开放式三棱形数控机床研究

摘要

随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床已经成为实现装备制造业现代化的关键设备。目前，在我国依旧有一些专用机床主要依赖进口。研究和开发具有自主知识产权的数控机床对于打破国外技术封锁和垄断，提高制造业技术装备水平和竞争力，节约外汇和降低成本等，都有着重大的战略意义。
　　 本论文首先对传统三棱形加工设备的工作原理、加工工艺、刀具轨迹等进行研究，在此基础上提出一种新型的加工方法，并对三棱形曲线的插补方式、切削方式、切削力等进行研究，最终确定了三棱形的孔类零件的具体加工工艺。并在此基础上以CA6140普通车床为基础，进行数控化改造，完成了开放式三棱形数控机床的研究与开发。
　　 整个研究和改造工作包括：多边形仿形钻床的工作原理和加工工艺的研究、整体改造方案研究、机械结构改造设计、伺服驱动系统设计、数控系统规划、PLC及相关控制系统设计。机械结构改造设计实施首先需拆除原机床的主轴箱、进给箱、刀架以及改造后无作用的齿轮和零件。主轴装置参照当前数控机床主轴结构特点，并结合实际需求，采用全新设计；新的主轴具有结构简单、精度高、调速性好等优点。为提高横向进给系统和纵向进给系统的传动精度，拆除了原有的滑动丝杠副，重新安装上滚珠丝杠副；伺服电动机与滚珠丝杠通过挠性联接器直接联接以减少传动间隙误差。伺服驱动系统采用半闭环控制方式，伺服电动机和驱动器选用的是松下MINAS A4系列。控制面板的设计参考了SIMENSE、FANUC、华中数控等多个厂家的结构布局、操作方式等，并结合该设备的独特加工特点，运用人机工程学、美学等知识，使设计后控制面板更符合该设备要求，控制界面更为人性化，操作更方便。活动式刀架设计，使机床集成了车削、铣削、钻削等多种加工方式。
　　 ONC数控装置采用的是当前最为先进的ARM+FPGA运动控制结构，数控系统采用的是前后台型软件结构。本系统具有开放性、实时性，多任务并行处理等特点。
　　 机床调试按照其进行的先后顺序包括调试前准备、PLC调试、伺服系统调试、数控系统调试、机床试运行及切削加工试件。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1国内机床数控化改造现状

1.2课题来源及意义

2三棱形参数及加工方法研究

2.1三棱形参数特性

2.1.1三棱形曲线的建立

2.1.2三棱形零件的截面尺寸

2.2三棱形零件的传统加工方法

2.2.1传统加工设备结构

2.2.2传统设备加工方法

2.3三棱形零件的新型加工方法

2.3.1三棱形曲线圆弧插补策略研究

2.3.2三棱形零件切削方式研究

2.4三棱形零件的加工工艺实施

2.4.1三棱形轮廓铣削关键技术研究

2.4.2加工过程中切削力分析

2.4.3加工刀具参数确定

2.5本章小结

3设计任务与总体方案确定

3.1设计任务

3.2总体方案设计

3.3运动控制方式特性分析

3.4本章小结

4伺服驱动系统设计

4.1.伺服系统选型原则

4.1.1伺服驱动装置的控制性能

4.1.2伺服驱动装置选型原则

4.2伺服驱动装置选型计算

4.2.1伺服电气驱动方式选择

4.2.2电动机功率计算

4.2.3编码器选型计算

4.2.4电机允许最高转速的确定

4.3伺服电动机和驱动器选型

4.4驱动系统之间的信号连接

4.5本章小结

5机床结构改造设计

5.1机床主轴设计

5.1.1主轴部件传动方案的设计

5.1.2传动件布置方式设计

5.1.3主轴轴承布置形式设计

5.1.4主轴传动装置结构设计

5.1.5主轴端部结构设计

5.1.6主轴箱结构设计

5.2机床伺服进给系统设计

5.2.1伺服进给系统设计要求

5.2.2伺服进给系统结构设计

5.2.3提高系统刚度及间隙误差消除

5.2.4伺服进给系统机构设计

5.3机床刀架及导轨设计

5.3.1机床刀架设计

5.3.2机床导轨设计

5.4机床整体外观设计

5.4.1控制面板结构设计

5.4.2防护安全装置设计

5.5本章小结

6机床控制系统设计

6.1机床电器控制系统设计

6.2机床数字逻辑控制系统设计

6.3本章小结

7开放式数控系统规划

7.1开放式数控系统的特征

7.2开放式数控系统开发平台

7.3数控系统软件结构特点

7.4本章小结

8结论

致 谢

参考文献

附录