三坐标数控铣床设计说明.doc

第1章绪论随着人工智能在计算机领域的渗透和发展,数控系统引入自适应控制﹑模糊系统和神经网络的控制机理,不但具有自动编程﹑前馈控制﹑模糊控制﹑学习控制﹑自适应控制﹑工艺参数自动生成﹑三维刀具补偿﹑运动参数动态补偿等功能,而且人机截面极为友好,并且有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置,能自动识别负载并自动优化调整参数。直线电机驱动系统以使用化。用数控铣床加工零件时,首先应编制该零件的加工程序,这是数控铣床的工作指令。将加工程序输入数控装置,再由数控装置控制机床主运动的变速﹑启动﹑停止﹑进给运动的方向﹑速度和位移量,以及工件装夹和冷却润滑的开关等动作,使刀具与被加工零件以及其它辅助装置严格按照加工工序规定的顺序﹑运动轨迹加工出符合要求的零件。三坐标数控铣床的进给运动是数字控制的直接对象,不论点位控制还是连续控制,被加工工件的最后坐标精度和轮廓精度都受到进给运动的传动精度﹑灵敏度和稳定性的影响。为此,要注意以下三点进给运动要求:(1)减少运动件的摩擦力。进给系统虽有许多元件,但摩擦阻力主要来自丝杠和导轨。丝杠和导轨结构的滚动化是减少摩擦的重要措施之一。(2)提高传动精度和刚度。在进给系统中滚珠丝杠和支承结构是决定其传动精度和刚度的主要部件,因此,必须首先保证它们的加工精度。(3)减少运动惯量。进给系统中每个元件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有直接的影响。尤其是处于高速运转的零件,其惯性的影响更大。设计是在原有普通铣床的基础上,对其进行改造,成为三坐标数控铣床。该机床能通过三轴联动,实现曲线直线等不同的加工路线。所设计的三坐标数控铣床,三个坐标方向的移动均由步进电机带动,主轴电机采用交流电机,所有电机均由单片机进行控制。此设计主要对数控铣床的机构进行设计,了解单片机的工作原理,主要有以下几个方面:X、Y、Z工作台的传动机构设计,主要是滚珠丝杠的运用;机床整体结构的设计,了解优缺点,充分考虑主要矛盾,择优选取;单片机控制系统的设计,进一步熟悉其应用。(如电动机)、变速装置及执行元件(如主轴、刀架、工作台),以及开停、换向和制动机构等部分组成。动力源给执行元件提供动力,并使其得到一定的运动速度和方向,变速装置传递动力以及变换运动速度,执行元件执行机床所需的运动,完成旋转或直线运动。现代切削加工正朝着高速、高效和高精度方向发展,对机床的性能提出越来越高的要求,如转速高,调速范围大,恒扭矩调速范围达1:100~1:1000,恒功率调速范围达1:10以上;~250kW,能在切削加工中自动变换速度;机床结构简单,噪声小,动态性能好,可靠性高等。,而数控机床需要自动变速;且在切削阶梯轴的不同直径,且削曲线旋转面和断面时,需要随切削的直径的变化而自动变速,以保持切削速度基本恒定。这些自动变速又是无级变速,以利于在一定的调速范围内选用到理想的切削速度,这样既有利于提高加工精度,又有利于提高切削效率。机床主传动中常采用得无级变速装置有三大类:变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。无级变速主传动系设计原则:一为尽量选择功率和扭矩特性符合传动系要求的无级变速装置。如铣床主传动系要求恒功率传动,就应选择恒功率无级变速装置。二为无级变速系统装置单独使用时,其调速范围较小,尤其是恒功率调速范围往往小于机床实际需要的恒功率变速范围。为此,常把无级变速装置宇机械分级变速箱串联在一起使用,以扩大恒功率变速范围和整个变速范围。(1)主轴部件设计主轴部件的性能要求主轴部件是机床主要部件之一,它是机床的执行元件。他的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削,承受切削力和驱动力等载荷,完成表面成型运动。主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产效率有着直接影响,是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。因此,对主轴部件有如下要求:1)轴的旋转精度是指装配后,在无载荷、低速转动的条件下,主轴安装工件或刀具部位的定心表面(如车床轴端的定心短锥、锥孔,铣床轴端的7:24锥孔)的径向和轴向跳动。旋转精度取决于的主要件如主轴、轴承、壳体孔等的制造、装配和调整精度。工件转速下的旋转精度还取决于主轴的转速、轴承的性能,润滑剂和主轴组件的平衡。2)刚度主轴部件的刚度是指其在外载荷作用下抵抗变形的能力,通常以主轴前端产生单位位移的弹性便形时,在位移方向上所施加的作用力来定义的。主轴部件的刚度是综合刚度,它是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此,主轴的尺寸和形状、滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置