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1、全套设计联系QQ2947387549（任务书开题报告 说明书 CAD图 UG图等）前 言随着微电，超大规模集成技术的发展，和对工业控制的不断要求，促使单片微机应运而生。它以其体积小，价格低廉，小而全，外部扩展简单，面向控制等独特优点，广泛应用于各个领域。它已从当初的四位控制发展到现在的超十六位控制，而且执行速度大大提高，性能也不断完善。数控技术是用数字程序控制数控机械实现自动化工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种，小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化的问题。随着计算机，自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床。机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经
2、济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。随着科技生产的迅速发展，市场竞争日趋激烈，各种产品都有着加快更新换代的趋势，信息技术和机电一体化技术的发展推动了制造生产业结构的不断变革，促进了生产过程自动化水平的进一步提高，在工业发达国家，自动化已成为改造传统工业和发展新兴产业的基本目标，企业自动化也由“点”（即单机自动化）到“线（即由多种自动化设备组成的生产线），再由“线”发展到“面”（通过引入柔性制造系统,力图实现企业全部作业流程的自动化），进而由“面”发展向“立体”（指企业全部生产系统和企业内部业务实现综合自动化）的方向发展，以期实现企业全部业务的一元化，集成化
3、和高效化，而柔性系统就彻底实现了通用性能好，快速调整的要求，如果产品需要改型，机床短时间调整，立即就能适应，因此这类机床应用于大量生产和小批量生产都适应，并且可以频繁改型。数控机床也称数字程序控制机床，是一种以数字量作为指令信息形式，通过电子计算机或专用电子计算装置控制的机床，在数控机床上加工工件是预先把加工过程所需要的全部信息利用数字或代码的计算机，计算机对输入信息进行处理和运算，发出各种指令来控制机床的各种执行元件，使机床按照给定的程序自动加工出所需的元件，加工对象改变时，一般只需要更捣加工程序自动加工出所需的元件，动工对象改变时，一般只需要更换加工程序，无须象其他机床那样重新制造，数字控
4、制具有较大的灵活性，特别是适应用与生产对象经常改变的地方，并能方便的实现对复杂零件的高精度加工，数控机床是实现柴性生产自动化的重要设备。 本设计将针对CK6163普通机床的数控化改造中的控制部分，提出自己的看法和设计依据。由于水平有限难免有疏漏之外，请同位老师批评指正。 机 械 部 分机电一体化系统的机械部分是用于完成包括机械力，运动和能量流等运动学和动力学任务的机械伺服进给系统和提供动力的主轴系统。它的主要功能是完成一系列机械运动和传递切削加工的动力。每个机械运动可单独由控制电动机，传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协调和控制。以完成其功能要求。因此机电一体化机械系
5、统的设计要求考虑产品的总体布局，机构造型，结构选型的合理化和最优化。1 总体方案论证1.1系统运动方式的确定数控运动方式和可分为点位控制系统，点位/直线系统和连续控制系统。对于数控车床采用连续控制系统，因为数控车床一切工作台或刀具沿各坐标轴的运动哟确定的函数关系，即连续控制系统具备控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能，具备这种控制能力数控机床可以加工各种外行轮廓复杂的零件。1.2伺服系统的选择伺服系统可分为开环系统，半闭环控制系统，闭开环控制系统。由于采用步进电机驱动，所以采用开环伺服系统。在开环控制系统中，设有反馈电路，此系统结构简单，成本低廉容易掌握，调试和维修都比较简单，目前国内大力发
6、展的经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。1.3执行结构传动方式的选择为确保数控系统的运动精度和工作台平稳性，在设计机械传动装置时，通常采用低磨擦,低惯量，高强度，无间隙，高谐振以及有适宜的要求，在设计中应考虑以下几点：（1） 尽量采用低摩擦的传动和导向元件，如采用滚珠丝杠螺母传动副，滚动道轨，贴塑道轨。（2） 尽量消除传动间隙，例如采用间隙齿轮等。（3） 提高系统刚度，缩短传动链可提高系统的传动刚度，减小传动链错差。可采用预紧的方法提高系统的传动刚度，例如采用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠螺母副等。14总体方案的确定系统的机械传动方式：选用步进电机、齿轮传动、滚珠丝杠螺母副至工作台的传动方式，这
7、样可以保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，伺服驱动系统采用步进电机开环控制。计算机系统：采用8031CPU，接口电路采用8255并行接口等。控制系统由微机部分，键盘及显示器，I/O接口及光电隔离电路，步进电机功率放大电路等组成。 2横向进给系统的运动及动力计算21选择脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量。因机床的定位精度为0.015mm，初步选择纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向为0.005mm/脉冲（半径）。22计算切削力 在设计机床进给伺服系统时，计算传动件和导向元件、选用伺服电机等都需要用到切削力。在此用经验公式来计算主切削力。图2-1为纵切和横切时切削力的示意图。 纵车外圆
8、 横切端面21纵车外圆、横切端口车削力示意图 221 纵车外圆主切削力 (N) 按经验公式估算： =0.67=0.67=10595（N）式中 在车床车身上加工工件最大直径(mm)。按切削力个分力比例：=1：0.25：0.4=105950.25=2649（N）=105950.4=4238（N）222 横切断面主切削力（N）可取纵切的， 此时走刀抗力为 ， 吃刀抗力为 （N），仍按上述比例粗略计算： ： = 1 ：0.25 ：0.4 = 5298 0.25 = 1325(N) = 5298 0.4 = 2119(N)3滚珠丝杠螺母副的计算和选型根据车床的定位精度要求采用了滚珠丝杠螺母副作为驱动纵向
9、进给系统的最终传动元件。这是因为若采用滑动丝杠螺母传动则有在如下的缺点：1)滑动磨檫阻力大，使得所采用的控制电机的功率大，尺寸大，且价格高，而且该传动副易磨损 ；2）传动效率低（0.20.4）；3）采用单螺母时，存在丝杠螺母间隙，采用双螺母时固然可以消除间隙，但磨檫阻力加大，效率通一步降低。基于上述原因，在此采用了滚珠丝杠传动副。其优点是：1） 摩擦损失小，传递效率高，可达0.920.96，比滑动丝杠传动的机械效率高出24倍，因此在同样的负载下，驱动扭矩较滑动丝杠减小2/33/4。2） 丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，传动精度高，刚度好；3） 擦阻力小，但几乎与运动速度无关，动、静磨檫力
10、之差极小，不易产生低速爬行现象，保证了运动的平衡性；4）磨损小、寿命长、精度保持性好。但其缺点是成本高。31 滚珠丝杠螺母副动载荷的计算3.1.1计算进给率引力（N） 作用在滚珠丝杠上的进给率引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在道轨上的磨檫力。因横向导轨为燕尾形，由1p53叶计算如下: =1.4+(+2+) =1.41325+0.04(5298+22119+800)=2268N式中 K 考虑颠复力矩影响的实验系数，燕尾形K=1.4； 贴塑导轨磨擦数：0.030.05；G 溜板及刀架重力：=800N.3.1.2 计算最大动负载C选用滚珠丝杠副的直径时，必须保证在一定轴向负
11、载的作用下，丝杠在回转100万转（转）后，在它的滚道上不产生点蠕现象（既相当于在转速r/min下运转500小时，90%滚珠丝杠副不产生耆老点蠕时的轴向载荷）这个轴向负载的最大值即为该滚珠丝杠能承受的最大的动载荷C。在实际应用中，由于预期的总运转时间（寿命）、转速、载荷性质等方面与实验所得到额定动载荷值时的条件不同，故必须根据已知条件，按公式计算成相当的额定动载荷值。一般可由下式计算C =式中L寿命，以转为1单位。可由下式计算L= 其中为使用寿命，对于数控机床取=15000h; 为丝杠转速（r/min），用下式计算式中 滚珠丝杠导程（mm），初选L=6mm；最大切消力下的进给速度（m/min），
12、可取最高进给速度的1/21/3（0.50.33），在此取 =0.3m/min； = 30 r/minL= 27运动系数，按一般运转 =1.21.5;在此取=1.2C= =8166.6N3.2 选择滚珠丝杠螺母副型号根据计算结果C=8166.6N查阅附录A表3，可采用L3006， 外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动负载荷为14200N，精度等级按表4-15为3级。可满足要求。3.3 传动效率计算式中 螺旋升角，WL3006= 磨擦角取10滚动磨擦系数0.0030.004=0.9653.4 刚度验算滚珠丝杠副的轴向变形回影响进给系统的定位精度及运动平稳性。因此，滚珠丝杠副
13、刚度的验算，主要是验算：1）丝杠的拉伸或压缩变形量；2）滚珠与螺纹滚体间的接触变形；3）支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形。应得证+=应不大于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑用较大直径的滚珠丝杠副。此横向进给滚珠丝杠支承方式草图如图3-1所示。 3-1 纵向进给滚珠丝杠支承方式草图大牵引力为2268.5N。支承间距L=1500丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷1/3,计算如下：(1) 丝杠的拉伸或压缩变形量（mm）查表，根据=2268.5N，=20mm，查处=4.2，可算出：（mm）由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。其实际变量（m
14、m） 为： （2）滚珠与螺纹滚道间接触变形查表，W系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变量：=8.5m.因进行了预紧 =8.5 = 4.25m(3) 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 采用8107推力球轴承，= 15 mm ，滚动体直径=4.763，滚动体数量Z=12， （mm）注意，此公式中单位应为f,因施加预紧力，故 =0.01=0.005 mm根据以上计算： =+=0.01890.00430.005=0.0282mm 定位精度3.5 稳定性校核滚珠丝刚两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。3.6 横向滚珠丝杠副几何叁数。几何参数见表32。 表3-2 滚珠丝杠副几何叁数名 称符号L4006公称直径
