畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-范本-數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)-

摘

要由于我們所學(xué)的專業(yè)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，為了能夠體現(xiàn)該專業(yè)的優(yōu)越性，本次設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想是用電器控制機(jī)械加工，使機(jī)械和設(shè)計(jì)緊密地結(jié)合起來。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是：簡易數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我一面著手搞好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，一面又有計(jì)劃地復(fù)習(xí)前面所學(xué)過的基礎(chǔ)知識(shí)。從而使我對(duì)以前的基礎(chǔ)知識(shí)掌握得更牢固，而且培養(yǎng)了我解決問題的能力。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我緊扣設(shè)計(jì)題目，查閱有關(guān)技術(shù)資料，并在老師的指導(dǎo)和幫助下，完成了數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)及相關(guān)的電器控制。但由于本人能力、水平有限，仍存在著一些錯(cuò)誤，希望老師給予批評(píng)指正。最后，我在此向在本次設(shè)計(jì)中付出了辛勤勞動(dòng)的指導(dǎo)老師表示由衷的謝意。關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；電器；數(shù)控銑床AbstractDuetoourmajoriselectromechanicalintegration,inordertobeabletoreflecttheprofessionalsuperiority,thedesignguidingideologyistousetheelectriccontrolmprocessing,makethemechanicalandelectricalcloselytogether.Inthegraduationdesign,whileIbegindoeswellthisgraduationdesign,thefrontsisystematicallyreviewlearnedthebasicknowledge.Thusthebasicknowledgeofbeforeacquirefirmer,anddevelopedmyabilitytosolveproblems.Inthegraduationdesign,Igrippingdesigntopic,consultrelevanttechnicaldata,anteacher'sguidanceandhelp,completedtheCNCmillingmachinedesignandrelevantelecontrol.ButbecauseIability,limitedability,stillhassomemistakes,hopetheteaanimadversioncorrect.Finally,Iamheretointhisdesignworkedhardlaborguideteachersayawordofheathanks.Keywords:mechanicalprocessing;electric;CNCmillingmachine目錄摘

要I...........................................................................緒論1X52K型數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的確定主傳動(dòng)系統(tǒng)的方案論證11.2.1主軸變速范圍..............................................................1.2.2初步確定傳動(dòng)方案..........................................................1.2.3繪制結(jié)構(gòu)圖................................................................1.2.4擬定轉(zhuǎn)速圖................................................................1.2.5齒輪齒數(shù)的確定............................................................1.2.6校驗(yàn)齒輪碰齒問題..........................................................1.2.7校主軸轉(zhuǎn)速誤差............................................................1.3主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).......................................................主傳動(dòng)的布局..............................................................齒輪的軸向布置............................................................2

機(jī)床主要零件的設(shè)計(jì).............................................................確定主電動(dòng)機(jī)的功率和傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速傳動(dòng)軸的計(jì)算2.2.1傳動(dòng)軸直徑的估算102.2.2各軸傳遞的功率及軸徑估算2.3主軸軸徑的計(jì)算2.4直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算........................................................齒輪模數(shù)的估算齒輪結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算確定齒輪齒寬B定各傳動(dòng)軸之間的中心距.................................................3

主傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).............................................................3.1結(jié)構(gòu)分析主軸組件軸承類型15主軸軸承類型主軸材料及熱處理3.2.3主軸的工作性能153.2.4主軸組件的密封、潤滑.....................................................3.3主傳動(dòng)系的變速操縱機(jī)構(gòu)....................................................3.4主傳動(dòng)系的潤滑系統(tǒng).........................................................3.4.1潤滑方式的選擇............................................................3.4.2潤滑油的選擇..............................................................4

進(jìn)給機(jī)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)..............................................................4.1概述.......................................................................4.2滾珠絲杠的選用設(shè)計(jì).........................................................4.3步進(jìn)電機(jī)的選取.............................................................4.3.1縱向（y方向）步進(jìn)電機(jī)的選取..............................................4.3.2橫向（x方向）步進(jìn)電機(jī)的選取..............................................5

概述............................................................................5.1機(jī)床介紹...................................................................5.1.1X52K簡易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)......................................68031單片機(jī)及應(yīng)用簡介...........................................................7

數(shù)控銑床存儲(chǔ)器的擴(kuò)充............................................................7.1外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu).........................................................7.2存儲(chǔ)器的地址分配...........................................................8

簡易數(shù)控銑床的

設(shè)備及其接口..................................................8.1簡易數(shù)控銑床所用的輸入設(shè)備................................................8.2

接口...................................................................8.38155的RAM和

編址........................................................8.4簡易數(shù)控銑床的選址邏輯....................................................9

在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用的斬波電路.................................................9.1PWM式單波性斬波器的工作原理................................................9.2PWM式單波性斬波器的電路工作波形............................................10簡易數(shù)控銑床的自動(dòng)控制軟件系統(tǒng).................................................10.1簡易數(shù)控銑床工作臺(tái)x或y方向）前進(jìn)、后退程..............................序框圖..................................................................序清單..................................................................10.1.3三相六拍方式工作輸出代碼表...............................................10.2步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)一步子程序....................................................10.2.1程序框圖..................................................................10.2.2程序清單..................................................................10.3步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)一步子程序....................................................10.3.1程序框圖..................................................................10.3.2程序清單..................................................................11鍵盤操作........................................................................11.1編程鍵的種類................................................................11.2各編程鍵的作用、功能......................................................11.3指示燈......................................................................12MCS-51單電機(jī)定時(shí)控制邏輯.......................................................時(shí)鐘電路...................................................................復(fù)位電路...................................................................13結(jié)論…………………致

謝............................................................................參考文獻(xiàn)..........................................................................緒論畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)計(jì)劃的重要組成部分械制造及自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)以工程設(shè)計(jì)為主。工程設(shè)計(jì)是依據(jù)開發(fā)、研制方案的要求，以科學(xué)技術(shù)原理為指導(dǎo)，運(yùn)用已學(xué)科學(xué)技術(shù)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行構(gòu)思，使開發(fā)、研制方案物化的過程。因此，工程設(shè)計(jì)是將技術(shù)原理轉(zhuǎn)化為技術(shù)成果的橋梁學(xué)可行的設(shè)計(jì)是科技發(fā)明及其成果轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的前提，設(shè)計(jì)是工程的本質(zhì)與核心。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的確定首先要考慮教學(xué)要求，同時(shí)兼顧社會(huì)需求。畢業(yè)設(shè)計(jì)要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，并且要在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論知識(shí)與技能決具有一定復(fù)雜程度的工程實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)。培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)良的思想品質(zhì)，勇于實(shí)踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的科學(xué)精神，有益于學(xué)生綜合素質(zhì)的全面提高。培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。對(duì)學(xué)生掌握的知識(shí)面進(jìn)行全面考核。包括掌握知識(shí)的深度、運(yùn)用理論解決實(shí)際問題的能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、外語水平、計(jì)算機(jī)運(yùn)用水平、書面及口頭表達(dá)能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)成果可直接或間接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，為生產(chǎn)科研服務(wù)，為社會(huì)服務(wù)。ZFZpZFZp1X52K型數(shù)控銑床傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)主（1）選擇標(biāo)準(zhǔn)公比的一般原則由于本次設(shè)計(jì)的型銑床屬大批、大量生產(chǎn)的專門化機(jī)床，其標(biāo)準(zhǔn)公比應(yīng)取小一些。在此次設(shè)計(jì)中，公比=1.26（2）在本設(shè)計(jì)中，加工對(duì)象是寬度為16㎜的盤形凸輪槽，工件材料為45＃鋼。（3）道具材料是高速鋼，道具直徑16㎜。（4）查閱《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》a㎜ap

e

=16㎜

㎜f由此知銑削F=K

cF

xFayFafwdgFno

F

Z=6397.81N（5）已知主電機(jī)功率5.5kw銑床主=1100

r

minn=90in

r

min主1.2.1主軸變速范圍R

n

nn

maxmin

12.67=1.26查=90n=1120共級(jí)轉(zhuǎn)速：in901121401802242803554505607109001120Rn

滿足轉(zhuǎn)速范圍要求1.2.2初步確定傳動(dòng)方案第一方案：123第三方案：122

1

22

3

6

第二方案：2第四方案：122

1

33

2

22

6第五方案：

122

3

2

6

3

1

第六方案：

122

1

2

6

3

2傳動(dòng)方案的選擇原則：(1)應(yīng)盡可能將傳動(dòng)副數(shù)目多的作為第一傳動(dòng)組，即符合“前密后疏”的分配原則。(2)盡可能使傳動(dòng)順序同擴(kuò)大順序一致（傳動(dòng)范圍由小到大）(3)為了避免被動(dòng)齒輪直徑過大降速傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)比

14

升速為避免傳動(dòng)件誤差最傳動(dòng)化對(duì)直齒i

2斜

2.5，大傳動(dòng)范R

8

應(yīng)發(fā)生在最后一個(gè)擴(kuò)大組中或傳動(dòng)副數(shù)最少一組。綜上所述，所以選擇第一種傳動(dòng)方案123

2

2

變速方式采用單公用齒輪，因?yàn)椴捎脝喂谬X輪既能減少齒輪的個(gè)數(shù)又能縮短軸向尺寸。1.2.3繪制結(jié)構(gòu)圖X52K型數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1圖1-1

主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖minmaxminmax1.2.4擬定轉(zhuǎn)速圖(1)確定公比

1.26(2)確定基本組和擴(kuò)大組

123

2

2

基本組委第一傳動(dòng)組第一擴(kuò)大組為第二傳動(dòng)組第二擴(kuò)大組為第三傳動(dòng)組(3)確定降速、升速范圍選Y132S-4電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為1440可降速

9i1111144464

所以用第三個(gè)傳動(dòng)組可以滿足。(4)分配降速比（按前慢后快原則）即13

1

2

3

2

6作總降速比線b.決定Ⅲ軸—Ⅳ軸間的最小降速比由結(jié)構(gòu)圖知

6

速

16

111.264

最多能降6個(gè)格i

14Ⅲ—Ⅳ軸間最大升速比3

3

最多能升2個(gè)格i2d.驗(yàn)算變速范圍6

在允許范圍內(nèi)決定中間軸轉(zhuǎn)速，按傳動(dòng)方向反向進(jìn)行Ⅲ軸定6級(jí)，Ⅱ—Ⅲ軸間

3

為了轉(zhuǎn)速高些，可使Ⅱib1

i1:1.58b17minjZajZa17minjZajZa圖1-2轉(zhuǎn)1.2.5齒輪齒數(shù)的確定(1)用最小公倍法計(jì)算a齒輪齒數(shù)

ajbj

a

j

b

j

K

min

1minminmin

S

Za

E

min

Ka2a3

2918

18

E

min

711118711E=5

=2.43取

S

Za

51890ZZ

j'j

aSabjjbSabjj

ZZZ

a1a2a3

1114457117

904590409035

Z'Z'a2Z'55a3(2)b組齒輪齒數(shù)的確定Zb

1b1iia2b1

Za

1.261.26

90Z50b1

'

Z35b2(3)c組齒輪齒數(shù)的確定

'b2查表3-1齒輪齒數(shù)最小在1：6

組中，設(shè)最小齒

min

齒數(shù)和為。則

Z52C1Z21C2

''c2

1.2.6校驗(yàn)齒輪碰齒問題為了保證三聯(lián)滑移齒輪在滑移過程中能順利通過，應(yīng)使最大和次大齒輪齒數(shù)差大于4，如果齒數(shù)差正好等于4時(shí)，可將ZZ22

'

的齒頂圓直徑減少一些仍可使用。即ZZ23

4上述思想涉及的三聯(lián)滑移齒輪時(shí)

Z54，3從而避免了齒輪的碰齒問題。圖三聯(lián)移齒輪23456234561.2.7校主軸轉(zhuǎn)速誤差初步確定齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算實(shí)際傳動(dòng)比與理論傳動(dòng)比之間的誤差是否在允許的誤差范圍內(nèi)，確定齒輪齒數(shù)的轉(zhuǎn)速誤差一般不超過n

n-n實(shí)際理n理論

10(1)%=n

n-n際理n論

合理具體計(jì)算值如下，12級(jí)轉(zhuǎn)數(shù)從11209030353521n14400.9890.3614855558390.3690n100%0.4%190

r

min

，依次校驗(yàn)如下30403521n14400.98113.648505583n

2

113.6112112

100%1.42%30453521n14400.9814248453583n

3

142140140

100%1.43%30355021n14400.98177.548554083n

4

177.5180180

100%1.4%30405021n14400.98223.1648504083n

5

223.16224224

100%0.37%30455021n14400.98278.9548454083n

6

278.95280280

100%0.3%8910111289101112n14407

303535520.98357.1748555552n

7

357.17355355

100%0.6%30403552n14400.9844948505552n

8

450449449

100%0.2%30453552n14400.98561.2748455552n

9

561.27560560

100%0.2%30355052n14400.98701.5948554052n10

701.59710710

100%1.18%30405052n14400.9888248504052n11

882900900

100%2%45305052n14400.981102.545484052n12

1102.51120

100%1.5%以上各轉(zhuǎn)速誤差小于2.6%

所以，合格主傳動(dòng)的布局主傳動(dòng)的布局主要有集中傳動(dòng)式和分離傳動(dòng)式兩種合所設(shè)計(jì)的機(jī)床為專門化機(jī)床，采用了集中傳動(dòng)式。1.3.2齒輪的軸向布置合理的設(shè)計(jì)齒輪在軸上的布置，可縮短軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊。(1)滑移齒輪的軸向布置傳動(dòng)組中的三聯(lián)滑移齒輪布置在Ⅱ軸上，可使滑移齒輪的尺寸小，重量輕，操縱省力。為了避免同一滑移齒輪變速組中兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合，兩個(gè)固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙量1-2mm。因各傳動(dòng)組均為降速傳動(dòng)，主動(dòng)軸上齒輪較輕，操縱省力。故第一、三組滑移齒輪放在主動(dòng)軸上。(2)鄰兩變速組齒輪排布如圖，將Ⅱ軸上的主、從動(dòng)齒輪交錯(cuò)排列，滑移齒輪采用寬式和窄式結(jié)合的結(jié)構(gòu)使軸向尺寸減小，并便于變速操縱。圖鄰兩變速齒輪排布圖(3)主軸的齒輪布置：主軸上有一個(gè)齒Z。由X52K主軸布置沿Z方向，所以齒輪和Ⅶ軸上Z齒輪相嚙合主軸上Z齒輪放在主軸中后部樣減小了主軸的5555軸向距離Z齒輪兩側(cè)用一對(duì)單列向心軸承支承，提高了支承剛度。圖1-5主齒輪布置2機(jī)床主要零件的計(jì)確主電動(dòng)機(jī)功率，電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S-4確定主軸及其他傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)速：傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速叫計(jì)算轉(zhuǎn)速主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：由式nnjmin

Z3

112n901.263j(2)其余軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速

1

180n=n900j

560n355n(3)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速

n180n180ⅥⅦa傳動(dòng)組中45:45齒輪45的計(jì)算轉(zhuǎn)速是齒輪40的計(jì)算轉(zhuǎn)速是900，齒輪50的計(jì)算轉(zhuǎn)速是。齒輪35的計(jì)算轉(zhuǎn)速是900，齒輪55的計(jì)算轉(zhuǎn)速是。b傳動(dòng)組中齒輪50的計(jì)算轉(zhuǎn)速是560，齒輪40的計(jì)算轉(zhuǎn)速是。齒輪35的計(jì)算轉(zhuǎn)速是560，齒輪55的計(jì)算轉(zhuǎn)速是。c傳動(dòng)組中52:52齒輪52的計(jì)算轉(zhuǎn)速是。齒輪21的計(jì)算轉(zhuǎn)速是710，齒輪83的計(jì)算轉(zhuǎn)速是。傳動(dòng)組中（斜）齒輪29的計(jì)算轉(zhuǎn)速是180傳動(dòng)組中55:55齒輪55的計(jì)算轉(zhuǎn)速是180傳2.2.1傳動(dòng)軸直徑的估算j12Ⅰj12Ⅰ(1)當(dāng)數(shù)值上，可按扭轉(zhuǎn)剛度估算，d

4

j

)。(2)當(dāng)數(shù)值上，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算，dj

3

j

)d------軸的危險(xiǎn)斷面當(dāng)軸上有一個(gè)鍵時(shí)d值增大45%有個(gè)鍵時(shí)d值增大710%當(dāng)為花鍵時(shí)，則花鍵軸內(nèi)徑可比值減少7%N------計(jì)算軸傳遞的額定功率（------從電機(jī)到所計(jì)算軸傳動(dòng)效率（不計(jì)該軸軸承效率，傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率所計(jì)算軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（j

r

min

）A------計(jì)常數(shù)一般取1102.2.2各軸傳遞的功率及軸徑估算Nd

Ⅱ

5.50.990.99kw

（和分別是彈性聯(lián)軸器和軸承的效率）n

j

1440

Ⅰ

4

2

)d30mmN

N

Ⅱ

kw

n

j

900

Ⅱ

4

mm)d35mmN

N

5.230.990.97kw

nj

Ⅲ

4

3

d

40mm

N

5.020.990.97kw

njⅣ

4

4

d

40mmN

N

4.820.990.97

n180jⅤ

4

5

mm

dN

N

4.630.990.97kw

n180j1j基m基1j基m基Ⅵ

4

6

d主主軸直徑的選擇通常主軸直D可根據(jù)傳遞功率并參考現(xiàn)有同類機(jī)床的主軸軸徑尺寸確定。查表D95mm1

D

(0.7D直2.4.1齒輪模數(shù)的估算通常同一傳動(dòng)組中齒輪取同一模數(shù)，并且選取同模數(shù)齒輪中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行初步估算。3

j

)N-------齒傳遞的額定功率kwN------電動(dòng)機(jī)功率kwd

NN

-------從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算齒輪的傳動(dòng)效率（包括計(jì)算齒輪傳動(dòng)效率）Z--------計(jì)算齒輪齒數(shù)n-------所計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速齒輪模數(shù)m值估算后，應(yīng)取相近標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。本組：N=.

0.9903

5.395900

1.78

取=2.5(2)第一擴(kuò)大組：NN基323

560

m2.5(3)第二擴(kuò)大組N

Ⅱ

N0.990.97Ⅰm32

3

m32.4.2齒輪結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算查得齒輪的計(jì)算公式如下：分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑

ddd

mZmZ2mmZm由上述計(jì)算公式得齒輪直徑如下：Ⅰ軸：m=2Zdo

d

a

d

f

55mmⅡ軸：Zdo

96mmd100mma

d

f

91mmm=2.5Zddoa

dfZd100mmd105mmoa

d

f

mmZdo

d

a

mm

d

f

Ⅲ軸：ZddoaZd125mmd130mmoaZdoa

dfdfdfⅣ軸：Zdoa

d

f

mmZdoaZd162mmoa

dfdfZo

d

a

d

f

Ⅴ軸：Zd162mmoa

dfZo

249mmd

a

255mm

d

f

112.4.3確定齒輪齒寬BB=

m

（

m

為齒寬系數(shù)6~10基本組B=7.2；第一擴(kuò)大組第二擴(kuò)大組B=30mm。2.4.4確定各傳動(dòng)軸之間的中心距aⅠ

m2.5Z=(30+48)=97.5mm22aⅡ-Ⅲ

=

2.52a

Ⅲ-Ⅳ

=

a

Ⅳ-Ⅴ

=

32

(52+52)=156mma

Ⅵ-Ⅶ

=

42

3主動(dòng)系的結(jié)構(gòu)計(jì)結(jié)齒輪軸向固定采用了剖分環(huán)擋圈定位和彈性擋圈定位相結(jié)合。彈性擋圈定位，只起定位作用，不能承受較大的軸向力；而剖分環(huán)擋圈不僅能承受較大的軸向力，而且可以代替軸肩，這樣既節(jié)省材料，又便于裝配。為了便于安裝軸上組件，并使傳動(dòng)軸扭矩能均勻傳遞，在此采用花鍵軸。主3.2.1主軸軸承類型主軸前支承采用列相信短圓柱滾子軸承受徑向載荷承間隙的調(diào)整靠修磨半環(huán)及調(diào)整螺母來實(shí)現(xiàn)。后支承采用一對(duì)E46117向推力球軸承，承受徑向和軸向載荷，使主軸軸向定位。軸承間隙靠修磨隔套來調(diào)整。主軸軸承精度：前軸承比后軸承高一級(jí)，故前軸承為級(jí)后軸承為E。3.2.2主軸材料及熱處理主軸材料選45鋼，調(diào)質(zhì)處理。3.2.3主軸的工作性能主電機(jī)傳來的運(yùn)動(dòng)由齒輪經(jīng)雙鍵、套筒帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪安裝在套筒上，而且套筒由一對(duì)向心球軸承支承在箱體上，使主軸得到了卸荷（即主軸只傳遞扭矩這樣減少了主軸變形，提高了主軸的工作性能。3.2.4主軸組件的密封、潤滑主軸前端采用迷宮式密封裝置，主軸軸承由針閥供油得到潤滑。主在床身兩側(cè)的中部各有一個(gè)窗口，右邊窗口打開，可以看到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的全貌，并可進(jìn)行檢查和調(diào)整；左邊窗口則安裝著變速操縱箱，利用拔叉來移動(dòng)各三聯(lián)（或雙聯(lián)）滑移齒輪實(shí)現(xiàn)變速。操縱元件是安裝在左側(cè)窗口上的一個(gè)手柄和一個(gè)轉(zhuǎn)盤。主3.4.1潤滑方式的選擇潤滑方式采用油泵供油循環(huán)潤滑：潤滑油由油泵從油池（設(shè)在床身內(nèi)部）中吸出，經(jīng)濾油器慮清后送至分油器后由油管送至主軸箱上部淋下至各傳動(dòng)面及摩擦面進(jìn)行潤滑。3.4.2潤滑油的選擇所使用潤滑油之粘度為32厘池（平均為30厘池HT30的機(jī)械油。fmfm4進(jìn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算計(jì)概由于用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠這種進(jìn)給方式精度高、運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠，所以采用這種進(jìn)給方式。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為開環(huán)控制。開環(huán)控制不設(shè)置監(jiān)測反饋裝置，機(jī)床的加工精度直接由步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度和機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度來保證。由于開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本較低，精度能滿足普通機(jī)床的需要。在工作性能良好的情況下，加工誤差可控制在0.02mm以內(nèi)。因而機(jī)床在改造中，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大都選擇開環(huán)控制。本機(jī)床橫，縱向進(jìn)給系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)通過消隙減速傳動(dòng)齒輪直接帶動(dòng)滾珠絲杠，把滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)化為滾珠螺母的直線運(yùn)動(dòng)，使刀架分別實(shí)現(xiàn)橫、縱向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行兩個(gè)坐標(biāo)方向的控制。滾滾珠絲杠的設(shè)計(jì)以工作壽命和實(shí)際加工過程中最大銑削力為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算本設(shè)計(jì)切削深度

p

切削寬a

w

a

Z=4立銑刀直徑d16mmo

主軸轉(zhuǎn)速n200

r

minF

Z

CaxFayFFpfdgFnwFo

F

Z

KF

Z查表xF=1.0yF=0.72

F0.86wF=0gF=0.86

=1Z代入上式銑削速v

N)ZCdvoTaxvayvavZpvpfw

K

v查表gv=0.2T=60m=0.33xv=0.1yv=0.4

v0.3pv=0.1kv=1代入上式

v12.98(

min

)

x

Z

yf0yf0工作時(shí)的軸向壓力：F

KF

fFG)z此

F

x

3484.58NF

Z

5200.86NK

：系數(shù)

對(duì)燕尾形導(dǎo)軌取f：摩擦系數(shù)

f0.2G移動(dòng)部件重量

G200908NF

N取壽命T=15000小時(shí)滾珠絲杠轉(zhuǎn)1

vfS

v：進(jìn)給速度S：導(dǎo)程（8mm）其v

anZ0.152004120

mm

minn1

vfS

15

r

min壽命L

60n6015000110610

13.5取運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)f

硬度系數(shù)f則最大動(dòng)負(fù)

3

wnm

21488N根據(jù)上述計(jì)算，選用D83.51E型滾珠絲杠，絲杠直40mm，導(dǎo)8mm徑4.763mm列3.5載C=26185N,C=95814N可見Q<C，從工作壽命考慮沒有問題校核略）為使?jié)L珠絲杠預(yù)緊，采用兩段固定的方式，兼顧摩擦阻力和效率，預(yù)緊力設(shè)定為12.5kN即按最大的計(jì)。3步4.3.1縱向（y方向）步進(jìn)電機(jī)的選取y向步進(jìn)電機(jī)選用130BC3100A型步進(jìn)電機(jī)其最大靜轉(zhuǎn)距：T=20Nm步距角：1.5步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)：

N

o

3601.5

個(gè)分配方式：

三相六拍電壓：80~300空載起動(dòng)頻率：1.25KHZ空載運(yùn)行頻率：15KHZ4.3.2橫向（x方向）步進(jìn)電機(jī)的選取x方向步進(jìn)電機(jī)選用110BF003型步進(jìn)電機(jī)其最大靜轉(zhuǎn)矩：T=7.84Nm步距角：0.75步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)：

N

o

3600.75

個(gè)分配方式：

三相六拍電壓：80~300空載起動(dòng)頻率：1.4KHZ空載運(yùn)行頻率：15KHZ5

電學(xué)設(shè)計(jì)1

概述5.1機(jī)床介紹這次設(shè)計(jì)的機(jī)床是加工盤形凸輪的專門化機(jī)床。專門化機(jī)床加工范圍較廣，適用于大批大量生產(chǎn)，機(jī)械加工效率較高。這次設(shè)計(jì)是在X52K立式升降臺(tái)銑床的基礎(chǔ)上進(jìn)行的數(shù)控改造，使其配有MCS-51單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)平面二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，適宜加工直線、曲線，機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度都有所提高。X52K簡易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)是以MCS-51單片機(jī)為主處理器必要的外部程序儲(chǔ)存器、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及

接口，配上簡單的輸入及輸出設(shè)備，組成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。簡單數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但它具備了計(jì)算機(jī)的基本組成部分，并配有監(jiān)控程序，也是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是采用MCS-51系列的芯片配有4K節(jié)的監(jiān)控系統(tǒng)程序，用來管理該程控系統(tǒng)的自身工作，它的功能P-801單板機(jī)基本相同。5.2X52K簡易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)X52K簡易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的邏輯框圖如左圖所示是以8031單片機(jī)為核心過擴(kuò)充功能，把存儲(chǔ)器芯片2764EPROM（程序存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）和接口芯片8031單機(jī)連接起來。它配有36鍵，作為輸入設(shè)備。位LED七段數(shù)字顯示管作為輸出設(shè)備，還有一些輔助電路，如譯碼器、時(shí)鐘電路，復(fù)位電路等。圖控系統(tǒng)的邏輯框圖3.368031片機(jī)及應(yīng)簡介8031是MCS-51系列單片機(jī)中最簡單的型號(hào)，它不具有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器

或EPROM。在構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)必須擴(kuò)充程序存儲(chǔ)器及其他必要的電路因必對(duì)的各引腳功能有詳細(xì)的了解?，F(xiàn)將各引腳的功能連接方法和應(yīng)用介紹如下：口口作為擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器和00

接口的數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。由于數(shù)據(jù)和地址是分時(shí)地復(fù)口，所以口接一片74LS373存器，用來00鎖口輸出的低位地址信號(hào)，這樣把地址和數(shù)據(jù)分開了。0存器輸出的就是低8位地址A

0

7

?？谧鳛閿U(kuò)充外部存儲(chǔ)器和22

接口的高8位地址線低

）作為

及

的高5地址。而高p

2.5

）通過2.7譯碼器74LS138輸8個(gè)片選號(hào)，分別接到8155的片輸入端。p口：供給機(jī)床驅(qū)動(dòng)軸11.0

）和y1.21.3

）1.7p口3

3.0

3.1

3.4

懸置不用）3.5p是外部中斷請(qǐng)求輸入線緊急故障時(shí)使用。01p作為外部存儲(chǔ)器的讀寫選通號(hào)輸出端（WR）和RD和讀。3.63.7(5)控制線①RESE---復(fù)位信號(hào)輸入端，采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位方法相結(jié)合電路。②ALE---地址鎖存允許信號(hào)輸出端。接至地址鎖存器74LS373選通端G及

接口芯片的ALE端。---外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。只有在讀指令時(shí)才產(chǎn)生。EA---內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇線由于沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器所以必須EA端接地。2202207數(shù)銑床存儲(chǔ)器擴(kuò)充外一般來說，單片機(jī)組成應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，總有兩部分存儲(chǔ)器：一部分是程序存儲(chǔ)器（EPROM部分是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（單片機(jī)的程序比較固定，所以常用ROM，EPROM

或EPROM而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則常用型數(shù)控銑床的存儲(chǔ)器也分為兩補(bǔ)分，一部分用一片2764EPROM監(jiān)控程序，它用于管理單片機(jī)的功能，幫助調(diào)試加工程序。另一部分存儲(chǔ)器由

組成，采用6264）芯片，基本配置為一片（8K量有一片插座，可再擴(kuò)充一片芯片或一片EPROM2864

芯片RAM

既可做為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，也可以作為程序存儲(chǔ)器使用

的高地址部分的幾個(gè)存儲(chǔ)單元，作為監(jiān)控程序?qū)Ｓ玫木彌_器。存2764EPROM

和6264RAM

都是8位的存儲(chǔ)器芯片。所以，都有13條址線（A

0

A條數(shù)據(jù)總D12

D0

A都接到8031A

0

A7

2.0

，以便2.4對(duì)芯片內(nèi)的8K址單元尋址。它們的片選CE分別接到譯碼器138的輸出端上。2764接138Y輸出端所選址范圍是0000H～1FFFH6264接Y端輸出，所以選址范圍是～5FFFH12.0012.008簡易數(shù)控銑床的備及其接口簡易數(shù)控銑床所用的輸入設(shè)備是采用最簡單實(shí)用的鍵盤，而其功能分有個(gè)16進(jìn)制的數(shù)字鍵和20個(gè)命令鍵。輸出設(shè)備采用個(gè)7段數(shù)字顯示管，可以顯示16進(jìn)制機(jī)器碼及各種符號(hào)。左面4個(gè)顯示管顯示這些地址中的內(nèi)容。I8031片機(jī)與鍵盤及顯示器連接是采用通用

接口芯片8155。為含字節(jié)RAM存儲(chǔ)器編程的兩8并行P和一6并行P,而8155C可直接與MCS-51單片機(jī)接口相連，不需要增加任何硬件邏輯。8155的I8155的片選CE接在地址譯碼器輸出端，而8155的

0

端接在8031P端，按照8155功能約定，當(dāng)

I

M

0時(shí)對(duì)內(nèi)節(jié)RAM

尋址。而0

是對(duì)8155的口尋址所以256個(gè)RAM

的地址范圍為，其中2F00H是命令狀態(tài)口地址口地址P口地址PAB口地址。

C簡易數(shù)控銑床的選址邏輯8.4外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器芯片采用的是2764EPROM片內(nèi)地址的選擇需要13條地址線，即占A

0

和，它們都是8K節(jié)容量，A。因此，只剩下三條高位地址線12（A

A）能作為外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器及

接口的片選信號(hào)，若采用線選法，那么只有選三個(gè)芯片。顯然在本數(shù)控系統(tǒng)上是不夠的。所以采用譯碼138來譯碼，使片選號(hào)達(dá)到8個(gè)。X52K型數(shù)控銑床的，RAM

及8155的地址范圍如下表：表8-1數(shù)控銑床的EPROM

及8155地址范圍22229在進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的斬波電路圖9-1步機(jī)驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用的斬電路

斬波電路可彌補(bǔ)雙電壓電路的高壓電路波形連接處的凹形善輸出轉(zhuǎn)矩下降，使勵(lì)磁繞組中的電流維持在額定值附近。所以在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源采用斬波式驅(qū)動(dòng)（電流型上圖是PWM

式單波性斬波器的原理圖A輸入脈沖分配器工作頻率脈沖信號(hào)工作電流調(diào)整信號(hào)和電流負(fù)反饋信號(hào)的電壓疊加號(hào)B在由三角波發(fā)生器送一組高頻調(diào)制波率固定不變B的信號(hào)比較放大后的導(dǎo)通與關(guān)斷U1AB時(shí)輸出低電平UU時(shí)I輸出高電平BG導(dǎo)通，電機(jī)繞組中有電流產(chǎn)，C1BC11L為零電平時(shí)I輸出一組占空比相等的方波脈沖列。低電平BG截止期間，電機(jī)AC11繞組中電流不能立即消失，這D受正向電壓而導(dǎo)通，電首先通C續(xù)流，1L12同時(shí)電C快速充電至電源電壓點(diǎn)位在兩倍的電源電壓時(shí)I的正輸入端>2C2負(fù)輸入端的電位，I翻轉(zhuǎn)BG導(dǎo)通向貶能。i衷到不能繼續(xù)CC22L2L

2充電時(shí)，C便通放電，使i的電流繼續(xù)上升貯備了較大的能量，這時(shí)222L22同步三角振蕩波的正半波到來，迫使了BG再次導(dǎo)通，截止，這時(shí)L的能量由于12BG截止，瞬間產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)勢（L）作用域電源，使電源補(bǔ)充了一個(gè)瞬間2222rad122rad1功率，減小了因負(fù)載電流急劇增加而引起的電壓波動(dòng)L貯備的能量得到釋放。PWM式由的正輸入端的負(fù)輸入端同時(shí)受三角波的控制了同一時(shí)刻只能是12一個(gè)輸出高電平調(diào)W電位器可以使A點(diǎn)工作點(diǎn)上下偏移從而改變輸U(kuò)的占1C空比，相應(yīng)地獲得不同的平均電流。RF是電流反饋電阻。隨電流增大，反饋電壓提高，電平上移，I輸出的脈沖變窄，這一反饋過程又迫使電機(jī)繞組電流下降，保證AC1了電流自動(dòng)地穩(wěn)定在某一定值上C的固有振蕩頻遠(yuǎn)小于三角波的振蕩頻22W才能BG工作正常，否C將會(huì)產(chǎn)生充放電振蕩，就不能達(dá)到向的電源0222提供瞬間能量的目的，也破壞了

2

的工作狀態(tài)。途中選C2

11310

rad

25這種PWMss

電路的特點(diǎn)是在電機(jī)繞組回路中沒有用大的功率電阻來減小電磁時(shí)間常數(shù)Ti，續(xù)流貯能電路濾波電感L，可以幾相繞組共用，可使驅(qū)動(dòng)器小型化，便于調(diào)整。本電路電源電壓高于電機(jī)的20倍，工作脈沖頻率可做得很高，電機(jī)仍能穩(wěn)定工作。PWM

式單波性斬波器的電路工作波形如下圖所示：圖9-2斬的電路工作波形圖10

簡易數(shù)控銑床的自動(dòng)制軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)約定：①步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)（工作臺(tái)最小移動(dòng)距離的個(gè)數(shù)）及單，共（最大）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速：即每兩步之間的延時(shí)時(shí)間常數(shù)→元步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)標(biāo)志→單元，其中（33H為反轉(zhuǎn)）=00H為轉(zhuǎn)棧頂指針地址為x或y10.1.1程序框圖圖10-1工臺(tái)前進(jìn)后退程序框10.1.2程序清單MOVSP，#6000H；MOV30H，#5H；～6）

確定棧頂指針步進(jìn)電機(jī)三相六拍代碼指針，送30H單元MOV

R，34H；5

高位步數(shù)R

5LOOP10：MOVR，35H6

低位步數(shù)R

69：MOV，36H；、反轉(zhuǎn)標(biāo)志→A，33HJNZA6≠0LCALLLOOP5；A=0SJMPLOOP8LOOP6：LCALLLOOP7LOOP8:JNZR96JNZR105SJMP0000H10.1.3三相六拍方式工作輸出代碼表

調(diào)反轉(zhuǎn)一步子程序調(diào)正轉(zhuǎn)一步子程序無條件跳轉(zhuǎn)LOOP返回監(jiān)控程序

8圖10-2三六拍方式工作輸出碼10.2.1程序框圖圖10-3電機(jī)正傳一步子程序框10.2.2程序清單5，#1000H；代碼表首地址，30H；（30H）→ACJNEA，#05H1≠05HMOV30H；對(duì)（30H）0SJMPLOOP2轉(zhuǎn)向LOOP2LOOP1INC30H）+1→30HLOOP2MOVA）→A

轉(zhuǎn)

1MOVCA，@A+DPTR）→AMOVP，A→P1

1LOOP4LCALLLOOP3；調(diào)子序JNE32H4≠0RET10.3.1程序框圖11圖10-4步電機(jī)反轉(zhuǎn)一步子程框圖10.3.2程序清單LOOP

11：MOV

DPTR，#1005

代碼首地址MOVA，30HCJNZA，#00HMOV30H，05HSJMPLOOP14LOOPLOOP

12：DEC14：MOV

30HA，30HMOVCA，@A+DPTRMOVP，ALOOP

15：

LOOP3DJNZ32H，LOOP15RET11鍵盤操作編程鍵用于加工程序的輸入和檢索；共分一下三類：功能鍵：功能鍵共有以下10個(gè)：SCHMON字符鍵：字符鍵共有以下14個(gè)：N

IK

數(shù)字鍵：數(shù)字鍵共有以下12個(gè)

復(fù)位鍵結(jié)束當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)入波段開關(guān)所指示的方式并顯示以等待新的命令。如：退出出錯(cuò)狀態(tài)。注意：在加工過程中不能按此鍵，否則將中斷程序，破壞加工。換行鍵：在加工程序輸入過程中，每一程序段輸入結(jié)束，都要按此鍵，表示本程序段結(jié)束，并自動(dòng)生成下一段程序段的段號(hào)，省略了對(duì)程序段號(hào)的輸入。自動(dòng)生號(hào)的規(guī)律是：N0010開，每段10，以便在修改程序時(shí)進(jìn)行程序段的輸入，在檢索操作中，插入的程序段也要用此鍵。特殊定義鍵：此鍵和數(shù)字鍵同時(shí)按下，形成特定功能檢索移動(dòng)鍵：下檢索并能快速移動(dòng)檢索當(dāng)按下

或

可實(shí)現(xiàn)程序、程序段的上、超過秒時(shí)便可快速上下檢索，縮短檢索時(shí)間，顯示也相應(yīng)地加快。在一個(gè)程序內(nèi)的逐字左右檢索。

可實(shí)現(xiàn)程序復(fù)寫鍵

：在加工程序類似的情況下，可以通過對(duì)復(fù)制程序的修改，實(shí)現(xiàn)新的程序設(shè)計(jì)，節(jié)省工作量。刪除鍵：可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)程序，某一程序段，某一程序字的刪除。檢索鍵：對(duì)程序存貯區(qū)中的程序檢索或?qū)δ骋怀绦蜻M(jìn)行確定檢索。相序指示燈：有向各三只，用以指示兩只三相步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀況。便于系統(tǒng)調(diào)和監(jiān)控。保護(hù)指示燈：共有過熱、過流、過壓、欠4只保護(hù)指示燈。系統(tǒng)正常工作時(shí)為全暗，系統(tǒng)發(fā)生某種自動(dòng)保護(hù)時(shí)，則相應(yīng)的指示燈亮。具體保護(hù)條件如下：過熱保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)部環(huán)境溫度超過℃時(shí)發(fā)生。過流保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部有短路現(xiàn)象時(shí)發(fā)生。過壓保護(hù)：當(dāng)外界輸入電壓超過標(biāo)準(zhǔn)電壓+10%（142V）發(fā)生。欠壓保護(hù)：當(dāng)外界輸入電壓低于標(biāo)準(zhǔn)電壓-（即187V）發(fā)生。注意：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生過流自動(dòng)保護(hù)后，應(yīng)切斷系統(tǒng)電源，待恢復(fù)正常后重新開始工作。12MCS-51單電機(jī)時(shí)控制邏輯MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)由反向放大器構(gòu)成的振蕩電路，

1

為振蕩電路的輸入端，XTAL

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為振蕩電路的輸出端。的時(shí)鐘為內(nèi)部方式時(shí)鐘電路。內(nèi)部方式時(shí)鐘電路如圖所示，利用內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL、XTAL1

2

的引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩?？梢杂檬静ㄆ饔^察到

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輸出的正弦波時(shí)電路一般用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路振可以在之間任選，電容可以在5~30PF之間選擇，電容，C的大小對(duì)振蕩頻率有微小的影02響，可起頻率微調(diào)作用。圖12-1時(shí)路時(shí)鐘