普通立式铣床进给机构的数控化改造.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流普通立式铣床进给机构的数控化改造密 级：毕业设计(论文)普通立式铣床进给机构的数控化改造NUMERICAL CONTROL REFORM OF FEED MECHANISM FOR ORDINARY VERTICAL MILLING MACHINE学生姓名班 级学院名称专业名称指导教师.精品文档. 图书分类号：X学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日XXX学位论文版权协议书本人完全了解XXX关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归XXX所拥有。XXX有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。XXX可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要数控铣床作为当代制造业的重要基础,近几年来数控铣床发展十分迅猛。数控铣床在工业生产中的运用的增强,改造技术也越来越先进。当然改进工作仍然存在一些不足,我的课题内容就是对普通立式铣床的进给系统进行改进。我所研究的是老式铣床的进给系统的革新,提高加工的零件精度。我的毕业课题研究的内容是对老式立式数控铣床的X/Y（横向/纵向）向进给系统进行了研究与设计。首先是确定主要方案,对老式立式数控铣床的重要部分进行选择和计算,主要包括选择步进电机和滚珠丝杠; 然后对整体铣削里的计算和滚珠丝杆所受的平均轴向载荷的计算来选择滚珠丝杆和滚珠丝杆副的选择。关键词：立式数控铣床；滚珠丝杠；X/Y向进给系统AbstractNumerical control milling machine is the important basis of modern manufacturing industry. In recent years, the development of CNC milling machine is very rapid. The application of numerical control milling machine in industrial production is enhanced, and the technology of transformation is advanced. Of course, there are still some deficiencies in the improvement of the work, the subject of which is to improve the feed system of ordinary vertical milling machine. I studied the reform of the feeding system of the old milling machine, and the accuracy of the parts was improved.The contents of my graduation thesis is x / y of the old vertical CNC milling machine (horizontal / vertical) to the feed system of research and design. First determine the main scheme, on the old vertical CNC milling machine is an important part of selection and calculation, including the stepper motor and ball screw selection; and the calculation of the average axial loads on the whole milling in the calculation and the ball screw rod to choose ball screw rod and the ball screw rod side choice.Keywords ： Vertical CNC milling machine；Ball screw；X/Y to the feed system目录摘要1Abstract2目录31绪论41.1背景及意义41.2数控铣床的组成和特点51.3国内数控铣床的研究近况51.4数控铣床的发展趋势61.5论文研究内容72.总体方案的确定72.1实现目标72.2 X5032铣床的参数82.3X/Y进给系统的方案设计83进给系统的设计103.1进给系统的基本要求103.2纵向方向（X轴）的设计113.2.1纵向步进电机选择和计算113.2.2丝杠设计163.2.3齿轮设计223.2.4轴的设计243.2.5键的选择283.2.6轴承的选择28结论34致谢36参考文献371绪论1.1背景及意义对于发展迅猛的这些年,好多欧美发达国家的机床经历了翻天覆地的变化,它们不仅致力于研究高科技的机床,制造高科技的机床,并且还十分看重于老式机床的数控化革新,世界上普通机床占有很大的比重,全部淘汰是一种非常浪费的现象,如果经历了数控化改造,这样不仅可以发挥旧机床的作用,还能节省很大一笔资金,这对世界经济的发展大有益处。这样看来,机床再生业是一个非常重要的产业,那么机床改造中最重要的设计环节将成为机床改造业的中流砥柱,重中之重。因此,才有了我的课题存在的意义。我的课题是普通立式铣床的进给机构的改造,对于我的这个课题,我觉得普通立式铣床在今后的应用中将会有很大的提升，这是一个实践性很强的课题,这需要我深入车间,通过毕业设计我发现自己身上还有很多不足之处。平时只注重课本上的知识,以为这样就足够了，事实上差的还很多很多。数控铣床有很多优点实际操作,完整分析机床运动过程,以此为起点了解其中的不足,对这些机床进行改造,让它们去除老式机床的弊端,拥有数控机床的高效、精准等优点,利用很多闲置的老式机床,把它们变成效率高,准确度高而且功能多的数控机床,为经济发展节省成本。这些年,我们国家对老式机床的数控化改造技术得到了飞速的发展,但毕竟时间不长,而且技术落后,和欧美一些老牌国家相比,我们的水平还相当低,这将直接影响中国开展制造业的宏伟蓝图。而且生产的产品质量不如拥有精准数控机床的欧美国家,生产成本也会高于它们,这对中国工业跻身世界之巅造成了毁灭性的打击,为了加快改造的进程,提高制造的水平,数控化改造技术必须作为国家工业发展的龙头项目。这样才会避免出现头疼医头,脚疼医脚的发展情况。老式机床的数控化改造就是要结合生产需要,联合我们国家的国情,在经济尚未发达之前，只要在满足其所需的功能的,我们要减少改造成本。价格合适、性价比高是数控化改造的初衷和特点,特别适合在老式机床拥有很大的比重的生产第一线推广,这可以为企业带来很高的收益,提高企业的竞争力。企业通过数控化改造之后,可以将老式机床改造成拥有功能多,效率高的机床,企业将增加产品的数量和提高产品的品质,这样看来,老式机床的数控化革新已经是大势所趋，众望所归,企业也要顺应时代,及时转变,唯有这样,企业好能提高竞争力,在竞争激烈的制造业谋求一席之地。这些年中国的发展是外国人不敢想象的。1.2数控铣床的组成和特点如今市面上存在着各式各样的铣床，每种铣床之间存在着很大的差异，当然也有一定的相同的地方。车床的床身在内部的布局非常合理,这让机床的床身拥有很好的刚性, 数控铣床可以加工老式铣床无法加工的零件包括一些数学模型描述的和三维空间的零件。数控铣床比老式铣床的生产效率高,易于加工异型复杂零件；可以实现一机多用，多级看管，这样在同等的时间里提高生产效率,数控铣床可以生产更多的产品,这样便可以降低生产成本。数控铣床不像老式铣床一样需要使用专用夹具,改换工件时只需要调用贮存在装置中的顺序和数据便能加工其它的工件,这样节省了好多更换夹具的时间,也可以大大减少工人劳动强度，减少所需工人数量，以此来提高生产效率，为经济发展节省成本。1.3国内数控铣床的研究近况我们国家的数控机床发展史大概可分为两个大阶段。1958年开始,这一阶段中国对数控机床的认识还非常有限,尤其是欧美国家对中国技术的保密,让中国经历了非常困难的时刻,中国只能盲人摸象的研究数控机床,中国在数控方面的人才更是屈指可数,且水平有限,再加上中国的研究配套实施简陋,基础不完备,这对中国研究数控机床都是非常困难的,中国在数控机床方面在这一时期挣扎了很长时间,研究了好久,制造出的机床却无法使用,最终这一项目夭折。这一时期研究失败虽然有很大原因是客观上的,但是研究人员也存在一定的失误,比如盲目性大,没有明确目标。到了1974年,中国经过了很长时间的蛰伏,终于在这一时期迎来了发展的第二阶段,这一阶段,中国打破了欧美国家对中国技术的封锁,先后从日、德、美的发达国家引进了数控技术,中国也开始转变研究策略,开始和日、德、美等发达国家合作生产,在这一阶段,中国积累了外国丰富的数控技术,在总结了自己不足的同时吸取了欧美国家在数控技术方面失败的教训,解决了稳定性和可靠性等问题,中国的数控机床开始使用,经过了这20多年发展,数控机床技术有了极大的进步,无论是产品的种类,产品的数量,还是技术水平,加工功能都比建国以来发生了翻天覆地的变化。为中国制造业的发展尊定了基础。前段时间有统计表明,我国市场上可以买到的机床高达1500多种,无论各个品种种类,几乎覆盖了所有,这也说明了中国机床的发展。但是不能盲目乐观，时至今日,关键核心技术依然是制约中国数控技术发展的瓶颈,中国还是没能掌握这种核心技术。中国还是没有做到独立发展,正是没有在技术上的创新,中国还是在走仿制的老路,欧美等国外老牌数控机床强国都非常注重技术上的创新,而中国在这方面做的却远远不够,我们国家走了几十年的仿制路线,只重视对国外技术的引进,然后照着葫芦画瓢,没有吸收消化的问题非常多。中国和欧美等发达国家的数控技术存在很大差异,中国缺少外国独立的研究方法指导,严重缺少各个方面的技术精英,虽然中国在研究方面投入巨大,人员投入众多,但基本上都是孤军作战,形成不了有效的战斗力。总结起来,第一要培养高素质人才,人才是科技进步的基础,只有人才才能推动科技的进步。美国正是因为在全世界找技术人才,为这些人才提供优越的待遇和研究环境,而这些人才也为美国科技发展提供了巨大的力量,因此,美国在技术领域是其他国家不可比拟的。其次是运用正确的方法,不在像第一阶段自己蛮干,而是转变方式,在经验上和技术上有了积累,在研究起数控机床就要比以前容易。即使是这样,在对关键技术的研究和掌握方面还是比较差,技术的吸收消化和创新也不好。在中国,花费1美元来引进美国的高科技技术,只会花费0.2美元来消化吸收引进的高科技技术,韩国却要花费好几倍的代价来吸收消化引进的技术。韩国如此重视技术的吸收消化和创新,因此,它才能在自己国家资源如此有限的情况下经济发展迅速,因此才造成了我们国家和欧美国家在数控机床方面有如此大的差距，还要不断加强消化吸收也创新。1.4数控铣床的发展趋势数控铣床从结构上看大概经历了三个阶段,为轻型、小型、和大型。相对应的种类也非常多。美国成功实现了数控铣床的三轴联动,这是数控铣床发展史上的里程碑事件,因为美国在数控铣床方面的重大进展,各个国家也开始纷纷效仿,60年代初,世界上的其他工业强国,比如日本和德国也开始陆陆续续研究数控铣床,也正是这两个国家顺应了时代的趋势,在数控铣床方面取得了非凡成就。为他们以后成为世界强国打下了坚实基础,也可以说,如果日本和德国没有发展数控技术,他们今天不会如此强大。目前在众多数控铣床的强国之中,德国是其中数控铣床发展水平最高的国家,它代表了当今数控技术最高的代表。相比中国数控铣床来看,功能都较为单一,还不能生产出像德国一样生产一款五轴联动的控制系统的的切割工具,在技术层面和德国一比,中国便显得相形见绌了。欧洲、日本、美国等大国都代表了世界上先进数控机床的水平,这些国家的一些生产厂商开始利用功能丰富的软件开发技术更加先进的数控系统,随着研究的深入和投入的巨大,更高水平的数控技术的数控机床将会应运而生,中国如果现在还不奋起直追,迎头赶上,那么将会被欧美等国家更远的甩在身后。数控机床的优点众多,稳定性高,加工质量稳定和生产效率高都是它的显著优点,但数控机床在生产上也受到了一定的限制,那就是数控机床价格昂贵,一些小企业如果想更新数控设备,前期的投资是十分巨大的,这样不仅不会浪费众多老式机床,还可以为企业省下一比巨款。这样看来普通铣床的数控改造产业还有很大的发展空间,它也符合我国的国情,就目前而言,我们国家的经济水平较低、教育水平较低、生产水平较低。随着市场经济的不断发展,因此,大费周章的一次性更新完毕浪费太大,不如数控化改造要合适。1.5论文研究内容我所研究的是老式普通立式铣床进行数控化改造。我的课题的研究方向包括数控铣床的运动系统,进给系统,在这里我主要研究X/Y方向进给系统。据估计,和购买新的数控机床相比,数控化改造大概可以节省3/54/5的费用,可见改造费用和购买费用比起来如此之低,这也是数控化革新存在的意义。就像大型机床,改造时间短，而且经过改造后的数控机床大大减少了工人的工作力度,而且操作简单,精确度高,缩短了加工成本,提高了加工数量和质量,这为企业带来了不菲的收入。而且数控化改造周期短,这样企业可以根据市场的需要来调整机床的种类,更好的迎合市场,为企业在市场上提高了竞争力。2.总体方案的确定结论历经三个月的时候,终于完成了毕业设计,我也通过毕业设计深深地明白了自己的不足,因为之前没有做过,所以刚一上手竟然不知所措,我也深感惭愧,懊恼自己这四年间浪费了太多的时间。自己都没有把该学的知识学会学精,只是井底之蛙。这次也让我明白了理论和实际联系起来的重要性,一味的只知道课本知识也是不够的,需要自己深入车间,研究铣床,遇到困难,要学习利用手中的资源,去图书馆查资料,和老师沟通,这样才能更好的解决问题,我相信这次毕业设计为我提供了一个很好的经验呢。对于我的这个设计课题,我觉得普通立式铣床在今后的应用中将会有很大的提升,数控铣床有很多优点。通过毕业设计我才发现自己身上还有很多不足之处。平时只知道课本上的知识,以为这样就足够了,现在科技发展迅猛,新的科技技术也不断更新。我所研究的是老式铣床数控化改造中的运动系统,尤其是纵向(X)、横向(Y)进给系统。提高加工零件的精度和机床的功能是我研究的目的。因此,我通过对立式铣床的进给机构的数控化改造来了解和掌握老式机床的进给机构的改造,以此来提高老式机床纵向、横向、垂直方向的加工精度。首先在进给机构的改造过程中，要考虑的就是电机问题，数控化改造并不需要机床的各项功能达到最好，只是在经济利益为前提的基础上，要求数控化改造之后的老式普通铣床可以满足我们对加工技术的要求，因此，所有的改造都要考虑到成本问题，步进电机能够数字脉冲的数据转移工具，步进电机是机床设备的重要原件，它也以为就有惯量低，定位精度准确，操作简单等优势，所以在我看到的资料中显示，步进电机是好多厂家和科研人员选择进行老式普通立式铣床数控化改造都会选择的零件。当选择一个步进电机，步进电机必须首先确保电力生产大于电力负荷，只有满足这个最基本的条件后，我们的工作才有继续进行下去的可能。在确定好电机的型号后，我的想法是通过齿轮传动，我查阅了大量的资料，发现传动方案大概有齿轮传动、链传动、带传动，虽然各种传动都有各自的优点，但是齿轮传动适用于调速范围大的机械，而我们研究的铣床正是调速范围大的机械，所以我选择了齿轮传动。丝杠的选择和设计应该是这个设计中的重点,在确定好齿轮和轴之后，我开始翻阅资料，链接齿轮和轴，齿轮和轴发现有很多的联系方式，并都有有自己的优势，我又查看了其他的一些机床的齿轮和轴的连接方式，发现最常见的还是平键连接，因为它结构简单，拆卸方便，所以这完全符合机床数控化改造的经济性的要求和功能性的要求。滚动轴承在现代机械产业已经应用非常广泛，它作为运动元件的主要支撑方式，在机械系统中占据着非常重要的地位，而且现在滚动轴承已经开始变得标准化，因此我们并不需要专门设计，只要根据尺寸进行选择型号，这可以为我们节省大量的时间和金钱，而且在减少成本的同时，滚动轴承并没有减少我们对零件的要求，滚动轴承不仅启动时的力矩小、精度高，而且还安装方便。这些年我们国家的经济得到了很快的发展,其中制造业贡献了很大的作用,在全国经济的发展中具有举足轻重的地位,随着国家对制造业的重视,我国对制造业加大了投资力度,随着这些年的不懈努力,无论是产品的种类,产品的数量,还是技术水平,加工功能都比建国以来翻天覆地的变化,尤其是这些年欧美国家对中国技术的保密,期初让中国经历非常困难的时刻,但是随着时间的推移,高科技技术人员的不懈努力,我国终于在一些关键领域的技术取得了重要进展,这也是为什么这些年中国的发展是外国人不敢想象的。前段时间有统计表明,我国市场上可以买到的机床高达1500多种,无论各个品种种类,几乎覆盖了所有,这也说明了中国机床的发展,标志着中国进入到了制造业大国的行列。美国在数控铣床方面的重大进展,各个国家也开始纷纷效仿,60年代初,世界上的其他工业强国,比如日本和德国也开始陆陆续续研究数控铣床,也正是这两个国家顺应了时代的趋势,在数控铣床方面取得了非凡成就,为他们以后成为世界强国打下了坚实基础,也可以说,如果日本和德国没有发展数控技术,他们今天不会如此强大。美国正是因为在全世界找技术人才,为这些人才提供优越的待遇和研究环境,而这些人才也未美国科技发展提供了巨大的力量,因此,美国在技术领域是其他国家不可比拟的。美等国家正是因为这套模式的成熟,数控技术才会发展迅速,然而在我们国家,这种产学研模式并未建立,因此,技术人员无法整合资源,无法发挥产业和资源的优势,形成有效的力量攻克难关,创新技术。致谢参考文献1.李善术. 数控机床及其应用M.北京：机械工业出版社,20012.数控铣床设计M.北京： 中国人民大学出版社,20003.李佳·数控机床及其应用M·北京：清华大学出版社，20034.王爱玲，白恩远·现代数控机床M·北京：国防工业出版社，20035.刘朝儒·高政一.机械制图M.北京：高等教育出版社,20006.罗永顺·机床数控化改造技术M·北京：机械工业出版社，20077 .郑得星，张华，翟春荣·X6152铣床数控化改造J·机床与液压，2005，（3）：193-1958 .文怀兴，夏田，孙波.立式数控铣床设计M.北京：化学工业出版社，2006：5-8，109 .韩鸿鸾，荣维芝·数控机床的结构与维修M·北京：机械工业出版社,199310 .林宋·现代数控机床M·北京：化学工业出版社,200311 .王爱玲·现代数控机床结构与设计M·北京：兵器工业出版社，199912 .程志红·机械设计M·南京：东南大学出版社，200613 .陈艳红·X52K铣床数控化改造J·机电一体化2002，（6）:83-8414.SharifUddin,SoichiIbaraki,AtsushiMatsubara,TetsuyaMatsushit· Prediction and compensation of machining geometric errors of five-axis machining centers with kinematic errorsJ.Kyoto University, 2009 ,(33): 19420115.Fu-Chen Chen , Hong-Sen Yan·Configuration synthesis of machining centres with tool change mechanismsJ. Chang Gung University,1999 (39): 273295