数控机床横向进给设计.
摘要
此设计是经济型中档精度数控车床横向进给系统。面对我国目前机床数量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的面貌。而数控车床（及其系统）已经成为现代机器制造业中不可缺少的组成部分。所以，实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床。
进给系统是由伺服电机经滚珠丝杠拖动工作台来完成的所以设计涉及伺服电机的选择，滚珠丝杠设计等。目前绝大部分的机床的横向进给均是采用滚珠丝杠来传递运动的，传动的精确性主要取决于丝杠支承形式，丝杠与伺服电机的联接方式。在设计中充分考虑到这两个问题，并且，设计精度须达原始数据。
关键词：滚珠丝杠伺服电机横向进给
数控机床横向进给设计.
Abstract
This design is the feeding operation of numerical control lathe with economic type of intermediate precision
In view to the quantity of machine tools in our country is not enough and the scale of industrial production is little at present, the outstanding task is to change our mechanical industrial appearance with less fund in short order.
And the numerical control lathe and its system have become an important part in modern manufacturing industry.
So, to realize this task, the effective and the basic channel is to use this economic type of numerical control lathe widely.
Feeding system goes normally with the ball screw which is droved by servo-motor dragging the workbench up and down.
So, this design includes the option of servo motor, the design of ball screw and so on.Now, the landscape orientation feeding of most machine tools is offered by ball screw. The accuracy of the transmission depends on mainly the form of the screw supports and the way of how screw and servo-motor to be joined.Besides the precision of the design needs Bases the primal data.
Consider these two questions in the design sufficient. Keyword:holler-type thread Servo motor landscape orientation
目录
0引言 (1)
1 国内外发展概况及现状介绍 (2)
2 总体方案论证 (4)
2.1选择传动系统 (4)
2.2选择传动装置 (5)
3具体设计说明 (6)
3.1横向进给滚珠丝杠副的设计选择 (6)
3.1.1确定滚珠丝杠的支承方式 (6)
3.1.2滚珠丝杠副额定载荷 (7)
3.1.3 滚珠丝杠副主要参数的确定 (8)
3.1.4滚珠丝杠与伺服电动机的联接 (12)
3.2伺服电机型号选择 (15)
3.2.1进给电机功率的确定 (15)
3.2.2伺服电机型号 (15)
3.2.3同步带轮的选择 (15)
4 结论 (17)
5 参考文献 (18)
6 设计工作小节 (19)
7附件清单 (20)
0、绪论
本设计课题为：经济型数控车床横向进给系统设计。因为我们没有精良的加工工具或者是自动化系数等各方面远远的不及西欧等国家。所以我国的机械制造业与他们的有着很大的差距的原因，。制造业是关系到国际民生的大事，是富民强国的必要因素，我国要有更好的发展，必须形成我们自己富有特色的现代化制造体系。
随着时代的发展，科技的日新月异，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统己成为现代化机器制造业中不可缺少的组成部
数控机床横向进给设计.
分。面对我国目前机床拥有量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。
“横向进给系统”“主传动系统”和“纵向进给系统”被称为车床的三大核心系统，其重要地位是不言而喻了。三大系统的精确性、准确性、必将影响加工产品的性能。而实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床，并对原有的机床进行数控改造。而这就是我们课题的目的。
前提条件：1.床身上最大回转直径?400mm
2.快移速度x轴4m/min
3.定位精度 x 轴0.035mm
4.重复定位精度x轴0.0075mm，刀架 0.010mm
设计要求：设计课题要求：横向进给运动设计时，电机与丝杠采用柔性结构，电机选用伺服电机，对电机的大小选择进行验证，及对滚珠丝杠直径和支承形式选择进行强度较核，设计精度达原始数据。
本课题所设计的进给系统是针对经济型中档数控车床的，该系统设计成功一旦应用到生产实践中，将使工厂的生产的数字化水平加强，生产力水平显著提高，劳动强度减轻，经济效益得到提高。
根据自己三个多月来的设计过程，编写了这本《设计说明书》，其中，书中肯定存在着相当的一些问题，期望领导、老师给予批评，指正。
1、国内外发展概况及现状介绍
从上世纪五十年代数控技术开始发展到1965年，数控装置从最初的电子管元件、晶体管元件、集成电路到目前使用比较普遍的小型计算机和微处理器共经历了五代的发展。世界主要工业国家的数控机床己进入了指生产阶段。数控机床的产量，拥有量，数控化率都在急速上升。
我国从1958看开始研究数控机械加工技术，60年代针对壁锥，非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床，数控非圆齿轮插齿机等设备，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从1973年以来组织了数控机床攻关会战，经过三年努力，到1975年己研制出了40多个品种300多台数控机床。经过30年的努力，我国数控机床和数控系统的研制也历经了第一代电子管灵敏控、第二代晶体管数控及第三代集成电路数控。从1975年到1979年，7年内累计生产数控机床4108台（其中约3/4以上的数控线切割机床）。进入80年代，我国重新重视发
展数控技术，采取了暂从国外引进控制机和伺服驱动系统，为国内主机配套的方针。1981年，我国从日本FANVC公司引进了FANVC3系列、5系列、7系列的数控系统和在直流伺服电机，直流主轴电机技
数控机床横向进给设计.
术，并在北京机床研究所建立了数控设备厂。于1981年底开始验收投产，1982年生产约40套系统，1982年生产约100套系统，1985年生产约400套系统，伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是外国70年代的水平，功能较全，可靠性能比较高，这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础，使我国的主机品种与技术水平都有圈套的发展与提高。经济型数控装置有步进电机驱动的开环数控装置、直流电机驱动的半闭环数控装置和点位式经济型数控装置三种。对于数控车床改造一般选用步电机驱动开环数控装置。选择时主要考虑以下性能：CPU类型、用户容量、控制轴或联动轴数、设定单位、插补类型、编程尺寸及编程标准，G、M、S、T、F功能、刀补功能、间隙补偿功能及循环功能、显示方式及显示信息的形式。绝对编程、增量编程、程序输入方式以及报警、诊断等。根据需要选择相应的性能。
步进电机驱动单元的性能参数：步进电机性能参数及安装尺寸，控制箱与电机的接线型式。系统的快速度给速度、空载起动频率，静态转矩，系统升频降频时间，起动矩频特性、起动惯频特性、运行矩频特性。驱动电路的型式：高低压驱动电路、斩波驱动电路、调频调压驱动电路、细分驱动电路、电流检测型功率放大电路等。不同的电路型式、其工作性能不同，根据加工需要合理选择。
刀架控制与驱动系统主要考虑刀架型式，如四位或八位电动刀架，或转塔六位刀架。定位精度及重复定位精度，换刀时间、刀具选择时刀架的转向、夹紧力。刀杆尺寸及装夹刀具结构型式等性能参数。
我国己有少数产品开始进入国际市场，还有几种合作生产的数机床返销国外。目前，我国除了能独立地设计与生产常规的数控机床外，还能生产五坐标数控铣床，加工中心以及柔性制造系统，如北京机床研究所开发研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工单元，XH715型立式加工中心，民明机床古物 THK4680型全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂的TK66100卧式铣削加工中心，青海第一机床厂的XH754卧式加工中心等。这一切都说明，我国的机床数控技术进入新的发展时期，预计在不远的将来会赶上或超过世界先进国家水平。
2．总体方案论证
2．1选择动力系统
经济型的数控机床动力系统可分为三类
1．步进电机式
采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其它措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不太大，所以机床的空选种速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有2-3种插补功能，通过软件控制接口，可加工锥面，螺纹，简单外形的曲面等十分灵活。由于性价比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现，因此在全国较容易推广，普及。
2．交流点位式
采用交流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相
数控机床横向进给设计.
比，提高了定位精度。光栅分辨率可达0.001mm，重复定位精度为
0.005mm，所以加工精度较高。由于采用交流电机驱动，功率大，
可进行大切屑量加工零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹功能上有限，而且成本高，使性能价格比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。
3．半闭环连续控制式
采用直流伺服电机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可进行强力切削。当丝杠螺在6mm左右时，快速可达8～9m/min，且不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强电计大大简化。
以上三种驱动方式而言，各有利弊。经过比较选择直流伺服电机驱动因为速度高，过载能力强，且拥有可编程序控制器，易学易用，在机床伺服控制系统中，步进电机人微言轻执行单元，具有控制方便可靠，价格低，且适合于开环控制等特点，因此在简易数控机床中得到广泛的应用。但由于步进电机步距角、功率较小，存在振荡等弱点的限制，在高精大功率应用场合并不很合适，故考虑采用伺服电机控制。
2.2选择传动装置
数控机床半闭环进给系统中伺服电动机经齿轮副（或同步齿形带
副），滚珠丝杠拖动工作台。反馈装置与电动机相联，发出反馈信号（亦可把反馈装置装在丝杠的端部）；伺服电机可直接与丝杠联接数控机床的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属结构。包括齿轮减速机，丝杠螺母副，导轨、工作台等。在数控机床数字调节技术仪式，传动装置是伺服系统中的一个重要环节，因此，数控机床的传动装置与普通机床中传动装置上有重要差别，故它的设计与通机床传动装置的设计不同。数控机床传动装置的设计要求除了有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，为确保数控机床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙，低磨擦、低惯量、高刚度、高谐振频率心脏有适应阻尼比的要求。
设计任务要完成的设计是横向进给系统的设计，一般来说此种系统的传动装置采用螺旋传动。
螺旋传动主要用来把旋转传动变为直线运动，或把直线传动变为旋转运动。其中，有传递能量为主的传力螺旋，有以传递运动为主，并要求有较高的传动精度的传动螺旋，还有调节整零件相互位置的调整螺旋。螺旋传动机构又有滑动丝杠螺母，滚珠丝杠螺母和液压丝杠螺母机构之别。
在经济型数控机床的进给系统中，螺旋传动主要来实现精密的进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。
选用滚珠丝杠副传动机构，因为此种机构有如下特点：
数控机床横向进给设计.
（a）传动效率高，摩擦损失小。
（b）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。
（c）启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。
（d）有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
（e）磨损小，使用寿命长，精度保持性好。
（f）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度值别别小，故制造成本高。
（g）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于中立的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，所以需要添加制动装置。
3 、具体设计说明
3．1横向进给滚珠丝杠副的设计选择：
在一般情况下，设计滚珠丝杠时，必须知道下列条件：最大工作负载Fmax（或平均工作负载Fm）作用下的使用寿命T，丝杠的工作长度L（或螺母的有效行程），丝杠的转速n（平均转速n），滚道的硬度HRC及丝杠的运转情况，然后按下列步骤进行设计。
1、计算作用在滚珠丝杠上的最大动负载Ca的数值。
2、从滚珠丝杠设计标准中，找出相应尺寸系列对应的最大动载
荷Ca的相近值，并初选型号。
3、根据具体工作要求，对于结果尺寸、循环方式、调隙方法及传动效率等方面的要求，从初选的几个型号中再挑选出比较合适的公称直径d0、导程L0、滚珠列数k、滚珠圈数j等确定某一型号。
4、根据所选出的型号，列出（或算出）其主要参数的数值；验算其刚度及稳定性系数是否满足要求。若不满足要求，则需要另选其它型号，再做上述的计算和验算直至满足要求为止。
3．1．1确定滚珠丝杠的支承方式：
为了满足高精度、高刚度进给系统的需要，必须充分重视滚珠丝杠副支承的设计。
（a）一端固定一端自由
丝杠的静态稳定性和动态稳定性都很低。
结构简单
轴向刚度小
适用于较短的滚珠丝杠安装和垂直的滚珠丝杠安装
（b）两端铰支
结构简单
轴向刚度小
适用于对刚度和位移精度要求不高的滚珠丝杠安装
对丝杠的热伸长较敏感
适用于中等回转速度
数控机床横向进给设计.
（c）一端固定一端铰支
丝杠的静态稳定性和动态稳定性都较高，适用于中等回转速度结构稍复杂
轴向刚度大
适用于对刚度和位移精度要求较高的滚珠丝杠安装
推力球轴承应安置在离热源（步进电机）较远的一端
（d）两端固定
丝杠的静态稳定性和动态稳定性最高，适用于高速回转
结构复杂，两端轴承均调整预紧，丝杠的温度变形可转化为推力轴承的预紧力
轴向刚度最大
适用于对刚度和位移精度要求高的滚珠丝杠安装
适用于较长的丝杠安装
详见表3.2。
表3.2 滚珠丝杠副的支承形式
综上所述，本设计中滚珠丝杠副支承方式由原来的一端固定、一端悬空，变成一端固定一端简支的支撑结构。滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。消除间隙的方法采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，预紧力大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。此外，还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙
滚珠丝杠都用滚动轴承支承。可用的滚动轴承种类很多。从目前情况看来，本课题可选用角接触球轴承：
数控机床横向进给设计.
这种轴承可以组配。( a )图为一对背靠背，( b )图为一以面对面。都承受两个方向的载荷。由于螺母（固定在床鞍上）与丝杠（固定在床鞍上）与丝杠（固定在床身上）的同轴度难免有某些误差，希望轴承有一定的自动调心作用。面对面组配时，两接触线与轴线交点之间的距离比背靠背时小，调心较易。所以丝杠轴承面对面配用得比较多。
这种轴承是在预加载荷的条件下组配的。背靠背组配时，内圈端面各磨去δ装配时压紧内圈。就可施加预加载荷。
简支端常用深沟球轴承，不预紧。
本课题设计采用的是角接触球轴承，原因在于：
1.横向进给系统既承受纵向的力，又要承受横向进给力，
考虑到系统受力情况；
2. 为了保证加工精度，横向进给系统的运动轨迹范围决
定了采用角接触球轴承。
3.1.2 滚珠丝杠副额定载荷：
（1）额定动载荷Ca
即在一组有相同参数的滚珠死杠副中，把90%达到106转而不发生疲劳剥伤所能承受的纯轴向载荷称为额定动载，以Ca表示。（2）额定静载荷Cao:
在滚珠丝杠副静止（或转速〈10r/min〉状态下，承受最大接触应力的滚珠和滚道接触面的塑性变形量只和为滚珠直径0.00001倍时的轴向载荷，称为额定静载荷，以Cao表示。
3.1.3 滚珠丝杠幅主要参数的确定：
（1）按预期寿命Ln及轴向载荷Fa进行选择：
Ln=(Ca/Fa)3×106（转）[1] （3-1）
一般情况下，Fa可以用平均载荷Fm予以代替：
Fm=
3min
max
2F
F [1] （3-2）
式中；Ln为预期设计寿命，
Fmax为最大轴向载荷，
Fmin为最小轴向载荷。
对于机床Ln通常取Ln=20×106（转）
则：Ca=320Fm:2.71Fm [1] （3-3）
数控机床横向进给设计.
本课题设计的要求，系统最大进给力为2750N，横向进给为一半即1375N，所以得：
Fmax=680N（经验值）
Fmin=35%Fmax =238N
所以Fm=
3238
1375+=537.7N
故：Ca=2.71Fm=2.71×237.7=644.2N
(2)按承受的最大轴向力Fmax确定参数计算静负荷Cmo：
Cmo=K
F K
H
Fmax
即Cmo 其中Kr=1.2-1.5，K H =1.6-2 Cao>Cmo=1.5×2×680=2062.5N 故；丝杠的额定动载荷Ca≥644.2N 丝杠的额定静载荷Ca>2062.5N 选择：代号为2005-4型的滚珠丝杠，其基本直径20mm，大径 19.5mm 基本导程5mm 4.对选定的滚珠丝杠幅参数进行核算： （1）最大轴向压缩载荷F 滚珠丝杠受压力作用后，在弹性范围内的临界稳定载荷Fc由下式计算： Fc= 2 4 ) ( L db dc m-[4] （3-4）式中：m=20×104（N/mm2） dc 为公称直径（mm ）. d b 为滚珠直径（mm ） Ls 为丝杠轴的支撑距离（mm ） 则：][n F Fc ≥ 水平安置时[n]y =4 [n]—许用稳定安全系数 N Fc 524 4 103.5550)175.320(1020?=-??= ∴ F N Fc 51032.14 ?=≤ 即F 为最大载向压缩载荷>Fa (2). 极限转速的计算为使丝杠副在高速运转时不发生共振现象，应对其极限转速进行核算。当丝杠发生共振时转速称为临界转速，以Nc 表示： Nc=121min)/() (102 6r L k d d b c -? [4] （3-5） 式中：c d 为公称直径； d b 为滚珠直径 0k 为支承结构系数 K=2.5 极限转速n 满足： n < 0.8Nc Nc=121x106(20-3.175)min /1005.1550 5.242r ?= min /104.88.03r Nc n ?=< （3）滚珠丝杠副的预加副载 数控机床横向进给设计. 为了消除螺母间隙，提高滚珠丝杠副的刚性，与定位精度，在 丝杠和螺母 间施加预加载荷Fp ，其预加载荷大小为： Fp ＝Fmax/3＝229N [4] （3-6） （4） 滚珠丝杠副的刚度 滚珠丝杠副的刚度K ： Kg K K K j 11111++= 式中： K 为滚珠丝杠副的刚度； K j 为滚珠的轴向接触刚度； K1为螺母的安装刚度； Kg 为丝杠轴的安装刚度 ○1当有预加负荷Fp 且为额定动载荷的1/10时，Kj 可近似的以下式表示： ())/(*54.032m n Z d F Kj b μ= [4] （3-7） 式中：F 为轴向工作载荷（N ） db 为滚珠直径，（mm ） Z ＝Z ’×圈数×列数 Z ’为一圈滚珠数 内循环 Z ’=d 0/d b -(3～5)粒 d 0为公称直径 210为滚子数 ∴Kj ＝0.54325210175.31032.1） （???＝5.2×103 N/μm ○ 2、螺母支撑刚度K1： K1＝)/(10 ln *8m N E A μ[5] （3-8） 其中：A 为螺母横截面积 E ＝2.1×105 Ln 为螺母支承面至有效滚延间的长度 A ＝0.4×103 mm 2 故，K1＝（0.4×103×2.1×105）/（1000×103）＝0.85×103 （N/μm ） ○ 3、丝杠轴的支承刚性 Kg 当采用图示的支承方式： Kg=8 10ln *E A =(A*E)/（1546×108）＝0.7×103（N/μm ）[10] （3-9） 滚珠丝杠副的刚度K ： 因为： Kg K K K j 11111++= 所以K=1/( Kg K K j 1111++)=2.3×103 （N/μm ） 数控机床横向进给设计. （5）驱动力矩及驱动功率 使丝杠旋转运动所需驱动力矩： Ma ＝（F ×Ph ）/（2000×π×η ） (N.m) [10] （3-10） 公称导程Ph ＝2.5mm η＝0.9 所以Ma ＝0.61N.m 由预紧力所产生的摩擦力矩 Mf ＝K ×810*2*πPh Fp （N.m ）[10] （3-11） Mf=2.3×103×81025 229??v πN.m 总驱动力矩：M ＝Ma ＋Mf M=Ma+Mf=0.63N.m [10] （3-12） 所需功率 W ＝95500η ∑M （Kw ）[1] （3-13） W=)(10.87.59550089 .063.06kw -?=? 式中：F 为轴向载荷 Ph 为公称直径 η为效率 3．1. 4 滚珠丝杠与伺服电动机的联接 《综合性实验》任务书 一、设计题目：零件的CAD/CAM综合设计 二、设计目的 综合性实验是开设《三维CAD》、《机械CAD/CAM》、《机械制造学》、《数控机床》课程之后进行的一个综合性、实践性教学环节。在系统学习CAD/CAM技术的基本原理、基本方法以及机床数控技术的基础上，着重培养学生借助计算机进行机械产品的设计、制造和系统集成的综合应用能力。其目的： 1.掌握产品的计算机辅助设计过程和方法，培养利用计算机进行结构设计的能力。 2.掌握零件的计算机辅助制造过程和方法，培养数控编程及加工仿真的能力。 3.通过应用PRO/ENGINEER，训练和提高CAD/CAM的综合运用能力。 三、设计任务 本设计以某一具体的机械零件为设计对象（零件图见附图）。主要设计任务： 1．三维CAD造型：熟悉并掌握机械CAD/CAM软件PRO/ENGINEER的草绘模块、零件模块进行三维CAD造型。 2．拟定工艺路线：根据三维几何模型，拟定该零件的数控加工工艺路线（需选择毛坯、机床、刀具、切削用量、夹具辅具量具等）； 3. 数控加工程序设计：在Pro/Engineer软件平台下，设计数控加工程序，包括描述选择确定数控加工的部位、加工方法、加工机床、刀具、切削用量等，根据数控机床的具体情况选定数控系统的种类与型号，生成数控加工程序； 4. 数控加工仿真：在Pro/Engineer软件平台下，根据前面得到的数控加工程序进行数控加工仿真，考虑工件由毛坯成为零件过程中形状、尺寸的变化，检查刀具与被切工件轮廓的干涉情况和检查刀具、夹具、机床、工件之间的运动碰撞等，完成几何模型的计算机仿真加工； 5. 数控程序与程序传输：根据数控机床的具体情况选定数控系统的种类与型号，生成通过了计算机仿真的合格零件的数控加工程序，并将数控加工程序传输给加工中心机床；6．编写设计说明书。 四、设计要求 1、要求设计过程在计算机上完成。 2、设计说明书用计算机打印（A4纸，1万字左右）。 正文：宋体五号，单倍行距； 页眉：宋体小五号，内容包括班级，姓名，“综合性实验课程设计说明书”字样； 页脚：右下脚页码。 3、设计结果应包括：课程设计说明书（应包含设计任务书、设计思路、设计步骤、设 计过程的说明和阶段结果。附零件三维图、加工代码、零件原图纸等内容） 4、严禁抄袭和请人代做，一经发现，成绩计为零分并上报教务处。 五、设计内容及时间分配 1．准备工作：布置设计任务，认真阅读设计任务书，收集资料。（1天） 2．熟悉PRO/ENGINEER，并进行零件的三维造型。（4天） 3．进行零件的数控加工。（3天） 4．编写课程设计说明书。（1天） 数控机床课程设计指南（doc 9页） 数控机床课程设计指导书应用专业：机械设计制造及其自动化 班级 学号 姓名 1.设计任务 本次课程设计是通过分析零件图，合理选择零件的数控加工工艺过程，对零件进行数控加工工艺路线进行设计，从而完成零件的数控加工程序的编写。使零件能在数控机床上顺利加工，并且符合零件的设计要求。 2.设计要求 1 绘制二维、三维零件图各一张； 2 数控加工工序卡一份； 3 走刀路线图一份； 4 数控加工程序清单一份（含注释）； 5 设计说明书一份。（分析零件结构；选择机床设备、刀具；编 写数控加工工艺；写出数值计算过程） 3.零件图的分析 在数控车床上加工如图所示的带螺纹的轴类零件，该零件由外圆柱面，槽和螺纹所构成，零件的最大外径为Φ56，加工粗糙度要求较高，并且需要加工M30×1.5的螺纹，其材料为45﹟，分析其形状为不规范的阶梯轴类零件，可以采用端面粗车循环加工指令，选择毛坯尺寸为Φ60mm×150mm的棒料。 4.机床设备的选择 根据该零件图所示为轴类零件，需要的加工的为外轮廓和螺纹，以及毛坯的尺寸大小，查机械设计手册选择FANUC系统的CK7815型数控车床来加工此零件。 5.确定工件的装夹方式 由于这个工件时一个实心轴类零件，并且轴的长度不是很长，所以采用工件的左端面和Φ60的外圆为定位基准。使用普通三爪卡盘加紧工件，取工件的右端面中心为工件的坐标系的原点。 6.确定数控加工刀具及加工工序卡片 根据零件的加工要求，T01号刀为450硬质合金机夹粗切外圆偏刀；T02号刀为900硬质合金机夹粗切外圆偏刀；T03号刀为900硬质合金机夹精切外圆偏刀；T04号刀为硬质合金机夹切槽刀，刀片宽度为5mm，用于切槽、切断车削加工；选择5号刀为硬质合金机夹螺纹刀，用于螺纹车削加工。该零件的数控加工工艺卡片如表1-1所示。 加工流程：加工右端面→粗车外轮廓→精车外轮廓→切螺纹退刀槽→车螺纹→切断 表1-1数控加工工序卡片 摘要 本次毕业设计题目是数控机床的自动排屑装置设计。本人致力于整机机械系统的设计，即包括电动机的选择，带传动设计，减速器的设计，链传动的设计，排屑装置外形的设计。设计思路是从排屑机的性能和动作要求入手，并以国内的质量和技术性能接近设计要求的排屑机为基础，研究国外的先进机型，设计出市场需求的以经济为第一设计原则的适用于数控机床的排屑装置。图纸采用Auto CAD 绘制。经过认真地设计计算,查找资料撰写设计论文。 本文的排屑装置,它是针对市场的需要而设计的，从而能有效地满足当今市场上对排屑装置的需求,它具有如下的优点:传动平稳，传动效率搞，生产效率高，劳动强度低，产品质量好，经济性好，人性化等优点。 关键词数控机床，排屑装置，机械系统 ****本科毕业设计（论文）ABSTRACT ABSTRACT My graduation project is the subject of CNC machine tools automatically Paixie design. I am 忽略mitted myself to mechanical systems design, including the choice of motor, belt drive design, reducer design, chain drive design. Paixie design ideas from the machine's performance and movements start with requirements and to the quality of domestic and technical performance close to the design requirements of the Paixie based to the advanced foreign models, the development of market demand in the economy as the first design CNC machine tools in the application of the principle of the Paixie devices. Auto CAD drawings by drawing. Through careful design and calculate, designed to find information to write papers. This paper designed Paixie device, it is against the needs of the market designed so that they could effectively meet the market today Paixie on the demand, it has the following advantages: a smooth transmission, engage in transmission efficiency, productivity, Low labour intensity, product quality, economic, and human advantages Key words CNC machine tools, Paixie devices, mechanical systems II 毕业设计——立式数控加工中心—排屑机构设计 济南大学 毕业设计题目立式数控加工中心—排屑机构设计 专业机械设计制造及其自动化 班级 学生 学号 指导教师 二〇一〇年六月八日 摘要 本文是关于立式数控加工中心—排屑机构设计的说明书.该排屑装置可以完成对切屑的收集、运输、及进一步的处理功能。 排屑装置以滚动链轮牵引钢制运输送链板在箱体中运转，加工过程中的切屑落到链带上，由链带运送到加工中心外落入到积屑箱。 本设计根据新的需求采用复合原理将链板排屑装置和刮板排屑装置的优点相结合，在普通链板排屑装置的基础上安装刮板,形成一种非常实用的新型排屑装置，从而杜绝了通链板排屑装置将粘附在链板上的碎屑带回排屑体内腔的现象。细节方面本设计对链板结构加以改进在两端增加滚轮并在箱体内设置滑道以解决切屑的承载问题。并且设计了独立的滑动轴承座和安装垫板来实现输送链板条和带轮的张紧。本装置有较好的功能结构及较底的成本将具有良好的市场前景。 关键词：排屑；复合型；滑动；张紧 ABSTRACT This article is a manual about the design of the organization of removing scrap ,this organization is part of the vertical machining center. Device of removing scrap can be used for the collection, transportation, and further processing. Device of removing scrap work in the box through scroll wheel dragging the transporting steel plate .the scraps which processed fell chain belt, transported out of the machine by a chain belt and fall into the litter box. Under the new requirements of the compounding design principle , we combines the advantages of device of closing out resectional scrap of the chain plate Chip and scraper device, install craper device in thecommon chain which is based on the device of closing out resectional scrap of the chain plate,then form a very useful new chip removal device.Thus eliminate the the Chip-board phenomenon of the body cavity through communication chain plate and chain Chip device which adhere to the debris back .Details of the design improve the structure of the chain plate and increase in both ends of the wheel and set the slide of chip load. And design a separate sliding bearing and mounting pad to achieve the conveyor slats and the tension pulley. This device functions are better than the end of the cost structure and will have good market prospects. 数控机床进给系统设计 第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反 馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。 8种机床排屑机常见和解决方法 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 8种机床排屑机常见和解决方法 1、排屑机初次安装接通电源后电机不运转。 解决方法：查看电机电源输入电压是否正常，有无虚接现象。 2、电机空转，输送链版不运行。 解决方法：为延长电机使用寿命，我司对减速机使用了保护器，打开链盒轻轻紧动保护器螺丝直到输送链条运行为止（注：严禁将保护器螺丝过于紧固，否则保护器将失去保护电机的作用） 3、长期使用过的排屑机出现链条拉长松动。 解决方法：根据实际情况调节传动轴调节螺栓直到正常为止。 4、排屑过程中出现卡壳或碎屑卡入链条无法运转。 解决方法：出现这种问题需要立即停止排屑机的工作将卡入链板的碎屑取出，并及时向厂家咨询 5、排屑链板断裂。 这种情况主要是由于链板过载，而减速电机依然正常运转造成的损坏。主要对策有放松机械式过载保护器，而使它能正常工作，遇到过载情况过载保护器打滑，而不至于拉断链板；另一种办法是加装电子过载保护器，设定一个正常范围内电流，当电流大于这一数值时，断电器断开，从而保护链板不至于断裂。 6、铁屑经常卡滞，不能正常排出。 这种情况的出现主要是由于螺旋状的铁屑太长，有时一根铁屑能达到3-5米，丝丝连连，越积越多造成卡滞。主要对策有凡是链板经过的有角度的地方一定要做成圆弧状，不可出生硬的角度，这样有利于铁屑的排出；再者在排屑口下部加装挡屑板，防止铁屑卷入链板下方造成卡滞。 7、减速电机经常烧坏使用寿命过短。 一般来说减速正常使用寿命在3-5年，比较皮实。但也有一些情况经常损坏，主要对策有加装电子过载保护器，电机的损坏主要是由于电流过大，电机长期超负荷运转造成电机过热，还要注意电机的功率与排屑机一定要匹配，如功率过小也是易损坏的原因之一。 8、主轴发热的常见是轴承损坏和轴承润滑效果不好，导致轴承的预紧力过紧而造成的。 排屑机的主轴发热的解决方法，首先要找到发热的物体，然后判断是哪一端的轴承发热，然后转动设备的主轴，来判断主轴在转动时的松紧是否均匀以及有无沉点等。如果是排屑机的轴承导致主轴发热，就要进行改换或是清洗主轴轴承了，可以为轴承添加适量的润滑油等。 目录 1、前言 (2) 2、控制系统硬件的基本组成 (2) 2.1系统扩展 (2) 2.1.1 8031芯片引脚 (3) 2.1.2 数据存储器的扩展 (6) 2.1.3 数据存储器的扩展 (7) 3、控制系统软件的组成及结构 (9) 3.1 监控程序 (10) 3.1.1 系统初始化 (10) 3.1.2 命令处理循环 (10) 3.1.3 零件加工程序（或作业程序）的输入和编辑 (10) 3.1.4 指令分析执行 (10) 3.1.5 系统自检 (11) 3.2 数控机床控制系统软件的结构 (11) 3.2.1 子程序结构 (12) 3.2.2 主程序加中断程序结构 (12) 3.2.3 中断程序结构 (12) 4 、心会得体 (13) 5 、参考文献 (14) 1 、前言 数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。数控机床控制系统的作用是使数控机床机械系统在程序的控制下自动完成预定的工作，是数控机床的主要组成部分。 2、控制系统硬件的基本组成 数控机床控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。控制系统在使用中的控制对象各不相同，但其硬件的基本组成是一致的。控制系统的硬件基本组成框图如图1所示。 图1 控制系统硬件基本组成框图 在图1中，如果控制系统是开环控制系统，则没有反馈回路，不带检测装置。 以单片机为核心的控制系统大多采用MCS-51系列单片机中的8031芯片单片机，经过扩展存储器、接口和面板操作开关等，组成功能较完善、抗干扰性能较强的控制系统。 2.1系统扩展 以8031单片机为核心的控制系统必须扩展程序存储器，用以存放程序。同时，单片机内部的数据存储器容量较小，不能满足实际需要，还要扩展数据存储 数控机床排屑器的改进及优化 链板式排屑器装置包括排屑器主体和水箱两大部分，其广泛应用于数控机床、加工中心等机械设备中，作用是收集和运输机床切削下来的铁屑，输送和回收冷却液。是机床的重要辅助设备，特点是自动化效率高，输送范围选择大，减轻操作者的劳动强度，实现机床的自动化，是现代化工业生产不可缺少的重要设备。但由于不同客户厂家加工的零件不同，工作环境复杂，致使排屑器在客户使用过程中问题不断，故障率一直相对比较高（故障类型及发生概率如图 1 所示），所以为了降低故障率现对其设计、采购、装配等方面进行改进和优化。 1 设计方面改进 1.1更改排屑器PLC控制程序，实现机床主轴转动时排屑器自动启动，禁止客户自行控制排屑器启停，并且当排屑器进行维修时，主轴不允许转动。此种改进是为了避免有些客户为了省电，让排屑器间歇工作，当铁屑过多，尤其加工钢件产生团屑时，排屑负荷过大，长期如此造成排屑器卡死或损坏。 1.2要求排屑器动力轴增加无触点开关。可检测排屑器链板运转状态，当链板停止转动时实现反转，正反转几次后仍然卡死时报警提示，这时排屑器停止工作，机床继续加工完当前零件后自动停机，由操作者清理铁屑。 1.3增加过载保护装置。在链传动环节中加装安全离合器，确保在链板卡死不动时不会因为过载而烧坏电机。 1.4在排屑器进屑口回转端增加可拆卸盖板，一方面方便安装和拆卸链板，另一方面此回转部位容易堆积铁屑和细小铁沫，增加可拆卸盖板可方便清理铁屑和铁沫。 1.5在出屑口位置安装铁毛刷及挡板。防止铁屑掉落进铁屑车后再次随链板回转进排屑器内部，造成链板卡死。 1.6尽量提高排屑口高度，增加团屑排屑能力。 1.7水箱在空间允许的情况下应尽量大，有效容积应为冷却泵流量的3-5 倍以上，保证水泵必须侵入水中，不能发生吸空现象，长时间吸空会损坏水泵。 1.8排屑器液位报警器，要求有两点报警。低液位报警位置 高于水泵最低安全液面30mm报警后机床可以继续当前动作，刀具快退之后机床自动停机，等待操作者补充冷却液及解除报警后才可正常运行。 1.9水箱要具有过滤装置，过滤精度不低于150卩，防止水箱内铁屑颗粒过大损坏冷却泵。 1.10 水箱内部需做多段分隔，保证冷却液有足够的沉淀停留时间，较大杂质能够充分沉淀。 改进后排屑器结构如图 2 所示。 2 采购附件方面改进 2.1要求链板厚度》2mn,链板间隙 广州数控980TD编程操作说明书 第一篇编程说明 第一章：编程基础 1.1GSK980TD简介 广州数控研制的新一代普及型车床CNC GSK980TD是GSK980TA的升级产品，采用了32位高性能CPU和超大规模可编程器件FPGA，运用实时多任务控制技术和硬件插补技术，实现μm级精度运动控制和PLC逻辑控制。 技术规格一览表 运动控 制控制轴：2轴（X、Z）；同时控制轴（插补轴）：2轴（X、Z） 插补功能：X、Z二轴直线、圆弧插补 位置指令范围：-9999.999～9999.999mm；最小指令单位：0.001mm 电子齿轮：指令倍乘系数1～255，指令分频系数1～255 快速移动速度：最高16000mm/分钟（可选配30000mm/分钟） 快速倍率：F0、25%、50%、100%四级实时调节 切削进给速度：最高8000mm/分钟（可选配15000mm/分钟）或500mm/转（每转进给） 进给倍率：0～150%十六级实时调节 手动进给速度：0～1260mm/分钟十六级实时调节 手轮进给：0.001、0.01、0.1mm三档 加减速：快速移动采用S型加减速，切削进给采用指数型加减速 Ｇ指令28种G指令：G00、G01、G02、G03、G04、G28、G32、G33、G34、G40、G41、G42、G50、G65、G70、G71、G72、G73、G74、G75、G76、G90、G92、G94、G96、G97、G98、G99，宏指令G65可完成27种算术、逻辑运 1.2 机床数控系统和数控机床 数控机床是由机床数控系统（Numerical Control Systems of machine tools）、机械、电气控制、液压、气动、润滑、冷却等子系统（部件）构成的机电一体化产品，机床数控系统是数控机床的控制核心。机控系统由控制装置（Computer Numerical Controler简称CNC）、伺服（或步进）电机驱动单元、伺服（或步进）电机等构成。 数控机床的工作原理：根据加工工艺要求编写加工程序（以下简称程序）并输入CNC，CNC加工程序向伺服（或步进）电机驱动单元发出运动控制指令，伺服（或步进）电机通过机械传动构完成机床的进给运程序中的主轴起停、刀具选择、冷却、润滑等逻辑控制指令由CNC传送给机床电气控制系统，由机床电气控制系统 数控机床与编程课程设计说明书设计题目： 成绩： 班级：09级机械三班 学号： 04092317 姓名：于明鑫 指导教师：于春海 设计日期2012年6月18日至2012年6月24日 目录 封面.....................................................错误！未定义书签。课程设计任务书 .. (4) 绪论 ················································································· 1.零件图分析 ······················································································ 2.零件总体工艺分析 ··················································错误！未定义书签。 2.1 选毛培····························································错误！未定义书签。 2.2 加工工艺路线···················································错误！未定义书签。 3.零件加工工艺过程卡 ···············································错误！未定义书签。 4.确定数控加工内容··············································错误！未定义书签。 5.正面铣削数控加工设计·······································错误！未定义书签。 5.1 制定工序2的加工步骤·······································错误！未定义书签。 5.2 确定装夹方案···················································错误！未定义书签。 5.3确定数控铣床 ···················································错误！未定义书签。 5.4 确定数控铣削刀具·············································错误！未定义书签。 5.5编程相关坐标点设定 ··········································错误！未定义书签。 5.6 确定切削用量···················································错误！未定义书签。 5.7 刀具轨迹坐标值的数学处理 ································错误！未定义书签。 5.8 程序编制及说明················································错误！未定义书签。 6.背面铣削数控加工设计·······································错误！未定义书签。 6.1 制定工序3的加工步骤·······································错误！未定义书签。 6.2 确定装夹方案···················································错误！未定义书签。 6.3 确定数控铣削刀具·············································错误！未定义书签。 6.4编程相关坐标点设定 ··········································错误！未定义书签。 6.5 确定切削用量···················································错误！未定义书签。 6.6 刀具轨迹坐标值的数学处理 ································错误！未定义书签。 第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 摘要 本次设计任务来源于校企合作开发课题。 先调研数控车床的发展状况，随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。 该设计主要考虑两大方面：数控部分和机械部件。首先进行数控车床总体方案的比较，然后确定最佳方案，完成半闭环数控车床的总体布局，绘制出半闭环数控车床的传动系统图，数控车床总体的尺寸联系图。通过对切削力的计算来设计进给系统、刀架、主轴卡盘的夹紧、液压尾座的行程等。完成该数控车床总体设计，总体布局，绘制尺寸联系总图一份，以及床身设计，绘制床身零件图，底座设计，绘制底座零件图。对车床振动的分析来提出加强机床刚度的方法，还有设计该数控机床的排屑装置及尾架装置。最后叙述该机床平时的维护及保养，有利于机床的正常运转。 预期成果设计出符合机械厂要求的通用型的，半闭环，斜床身，双轴联动，卧式数控车床，尽量满足生产需要，使我们设计的数控机床可靠性，加工精度，变速范围，操作宜人性，工作效率及防护结构，造型等诸多方面更加适合实际的使用要求。 关键词：半闭环；数控车床；总体设计； Abstract This design task comes from the school-enterprise cooperation and development issues. Development of the first investigation of CNC lathe, with the development of science and technology, mechanical product structure more reasonable, and its performance, efficiency and precision of increasingly improved frequent replacement, production types from mass production to the many varieties of small batch production. Therefore, the processing machinery products corresponding to the high precision, high flexibility and high automation. Digital control of machine tool is to solve the one-piece, small batch, especially in the automatic processing of complex surface parts and ensure the quality requirement and produce. This design mainly consider two aspects: numerical control part and mechanical part. First compared the overall scheme of CNC lathe, and then determine the optimal scheme, to complete the overall layout of CNC lathe, draw the diagram of transmission system semi-closed-loop CNC lathe, CNC lathe overall contact map size. To the design of feed system, turret, spindle chuck through calculation of cutting force, the clamping hydraulic tailstock travel. To complete the overall design of the CNC lathe, general layout, drawing a connection dimension in general, and the body design, drawing machine parts drawing, base design, drawing the base part drawing. Analysis on the lathe vibration proposed method to strengthen the stiffness of machine tools, as well as the design of the CNC machine tool cutting device and a tail frame device. Finally, describes the machine daily maintenance and maintenance, is conducive to the normal operation of the machine. The expected results of design to meet the requirements of general machinery factory, half closed, slant bed lathe, CNC horizontal lathe, biaxial linkage, as far as possible to meet the need of production, reliability, CNC machine tools enable us to design the machining accuracy, speed range, operation comfort, efficiency and protection structure, other aspects are more suitable for practical use requirements. Key words: Half closed loop；CNC lathe；The overall design; II 机电一体化 课程设计 说明书 设计题目：C6140卧式车床数控化改造设计 班级：班 设计者： 学号： 指导教师： 目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (3) 2.1总体方案设计要求 (3) 2.2设计参数 (4) 2.3.其它要求 (5) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (6) 3.1进给系统机械结构改造设计 (6) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (6) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10) 4步进电动机的计算与选型 (14) 4.1步进电动机选用的基本原则 (14) 4.1.1步距角α (14) 4.1.2精度 (14) 4.1.3转矩 (14) 4.1.4启动频率 (14) 4.2步进电动机的选择 (15) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (15) 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (15) 5电动刀架的选择 (15) 6控制系统硬件电路设计 (16) 6.1控制系统的功能要求 (16) 6.2硬件电路的组成： (16) 6.3电路原理图 (17) 6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 .. (19) 8参考文献 (19) 1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm 9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变 速信号 10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与PC 机串行通讯 13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码 2设计要求 2.1总体方案设计要求 C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。 （1）普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此数控系统选连续控制系统。 （2）车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。 （3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用8位微机。在8位微机中，MCS —51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此，可选 MCS —51系列单片机扩展系统。 （4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU 外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。 （5）设计自动回转刀架及其控制电路。 （6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺 01.0=x δ02.0=z δ 太原科技大学数控技术课程设计 学院：机械工程学院 专业：机械电子工程 班级：机电091201班 姓名：崔世君 学号：200912010103 指导教师：贾育秦 时间：2013年1月15号 数控技术课程设计任务书 一、课程设计题目： 设计轴类零件数控加工工艺规程及数控技术仿真 二、课程设计目的： 通过数控加工工艺课程设计，掌握零件的数控加工工艺的编制及加工方法。 三、课程设计内容： 1.毛坯图一张 2.零件图一张 3.机械加工工艺过程卡一张 4.机械加工工序卡四张 5.仿真结果图一张 6.设计说明书一份 班级：机电091201 学生：崔世君 学号：200912010103 指导教师：贾育秦宋建军 教研室主任：贾育秦 目录 一、前言第3页 二、零件图的工艺分析第3页 1.加工内容第4页 2.毛坯的选择第4页 3.定位基准的确定第4页 4.加工顺序的确定第4页 5.加工工序、工步的确定第5页 三、机床的选择第6页 四、刀具的选择第6页 五、夹具的选择第7页 六、量具的选择第7页 七、切削用量的确定第7页 八、机械加工时间的计算第8页 九、编写数控部分程序第9页 十、数控仿真及其结果第10页十一、总结第13页十二、参考文献第14页 一、前言 制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是制造业实现自动化、集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。数控技术的广泛应用给传统制造业的生产方式、产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械、机电专业的人才带来新的机遇和挑战。 随着我国综合国力的进一步加强。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心。现如今，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。这就体现了学好数控技术的重要性。 这次课程设计让我们更好的熟悉数控车床、确定加工工艺、学会分析零件、学会简单的程序编程以及数控仿真，为走上工作岗位打下坚实的基础。 二、零件图的工艺分析Creo2.0数控加工说明书
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