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畢業(yè)論文-數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)-文庫吧資料

2025-01-18 15:27本頁面
  

【正文】 行區(qū)別。 (5)高速進(jìn)給可能 。 (4)無側(cè)隙、剛性高 。 (3)微進(jìn)給可能 。 (2)高精度的保證 。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3 以下 ,即達(dá) 到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3。其主要有如下特點(diǎn): (1)與滑動(dòng) 絲杠 副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1/3。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)由絲杠,螺母,滾珠,和反向器等四部分組成。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,絲杠剛性較好,適用于工作行程較大的場合。該傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,但在多數(shù)情況下,使用極不方便,故很少應(yīng)用。該傳動(dòng)形式需要限制螺母移動(dòng)和絲桿的傳動(dòng),由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大,故應(yīng)用較少。適用于工作行程較大的場合。該傳動(dòng)形式需要限制螺母的傳動(dòng),故需導(dǎo)向裝置。因此只適合用于行程較小的場合。該傳動(dòng)形式因螺母本身起著支承作用,消除了絲桿軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng),結(jié)構(gòu)比較簡單,可獲得較高的傳動(dòng)精度。但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小,傳動(dòng)效率高,因此選用滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)。但其摩擦阻力大,傳動(dòng)效率低。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦之分。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 ( 2) 內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠。 ( 1) 外循環(huán)外循環(huán)是滾 珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。滾珠每一個(gè)循環(huán)閉路稱為列,每個(gè)滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件,其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng),或?qū)?扭矩 轉(zhuǎn)換成軸向反覆作用力,同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn) 常用的循環(huán)方式有兩種:外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng),這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展,這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將 軸承 從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。 表 23FANUC40 的技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào)) 輸出功率( KW) 額定轉(zhuǎn)矩( Nm) 最大轉(zhuǎn)矩(Nm) 最高轉(zhuǎn)速(r/min) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg/ 2m ) 機(jī)械時(shí)間常數(shù) (ms) 熱時(shí)間常數(shù)(min) 質(zhì)量(kg) 40 3000 ? 11 15 滾珠絲杠副介紹 滾珠絲杠副概述 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng),或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。我們選用的 FANUC40,其數(shù)據(jù)見表 23。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 伺服電機(jī)選擇 綜上所述,選擇 FANUC 系列交流伺服電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 FANUC40 該類型伺服電動(dòng)機(jī)是由日本法納克公司為滿足 CNC 機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的需要開發(fā)的,這種伺服交流電動(dòng)機(jī)都是永磁式同步型伺服電動(dòng)機(jī),其特點(diǎn)都是定子為三相繞組,轉(zhuǎn)子為永久磁鐵 。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。對于水平工作臺(tái), F 值可按下式計(jì)算 : W—— 工作臺(tái)與工件重量 =60kg ? —— 滑動(dòng)表面摩擦系數(shù) = ? —— 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率 = Fg—— 鑲條鎖緊力 =5kgf CF —— 反切削力 =50kgf cfF —— 由切削力矩引起的滑動(dòng)表面上工作臺(tái)上收到的力 =30kgf (設(shè) fT =2kgf? cm=? m) 不切削時(shí) 見式 (): )fg( ?? WF ? 式( ) )5060( ????F kgf )(( ) ???? ?T m0 . 1 Ncmk g ???? 切削時(shí) 見式 (): )( cfC fg FWFF ???? ? 式( ) )305060( ?????F kgf57? 2)( ????? ?)(T m1mk g f10 ???? N 為滿足運(yùn)行條件,應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)選擇電動(dòng)機(jī),其負(fù)載力矩在不切削時(shí)應(yīng)大于 ? m,最高轉(zhuǎn)速應(yīng)小于 2022r? 1min 。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,以松下 MSMA 400W 交流伺服電機(jī)為例,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力,在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī),而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩,便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。以松下交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。 伺服電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。 ( 5) 負(fù)載的慣量要小于電動(dòng)機(jī)本身慣量的 3 倍。 ( 3)頻繁地定位和加 /減速會(huì)使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱,此時(shí)需要計(jì)算出電動(dòng)機(jī)承受的力矩的均方根值 Trms,使其小于電動(dòng)機(jī)的額定力矩 Tc。通常,負(fù)載力矩幫助電動(dòng)機(jī)的減速,因此如果加速在允許時(shí)間內(nèi)完成的話,減速也可在相同時(shí)間內(nèi)完成。否則,在切削或加速 /減速時(shí)電動(dòng)機(jī)就可能過熱。交流 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 為閉環(huán)控制,驅(qū)動(dòng)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可涵蓋機(jī)械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能( FFT),可檢測出機(jī) 械的共振點(diǎn),便于系統(tǒng)調(diào)整。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí),一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象,比如在電機(jī)上加阻尼器,或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān),一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。 一般電機(jī)要承受兩種形式的力矩:恒定 的負(fù)載力矩和切削力矩(包徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 括摩擦力矩);加 /減速力矩。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號(hào)),但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。隨著全數(shù)字式 交流伺服系統(tǒng) 的出現(xiàn),交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。 1)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi),其負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)該在電動(dòng)機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩的范圍以內(nèi); 2)工作負(fù)載與過載時(shí)間應(yīng)該在規(guī)定的范圍以內(nèi); 3)應(yīng)使加速度與希望的時(shí)間常數(shù)一樣; 下表 22 為交流伺服電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)例: 表 22 交流伺服電動(dòng)機(jī)特性舉例 電動(dòng)機(jī) 特性 SM 型伺服電機(jī) IM 型伺 服電機(jī) 輸出功率 /W 1100 1100 峰值電流( A/相 ) 峰值電壓( V/相) 功率因素 /% 功率 /% 電阻 /? 感應(yīng)電壓常數(shù)/ )]min([ 1??? rmV 100 100 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 / )( 2mkg? ?? ?? 功率變化率 / )sk 1??W( 12 16 伺服電機(jī)選擇 伺服電機(jī)選擇原則 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置,它和現(xiàn)代 數(shù)字控制技術(shù) 有著本質(zhì)的聯(lián)系。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號(hào)),但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。隨著全數(shù)字式 交流伺服系統(tǒng) 的出現(xiàn),交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。 表 21 交流伺服電動(dòng)機(jī)的分類、特點(diǎn)及使用范圍 類型 代號(hào) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 性能特點(diǎn) 使用范圍 籠型交流伺服電動(dòng)機(jī) SL 轉(zhuǎn)子與定子結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電動(dòng)機(jī)相似 ,但轉(zhuǎn)子一般為兩相 ,且細(xì)而長 ,籠可用鋁、紫銅、黃銅制成 勵(lì)磁電流較小,體積較小,機(jī)械強(qiáng)度較高,低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不夠平滑,有抖動(dòng)現(xiàn)象 廣泛運(yùn)用于小功率自動(dòng)控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和計(jì)算裝置中 非磁性杯型交流伺服電動(dòng)機(jī) SK ADP 用非磁性金屬鋁、黃銅等制成杯形轉(zhuǎn)子,杯的內(nèi)外由內(nèi)外定子構(gòu)成磁路 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、無抖動(dòng)現(xiàn)象 ,勵(lì)磁電流和體積較大 用于要求運(yùn)行平滑的系統(tǒng),如自動(dòng)裝置和計(jì)算裝置等 FANUC 交流伺服電動(dòng)機(jī) FANUC 轉(zhuǎn)矩大 ,轉(zhuǎn)速低 ,機(jī)械特性線性度好 ,低速性能良好,可直接與絲杠連接 用于數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)或其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 低速交流伺服電動(dòng)機(jī) SD SA ND 轉(zhuǎn)子、定子結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動(dòng)機(jī)相同 ,另外機(jī)殼中裝有齒輪減速裝置 體積小 ,重量輕 ,力能指標(biāo)高 ,性能好,輸出轉(zhuǎn)速低 ,轉(zhuǎn)矩大 廣泛應(yīng)用于自動(dòng)裝置和計(jì)算技術(shù)裝置中作驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行或控制元件 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置,它和現(xiàn)代 數(shù)字控制技術(shù) 有著本質(zhì)的聯(lián)系。當(dāng)定子繞組加上電壓后,伺服電動(dòng)機(jī)很快就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。其中一組為激磁繞組,另一組為控制繞組,交流伺服電動(dòng)機(jī)一種兩相的交流電動(dòng)機(jī)。 伺服電機(jī)設(shè)計(jì) 伺服電機(jī)概述 交流伺 服電動(dòng)機(jī) 的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分,即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。交流伺服電動(dòng)機(jī)控制精度高,矩頻特性好,具有過載能力,多應(yīng)用于物料計(jì)量,橫封裝置和定長裁切機(jī)上。電動(dòng)機(jī)利用通電線圈在磁場 中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象而制成的。 交流伺服電動(dòng)機(jī),是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高?,F(xiàn)在滑塊與滑軌間的末制單元設(shè)計(jì),使得線形滑軌可同時(shí)承受上下左右等各方向的負(fù)荷,專利的回流系統(tǒng)及精簡化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使線性滑軌有更平順且低噪音的運(yùn)動(dòng)。 ( 2)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。在省電方面很有幫助。 由于 滾珠絲杠副 的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。絲杠的轉(zhuǎn)速為中轉(zhuǎn)速,精度要求為高精度。 按其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能角度看主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱和控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)。 普通車床是車床中應(yīng)用最廣 泛的一種,約占車床類總數(shù)的 65%,因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。銑床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機(jī)械都是從車床引伸出來的 , 普通機(jī)床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史。 在車床上還可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應(yīng)的加工。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動(dòng)裝置的保護(hù)性,X 軸及 Y 軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器,同時(shí)可選配在工作臺(tái)的兩端配有限位檢測開關(guān),部分工作臺(tái)的配有原點(diǎn)檢測開光,并提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制,原點(diǎn)開關(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié)。 設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì),綜合各方面的因素,采取 PLC 控制,控制方式采用交流伺服、運(yùn)動(dòng)控制器并采用閉環(huán)控制方案。刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容。在加工過程中,進(jìn)給率也可通過 機(jī)床 控制面板上的修調(diào)開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整, 數(shù)控機(jī)床 的控制面板上一般備有 主軸轉(zhuǎn)速 修調(diào)( 倍率 )開關(guān),可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì) 概述 主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度,沒有定值,通常是靠經(jīng)驗(yàn)值來設(shè)置,主要根據(jù)刀具和工件材料來選擇。脈沖當(dāng)量是 ,快進(jìn)速度是 1000mm/min, X軸行程: 100mm , Y軸行程: 150mm。由于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對象,被加工工件的最終位置精度和輪廓精度都與進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性有關(guān)。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一,它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置,幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。 數(shù)控車 床又稱為 CNC 車床,即計(jì)算機(jī)數(shù)字控制車床,是目前國內(nèi)使用量最大,覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床,約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的 25%。 現(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機(jī)床進(jìn)行作業(yè)了,數(shù)控機(jī)床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動(dòng)對任何產(chǎn)品和零部件直接進(jìn)行加工了。具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)各種補(bǔ)償功能,并在復(fù)雜 零件 的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟(jì)效果。 數(shù)控車床、 車削中心 ,是一種高精度、高效率的自動(dòng)化 機(jī)床 。我國的制造業(yè)起步晚、基礎(chǔ)差,但近二十年來,我國投入了巨大的人力物力,并取得了驕人的成績。 制造業(yè)是作為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)的重要指標(biāo),體現(xiàn)了一個(gè)國家或一個(gè)民族的科技實(shí)力,是一個(gè)時(shí)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最明顯的突出體現(xiàn)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的 運(yùn)動(dòng)軌跡 和外設(shè)的操作時(shí)序邏輯控制功能。即能按照程序邏輯,一步步處理生產(chǎn)過程的機(jī)床 。 這一 技術(shù)使生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效率 、產(chǎn)品成本及工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面問題得以明顯改 善,特別是針對對市場化生產(chǎn)的小批量、多品種特點(diǎn),有無可比擬的優(yōu)勢。 零件 圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II Abstract The design starts with identifying the program of small CNC lathe, and begins to design the system assembly drawing and the main part drawing. After identifying CNC lathe system, discuss the various ponents of the feed drive system in detail, as well as part of the calcul
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