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數(shù)控車床主傳動及進給傳動系統(tǒng)設計
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畢業(yè)設計(論文)開題報告
課題名稱 車削中心主傳動及進給傳動系統(tǒng)設計
學 院
專 業(yè)
班 級
學 號
姓 名
指導教師
定稿日期: 年3 月 1日
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數(shù)控車床主傳動及進給傳動系統(tǒng)設計
1 選題目的及意義
數(shù)控機床是一種高科技的機電一體化產品,是綜合應用計算機技術、精密測量及現(xiàn)在機械制造技術等各種先進技術相結合的產物。數(shù)控機床作為實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)和未來工廠自動化的基礎已成為現(xiàn)在制造技術中不可缺少的生產手段,是機電一體化技術的重要組成部分。隨著科學技術的迅速發(fā)展,數(shù)控技術的應用范圍日益擴大。數(shù)控機床已成為現(xiàn)在機械制造業(yè)中的主要技術裝備。
機床是工業(yè)之母,它的技術含量的高低直接影響著產品質量的高低。隨著產品質量的精密化、個性化,產品品種的多樣化,這對機床設備的要求越來越高!當前我國正在大力發(fā)展先進制造和振興裝備制造業(yè),我們看到當前在越來越多的企業(yè)采用數(shù)控設備,在此可見此題的時代意義!同時它涉及多門機械課程,可以說此次設計是對過去四年學習的檢驗和提高!通過此次設計能夠提高個人的專業(yè)素質和培養(yǎng)同學們的團體協(xié)作精神!此次結合實際分工做主傳動系統(tǒng)設計,我們知道此部分在整個系統(tǒng)中有著重要的作用,它的精確性、可靠性直接決定著數(shù)控車床的精確性、可靠性;同時此部分在設計過程中要求作者有著良好的專業(yè)功底和求實精神;總之此選題具有一定實際可操作性和實際意義!
2 (文獻綜述)國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
20世紀50年代初第一臺數(shù)控機床的出現(xiàn),使制造技術的發(fā)展出現(xiàn)了日新月異的局面。特別是近20年來,隨著計算機技術、信息技術和微電子技術等高新技術的發(fā)展,制造業(yè)也發(fā)生了革命性的變化。數(shù)控技術正在朝著高精度、高速度、高柔性、高可靠性以及復合化的方向發(fā)展。當前數(shù)控技術在德國和日本發(fā)展相當順利,無論在理論還是實踐應用都處于領先水平,然而我國比他們有相當大的差距,國內數(shù)控設備在很大程度上依賴國外進口!不過經過幾十年的努力我們已取得了一定的發(fā)展,據(jù)最新報道華中數(shù)控的技術在許多方面已與國外的差距縮小很多,可以預見只要我們堅持自主創(chuàng)新、勇攀高峰的精神,我們一定能夠在此領域有一席之地的!
近年來,隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展,數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)也呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢、如主軸轉速的高速化、功能結構的復合化和肉性化。在高速化的方面,采用了電主軸,又稱內置式電動機主軸單元,就是將高速電動機置于機床主軸部件內部,通過交流變頻控制系統(tǒng),使主軸獲得所需要的工作轉速和轉矩,實現(xiàn)電動機、主軸一體化功能;另外,在復合化和肉性化方面,主傳動系統(tǒng)設計發(fā)生了很大的變化,數(shù)控車床由單主軸發(fā)展為雙主軸,在此基礎上增設附加控制軸——C軸,成為車削中心,并可配備刀庫和其他輔助功能。在車削中心基礎上增加自動裝卸工件的機械手和更換卡盤裝置等,則成為適合于中小批量加工自動化的車削肉性制造單元。由此可見,現(xiàn)代數(shù)控加工完全打破了傳統(tǒng)工藝規(guī)程規(guī)定,由機床單一化走向多元化、復合化。
3 研究內容
1.課題主要任務
2.總體設計方案擬定
3車削中心主傳動及進給傳動系統(tǒng)設計
3.1 主傳動系統(tǒng)設計
交流伺服電機→帶傳動→主軸(同軸安裝脈沖編碼器,安裝在主軸后面)
3.1.1交流伺服電機的計算與選型
3.1.2 同步帶的計算與選型
3.1.3主軸的主要尺寸計算
3.1.4主軸滾動軸承的計算與選型
3.1.5主軸鍵的設計計算
3.1.6潤滑與密封
3.1.7脈沖編碼器的選擇
3.2 進給傳動系統(tǒng)設計
步進電機→帶傳動→絲杠傳動→螺母位移→工作臺位移
3.2.1 X軸進給系統(tǒng)設計
1)滾珠絲杠螺母副的計算與選型
2)直線滾動導軌副的計算與選型
3)同步帶的計算與選型
4)步進電機的計算與選型
3.2.2 Y軸進給系統(tǒng)設計
1)滾珠絲杠螺母副的計算與選型
2)直線滾動導軌副的計算與選型
3)同步帶的計算與選型
4)步進電機的計算與選型
3.3 控制系統(tǒng)的設計
3.3.1 總體方案設計
3.3.2 微機硬件系統(tǒng)設計
步進電動機、驅動電源和控制器構成了步進電機驅動系統(tǒng)。
3.3.3 微機軟件系統(tǒng)設計
控制器控制驅動器使步進電機轉動,帶動工作臺工作。
4 研究方案
4.1 主傳動
4.1.1 控制系統(tǒng)——單片機的選型
控制系統(tǒng)在此采用單片機。因為單片機具有以下優(yōu)點:
1.它的體積小、質量輕便于攜帶;
2.USB接口通訊及供電,通訊速度快,無需外接電源;
3.有電源狀態(tài)指示燈,可直觀了解編程器當前狀態(tài);
4.可靠性好,在制造芯片時將已開發(fā)好的程序寫入ROM, 用戶本身無法改變;
5.易于擴展,芯片外部有許多供擴展用的三總線以及并行、串行I/0管腳,很容易構成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng);
6.價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件
4.1.2 驅動系統(tǒng)——交流伺服電機的選型
驅動系統(tǒng)在此采用交流伺服電機。
交流伺服電動機的結構主要可分為兩部分,即定子部分和轉子部分。其中定子的結構與旋轉變壓器的定子基本相同,在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組,另一組為控制繞組,交流伺服電動機一種兩相的交流電動機。 交流伺服電動機使用時,激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf,控制繞組兩端施加控制電壓Uk。當定子繞組加上電壓后,伺服電動機很快就會轉動起來。 通入勵磁繞組及控制繞組的電流在電機內產生一個旋轉磁場,旋轉磁場的轉向決定了電機的轉向,當任意一個繞組上所加的電壓反相時,旋轉磁場的方向就發(fā)生改變,電機的方向也發(fā)生改變。?同時交流伺服電機具有以下優(yōu)點:
1.無電刷和換向器,因此工作可靠,對維護和保養(yǎng)要求低。
2.定子繞組散熱比較方便。
3.慣量小,易于提高系統(tǒng)的快速性。
4.同功率下有較小的體積和重量。
5.適應于高速大力矩工作狀態(tài)。
4.1.3 傳動系統(tǒng)——同步帶的選型
傳動系統(tǒng)在此采用同步帶。
4.2 進給傳動
X軸進給運動
4.2.1 控制系統(tǒng)——單片機的選型
控制系統(tǒng)同主傳動,采用單片機
4.2.2 驅動系統(tǒng)——步進電機的選型
驅動系統(tǒng)同主傳動,采用步進電機驅動
控制程序通過控制步進電機正反轉實現(xiàn)往復運動。步進電動機具有快速啟停、高精度、能夠直接接受數(shù)字信號和不需要位移傳感器就可達到較精確定位等特點,因而在需要精確定位的場合得到廣泛的應用。步進電機相對普通電機來說,他可以實現(xiàn)開環(huán)控制,即通過驅動器信號輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實現(xiàn)步進電機的角度和速度控制,無需反饋信號。
4.2.3 傳動系統(tǒng)——同步帶、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌副的選型
同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉動時,通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。 傳輸用同步帶傳動具有準確的傳動比,無滑差,可獲得恒定的速比,傳動平穩(wěn),能吸振,噪音小,傳動比范圍大,一般可達1:10。允許線速度可達50M/S,傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高,一般可達98%,結構緊湊,適宜于多軸傳動,不需潤滑,無污染,因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。其作用:傳動比準確,傳動效率高,節(jié)能效果好。
滾珠絲杠螺母副由絲杠、螺母、滾珠和反向器(滾珠循環(huán)反向裝置)四部分組成。當絲杠轉動時,帶動滾珠沿螺紋軌道滾動,為防止?jié)L珠從滾珠道端面掉出,在螺母的螺旋槽兩端設有滾珠回程引導裝置構成滾珠的循環(huán)返回通道,從而形成滾珠流動的閉合通道。其所起作用:將直線運動和旋轉運動進行相互轉化。
直線滾動導軌摩擦系數(shù)小,運動靈活;動、靜摩擦系數(shù)基本相同,因而啟動阻力小,而不易產生爬行;可預緊,剛度高;壽命長;精度高;潤滑方便,可采用脂潤滑,一次填裝,長期使用;有專業(yè)長生產,可以直接外購選用。其所起作用:起導向的作用。
傳動系統(tǒng)采用同步帶、滾珠絲杠螺母副和直線滾動導軌副。因為滾珠絲杠螺母副和線滾動導軌副具有以下特點:
滾珠絲杠螺母副特點:
1)傳動具有可逆性。
2)運動平穩(wěn),摩擦力小,靈敏度高。
3)軸向剛度高、反向定位精度高。
4)摩擦損失小,傳動效率高,同步性好。
直線滾動導軌副具有以下特點:
1)摩擦系數(shù)小
2)易爬行
3)動效率高
4)構緊湊,安裝預緊方便
4.3 Y軸進給傳動
4.3.1 控制系統(tǒng)——單片機的選型
控制系統(tǒng)同主傳動,采用單片機
4.3.2 驅動系統(tǒng)——步進電機的選型
驅動系統(tǒng)同主傳動,采用步進電機驅動
4.3.3 傳動系統(tǒng)——同步帶、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌副的選型
傳動系統(tǒng)同X軸進給傳動,采用同步帶、滾珠絲杠螺母副和直線滾動導軌副
4.4 控制部分
4.41總體方案設計
4.4.2控制系統(tǒng)硬件設計
步進電動機、驅動電源和控制器構成了步進電機驅動系統(tǒng)。
單片機→驅動器→步進電機
步進電機控制系統(tǒng)框圖
4.4.3控制系統(tǒng)軟件設計
進給系統(tǒng)流程圖
5 計劃進度安排
2012年12月10日-12月17日 收集、研究資料;
2012年12月18日-12月31日 開題,擬定總體設計方案;
2013年1月1日-1月31日 修改、完善開題報告;完成文獻翻譯;
2013年2月1日-3月31日 系統(tǒng)有關設計計算,繪制總裝配圖;
2013年4月1日-4月15日 繪制主要零件的零件圖;
2013年4月16日-4月30日 控制系統(tǒng)設計,繪制微機控制接線圖;
2013年5月1日-5月20日 撰寫設計計算說明書;
2013年5月21日-5月25日 修改及準備答辯;
6 參考文獻
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指導教師意見
指導教師簽名:
年 月 日
開題答辯小組意見
1、論文選題:□有理論意義;□有工程背景;□有實用價值;□意義不大。
2、論文的難度:□偏高;□適當;□偏低。
3、論文的工作量:□偏大;□適當;□偏小。
4、設計或研究方案的可行性:□好;□較好;□一般;□不可行。
5、學生對文獻資料及課題的了解程度:□好;□較好;□一般;□較差。
6、學生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達能力:
□好;□較好;□一般;□較差。
7、學生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力:
□好;□較好;□一般;□較差。
8、對論文選題報告的總體評價:□好;□較好;□一般;□較差
(在相應的方塊內作記號“√”)
建議結論
評議小組組長簽名:
評議小組組員簽名:
年 月 日