数控技术毕业设计doc.docx

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毕业设计（论文）

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兰州职业技术学院

2011年8月16日

摘要

本设计主要是研究数控铣床编程与加工技术,数控技术已广泛应用在制造技术领域,此外,制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平.以便提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

本论文特别处理计算选择了各个部件,此外本文还主要对进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析进行了计算分析。

关键词数控技术进给系统滚珠丝杠驱动电机

Abstract

Thisprojectistostudythefeedtransmissionsystemofmultifunctionalmillingmachine.NumericalcontroltechnologyisusedwidlyinManufacturingtechnology.InadditionManufacturingtechnologyandequipingthemostbasicmeansofproductionthatarethatthemankindproducedtheactivity,andnumericalcontroltechnologyisnowadaysadvancedmanufacturingtechnologyandequipsthemostcentraltechnology.Nowadaysthemanufacturingindustryallaroundtheworldadoptsnumericalcontroltechnologyextensively,inordertoimprovemanufacturingcapacityandlevel.improvetheadaptivecapacityandcompetitivepowertothechangeablemarketofthetrendsDuringthepaperparticularlydealtwiththechoiceandcalculationofeverypartsCaculatetheinflexibilityoffeedtransmissionsystem.Analysetheerroroffeedtransmissionsystem.Junctionbetweendriveelectromotorandballscrew.Dynamicanalysisofdriveelectromotorandfeedtransmissionsystem.

Keywords:

numericalcontroltechnologyfeedtransmissionsystem.ballscrewdriveelectromotor.

第一章数控机床…………………………………………………………3

1.1绪论…………………………………………………3

1.1.1数控技术的简介…………………………………………………3

1.1.2数控技术的发展…………………………………………………4

1.1.3数控加工…………………………………………………4

1.1.4数控编程及其发展……………………………………………5

1.1.5数控机床的分类简介……………………………………………6

第二章加工中心…………………………………………………………7

2.1加工中心概述…………………………………………………………7

2.1.1加工中心特点……………………………………………………8

2.1.2加工中心的分类…………………………………………………9

2.1.3加工中心的发展趋势……………………………………………9

2.2MDH80卧式加工中心…………………………………………………10

2.2.1MDH80卧式加工中心简介………………………………………11

2.2.2MDH80卧式加工中心的结构及主要工作原理…………………12

2.2.3MDH80卧式加工中心的几个重要动作…………………………12

第三章数控加工工艺……………………………………………………16

3.1.1零件加工工艺分析…………………………………………16

3.1.2、加工工艺性分析…………………………………………16

3.1.3、确定工序和装夹方式…………………………………………16

3.1.5、确定加工顺序及走刀路线………………………………………16

3.1.6刀具选择…………………………………………16

3.1.7切削用量选择…………………………………………17

3.1.8 拟定数控切削加工工序………………………………………18

3.2.主要加工程序……………………………………………………18

3.3主要操作步骤………………………………………………22

第四章总结与展望………………………………………………………24

参考文献…………………………………………………………25

致谢…………………………………………………………26

第一章数控机床

1.1绪论

毕业设计是我们大学学习生活的很重要的一部分，是我们在校学习的最后的一个环节，是评价我们是否是一个合格的大学生的一个很重要的标准，因此在做毕业设计时，我都是怀着很重视的态度去做的。

在刚接到要做毕业设计的任务，我一下子感到无从下手，我们从没有做过这样的任务，经过几天的调查研究，我发现数控加工是机电行业一门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。

它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。

随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。

同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。

随着改革开放深入发展，全国特别是国有大中型企业及三资企业，在生产中都广泛地应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。

由于市场竞争日益激烈，从而导致对专业人才的大量需求。

随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区（如广东，浙江、江苏、山东），数控人才更是供不应求，所以我觉得数控行业有着十分广阔的前景，所以就有试着做这方面设计的念头，又因为我们在校时也开了这方面的课程，我对数控的编程又有一定的了解，就选择典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计这个课题。

要成为数控编程员就要具备：

掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握机械的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD／CAM软件，如uc、ProE等；熟练掌握数控手工和自动编程等技术；这样的高的要求就更能考察我们的综合知识掌握的怎么样，所以我愿意接受这个任务，来自我检验一下自己是否合格一个的大学生。

经过两个多月的准备，我的毕业设计终于告以段落，两个多月的忙碌对我来说有着丰富的收获，我学到了很多，我学会了如何与同学、老师的沟通，学会了与同学配合完成任务，学会了如何利用图书、网络搜集信息等等。

1.1.1数控技术的简介

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术，通过用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。

数控技术是制造业信息化的重要组成部分。

数控装备是指应用数控技术对工作机械的工作过程进行控制的装备。

它是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴产业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：

（1）机械制造技术；

（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。

其特点是高精度、高效率、高柔性和高超的信息处理和传输能力。

当前，我国社会经济飞速发展使得中国制造技术正在发生日新月异的变化。

但是，中国目前只是非创新产品的制造大国，靠劳动力、价格、资源和非竞争性的比较优势，在低端产品上世界上占有一席之地。

中国的制造业一定要掌握现金的数控技术应用，实现从低端到高端，从初级产品加工到高精尖产品实现，实现从中国制造到中国创造，从制造大国到制造强国的转变。

1.1.2数控技术的发展

数控技术的发展是由数控机床为依托的，而数控机床的发展先后经历了电子管，晶体管，小规模集成电路，大规模集成电路及小型计算机和微处理机等五代数控系统，前三代系统采用专用电子线路实现的硬件式数控系统，一般称为普通数控系统，简称NC，第四代和第五代系统采用微处理器及大规模或超大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称CNC（第四代）和MNC（第五代）。

自动编程系统的发展始于上世纪50年代后期，由美国首先研制成功APT系统，由于它具有语言直观易懂，制带快捷，加工精度高等优点，很快称为广泛的使用的自动编程系统。

到上世纪60年代和70年代，又先后发展了APT3和APT4系统。

自动化生产系统的发展随着CNC技术，信息技术，网络技术以及系统工程学的发展，为单机数控化向计算机控制的多机制造系统自动化发展创造了必要的条件，在上世纪60年代末期出现了由一台计算机直接管理和控制一群数控机床的计算机群控系统，即直接控制系统DNC，1967年出现了由多台数控机床连接成可调加工系统，这就是最初的柔性制造系统FMS，近十年来，FMS发展迅速，在1989年第八届欧洲国际机床展览会上，展出的FMS就超过了200条。

我过也已开始在这方面的探索与研究，并取得可喜的成果，已有一些FMS和CIMS成功地用于生产。

1.1.3数控加工

数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件——机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理，然后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件，所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。

1.1.4数控编程及其发展

数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。

在机床上加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的开与关、变速、换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质上；最后输入到书空机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。

因此，把从零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。

数控编程一般分为手工编程和自动编程两种，下面分别介绍：

（1）手工编程

手工编程是指程序编制的整个过程步骤几乎全部是由日人工来完成的。

对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错的机会较少，这时用手工编程即及时又经济，因而手工编程仍被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。

但是工件复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等表面，或工件加工程序比较长的，使用手工编程将十分烦琐、费时，而且容易出现错误，常会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况，影响数控机床的开动率，此时必须用自动编程的方法编制程序。

（2）自动编程

自动编程有两种：

APT软件编程和CAM软件编程。

APT软件是利用计算机和相应的处理程序后置处理程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。

在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工方案外，（有些自动编程系统能自动确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序检验等各项工作均由计算机自动完成。

编写人员只需根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序送入计算机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕显示模拟加工过程并及时修改，直至自动输出数据加工纸带，或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。

CAM软件是将加工零件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计算前置处理，在屏幕上形成加工轨迹及时修改，再通过后置处理形式加工程序输入数控机床进行加工。

自动编程的出现使得一些计算烦琐手工编写很困难的或手工无法编出的程序都能实现。

本设计根据零件的具体加工位置和零件的工艺特点，可以选择手工编程，也可以利用计算机进行自动编程。

1.1.5数控机床的分类简介

一、按加工工艺方法分类

1．金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。

尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，但具有较高的生产率和自动化程度。

2．特种加工类数控机床

除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。

图1.1线切割数控机床

3．板材加工类数控机床

常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。

二、按控制运动轨迹分类

1．点位控制数控机床

点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。

2．直线控制数控机床

直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。

如数控镗铣床、加工中心等机床。

3．轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。

常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。

三、按驱动装置的特点分类

1．开环控制数控机床

这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。

2．闭环控制数控机床

闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。

3．半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。

第二章加工中心

2.1加工中心概述

加工中心机床又称多工序自动换刀（ATC）数控机床，它主要是指具有自动换刀及自动改变工件加工位置功能的数控机床，能对需要做镗孔，铰孔，攻螺纹，铣削等作业的工件进行多工序的自动加工。

2.1.1加工中心的特点

加工中心机床的基本特征如下：

1.具有至少三个轴的点位/直线切削控制能力

2.具有自动换刀装置

3.具有分度工作台和数控转台

4.除自动换刀功能外，加工中心机床具有选择各种进给速度和主轴转速的能力及各种辅助功能，以保证加工过程的自动化进程。

5.加工中心工件的装夹工具有多种，可分为一下几类：

1万能通用夹具。

如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。

2专用性夹具。

为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。

如图3就是加工中心箱体零件专用夹具。

3可调夹具。

可以更换或调整元件的专用夹具。

4组合夹具。

由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。

加工中心机床将零件的加工的各分散工序集中在一起，在一次装夹后进行多工序的连续加工，从而提高了加工精度和加工效率，缩短了生产周期，降低了生产成本，也减少了占地面积。

加工中心机床对车间和加工工厂的计划调度以及管理也起了促进作用。

此外，加工中心机床解决了刀具问题并具有高度自动化的多工序管理，它是构成柔性制造系统的重要单元。

2.1.2加工中心的分类

加工中心机床有较多的种类，一般按一下几种方式分类：

1.按加工范围分类常见的有：

车削加工中心，钻削加工中心，镗铣加工中心，磨削加工中心，电火花加工中心等。

一般镗铣类加工中心简称加工中心。

其余的都有前面定语

2.按机床结构分类立式加工中心，卧式加工中心和五面加工中心；加工中心和柔性制造单元。

3.按数控系统分类有2坐标加工中心，3坐标加工中心和多坐标加工中心；有半闭环加工中心和全闭环加工中心。

4.按精度分类可分为普通加工中心和精密加工中心。

2.1.3加工中心的发展趋势

加工中心的发展趋势总的来说，是高速化，精度提高和辅助完善的功能。

1.高速化加工中心的高速化，是指主轴转速，进给速度，自动换刀和自动交换工作台的高速化。

（1）主轴转速的高速化实现主轴转速的超高速，主要采取以下措施：

1）选用陶瓷轴承陶瓷轴承是指轴承滚动体是用陶瓷材料构成，而内外圈则用轴承钢制成。

陶瓷材料喂SiN34。

它的特点是：

重量轻，是轴承钢的40%；热膨胀率低，是轴承钢的25%；弹性模量大，是轴承钢的1.5倍。

2）主轴轴承采用预紧量可调装置以往预紧主轴轴承的方式是固定预紧量式的，结果由于轴承滚动体离心力的影响，主轴在低速区和高速区的刚性有差异，影响主轴在全转速范围内的稳定切削，为解决这一问题，就研制出了随转速而自动改变轴承预紧量的结构。

3）改进主轴轴承润滑，冷却方式主要采用：

油气润滑方式和喷注润滑。

（2）进给速度的高速化进给速度的高速化是指快移速度的高速化和切削速度的高速化,包括：

快速移动速度，切削进给速度，自动换刀速度和自动托盘交换装置的高速化等。

这些方面的高速化都大大提高了加工中心的工作效率。

2.进一步提高精度

加工中心的主要精度指标是它的运动精度指标。

这一精度指标，近年来有了不小的提高，其中精密加工中心精度指标的提高尤为明显。

所谓加工中心的运动精度，主要以坐标定位精度，重复定位精度以及铣园精度来表示。

普通加工中心：

坐标定位精度，从开始的±0.02mm/全行程提高到±0.005/全行程。

重复定位精度，从原来的±0.01mm提高到±0.002mm

铣圆精度，铣直径200mm圆时，圆度由原来的0.03-0.04mm提高到0.02mm。

精密加工中心：

坐标定位精度从原来的±5μm/全行程，提高到现在的±1.5-3μm/全行程。

实际达到的最高精度为±0.9μm/全行程。

重复定位精度从原来的±0.2μm，提高到现在的±1μm。

圆弧插补铣直径200mm圆时，圆度达到0.008-0.01mm。

3.功能更加完善

（1）越来越完善的自诊断功能，例如：

位置检测传感器，刀具破损检测装置，切削异常检测功能等。

（2）加工中心的复合化趋势出现了五面加工中心，加工中心车削复合机，切削电加工复合中心等。

（3）功能更完善的数控装置包括：

全数字伺服系统，高效的数控装置，MAP（机床自动加工的生产协议）的使用，柔性制造系统技术的高级化发展。

2.2MDH80卧式加工中心

图2.2MDH80卧式加工中心

2.2.1MDH80卧式加工中心简介

MDH—80卧式加工中心是大连机床（DMTG）引进日本大坂机工（OKK）技术开发生产的具有国内领先水平，国际先进水平的卧式加工中心之一，该机床广泛适用于军工、航天、汽车、模具、机械制造等行业的箱体零件、壳体零件、盘类零件、异形零件的加工，零件经一次装夹可自动完成四个面的铣、镗、钻、扩、铰、攻丝的多工序加工。

机床特点

1、 加工范围大，X、Y、Z行程：

1400、1100、1050；

2、采用带保持架的直线滚动导轨使导轨寿命提高2.4倍；

3、 采用内部两档变速的高速电主轴保证机床高、低速的加工性能及高速加工；

4、用先进的高精度中空冷却丝杠技术提高机床加工精度；

5、用先进的温度补偿技术提高加工精度；

6、机床45m/min的快速移动速度缩短了加工时间，提高加工效率；

7、 机床的机械手在换刀过程中将主轴松、拉刀通过凸轮连动实现快速换刀（换刀时间：

2.5秒）；

8、 工作台交换的全过程也采用两组凸轮连续运动实现快速交换（交换时间：

12.5秒）；

9、 机床体为整体铸件，机床在设计过程中通过有限元分析使结构更加合理，该机床整机重达24.5吨说明机床高刚性；

10、先进的FANUC18i数控系统；

2.2.2MDH80卧式加工中心的结构及主要工作原理

MDH80卧式加工中心是由：

FANUC数控系统装置，伺服系统，大型功率稳压器，ATC自动换刀系统，工作台自动转换系统装置等组成的。

主要工作原理：

信息进入数控装置以后，经过处理和运算转变为脉冲信号，这些信号有的送到机床伺服系统，驱动机床有关零部件，使机床产生相应运动，有的送到可编程序控制器中控制机床的其他辅助动作，实现刀具自动更换。

图2.4数控装置原理图

2.2.3MDH80卧式加工中心的几个重要动作

一.主轴正反转

零件加工的程序指令中，M03指主轴正转，M04指主轴反转，M05指主轴停，而机床是如何实现这一控制的呢？

当输入指令M03时，这个信息会传递给数控装置，而数控装置是和计算机一样的，会计算和处理信息，并且将信息转化为脉冲信号，此时脉冲信号会通过信号线传送给可编程控制器（PLC），下图为主轴正反转PLC控制程序图：

图2.5主轴正反转PLC程序图

I/O分配表：

输入X0：

停止按钮输出Y1：

主轴正转接触器KM1

X1：

正转按钮Y2：

主轴反转接触器KM2

X2：

反转按钮

M03的脉冲信号到达X1时，X1启动，进而Y1接通，与X1形成自锁，接触器KM1动作，主轴正转，直到下一个脉冲信号输入前，持续动作；

当M04的脉冲信号到达X2时，X2启动，，进而Y2接通，与X2形成自锁，接触器KM2动作，主轴反转，直到下一个脉冲信号输入前，持续动作；

当M05的脉冲信号到达时，X0接通，从而将之前的信号切断，则主轴停。

二.MDH80卧式加工中心的ATC手动作

自动换刀系统是由机械手和机械臂组成的，机械手主要是在主轴侧动作，完成插刀和拔刀，而机械臂则重要在到库侧动作，完成插刀和拔刀，如果刀具要放回刀库，则由机械手在主轴侧拔刀，然后传递给机械臂，再由机械臂把刀具放回，取刀同理；而有的加工中心没有机械臂，直接由机械手完成刀库和主轴两侧的动作，前提是，刀库必须离主轴有较