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VMC40加工中心的结构设计及进给系统性能研究

作　者: 李勇峰
导　师: 刘德平
学　校: 郑州大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 加工中心伺服系统 PID控制器
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 48次
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内容摘要

当今,数控加工中心在制造业中的应用越来越广泛。数控加工中心的普及程度和应用水平,已经成为衡量一个国家综合国力与工业生产水平的重要标志,也成为衡量一个产品制造企业生产加工能力的重要指标之一。随着数控加工中心的大量应用,产品制造企业急需大量熟练的数控加工中心应用人才。但目前大中专院校缺乏适当的数控加工中心培训设备,这已经成为数控加工中心人才培养工作中急需解决的关键问题之一。VMC40加工中心的研制就是为解决此问题而提出的。本文是在作者参与完成河南省科技攻关项目的工作基础上完成的。该项目旨在研制一种功能齐全、成本低廉、能完成一定精度和复杂程度的零件加工的数控加工中心。本文对VMC40加工中心的研制进行了深入分析,具体讨论了加工中心的整体结构设计和伺服进给系统的性能。通过对滚珠丝杠副和滚动导轨副进行计算和选择,以及对进给伺服电机和与之相配的伺服驱动器让算和选型,确定了加工中心的伺服进给系统的结构。在上述工作的基础上,作者建立了VMC40加工中心进给伺服系统的数学模型,并对系统进行性能分析。为改善进给伺服系统的性能,作者进一步设计了PID控制器,显著地改善了系统性能,取得了良好的效果。该加工中心目前己在实际生产和教学中得到具体应用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-12
  1.1 加工中心的发展概述  7-8
    1.1.1 数控机床概述  7-8
    1.1.2 加工中心概述  8
  1.2 加工中心在教育领域应用中存在的问题和解决方法  8-10
    1.2.1 加工中心在教育领域中的应用现状  8-9
    1.2.2 存在的问题和解决方法  9-10
  1.3 本课题的主要工作  10-12
2 VMC40加工中心的总体结构设计  12-28
  2.1 VMC40加工中心的总体布局  12-16
    2.1.1 加工中心总体布局设计的一般原则  12-13
    2.1.2 VMC40加工中心的总体布局设计  13-14
    2.1.3 加工中心的组成  14-16
  2.2 VMC40加工中心的机床本体的设计  16-22
    2.2.1 加工中心机械部分的要求  16-17
    2.2.2 VMC40加工中心基础件的设计  17-19
    2.2.3 VMC40加工中心主轴部件的设计  19-21
    2.2.4 VMC40加工中心刀库和换刀装置的设计  21-22
    2.2.5 VMC40加工中心润滑回路和气压回路的设计  22
  2.3 VMC40加工中心伺服进给系统的初步设计  22-27
    2.3.1 加工中心伺服进给系统的分类  23-25
    2.3.2 加工中心伺服进给系统由以下主要部分组成  25
    2.3.3 本加工中心伺服系统各组成部分的确定  25-27
  2.4 本章小结  27-28
3 进给伺服系统关键部件的设计与计算  28-46
  3.1 切削力的计算  28-30
  3.2 滚珠丝杠副的选择与计算  30-36
    3.2.1 滚珠丝杠副介绍  30-32
    3.2.2 滚珠丝杠副的计算  32-36
  3.3 伺服电机的选择计算  36-38
    3.3.1 作用在滚珠丝杠副上各种转矩计算  36
    3.3.2 负荷转动惯量及传动系统转动惯量的计算  36-37
    3.3.3 加速转矩和最大加速转矩  37
    3.3.4 电机的最大启动转矩  37-38
    3.3.5 电机连续工作的最大转矩  38
  3.4 滚珠丝杠副的验算  38-41
    3.4.1 传动系统刚度验算  38-39
    3.4.2 传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择  39-40
    3.4.3 滚珠丝杠副临界压缩载荷F_c的校验(验算压杆稳定性)  40
    3.4.4 滚珠丝杠幅的极限转速n_c的校验  40-41
    3.4.5 基本轴向额定静载荷C_(0α)验算  41
  3.5 滚动导轨副的选择计算  41-45
    3.5.1 导轨概述  41-42
    3.5.2 滚动导轨副的选用  42-45
  3.6 小结  45-46
4 伺服进给系统的性能分析  46-61
  4.1 伺服进给系统的工作原理和要求  46-47
  4.2 加工中心伺服进给系统的结构  47-48
  4.3 伺服系统的数学模型  48-56
    4.3.1 伺服系统的数学模型  48-54
    4.3.3 系统动态响应实验  54-56
  4.4 系统性能分析  56-60
  4.5 本章小结  60-61
5 改善伺服进给系统的性能  61-69
  5.1 PID控制器简介  61-63
    5.1.1 PID控制器的特点  61
    5.1.2 PID控制器的基本原理  61-63
    5.1.3 常用的PID参数整定方法  63
  5.2 PID控制器的设计  63-68
  5.3 本章小结  68-69
6 结论与展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73
攻读学位期间取得的研究成果  73

VMC40加工中心的结构设计及进给系统性能研究

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