某轴零件数控加工工艺设计 毕业论文.doc

前言随着科学的发展社会的进步机械产品性能结构形状和材料不断改进精密度不断提高生产类型由大批量如重型机械生产向多品种小批量进化因此对零件加工质量和精度的要求越来越高有效地保证产品质量提高劳动生产率和降低成本对机床提出高精度具有较好的通用性和较大的灵性以适应生产对象频繁变化的需要与高自动化的要求本次毕业设计做的是数控零件一般的加工从零件图纸分析到制定工艺方案以及零件的加工工艺这一系列的过程都需要花费大量时间与精力并查阅相关资料才能加工出零件本次设计的重要点是工艺方案的制定及参数的选择上以及数程度编程他直接关系到零件加工的质量绪论近年来随着数控加工和数控的应用呈突飞猛进之势包括以组合机床为主的大量生产方式都向以数控设备为主生产方式转变由于数控技术的特殊性技术含量高涉及面广致使使用好的数控设备成为一个难题社会上对掌握数控技术的人才需求越来越大特别是对数控加工技术的人才需求量更大而数控设备的高精度高效率决定了发展数控设备是当前我国机械制造业也是未来工厂自动化基础数控机床是一种技术密集及自动化程度很高的机电一体化加工设备是综合应用计算机自动控制自动检测及精密度机械是高科技术的产物数控技术不仅是当今先进制造技术的装备核心技术也是制造工业现代化的重要基础数控技术已成为衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志之一更体现了一个机械制造企业水平的重要求志这次毕业设计我选的课题是轴类零件的数控车削加工它突出了数控加工的特点及零件加工过程中的工艺特点自己利用设备执地零件实体加工加工出合格的零件综合了三年所学的专业知识数控编程数控加工工艺机械制造基础等通过轴类零件数控工艺分析与加工巩固了自己以前所学过的专业基础知识并理论联系实际提高了我的动手能力和对问题的独立思考能力培养了我对专业知识的综合应用能力使我的能力会得到很大的提高零件介绍下图是一个轴类零件加工难度适易加难度适中加工出的产品可用于机械设备某些连接外使自己加工出的产品能有实际价值零件毛坯在编程过程前都要结所加工的零件进行工艺分析拟订工艺方案选择合适的刀具确定切削用量在编程中对一些工艺问题也需要做一些处理因此数控编程的工艺设计是一项十分重要的工作工艺设计包含了从零件的毛坯选择到通过机械加工的手段使零件达到其图纸设计要求的加工设备刀具辅具工夹量及检具的选择以及安排整个零件加工工艺路线的过程数控加工工艺设计的主要内容是选择适合在数控上加工的零件确定工序内容分析加工零件的图纸明确加工内容及技术要求确定加工方案制定数控加工路线如工序的划分加工顺序的安排非数控加工工序的衔接等零件的数控加工工艺设计数控加工工艺内容的选择当选择对某个零件进行数控加工后并非其全部加工内容都采用数控加工可能只有零件加工工序中的一部分因此有必要对零件图样进行仔细分析立足于解决难题提高生产效率注意充分发挥数控的优势选择那些最适合最需要的内容和工序进行数控加工一般可按下列原则选择数控加工内容普通机床无法加工的内容应作为优先选择的内容普通机床难加工质量也难以保证的内容作为重点选择内容通用机床加工效率低工人手工操作劳动强度大的内容可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择同上比较下列一些加内容则不宜选择数控加工需要用较长时间占机高速的加工内容加工余量极不稳定是数控机床上又无法自动调整零件坐标位置的加工内容加工部位分散要多次安装设置原点这时采用数控加工很麻烦效果不明显可安排通用机床加工此外在选择数控加工内容时还要考虑生产批量生产周期工序间周转情况等因素要尽量合理使用数控机床达到产品质量生产率及综合经济效益等指标都明显提高的目的数控当数控加工内容确定后需要对其进行相应的工艺分析为合理选择工艺参数制定加工工艺路线做准备工艺分析应以以下内容为主零件图尺寸的标注方法零件图样上的尺寸和公差的标注对切削加工工艺性有较大影响它是零件结构工艺性的一个重要内容零件图样上的尺寸标注既要满足设计的要求又要便于加工满足设计要求的尺寸都是影响装配图尺寸的分析来标注其余的尺寸而且是大多数尺寸则应按工艺要求标注具体有以下几个方面按照加工顺序标注尺寸避免多尺寸同时保证由定位基准调整基准标注尺寸避免基准不重合误差由形状简单和易接近的轮廓要素为基准标注尺寸换算该零件的尺寸标注正确满足设计要求也便于加工构成零件的几何要素条件应完整准确几何要素的条件应完整准确在程序编制中编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素间的关系因为构成零件轮廓的几何元素是编程中的重要依据无论哪一点不明确或不确定编程都无法进行零件图零件结构工艺性从整体上分析该零件主要有直线锥度圆弧螺纹切槽还有内孔等外形很复杂而且精度要求较高所以从工艺上和精度上考虑定位比较重要经多方面的考虑分析采用多次装夹完成按照基准面完成加工先粗后精先面后孔先主后次的原则依次加工对数控加工来说最倾向于以同一基准尺寸或间接给出坐标尺寸这就是坐标标注方法这种方法便于编程序也便于尺寸之间的相互协调在保证设计定位检测的一致方面带来很大方便定位基准的确定定位基准有米基准和精基准两种用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准用已加工过的表面作为定位基准称为精基准选择定位基准要遵循基准重合原则即力求设计基准工艺基准和编程基准统一这样可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量并且能有效地减少装夹次数在选择粗基准时主要要求保证各加工面足够的余量使加工面与不加工面间的位置符合图样要求并特别注要尽快获得精基准具体选择晨应考虑下列原则对于同时具有加工表面和不加工表面的零件为保证不加工面和加工表面的位置精度应选择不加工表面为粗基准选择重要表面为精基准为了保证工件上重要的加工余量小而均匀则应选择该表面为精基准选择加工余量最小的表面为精基准在没有要求保证重要加工余量均匀的情况下如果零件上每个表面都要加工则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准选择较为平整光洁加工面积较大的表面为粗基准以便工件定位可靠夹紧方便精基准在同一尺寸方向上只能使用一次选择精基准的原则考虑如下基准重合原则基准统一原则自为基准原则互为基准原则便于装夹原则定位基准是工件在定时所以据的基准在实际加工中应严格遵循以上原则历零件轮廓的粗加工都在一次装夹中完成所以都选择的外圆为基准数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程而仅是几道数控加工序一般都是穿插于零件加工的整个工艺过程中因而要与普通加工工艺衔接好工序的划分在数控机床加工的零件一般按工序集中原则划分工序划分方法有安装次数划分工序把所用刀具划分工序按粗精加工划分工序按加工部位划分工序该零件确定的工序为粗精车外圆车圆弧工步划分工步是指加工表面和加工工具不变的情况下所连续完成的那一部分工序该零件的工步可切分为粗车外圆精车外圆只有根据不同的零件进行不同的划分减少加工时间提高零件质量加工顺序的安排加工顺序一般情况不同难度零件应遵循以下原则先加工基准面先面后孔划分加工阶段粗半精精加工次要表面穿插在各阶段进行加工注基准面先加工先粗后精后主后次先面后孔该零件的加工顺序分为车端面保证长度粗车外圆精车外圆车圆弧数控加工工序设计数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择机床夹具刀具及量具确定定位装夹方案走刀路线工步顺序加工余量工序尺寸及公差切削用量及工时定额等为编制加工程序做好充分准备进给路线的确定地给路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹不但包括了工步的内容而且也反映出工步的顺序进给路线是编写程序的依据之一在确定进给路线时主要遵循以下原则保证零件的加工精度和表面粗糙度使走刀路线最短减少刀具空行程时间提高加工效率最后轮廓一次走刀完成该零件走刀路线如图所示对刀点和换刀点的确定在编程时应正确地选择对刀点和换刀点的位置对刀点的确定直接影响着零件加工的质量对刀点就是在数控机床上加工零件时刀具相对于工件运动的起点由于程序段从该点开始执行所以对刀点又称为程序起点或走刀点可选在工件上也可选在工件外面如选在夹具上或机床上但须与零件的定位基准有一定的关系这样才能确定机床坐标与工件坐标系的关系若对刀精度要求不高时可直接选用零件上或夹具上的某些表面作为对刀面若对刀精度要求较高时对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基础上如以孔定位的工件可选孔的中心作为对刀点刀具的位置则以此孔来找正使刀位点与对刀点重合所谓刀位点是指车刀镗刀的刀尘对刀点即是程序的起点又是程序的终点因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值来校核加工过程中需要换刀时应规定换刀点所谓换刀点是指刀架转位换刀时的位置该点可以是某一固定点如加工中心机床其换刀械手的位置是固定的也可以是任意的一点如车床换刀点应设在工件或夹具的外部以刀架转位时不碰工件及其他部件为准其设定值可采用实际测量方法或计算确定因零件需要多少装夹才能完成第一次加工表面及端面第二次装夹在数控车床上完成零件的部份加工第三次的装夹按理也应该在搂控车床上完成但零件的形状时为一头大一头小装夹难度大要用顶夹的辅助装夹来完成加工最后的一次装夹应在普通车床上完成钻孔及切断最终完成零件的加工正确的对刀需满足以下原则对刀点应对选择在容易找正便于确定零件加工原点的位置所选的对刀点应使程序编制简单对刀点应先在加工时检验方便可靠的位置对刀点的选择应有利于提高加工精度对刀常用的方法有试切法对刀和对刀仪自动对刀由于学校的设备限制该零件采用最常用的试切法对刀该零件的换刀点确定在起刀点位置及在工作原点位置装夹方案的确定及夹具的选择在现实情况装夹是个很难解决的问题如果没有找正当主轴转动时工件是摆动的使其无法加工为解决这个问题应在件上加上一个套圈来辅助找正保证顺利装夹装夹工具一般都采用三个卡盘在确定装夹方案时只需根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的夹紧方式并选择合适的夹具此时主要考虑以下几点夹紧机构或其它元件不得影响进给加工部位要敞开必须保证最小的夹紧变形装卸方便辅助时间应尽量短对小型零件或工序时间不长的零件可以考虑工作台上同时装夹工件进行加工以提高加工效率夹具结构应力求简单夹具应该便于与机床工作台及工作定位表面间的定位元件连接本次设计零件为轴类零件选择三个卡盘作为本零件的夹具刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一不仅影响机床的加工效率而且直接影响加工质量刀具选择总的原则既要求精度高强度大刚性好耐用度高又要求尺寸稳安装协调方便在满足加工条件的要求条件下尽量选择不同的刀具选择刀具时还应满足一下要求粗车时要选强度高耐用度好的刀具以便满足粗车时大背吃刀量大进给量的要求精车时要选精度高耐用度好的刀具以保证加工精度的要求为减少换刀时间和方便对刀应尽量采用机夹刀和机夹刀片选择的刀具如表所示工序号刀具号刀具名称刀具型号刀片型号牌号刀尖半径备注左偏刀切刀机床的选择数控机床的选择数控机床是一种高效的自动化加工设备它用数字信息来控制机床运动它包括数车数铣加工中心等而数控车床车削中心是一种高精度高效率的自动化机床它具有广泛的加工工艺性能可能可加工直线圆柱斜线圆柱圆弧和各种螺纹外螺纹内螺纹具有直线插外圆弧插补各种补偿功能并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效益选择数控机床时一般应考虑以下几个方面的问题数控机床主要规格的尺寸应与工作的轮廓尺寸相适应即小的工件应当选择小规格的机床加工而大的工件则选择大规格的机床加工做到设备的合理使用机床结构取决于机床规格尺寸加工工件的重要因素的影响机床的工作精度与工序要求的加工精度相适应根据零件的加工精度要求选择机床如精度要求低的精加工工序应选择精度低的机床精度要求高的精加工工序应选用精度高的机床机床的功率与刚度以及机动范围应与工序的性质最合适的切削用量相适应如粗加工工序去除的毛坯余量大就要求机床有大的功率和较好的刚度装夹方便夹具结构简单也是选择数控设备是需要考虑的一个因素选择采用卧式数控机床还是选择立式数控机床将直接影响所选择的夹具的结构和加工坐标系直接关系到数控编程的难易程度和数控加工的可靠性应当注意的是在选择数控机床时应充分利用数控设备的功能根据需要进行合理的开发以扩大数控机床的功能满足产品的需要然后根据所选择的数控机床进一步优化数控加工方案和工艺路线根据需要适当调整工序的内容选择加工机床首先要保证加工零件的技术要求能够加工出合格的零件其次要有利于提高生产效率降低生产成本选择加工机床一般要考虑到机床的结构载重功率行程和精度还应依据加工零件的材料技术动态要求和工艺复杂程度选用适宜经济的数控机床根据零件加工的需要选用系统的机床进行对零件的加工切削用量的选择背吃刀量的确定背吃刀量是根据余量确定的在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下尽可能选较大的被吃刀量以减少进给次数一般当毛坯直径余量小于时根据加工精度考虑是否留出精车和精车余量剩的余量可一次切除零件的精度要求较高时应留出半精车和精车余量一般为左右所留精车余量一般比普通车削时所留余量少常取该两件的精车余量为在编程中有具体的说明进给速度的准确度的确定进给速度是指单位时间内刀具沿进给方向移动的距离单位为确定进给速度的原则当工件的质量要求能够得到保证时为提高生产率可选较高以下的进给速度切断车削深孔或精车削时宜选择较低的进给速度刀具空行程特别是远距离回零时可以设定尽量高的进给速度进给速度应与主轴转速相一致进给速度包括轴向和径向进给速度其值按式计算试中进给速度单位为进给量单位为工件或刀具的转速单位为式中的进给量粗车时一般为精车时常取切断时取学院车间提供刀具以硬质合金刀为主注加工耐热钢及其合金时进给量应小于切削速度的高低主要取决于加工零件的精度材料刀具的材料和刀具的耐用度等因素主轴转速应根据允许的切削速度和工件的或刀具的直径来选择其计算机为式中为切削速度单位为由刀具的耐用度决定为主轴的转速单位为工件待加工表面的直径单位为计算的主轴转速最后要根据机床说明书选取机度有的较接近的转速总结根据实际情况车螺纹和切槽时主轴转速为粗精加工分别取和数控加工艺文件编写数控加工工艺文件是数控工艺设计的主要内容之一这些工艺文件既是数挖加工和产品验收依据也是操作者要遵守和执行的规程同时还是以后产品零件加工生产技术上的工艺资料的规程同时还是以后产品零件加工生产在技术上的工艺资料的积累和储备它是编程员在编制数控加工程序时做出的相关技术文件不同的数控机床和加工要求工艺文件的内容和格式有所不同因目前尚无统一的国家标准各企业可根据自身特点制定出相应的工艺文件工序号工序名称设备名称夹具背吃刀量全轴转速进给速度冷却液粗车零件外轮三个卡乳化液廓盘精车零件外轮廓三个卡盘乳化液表数控加工工艺卡片工序号工序名称主轴转进给量背吃刀量进给次数刀具名称粗零件外轮廓数控加工工艺分析零件图尺寸的标注方法零件图样上的尺寸标注既要满足设计要求又要便于加工满足设计要求的尺寸都是影响装配精度的尺寸要通过装配尺寸的健的分析来求注其余的尺寸而且是大多数尺寸测应按工艺要求标注具体有以下几个方面按照加工顺序标注尺寸避免多尺寸同时保证由定位基准或调整基准标注尺寸避免基准不重合误差由形状简单和易接近的轮廓要素为准标注尺寸避免尺寸换算构成零件的几何要素条件应完整准确几何要素的条件应完整准确在程序编制中编制人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素的关系因为构成零件轮廓的几何元素是编程中的重要依据无论哪点不明确或不确定编程都无法进行零件结构工艺性从整体上分析该零件主要有直线锥度圆弧螺纹切槽还有内孔等外形很复杂而且精度要求较高所以从工艺上和精度上考虑定位比较重要经多方面的考虑分析采用多次装夹完成按照基准面先加精零件外轮廓工先粗后精先面后孔先主后次的原则依次加工定位基准的确定定位基准和精准数控加工工艺路线的设计工序的划分在数控机床上加工的零件一般按工序集中原则划分工序划分方法有安装次数的划分工序按所分用刀具划分工序按粗精加工划分工序按加工部位划分工序进给路线的确定进给路线是刀具在整个加工工序中相对工件的运动轨迹不但包括了工步的内容而且也反映出工步的顺序进给路线是编写程序的依据之一在确定进给路线时主要遵循以下原则保证零件的加工精度和表面粗糙度使走刀路线最短减少刀具空行程时间提高工作效率最后轮廓一次走刀完成装夹方案的确定及夹具的选择在现实情况下装夹是个很难解决的问题如果没有找出正当主轴转动时工件摆动的使其无法加工为解决这个问题应在工件上加一个套圈来辅助找正保证顺利装夹零件的数控加工程序编制分析零件图制定工艺方案该零件材料为由于该零件是一种软性有色金属物质便于数控车削加工数学处理由于该零件是手工编程所以数字处理非常重要编程中的各个基点的坐标都是由图形查找的编写该零件的程度为毛坯定位定参考点右偏调用号刀主轴正转低速靠近工件轴靠近工件局部循环指令被吃刀量车顺圆弧车逆圆弧直线零件的数控加工输入程序效验该零件是用手工编程完成所以数控加工之前必须在数控车床上利用图形显示功能来进行多次的程序调试看走刀路线和模拟工件的切削过程对程度进行检验是否正确无误对刀建立工件坐标系在加工程序执行前调整每把刀的刀位点使其尽量重合于某一理想基准点这一过程称为对刀将夹具找正后装夹好工件建立工件坐标系所谓建立工件坐标系就是使刀具在机床中具有正确的位置关系由于该工件毛坯余量最小对刀仪自动对力所以在此我采用自动仪对刀也就是基准刀建立坐标系后在把另外的刀具与毛坯表面的关系由于该零件毛坯余量小对刀仪自动对刀坐标如图所示自动对刀分析误差及加工调整该零件对刀后发现零件的表面达不到要求表面粗糙度也有误差加工精度没有达到要求出现这些误差的原因可能是由于自己的操作不是很熟练对刀时没有到位机床的精度等影响到了最终零件的各种误差在找到了这些问题以后首先应该提高自己的操作能力再者要保证精确的对刀等等使零件加工后顷要求能够得到保证数控加工表面质量分析在加工遇到的加工情况现分析如下从刀具在零件上所留下有的刀痕分析粗加工时的表面质量要比精加工的质量要好主要的原因是由于车床转速未达到进给量大解决办法是提高主轴转速减少进给量对零件上所出现的尺寸误差主要原因是建刀补时出现的操作误差解决办法是提高建刀补的的准确度减法误差提高零件的尺寸精度滚珠丝杆螺母副的设计计算和选型滚珠丝杆螺母副的工作原理及特点组成丝杆螺母滚珠回滚珠换向器在丝杆和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽当他们合在一起的时候形成螺旋形的滚道螺母上有滚珠循环的通道它将几圈滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道并滚道内装满滚珠当丝杠旋转的时候滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动迫使螺母丝杆作轴向运动特点传动效率高摩擦损失小比常规的丝杆螺母副提高了倍因此功率消耗为常规丝杆螺母副的给予适当的预紧可以消除丝杠和螺母的螺纹间隙反向时可以消除空程死区定位高刚度好运动平稳无爬行现象传动精度高有可逆性直线运动可转换为旋转运动反之既丝杠和螺母都可作为主动件磨损比较小使用寿命长制造工艺复杂丝杠螺母的加工精度表面粗糙度要求很高故制作成本高不能自锁特别是对于垂直丝杠由于直垂的作用下降时切断传动不能立即停止运动故要增加制动刹车装置滚珠丝杠螺母副的循环方式外循环滚珠在循环时脱离滚道在循环滚道回珠管内这种结构制造工艺简单使用较广泛缺点滚道的接缝处很难做的平滑影响滚珠滚动的平稳性甚至发生还珠的现象噪声比较大内循环滚珠在循环过程中始终保持与丝杆接触主要使用反相器使滚珠保持循环反相器圆柱凸键反相器扁圆镶块反相器滚珠丝杆螺母副的间隙的消除保证反向轴向传动精度和螺母副的刚度双螺母双螺母消除法垫状调隙式螺纹调整式我们重点讲的是螺纹式调整方法调整端部的螺母使螺母产生轴向位移特点结构较紧凑工作可靠滚道磨损时可随时调整预紧量不很准确应用较普通计算进给牵引力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因而其数值大小和导轨的形式有关计算公式如下三角形综合导轨式中切削分力移动部件的重量导轨上的摩擦系数随导轨形式而不同轴套和轴架以及主轴的键上摩擦系数考虑颠覆力矩影响的实验系数在正常情况下及可取下列数值三角形或综合导轨上列摩擦系数均足指滑动导轨如果采用贴塑导轨滚动导轨静压导轨计算最大动负载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万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计算如下式中寿命以转为单位丝杆转速用以下公式计算最大切削力下的进给速度可取最高进给为滚珠丝杠导程为使用寿命对于数控车床取运转系数见表表运转系数运转状态运转系数无冲击运转一般运转有冲击运转从手册或样本的滚珠丝杆副的尺寸系列表中可以找出相应的额定动负载的滚珠丝杆副的尺寸结构类型选用时应使计算最大静负载式中滚珠丝杆的最大轴向负荷静态安全系数当一般运转时当有冲击或震动时选用相应的滚珠丝杆副的额定静载荷使传动效率计算滚珠丝杆螺母副的传动效率式中丝杠螺旋长开角摩擦角滚珠丝杆副的滚动摩擦系数其摩擦角约等于刚度计算滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性因此应考虑以下引起轴向变形的因素丝杆的拉伸或压缩变形量在总的变形量中占比较大可以用计算方法和查图表的方法决定计算法查图表法滚珠与螺纹滚道间歇接触变形此项在总变形量中也占比较大的比重当对丝杆有预紧力且预紧力为轴向最大负载的时之值可减少一半支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形一般可占的比重也较大不同类型的轴承的接触变形量可用不同的公式计算向心推力球轴承稳定性的验算产生失稳的临界负载可用下式计算表滚珠丝杆的支承方式系数方式一端固定一端自由两端简支端固定一端简支两端固定滚动导轨的计算和选型一滚动导轨的结构形成滚动导轨预紧方式的确定滚动导轨几何参数的确定滚动导轨承载能力计算滚动导轨的刚度验算塑料导轨的应用贴塑导轨由于其工艺较简单对原有滑动导轨不需作大的改动故普通机床数控化该装上应用较广泛深塑导轨进给伺服系统传动计算当机床脉冲当量滚珠丝杆导程确定以后可以先选步进电机的步距角用下式计算进给伺服系统的传动比式中脉冲当量步滚珠丝杆的基本导程步进电机的步距角在步进电机技术数据中以分数形式给出两个数计算出传动比以后再根据降速级数决定一对或两对齿轮的齿数模数和各项技术参数因进给伺服系统传递功率不大一般取模数为降速齿轮的齿数可计算和运取齿数齿轮各部分几何参数按表计算表齿轮几何参数名称计算公式单位齿数模数分度圆直径齿顶圆直径齿宽中心距齿根圆直径步进电机的计算与选用选用步进电机时必须首先根据机械结构草图计算机械传动装置及负载折算到电机轴上的等效传动惯量转动惯量计算电机力矩的计算步进电机的选择进给伺服系统机械部分的结构设计尽量减少普通车床数控化改造结构设计要求设计完整清楚的进给伺服机构装配图设计时注意装配图的工艺性要求标注清楚装配图的技术条件消除齿轮安装调整要方便经济型数控机床进给伺服系统设计计算根据我所选的一台普通车床改造成微机数控车床采用系列单片机控制系统步进电机开环控制具有直线和圆弧插补功能具有升降速控制功能其主要设计参数如下加工最大直径在床面上在床鞍上加工最大长度溜板及刀架垂刀纵向横向刀架快速进度纵向横向最大进给速度纵向横向主电机功率启动加速时间机床定位精度此机床进给伺服系统运动及动力计算如下选择脉冲当量根据机床标准精度要求确定脉冲当量纵向步横向步单位计算切削力纵车外圆主切削力按经验公式计算按切削力各合力比例槽切端面主切削力可取纵切的此时专刀抗力为吃刀抗力仍按上述比例粗略计算滚珠丝杆螺母副的计算和选型纵向进给丝杆计算进给牵引力纵向进给为综合型导轨式中考虑颠覆力矩影响的实验系数综合导轨取滑动导轨摩擦系数溜板及刀架垂力计算最大动负载式中滚珠丝杆导程初选最大切削力下的进给速度可取最高进给速度的此处为使用寿命按运转系数按一般运转取寿命以转为单位滚珠丝杆螺母副的选型查阅附录表可采用外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副列圈其额定动负载为精度等级按表选为级大致相当于老表准级传动效率计算式中螺旋升角摩擦角取滚动摩擦系数刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杆支承方式草图所示最大牵引力为支承间距丝杆螺母及轴承均进行预紧预紧力为最大轴向负荷的查图根据根据查出可算出由于两端均采用向心推力球轴承且丝杆上又进行了预拉伸故其拉压刚度可以提高倍其实际变形量为滚珠与螺纹滚道间接触变形查图系列列圈滚珠和螺纹滚道接触变形量因进行了预紧支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形采用推力球轴承滚动体直径滚动体数量注意此公式中单位应为因施加预紧力故根据以上计算定位精度稳定性校核滚珠丝杠两端推力轴承不会产生失稳现象不需作稳定性校核二横向进给牵引力横向导轨为燕尾形计算如下计算最大负载选择滚珠丝杆螺母副查阅附录表可采用列圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副其额定动负载为可满足要求精度等级选为级传动效率计算刚度验算横向进给丝杆支承方式如图所示最大牵引力为支承间距固丝杆长度较短不需预紧螺母及轴承预紧图横向进给丝杠计算草图计算如下丝杠的拉伸或压缩变形量查图根据查出可算出滚珠与螺纹滚道间接触变形查图因进行了预紧支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形采用推力球轴承考虑到进行了预紧故综合以上几项变形量之和显然此变形量已大于定位精度的要求应该采取相应的措施修改设计因横向溜板空间限制不宜再加大滚珠丝杠直径故采用贴塑导轨减小摩擦力从而减小最大牵引力重新计算如下从图查出当时和不变定位精度为故此变形量仍不能满足如果将滚珠丝杠再经过预拉伸刚度还可提高四倍则变形量可控制在要求的范围之内从上面计算过程可以看出设计的过程需经过反复修改参数反复计算才能达到满意的结果稳定性校核计算临界负载式中材料弹性模量钢截面惯性距丝杠为丝杠内径丝杆两支承端距离丝杠支承方式系数从表中查出一端固定一端间支一般三纵向及横向滚珠丝杠副几何参数其几何参数见几何参数表及滚珠丝杠几何参数螺纹滚道名称符号公称直径导程接触角钢球直径滚道半径偏心距螺纹升角螺螺纹外径杆螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹直径螺母内径齿轮传动比计算纵向进给齿轮箱传动比计算纵向进给脉冲当量滚珠丝杠导程初选步进电机步距角可计算出传动比可选空齿轮数为或横向进给齿轮箱传动计算以确定横向进给脉冲当量滚珠丝杠导程初选步进电机步距角可计算传动比考虑到结构上的原因不使大齿轮直径太大以免影响到横向溜板的有效行程故此处可采用两级齿轮降速因进给运动齿轮受力不大模数取有参数请参照表表传动齿轮几何参数齿数分度圆齿顶圆齿根圆齿宽中心距步进电机的计算和选型一纵向进给步进电机计算等效转动惯量计算计算简图见图传动系统折算到电机轴上的传动惯量转动惯量可由下式计算式中步进电机转子转动惯量齿轮的传动惯量滚珠丝杠转动惯量参考同类型机床初选反应式步进电机其转子转惯量代入上式考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题基本满足惯量匹配的要求电机转矩计算机床在不同加工情况下其所需的转矩不同下面分别按各阶段计算快速空载起动力矩起在快速空载起动阶段加速力矩占的比列较大具体计算公式如下将前面数据代入式中各符号意义同前起动加速时间折算到电机轴上的摩擦力距附加摩擦力矩上述之项合计快速移动时所需力矩快最大切削负载时所需力矩切从上面可以看出起快和切三种工况下以快速空载起动所需力矩最大以此项作为初选步进电机的依据从表查出当步进电机为五相十不知道时最大静力矩按此最大静转矩从表查出型最大静转矩为大于所需最大静转矩可作为初选型号但还必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率从表中查出型步进电机允许的最高空载起动频率为再从图图查出步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线如图所示从图看出当步进电机起动时起时远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩直接使用则会产生不知道现象所以必须采取升降速控制用软件实现将起动频率到时起动力矩可增高到然后再采用高低压驱动电器还可将步进电机输出力矩扩大一倍左右图型步进电机矩频特性当快速运动和切削进给时型步进电机运行矩频特性图可满足要求二横向进给步进电机计算和选型与纵向进给相同此处略设计绘制进给伺服系统机械装配图在完成运动反动力计算之后已经确定了滚珠丝杠螺母副步进电机规格型号以及齿轮齿数模数轴承型号之后就可以画机械装配图总结这次毕业设计让我系统地巩固了大专三年学习课程通过毕业设计使我更加了解了我院的系统车削数控机床从年月至月我们历时三个月的时间让我系统的巩固了如机械设施机械制图数控编程从零件产品的设计到加工在指导老师的带领下和组员认真分流让我完成了本次毕业设计总之这次毕业设计是我认真的结果也是我进入工作岗位的关键检验了我大专五年学习的成果毕业设计中的内容主要是讲述数控加工工艺过程及其程序编制方面等知识利用对零件图形的结构分析设计出适合其加工的工艺方案以达到生产要求提高生产效率数控加工工艺是工件在进行数控加工时的重要内容只要合理就可以保证其加工精度及其各项指标要求通过这次对零件图形进行加工及编制其说明书增加了不少专业方面的知识提高了动脑动用的能力这次毕业设计还很大的提高了我实践能力让我受益很多致谢本次毕业设计过程中编写毕业设计说明书及其零件的加工完成先要感谢带领我的指导老师刘天明方克文老师在毕业设计零件及其说明书编制过程中给予了耐心的指导并讲解了各项设计要领提出了宝贵的意见也要感谢曾经教过我的科任老师刘天明老师等他们的专业知识非常丰富是他们的精心指导才使我的毕业设计圆满完成同时也要感谢帮助了我的同学们和学院给了我一个自我总结的机会感谢各位老师的支持在这里我真心的感谢你们谢谢