专用数控铣床的研究设计

发布时间：2017-07-04 14:20

  本文关键词：专用数控铣床的研究设计

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【摘要】：普通立式铣床铣削一定角度的圆弧时效率低下，操作困难且互换性常常达不到要求，易造成废品，不能满足工厂大批量生产的需求。本文设计了并研制出了一种专用数控铣床，在保证一定加工精度的同时，实现了半自动化控制和双主轴加工，极大地提高了生产效率。 本文首先介绍了专用数控铣床的加工工艺、坐标系和刀具补偿算法。根据飞轮加工的要求，明确了加工过程及精度，设定了机床坐标系，包括机床原点、程序原点、工件坐标系等。由于铣削的特点，在主轴加工时考虑到刀具半径，即刀补问题，专门设计了刀具补偿算法，尽量减小主动误差。 其次，对专用数控铣床的整体结构、主轴系统、传动系统分别进行了设计，建立了三维模型。考虑到加工的效率，系统采用了双主轴、双工位的特殊设计，本质上区别于普通数控铣床。另外运用ANSYS有限元仿真软件对主轴箱进行了模态分析，得到了主轴箱的固有频率值和振型，验证了结构设计的可行性。 再次，设计了一种基于ARM7微处理器和μC/OS-Ⅱ操作系统的控制方案，即由微处理器向机床电机系统提供控制信息，控制铣刀的旋转、工作台的进给以及回转工作台的进给。检测电路中采用接近开关传感器和限位开关实时检测各坐标运动情况并反馈到微处理器。另外，对专用数控铣床的控制系统软件的流程进行了设计。 然后，为了保证系统的稳定性和可靠性，对设备的部分强电电路和电磁兼容性进行了设计。 最后，完成了专用数控铣床的样机制造，包括嵌入式硬件平台、软件平台、强电系统、主轴系统、传动系统、辅助系统等的建立和安装。并对整个铣床进行了现场调试，验证了机床控制系统和结构设计的正确性和可行性。 专用数控铣床是一个高难度的机电一体化产品，涉及到众多学科领域，包括机械设计技术，，电工电子技术，传感器技术，信息处理技术，自动控制原理等。本课题研制的专用数控铣床，可以极大地提高一定角度圆弧的加工效率和精度，对于节省生产资源具有重要的意义。
【关键词】：双工位 刀具补偿 ARM7 电磁兼容
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG547
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 组合机床概述9
• 1.2 国内外发展现状9-11
• 1.3 课题研究背景及意义11
• 1.4 本篇论文的研究内容11-13
• 2 专用数控铣床的工作原理13-23
• 2.1 飞轮外圆圆弧加工工艺分析13-14
• 2.2 圆弧成形算法分析14-18
• 2.2.1 直角坐标系中的圆弧成形14-17
• 2.2.2 极坐标系中的圆弧成形17-18
• 2.2.3 圆弧成形坐标系选择18
• 2.3 刀具补偿算法18-19
• 2.3.1 刀具补偿的意义18
• 2.3.2 刀具补偿算法18-19
• 2.4 误差分析及补偿19-22
• 2.4.1 误差来源19-20
• 2.4.2 消除误差的方法20
• 2.4.3 齿隙补偿20-21
• 2.4.4 螺距补偿21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 专用铣床机械结构设计23-39
• 3.1 机床设计的原则与要求23-24
• 3.2 专用数控铣床的总体布局24-25
• 3.3 主轴系统设计25-28
• 3.3.1 主轴转速的确定25
• 3.3.2 切削力和切削功率的计算25-26
• 3.3.3 主轴系统结构设计26-28
• 3.4 专用铣床进给机构设计28-31
• 3.4.1 径向进给机构（X 轴）28-29
• 3.4.2 回转进给机构（C 轴）29-30
• 3.4.3 大工作台转位机构30-31
• 3.5 夹具设计31
• 3.6 辅助系统设计31-32
• 3.7 主轴箱的模态分析32-37
• 3.7.1 有限元法及 ANSYS 软件介绍32-33
• 3.7.2 模态分析理论33-34
• 3.7.3 主轴箱的模态分析34-37
• 3.7.4 结果评价37
• 3.8 本章小结37-39
• 4 专用铣床控制系统的研究设计39-53
• 4.1 铣床控制系统概述39
• 4.2 控制系统硬件总体设计39-40
• 4.3 机床电气电路设计40-45
• 4.3.1 步进电机的控制电路设计40-44
• 4.3.2 直流电机的控制电路设计44
• 4.3.3 三相交流异步电机的控制电路44-45
• 4.4 检测电路设计45-46
• 4.4.1 有源滤波电路45-46
• 4.4.2 光电隔离电路46
• 4.5 控制电路设计46-48
• 4.5.1 电源电路46-47
• 4.5.2 复位电路47-48
• 4.5.3 时钟振荡电路48
• 4.6 软件设计48-51
• 4.6.1 开发环境简介48-49
• 4.6.2 加工程序流程设计49-51
• 4.7 本章小结51-53
• 5 电磁兼容设计及现场调试53-65
• 5.1 电磁兼容概述53-54
• 5.2 设备的电磁兼容设计54-59
• 5.2.1 滤波设计54-55
• 5.2.2 电源的电磁兼容设计55-56
• 5.2.3 提高设备抗耦合干扰的措施56-58
• 5.2.4 系统的接地设计58-59
• 5.3 现场调试59-63
• 5.3.1 样机组成59-62
• 5.3.2 调试方法62
• 5.3.3 调试结果62-63
• 5.4 本章小结63-65
• 6 结论与展望65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-73
• 附录73
• A. 攻读硕士学位期间所发表的论文73

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本文编号：518132