畢業(yè)設(shè)計(jì)三坐標(biāo)銑床的數(shù)控化改造.pdf

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1、 g3 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目：三坐標(biāo)銑床的數(shù)控化改造 姓 名 : *** 學(xué) 號(hào) : ****** 系 部 : 機(jī)電工程系 專 業(yè) : 機(jī)電一體化 年 級(jí) : ***** 指導(dǎo)教師 : **** g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g20 摘要 畢業(yè)設(shè)計(jì)是在原有普通銑床的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行改造,成為三坐標(biāo)數(shù)控銑床。該機(jī)床 能通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)曲線直線等不同的加工路線。 所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，三個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，主軸電機(jī)

2、采用 交流電機(jī)，所有電機(jī)均由單片機(jī)進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解 單片機(jī)的工作原理，主要有以下幾個(gè)方面：X、Y,Z工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是滾珠 絲杠的運(yùn)用；機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，了解優(yōu)缺點(diǎn)，充分考慮主要矛盾，擇優(yōu)選取；單片 機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉其應(yīng)用。 在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，加工精度和加工可靠性是伺服系統(tǒng)決定的，本文對(duì)普通銑床的 數(shù)控化改造進(jìn)行了分g7616和設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)普通銑床的數(shù)控化改造，g6656g20744了普通銑床的加工 能g2251和加工g14643g3364，g14514g11569了直g6613g17245g1184機(jī)床的g18200分g17268g18

3、433，g1959有g(shù)5560g4013的g13567g9086g7032g11514。 關(guān)鍵詞： 銑床, 數(shù)控, 三坐標(biāo) g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g21 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 目錄 摘要 ...................................................... 1 Abstract ...........................

4、...... 錯(cuò)誤！未定義書簽。 前言 ...................................................... 4 第一章 概論 .............................................. 5 1.1g3g3數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 ..................................... 5 1.2g3g3數(shù)控機(jī)床的組成及分類 ..................................... 6 1.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成 .....................................

5、... 6 1.2.2 數(shù)控機(jī)床的分類 ........................................ 7 1.3g3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 .................................. 8 1.3.1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) ........................................ 8 1.3.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 .................................... 8 第二章 設(shè)計(jì)主要參數(shù)及基本思想 ............................ 9 2.1g3課題要求 .............

6、.................................... 9 2.1.1 題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求 ............... 9 2.1.2 課題內(nèi)容及工作量 ..................................... 9 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g22 2.2g3g3設(shè)計(jì)原則 ................................................. 9 2.3g3g3總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................

7、........... 10 2.3.1 數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 ............................... 10 2.3.2 提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度 ................................... 10 2.3.3 提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度 .......................... 11 第三章 三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ........................ 12 3.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ......................................... 12 3.1.1 主傳動(dòng)變速系統(tǒng) ..........

8、............................. 13 3.2g3g3主軸系統(tǒng)計(jì)算 ............................................ 16 3.3.1 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 ............................. 18 3.3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ............................... 19 3.3.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 ............. 19 3.4進(jìn)給傳動(dòng)的計(jì)算 ........................................... 2

9、0 3.4.1 X軸滾珠絲杠副 ...................................... 20 3.4.2 Y軸滾珠絲杠副 ....................................... 23 3.4.3 Z軸滾珠絲杠副 ...................................... 27 3.4.4滾珠絲杠的安裝與使用 ................................. 30 第四章 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................... 33 4.1微機(jī)控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn) ............

10、..................... 33 4.1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)的組成 ................................... 33 4.1.2微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) ................................... 33 4.2 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備介紹 .................................. 34 4.2.1 主控制器CPU的選擇 ................................... 34 4.2.2 存儲(chǔ)器電路的擴(kuò)展 ..................................... 35 4

11、.2.3 I/O口電路的擴(kuò)展 ..................................... 37 4.2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ..................................... 39 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g23 4.2.5 其它輔助電路設(shè)計(jì) ..................................... 40 4.3g3g3程g5317g18206分 ................................................ 41 結(jié)論 ......

12、............................................... 45 參考文獻(xiàn) ................................................. 46 致 謝 .................................................... 47 前言 g3 g19647g11632g1258工g7338能在計(jì)g12743機(jī)g20150g3599的g9287g17983和g2561g4741，數(shù)控系統(tǒng)g5445g1941g14362g17970應(yīng)控制g933g8273g13050系統(tǒng)

13、和g12174g13567g13697g13580的控制機(jī)理，不g1398g1959有g(shù)14362動(dòng)g13638g12347g933g2173g20408控制g933g8273g13050控制g933g4502g1168控制g933g14362g17970 應(yīng)控制g933工g14506g2546數(shù)g14362動(dòng)g11087成g933三g13604g2096g1959g16021g1711g933運(yùn)動(dòng)g2546數(shù)動(dòng)g5681g16021g1711等g2255能，g13884g1092g1258機(jī)g6234 面g7601為g2555g4013，g5286g1092有g(shù)7029g19660g1689

14、0g7133g1091g4582系統(tǒng)g1455g14362g16890g7133和g7029g19660g11521控g2255能g7460g17339g4540g2996。伺服系統(tǒng) g7338能化的主軸交流g20641動(dòng)和g7338能化進(jìn)g13577伺服g16117g13726，能g14362動(dòng)g16886g2139g17231g17837g5286g14362動(dòng)優(yōu)化g16947整g2546數(shù)。 直線電機(jī)g20641動(dòng)系統(tǒng)以g1455用化。 用數(shù)控銑床加工g19750g1318g7206，g20422g1912應(yīng)g13638制該g19750g1318的加工g12347g5311，g17929

15、是數(shù)控銑床的工作g6455g1300。 g4662加工g12347g5311g17859g1941數(shù)控g16117g13726，g1981由數(shù)控g16117g13726控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的g2568g17999g933g2655動(dòng)g933g1676g8594g933進(jìn)g13577 運(yùn)動(dòng)的方向g933g17999度和g1405移g18431，以g2554工g1318g16117g3945和g2023g2468g9174g9473的g5424g1955等動(dòng)作，g1455g2096g1959g1086g16091加 工g19750g1318以g2554其g4531g17845g2265g16117g13

16、726g1109g7788g6457g10135加工工g5311g16372定的g20138g5311g933運(yùn)動(dòng)g17816g17961加工g2090g12630合要求的 g19750g1318。 三坐標(biāo)數(shù)控銑床的進(jìn)g13577運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直g6613對(duì)象，不論點(diǎn)g1405控制還是連續(xù)控制， g16091加工工g1318的最后坐標(biāo)精度和輪廓精度都受到進(jìn)g13577運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度g933靈敏度和穩(wěn)定性 的影響。為此，要注意以下三點(diǎn)進(jìn)g13577運(yùn)動(dòng)要求： (1) 減少運(yùn)動(dòng)g1318的摩擦g2251。進(jìn)g13577系統(tǒng)雖有許多元g1318，g1398摩擦阻g2251主要來(lái)g14362絲杠和

17、g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g24 導(dǎo)g17816。絲杠和導(dǎo)g17816結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)化是減少摩擦的重要措施之一。 (2) g6656g20744傳動(dòng)精度和剛度。在進(jìn)g13577系統(tǒng)中滾珠絲杠和支承結(jié)構(gòu)是決定其傳動(dòng)精度 和剛度的主要g18200g1318，因此，必須g20422g1912保證g4531們的加工精度。 (3) 減少運(yùn)動(dòng)慣g18431。進(jìn)g13577系統(tǒng)中每個(gè)元g1318的慣g18431對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的g2655動(dòng)和制動(dòng)特性都有 直g6613的影響。尤其是處于g20744g17999運(yùn)轉(zhuǎn)的g19750g1318，其慣性的影響g

18、7460大。 設(shè)計(jì)是在原有普通銑床的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行改造,成為三坐標(biāo)數(shù)控銑床。該機(jī)床能通 過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)曲線直線等不同的加工路線。 所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，三個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，主軸電機(jī)采用交流 電機(jī)，所有電機(jī)均由單片機(jī)進(jìn)行控制。 此設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解單片機(jī)的工作原理，主要有以下幾個(gè) 方面：X、Y、Z 工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是滾珠絲杠的運(yùn)用；機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè) 計(jì)，了解優(yōu)缺點(diǎn)，充分考慮主要矛盾，擇優(yōu)選?。粏纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉 其應(yīng)用。 第一章 概論 1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展 g19647g11632社會(huì)g11087產(chǎn)和科g4502技術(shù)的g

19、2561g4741，機(jī)械產(chǎn)品日g17339精密復(fù)雜，g1092需頻繁改型。特g2139是 在宇航、造船、軍事等g20150g3599所需的g19750g1318，精度要求g20744，形狀復(fù)雜，批g18431小。普通機(jī)床已 不能g17970應(yīng)g17929些需求。為了滿足上述要求，一種新型的機(jī)床——數(shù)字g12347g5311控制機(jī)床（簡(jiǎn)稱 數(shù)控機(jī)床）應(yīng)運(yùn)g13884g11087。 最早進(jìn)行數(shù)控機(jī)床研制的是美國(guó)g1258。1952年，美國(guó)麻g11569理工g4502院成g2255地研制g2090一套 三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，利用脈沖乘法器原理的數(shù)控機(jī)床。g1398g17929臺(tái)數(shù)控機(jī)床僅是一臺(tái)試驗(yàn)性的機(jī)床，

20、當(dāng)g7206用的電子元g1318是電子管。直到1954年11月，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床才g11087產(chǎn)g2090來(lái)。 從此以后，世界上其g1286一些工業(yè)國(guó)g4582g1167多g5424g4091g5424g2561、g11087產(chǎn)g2554應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。g6209國(guó)數(shù) 控機(jī)床的研制是從195g27年g17319步的。19g255年國(guó)g1973g5424g4091研制g7334體管數(shù)控系統(tǒng)。從g26g19年g1299g5424 g4091，數(shù)控技術(shù)g5295g8971應(yīng)用于g17814、銑、g19179、g19335、g12056、g21935輪加工、點(diǎn)加工等g20150g3599，數(shù)控加工

21、中 g5619在上g9127、g2375g1244研制成g2255。在g17929一g7206g7503，數(shù)控線g2103g2210機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，g1455用方g1519、g1319 g7788g1406g5369，在g8273g1959加工中g(shù)5575到了g6616g5295。19g275年，g6209國(guó)數(shù)控機(jī)床品種有了新的g2561g4741。 早g7503的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)采用電子管，體g12319大、g2255g13895g20744，g2586在軍事g18200g19480應(yīng)用。g2586有 在g5598處理機(jī)用于數(shù)控機(jī)床后，才g11599g8595g1455數(shù)控機(jī)床g5575到

22、了普g2554。g11550g2173數(shù)控技術(shù)的主要g2561g4741 g17339g2287是：實(shí)現(xiàn)g20744g17999度，g20744可靠性，g20744精度，大g2255g10679，多g2255能；采用g5598處理機(jī)和g5598型計(jì)g12743 機(jī)，向g11632g3790g5482g2255能、g19581g1406造g1319、方g1519g1455用的g11550標(biāo)進(jìn)g4741；g12319g7601應(yīng)用計(jì)g12743技術(shù)、系統(tǒng)工g12347理 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g25 論和控制技術(shù)的最新成g762

23、8，g1791g17929g13612合g14362動(dòng)化方向g2568g19865。 1.2 數(shù)控機(jī)床的組成及分類 1.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的種g12971繁多，g1398從g13556成一臺(tái)g4540整的數(shù)控機(jī)床上g16866，g4531由控制g1275g17240、數(shù)控g16117 g13726、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體絲大g18200分以g2554g17845g2265設(shè)g3895g13556成。g4018g3374（1）所g12138。 、 圖1.1 數(shù)控機(jī)床組成示意圖 1g714控制g1275g17240 控制g1275g17240是g6455g19750g131

24、8加工g1553g5791傳g17969到數(shù)控g16117g13726g2539的g1553g5791g17837體?？刂苂1275g17240有多種形g5439， g4531g19647g11632數(shù)控g16117g13726的g12971型不同g13884不同，g5224用的有g(shù)12463g4484g13544帶、g12463g4484g2449、g12017帶、g12017g11528等。g2582g3910， g19647g11632g38g36g39g18g38g36g48技術(shù)的g2561g4741，有些數(shù)控設(shè)g3895利用g38g36g39g18g38g36g48g17823g13

25、18在其g1286計(jì)g12743機(jī)上g13638g12347，g10086后 通過(guò)計(jì)g12743機(jī)g1086數(shù)控系統(tǒng)通g1553，g4662g12347g5311和數(shù)g6558直g6613傳g17969g13577數(shù)控g16117g13726。 2g17 數(shù)控g16117g3895 數(shù)控g16117g13726是數(shù)控機(jī)床的控制中g(shù)5619。g4531由g17859g1941g16117g13726、控制g16117g13726和g17859g2090g16117g13726等g13556成。g4018 g3374（2）所g12138，g2114線g7798g1973g1405數(shù)控g16117g

26、13726。 g17859g1941g16117g13726受控制g1275g17240上的g1553g5791，g13567過(guò)g16886g2139g1086g16897g11825之后，g17969到控制運(yùn)g12743器。g17929些g1553g5791 g4662作為控制g1086運(yùn)g12743的原g4091g1485g6558。 控制運(yùn)g12743器g7785g6558g17859g1941g16117g13726g17969來(lái)的g1553g5791進(jìn)行運(yùn)g12743，g5286g4662控制g2733g1300g17859g17969g5552g17859g2090g16117g1

27、3726，g17859 g2090g16117g13726g4662控制器g2561g2090的控制g2733g1300g17969到伺服系統(tǒng)，g13567g2255g10679g7022大，g20641動(dòng)機(jī)床g4540成g11560應(yīng)的動(dòng)作。 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3 g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3 圖1.2 數(shù)控裝置組成示意圖 3g17伺服系統(tǒng) g6615 g2150 g1275 g17240 g19509 g16939 g7530 g17859 g1941 g16117 g3895 g6615 g21

28、50 g3224 g17859 g2090 g16117 g13726 g1386 g7485 g7530 g7604 g6615g2150g1275g17240 g7072g6615g16117g3895g3 g1386g7485g16117g13726 g7530g5306g7516g1411 g17845g2265g16117g3895 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g26 伺服系統(tǒng)，g1238稱g19647動(dòng)系統(tǒng)，是一種能g3919g17423g17498g17859g1941的g6455g1300g1553g2599

29、進(jìn)行動(dòng)作，從g13884g14823g5575精 g11934的g1405g13726、g17999度g6214g2251g17859g2090的g14362動(dòng)控制系統(tǒng)。g4531是數(shù)控機(jī)床的g6295行機(jī)構(gòu)，g2357g6428g20641動(dòng)和g6295行 g1108大g18200分。伺服系統(tǒng)g6613受數(shù)控系統(tǒng)的g6455g1300g1553g5791，g5286g6457g10135g6455g1300g1553g5791的要求帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)g18200 g1318運(yùn)動(dòng)，以加工g2090g12630合要求的g19750g1318。g6455g1300g1553g5791是以脈沖g1553g

30、5791體現(xiàn)的，每一脈沖g1455機(jī)床移 動(dòng)g18200g1318產(chǎn)g11087的g1405移g2587脈沖當(dāng)g18431(g5224用的脈沖當(dāng)g18431為g19g17g19g191g80g80g794g19g17g191g80g80)。 從g14362動(dòng)控制理論的g16386度來(lái)分g7616，g7184論多g1144復(fù)雜的伺服系統(tǒng)，都是有一些g2255能元g1318g13556 成的。g3374（3）是由g2612g2255能元g1318g13556成的伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)方g7798g3374。 g3 g17859g1941g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3

31、g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g17859g2090g18431g3g3g3g3 g3g3g6455g1300g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3 g3 g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3

32、g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3 g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3g3 圖1.3 伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)方框圖 g11550g2173數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，g5224用的g1405移g6295行機(jī)構(gòu)有g(shù)2255g10679步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電動(dòng) 機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)，后g1108g13877都帶有g(shù)1913電g13638g11825器等g1405g13726g9083g18431元g1318。 4g17 機(jī)床本體 機(jī)床本體

33、是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于g4540成g2612種g2103g2170加工的機(jī)械g18200分，g4531是在原有的 普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)g13884g5575到的，g1959有以下特點(diǎn)： （1）數(shù)控機(jī)床采用了g20744性能的主軸g2554伺服系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳 動(dòng)g19246g17843g11805。 （2）數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)g1959有g(shù)17843g20744的剛度，阻g4716精度g2554g13888g12056性，g10013g2568形小。 （3）g7460多地采用g20744g7032傳動(dòng)g18200g1318，g4018滾動(dòng)絲杠g2207，直線滾動(dòng)導(dǎo)g17816等

34、。 g19604了上述g3339個(gè)主要g18200分g3910，數(shù)控機(jī)床還有一些g17845g2265g16117g13726和g19572g4750設(shè)g3895，g4018電器，g9186壓， 氣動(dòng)系統(tǒng)g1086g2023g2468、排屑、g10135明、儲(chǔ)運(yùn)等g16117g13726以g2554g13638g12347機(jī)、對(duì)g2096塊等。 1.2.2 數(shù)控機(jī)床的分類 1g714 g2096g1959g11560對(duì)于工g1318移動(dòng)的g17816g17961分g12971 （1） 點(diǎn)g1405控制數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)g1405控制機(jī)床的特點(diǎn)是g2586控制移動(dòng)g18200g1318的終點(diǎn)g140

35、5g13726，即 控制移動(dòng)g18200g1318由一個(gè)g1405g13726到g2582一個(gè)g1405g13726的精g11934定g1405，g13884對(duì)g4531們運(yùn)動(dòng)過(guò)g12347中的g17816g17961沒有g(shù)1109 g7788的要求，在移動(dòng)和定g1405過(guò)g12347中不進(jìn)行任何加工。 （2）點(diǎn)g1405直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是g2096g1959g11560對(duì)于工g1318的運(yùn)動(dòng) 不僅要控制g1108點(diǎn)間的準(zhǔn)g11934g1405g13726（距離），還要控制g1108點(diǎn)之間移動(dòng)的g17999度和g17816g17961。 （3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制

36、又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床g1959有輪廓控制 g8708g17843 g1907g1318 g16947g14514 g1907g1318 g6295g15996 g1907g1318 g16091g6615 g4649g17041 g9083g18431g451g2557g20408g1907g1318 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g27 g2255能。其特點(diǎn)是能同g7206控制g1108個(gè)以上的軸，g1959有插g16021g2255能。 （4） g6295行機(jī)構(gòu)的控制方g5439分g12971 2g714 g6457g

37、20641動(dòng)g16117g13726的特點(diǎn)分g12971 （1）g5424環(huán)控制系統(tǒng) g4531是g6455不帶反g20408g16117g13726的控制系統(tǒng)。g4531是g7785g6558g12463g4484帶上的數(shù)g6558 g6455g1300g13567過(guò)控制運(yùn)g12743g2561g2090脈沖g1553g2599g17859g2090到伺服g20641動(dòng)g16117g13726，g1455g20641動(dòng)伺服g16117g13726轉(zhuǎn)過(guò)g11560應(yīng)的g16386 度，g10086后g13567過(guò)減g17999g21935輪和絲杠螺母機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動(dòng)g18200g1318的直線

38、g1405移。 （2） 閉環(huán)控制系統(tǒng) g4531是g6455在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)g18200g1318上安g16117g1405移g9083g18431g16117g13726，g4662加工中g(shù)9083 g18431到的實(shí)際g1405g13726值反g20408到數(shù)控g16117g13726中，g1086g17859g1941值的g6455g1300g11560比g17843，用比g17843的差值控制移動(dòng) g18200g1318，直到差值為g19750，即實(shí)現(xiàn)移動(dòng)g18200g1318的精g11934定g1405。 （3） 半閉環(huán)控制系統(tǒng) g4531是在g5424環(huán)控制系統(tǒng)的絲杠上g6214進(jìn)g1

39、3577電動(dòng)機(jī)的軸上g16117有g(shù)16386 g1405移檢g9083g16117g13726。通過(guò)檢g9083伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)g16386間g6613g9083移動(dòng)g18200g1318的g1405移，g10086后g4662數(shù)g6558 反g20408g13577比g17843器進(jìn)行比g17843，g17859g2090比g17843后的差值進(jìn)行控制。 3g17 g6457加工方法分g12971 （1） g18433g4750g2103g2170g12971數(shù)控機(jī)床； （2） g18433g4750成型g12971數(shù)控機(jī)床； （3）數(shù)控特種加工機(jī)床； （4） 其g4531g12971

40、的數(shù)控機(jī)床 4g17 g6457數(shù)控機(jī)床的性能分g12971 (1)g1406檔數(shù)控機(jī)床； (2) 中檔數(shù)控機(jī)床； (3) g20744檔數(shù)控機(jī)床； 1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 1.3.1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床是一個(gè)g16117有g(shù)12347g5311控制系統(tǒng)的機(jī)床。g4531是一種g20744度機(jī)電一體化的產(chǎn)品。特點(diǎn) g4018下： （1）g17970應(yīng)性g5482，加工精度g20744，g17240g18431穩(wěn)定 （2）g11087產(chǎn)g10679g20744 （3）減輕勞動(dòng)g5482度、改g2996勞動(dòng)條g1318 （4）良g4013的g13567g9086g7032g1151

41、4 （5）有利于g11087產(chǎn)管理的現(xiàn)g1299化 1.3.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 從最g13567g9086的方面g2090g2561，數(shù)控機(jī)床g17970用于加工： g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g28 （1）多品種小批g18431g19750g1318； （2）結(jié)構(gòu)g17843復(fù)雜，精度要求g17843g20744的g19750g1318； （3）需要頻繁改型的g19750g1318； （4）g1319g7788昂貴，不容許報(bào)廢的g1955鍵g19750g1318； （5）需要小g11087產(chǎn)周g7503的急需g19750g1

42、318。 第二章 設(shè)計(jì)主要參數(shù)及基本思想 2.1 課題要求 2.1.1 題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求 三坐標(biāo)數(shù)控銑床設(shè)計(jì) （1）X、Y、Z軸的行g(shù)12347分g2139為 3g19g19g80g80、3g19g19g80g80、25g19g80g80; （2）進(jìn)g13577精度g19g17g191g80g80； （3）X、Y、Z軸 快g17999進(jìn)g13577g17999度分g2139為 6m/min、6m/min、3m/min； （4）工作臺(tái)面尺寸3g19g19x5g19g19g80g80; （5）脈沖當(dāng)g18431g19g17g191g80g80g18步； （g25）重

43、復(fù)定g1405精度 g19g17g191g80g80g17 2.1.2 課題內(nèi)容及工作量 (1) 簡(jiǎn)易數(shù)控銑床總g3374g36g19一張 (2)控制原理g3374設(shè)計(jì)g36g19一張 (3)計(jì)說(shuō)明書一份1g172萬(wàn)字以上 (4)翻g168975g19g19漢字 注：全g18200g3374g13544用計(jì)g12743機(jī)繪制，說(shuō)明書由計(jì)g12743機(jī)g17859g2090。 2.2 設(shè)計(jì)原則 g7785g6558設(shè)計(jì)要求和銑床的g1959體情況，課題的基本設(shè)計(jì)方案g4018下： （1）機(jī)床采用連續(xù)控制系統(tǒng)，定g1405方g5439采用g3790g18431坐標(biāo)控制。 （2）考慮到機(jī)床加工精度

44、要求不g20744，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，g19581g1406成本，采用步進(jìn)電機(jī)g5424 環(huán)伺服系統(tǒng)g20641動(dòng)。 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g20g19g3 （3）進(jìn)g13577傳動(dòng)的設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床必須有精g11934的進(jìn)g13577傳動(dòng)系，才 會(huì)有g(shù)20744的精度和表面g17240g18431?？紤]到電機(jī)步距g16386和絲杠導(dǎo)g12347g2586能g6457標(biāo)準(zhǔn)選用，為達(dá)到分辨 g10679g19g17g191g80g80的要求，需采用g21935輪g19581g17999傳動(dòng)，利用電子控制系統(tǒng)消g196

45、04誤差。 （4）為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求機(jī)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母g2207。 為g6656g20744傳動(dòng)剛度和消g19604間隙，采用有預(yù)加g17837荷的結(jié)構(gòu)。 （5）傳動(dòng)系統(tǒng)要加上脈動(dòng)g16117g13726。 以上為基本的設(shè)計(jì)方案，g19604了g17929些，課題應(yīng)注意機(jī)床的幾何精度的修g8595，數(shù)控g6455 g1300的顯g12138和g1455用等。 2.3 總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.3.1 數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 g3數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求主要有以下方面: （1）有良g4013的抗振性能和g17843大的額定g2103g2170g2255g10679，g20744

46、的靜、動(dòng)g5681剛度； （2）有g(shù)17843g20744的g10013穩(wěn)定性和g17843g20744的幾何精度、傳動(dòng)精度、定g1405精度； （3）有數(shù)控系統(tǒng)g2554其g1275g17240。 下面g6209們?cè)斒鰯?shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求 2.3.2 提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度 機(jī)床的剛度是g6455g2103g2170g2251和其g4531g2251作用下,抵抗g2568形的能g2251。機(jī)床在g2103g2170過(guò)g12347當(dāng)中， 要承受g2612種g3910g2251的作用，承受的靜g5681g2251有運(yùn)動(dòng)g18200g1318和g16091加工g19750g1318的g14362

47、重；承受的動(dòng)g5681g2251 有：g2103g2170g2251、g20641動(dòng)g2251、加減g17999g7206g5445g17319的慣性g2251、摩擦阻g2251等。g13556成機(jī)床的結(jié)構(gòu)g18200g1318在g17929 種g2251作用下g4662產(chǎn)g11087g2568形。g4018固定連g6613表面g6214嚙合運(yùn)動(dòng)表面的g6613觸g2568形；g2612支撐g19750g1318的彎 曲和扭轉(zhuǎn)g2568形，以g2554某些支撐g1318的局g18200g2568形等，g17929些g2568形都會(huì)直g6613g6214間g6613的g5445g17319g20

48、96g1959和 工g1318之間的g11560對(duì)g1405移，從g13884導(dǎo)致工g1318的加工誤差，g6214g13877影響機(jī)床g2103g2170過(guò)g12347的特性。 (1) 選擇g2554布g13726隔板和筋條 床身的靜剛度是直g6613影響機(jī)床的加工精度和其g11087產(chǎn)g10679的主要因素之一。g13884靜剛度g2554 固有頻g10679，是影響動(dòng)剛度的重要因素。支承g(shù)1318的隔板和筋條的合理性，可g6656g20744構(gòu)g1318的靜、 動(dòng)剛度。 (2) 結(jié)構(gòu)剛度 g1086普通機(jī)床g11560比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有g(shù)7460g20744的靜、動(dòng)剛度，g7460g401

49、3的抗振性。機(jī)床的導(dǎo)g17816和 支承g(shù)1318通g5224是局g18200剛度最弱的g18200分，在本次設(shè)計(jì)中，采用雙臂聯(lián)g6613形g5439，X、Y軸導(dǎo)g17816g17843 窄。 (3) 采用焊g6613結(jié)構(gòu)的構(gòu)g1318 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g20g20g3 采用鋼板和焊鋼g13884不采用鑄g1318的原因： 1）鋼的彈性g8273g18431約為鑄鐵的g1108倍，因此采用鋼板焊g6613結(jié)構(gòu)床身有利于g6656g20744固有頻 g10679。在形狀和輪廓尺寸g11560同的g2173g6656下，g

50、4018要求焊g6613g1318g1086鑄g1318的剛度g11560同，則焊g6613g1318的臂 厚g2586需鑄g1318的一半。 2）g4018g7628要求局g18200剛度g11560同，因局g18200剛度g1086臂厚的三次方成g8595比，所以焊g6613g1318的臂 厚g2586需鑄g1318的g27g19%左右。 3）鋼可以g6656g20744構(gòu)g1318的諧振頻g10679g1455共振不易g2561g11087。 4）鋼板焊g6613能g4662構(gòu)g1318做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，g6656g20744剛度。焊g6613結(jié)構(gòu)床身的突g2090優(yōu) 點(diǎn)是制造周g7

51、503g11805，一般比鑄鐵快1g17g26-3g175倍。g11569g2539了制作木g8273和鑄造工g5311，不易g2090廢品。 焊g6613結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，g1519于產(chǎn)品g7460新、改進(jìn)結(jié)構(gòu)。焊g6613g1318能達(dá)到g1086鑄g1318g11560同，g11082g14371g7460g4013的 結(jié)構(gòu)特性，可g6656g20744抗彎g6234面慣性g11801，減少g17240g18431。 合理的結(jié)構(gòu)布局可以g6656g20744剛度，機(jī)床的工作g3940g18200分由于重g2251作用g4662會(huì)g1455機(jī)床g12539g7713產(chǎn) g11087彎曲g256

52、8形，g2103g2170g2251g4662g1455g12539g7713產(chǎn)g11087彎曲和扭轉(zhuǎn)g2568形。g17929些g2568形g4662影響到加工精度。g7029本 次設(shè)計(jì)中g(shù)4662采取通過(guò)在g12539g7713上方安g16117g1108g13556定g9473輪來(lái)平g16017重g2251的方法，來(lái)減少g12539g7713的g2568 形，g6656g20744機(jī)床的剛度。 2.3.3 提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度 g3數(shù)控機(jī)床g2612坐標(biāo)軸進(jìn)g13577運(yùn)動(dòng)的精度g7601大的影響g19750g1318的加工精度。在g5424環(huán)進(jìn)g13577系統(tǒng)中 運(yùn)動(dòng)精度取決于系

53、統(tǒng)g2612g13556成環(huán)g14514，特g2139是機(jī)械傳動(dòng)g18200g1318的精度；在閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)g13577系 統(tǒng)中，g1405g13726檢g9083g16117g13726的分辨g10679對(duì)運(yùn)動(dòng)精度有決定性的影響，g1398是機(jī)械傳動(dòng)g18200g1318的特性對(duì) 運(yùn)動(dòng)精度g1167有一定的影響。通g5224在g5424環(huán)進(jìn)g13577系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)g18431為g19g17g191g80g80g7206，實(shí) 際的定g1405精度最g4013的情況g1167g2586能達(dá)到g19g17g1925g80g80。在閉環(huán)進(jìn)g13577系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)g18431（g62

54、14 稱最小設(shè)定單g1405）一般為g19g17g19g191g80g80，實(shí)際上定g1405精度g2586能達(dá)到g19g17g19g193g80g80，當(dāng)g6455g1300進(jìn)g13577系 統(tǒng)做單步進(jìn)g13577（即每次移動(dòng)g19g17g19g191g80g80）g7206，g5424g4091一g1108個(gè)單步g6455g1300，進(jìn)g13577g18200g1318g5286不動(dòng)作， 到第三個(gè)單步g6455g1300g7206才突g17443一g8677距離，以后又g4018此重復(fù)。g17929些現(xiàn)象都是因?yàn)檫M(jìn)g13577系統(tǒng)的 g1406g17999g10332行現(xiàn)象g5445g17

55、319的，g13884g1406g17999g10332行現(xiàn)象又決定于機(jī)械傳動(dòng)g18200g1318的特性。 本設(shè)計(jì)采取的方案有： （1）減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差 （2）g6656g20744系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。 g16872g7228g13948g1098g6320g7519g4502g19602g3 g20g21g3 第三章 三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算 3.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)系統(tǒng)一般由動(dòng)g2251g9408（g4018電動(dòng)機(jī)）、g2568g17999g16117g13726g2554g6295行元g1318（g4018主軸、g2096g7654、工 作臺(tái)），以g25

56、54g5424g1676、換向和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等g18200分g13556成。動(dòng)g2251g9408為g6295行元g1318g6656g1483動(dòng)g2251，g5286g1455其 g5575到一定的運(yùn)動(dòng)g17999度和方向,g2568g17999g16117g13726傳g17986動(dòng)g2251以g2554g2568換運(yùn)動(dòng)g17999度，g6295行元g1318g6295行機(jī)床 所需的運(yùn)動(dòng)，g4540成g7163轉(zhuǎn)g6214直線運(yùn)動(dòng)。 現(xiàn)g1299g2103g2170加工g8595向g11632g20744g17999、g20744g7032和g20744精度方向g2561g4741，對(duì)機(jī)床的性

57、能g6656g2090g17338來(lái)g17338g20744的 要求，g4018轉(zhuǎn)g17999g20744，g16947g17999g14643g3364大，g5762扭g11801g16947g17999g14643g3364達(dá)1：1g19g19g7941：1g19g19g19，g5762g2255g10679g16947g17999g14643g3364 達(dá)1：1g19以上；g7460大的g2255g10679g14643g3364達(dá)2g172g79425g19g78g58，能在g2103g2170加工中g(shù)14362動(dòng)g2568換g17999度；機(jī)床結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，g3226g3872小，動(dòng)g

58、5681性能g4013，可靠性g20744等。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足g4018下特點(diǎn)： （1）主傳動(dòng)采用直流g6214交流電動(dòng)機(jī)g7184g13527g16947g17999 （2）數(shù)控機(jī)床g20641動(dòng)電動(dòng)機(jī)和主軸g2255g10679特性的g2409g18301設(shè)計(jì) （3）數(shù)控機(jī)床g20744g17999主傳動(dòng)設(shè)計(jì) （4）數(shù)控機(jī)床采用g18200g1318標(biāo)準(zhǔn)、g8273塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （5）數(shù)控機(jī)床的g7684性化、復(fù)合化 （g25）g15498g6415軸機(jī)床設(shè)計(jì) 為了g17970應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工g14643g3364g5295、工g14506g17970應(yīng)性g5482、加工精度g207

59、44和g14362動(dòng)化g12347度g20744等特點(diǎn)， 要求主傳動(dòng)g16117g13726應(yīng)g1959有以下特點(diǎn)： （1）g1959有g(shù)17843大的g16947g17999g14643g3364，g5286實(shí)現(xiàn)g7184g13527g16947g17999。g7184g13527g2568g17999傳動(dòng)在一定的g2568g17999g14643g3364g1973連 續(xù)改g2568轉(zhuǎn)g17999，以g1519g5575到最有利的g2103g2170g17999度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中g(shù)2568g17999，g1519于實(shí)現(xiàn)g2568g17999g14362動(dòng)化；能 在g17231g17837下g2

60、568g17999，g1519于g17814g2170大g12575面g7206保g6449g5762定的g2103g2170g17999度，以g6656g20744g11087產(chǎn)g7032g10679和加工g17240g18431。 （2）g1959有g(shù)17843g20744的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，g3226g20003g1406。數(shù)控機(jī)床加工精度的g6656g20744，g1086主 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密g2103g11560g1955。為此，應(yīng)g6656g20744傳動(dòng)g1318的精度g1086剛度，采用g20744精度軸承g(shù)2554合理 g16872g7228g13948g1098g632

61、0g7519g4502g19602g3 g20g22g3 的支撐g17432距等，以g6656g20744主軸g13556g1318的剛性。 （3）良g4013的抗g19767性和g10013穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床一般g7186要進(jìn)行g(shù)12999加工，又要精加工；加工 g7206可能由于g7133續(xù)g2103g2170、加工g1417g18431不均g2352 運(yùn)動(dòng)g18200g1318不平穩(wěn)以g2554g2103g2170過(guò)g12347中的g14362g9712振動(dòng)等 原因g5445g17319的沖g2091g2251g6214交g2568g2251的g5282g6304，g1455主軸產(chǎn)g110

62、87振動(dòng)，影響加工精度和表面g12999g13065度，g1109 重g7206g11082g14371g11876g3455g2096g1959g6214g19750g1318，g1455加工g7184法進(jìn)行。因此主傳動(dòng)系統(tǒng)中的g2612主要g19750g18200g1318不g1398要 g1959有一定的剛度，g13884g1092要求g1959有足g3919的g6337制g2612種g5282g6304g2251g5445g17319振動(dòng)的能g2251—抗振性。抗振 性 用動(dòng)剛度g6214動(dòng)g7684度來(lái)g16017g18431。g1467g4018主軸g13556g1318的動(dòng)剛度取

63、決于主軸的當(dāng)g18431靜剛度 阻g4716比 g2554固有頻g10679等g2546數(shù)。 機(jī)床在g2103g2170加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的g2561g10013g1455其中所有g(shù)19750g18200g1318產(chǎn)g11087g2568形，g11876g3455了g19750g18200g1318之 間的g11560對(duì)g1405g13726精度和運(yùn)動(dòng)精度造成的加工誤差，g1092g10013g2568形g19584制了g2103g2170用g18431的g6656g20744，g19581g1406 傳動(dòng)g7032g10679，影響到g11087產(chǎn)g10679。為此，要求主軸g18200g13

64、18有g(shù)17843g20744的g10013穩(wěn)定性，通過(guò)保g6449合g17970的g18301 合精度，g5286進(jìn)行g(shù)5594環(huán)g9174g9473保g6449g10013平g16017等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3.1.1 主傳動(dòng)變速系統(tǒng) 普通機(jī)床一般采用機(jī)械有g(shù)13527g2568g17999g16947g17999傳動(dòng)，g13884數(shù)控機(jī)床需要g14362動(dòng)g2568g17999；g1092在g2103g2170g19558 g7903軸的不同直g5556，g2103g2170曲線g7163轉(zhuǎn)面和g7133面g7206，需要g19647g2103g2170的直g5556的g2568化g13884

65、g14362動(dòng)g2568g17999，以 保g6449g2103g2170g17999度基本g5762定。g17929些g14362動(dòng)g2568g17999又是g7184g13527g2568g17999，以利于在一定的g16947g17999g14643g3364g1973選用 到理g5923的g2103g2170g17999度，g17929g7783g7186有利于g6656g20744加工精度，又有利于g6656g20744g2103g2170g7032g10679。 機(jī)床主傳動(dòng)中g(shù)5224采用的g7184g13527g2568g17999g16117g13726有三大g12971：g2

66、568g17999電動(dòng)機(jī)、機(jī)械g7184g13527g2568g17999g16117g13726和 g9186壓g7184g13527g2568g17999g16117g13726。 g7184g13527g2568g17999主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則： 一為g4717g18431選擇g2255g10679和扭g11801特性g12630合傳動(dòng)系統(tǒng)要求的g7184g13527g2568g17999g16117g13726。g4018銑床主傳動(dòng)系 統(tǒng)要求g5762g2255g10679傳動(dòng)，g4705應(yīng)該選擇g5762g2255g10679g7184g13527g2568g17999g16117g13726。 g1212為g7184g13527g2568g17999系統(tǒng)g16117g13726單g10524g1455用g7206，其g16947g17999g14643g3364g17843小，尤其是g5762g2255g10679g16947g17999g14643g3364g5552g5552 小于機(jī)床實(shí)際需要的g5762g2255g10679g2568g17999g14643g3364。