《数控机床故障诊断和维修》课程设计.docx

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《数控机床故障诊断和维修》课程设计

目录

第一章课程设计的目的、意义及要求…………………………………………2

第一节课程设计的目的及意义………………………………………………………2

第二节课程设计的要求………………………………………………………………3

第二章课程设计的内容……………………………………………………………3

第一节课程设计的题目………………………………………………………………3

第二节课程设计的内容………………………………………………………………3

第三章数控刀架设计基本方案……………………………………………………4

第一节刀架的设计准则………………………………………………………………4

第二节主要技术参数…………………………………………………………………4

第三节系统构成………………………………………………………………………5

第四节系统改装………………………………………………………………………5

第四章控车床回转刀架设计…………………………………………………………6

第一节架的基本结构原理……………………………………………………………6

第二节刀架的工作原理………………………………………………………………7

第三节刀架的排列方式………………………………………………………………8

第四节回转刀架的控制方法…………………………………………………………8

第五章机械部分设计…………………………………………………………………9

第一节反靠机构………………………………………………………………………9

第二节刀架主轴头换刀………………………………………………………………10

第三节刀架的电气控制………………………………………………………………11

第六章数控刀架装配图………………………………………………………………12

第七章课程设计小结…………………………………………………………………14

第八章参考文献………………………………………………………………………15

第一章课程设计的目的、意义及要求

第一节课程设计的目的,意义

《数控机床故障诊断与维修》课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学的环节之一，是综所学的机械﹑电子﹑自动控制﹑计算机等知识进行的基本训练.

1.能够正确运用《数控机床故障诊断与维修》课程的基本原理和相关知识.掌握数控机床刀架的功能﹑特点和设计思想及设计方法,了解设计方案的拟定﹑比较﹑分析,培养学生分析问题的能力,使学生对数控系统有一定的认识;

2.通过机械部分设计,掌握数控系统刀架部分的组成及工作原理；

3.通过程序提高学生应用手册标准及编写技术说明书的能力,促进学生在科学态度﹑创新精神﹑专业技能等方面综合素质的提高.

第二节课程设计的要求：

1.课程设计应在教师的指导下由学生独立完成，严格要求自己，不允许互相抄袭；

2.认真阅读《课程设计指导书》，明确题目及具体要求；

3.认真查阅题目及设计内容的相关文献资料、手册、标准；

4.大胆创新，设计合理、可行的总体设计方案；

5.课程设计思路清晰，选型合理;

6.控制系统方案可行，选择合理，框图正确，布图合理，内容完整表达清晰；

7.机械结构装配图。

要求视图基本完整，符合标准。

其中至少要有一个坐标轴的完整剖视图；

8.课程设计包括：

目录、题目及要求，总体方案的确定，参考文献等。

设计说明书应叙述清楚、表达正确、内容完整、技术术语符合标准。

第二章课程设计的内容

第一节课程设计题目：

《数控机床刀架的设计》

主要了解数控机床刀架的组成及控制原理。

第二节课程设计的内容

1.数控装置总体方案的确定

（1）数控装置回转刀架设计参数的确定；

（2）方案的分析，比较，论证。

2.数控系统刀架的设计

（1）.数控刀架的机构；

（2）.数控系统电路及伺服控制电路的设计和选用；

（3）数控系统的设计.

3.编写课程设计说明书

说明书是课程设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容，包括总体方案的确系统框图的分析，数控机床刀架设计计算，选用器件参数的说明。

第三章数控刀架设计基本方案

一.刀架的设计准则

我们的设计过程中，本着以下几条设计准则

1） 创造性的利用所需要的物理性能和控制

2） 需要的物理性能

3） 判别功能及其意义

4） 提高合理的应力分布和刚度而

5） 重量达到最轻

6） 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸

7） 根据性能组合选择材料

8）进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求

二.主要技术参数

（1）最大许用力矩（Nm）Mq 100Mx200Ms100

（2）重复定位精度：

（mm）

 （3）电机功率（w）P

（4）电机转速（rpm）n

三．系统构成

整个系统由数控刀架、Inter8031单片机、步进电机驱动电源、用于拾取主轴信号的编码器以及检测纵向起始信号的位置检测元件再加上机床本体组成。

四．系统改装

系统改装是在原普通车床的基础上进行的，整个改装工作量并不大，只需作以下工作：

1）将原车床的小刀架换下，换上专用的数控刀架；

2）在机床主轴上安装用于拾取主轴信号的编码器；

3）在床身导轨上安装用于检测纵向起始信号的霍尔元件，与之对应，则在纵向拖板上安装磁铁，以便产生纵向起始信号。

保留了原机床的纵、横向操作手柄，这对整个加工带来极大方便。

整个数控刀架由刀架本体即机械部分与步进电机两部分组成。

步进电机通过传动丝杆，带动刀架运动。

由数控刀架的安装可知：

数控刀架移动轴线与工件端面（垂向）方向之间成a角。

数控刀架所作运动，类似于仿形加工中的斜向仿形运动。

所不同的是仿形加工中的斜向仿形运动由硬靠模（标准样件）加以控制，通过液压运动加以实现。

而数控刀架所作的斜向运动则是由零件加工程序（软靠模功口以控制，通过步进电机的伺服运动加以实现。

整个系统的运动由原机床的纵向自动走刀运动与数控刀架的斜向运动两部分构成，其合成运动可加工圆柱面、圆锥面及圆弧面。

作为主运动的纵向自动走刀与原机床的纵向运动完全一样，由主轴通过挂轮、走刀箱、纵向丝杆、开合螺母带动工作台作纵向运动。

通过安装在主轴上的用于拾取主轴信号的编码器将主轴旋转信号经变换后，送入单片机。

同时，将安装在床身导轨上的霍尔元件所检测的纵向起始信号也一并送入单片机中。

根据零件轮廓形状编制的加工程序通过键盘事先输入到单片机中。

经微处理器处理后，按照加工工件轮廓形状，发出一系列脉冲，经步进电机驱动电源进行功率放大后，驱动步进电机带动数控刀架作与纵向自动走刀相适应的斜向运动，形成所加工工件的轮廓形状。

由上可知，本系统为单坐标控制实现两坐标联动，关键在于寻求纵向自动走刀与数控刀架斜向运动的联系，这一任务由安装于主轴上的编码器加以实现。

如何寻找适合于单坐标控制实现两坐标联动的插补方法则成为本课题的一大特色。

整个加工过程分几次进刀，完全由零件加工程序确定。

第四章数控车床自动回转刀架设计

一.回转刀架的基本结构原理

当数控系统发出换刀指令后,通过接口电路使电机正转,经传动装置2、驱动蜗杆蜗轮机构1、蜗轮带动丝杆螺母机构8,将刀盘松开并抬起,直至两定位多齿盘4、5脱离啮合状态,然后由插销带动刀盘转位,数控装置发出的换刀指令使霍尔开关10中的某一个选通,当磁性板11与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销7向预分度盘上的分度槽6反靠实现预分度,刀盘停止转动,电机继续反转,通过丝杆机构8使刀盘移到多齿盘4、5重新啮合,实现精确定位。

多齿盘啮合精确定位后,电机应能停止反转。

例如,四位自动回转刀架回转电机反转1.5s后,由数控装置自动停止,防止电机不停反转而过载毁坏。

二.刀架的工作原理

1松开：

刀架电动机与刀架内一蜗杆相连，刀架电动机转动时与蜗杆配套的涡轮转动，此涡轮与一条丝杠为一体的（称为“涡轮丝杠”）当丝杠转动时会上升（与丝杠旋合的螺母与刀架是一体的，当松开时刀架不动作，所以丝杠会上升），丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架；

2换刀：

刀架松开后，丝杠继续转动刀架在摩擦力的作用下与丝杠一起转动即换刀；

3定位:

在刀架的每一个刀位上有一个用永磁铁做的感应器，当转到系统所需的刀位时，磁感应器发出信号，刀架电动机开始反转：

、

4锁紧：

刀架是用类似于棘轮的机构装的只能沿一个方向旋转，当丝杠反转时刀架不能动作，丝杠就带着压板向下运动将刀架锁紧，换刀完成

三.刀架的排列方式

据加工要求可设计成四方刀架，并相应地安装4把刀架。

按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。

（1）排式刀架

排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。

它的结构形式为，夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的X坐标轴方向排列在横向滑板上。

这种刀架在刀具布置和机床调整等方面都较为方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具，一把刀具完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。

这种换刀方式迅速省时，有利于提高机床的生产效率。

（2）回转刀架

回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作，根回转刀架的换刀动作可分为刀架抬起、刀架转位和刀架锁紧等几个步骤。

它的动作是由数控系统发出指令完成的。

回转刀架根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀架和卧式刀架两种。

（3）带刀库的自动换刀装置

上述排刀式刀架和回转刀架所安装的刀具都不可能太多，即使是装备两个刀架，对刀具的数目也有一定限制。

当由于某种原因需要数量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。

带刀库的自动换刀装置由刀库和刀具交换机构组成。

四.回转刀架的控制方法

自动回转刀架的典型控制原理见图4。

当数控系统发出换刀指令,例如T3指令,则数控系统置T3接口为低电平,对应的霍尔开关选通。

（图中所用的GSK928数控系统接口均为低电平有效）。

同时,数控系统的正转接口置低电平,J1线圈得电,J1动合接点闭合,J3线圈得电,使J3动断接点断开,并使电动机正转,抬起刀架并使之旋转。

当T3对应的霍尔开关与磁性板对齐后,从T3接口反馈信号数控系统,数控系统使正转接口恢复高电

平,置反转接口为低电平。

J1线圈失电,J2线圈得电,J1动合接点断开,J3线圈失电。

J2动合接点闭合,J4线圈得电。

电动机停止正转并开始反转,刀架落下并定位。

反转接口低电平1.5s后,恢复高电平,电动机停止。

图中7812集成块用于为J1、J2提供稳定的12V电源。

J3、J4线圈用24V直流电控制回转电机。

第五章机械部分设计

一.反靠机构

反靠机构是带动刀架旋转的机构,由于它必须在刀架正转时绝对卡死,反转时半卡死,因此该反靠槽的两个侧面一个设计成垂直面,另一个设计成倾斜面。

预定位插销和预定位槽（在下齿盘上）的作用在于实现刀架的预定位。

电机正转时,定位插销被插销上方的弹簧拉起,回转电机反转时,插销被弹簧压入预定位槽内实现刀架的预定位。

精确定位机构是采用多齿盘结构,利用其表面精度高、硬度高的圆形三角齿结构进行啮合以达到精确定位。

图3为精确定位的下齿盘图。

其中预定位槽共4个与预定位插销实现刀架的预定位。

定位齿与上齿盘的定位齿啮合以实现精确定位。

二.刀架主轴头换刀

在带有旋转刀具的机床中，更换主轴头是一种简单的换刀方式，主轴头通常有立式和卧式两种，而且通常用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。

刀架转塔的各个主轴头上预先安装各工序所需的旋转刀具。

当发出换刀指令时各主轴头依次旋转到加工位，使相应主轴带动刀具旋转。

主轴的简图如下所示：

三.刀架的电气控制

刀架的电气控制部分分为强电和弱电部分，强电部分由三相电源驱动三相电源驱动三相交流异步电机正反向旋转，从而实现电动刀架的松开转位和紧锁等动作；弱电部分主要由位置传感器-发讯盘组成，发讯盘采用霍尔元件传感器发讯。

第六章数控机床刀架装配图

1-电动机；2-联轴器；3-蜗杆轴；4-蜗杆丝杠；5—刀架底座；6-粗定位盘；7-刀架体；

8-球头销；9-转位套；10-电刷座；11-发信体；12-螺母；13.14-电刷；15-粗定位销

第七章课程设计小结

这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。

在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。

现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，其实正向老师说得一样，u数控设计的课程设计没有那么简单，这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，有时手忙脚乱，不知从何入手。

在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。

很快一周的数控课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化.。

在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然,总觉得自己的弱势…..其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题.。

在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为毕竟我们的出发点都是很好的.。

这次心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。

最后终于做完了有种如释重负的感觉。

此外，还得出一个结论：

知识必须通过应用才能实现其价值！

有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在此要感谢我们的指导老师王老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

第八章参考资料

1、张英超.《数控车床》.北京.化学工业出版社.2003

2、郑小年.《数控机床故障诊断与维修》.武汉.华中科技大学出版社2005

3、田宏宇.《数控机床与数控技术》.北京.希望电子出版社.2006

4、吴海燕.《数控机床机械维修》.北京.中国电力出版社.2008

5、易红.《数控技术》.北京.机械工业出版社.2005

6、张建民.《机电一体化系统设计》.北京.高等教育出版社