畢業(yè)論文終稿-龍門加工中心Z軸與Y軸進給運動機構設計[購買贈送配套CAD圖紙 論文答辯優(yōu)秀]

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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯畢業(yè)設計(論文)課題名稱 龍門加工中心 Z 軸與 Y 軸進給運動機構設計系 別 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指 導 教 師 教研室主任 系 主 任 年 月 日II摘 要本文全面闡述了龍門加工中心的結構原理，設計特點，論述了采用伺服電機和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點。詳細介紹了龍門加工中心的結構設計及校核，并進行了分析。另外匯總了有關技術參數(shù)。高速度、高精度、高效率和高剛度已成為當今數(shù)控機床發(fā)展的主要方向，為了彌補這些不足，龍門龍門加工中心便應運而生,大大提高了零件的精度和效率，降低生產(chǎn)成本，因此龍門加工中心 Z 軸與 Y 軸進給運動機構設計成為當前數(shù)控機床行業(yè)重點研究的對象之一。其中著重介紹了滾珠絲杠的原理及選用原則，系統(tǒng)地對滾珠絲杠生產(chǎn)、應用等環(huán)節(jié)進行了介紹。包括種類選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機匹配的原則以及廠家的選擇等。關鍵詞：龍門加工中心，數(shù)控，伺服電機，滾珠絲杠需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763IIIAbstractThis paper describes the principles of a comprehensive structure of gantry machining center, design features, discusses the advantages of using servo motor and ball screw nut pairs. Details of the design and verification of the machining center, and analyzed. Also summarizes the technical parameters.High-speed, high efficiency and high rigidity has become the main direction of development of today's CNC machine tools, in order to remedy these shortcomings, gantry machining center will come into being, greatly improving the accuracy and efficiency of parts, reduce production costs, and therefore the goal machining centers Z axis and Y-axis feed motion mechanism designed to be one of the objects of the current focus on the CNC machine tool industry.Which focuses on the principle and the principle of selection of ball screw, ball screw system to production, application and other aspects were introduced. Including species selection, parameter selection, accuracy of selection, mode selection cycle, the principle of matching the host and select manufacturers and the like.Keywords: gantry machining centers, CNC, servo motor, ball screwIV目 錄摘 要 .............................................................................................................................................IIAbstract..........................................................................................................................................III目 錄 ...........................................................................................................................................IV第 1 章 緒 論................................................................................................................................11.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢.................................................................................................11.2 龍門加工中心的基本原理...............................................................................................21.3 課題研究的目的和意義...................................................................................................4第 2 章 設計的內(nèi)容及要求..........................................................................................................52.1 課題的主要內(nèi)容和基本要求............................................................................................52.2 設計的內(nèi)容.....................................................................................................................52.2.1 數(shù)控裝置總體方案的確定 ...................................................................................52.2.2 機械部分的設計 ...................................................................................................52.2.3 編寫設計說明書 ...................................................................................................62.3 機床主要部件及運動方式的選定...................................................................................6第 3 章 Z 向進給伺服進給結構設計 ..........................................................................................83.1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型.....................................................................................83.1.1 最大工作載荷的計算 .........................................................................................83.1.2 最大動載荷的計算 .............................................................................................83.1.3 滾珠絲杠螺母副的選型 .....................................................................................93.1.4 滾珠絲杠副的支承方式 .....................................................................................93.1.5 傳動效率的計算 .................................................................................................93.1.6 剛度的驗算 .........................................................................................................93.1.7 穩(wěn)定性校核 .......................................................................................................103.1.8 臨界轉速的驗證 ...............................................................................................103.2 步進直線電機的計算和選用.......................................................................................113.2.1 轉動慣量的計算 ...............................................................................................113.2.2 電機力矩的計算 ...............................................................................................12需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763V3.3 步進直線電機的選擇...................................................................................................14第 4 章 Y 向進給機構設計計算 ................................................................................................164.1 滾珠絲杠的選擇...........................................................................................................164.1.1 滾珠絲杠的精度 ...............................................................................................164.2 伺服電機的選擇...........................................................................................................204.2.1 最大負載轉矩的計算 .......................................................................................204.2.2 負載慣量的計算 ...............................................................................................204.2.3 空載加速轉矩計算 ...........................................................................................224.2.4 軸向間隙的調整和加預緊力的方法 ...............................................................224.3 導軌副的計算、選擇...................................................................................................244.4 聯(lián)軸器的選擇...............................................................................................................254.5 軸承的選擇...................................................................................................................26總結................................................................................................................................................27參考文獻........................................................................................................................................28致 謝..............................................................................................................................................29VI需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VIIVIII需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763IXX需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763XIXII1第 1 章 緒 論1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6 年后，即在 1952 年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。數(shù)控 NC 階段（1952 年-1970 年）早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭" 成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC） ，簡稱為數(shù)控（NC ） 。隨著元器件的發(fā)展，這個階段經(jīng)歷了三代，即 1952 年的第一代—電子管；1959 年的第二代—晶體管；1965 年的第三代—小規(guī)模集成電路。計算機數(shù)控（CNC）階段（1970 年-現(xiàn)在）到 1970 年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（CNC）階段（把計算機前面應有的“通用”兩個字省略了） 。到 1971 年，美國 INTEL 公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件—運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR） ，又可稱為中央處理單元（簡稱 CPU） 。到 1974 年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控） ，不如采用微處理器經(jīng)濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。到了 1990 年，PC 機（個人計算機，國內(nèi)習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于 PC 的階段。2總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即 1970 年的第四代—小型計算機；1974 年的第五代—微處理器和 1990 年的第六代—基于 PC（國外稱為 PC-BASED） 。還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控（即 CNC）了，而我國仍習慣稱數(shù)控（NC） 。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控" ，實質上已是指"計算機數(shù)控" 了。3.數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 (1) 繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。(2) 向高速化和高精度化發(fā)展這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。(3) 向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。1.2 龍門加工中心的基本原理數(shù)控控制（Numerical Control）是用數(shù)字化信號對機床的運動及其過程進行控制的一種控制方法。數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門新型的，發(fā)展十分迅速的高新技術。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍所覆蓋的領域又：機械制造技術；微電子技術；信息處理傳輸技術；自動控制技術；伺服驅動技術；檢驗監(jiān)控技術；傳感技術；軟件技術等。數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的是能技術和最基本的裝備。在提高生產(chǎn)率，降低成本，保證質量及改善工人勞動強度等方面，都有突出的優(yōu)點；特別是在適應機械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代，小批量，多品種生產(chǎn)方面，各類數(shù)控裝備是實現(xiàn)先進制造技術的關鍵。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處聯(lián)盟（International Federation of Information Processing, IEIP）第五技術委員會，對數(shù)控機床作了如下的定義：數(shù)控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能邏輯的處理具有使用碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。龍門加工中心經(jīng)過長期的技術發(fā)展和推動，已從傳統(tǒng)的單軸式發(fā)展到多軸式，從傳統(tǒng)龍門加工中心發(fā)展到現(xiàn)代化智能的加工中心，從單面的加工發(fā)展到多面的加工，發(fā)展速度快，技術比較成熟。但是對于龍門五面體加工中心，由于我國基礎技術薄弱，研究方法落后，資金投入不足等原因，以及國外對核心技術的封鎖，導致我國五面體加工中心發(fā)展緩慢[4]。從龍門加工中心主要部件的發(fā)展情況來看，國內(nèi)外龍門加工中心的龍門和滑枕的機構基本都具有以下特點：1. 龍門 主要是由一個橫梁和兩個立柱構成。分為橫梁固定、橫梁靠定位塊鎖定分段升降和橫梁任意升降三種類型。橫梁固定式結構機床剛性好，但不適合加工大型工件，因為在加工靠近工作臺面的工件部位時，滑枕伸出長度過大，加工剛性較差，影響加工尺寸精度；橫梁靠定位塊鎖定分段升降型結構機床剛性較好，但橫梁升降運動不能與滑枕上下移動聯(lián)動，且操作較復雜；橫梁任意升降型結構橫梁升降運動可以與滑枕上下移動聯(lián)動，加工范圍較廣，適合新產(chǎn)品開發(fā)。立柱和橫梁的橫截面為矩形，剛性好，可耐重切削并長期保持高精度。主軸箱在橫梁上的導軌有自重平衡裝置，其動作靈活、迅速且準確。由于主軸箱左右移動時，橫梁升降用滾珠絲杠所受負載有變動，使精度降低，所以采用配置在橫梁左右兩側的油缸來平衡主軸箱左右移動造成的變動負載和橫梁本身的自重，以提高機床的精度。2. 滑枕 從結構上可分為開式和閉式兩種型式。開式結構的滑枕通過壓板夾緊在主軸箱上，滑枕的截面積大；閉式結構的滑枕被夾緊在主軸箱內(nèi)，滑枕的截面積小。主軸箱內(nèi)有液壓平衡裝置，使滑枕上下移動靈活，可實現(xiàn)強力重切削。主軸滑枕內(nèi)部采用強制內(nèi)冷卻，即使作長時間連續(xù)重切削，也可保持高精度。滑枕的行程以滿足工件側面下部的加工要求為宜，不宜太長，以免影響加工時的機床剛度?；聿捎靡惑w型的結構，以提高機床的整體剛性。41.3 課題研究的目的和意義我國近幾年龍門加工中心進給機構雖然發(fā)展較快，但與國際先進水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，應變能力差。針對傳統(tǒng)龍門加工中心進給機構的不足之處及生產(chǎn)中存在的問題，有必要在傳統(tǒng)機床的基礎上研究出新型龍門加工中心進給機構。通過對傳統(tǒng)銑床手動的進給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新設計，加入新技術，從而提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化，降低勞動強度及工作量。龍門加工中心進給機構的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢是：在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型進給機構；在性能上將研制以鋼為材料的進給機構，大幅度提高進給機構的承載能力；在形式上繼續(xù)研制多軸并聯(lián)，甚至于五軸并聯(lián)的進給機構。綜上所訴，龍門加工中心進給機構的開發(fā)和設計具有很高研究的意義.本課題采用類似的機床結構設計成果的方法，進行龍門加工中心進給機構的設計，使其能夠實現(xiàn)更好的工業(yè)生產(chǎn)自動化。本課題對龍門加工中心進給機構部件進行了設計，研究龍門加工中心的結構，主要部件及典型零件的設計方法，其意義如下：1、通過對數(shù)控機床的結構設計和研究掌握機構設計的一般步驟和方法；2、通過對課題的研究，了解國內(nèi)外有關數(shù)控機床的技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；3、通過畢業(yè)設計培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神，提供分析問題和解決問題的能力。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397635第 2 章 設計的內(nèi)容及要求2.1 課題的主要內(nèi)容和基本要求本課題要求設計一臺龍門加工中心，機床主要設計參數(shù)下表所示：完成該題目已具備的條件：可參考無錫橋聯(lián)數(shù)控生產(chǎn)的五軸龍門加工中心 QLM27000-5x，依據(jù)該機床的基本參數(shù)進行設計。具體參數(shù)X 軸行程------------------------------------------------------1000mmY 軸行程------------------------------------------------------1000mmZ 軸行程-------------------------------------------------------500mm主軸端面距工作臺面距離-------------------------------------300-800mm快進速度（X、Y、Z 軸）---------------------------------------40m/min工進速度（X、Y、Z 軸）---------------------------------------20m/min加速度---------------------------------------------------------6m/s2定位精度（X、Y、Z）------------------------------------------0.015mm重復定位精度（X、Y、Z）---------------------------------------0.01mm最小分辨率（X、Y、Z）---------------------------------------0.0001mm機床電源----------------------------------------------AC3×380V 三相 50Hz機床外形尺寸---------------------------------2800×3500×3200mm2.2 設計的內(nèi)容2.2.1 數(shù)控裝置總體方案的確定(1).數(shù)控裝置設計參數(shù)的確定；(2).方案的分析，比較，論證。2.2.2 機械部分的設計(1).確定脈沖當量；(2).機械部件的總體尺寸及重量的初步估算；6(3).傳動元件及導向元件的設計，計算和選用；(4).確定伺服電機；(5).繪制機械結構裝配圖；(6).系統(tǒng)等效慣量計算；(7).系統(tǒng)精度分析。2.2.3 編寫設計說明書(1) 說明書是設計的總結性技術文件，應敘述整個設計的內(nèi)容，包括提方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機械傳動設計計算，選用元器件參數(shù)的說明；(2)論文正文不少于 10000 字。2.3 機床主要部件及運動方式的選定（1）伺服電機的選擇 本次設計選用交流伺服電機，根據(jù)本進給系統(tǒng)定位精度的要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。如果經(jīng)計算后半閉環(huán)系統(tǒng)不能滿足定位精度要求，可改用全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。交流伺服電機有交流同步電機和交流感應電機。交流感應電機結構簡單，與同容量的直流伺服電動機相比較，質量輕、價格便宜。缺點是不能經(jīng)濟的實現(xiàn)范圍較大的平滑調速。所以數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中一般不采用這種電動機。 交流同步電動機的轉速與所用電源的頻率之間存在一種嚴格的關系，即在電源電壓和頻率固定不變時，它的轉速是穩(wěn)定不變得。由變頻電源供電給同步電動機時，便可方便地獲得與頻率成正比的可變速度。并可得到非常硬的機械特性及寬的調速范圍。其結構雖然比感應電動機復雜，但比直流電動機簡單。同步電動機又分為電磁式和非電磁式兩大類。在后一類中又有磁滯式、永磁式和反應式多種。在數(shù)控機床的進給驅動系統(tǒng)中，多采用永磁式同步電動機。在數(shù)控機床進給驅動中，采用具有大轉矩、寬調速并裝有反饋元件的機電一體化的永磁式交流同步電動機已十分普及。（2）滾珠絲杠螺母副的選擇 滾珠絲杠具有高精度、高剛度、高效率及無間隙等優(yōu)點。特別是在半閉環(huán)加工系統(tǒng)中，滾珠絲杠自身的精度對機床加工精度有很大的影響，定位精度在很大程度上受到滾珠絲杠精度的影響。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397637滾珠螺母副[4]的滾珠循環(huán)方式一般會分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。對于內(nèi)循環(huán)方式，滾珠在循環(huán)過程中始終保持與滾珠絲杠接觸。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副工作滾珠數(shù)目少，徑向尺寸緊湊，摩擦損失少，流暢性好，傳動效率高，軸向剛度好，但回珠器槽行比較復雜，需三坐標數(shù)控機床才能進行加工。外循環(huán)過程中滾珠與絲杠脫離接觸，目前使用插管完成滾珠循環(huán)的結構，結構簡單，工藝性好，但滾道管子突出于螺母外面，所以外循環(huán)滾珠絲杠螺母徑向尺寸較大。滾珠和滾珠絲杠螺母副接觸處有過盈配合，即兩者達到預緊；滾珠絲杠螺母副事先通過調節(jié)左右螺母的相互離開和靠近消除間隙。常用的消除間隙或預緊的辦法有墊片是調隙結構、螺紋式調隙結構和齒差式調隙結構。本次設計采用墊片式調隙結構。（3）導軌副的選用 要設計的進給機構的導軌選用貼塑導軌，它屬于滑動導軌，是在機床的動導軌面上貼上一層抗磨軟帶，導軌副的另一個固定導軌面為磨削面。這樣就會使導軌摩擦系數(shù)變?yōu)?0.03—0.05，導軌速度可達 30m/min，剛度比較高，動、靜摩擦系數(shù)差值小，沒有爬行。耐磨性與鑄鐵對鑄鐵導軌副相比可提高 1—3 倍。8第 3 章 Z 向進給伺服進給結構設計3.1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型3.1.1 最大工作載荷的計算Z 軸行程為 500mm，已知重力（N） ，為直線導軌，查表 3-1，最大工作載荷NG50'?的計算如下：mF= (3.1))2(FKFxzym???????)(6.49式中： —為考慮顛覆力矩影響時的實驗系數(shù)，取 1.4；—為滑動導軌摩擦系數(shù)，取 0.2。?3.1.2 最大動載荷的計算(3.2)mhwQFfLF????3(3.3)610/Tn??(3.4)in/8maxrPVhj式中： —滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位為 r；L? 6—絲杠壽命，取 15000；T—載荷系數(shù)，一般取 1.2；wf—硬度系數(shù)取 1；h—橫向絲杠副最大工作載荷，其值為 2459.6 ；mF? N—橫向滾珠絲杠導程，初選為 。hPm5—橫向最大工進速度，該設計值為 ；maxjV? in/3.0—橫向最大工進速度對應絲杠的轉度，單位 。n? r計算得出得 ： =12278.8 。QF?N需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976393.1.3 滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)計算出的最大動載荷 ,選擇江蘇啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)的 FL3205-QF?3 型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母方式預緊，精度等級為 3 級，其參數(shù)如表 3-1 所示。表 3-1 FL3205-3 型滾珠絲杠相關參數(shù)公稱直徑/m導程/ 鋼球直徑/m絲杠外徑/絲杠底徑/m額定載荷/KN接觸剛度/ 1??m?0d?hP?wD?1d?2?oaC??32 5 3.5 19 16.5 32.8 1414533.1.4 滾珠絲杠副的支承方式考慮到橫向滾珠絲杠副的長度、精度與負載的大小以及改造成本，采用雙推-單推支承方式，該方式軸向剛度高，位移精度好，可以進行預拉伸。3.1.5 傳動效率的計算= (3.5)??)tan(????式中： —螺距升角，根據(jù) ,可得 =2°28′；?? 0h14.3Ptd?????—摩擦角，一般取 =10′。??算得： = =95.67% (3.6)??)0182tan(???3.1.6 剛度的驗算= （“+”號代表拉伸， “-”代表壓縮）1??SElFum??式中： —絲杠的最大工作載荷，單位為 ；mF? N10—絲杠縱向最大有效行程，單位為 ；ul? m—絲杠材料的彈性模量，鋼 ；EMPaE510.2??—絲杠的橫截面面積，單位 按絲杠螺紋的底徑 確定。S? 2d?根據(jù)設計， 為 2459.6N， 為 420 ， 為 36.5 ，算得：mFul?2d?= =±0.0047 (3.7)?1?25)5.36(14.0.29??? )(m=±4.7?查表 3-3 可知， ,所以剛度足夠。m??13

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