数控铣床(320mm)Y轴进给系统三维设计及加工-机械设计及自动化专业毕业设计-毕业论文.doc
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1、 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 数控技术与数控机床11.2 数控机床的特点及发展趋式11.3 数控铣床与其进给系统31.4 总体设计方案的拟定3第二章 机床横向进给系统机械部分计算与设计52.1 脉冲当量的选择与切削力的计算52.2滚珠丝杆螺母副的计算和选型62.3 伺服电机的选择12 2.4 导轨的设计及滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧152.5联轴器的选用16第三章 三维实体造型设计及图纸生成173.1 工具软件UG的介绍173.2 造型过程173.3 二维图纸的生成20第四章 零件的数控加工及程序编制214.1 数控工艺分析和加工路线的确定214.2 数控机床的选
2、型214.3定位基准、装夹方案和对刀点214.4 选择刀具224.5 确定切削用量224.6 数控程序23结 论26参考文献27致谢28数控铣床(320mm)Y轴进给系统三维设计及加工 专 业:机械设计制造及其自动化 学 号:5901105120 学生姓名:万福平 指导教师:范美仁摘 要近年来,我国经济飞速发展,既促进和带动了制造业的发展,也使其遇到了严峻的挑战,迫切地需要改造传统的加工制造模式。这其中很重要的一条就是使用更高速、更精确、更可靠的数控机床来代替普通的人工机床。本文就是在这样的背景下,借助先进的CAX软件UG NX 5.0,通过对其他数控机床的分析与观察,根据实际要求,分析、设计
3、数控铣床(320mm)横向进给系统。特别值的一提的是,本文摒弃了传统的二维设计方法,利用UG进行三维参数化造型设计,直接生成工程图纸和加式代码,这对于缩短设计周期,提高设计质量和产品的加工生产效率有着重要的意义。关键词:数控铣床;进给系统;加工Three-dimensional Design And Manufacturing Of Feed Machanism In NC Mill Machine ToolAbstractThese years,the economy of China is developing very fast which pushes the manufacturin
4、g industry to a new step as well as bringing great challenge,making it necessary to refresh the traditional mode of manufacture.Using numerical control(NC) machine tool in stead of ordinary machine tool is one of the important ways to reach our goals,as the fomer is faster,more accurate and more rel
5、liable.On the background of this,thanks to the powerfull three-dimensional CAX software,it is very convenient to analyse,design and produce,compared of the traditional two-dimensional method.In this paper,after careful studying of the other NC machine tools,based on pratical requriment which has bee
6、n provided by our teacher,we have designed the feed mechanism(Y-oritation) of mill NC machine tool(320mm).One of the things that Im eager to share with you is what a wonder to use UG in the process of design and shaping.With the help of UG, we can produc the engineering deawing and code for producti
7、on immediently after three dimensional modeling which is a great help to the production.All in all , we can design a better machine in a shorte time.Keyword:NC Mill Machine Tool;Feed System;Manufacturing第一章 绪 论1.1 数控技术与数控机床数控技术是现代制造技术的基础。它综合了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械等高新技术,因此广泛应用于机械制造业。数控机床替代普通机床,从而使得
8、制造业发生了根本性的变化,并带来了巨大的经济效益。目前,数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术,成为国际间科技竞争的重点。数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体,使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制造业,成为国民经济的基础工业。数控技术是当今柔性自动化和智能自动化的技术基础之一,它使传统制造工艺发生了显著的、本质的变化。随着数控技术的不断发展和应用,工艺方法和制造系统的不断更新,形成了CAD、CAM、CAPP、CAT、FMS等一系列具有划时代意义的新技术、 新工艺的制造系统。在国际贸易中,很多发达国家把数控
9、机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时,把高技术的机电产品出口打入国际市场,作为发展出口经济的重要战略措施,数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控铣床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。1.2 数控机床的特点及发展趋式随着科学技术的发展,制造技术的进步,以及社会对产品质量和品种多样化的要求越来越强烈。中、小批量生产的比例明星增加,要求现代数控机床成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时,为满足制造业向更高
10、层次发展,为柔性制造单元、柔性制造系统,以及计算机集成制造系统提供基础设备,也要求数控机床向更高水平发。世界数控机床产业发展的基本共识是朝着高速高效化、精密化、复合化、智能化、信息化、环保化和设计模块化的方向发展。高速高效化高速和超高速加工技术可以提高加工效率,也是加工难削材料、提高加工精度、控制振动的重要保障。其技术关键是提高机床的主轴转速和进给速度。比如进一步提高高速电主轴最高转速及功率、扭矩,采用传感技术进行振动监测和诊断,进一步轻量化进给系统,采用直线电机和力矩电机的直接驱动方式,由刀具主轴部件实现机床的3个直线坐标运动等。精密化由于机床结构和各组件加工的精密化,机床达到微米级精度已不
11、是问题。目前高档数控机床定位精度(全行程)已达0.0040.006mm,重复定位精度0.0020.003mm。同时,代表精度水平的超精密的纳米级机床已开始不断涌现。复合化在零部件一体化程度不断提高、数量不断减少的同时,加工的产品形状日益复杂,多轴化控制的机床适合加工形状复杂的工件。另一方面,产品周期的缩短要求加工机床能够随时调整和适应新的变化,满足各种各样产品的加工需求,这就要求1台机床能够处理以往需要几台机床处理的工序。在保持工序集中和减少工件重新安装定位的前提下,使更多的不同加工过程复合在一台机床上,以减少占地面积,减少零件传送和库存,保证加工精度和节能降耗的要求。智能化现代智能化数控机床
12、可以根据切削条件的变化,自动调节工作参数,保持最佳工作状态,得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度值,同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。此外,系统还可以随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查,实现故障停机、故障报警、提示发生故障的部位、原因等。智能化现代数控机床的发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。信息化利用计算机技术和网络通信技术,机床制造商可以建立机床远程技术支持体系,实现工况信息的传输、存储、查询和显示,以及远程智能诊断。基于网络连接,机床用户可以及时获得机床制造商的远程技术支持,机床制造商可准确有效地得到用户方的机床工况资料数据,进行机床状态的网上在线诊断,
13、实现机床全生产周期服务的开放式网络监控服务,可以提高售后服务效率,并有助于及时改进产品的质量。环保化环保是机床产品必须达到的条件。通过干切削、准干切削、硬切削等措施避免冷却液、润滑液对周围环境造成生态危害以及采用全封闭的罩壳,全面避免切屑或切削液外溅是主要的两个环保化要求。设计模块化模块化的设计在机床制造中已应用得炉火纯青,横向系列,纵向系列,全系列,跨系列的模块化设计使得同样两台机床,外形上看,好象完全一样,但功能则完全不同,所构成的模块很多则是通用的。模块化设计将是贯穿产品设计全过程的一条主线,无论是机床技术发展的潮流还是市场竞争的要求,无论是降低成本的需要,还是提高产品质量的需要,都要求
14、在产品的开发设计中,切实做好模块化的设计工作。产品生产向社会协作、专业化方向发展,小而全的模式将被淘汰。1.3 数控铣床与其进给系统数控铣床可以人为立式、卧式和立卧两用式数控铣床,各类铣床配置的数控系统不同,其功能也不尽相同,主要有点位控制功能、连续轮廓控制功能、刀具半径自动补偿功能、刀具长度自动补偿功能、镜像加工功能、固定循环功能和特殊功能。具备自适应功能的数控铣床可以在加工过程中把感受到的切削状况(如切削力、温度等)的变化,通过适应性控制系统及时控制机床改变切削用量,使铣床及刀具始终保持最佳状态,从而可获得较高的切削效率和加工质量,延长刀具使用寿命。数控铣床在配置了数据采集系统后,就具备了
15、数据采集功能。目前已出现既对实物扫描采集数据,又能对采集到的数据进行自动处理生成数控加工程序的系统,这些为进行设计制造一体化工作提供了手段。数控机床的进给系统是数控装置与机床本体的传动环节,其作用是接收数控装置发出的进给速度和位移指令信号,由伺服驱动电路作转换和放大后,经伺服驱动装置(直流、交流伺服电机,功率步进电机,电液马达等)和机械传动机构,驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。它能根据指令信号精确的控制执行部件的运动速度与位置,以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。数控铣床进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。伺服系统按使用
16、的驱动装置分类可分为电液伺服系统和电气伺服系统;按使用直流伺服电机或交流伺服电机分类可分为直流伺服系统和交流伺服系统;按反馈比较方式分类可分为脉冲数字比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统及全数字伺服系统;按有无位置检测和反馈可以分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。伺服进给系统的基本要求是高精度、快的响应速度、宽的调速范围、低速时的大转矩。1.4 总体设计方案的拟定一、系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。本次设计的机床要求具有定位、直线插补、顺、逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能,故应选择连续控制系统。二、
17、控制方式的选择伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统中,没有检测反馈装置,数控装置发出的信号的流向是单向的,也正是由于信号的单向流程,它对机床移动部件的实际位置不作检测,所以机床的加工精度要求不太高,其精度主要取决于伺服系统的性能,开环伺服系统主要由步进电机驱动。这类机床工作比较稳定,反应迅速,调试和维修比较简单。目前经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。半闭环控制系统中,对工作台的实际位置不进行检查测量,而是是通过与伺服电机有联系的的测量元件,如测速发电机或光电编码盘等间接检测伺服电机的转角,推算出工作台的实际位置,有此值与指令值进行比较,用差值来实现控制。这种
18、控制方式介于开环与闭环之间,精度没有闭环高,调式却比闭环方便。闭环控制系统有机床移动部件上的检测反馈装置,在加工时刻检测机床移动部件的位置,使之和数控装置所要求的位置相符合,以期达到很高的加工精度。闭环系统多采用直流伺服电动机或交流电机驱动。这类机床的优点是精度最高的,速度快,但是调试和维修比较复杂,其关键是系统的稳定性,所以在设计时应对其稳定性给予足够重视。本次设计的机床精度要求高,但考虑到经济及调试等问题,选用半闭环型的控制系统。三、机械传动方式目前数控铣床的纵向和横向多采用伺服电机,进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等,以尽量减小反向间隙。我们这里拟采用的是滚珠丝杠
19、副传动,以减少摩擦系数,提高进给机构的整体刚度。滚珠丝杠与电机间用联轴器直接连接,以消除间隙。第二章 机床横向进给系统机械部分计算与设计 主要参数如下:工作台面积(长宽) 900320 mm 工作台左右行程(X向) 630 mm 工作台前后行程(Y向) 400 mm 主轴上、下行程(Z向) 500 mm 工作台最大承重 600 kg 主轴端面至工作台面距离 125-625 mm 刀具最大尺寸 100250 mm 刀具最大重量 6 kg 主轴最高转速 8000 rpm 进给速度 5-5000 mm/min 快速移动速度 15000 mm/min 主电机功率 7.5kw 主轴最大输出扭矩 94 N
20、.m 定位精度 JB/T8772.4-1998 X:0.01mm ,Y、Z:0.01mm全程 进给电机扭矩 8 N.m 起动加速时间(ms): 302.1 脉冲当量的选择与切削力的计算一选择脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量:横向:0.01mm/step二计算切削力切削功率为试中 N-主电动机功率,7.5KW -主传动系统总效率,一般为0.60.7,取为0.6 K-进给系统功率系数,取0.96根据上述公式可得:=4.32KW。又因为=V/6120,V为切削线速度,取100mm/min,所以主切削力为=2.59KN。通常:纵向切削分力=(0.60.9) 垂直切削分力=(0.450.7) 横向切
21、削分力=(0.50.55)取 =0.6=1.55KN =0.45=1.165KN =0.5=1.265KN2.2滚珠丝杆螺母副的计算和选型1、计算进给轴向力Fm(N)丝杠上的工作载荷Fm是指滚珠丝钢负载驱动工作台时滚珠丝钢所承受的轴向力,也叫进给牵引力。它包括三个力:滚珠丝杆的走刀抗力、工件的重力、作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。矩形导轨的工作载荷Fm的计算公式为:式中 K考虑颠覆力矩影响的实验系数,矩形滑动导轨取K=1.4; 滑动导轨摩擦系数:贴塑导轨为0.03-0.05,取0.03; G工作台、夹具和刀具的重量,G=6009.8=5880N。则2、动载强度计算 当转速时,滚珠丝杠螺
22、母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀,因此要进行动载强度计算,其计算动载荷Q应小于或等于滚珠丝杆螺母副的额定动负荷,即Q=式中 载荷性质系数,本式中去=1.5; 精度影响系数,本式中取=1; L滚珠丝杆工作寿命,以r为1个单位;本次设计中,电机与丝杆通过联轴器直接相连,减速比i=1,工作台的最高进给速度达到5m/min,选用丝杆导程为6mm的丝杆,丝杆的最高转速为1500r/min,工作台的最小进给速度为5mm/min,故丝杆的最低转速为0.5r/min,可取为0,则平均转速n=(1500+0)/2=750r/min。故丝杆的工作寿命为L=675式中 T丝杆使用寿命,按设计机床要求取T=150
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