【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目: XK7124經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床主軸伺服系統(tǒng)及自動(dòng)拉刀裝置的設(shè)計(jì)系 ： 機(jī)電工程系 專 業(yè) ： 數(shù)控維修 緒 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)生在畢業(yè)前進(jìn)行的一次綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的練習(xí)，是對(duì)我們所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一次全面的檢驗(yàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)的工作，它要求我們每個(gè)大學(xué)畢業(yè)生全面系統(tǒng)地運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，綜合現(xiàn)場(chǎng)需要，科學(xué)，合理設(shè)計(jì)，因而它要求具有科學(xué)性，合理性和可操作性，畢業(yè)設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)了三年數(shù)控維修專業(yè)知識(shí)以后，對(duì)所學(xué)知識(shí)的一種綜合體現(xiàn)，把所學(xué)知識(shí)能夠運(yùn)用到實(shí)際機(jī)床的設(shè)計(jì)中，是在我們學(xué)完了大學(xué)基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課，以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為大學(xué)生離校前的最后一項(xiàng)重要工作，勢(shì)必有它獨(dú)特的，無(wú)法比擬的作用。通過(guò)對(duì)該機(jī)床的設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到機(jī)床必須具備怎樣的結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)要求，要滿足其結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，我們?cè)趯?shí)際運(yùn)用中又應(yīng)該怎樣正確的操作加以保證該要求，在需要維修時(shí)，使我們了解到怎樣才能正確的找出故障。本設(shè)計(jì)主要是對(duì)XK7124經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床主軸伺服系統(tǒng)及自動(dòng)拉刀裝置的設(shè)計(jì)。就個(gè)人而言，我們應(yīng)當(dāng)通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，得到以下能力方面的鍛煉與提升。，加強(qiáng)了理論知識(shí)與實(shí)際中的統(tǒng)一，消除了以前對(duì)故障的輕視，調(diào)整好自己的心態(tài)面對(duì)以后的道路。，加強(qiáng)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的分析和處理能力。，能夠迅速的查詢到自己所需的正確數(shù)據(jù)，并能綜合所學(xué)知識(shí)合理選擇。希望通過(guò)這次設(shè)計(jì)，對(duì)自己未來(lái)從事的工作打下一定的基礎(chǔ)，但由于能力有限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，希望各位老師多多指教，感激不盡。目錄第1章 設(shè)計(jì)方案………………………………………………第7頁(yè)第2章 數(shù)控銑床的概括………………………………………第7頁(yè) 數(shù)控機(jī)床的演變過(guò)程………………………………………第7頁(yè) 數(shù)控銑床的概括……………………………………………第8頁(yè)第3章 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………第8頁(yè) 對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求………………………………………第9頁(yè)…………………………………………………第9頁(yè)．1軸承……………………………………………………第10頁(yè)………………………………………第11頁(yè)．3 主軸的潤(rùn)滑與冷卻………………………………………第11頁(yè)．4主軸箱……………………………………………………第12頁(yè)…………………………………………………第12頁(yè)第四章 自動(dòng)拉刀裝置設(shè)計(jì)…………………………………第15頁(yè) 刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)………………………………………第15頁(yè) 拉刀裝置的工作原理………………………………………第16頁(yè)第五章 電氣說(shuō)明書…………………………………………第18頁(yè)5．1系統(tǒng)選擇：………………………………………………第18頁(yè)………………………………………………第19頁(yè)．交流異步伺服系統(tǒng)………………………………………第19頁(yè)……………………………………………第19頁(yè)…………………………………第22頁(yè) 變頻器概述………………………………………………第22頁(yè) 變頻器的選型原則………………………………………第22頁(yè)…………………………………第24頁(yè)…………………………………………………第30頁(yè)…………………………………………………第30頁(yè)………………………………………………………………………………………第31頁(yè) 電氣連接圖………………………………………………第34頁(yè)第六章 安裝及調(diào)試…………………………………………第36頁(yè)………………………………………………第36頁(yè)、保護(hù)級(jí)…………………………………………………第36頁(yè)…………………………………………第37頁(yè) 拉刀裝置PLC……………………………………………第39頁(yè) PLC T型圖………………………………………………第39頁(yè) PLC 編程…………………………………………………第40頁(yè)………………………………………………第40頁(yè)…………………………………………第40頁(yè)………………………………………第41頁(yè)…………………………………………第41頁(yè) 操作簡(jiǎn)介…………………………………………………第46頁(yè)設(shè)計(jì)心得……………………………………………………第47頁(yè)第1章 設(shè)計(jì)方案方案擬定：XK7124型數(shù)控臥式銑床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，根據(jù)此次設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，我們主要設(shè)計(jì)車床的主軸系統(tǒng)部分與自動(dòng)拉刀部分。主軸部分：包括傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)、編碼器的設(shè)計(jì)選擇以及控制部分的設(shè)計(jì)。拉刀部分：包括刀架設(shè)計(jì)及工作原理設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)涉及到機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部分和電氣控制部分，電氣部分包括數(shù)控裝置的選型、主軸伺服（驅(qū)動(dòng)器的選擇，主軸電機(jī)的選擇）、電路圖（主軸電路，控制電路，主軸系統(tǒng)的連接概述圖等）、電氣電路圖；機(jī)械部分主要包括主軸傳動(dòng)部分，最后就是安裝于調(diào)試部分，包括主軸的調(diào)試、編碼器的連接與調(diào)試、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與調(diào)試等等。第2章 數(shù)控銑床的概括數(shù)控機(jī)床源于20世紀(jì)40年代末期，這就是數(shù)控機(jī)床誕生的起點(diǎn)。1952年，麻省理工學(xué)院研制成功了三坐標(biāo)連續(xù)控制的樣機(jī)銑床，這就是世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。20世紀(jì)70年代以后，伴隨微電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在經(jīng)過(guò)幾代更新變化中得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，使機(jī)械進(jìn)入了數(shù)字制造的時(shí)代。 第一代數(shù)控機(jī)床為提高生產(chǎn)效率不斷向超高速方向發(fā)展，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)15000~100000R/min；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)移動(dòng)速度60~120m/min ,切削進(jìn)給速度60m/min ，最高加速度10g(g為重力加速度)加工中心換刀時(shí)間減少至小于1s。主軸與刀具的接口以先例高速加工的HSK等接中為主，主軸徑向跳動(dòng)小于是2um。定義:數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,兩都的加工工藝基本同,結(jié)構(gòu)也有些相似,但數(shù)控銑床是靠程序控制的自動(dòng)加工機(jī)床,所以其結(jié)構(gòu)也與普通銑床有很大區(qū)別.數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)等幾大部分組成。 銑削與車削的原理不同，銑削時(shí)刀具回轉(zhuǎn)完成主運(yùn)動(dòng)，工件作直線（或曲線）進(jìn)給。旋轉(zhuǎn)的銑刀是由多個(gè)刀刃組成合而成的，因此銑削是非連續(xù)的切削過(guò)程。數(shù)控銑床有它特有的應(yīng)用，對(duì)于輪廓復(fù)雜或難以控制尺寸的零件，用復(fù)雜模型描述的復(fù)雜曲線零件以及三維空間曲面類零件，需要進(jìn)行多道工序加工，精度要求高的零件，如模具零件、殼體類零件。機(jī)床主軸，一般用于給機(jī)床加工提供動(dòng)力，通常主軸驅(qū)動(dòng)被加工工件旋轉(zhuǎn)的是車削加工，所對(duì)應(yīng)的機(jī)床是車床類；主軸驅(qū)動(dòng)切削工件旋轉(zhuǎn)的是銑削加工，所對(duì)應(yīng)的機(jī)床是銑床類。主軸電機(jī)通常有普通電機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)主軸電機(jī)兩種（與之對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置也分為開環(huán)與閉環(huán)兩種）。第3章 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)床主軸，一般用于給機(jī)床加工提供動(dòng)力，通常主軸驅(qū)動(dòng)被加工工件旋轉(zhuǎn)的是車削加工，所對(duì)應(yīng)的機(jī)床是車床類；主軸驅(qū)動(dòng)切削工件旋轉(zhuǎn)的是銑削加工，所對(duì)應(yīng)的機(jī)床是銑床類。主軸電機(jī)通常有普通電機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)主軸電機(jī)兩種（與之對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置也分為開環(huán)與閉環(huán)兩種）。對(duì)于XK7124的傳動(dòng)系統(tǒng)我們選擇半閉環(huán)控制：半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角度檢測(cè)裝置，通過(guò)檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，數(shù)控機(jī)床與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用比較的差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制。半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的工作原理圖。由于反饋環(huán)內(nèi)沒(méi)有包含傳動(dòng)絲杠，數(shù)控機(jī)床其傳動(dòng)誤差照樣會(huì)影響工作臺(tái)的位移精度，故稱半閉環(huán)控制。半閉環(huán)控制的精度沒(méi)有閉環(huán)控制高，但調(diào)試比較方便，并且具有較好的穩(wěn)定性，價(jià)格較低。 對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求1調(diào)速范圍 各種不同的機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍的要求不同。多用途、通用性大的機(jī)床要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉(zhuǎn)矩功能，而且還要有較高的速度，如車削加工中心；而對(duì)于專用數(shù)控機(jī)床就不需要較大的調(diào)速范圍，如數(shù)控齒輪加工機(jī)床、為汽車工業(yè)大批量產(chǎn)生而設(shè)計(jì)的數(shù)控鉆鏜床；還有些數(shù)控機(jī)床，不但要求能夠加工黑色金屬材料，還要加工鋁合金等有色金屬材料，這就要求變數(shù)范圍大，且能超高速切削。一般要求能在1：100~1000范圍內(nèi)進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和1：10的恒功率調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為V= （v為轉(zhuǎn)速 f為頻率 p為極對(duì)數(shù) s為轉(zhuǎn)差率）；2 熱變形 電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)件都是熱源。低溫升、小的熱變形是對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)要求的重要指標(biāo)。3主軸的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下測(cè)量主軸前端和距離前端300mm處的徑向圓跳動(dòng)和端面跳動(dòng)值。主軸在工作速度旋轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)量上述的兩項(xiàng)精度稱為運(yùn)動(dòng)精度。數(shù)控機(jī)床要求有高的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度。4主軸的靜剛度和抗振性 由于數(shù)控機(jī)床加工精度要求較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高，因此對(duì)主軸的靜剛度和抗振性要求較高。主軸的軸頸尺寸、軸承類型及配置方式，軸承預(yù)緊量大小，主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻及主軸組件的阻尼等對(duì)主軸組件的靜剛度和抗振性都會(huì)產(chǎn)生影響。5 主軸組件的耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長(zhǎng)期保持良好的精度。凡機(jī)械摩擦的部件，如軸承、錐孔等都應(yīng)有足夠高的硬度，軸承處還應(yīng)有良好的潤(rùn)滑。主軸部件是數(shù)控銑床上的重要部件之一，它帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)完成切削，其精度、抗振性和熱變形對(duì)加工質(zhì)量有直接的影響。主軸軸承的選擇：主軸軸承是主傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻都會(huì)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的工作性能產(chǎn)生影響。滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)條件下穩(wěn)定地工作。故可以選用單列向心推力球軸承（GB292——84），軸承型號(hào)為36216。這種類型的軸承既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。將內(nèi)、外圈相對(duì)軸向位移，可以調(diào)整間隙，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。它們多用于高速主軸。為了提高軸的剛度和承載能力，多個(gè)軸承可以組合使用。有三種基本組合方式：背背組合、面對(duì)面組合和同向組合。此主軸的前支承配置三對(duì)高精度的單列向心推力球軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷，前兩個(gè)軸承大口朝下，后面一個(gè)軸承大口朝上。前支承按預(yù)加載荷計(jì)算的預(yù)緊量由螺母來(lái)調(diào)整。后支承為一對(duì)小口相對(duì)配置的單列向心推力球軸承，它們只承受徑向載荷，因此軸承外圈不需要定位。該主軸選擇的軸承類型和配置形式，滿足主軸高轉(zhuǎn)速和承受較大軸向載荷的要求。主軸受熱變形向后伸長(zhǎng)，不影響加工精度。參照《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》，所選36000型單列向心球軸承為D級(jí)軸承。滾動(dòng)軸承的配合的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T275——93，由于滾動(dòng)軸承屬于標(biāo)準(zhǔn)零件，所以軸承內(nèi)圈與軸頸的配合屬于基孔制的配合，軸承外圈與殼體孔的配合屬于基軸制的配合。查表7——8，向心軸承和軸的配合及表2——13基孔制優(yōu)先、常用配合，確定軸承內(nèi)圈與軸頸的配合為H7/k6。查表7——9向心軸承和殼體的配合及表2——14基軸制優(yōu)先、常用配合，確定軸承外圈與殼體孔的配合為JS7/h6。 數(shù)控機(jī)床主軸的支承主要采用圖1所示的三種主要形式。圖1a所示結(jié)構(gòu)的前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承組合，后支承采用成對(duì)向心推力球軸承。這種結(jié)構(gòu)的綜合剛度高，可以滿足強(qiáng)力切削要求，是目前各類數(shù)控機(jī)床普遍采用的形式。圖1b所示結(jié)構(gòu)的前支承采用多個(gè)高精度向心推力球軸承，后支承采用單個(gè)向心推力球軸承。這種配置的高速性能好，但承載能力較小，適用于高速、輕載和精密數(shù)控機(jī)床。圖1c所示結(jié)構(gòu)為前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸承。這種配置的徑向和軸向剛度很高，可承受重載荷，但這種結(jié)構(gòu)限制了主軸最高轉(zhuǎn)速和精度，因而僅適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床主軸。 圖31 主軸支承配置因?yàn)閄K