山东大学机电一体化自考本科论文

山东大学机电一体化自考本科论文内容摘要：

，有的还使用两个回转刀盘。 加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。 因此，刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平。 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，下面对回转刀架刀架作简单的介绍。 回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，一般通过液压系统或电气来实现 4 山 东 大 学 机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架，并相应地安装 4把、 6把或更多的刀具。 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。 CA6140车床 1．机床的组成 CA6140车床的主要组成部件由图 14所示。 (1)．主轴箱 主轴箱 1是一部件，由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、变速操纵机构、润滑密封件等组成。 主轴通过前端的卡盘或者花盘带动工件完成旋转作主运动，也可以安装前尖顶通过拨盘带动工件旋转。 (2)．刀架 四方刀架装在小滑板上，而小滑板装在中滑板上，纵滑板可沿床身导轨纵向移动，从而带动刀具纵向移动，用来车外圆、镗尾座 3可沿其导轨纵向调整位置，其上可安装顶尖支撑长工件的后段以加 工长圆 柱体，也可以安装孔加工刀具加工孔。 尾座可横向作少量的调整，用于加工小锥 5 山 东 大 学 度的外锥面。 (4)、进给箱 进给箱 8床身 4是机床的支承件，它安装在左床腿 7和右床腿 5上并支承在地基上。 床身上安装着机床的各部件，并保证它们之间具有要求的相互准确位置。 床身上面有纵向运动导轨和尾座纵向调整移动的导轨。 (6)、溜板箱 溜板箱 6与纵向滑板（床鞍）相连，溜板箱 CA6140车床的主要技术参数 6 山 东 大 学 第 2章 微型数控系统总体设计 总体方案设计的内容 机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容 :系统运动方式的确定，伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。 一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，从经济性、环保、运动精度、可靠性、操作方便等多个方面进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。 总体方案的确定没有唯一的结论。 总体方案设计的内容包括： ： 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位 /直线系统和连续控制系统。 如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用 点位控制方式。 ： 伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。 ： 为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比的要求。 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、滚动导轨、贴塑导轨等。 （ 2）尽量消除传动间隙。 例如采用消除齿轮等。 （ 3）提高系统刚度。 缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。 可采用预紧 的方法提高系统刚度。 例如采用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副等。 随着技术的发展，用于机电一体化系统的计算机也发生着不断的变化，从单片机、 DSP、 PC 机都可以使用，对于性能要求较高的系统，还可以采用多 CPU结构；在总体方案设计时，就需要根据设备的要求，并考虑将来的改进，选定最合适的计算机，并不是越先进越好。 7 山 东 大 学 总体方案设计参数 将 CA6140车床改造成经济型数控车床。 ： 主要技术参数： 最大加工直径（ mm）： 在床身上： 400 在床鞍上： 210 最大加工长度（ mm）： 750 ——1000 溜板及刀架重量（ N）： 纵向： 1000 横向： 500 刀架快移速度（ m/min）： 纵向： 2 横向： 1 最大进给速度（ m/min）： 纵向： 横向： 最小分辨率 （ mm）： 纵向： 横向： 定位精度（ mm）： 主电机功率（ KW）： 起动加速时间（ ms）： 35 自动升降速性能 : 有 （ 1）系统的运动方试与伺服系统的选择： 由于改造后的经济型数控车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工、螺纹加工等功能，所以应该选用连续控制系统。 考虑到经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。 （ 2）计算机系统： 根据机床要求，采用 8位微机。 由于 MCS51系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑。 对于简单的应用场合， MCS51系统的最小系统用一片80C51外扩一片 EPROM就能满 足功能的要求，对于复杂的应用场合，可以利用MCS51的扩展功能，构成功能强、规模较大的系统。 8 山 东 大 学 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组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用LCD液晶显示器显示加工数据及机床状态等信息。 ，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠，为了保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。 同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载荷的结构。 传动齿 轮也要采用消除齿侧间隙的结构。 系统总体方案框图见图 21 图 21 9 山 东 大 学 第 3章 机床进给系统机械部分计算 伺服系统机械部分设计计算 ????????（ ） 而 N 切 = ηN额 （ η=～ ） ????????????（ ） 取 η＝ ，则 N 切＝ ηN切＝ ＝ 取 V线＝ 90mm/min，则进给抗力 FZ＝ 60000＝ 2933N X向和 Y向根据经验公式（ ）（ ）确定 FX＝ ”???????????????（ ） FY＝ ????????????????（ ） 则得： FX＝ ＝ 1467N FY＝ ＝ 1760N （ 2）横切端面： 主切削力 FZ可取纵切的一半，即 FZ＝ ＝ 1467N / ||此时走刀抗力 F，吃刀抗力 F（依然按上述经验公式粗略计算： （ YN） XN）| 则得： FX=734N F 10 山 东 大 学 滚珠丝杠螺 母副的设计、计算 纵向进给丝杠 1. 计算进给牵引力 Fm(N) 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切屑时的走刀抗力以及移动件的重量和切屑分力作用在导轨上的摩擦力，由以下公式确定： （ ） 式中： K—考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合型导轨取 K= f—滑动导轨摩擦系数： ～ ，取 f= G—溜板及刀架重力，由已知 G=1000N 代入得： Fm＝ 1467＋ （ 2933＋ 1000）＝ 2316N Q 选用滚珠丝杠副的直径时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转 100万（ 10）转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。 这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C，计算如下： QwFm???????????????????（ ） 6||| （ ） 1000VS0 ??????????????????（ ） 式中： L0—为滚珠丝杠导程 ,初选丝杠导程 Lo=6mm Vs最 大切削力下的进给速度 ,可取最高进给速度的 1/2～ 1/3 T使用寿命 ,按 15000h fw运转系数 ,按一般运转取 fw =～。 此处取 fw= L寿命以转 10为 1单位 则： 11 山 东 大 学 η=tanγ/tan(γ+φ) 式中： γ—螺旋升角 ,W1L2506的螺旋升角 γ=4176。 22′ φ—摩擦角取 10′滚动摩擦系数 ～ 则： η=tanγ/tan(γ+φ) =tan4176。 22′/tan(4176。 22′+10′)= 先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如下图 31所示： 图 31纵向进给滚珠丝杠支承方式草图 则： L支承＝ L行程＋ L螺母长＋ L轴宽＋ 间隙＝ 1000＋ 95＋ 315＋ 20 ＝ 1160mm??????（ ） 支承间距 L=1160mm，最大轴向力为 2316N，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负载的 1/3。 （ 1）丝杠的拉伸或压缩变形量 ，（ ） 对刚： （ ） 22 丝杠导程 L0 的变化量： （ ） 12 山 东 大 学 总长度 L=1160mm，丝杠上的变形量 ，由于两端均采 用推力球轴承，则值： （ 2）滚珠与螺纹滚道间接触变形 ： 由 承载滚珠数量 ＝ ＝ ?????????（ ） 由于对滚珠丝杠副施加预紧力，且预紧力 FP为轴向载荷的 1/3，则变形 ： （ 3）滚珠丝杠总的弹 性变形量 ： 根据以下经验公式： ????????????????????（ ） 则可得： （ 4）定位误差 所以，满足要求。 横向进给丝杠 Fm 横向导轨为双燕尾形，有如下计算式： | （ ） 式中： K—考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合型导轨取 K=； f—滑动导轨摩擦系数：取 f=； G—溜板及刀架重力，由已知 G=500N 13 || 山 东 大 学 |则代入已知得： Q 计算如下： QwFm????????????????????（ ） （ ） 1000VS0 ???????????。