文档介绍：摘要
论文详细介绍了实验型数控铣床的设计过程,此设计过程大致可分为以下两部分:
论文第一部分主要进行了数控铣床的机械部分设计。首先,论证了各种方案的优缺点,从而在总体布局上有所把握。其次,我们通过分析比较各种设计方案,根据合理性和经济性的指导思想,决定采用立式结构,十字工作台式,床身导轨水平放置。最后,通过对各零部件进行选择和校核,最终采用了在生产中已经非常专业化的角接触球轴承、圆柱形滑动导轨、混合式步进电动机和滚珠丝杠等。在机械部分设计过程中,尽量考虑节约成本和互换性,保证X、Y进给选用相同的步进电机、滚珠丝杠等零部件。
论文第二部分主要进行了数控铣床的控制部分设计。其主要成果是:⑴对电气控制系统的组成作简单阐述,通过比较多种控制系统,选择采用PLC进行控制。⑵了解数控铣床的全部工作要求,确定采用三菱公司的FX2N系列可编程控制器构成的控制系统来实现对步进电机的启停、正反转、两轴联动和变频调速的控制,从而实现加工过程的自动控制。⑶通过弱电控制强电,计算机数字化控制电路,成功地实现了工作要求,使其具有能控制电动机启停、正反转、变频调速和两轴联动等功能。
关键词:数控铣床,两坐标,实验型,可编程控制器
第二章实验型数控铣床的总体设计
总体设计的基本要求
(1)满足各种加工要求,如加工范围、加工精度等。
(2) 确保实现既定工艺方法所要求的工件和***的相对位置与相对运动。在既经济又合理的条件下,尽量采用较短的传动链,以简化机构,提高传动精度和传动效率。
(3) 确保铣床具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性、热变形及噪声水平。
(4) 应便于观察加工过程,便于操作、调整和维修。
(5) 结构简单,合理可靠。
(6) 体积小,重量轻。
总体设计的主要内容
(1) 运动功能设计。包括确定机床所需运动的个数、形式(直线运动、回转运动)、功能(主运动、进给运动、其他运动)及排列顺序,最后画出机床的运动功能图。
(2) 基本参数设计。包括整体尺寸参数、零件尺寸参数、运动参数和动力参数设计。
(3) 传动系统设计。包括传动方式、传动原理图及传动系统设计。
(4) 总体结构布局设计。包括运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构布局方案图设计。
(5) 控制系统设计。包括控制方式及控制原理、控制流程图设计、控制电路图设计以及PLC选用和控制程序编写。
根据前面所提到的数控铣床应满足的基本要求就可以进行总体设计。在各项基本要求中以加工工艺要求最为重要。由加工工艺要求决定铣床所需要的运动。完成每个运动又有相应的功能部件,这就可以确定各部件的相对运动和相对位置关系。铣床的总体布局也就可以大体确定下来。
方案的比较与选择
数控铣床与一般的数控机床一样,是由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。对实验型数控铣床的设计,一方面,要求其功能完善、结构开放,具有与一般生产实用型数控铣床一样的工作原理和工作性能;另一方面,要求其体积小、价格低,以利于此类实验型铣床的普及推广。本课题的设计主要是两个方面:其一:机械结构的设计;其二:控制系统的设计。这里有两个方案:
方案一、采用减速箱,并对滚珠丝杠进行两端支撑;减速箱采用圆柱齿轮变速,这种方案可以通过增加减速箱,达到:;;。对滚珠丝杠进行两端支撑,可以尽量减少由于一端支撑,可能产生的弯曲,减少误差,提高精度。
方案二、直接采用套筒式联轴器连接步进电动机和滚珠丝杠,对滚珠丝杠进行一端支撑或两端支撑。这种设计结构简单,加工安装方便。
综合考虑,由于切削石蜡、塑料等材料,根据计算切削力较小,最终选用步进电机,,无减速装置,直接采用套同式联轴器联接电动机轴和滚珠丝杠。因为实验型数控铣床主要目的是用于演示实验,行程较短,对加工精度要求不高,传递的转动扭矩也不是很高,而一端固定一自由的支承形式结构简单,刚度、临界转速、压杆稳定性比较低,适用于较短和竖直的丝杠。
实验型数控铣床的方案拟定
机械系统部分:实验型数控铣床采用立式结构,十字工作台式,床身导轨水平放置,这样布局不仅有利于减少占地面积。总体机床长为560mm,宽为420mm,高为700mm,工作台宽160mm,长160mm,可以实现X轴、Y轴两坐标联动。电动机与丝杠的连接可以通过套筒式连轴器来实现。在工作过程中,X轴和Y轴都是步进电机带动丝杠旋转,滚珠螺母沿丝杠做水平移动,从而带动工作台沿导轨在水平面前后左右移动。Z轴的进给则是手动来实现的。电动机带动主轴旋转,从而完成铣削过程。
控制系统部分:通过采用三菱公司的FX2N系列可编程控制器构成的控制系统来实现对步进电机的启停、正反转、两轴联动和变频调速的控制