普通铣床数控化改造设计毕业设计.docx
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普通铣床数控化改造设计毕业设计
毕业设计（论文）
普通铣床数控化改造设计
学生姓名：
刘欢
学号：
0725012218
所在系部：
机械工程系
专业班级：
07数控专2班
指导教师：
周俊荣
日期：
2010年5月26日
毕业设计（论文）任务书
系部
机械工程系
指导教师
周俊荣
职称
学生姓名
刘欢
专业班级
07gz数控2
学号
0725012218
设计题目
普通铣床数控化改造设计
设
计
内
容
目
标
和
要
求
（设计内容目标和要求、设计进度等）
本课题改造设计经济型数控铣床，应满足实用和加工精度的要求。
1.调研：
了解各种数控铣床进给伺服系统中二维工作台的工作性能和加工要求情况，了解开环伺服传动系统的组成和特点，提出应满足的技术要求和条件，分析、比较各种可能的方案并提出初步设计方案；
2.研究和确定数控铣床进给伺服系统的总体设计方案，要求有必要的分析和计算过程；
3.结构设计，要求画出总体结构图、关键零部件图并对关键零部件进行校核和验算；
4.控制系统设计，画出控制系统原理图；
5.撰写设计说明书（30-40页左右）；
6.基本技术要求：
结构尺寸：
普通铣床
数控车床的设计参数：
规
格
工作台行程（mm）
工作台、夹具及工作重力（N）
工作台快移速度（m/min）
最大进给速度（m/min）
走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同（N）
启动加速时间ms
定位精度
mm
X纵向
Y横向
X纵向
Y横向
X纵向
Y横向
X纵向
Y横向
800×
200
560
160
2750
4400
18
18
0.6
0.6
1650/1100
30
±
0.01
根据数控机床要求，由调研确定工作台定位精度和重复定位精度、脉冲当量等参数；
7.绘制主要零部件图不少于2张，装配图1张；
8.设计进度：
1）1—5周，主要进行毕业设计准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业实习，明确研究目的和任务，构思总体方案；
2）6—10周，设计计算，绘图；
3）11—13周，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩。
指导教师签名：
年月日
系部审核
此表由指导教师填写由所在系部审核
毕业设计（论文）学生开题报告
课题名称
普通铣床数控化改造设计
课题类型
实践应用型
指导老师
周俊荣
学生姓名
刘欢
学号
0725012218
专业班级
07gz数控2
本课题的研究现状，研究目的及意义
数控机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石，是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。
在全球倡导绿色制造的大环境下，机床数控化改造成为了热点。
它包括普通机床的数控化改造和数控机床的升级。
随着科学技术的飞速发展，机械制造技术发生了深刻的变化。
传统的普通加工设备已很难适应市场竞争的高质量、高效率的要求，以数控技术为核心的现代制造技术是机械制造行业现代化的重要的标志。
微机控制的数控机床、数控加工中心的高精度以及适合加工复杂零件的性能，能够很好的满足当今市场竞争与工艺发展的需要。
本文针对目前机械制造业生产现场中的数控机床应用现状，提出了专门化数控机床，专用化数控机床的观点，并论述了在大批量生产条件下，专用机床向数控方向发展的趋势和可能性。
行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，且外方在许多高新产品的核心技术上具有掌控地位，我们对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。
具有高精度、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2％对于目前我国现有的有限数量的数控机床（大部分为进口产品）也未能充分利用。
原因是多方面的，数控人才的匾乏无疑是主要原因之一、由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术，我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。
数控毕业设计是数控专业的典型课题——数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定，进给系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械，电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面的训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。
学生在课堂上学习了数控技术的基本内容后，对数控机床的基本原理，基本结构有了基本的了解。
通过毕业设计把课堂学到的这些知识加以巩固和应用，做到理论联系实际，是数控毕业设计重点训练的内容。
数控技术的水平代表着装备工业的技术水平和现代化程度。
而装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空航天等国防工业产业）的使能技术和重要装备。
数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
现在世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在‘高、精、尖’数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
总之，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。
本课题的研究内容
主要的研究内容是数控机床进给传动系统的设计和控制系统设计，数控机床进给传动系统是CNC装置实现轨迹控制的执行部件，涵盖了在给定的设计条件下如何来确定机床进给传动系统的总体方案，在具体方案设计中，又涉及了导轨形式的选择，滚珠丝杠螺母副及其支承方式的选择，伺服系统与驱动电动置顶帖的选择和驱动电动机与滚珠丝杠连接形式的选择等等。
为了保证机床坐标轴的定位精度和各功能部件工作的可靠性，必须进行机械传动系统的轴向刚度计算、误差分析和动态特征分析。
在此基础上还要对各传动部件进行必要的稳定性较核计算和电动机的造型计算，既具有一定的结构设计要求，又具有较强的理论，主要设计如下：
（1）进给传动系统设计，包括：
进给传动系统的轴向负载计算，导轨的设计与选型，滚珠丝杠螺母的选型与计算，进给传动系统的刚度计算，进给传动系统的误差分析，驱动电动机的选型与计算，寄给传动系统的动态特性分析，驱动电动机与滚珠丝杠的连接。
（2）控制系统设计，包括：
控制系统硬件的基本组成，控制系统软件的组成与结构，计算机伺服控制系统和PLC控制系统。
本课题研究的实施方案，进度安排
为了满足以上技术要求，采取以下技术方案:
（1）工作台工作面尺寸（宽度X长度）确定为800mm×200mm
（2）工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的东导轨滑动面上贴聚四氟乙烯（PT-FE）导轨板。
同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并与在工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。
（3）对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠进行预紧拉伸。
（4）采用伺服电动机驱动。
（5）采用膜片弹性联动器将伺服电动机与滚珠丝杠直连。
进度安排
1）3.1-4.11准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业设计，明确研究目的和任务，构思总体方案
2）4.12-5.9绘图
3）5.10-5.30准备毕业设计答辩
已查阅的主要参考文献
【1】范超毅赵天婵吴斌方主编.数控技术课程设计.中国武汉：
华中科技大学出版社，2006.
【2】《机床设计手册》编写组.机床设计手册（第三册）【M】.北京：
机械工业出版社，1986.
【3】《加工中心应用与维修》编委会.加工中心应用与维修【M】.北京：
机械工业出版社，1992.
【4】李福生.实用数控机床技术手册【M】.北京：
北京出版社，1993.
【5】廖效果.数控技术【M】.武汉：
湖北科学技术出版社，2000.
指导老师意见
指导老师签名：
年月日
毕业设计（论文）学生申请答辩表
课题名称
普通铣床数控化改造设计
指导教师（职称）
周俊荣
申请理由
毕业设计已完成申请答辩
学生所在系部
机械工程系
专业班级
07gz数控2
学号
0725012218
学生签名：
日期：
毕业设计（论文）指导教师评审表
序号
评分项目（理工类）
满分
评分
1
工作量
15
2
文献阅读与外文翻译
10
3
技术水平与实际能力
25
4
研究成果基础理论与专业知识
25
5
文字表达
10
6
学习态度与规范要求
15
总分
100
评
语
（是否同意参加答辩）
指导教师签名：
另附《毕业设计（论文）指导记录册》年月日
毕业设计（论文）评阅人评审表
学生姓名
刘欢
专业班级
07gz数控2
学号
0725012218
设计（论文）题目
普通铣床数控化改造设计
评阅人
评阅人职称
序号
评分项目（理工类）
满分
评分
1
工作量
15
2
文献阅读与外文翻译
10
3
技术水平与实际能力
25
4
研究成果基础理论与专业知识
25
5
文字表达
10
6
学习态度与规范要求
15
总分
100
评
语
评阅人签名：
年月日
毕业设计（论文）答辩表
学生姓名
刘欢
专业班级
07gz数控2
学号
0725012218
设计（论文）题目
普通铣床数控化改造设计
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
报告内容
思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。
40
2
报告过程
准备工作充分,时间符合要求。
10
3
创新
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
10
4
答辩
回答问题有理论依据，基本概念清楚。
主要问题回答准确，深入。
40
总分
100
答
辩
组
评
语
答辩组组长（签字）：
年月日
答辩
委员会
意见
答辩委员会负责人（签字）：
年月日
毕业设计（论文）答辩记录表
学生姓名
刘欢
专业班级
07gz数控2
学号
0725012218
设计（论文）题目
普通铣床数控化改造设计
答辩时间
答辩地点
答辩委员会名单
问题1
提问人：
问题：
回答（要点）：
问题2
提问人：
问题：
回答（要点）：
问题3
提问人：
问题：
回答（要点）：
记录人签名
（不足加附页）
问题4
提问人：
回答（要点）：
问题5
提问人：
问题：
回答（要点）：
问题6
提问人：
问题：
回答（要点）：
问题7
提问人：
问题：
回答（要点）：
问题8
提问人：
问题：
回答（要点）：
记录人签名
7
毕业设计（论文）成绩评定总表
学生姓名：
刘欢专业班级：
07gz数控2
毕业设计（论文）题目：
普通铣床数控化改造设计
成绩类别
成绩评定
Ⅰ指导教师评定成绩
Ⅱ评阅人评定成绩
Ⅲ答辩组评定成绩
总评成绩
Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40%
评定等级
注：
成绩评定由指导教师、评阅人和答辩组分别给分（以百分记），最后按“优（90--100）”、“良（80--89）”、“中（70--79）”、“及格（60--69）”、“不及格（60以下）”评定等级。
其中，指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于
1、保密□，在年解密后适用本授权书。
2、不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名：
年月日
导师签名：
年月日
摘要
20世纪中叶数控技术和数控机床的诞生标志着生产和控制领域的一个崭新时代的到来。
科学技术和社会生产力的迅速发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程的自动化成为实现上述要求的最重要的措施之一。
它不仅能够提高产品的质量、提高生产率、降低生产成本，还能够极大地改善生产者的劳动条件。
数控机床的工作过程是将加工零件的几何信息和工艺信息进行数字化处理，即对所有的操作步骤和刀具与工件之间的相对位移，以及进给速度等都用数字化的代码表示。
经济型的数控改造则对数控机床有了更新的要求。
即在不改变原来功能的前提条件下，还要特别讲究经济性、可靠性、性能优越等。
所以，在改造的同时，尽量不要改变原来的结构。
关键词：
生产率经济型可靠性
ABSTRACT
Mid-20thcenturytechnologyandCNCnumericalcontrolmarkedthebirthofthefieldofproductionandcontrolofanewera.
ScienceandTechnologyandtherapiddevelopmentofsocialproductiveforces,thequalityofmechanicalproductsandproductivityhigherandhigherrequirements.Mechanicalprocessautomationrequirementsofachievingtheabove-mentionedoneofthemostimportantmeasures.Itcannotonlyimproveproductquality,increaseproductivity,reduceproductioncosts,producersalsocangreatlyimprovetheworkingconditions.
CNCmachinetool'sworkistheprocessofmachiningpartsofthegeometricinformation,andtechnologytodigitizetheinformation,thatisforallstepsandbetweentoolandworkpiecerelativedisplacement,andsoonwiththefeedrate,saiddigitalcode.
AndeconomicaltransformationoftheNChasbeenupdatedontherequestofCNCmachinetools.Thatis,thepremisedoesnotchangeundertheconditionsoftheoriginalfunction,butalsospecialattentiontoeconomy,reliability,superiorperformanceandsoon.Therefore,thetransformationofthesametime,trynottochangetheoriginalstructure.
Keywords:
productivity,reliabilityEconomy
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ
引言…………………………………………………………………………………1
第一章概述………………………………………………………………………5
第二章设计计算…………………………………………………………………7
2.1计算切削分力及其额定功率………………………………………………7
2.2导轨摩擦力的计算…………………………………………………………7
2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力………………………………………8
2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算………………………………………8
2.4.1确定滚珠丝杠的导程…………………………………………………8
2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷…………………………8
2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率………………………………………9
2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径……………………9
2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号………………………………10
2.4.6确定滚珠丝杠螺母副的预紧力………………………………………10
2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸…………………10
2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号……………………………10
第三章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验………………………………………12
3.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验……………………………………12
3.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验…………………………………………12
3.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验………………………………………………12
第四章计算机械传动系统的刚度………………………………………………14
4.1机械传动系统的刚度计算…………………………………………………14
4.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算…………………………………………15
第五章驱动电动机的选用与计算………………………………………………16
5.1计算折算到电动机轴上的负载惯量………………………………………16
5.2计算折算到电动机轴上的负载力矩………………………………………16
5.3计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩…………………………17
5.4选择驱动电动机的型号……………………………………………………17
第六章机械传动系统的动态分析………………………………………………19
6.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率c…………………………19
6.2计算扭转振动系统的最低固有频率………………………………………19
第七章机械传动系统的误差计算与分析………………………………………20
7.1计算机械传动系统的反向死区……………………………………………20
7.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差………………20
7.3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差……………………………………20
第八章确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号…………………………21
8.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级…………………………………………21
8.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号…………………………………………21
结论………………………………………………………………………………22
参考文献…………………………………………………………………………23
致谢………………………………………………………………………………24
引言
数控，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，其对零件的加工相比普通机床有着很多的优点：
（1）动化程度高：
（2）加工精度、加工质量稳定可靠；
（3）对零件加工的适应性强灵活性好，能加工形状复杂的零件；
（4）加工生产率高；
（5）有利于生产管理的现代化
国外利用数字计算机进行控制加工是从40年代开始的。
1952年美国麻省理工学院在一台立式铣床上装了一套试验性的数控系统，成功地实现同时控制三轴的运动，它成了世界上第一台数控机床。
此后，从60年代开始，其他一些工业国家如德国、日本等陆续地开发生产及使用数控机床。
1974年微处理机直接用于数控机床，进一步促进了数控机床的普及应用和大力发展。
随着数控机床的功能越来越完善，可靠性和性能越来越高，它在制造业中逐渐担当了越来越重要的角色。
我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。
近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多
的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。
2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%，机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。
2001年，我国机床工业产值己进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。
但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27％。
近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。
出口的数控机床品种以中低档为主。
由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。
如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。
如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。
这样既可以提高加工生产率，改善加工工艺，还可以减少资金投入，减轻工人的劳动强度，缩短订购新的数控机床的交货周期时间。
实践已经证明普通铣床的经济型数控改造具有重大的实际价值，为此，在旧有铣床上进行数控改造有着较好的市场前景。
我国目前机床总量
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