毕业设计（论文）-CLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计（全套图纸） .doc

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1、CLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计全套CAD图纸，联系153893706本科生毕业论文（设计）书 材 料 院(系)、部： 机电工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 教授 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 0303班 学 号： 04 2007 年 5 月 湖南科技大学毕业设计（论文）任务书 机电工程学 院 机械 系（教研室）系（教研室）主任:（签名）年 月 日学生姓名: 储文姬 学号: 04 专业: 机械设计制造及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： CLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计 2 学生设计（论文）时间： 自 3 月 3 日开始至 5 月 28 日止

2、3 设计（论文）所用资源和参考资料： 4 设计（论文）完成的主要内容： 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 6 发题时间： 年 月 日指导教师： （签名） 学 生： 储文姬 （签名）湖南科技大学毕业设计（论文）进度表毕业设计（论文）题目：CLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计 起止时间： 2007-3-23至2007-5-28 学生：储文姬 （签名） 指导教师： （签名） 系（教研室）主任： （签名）时 间工 作 内 容备 注第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月

3、 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）第 周至第 周（ 月 日至 月 日）注：此表一式两份：一份存学院，一份发给学生。湖南科技大学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 湖南科技大学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本

4、格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成绩： 湖南科技大学毕业设计（论文）答辩委员会记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价毕业设计（论文）答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩：

5、摘 要电火花线切割加工(wireEDM)是一种基于电火花性流程加加工技术的适应性流程加工技术，它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模，挤压模，粉末合金的铸模和标准模板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高模床或者昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。由于电火花线切割加工技术是机电一体化技术，是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用。 我的设计课题是DK7732数控电火花线切割加工机床。DK为数控电加工机床，77为电火花线切割机床。32为机床工作台宽度。此次设计包括机床的总体布局设计

6、，横向进给，纵向进给设计。其中还包括齿轮的强度计算，滚珠丝杆校核，轴承寿命的验算。控制系统包括步进电机控制电路和脉冲电路，这是数控电火花加工机床的重点设计部分，也是难点。步进电机电路设计包括硬件电路设计和软件系统设计。详细说明了芯片的扩展、键盘显示器接口的设计等等。脉冲电源电路采用高低压复式脉冲电源，它是由晶体管及分立元件组成的电路，输出高低压复式脉冲，可以同时供给两个放电间隙加工，提高生产效率。 关键词 数控电火花切割加工；主轴运动；步进电机；脉冲电源ABSTRACTWire electrical-discharge machining (wire-EDM) I is an adaptati

7、on of the basic EDM process, which can be used for cutting complex two-and three-dimensional shapes through electrically conducting materials. Wire-EDM is most commonly usedfor the fabrication of press stamping dies ,extrusion dies, powder composition dies,profile gages, and templates. Complicated c

8、utouts can b made in difficult-to-machine metals without the need for high-cost grinding or expensive shaped EDM electrodes. Because the technology of wire electrical-discharge machining is the technology of mechatronics , and it is the integrate application of many subjects and professional knowled

9、ge , for example mechanism , electrician , electron , numerical control , auto control and computer application.My design subject is DK7732 numerical control electrical-discharge perforation molding machining tool . DK means numerical control machining tool. 77 means wire Electrical-discharge perfor

10、ation molding machining tool. 32 means the width of tools worktable. The design contains collectivity distribution design , landscape orientation feed design, circumgyrate worktable design. It still includes intension calculation of gear wheel , the checking of part contains the circuit of pulse ele

11、ctrical source. This part is the most important part of numerical control electrical-discharge machining tool, and it is very hard for me. The design of step-by-step electromotor control includes hardware circuit design and software system design. It explains the enlarging of CMOS chip and the desig

12、n of keyboard display interface . The circuit of pulse electrical source uses high and low voltage pulse electrical source . The circuit is composed by transistor and nuattached elements , it exports high and low voltage pulse , which can apply whit two electrical-discharge interval and improve prod

13、uctivity . Key words Numerical control wire electrical-discharge machining ；principle axis motion ； step-by-step electromotor ； pulse electrical source目 录1 总体方案设计错误！未定义书签。1.1总体方案的拟定错误！未定义书签。1.2 主要技术参数的确定错误！未定义书签。2 储丝走丝部件结构设计错误！未定义书签。2.1储丝走丝部件运动设计错误！未定义书签。3储丝走丝部件主要零件强度计算错误！未定义书签。3.1齿轮传动比的确定错误！未定义书签。3

14、.2齿轮齿数的确定错误！未定义书签。3.3传动件的估算错误！未定义书签。3.4齿轮模数估算错误！未定义书签。4 储丝走丝部件主要零件强度验算错误！未定义书签。4.1 齿轮强度的验算错误！未定义书签。4.2主轴的验算错误！未定义书签。5 主轴组件结构设计错误！未定义书签。5.1轴承的配置形式错误！未定义书签。5.2主轴组件的调整和预紧错误！未定义书签。6 进给传动设计错误！未定义书签。6.1进给传动运动设计错误！未定义书签。6.2滚珠丝杆螺母副的型号选择和滚珠丝杆的选型和校核错误！未定义书签。7 步进电机的选用错误！未定义书签。8 进给机构支承设计错误！未定义书签。8.1螺杆的支承形式错误！未定

15、义书签。9 数控系统硬件的电路设计错误！未定义书签。9.1单片机设计错误！未定义书签。9.2 系统扩展错误！未定义书签。9.3显示器接口设计错误！未定义书签。9.4 步进电机控制电路设计错误！未定义书签。9.5光电隔离电路设计错误！未定义书签。9.6部分控制程序错误！未定义书签。9.7其他接口电路设计错误！未定义书签。科技译文错误！未定义书签。致 谢错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。湖南科技大学本科生毕业论文（设计）书 院(系)、部： 机电工程学院 学生姓名： 储文姬 指导教师： 颜竟成 职称 教授 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 0303班 完成时间： 10CLK614

16、0轻型数控车床主运动及进给系统设计1 总体方案1.1 CLK6140的现状和发展自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为NC阶段；第二个阶段为CNC阶段，从1974年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近20多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从20世纪90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在

17、大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于PC微机的数控系统，即PCNC系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。下面从数控系统的性能、功能和体系结构三方面讨论机床。数控技术的发展趋势：1.1.1 性能方面的发展趋势（1） 高速高精度高效（2） 柔性化（3） 工艺复合和轴化（4） 实时智能化1.1.2 功能发展方面（1） 用户界面图形化（2） 科学计算可视化（3） 插补和补偿方式多样化（4） 内置高性能PLC（5） 多媒体技术应用1.1.3 体系结构的发展（1） 集成化（2） 模块化（3） 网络化（4） 开放式闭环控制模式1.2 CK6140数控卧式车床的总体方案论证

18、与拟定1.2.1 数控车床 数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床，它是20世纪50年代初发展起来的一种自动控制机床，而数控车床四其中的一类使用性很强的机床形式。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同的是，数控车床的主机结构上具有以下特点：（1）.由于大多数数控车床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。（2）.为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。（3）.更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副，直线滚动导轨高，CNC装置这是数控车床的核心，用于实现输入数字化的

19、零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。1.2.2 CK6140数控卧式车床的拟定1.CK6140数控卧式车床具有定位，纵向和横向的直线插补功能，还能要求暂停，进行循环加工等，因此，数控系统选取连续控制系统。2.CK6140数控卧式车床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。3.根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，=1.264.根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器

20、，扩展数据存储器，I/O接口电路，包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。5.纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。6.为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小，传动效率的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。7.采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。（附注：伺服系统总体方案框图1.1）图1.1 伺服系统

21、总体方案框图2 机械部分设计计算说明2.1 主运动部分计算2.1.1 参数的确定一. 了解车床的基本情况和特点-车床规格系列和类型1. 通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础.因此,对这些基本知识和资料作些简要介绍.本次设计中的车床是普通型车床,其品种,用途,性能和结构都是普通型车床所共有的,在此就不作出详细的解释和说明了.2. 车床的主参数(规格尺寸)和基本参数(GB1582-79,JB/Z143-79):最大的工件回转直径D(mm)是400;刀架上最大工件回转直径大于或等于200;主轴通孔直径d要大于或等于36;主轴头号(JB2521-79)是6;最大工件长度L是75020

22、00;主轴转速范围是:321600;级数范围是:18;纵向进给量0.032.5r/mm;主电机功率是5.510KW二. 参数确定的步骤和方法1. 极限切削速度 根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑:工序种类,工艺要求,刀具和工件材料等因素.允许的切速极限参考值如.然而,根据本次设计的需要选取的值如下: 2. 主轴的极限转速 计算车床主轴的极限转速时的加工直径,按经验分别取(0.10.2)D和(0.450.5)D.由于D=400mm,则主轴极限转速应为: =2000r/min 3主轴转速级数Z和公比机床中常用的公比为1.26和1.41,本例考虑适当减小相对速度损失,选定 由于转速范围 4

23、.主电机功率-动力参数的确定合理地确定电机功率N,使机床既能充分发挥其使用性能,满足生产需要,又不致使电机经常轻载而降低功率因素.因此,采用估算法确定轻型机床电机功率. 1)主(垂直)切削力: 2)切削功率: 3)估算主电机功率: 所以,N值按我国生产的电机在Y系列三相异步电动机中选择，电机型号为Y132S-4，额定功率选取则为5.5KW。电机的外形及安装尺寸见下： 图2.1 异步电机的外形及安装尺寸2.1.2. 传动设计 1. 级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组成,各传动组分别有个传动副,即: 传动副数由于结构限制以2或3为合适,即变速级数Z应为2和3的因子: 所以18级转速的结构的传动

24、副只有2,3,3的形式 2. 由于I轴要安置换向磨擦离合器，为减小轴向尺寸,第一传动组的传动副数不能多,所以2为宜.主轴对加工精度,表面粗糙度的影响最大.因此,主轴上齿轮少些为好.最后一个传动组的传动副常选用2.另外,最后扩大组的传动副数目时的转速范围远比Z=3时大.因此,在机床设计中,因要求的R较大,最后扩大组的传动副数目取2更为合适.所以,考虑在原有传动副基础上增加一个变速组. 3. 在传动顺序的安排方面,由于I轴装有摩擦离合器,在结构上要求有一齿的齿根圆大于离合器的直径,再加上上面提到的增加一个变速组,因此最后的结构式为 其中第三扩大组的级比指数不遵守正常规律,缩减为(12-6)=6,这

25、样会出现6级重复转速.2.1.3转速图拟定 1.主电机的确定 1)电机功率N 根据机床切削能力的要求确定电机功率.但电机产品的功率已经标准化,因此,按要求选取近似的标准值5.5KW. 2)电机转速 机床中最常用的是3000r/min和1500r/min两种,在这取1500r/min. 3)多速电机的应用 多速电机的转速比为2,传动系统的公比应是2的3次方根.这时,多速电机的转速变换起着系统中第一扩大传动组的作用,相应基本的传动级数为2,这样,使传动系统的机床结构化. 4)选用的电机 由于电机的估算功率为4.95KW,所以最后选用Y132S-4的电机,额定功率为5.5KW,满载转速为1440r/

26、min.2.轴的转速 I轴从电机得到运动,经传动系统化成主轴各级转速.电机转速和主轴最高转速应相接近.最后,装有离合器的车床的电机,主轴最高转速,I轴转速分别为1440r/min,2000r/min,960r/min. 对中间传动轴转速的选取原则是:妥善解决结构尺寸大小与噪音,振动等性能要求之间的矛盾.对高速轻载机床,中间轴转速宜取低些.3.齿轮传动比的限制 机床主传动系统中,齿轮副的极限传动比: 1)升速传动中,最大传动比必需小于或等于2.过大,容易引起振动和噪音. 2)降速传动中,最小传动比必需大于或等于4.过小,则使主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大,将导致结构庞大. 2.1.4 带轮直径

27、和齿数的确定 1.带轮直径确定的方法,步骤 1)选择三角带型号 根据计算功率和小带轮转速查图最后选择三角带型号为B型。 2)确定小带轮的直径各种型号胶带推荐了最小带轮直径,查表及根据实际确定小带轮直径为180mm。 3)计算大带轮直径 根据要求的传动比u和滑动率确定大带轮直径。三角胶带的滑动率，三角带传动中，在保证最小包角大于的条件下，传动比可取，在这取u=1.5。当带传动为降速时： 2确定齿轮齿数 用查表法，根据要求的传动比u和初步定出的传动齿轮副齿数和，查表即可求出小齿轮齿数。在选取齿数时，应注意：1） 不产生根切。一般取2） 保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽壁厚m为齿轮的模

28、数，一般取。3） 同一传动组的各对齿轮副的中心距离应当相等，若模数相同时，则齿数和亦应相等。3拟定转速图根据公比及结构式，分配各变速组的最小传动比，拟定转速图，过程如下：1） 决定轴的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些，能起到飞轮的作用，所以了后一个变速组的最小降速成传动比取极限值1/4，公比，因此从V轴F点向上六格，在IV轴找到E点，连结FE线即为IVV轴的最小传动比。2） 决定其余变速组的最小传动比根据：“前缓后急”的原则，轴IIIIV，IIIII间变速组取，即从E点向上移四格，在III轴取D点，在从D点向上移四格，在II轴取C点，I轴由于转速为960r/min,所以直接在转速图上量取。

29、最后转速图如下图所示： 图2.2 传动系统转速图根据转速图及查表得到齿轮齿数，经过合理安排各轴传动，得到最后的传动系统图如下图所示：图2.3 传动系统结构图2.1.5传动件的估算和验算：1三角带传动的计算1）上下节已经确定带型为B型，小带轮直径，大带轮直径2）确定三角带速度3)初定中心距带轮的中心距通常根据机床总体布局初步选定4）确定三角带的计算长度及内周长三角带的计算长度是通过三角带截面重心的长度将算出的的数值圆整到标准的计算长度L，并通过查表得到相应的内周长度为2240，修正值Y=33，所以通过截面中心的计算长度5） 验算三角带的挠曲次数u6)确定实际中心距A式中7）验算小带轮包角确定三角

30、带根数Z所以：Z取3根。2传动轴的估算和验算1）传动轴的估算 当轴的长度及跨距未定，支承反力及弯矩无法求得时，可先按扭转刚度或扭转强度对轴的直径进行估算。由于效率（从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积，不计该轴轴承上的效率）对估算轴径影响不大，可以忽略，所以可以认为各传动轴的额定率，然后根据各轴的计算转速计算转矩T，然后根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算各传动轴的轴径。主轴计算转速根据转速图依次可查得各轴的计算转速如下： 轴： 轴材料的许用切应力，查表取35MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴： 轴材料的许用切应力，查表取30MP

31、。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴： 轴材料的许用切应力，查表取32MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴： 轴材料的许用切应力，查表取35MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴V： 轴材料的许用切应力，查表取32MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。2）传动轴刚度的验算：轴的刚度不足，在工作中将会产生过大的变形而影响轴上零件的工作能力，甚至影响机器的工作性能。所以对有刚度要求的轴，还必须进行刚度验

32、算。轴的刚度分为弯曲刚度和扭转刚度两种。前者以挠度和偏转角来度量，后者以扭转角来度量。轴的刚度计算通常是计算轴受载时的变形量，使其不大于允许值。对一般受弯矩作用的轴，需要进行弯曲刚度验算。主要验算轴轴端的位移和前轴承处的转角。如果切削力F和传动力Q不在同一平面内，应将其分解为要相互垂直的两个平面内分别求出数值，再按向量进行合成。由于本次设计中轴结构较为复杂，因此把它作为为验算的对象。其所受到的力可简化为如下形式的简支梁的形式。粗略计算，可将花键轴近似简化为等直径的轴，采用平均直径来进行计算：D,d分别为花键轴的外径和内径长度。最终的估算外径为扭矩T= Nmm=Nmm弹性模量E=MPaI=受力简

33、图如下图所示：根据材料力学教材上的公式，得轴的转角和最大挠度如下：以上各式中a=185mm，b=430mm，l=615mm将其余已知条件下代入上面各式中得=0.00125=-0.002=-0.002=0.02=0.039扭转角的绝对值小于一般主轴的规定,轴弯曲变形允许值：轴的类型允许挠度变形部位允许倾角一般传动轴刚度要求较高的轴安装齿轮的轴安装埚轮的轴(0.00030.0005)L00002l（0.010.03）m(0.020.05)m装向心轴承处装齿轮处装单列圆锥滚子轴承处装滑动轴承处装单列短圆柱滚子轴承处0.00250.0010.00060.0010.001注：L轴的跨距（mm）,m齿轮，

34、蜗轮模数（mm）经过验算轴的倾角及挠度均满足工求，其它轴承同理也满足。3齿轮模数的估算和计算1）估算： 按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各系数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。按齿轮弯曲疲劳的估算mm按齿面点蚀的估算mm其中为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心距。由中心距A和齿数和求出模数：mm根据估算所得和中较大的值，选取相近的标准模数。由转速图中的各数据代入上式得：轴传到轴的模数=1.67mm=66mm=1.65mm为了便于后面的设计模数取标准值2.5。轴传到轴III的模数=2.1mm=89mmmm按标准模

35、数取2.5。轴传到IV轴的模数=2.61mm=120mmmm按标准模数取3。IV轴传到V轴的模数=2.62mm=131mmmm按标准模数取3。2)计算： 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： 选用I轴上最小齿轮为计算依据大齿轮与小齿轮的齿数比，工作情况系数，取1.4动载荷系数，查表取1.2齿向载荷分布系数，查表取1.04寿命系数，工作期限系数，为I轴上齿轮的最低转速：960r/minT预定的齿轮工作期限，取T=18000h为疲劳曲线指数取3，为基准循环次数取。转速变化系数，查表取0.82功率利用系数，查表取0.51材料强化系数，查表取0.73齿宽系数，查表取8许用接触应力，查表取45号钢调质时的接触应力为600MPa=1.97mmY齿形系数，查表取0.438许用弯曲应力，查表取45号钢调质时的弯曲应力为220MPa。所以轴传到轴的模数满足要求，同理可计算出其它齿轮的模数也都满足估处时的模数值。4片式磨擦离合器的选择和计算一按扭矩选择 一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩和额定动扭矩满足工作要求，静扭矩的计算方法如下： 则各轴静扭矩必须满足的条件如下：