車削中心主傳動及進給傳動結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計
車削中心主傳動及進給傳動結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計,車削,中心,傳動,進給,結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng),設(shè)計
數(shù)控車床主傳動及進給傳動系統(tǒng)設(shè)計 2上海電機學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告課題名稱 車削中心主傳動及進給傳動系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院 機械學(xué)院 專 業(yè) 機械電子工程 班 級 BJ0908 學(xué) 號 BJ090806 姓 名 孫自強 指導(dǎo)教師 周俊嫵 定稿日期: 2013 年3 月 1日2數(shù)控車床主傳動及進給傳動系統(tǒng)設(shè)計1 選題目的及意義數(shù)控機床是一種高科技的機電一體化產(chǎn)品,是綜合應(yīng)用計算機技術(shù)、精密測量及現(xiàn)在機械制造技術(shù)等各種先進技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)控機床作為實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)和未來工廠自動化的基礎(chǔ)已成為現(xiàn)在制造技術(shù)中不可缺少的生產(chǎn)手段,是機電一體化技術(shù)的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴大。數(shù)控機床已成為現(xiàn)在機械制造業(yè)中的主要技術(shù)裝備。機床是工業(yè)之母,它的技術(shù)含量的高低直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量的高低。隨著產(chǎn)品質(zhì)量的精密化、個性化,產(chǎn)品品種的多樣化,這對機床設(shè)備的要求越來越高!當前我國正在大力發(fā)展先進制造和振興裝備制造業(yè),我們看到當前在越來越多的企業(yè)采用數(shù)控設(shè)備,在此可見此題的時代意義!同時它涉及多門機械課程,可以說此次設(shè)計是對過去四年學(xué)習(xí)的檢驗和提高!通過此次設(shè)計能夠提高個人的專業(yè)素質(zhì)和培養(yǎng)同學(xué)們的團體協(xié)作精神!此次結(jié)合實際分工做主傳動系統(tǒng)設(shè)計,我們知道此部分在整個系統(tǒng)中有著重要的作用,它的精確性、可靠性直接決定著數(shù)控車床的精確性、可靠性;同時此部分在設(shè)計過程中要求作者有著良好的專業(yè)功底和求實精神;總之此選題具有一定實際可操作性和實際意義!2 (文獻綜述)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢20世紀50年代初第一臺數(shù)控機床的出現(xiàn),使制造技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了日新月異的局面。特別是近20年來,隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)和微電子技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展,制造業(yè)也發(fā)生了革命性的變化。數(shù)控技術(shù)正在朝著高精度、高速度、高柔性、高可靠性以及復(fù)合化的方向發(fā)展。當前數(shù)控技術(shù)在德國和日本發(fā)展相當順利,無論在理論還是實踐應(yīng)用都處于領(lǐng)先水平,然而我國比他們有相當大的差距,國內(nèi)數(shù)控設(shè)備在很大程度上依賴國外進口!不過經(jīng)過幾十年的努力我們已取得了一定的發(fā)展,據(jù)最新報道華中數(shù)控的技術(shù)在許多方面已與國外的差距縮小很多,可以預(yù)見只要我們堅持自主創(chuàng)新、勇攀高峰的精神,我們一定能夠在此領(lǐng)域有一席之地的!近年來,隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)也呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢、如主軸轉(zhuǎn)速的高速化、功能結(jié)構(gòu)的復(fù)合化和肉性化。在高速化的方面,采用了電主軸,又稱內(nèi)置式電動機主軸單元,就是將高速電動機置于機床主軸部件內(nèi)部,通過交流變頻控制系統(tǒng),使主軸獲得所需要的工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,實現(xiàn)電動機、主軸一體化功能;另外,在復(fù)合化和肉性化方面,主傳動系統(tǒng)設(shè)計發(fā)生了很大的變化,數(shù)控車床由單主軸發(fā)展為雙主軸,在此基礎(chǔ)上增設(shè)附加控制軸C軸,成為車削中心,并可配備刀庫和其他輔助功能。在車削中心基礎(chǔ)上增加自動裝卸工件的機械手和更換卡盤裝置等,則成為適合于中小批量加工自動化的車削肉性制造單元。由此可見,現(xiàn)代數(shù)控加工完全打破了傳統(tǒng)工藝規(guī)程規(guī)定,由機床單一化走向多元化、復(fù)合化。3 研究內(nèi)容1.課題主要任務(wù)2.總體設(shè)計方案擬定3車削中心主傳動及進給傳動系統(tǒng)設(shè)計3.1 主傳動系統(tǒng)設(shè)計交流伺服電機帶傳動主軸(同軸安裝脈沖編碼器,安裝在主軸后面)3.1.1交流伺服電機的計算與選型3.1.2 同步帶的計算與選型3.1.3主軸的主要尺寸計算3.1.4主軸滾動軸承的計算與選型3.1.5主軸鍵的設(shè)計計算3.1.6潤滑與密封3.1.7脈沖編碼器的選擇3.2 進給傳動系統(tǒng)設(shè)計步進電機帶傳動絲杠傳動螺母位移工作臺位移3.2.1 X軸進給系統(tǒng)設(shè)計1)滾珠絲杠螺母副的計算與選型2)直線滾動導(dǎo)軌副的計算與選型3)同步帶的計算與選型4)步進電機的計算與選型3.2.2 Y軸進給系統(tǒng)設(shè)計1)滾珠絲杠螺母副的計算與選型2)直線滾動導(dǎo)軌副的計算與選型3)同步帶的計算與選型4)步進電機的計算與選型3.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計3.3.1 總體方案設(shè)計3.3.2 微機硬件系統(tǒng)設(shè)計步進電動機、驅(qū)動電源和控制器構(gòu)成了步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。3.3.3 微機軟件系統(tǒng)設(shè)計 控制器控制驅(qū)動器使步進電機轉(zhuǎn)動,帶動工作臺工作。4 研究方案4.1 主傳動4.1.1 控制系統(tǒng)單片機的選型控制系統(tǒng)在此采用單片機。因為單片機具有以下優(yōu)點:1.它的體積小、質(zhì)量輕便于攜帶;2.USB接口通訊及供電,通訊速度快,無需外接電源;3.有電源狀態(tài)指示燈,可直觀了解編程器當前狀態(tài);4.可靠性好,在制造芯片時將已開發(fā)好的程序?qū)懭隦OM, 用戶本身無法改變;5.易于擴展,芯片外部有許多供擴展用的三總線以及并行、串行I/0管腳,很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng);6.價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件4.1.2 驅(qū)動系統(tǒng)交流伺服電機的選型驅(qū)動系統(tǒng)在此采用交流伺服電機。交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分,即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同,在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組,另一組為控制繞組,交流伺服電動機一種兩相的交流電動機。 交流伺服電動機使用時,激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf,控制繞組兩端施加控制電壓Uk。當定子繞組加上電壓后,伺服電動機很快就會轉(zhuǎn)動起來。 通入勵磁繞組及控制繞組的電流在電機內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機的轉(zhuǎn)向,當任意一個繞組上所加的電壓反相時,旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變,電機的方向也發(fā)生改變。同時交流伺服電機具有以下優(yōu)點:1.無電刷和換向器,因此工作可靠,對維護和保養(yǎng)要求低。2.定子繞組散熱比較方便。3.慣量小,易于提高系統(tǒng)的快速性。4.同功率下有較小的體積和重量。5.適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。4.1.3 傳動系統(tǒng)同步帶的選型傳動系統(tǒng)在此采用同步帶。4.2 進給傳動X軸進給運動4.2.1 控制系統(tǒng)單片機的選型控制系統(tǒng)同主傳動,采用單片機4.2.2 驅(qū)動系統(tǒng)步進電機的選型驅(qū)動系統(tǒng)同主傳動,采用步進電機驅(qū)動控制程序通過控制步進電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)往復(fù)運動。步進電動機具有快速啟停、高精度、能夠直接接受數(shù)字信號和不需要位移傳感器就可達到較精確定位等特點,因而在需要精確定位的場合得到廣泛的應(yīng)用。步進電機相對普通電機來說,他可以實現(xiàn)開環(huán)控制,即通過驅(qū)動器信號輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實現(xiàn)步進電機的角度和速度控制,無需反饋信號。4.2.3 傳動系統(tǒng)同步帶、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌副的選型同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉(zhuǎn)動時,通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。 傳輸用同步帶傳動具有準確的傳動比,無滑差,可獲得恒定的速比,傳動平穩(wěn),能吸振,噪音小,傳動比范圍大,一般可達1:10。允許線速度可達50M/S,傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高,一般可達98%,結(jié)構(gòu)緊湊,適宜于多軸傳動,不需潤滑,無污染,因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。其作用:傳動比準確,傳動效率高,節(jié)能效果好。滾珠絲杠螺母副由絲杠、螺母、滾珠和反向器(滾珠循環(huán)反向裝置)四部分組成。當絲杠轉(zhuǎn)動時,帶動滾珠沿螺紋軌道滾動,為防止?jié)L珠從滾珠道端面掉出,在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道,從而形成滾珠流動的閉合通道。其所起作用:將直線運動和旋轉(zhuǎn)運動進行相互轉(zhuǎn)化。直線滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小,運動靈活;動、靜摩擦系數(shù)基本相同,因而啟動阻力小,而不易產(chǎn)生爬行;可預(yù)緊,剛度高;壽命長;精度高;潤滑方便,可采用脂潤滑,一次填裝,長期使用;有專業(yè)長生產(chǎn),可以直接外購選用。其所起作用:起導(dǎo)向的作用。傳動系統(tǒng)采用同步帶、滾珠絲杠螺母副和直線滾動導(dǎo)軌副。因為滾珠絲杠螺母副和線滾動導(dǎo)軌副具有以下特點:滾珠絲杠螺母副特點:1)傳動具有可逆性。2)運動平穩(wěn),摩擦力小,靈敏度高。3)軸向剛度高、反向定位精度高。4)摩擦損失小,傳動效率高,同步性好。直線滾動導(dǎo)軌副具有以下特點:1)摩擦系數(shù)小2)易爬行3)動效率高4)構(gòu)緊湊,安裝預(yù)緊方便4.3 Y軸進給傳動4.3.1 控制系統(tǒng)單片機的選型控制系統(tǒng)同主傳動,采用單片機4.3.2 驅(qū)動系統(tǒng)步進電機的選型驅(qū)動系統(tǒng)同主傳動,采用步進電機驅(qū)動4.3.3 傳動系統(tǒng)同步帶、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌副的選型傳動系統(tǒng)同X軸進給傳動,采用同步帶、滾珠絲杠螺母副和直線滾動導(dǎo)軌副4.4 控制部分4.41總體方案設(shè)計4.4.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計步進電動機、驅(qū)動電源和控制器構(gòu)成了步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。 單片機驅(qū)動器步進電機 步進電機控制系統(tǒng)框圖4.4.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 進給系統(tǒng)流程圖5 計劃進度安排2012年12月10日-12月17日 收集、研究資料;2012年12月18日-12月31日 開題,擬定總體設(shè)計方案;2013年1月1日-1月31日 修改、完善開題報告;完成文獻翻譯;2013年2月1日-3月31日 系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計計算,繪制總裝配圖;2013年4月1日-4月15日 繪制主要零件的零件圖;2013年4月16日-4月30日 控制系統(tǒng)設(shè)計,繪制微機控制接線圖;2013年5月1日-5月20日 撰寫設(shè)計計算說明書;2013年5月21日-5月25日 修改及準備答辯;6 參考文獻1 張海英,劉勝明.基于PLC的自動上下料機械手的設(shè)計J.制造裝備技術(shù)2010,(09).2 陳紅.氣動機械手系統(tǒng)設(shè)計.長春理工大學(xué),2010.3 鄧康一.氣動機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計及伺服控制研究.西安建筑科技大學(xué),2008.4 李超.氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā).山西科技大學(xué),2003.5 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用M.北京:高等教育出版社,2003.12.6 張占立,康春花,郭士軍,符克理,基于單片機的步進電機控制系統(tǒng),電機與控制運用,2011,38(3). 7 濮良貴.機械設(shè)計M.北京:高等教育出版社,2006.8 李超.氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā),山西科技大學(xué),2003.9 王知行.機械原理M.北京:高等教育出版社,2006.10 王雄耀. 近代氣動機器人(氣動機械手)的發(fā)展及應(yīng)用J. 液壓氣動與密封1999,(05) . 11 林梓九. 四自由度氣動機械手及其控制系統(tǒng)的設(shè)計J. 職業(yè), 2009,(17).12 郭洪武. 淺析機械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢J. 中國西部科技, 2012,(10) . 13 李庭貴.氣動機械手搬運物料精確定位控制系統(tǒng)設(shè)計J.液壓與氣動,2012,(01).14 齊進凱.氣動機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析及控制的研究O.東華大學(xué),2006.15 黃海機.基于單片機的物料搬運機械手的控制系統(tǒng)研究J.機電工程技術(shù),2007,(11).16 于傳浩,章滌峰.一種氣動機械手夾持機構(gòu)的設(shè)計J.液壓氣動與密封,2003(05).17 黃偉玲.基于PLC的氣動搬運機械手設(shè)計J.煤礦機械,2009,(10).18 敬嵐,朱海君,張碩成,喬衛(wèi)民,梁義海.步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計及其應(yīng)用.核技術(shù).2005,28(6)19 成大先.主編 化學(xué)工業(yè)出版社.機械設(shè)計圖冊.1997.20 孟少農(nóng)編著.北京機械工業(yè)出版.機械加工工藝手冊. 21 J. M. Corbett a Prospective work design of a human-centred CNC lathea Control Systems Centre, UMIST, PO Box 88, Manchester, M60 1QO, EnglandVersion of record first published: 31 Jan 2007.22 P. T. Kidd aThe social shaping of technology: the case of a CNCLathea Department of Control Engineering, University of Sheffield, Mappin Street, Sheffield, SI, 3JD, UK Version of record first published: 01 Feb 2007.指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日開題答辯小組意見1、論文選題:有理論意義;有工程背景;有實用價值;意義不大。2、論文的難度:偏高;適當;偏低。3、論文的工作量:偏大;適當;偏小。4、設(shè)計或研究方案的可行性:好;較好;一般;不可行。5、學(xué)生對文獻資料及課題的了解程度:好;較好;一般;較差。6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達能力:好;較好;一般;較差。7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力:好;較好;一般;較差。8、對論文選題報告的總體評價:好;較好;一般;較差(在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“”)建議結(jié)論評議小組組長簽名:評議小組組員簽名: 年 月 日
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車削
中心
傳動
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結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)
設(shè)計
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車削中心主傳動及進給傳動結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計,車削,中心,傳動,進給,結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng),設(shè)計
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