毕业设计论文多功能数控车床的进给系统设计.docx

多功能数控车床的进给系统设计DESIGNOFFEEDSYSTEMOFMU1TI-FUNCTIONCNC1ATHE摘要对于生产类型的行业来说，其产品质量的五大控制手段分为：人、机、料、法、环。而作为其中的重要一环，设备的好坏也直接影响着产品的最终形态。对于车床行业而言，发展数控车床是重中之重，而这其中，发展多功能数控机床一一即斜床身卧式数控车床尤为关键。斜床身数控车床因其独特的优点，它在数控车床行业中占有非常重要的位置。斜床身卧式数控车床的主要特点在于：1、可配备多工位刀塔或者动力刀塔，可以用于各类复杂零件的加工；2、具备直线插补、圆弧插补的各项补偿功能，加工精度高。本课题设计的多功能数控车床的进给系统，它作为承载需加工零件的重要部分，它的精度等级也影响着产品成型后的尺寸。因此需要对其运行环境进行综合考量，查阅相关资料，在对其关键部件进行计算校核。本设计首先对多功能数控车床的进给系统包含的零部件进行了明确，然后对相关参数进行了确定，选择了合适的滚珠丝杠和伺服电机，再对联轴器进行选择，最后对轴承进行选型和校核。本设计在对各部件的合理的计算，保证了进给系统的稳定性和高精度，完成了对多功能数控机床进给系统的设计，以期为相关设计提供了设计参考。关键词多功能数控车床；进给系统；关键部件AbstractFortheproductiontypeoftheindustry,itsproductqua1itycontro1meansisdividedintofive:peop1e,machine,materia1,1aw,ring.Andasoneoftheimportant1inks,thequa1ityofequipmenta1sodirect1yaffectsthefina1formoftheproduct.Forthe1atheIndustry,thedeve1opmentofnumerica1contro11atheisthemostimportant,andamongthem,thedeve1opmentofmu1ti-functiona1numerica1contro1machinetoo1Thehorizonta1numerica1contro11athewithinc1inedbedisthekey.Becauseofitsuniqueadvantages,CNC1athewithinc1inedbedoccupiesaveryimportantpositioninCNC1atheindustry.Themainfeaturesofthehorizonta1CNC1athewiths1antingbedare:1.Itcanbeequippedwithmu1ti-positiontoo1towersorpowertoo1towers,whichcanbeusedformachiningvariouscomp1icatedparts;2.Ithasthecompensationfunctionsof1inearinterpo1ationandcircu1arinterpo1ation,highmachiningaccuracy.Themu1ti-functiona1CNC1athefeedsystemdesignedinthispaper,asanimportantpartofbearingpartstobeprocessed,itsaccuracy1eve1a1soaffectsthesizeoftheproductafterforming.Therefore,itisnecessarytocarryonthecomprehensiveconsiderationtoitsoperatingenvironment,consu1tthere1evantdata,andcarryontheca1cu1ationchecktoitskeycomponents.Thisdesignfirstc1arifiedthepartsinc1udedinthefeedsystemofthemu1ti-functionCNC1athe,thendeterminedthere1evantparameters,se1ectedtheappropriateba11screwandservomotor,thense1ectedthecoup1ing,andfina11ycarriedoutthebearingSe1ectionandverification.Inthisdesign,thereasonab1eca1cu1ationofeachcomponentensuresthestabi1ityandhighprecisionofthefeedsystem,andcomp1etesthedesignofthemu1ti-functionCNCmachinetoo1feedsystem,inordertoprovideadesignreferenceforthere1evantdesign.Keywordsmu1ti-functionCNC1athefeedsystemcoup1ing摘要IAbstractII1绪论11.1 研究意义11.2 数控车床进给系统的研究现状21.2.1 数控机床的组成和分类21.2.2 伺服控制系统的分类21.2.3 伺服进给系统的发展和应用31.2.4 数控车床对伺服进给系统的要求41.3 本设计的研究内容52多功能数控车床进给系统的方案设计62.1 多功能数控车床进给系统的工作机理62.2 多功能数控车床进给系统设计方案确定72.3 有关参数的确定73进给系统的计算与设计83.1 X轴进给系统和Z轴进给系统的导轨选用93.1.1 X轴向滚珠丝杠的计算113.1.2 Z轴向滚珠丝杠的计算143.2 伺服电机的计算和选型164联轴器215轴承的选择28结论31致谢32参考文献331绪论1.1 研究意义作为机械制造行业的支柱产业，机床产业的发展是及其重要的。从国民经济的角度来讲，机床产业的发展影响着国民经济的发展与提升，也意味着综合国力也得到了提升，因此发展高新产业都有着深远的意义。顶尖机床的发展思路是精度高、生产效率高、柔性化生产、智能制造以及自动生产。与国外工业大国相比较，我国的机床行业整体的设计制造水平还有很大的差距，主要表现得方面在设计方法和思路落后、设计标准低，与国外先进的技术指标相比较无法同步接轨。在机械加工行业中，由于复杂工件加工的特殊性，因此一般的加工机床已经无法满足实际的使用需求，由此衍生出数控机床，用来加工复杂的工件，因此得到了飞速的发展。多功能数控机床因其独特的优点，成为数控车床中比较优秀的床种，是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。车床，是属于金属加工行业内常见的一类机床，其历史悠久。作为现代车床雏形出现的车床，自1797年被发明以来，距今已有223年，因此其发展极为成熟。而数控车床，则是在普通车床的基础上进一步发展得来的。在普通机床的基础上，数控机床引入了数字指令操控的概念。而数控机床一般都是采用由计算机控制，执行计算机编译完成的机床操控指令，因此也成为CNC。日前，数控车床已经发展到可以使用专业的三维制图软件，设计完成要加工部件的三维模型，设定该部件加工的各项参数：如对刀点、主轴转速、切削量等；然后用三维软件对设定好的参数进行编译，最后生成加工程序，将加工程序导入数控机床后，有数控机床内嵌的加工软件依据加工程序进行加工，完成三维模型的加工。目前国内外数控机床的差距主要体现在数控系统上，国际知名的数控系统主要有FANUC、S1MENS等。目前主流的数控机床有多种，其中以经济型数控机床和多功能数控机床最具代表性。经济型数控车床主要特征体现在：具有针对性的加工功能的机床，其功能简单,价格低廉；多功能数控机床一一即斜床身卧式数控车床，斜床身数控车床因其独特的优点,它在数控车床行业中占有非常重要的位置。斜床身卧式数控车床的主要特点在于：1、可配备多工位刀塔或者动力刀塔，可以用于各类复杂零件的加工；2、具备直线插补、圆弧插补的各项补偿功能，加工精度高。数控机床加工精度高低的影响主要体现在以下多个方面：1、数控车床刀具几何参数的误差带来的影响；2、加工线路带来的影响；3、加工现场带来的影响、4、编程数据处理带来的影响。其中与编程数据处理的影响直接关联的则是数控车床的伺服系统。数控车床的伺服系统的驱动误差，主要体现在伺服系统的延迟、参数变化、等问题项上。本设计研究的多功能数控车床进给系统，它的工作台是由X轴和Z轴两部分的滚珠丝杠完成进给运动的，其滚珠丝杠的驱动装置则是伺服电机。因此，当伺服系统内的伺服电机在驱动滚珠丝杠时，工作台的位移差量直接影响到数控车床的定位精度，而这最终就会导致零部件加工精度的下降。1.2 数控车床进给系统的研究现状1.2.1 数控机床的组成和分类数控机床的整体构造主要由如下多个部分组成：数控装置、包含伺服电机、用于后台监测的伺服系统以及机床本体的结构。数控装置是整个数控机床自动控制的核心所在，它可以实时读取零件的加工程序、处理、自我计算，以及加工过程中的实时后台控制等功能。机床本体指的是数控机床的整体机械构造实体。伺服系统则是数控装置与机床本体之间相互联系的枢纽。目前市面上的数控机床的种类有很多种，规格大有不同，因此可以进行一个简单的划分：(1)按照数控机床的运动轨迹进行分类可分为：点控制、直线控制以及连续不断控制；(2)按照伺服控制系统的控制方式可分类为：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统；(3)按照机床实际可以控制的运动坐标的数量可以分成：二轴数控机床、三轴数控机床、四轴数控机床以及五轴数控机床。1.2.2 伺服控制系统的分类作为影响数控机床加工精度的重要部分，伺服控制系统它是以位置作为实际的自动控制对象的。对于移动位置的控制的前提则是速度的实时控制，而在其中，针对伺服电机以及其配置的速度控制模块只是整个伺服控制中的一小部分。数控机床的进给控制伺服系统的组成包括了：伺服电路、机械驱动系统、传动系统以及命令执行元件。它的作用在于：由数控系统给出指定的进给指令以及位移指令，经过伺服驱动电路一定的转换放大之后，再经过伺服系统驱动系统和传动系统，驱动数控机床的工作台、主轴等执行部件进行运转。伺服控制系统进行划分的话，可以分为以下几类：(1)依据驱动系统来划分，可以分为：步进电机驱动系统、直流伺服电机驱动系统、交流伺服电机驱动系统；(2)按照系统的组成的元器件特性可分为：电气伺服控制系统、液压伺服控制系统以及电液控制伺服系统等；(3)依照实际的信号处理的方式的不同，可以划分为模拟信号控制系统和数字信号控制系统这两大类；(4)按照信号反馈的比较方式进行分类，可以分为：脉冲数字信号比较伺服控制系统、相位信号比较伺服控制系统、幅值比较伺服控制系统和全数字信号比较伺服控制系统；(5)从伺服控制系统的控制方式来看，主要有三种结构类型：开环伺服控制系统、半闭环伺服控制系统、闭环伺服控制系统。不同类的伺服控制系统也会直接影响了数控机床的加工精度。对于数控机床而言，它主流采用的控制系统只有闭环控制系统和半闭环控制系统。半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服系统中引入了角位移的检测装置，原理是通过监测滚珠丝杠的实时转角，间接反应了工作台的位移量，最后反馈到控制器内的比较器中，与原给定的位移参数进行比对，使用比对后确认的位移差值进行控制，对工作台的位移误差进行补偿。由于半闭环控制系统没有将滚珠丝杠中螺母的位移误差引入控制系统内，因此滚珠丝杠中螺母的位