 微處理機控制系統(tǒng) 我國是從 1958 年開始研制數(shù)控技術(shù)的 一直到 60 年代中期處于研制 開發(fā)時期 當時 一些高等院校 科研單位研制出實驗樣機 開發(fā)也是從電子管開始的 1965 年國 內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控技術(shù) 從 70 年代開始 數(shù)控技術(shù)在車 銑 鉆 鏜 磨 齒輪 加工等領(lǐng)域全面展開 數(shù)控加工中心在上海 北京研制成功 在這一時期 數(shù)控線切割 機床由于結(jié)果簡單 使用方便 價格低廉 在模具加工中得到了推廣 80 年代我國數(shù)控 機床有了新的發(fā)展 90 年代以及接下來主要是向高檔數(shù)控機床發(fā)展 數(shù)控技術(shù)是近代發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù) 是用數(shù)字化信號對機床運動及其加 工過程進行控制的一種方法 目前 在工業(yè)發(fā)達國家 無論在國防工業(yè)或民用工業(yè) 數(shù) 控機床的應(yīng)用均已相當普遍 數(shù)控機床已不在局限用來加工單件 小批以及形狀復(fù)雜的 零件 數(shù)控加工中心機床 它是在一般數(shù)控鏜銑床上加裝刀庫和自動換刀裝置 可以連續(xù) 地對零件進行各加工面的銑 鉆 鉸 鏜以及攻絲的加工 減少了機床的占地面積 壓 縮了半成品的庫存量 減少工序間的輔助時間 有效地提高了生產(chǎn)率 可以預(yù)見 高級自動化技術(shù)將進一步證明數(shù)控機床的價值 并且正在更為廣闊的開 拓著數(shù)控機床的應(yīng)用領(lǐng)域 二 數(shù)控銑床的工作原理 用數(shù)控銑床加工零件時 首先應(yīng)編制該零件的加工程序 這是數(shù)控銑床的工作指令 將加工程序輸入數(shù)控裝置 再由數(shù)控裝置控制機床主運動的變速 啟動 停止 進給運 動的方向 速度和位移量 以及工件裝夾和冷卻潤滑的開關(guān)等動作 使刀具與被加工零 件以及其它輔助裝置嚴格按照加工工序規(guī)定的順序 運動軌跡加工出符合要求的零件 三 數(shù)控銑床的組成 數(shù)控銑床的組成 機床 數(shù)控裝置 控制介質(zhì) 伺服系統(tǒng) 測量裝置等組成 機床 三坐標數(shù)控磨床應(yīng)具有更好的剛性和抗振性 因此床身采用密封式箱型結(jié)構(gòu) 在床身底內(nèi)腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料 當發(fā)生振動時 利用阻尼材料之間的相對 摩擦耗散振動能量 數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心 是高技術(shù)密集型產(chǎn)品 它的功能是接受輸 入裝置輸入的加工信息 經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件對代碼進行處理后 輸入相應(yīng)的指令 脈沖 驅(qū)動伺服系統(tǒng) 來控制機床的各個運動部件按規(guī)定的要求實現(xiàn)各個運動 控制介質(zhì) 用于記載各種加工信息的載體 以控制機床的運動 實現(xiàn)零件的加工 數(shù)控介質(zhì)有穿孔帶 穿孔卡 磁帶及磁盤等 也可通過通信接口直接輸入所需各種信息 三坐標數(shù)控銑床采用通信接口直接輸入所需各種信息 用鍵盤將加工程序直接鍵入 并 且可在數(shù)碼顯示器或 CRT 顯示器上顯示出來 伺服系統(tǒng) 由伺服電動機和伺服驅(qū)動裝置組成 是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分 作用是把 來自數(shù)控裝置的各種指令轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動速度 運動方向和位移量 伺服系 統(tǒng)要求有良好的快速響應(yīng)性能 進給速度范圍要大 靈敏而準確的跟蹤指令功能和轉(zhuǎn)速 在較大的范圍內(nèi)要求有良好的工作穩(wěn)定性 此數(shù)控銑床的驅(qū)動元件為交流三相異步電動 機 測量裝置 是將床身的實際位置 速度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號反饋回數(shù)控裝置 以校 核執(zhí)行部件實際運動速度 方向和位移量 并使之與加工指令相一致 四 設(shè)計題目及技術(shù)要求 設(shè)計題目是三坐標數(shù)控銑床設(shè)計 從總體布局和結(jié)構(gòu)形式 與普通銑床相似 主 要還是由床身 主軸箱 刀架 進給系統(tǒng) 液壓 冷卻 潤滑系統(tǒng)等部分組成 但是 由于動力源采用了交流伺服電機 控制系統(tǒng)實現(xiàn)了 CNC 所以 使得主運動和進給系統(tǒng) 機械結(jié)構(gòu)大大簡化 尤其是進給系統(tǒng) 與普通銑床的進給系統(tǒng)有質(zhì)的區(qū)別 沒有傳統(tǒng)的 進給箱 板箱和掛輪架 而是直接由伺服電機通過滾球絲杠驅(qū)動溜板和刀架 實現(xiàn)進給 運動 主要設(shè)計要求 三坐標數(shù)控銑床 進給精度 0 01mm X Y Z 坐標進給速度 2m min X Y 行程 300mm Z 行程 250mm 工作臺尺寸 420 300mm 五 數(shù)控銑床各組成部分的分析 1 X Y 工作臺 X Y 工作臺的組成 X Y 工作平臺傳動機構(gòu) X 向齒輪減速和滾珠絲杠傳動方向 Y 向和 X 向相同 驅(qū)動機構(gòu) X Y 向兩個電機 X Y 工作臺的工作原理 通過控制 X Y 向電機驅(qū)動傳動機構(gòu) 從而帶動 X Y 工作 平臺沿 X Y 向運動 2 主軸 主軸部件包括主軸軸承 傳動件和相應(yīng)的緊固件 主軸的端部是標準的 傳動件如 齒輪 帶輪等與一般的機械零件相同 機床主軸部件 三個方向的進給及其它部件滾動 軸承 均采用潤滑脂潤滑 3 導(dǎo)軌 由運動和承導(dǎo)件組成 運動件 需要做直線運動的零部件 承導(dǎo)件 用于支承并限 制運動件 使其只能按給定的要求和規(guī)定的方向作直線運動 設(shè)計中可采用滑動導(dǎo)軌 對導(dǎo)軌要求有以下幾點 1 要有一定的導(dǎo)向精度 2 要有良好的耐磨性 3 要有足夠的剛度 4 有減小熱變形影響 5 要使運動輕便平穩(wěn) 6 要有一定的工藝性 主要用來支承和引導(dǎo)部件沿一定的軋道運動 要求導(dǎo)向精度高 耐磨性能好 足夠 的剛度 本設(shè)計采用塑料導(dǎo)軌 鑲粘塑料導(dǎo)軌已廣泛用于數(shù)控機床 其摩擦系數(shù)小 且 動 靜摩擦差很小 能防止低速爬行現(xiàn)象 耐磨性 抗撕傷能力強 加工性和化學(xué)穩(wěn)定 性好 工藝簡單 成本底 并有良好的自潤滑性和抗震性 塑料導(dǎo)軌多與淬硬剛導(dǎo)軌相 配使用 滑動導(dǎo)軌間隙的調(diào)整 采相應(yīng)的用刮 磨結(jié)合面或加墊片的方法以獲得相應(yīng)的間隙 鑲條調(diào)整 這是側(cè)向間隙常用的調(diào)整方法 鑲條有直鑲條和斜鑲條兩種 采用矩形導(dǎo)軌 這種導(dǎo)軌的特點是結(jié)構(gòu)簡單 制造 檢驗和修理較易 新導(dǎo)軌制造精度高 但導(dǎo)軌經(jīng)磨 損后不能自動補償 導(dǎo)向性不如三角形導(dǎo)軌好 三坐標數(shù)控銑床采用貼塑導(dǎo)軌 這是一種金屬對塑料的摩擦形式 屬于滑動摩擦導(dǎo) 軌 導(dǎo)軌一滑移面上貼有一層抗磨軟帶 導(dǎo)軌的另一滑移面上貼為淬火磨削面 軟帶是 以聚四氟乙烯為基材 添加合金粉和高氧化物的高分子復(fù)合材料 塑料導(dǎo)軌剛性好 動 靜摩擦系數(shù)差值小 耐磨性好 無爬行 抗振性好 化學(xué)的穩(wěn)定性好 維護修理方便 經(jīng)濟性好 塑料導(dǎo)軌和其它導(dǎo)軌相比 有以下特點 1 摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定性比鑄鐵導(dǎo)軌低一個數(shù)量級 2 動靜摩擦系數(shù)相近 運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好 3 吸收振動具有良好的阻尼性 優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導(dǎo)軌和易于飄浮的靜 壓導(dǎo)軌 4 耐磨性好 有自身潤滑作用 無潤滑油也能工作 灰塵磨粒的遷入性好 5 化學(xué)的穩(wěn)定性好 耐高 低溫 耐強酸強堿 強氟化劑及各種有機溶劑 6 維護修理方便 軟帶磨損后更易更換 7 經(jīng)濟性好 結(jié)構(gòu)簡單 成本低 約為滾動導(dǎo)軌成本的 1 120 三成復(fù)合材料 DU 導(dǎo)軌板成本的 1 4 三個方向的導(dǎo)軌副 滾珠絲杠副由自動間隙潤滑油泵進行定時潤滑 潤滑油泵安裝 在立柱側(cè)面 通過分油器將潤滑油分送到各潤滑點上 4 進給裝置 三坐標數(shù)控銑床的進給運動是數(shù)字控制的直接對象 不論點位控制還是連續(xù)控制 被加工工件的最后坐標精度和輪廓精度都受到進給運動的傳動精度 靈敏度和穩(wěn)定性的 影響 為此 要注意以下三點進給運動要求 1 減少運動件的摩擦力 進給系統(tǒng)雖有許多元件 但摩擦阻力主要來自絲杠 和導(dǎo)軌 絲杠和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的滾動化是減少摩擦的重要措施之一 2 提高傳動精度和剛度 在進給系統(tǒng)中滾珠絲杠和支承結(jié)構(gòu)是決定其傳動精 度和剛度的主要部件 因此 必須首先保證它們的加工精度 3 減少運動慣量 進給系統(tǒng)中每個元件的慣量對伺服機構(gòu)的啟動和制動特性 都有直接的影響 尤其是處于高速運轉(zhuǎn)的零件 其慣性的影響更大 5 滾動絲杠 滾珠絲杠螺母副 在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動元件 以減少 摩擦 當絲杠與螺母相對運動時 滾珠沿螺旋槽向前滾動 在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過 回程引導(dǎo)裝置 逐個地又滾回到絲杠與螺母之間 構(gòu)成一個閉和回路 它的優(yōu)點是 1 摩擦系數(shù)小 傳動效率高 可達 0 92 0 96 所需傳動轉(zhuǎn)矩小 2 靈敏度高 傳動平穩(wěn) 不易產(chǎn)生爬行 隨動精度和定位精度高 3 磨損小 壽命長 精度保持性好 4 可通過預(yù)緊和間隙消除措施提高軸向剛度和反向精度 5 運動具有可逆性 不僅可以將旋轉(zhuǎn)運動 6 進給伺服系統(tǒng) 進給伺服系統(tǒng)的組成 有驅(qū)動控制單元 驅(qū)動元件 機械傳動部件 執(zhí)行件和檢測 反饋環(huán)節(jié)等組成 驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng) 檢測元件與反饋電路組 成檢測裝置亦稱檢測系統(tǒng) 進給伺服系統(tǒng)中采用的驅(qū)動裝置為直流伺服電機 7 微處理器 用來集中控制 分時處理數(shù)控系統(tǒng)的各項任務(wù) 單微處理器機構(gòu)的基本組成包括 微處理器和總線 存儲 I O 接口 MDI CRT 接口 位置控制器 PC 微機控制系統(tǒng)的硬 件設(shè)計主要就是上述幾個部分的具體設(shè)計 六 參考資料 1 數(shù)控機床設(shè)計手冊 2 機械設(shè)計手冊 3 機電傳動控制 4 標準件手冊 5 機電一體化設(shè)計手冊 七 進度計劃 第一階段 完成所選課程 完成英文翻譯 第二階段 完成畢業(yè)設(shè)計的總體規(guī)劃 查閱相關(guān)資料 第三階段 完成X Y工作臺設(shè)計及相關(guān)計算 第四階段 完成磨頭設(shè)計 第五階段 完成控制系統(tǒng)設(shè)計 第六階段 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 出圖 準備答辯