毕业设计论文-高速数控冲床送料工作台及数控系统设计.docx

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高速数控冲床送料工作台及数控系统设计

摘要

本文在对转塔式数控冲床进行深入研究的基础上，提出了数控冲床的总体方案，包括进给系统机械机构传动原理和数控系统的方案。

重点进行了进给系统的设计计算，运用SOLIDWORKS三维软件对冲床送料工作台进行设计，并研究了所选专用数控系统的各模块和硬件接线。

在分析与研究数控冲床的基础上，介绍了数控冲床的数控系统和进给系统、主传动系统的发展现状及发展趋势，提出了本文的研究目的、意义及主要工作内容。

首先根据进给系统机构传动原理，对进给系统进行了设计计算，给出了滚珠丝杠副的尺寸规格，选择了进给系统的电机型号和滚珠丝杠副支撑轴承的型号。

运用SOLIDWORKS软件对数控冲床工作台进行设计。

再分析数控冲床系统硬件和软件功能的基础上，提出了采用工控机作为数控冲床数控系统的主控制器，采用FAUNCOIP专用数控系统的方案。

并对其各模块和硬件接线进行了学习。

最后，对本设计所研究的内容进行了总结，提出了设计的不足。

关键词：

数控冲床，送料工作台，数控系统

I

ABSTRACT

Inthisthesis,within-depthstudyofMulti-turretpunchpress,theauthorproposesanoverallschemeforMulti-turretpunchpress,includingCNCsystemandtransmissionprincipleofthefeedingsystem.Focusonthedesignandcalculationoffeedsystem,usingtheSOLIDWORKS3Dsoftwaretodesignofpunchfeedingworkbench,andstudiedtheselectedmoduleofCNCsystemandhardwareconnection.

BasedontheanalysisandresearchofMulti-turretpunchpress,thepaperintroducesdevelopmentstatusandthefutureoftheCNCsystem,themaindrivesystemandthefeedingsystem,thenproposestheresearch’ssignificance,purposeandmaincontentofthethesis.

Firstly,basedontransmissionprincipleofthefeedingsystem,wedesignthefeedingsystem,andgetparametersoftheballscrew,andchoosethemotorandbearingoftheballscrew.

BasedontheanalysisofthehardwareandsoftwareandsoftwarefunctionsofCNCsystem,weproposeIndustrialControlComputerforthecontrollerofCNCsystem,UsingFAUNCOIPschemeofCNCsystem,andtostudyitsvariousmodulesandhardwareconnection.

WeuseSOLIDWORKSsoftwaretodesignworkbenchofMulti-turretpunchpress.

Finally,wesummarythecontentsofthearticle,andgetthelackofthepaper.

Keywords:

CNCpunchpress,feedingworkbench,numericalcontrolsystem

II

目录

摘要 I

第一章绪论 1

1.1数控冲床的组成及其工作过程 1

1.2数控系统的发展现状 2

1.3数控冲床数控系统的发展趋势 3

1.4主传动系统的发展现状及发展趋势 3

1.5课题研究的相关背景 4

1.6论文主要工作 5

第二章数控冲床总体方案的设计 5

2.1进给系统机构传动原理 6

2.3数控冲床数控系统总体分析 7

2.3.1数控系统硬件功能分析 8

2.3.2数控系统软件功能分析 10

2.4数控系统硬件设计 10

2.4.1主控制器的选择 10

2.4.2系统的硬件方案 11

第三章进给系统的设计计算 12

3.1进给系统电机的选型 12

3.1.1几种电机特性分析与比较 12

3.1.2电机转速的确定 13

3.2滚珠丝杠副的计算与选型 13

3.3直线滚动导轨副的计算与选型 18

3.3.1工作载荷的计算 18

3.3.2距离额定寿命的计算 18

3.3.3小时额定寿命的计算 19

3.4电机选型 19

3.4.1最高转速 19

3.4.2额定输出转矩的选择 19

3.4.3转换到轴上的负载惯量 21

3.4.4X轴方向的计算 21

3.4.5Y轴方向的计算 22

3.5联轴器的选型 23

第四章控制系统的设计 24

4.1数控系统组成 24

4.2硬件接线 24

4.2.1显示器 25

4.2.2PCMCIA接口 26

4.2.3接口分布 27

4.2.4NC与外围设备的连接 27

4.2.5NC硬件连接-总装图 29

4.2.6NC与I/OLINK的连接 29

4.2.7急停信号的连接 30

第五章基于SOLIDWORKS的高速数控冲床送料工作台 31

5.1送料工作台总装配图 32

5.2冲床送料工作台重要组件零件图 33

5.2.1夹钳 33

5.2.2直线滚动导轨 34

5.2.3直线滚动导轨滑块 34

5.2.4滚珠丝杠支撑座 35

5.2.5滚珠丝杠支撑座 35

5.2.6伺服电机 36

5.2.7联轴器 37

结论 38

致谢 39

参考文献 40

V

第一章绪论

1.1数控冲床的组成及其工作过程

数控冲床是数控机床的一种，它是利用数控技术控制机床的高精度、高效率的金属饭材冲孔和步冲的加工设备,利用单次冲裁方式和步冲冲裁方式冲山各种形状、尺寸的孔和零件，特别适合于多品种的中、小批最或单件的板材冲压。

它由数控系统和机床本体两大部分组成。

数控系统由数控装置（包括内置PLC）、进给伺服系统、主轴伺服系统组成.进给伺服系统由进给驱动单元、进给电机和位置检测装置组成。

主轴伺服系统由主轴驱动单元和主轴电动机组成。

机床本体由机床的各机械部件组成，包括床身、立柱等支撑部件、主运动部件、进给运动执行部件、刀具库（刀塔）、转位部件以及夹紧、润滑系统等组成。

。

数控系统是数控机床的核心，由软件和l硬件两部分组成。

它的主要功能是根据图形信息进行各种零件轮廓儿何信息和命令信息的处理，并将处理结果分发给相应的单元，如送给驱动控制装置的连续控制量和机床电器逻辑控制装置的开关控制量，控制机床各组成部分实现各种数控功能。

其功能主要包括①加工前的准备工作，涉及到机床参数设置、图形编程和以及机床回零等等。

②将控制信号传输给伺服系统，伺服驱动系统接收数控装置传输来的信号，控制机床的运动，包括译码程序、速度控制程序、插补运算程序、位置控制程序和主轴控制程序。

机床本机是数控冲床的主体部分，目前其结构按移动工作台布置方式可分为内置式、外置式、和侧置式，其结构比较稳定，国内的生产厂家基本上也是参照

国外的机构，其机构示意如图1-1

图1-1冲床机构示意图

数控冲床的生产过程是这样的：

首先将预加工的板料放在工作台上，靠紧X、Y方向基准后，用夹钳将工件夹紧。

然后通过数控系统人机交互界面设置加工参数，根据被加工零件图纸编制零件的数控加工程序，将数控程序输入到数控装置，经过编译、数据处理，再由数控装置将数据流传输给伺服系统，伺服系统控制机床本体实现板料的加工，包括工件按照数控系统的程序指令移动，将预冲孔的位置准确地送到冲模的下方，模具的选择，冲头下冲，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。

1.2数控系统的发展现状

目前，国际上最大的数控系统生产厂家是日本的FAUNC公司，一年生产5万套以上系统，占世界市场的约40%左右，其次是德国的西门子公司，约占15%以上，再次是美国的DYNAPATH，西班牙的FAGOR，意大利菲地亚，法国的NUM,日本的三菱、安川。

国内数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、广州数控，国内数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300~400套，且在控制精度、系统功能、硬件可靠性、系统软件环境等方面与国外发达国家相比还有很大的差距。

目前，使用和研发的数控系统大致可以分成以下四类：

传统专用型数控系统

这类数控系统的硬件由数控系统生产厂家自行开发，具有很强的专业性，经过了长时间的使用，质量和性能稳定可靠，目前还占领着制造业的大部分市场，但由于其采用一种完全封闭的体系结构。

往往存在以下缺点：

1，用户的应用、维修以及操作人员培训完全依赖于数控系统生产厂家。

2，系统功能的扩充以及更新完全依赖于公司的技术水平，周期比较长，3，大量市售廉价通用软硬件在专用数控系统上无法使用，功能比较单一。

因此，随着开放式体系结构数控系统的不断发展，这种传统专用型数控系统的市场正在受到挑战，市场份额已经在逐渐减少。

PC嵌入NC结构的开放式数控系统

该类型系统将PC装入到NC内部，PC与CNC之间用专用的总线连接，如FANUC16i，Simens840D等数控系统。

系统数据传输快响应迅速快，同时，原型CNC系统也可不加修改就加以利用，但是不能直接地利用通用PC，开放性受到限制。

这类数控系统与传统专用型数控系统相比，结构上具备一些开放性，功能十分强大，但系统软硬件结构十分复杂，系统价格也十分昂贵，一般的中小型数控机床生产厂家没有经济能力去购买。

NC嵌入PC结构的开放式数控系统

这种数控系统的硬件部分由开放式体系结构的运动控制卡和PC机构成。

运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，据有很强的运动控制和PLC控制能力。

如日本的MAZAK公司用三菱电机的MELDASMAGIC64构造的MAZATROL640CNC。

这种数控系统开放性能较好，并且对功能进行改进也比较方便，系统的控制功能主要由运动控制卡来实现，机床硬件发生改变时，只需要修改相应部分控制软件，并且系统性价比也比较高，能够满足大多数的数控机床生产厂家的需要。

全软件开放式数