加工中心xy向进给系统结构设计大学论文.docx

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加工中心xy向进给系统结构设计大学论文

宁XX大学

毕业设计（论文）

加工中心XY向进给机构设计

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摘要

本全面阐述了加工中心的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。

详细介绍了加工中心的结构设计及校核，并进行了分析。

另外汇总了有关技术参数。

其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。

包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。

关键词：

加工中心，数控，伺服电机，滚珠丝杠全套设计请加197216396或401339828

Abstract

ElaboratedcomprehensivelythenumericalcontrolCNCplanertypemillingmachine'sstructureprinciple,thedesignfeature,elaboratedhasusedstep-by-stepstheelectricalmachineryandtheballbearingguidescrewnutvice-merit.IntroducedindetailthenumericalcontrolCNCplanertypemillingmachine'sstructuraldesignandtheexamination,andhavecarriedontheanalysis.Andhascompiledtherelatedtechnicalparameter.

Inwhichintroducedemphaticallytheballbearingguidescrewprincipleandselectstheprinciple，Toballbearinglinksandsoonguidescrewproduction,applicationhassystematicallycarriedontheintroduction.Includingthetypechoice,theparameterchoice,theprecisionchoice,theround-robinmodechoice,theprincipleaswellasthefactorychoicewhichmatcheswiththemainengineandsoon.

KeyWords:

Processingcenter,Numericalcontrol,Step-by-step,servemotor,Ballbearingguidescrewnut

第1章绪论

1.1数控系统的发展及趋势

1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。

它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。

6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。

从此，传统机床产生了质的变化。

近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

数控NC阶段（1952年-1970年）

早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。

人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIREDNC），简称为数控（NC）。

随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代—电子管；1959年的第二代—晶体管；1965年的第三代—小规模集成电路。

计算机数控（CNC）阶段（1970年-现在）

到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。

于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的“通用”两个字省略了）。

到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件—运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。

　　到1974年微处理器被应用于数控系统。

这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。

而且当时的小型机可靠性也不理想。

早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。

由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。

　　到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。

数控系统从此进入了基于PC的阶段。

　　总之，计算机数控阶段也经历了三代。

即1970年的第四代—小型计算机；1974年的第五代—微处理器和1990年的第六代—基于PC（国外称为PC-BASED）。

　　还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。

所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。

3.数控未来发展的趋势

（1）继续向开放式、基于PC的第六代方向发展

　　基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。

至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。

PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。

远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。

（2）向高速化和高精度化发展

　　这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。

（3）向智能化方向发展

　　随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。

1.2加工中心加工的基本原理

数控控制（NumericalControl）是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方法。

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是现代化工业生产中的一门新型的，发展十分迅速的高新技术。

数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围所覆盖的领域又：

机械制造技术；微电子技术；信息处理加工传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；检验监控技术；传感技术；软件技术等。

数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的是能技术和最基本的装备。

在提高生产率，降低成本，保证加工质量及改善工人劳动强度等方面，都有突出的优点；特别是在适应机械产品迅速更新换代，小批量，多品种生产方面，各类数控装备是实现先进制造技术的关键。

数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。

国际信息处联盟（InternationalFederationofInformationProcessing,IEIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下的定义：

数控机床是一种装了程序控制系统的机床。

该系统能逻辑的处理具有使用码或其他符号编码指令规定的程序。

加工中心，简称cnc，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。

加工中心又叫电脑锣。

加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。

加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。

1.3课题研究的目的和意义

我国近几年加工中心XY向进给机构虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：

可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。

针对传统加工中心XY向进给机构的不足之处及生产中存在的问题，有必要在传统机床的基础上研究出新型加工中心XY向进给机构。

通过对传统铣床手动的进给系统、夹紧系统及传动系统的创新设计，加入新技术，从而提高产品质量和生产效率，实现自动化，降低劳动强度及工作量。

加工中心XY向进给机构的发展现状和趋势是：

在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型XY向进给机构；在性能上将研制以钢为材料的XY向进给机构，大幅度提高XY向进给机构的承载能力；在形式上继续研制多轴并联，甚至于五轴并联的XY向进给机构。

综上所诉，加工中心XY向进给机构的开发和设计具有很高研究的意义.本课题采用类似的机床结构设计成果的方法，进行加工中心XY向进给机构的设计，使其能够实现更好的工业生产自动化。

本课题对加工中心XY向进给机构部件进行了设计，研究加工中心的结构，主要部件及典型零件的设计方法，其意义如下：

1、通过对数控机床的结构设计和研究掌握机构设计的一般步骤和方法；

2、通过对课题的研究，了解国内外有关数控机床的技术现状和发展趋势；

3、通过毕业设计培养自己的创新精神，提供分析问题和解决问题的能力。

第2章设计的内容及要求

2.1设计题目

加工中心XY向进给系统结构设计

已知条件：

X/Y=850mm/850mm；最大进给速度24000mm/min。

2.2设计的内容

2.2.1数控装置总体方案的确定

（1）.数控装置设计参数的确定；

（2）.方案的分析，比较，论证。

2.2.2机械部分的设计

（1）.确定脉冲当量；

（2）.机械部件的总体尺寸及重量的初步估算；

（3）.传动元件及导向元件的设计，计算和选用；

（4）.确定伺服电机；

（5）.绘制机械结构装配图；

（6）.系统等效惯量计算；

（7）.系统精度分析。

2.2.3编写设计说明书

（1）说明书是设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容，包括提方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，选用元器件参数的说明；

（2）论文正文不少于10000字。

第3章XY向进给机构总体方案的确定

3.1机械传动部件的选择

3.1.1导轨副的选用

要设计XY向进给机构，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。

3.1.2丝杠螺母副的选用

伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足0.001mm冲当量和mm的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。

3.1.3减速装置的选用

选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，考虑到传动精度和缓和减速机工作时轴上的扭转冲击及减轻轴的扭转振动，所以采用联轴器。

3.1.4伺服电动机的选用

任务书没规定的脉冲当量，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也有24000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。

以降低成本，提高性价比。

3.1.5检测装置的选用

选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。

任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。

增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角