一般情况下,压簧的自由行长度与被压缩的行程之间比例关系?

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1 毕 业 设 计 题目 经济型数控改造 横姠 毕业设计(论文)任务书 I. 设计(论文)题目 经济型数控改造 横向 原始参数(材料) 卧式车床说明书 机床数控技术 毕业设计的目的 要求 设計依据及主要技术指标 设计依据 在 有车床基础上进行数控化改造主要是滚珠丝杠副、步进电动机、数控系统的选择设计。 1) 根据切削力夶小计算滚珠丝杠副应承受的最大动载荷从而选择滚珠丝杠副; 2) 由减速齿轮 滚珠丝杠的转动惯量,求得步进电动机的转动惯量、转矩据此选择步进电动机; 3) 依据机床的受控动作,设计数控系统将机械行动的进给和手动控制的刀架转位改成由单片机控制的自动进给囷刀架的自动转位,实现自动加工 2 主要技术参数 1) 开环控制,两轴联动; 2) 纵向脉冲当量 冲横向脉 冲当量 冲; 3) 际数控标准格式代码編程; 4) 故障自诊断功能,能与 通信 设计基本要求 (包括技术要求、工作要求、图纸要求、写作要求等) 工作要求 1) 车床 X、 Z 坐标机械伺垺机构的设计计算及装配图; 2) 数控系统框图及硬件接线图的绘制; 3) 环形分配子程序和直线插补子程序的框图设计与程序编写。 图纸要求 三张以上 表达清楚,无明显结构错误打印。 写作要求 设计说明书要求叙述清楚打印。 V. 重点研究和解决的问题或指定的专题 1) 滚珠絲杠副、步进电动机的选择计算; 2) 机床导轨的贴塑处理; 3) 数控系统硬件原理图的设计; 4) 环形分配子程序程序编写; 应搜集的资料数據及参考文献 资料 5) 数控机床的发展概述; 6) 式车床的技术参数; 7) 滚珠丝杠副、步进电动机的技术参数; 8) 部分芯片的使用资料; 参考攵献 [1]卧式车床说明书 [2]毕毓杰主编机床数控技术南京机械高等专科学校;机械工业出版社, [3]赵长德;微机原理与接口技术;北京中国科学技术出版社; 4]朱泗芳主编工程制图第三版,高等教育出版社 2000 年 5 月 [5]张久成主编,机械设计课程设计(修订版)陕西职业技术学院,机械工业出版社 1995 3 年 1 月 [6]机械设计手册编写组编,机床设计手册 2机械工业出版社, 1980 年 8 月 [7]机械设计手册编写组编机床设计手册 3,机械工业出 1986 年 12 月 [8]东北大学机械零件设计手册编写组编,机床零件设计手册第三版冶金工业出版社,1994 年 5 月 [9]华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津夶学主编机床设 计图册,上海科学技术出版社 1979 年 6 月 [10]雷晓玲主编,综合作业指导书机械工业出版社, 2000 年 11 月 [11]石光源、周积义、彭福荫主編机械制图第三版,高等教育出版社 1988 年 4 月 设计完成时应提交的文件 进度计划安排 各阶段内容名称 起止日期 时间比例( ) 1 毕业实习资料收集 2 总体方案设计 3 文献资料收集 4 设计计算 5 图纸绘制 6 编写设计说明书 7 检查、打印 8 9 10 4 完成工作内容 1. 学生应交的设计 论文 文件 _________2 设计图纸 年 月 日 设计(论文)指导人(签名) 设计人、作者 (签名) 杨瑞杰 附注 本设计论文任务书填写一式两份。一份由指导人送系保存一份由学生附入设計论文说明书 内。 5 序 言 经济型数控是我国 80 年代科技发展的产物这种数控系统由于功能适宜,价格便宜用它来改造车床,投资少、见效赽成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。 十几年来随着科学技术的发展,经济型数控技术也在不断 进步数控系统产品不断改进完善,并且有了阶段性的突破使新的经济型数控系统功能更强,可靠性更稳定功率增大,结构简单维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力根据我国国情,该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径对于原有老嘚经济型数控车床,特别是 80 年代末期改造的设备由于种种原因闲置的很多,浪费很大;在用的设备使用至今也十几年了同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平,大大提高生产效率创造更大的经济效益。 毕业设计是学生在校学习阶段的最后一個教学环节 也是学生完成工程师基本训练的重要环节。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力,树立正确的设计思想和工作作风毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容,方法和步骤而且还反映了学生的文悝修养和作风。 本说明书分为概述、设计内容、总结三部分分别介绍了此次设计任务将普通卧式车床( 造为经济型数控车床;有关经济型数控车床改造总体方案确定及框图、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、数控系统硬件电路的设计、加工程序 编制;主要是对本次畢业设计的心得。 本书在编 写过程中得到了指导老师和各位老师及同学的大力支持和热心帮助,在此表示谢意 由于作者水平有限书中難免有疏漏和不妥之处,恳请读者批评指正 6 目 录 第一章 概述 1. 设计目的 . 设计任务 二章 设计内容 1. 总体方案确定及 框图 . 机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核 . . 数控机床加工程序编制 三章 总结 1. 设计体会 |、 参考书目 7 第一章 概 述 通过毕业设计,学习了系统地综合运鼡所学的知识和技能解决实际工程问题的本领巩固和加深时所学知识的理解,并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识使认识提高箌一个新的水平,通过毕业设计的实践 培养了调查研究的习惯和工作能力,练习查阅资料和有关标准查阅工具书或参考书,合理选择設计计算公式正确计算,并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果通过毕业设计,不但提高了解决具体问题的独立工作能力具体動脑动手能力,而且建立了正确的设计和科研思想加强了科学性,牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度 1 要求 将 51系列单片机控制的經济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能系统分辨率纵向 横向 2 设计參数 最大加工直径 在床面上 360床鞍上 200大加工长度 1000进速度 纵向 向 大进给速度 8 纵向 向 码制 冲分配方式逐点比较法 输入方式增量值,绝对值通用 控制坐标数 2 最小指令值 纵向 向 具补偿量 0给传动链间隙补偿量 纵向 向 动升降速性能 有 3工作量 ① 机床改造总图; ② 进给伺服系统一个坐标轴(縱向或横向)的机械装配图 ③ 单片机控制系统电路原理图; ④设计计算说明书。 Ⅰ 控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图 Ⅱ 机械部汾设计计算及结构设计说明 Ⅲ 硬件电路部分设计说明 Ⅳ 加工程序控制及说明 9 第二章 设 计 内 容 1、总体方案的确定 ① 系统的运动方式与伺服系統的选择 由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插 补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英制螺纹加工等功能故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高为了简化结构、降低成本,采用步进电机开环控制系统 ② 计算机系统 根据机床要求,采用 8 位微机由于 51 系列单片机具有集成度高,可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点决定采用 51 系列嘚 8031 单片机扩展系统。 控制系统由微机部分、键盘及显示器、 I/O 接口及光隔离电路、步进电机功率放大电路等组成系统的加工程序和控制命囹通过键盘操作实现,显示器采用数码 管显示加工数据及机床状态等信息 ③ 机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率,采用步进电机经齒轮减速再传动丝杆为了保证一定的传动精度跟平稳性,尽量减少摩擦力选用滚珠丝杆螺母副。同时为了提高传动刚度和消除间隙,采用有预加负荷的结构齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 2、设计方案 10 ① 系统运动方式的 确定 数按系统运动方式可分为点位控制系统、点位 /直线系统和连续控制系统 ② 伺服系统的选择 伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统 开环控制系统中,没囿反馈电路不带检测装置,指令信号 是单方向送的 指令发出后,不再反馈回来故称开环控制。开环系统主要由步进电机驱动 闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件,用来检测实际位移量能补偿系统的误差,因而伺服控制精度高闭环系统多采用直鋶伺服电机或位流伺服电机驱动。 半闭环控制系统与闭环系统不同不直接检测工作台的位移量,而是用检测元件出驱动轴的转角再间接推算出工作台实际的位移量,也有反馈回路其性能介于开环系统和闭环系统之间。 ③ 执行机构传动方式的确定 为确保数控系统的传动精度和工作平稳性在设计机械传动装置时,通常提出低摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求在设计中应考虑鉯下几点 Ⅰ 尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等 Ⅱ 尽量肖除传动间隙。例如采用隙齒轮等 Ⅲ 提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度例如采用预加负载導轨和滚珠丝杠副等。 ④ 计算机的选择 微机数控系统由 储器扩展电路、 I/O 接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成 3绘制总体方案框图(图 1) 11 微机光隔离功率放大功率放大光隔离步进电机 运动部件步进电机图1 1确定系统的脉冲当量 根据数控机床精度要求确定脉冲當量 2 计算切削力 横切端面 查 综合作业指导书 式中 车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力 可取纵切时 21 ? ? a x ??? ? ? 8 7 621???????? 式中 走刀方向的切削力( N) 垂直走刀方向的切削力( N) ? ?NF x 8 ??? ? ?NF y 8 ??? 12 3滚珠丝杆螺母副的设计、计算、选型 ① 计算进给 牵引力 横姠进给选为三角型或综合导轨 参考机床设计手册 ? ?????? 查阅综合作业指导书 式中 切削分力(N) G 移动部件的重量( N) 表 100N f? 滑动导軌摩擦系数,随导轨形式而不同 取 f? K 考虑颠复力矩影响的实验系数 取 K ? ? ? ? ? 2 8 ?????????? ② 计算最大动负载 C 选用滚珠丝杆导軌 参考机床设计手册 ?查 阅综合作业指导书 式中 L 寿命以 610 转为一单位 n 丝杆转速( r/ 为最大切削条件下进给速度,可取最高进给速度的 1/2 取 ? ?m ?? 丝杆导程( 初选 为使用寿命( h) ,对于数控机床取 15000h 运转系数查表 3 13 ? ?m 006 0 01 0 0 0 ??? 0 01 ????? ? ????? ③ 滚珠丝杆螺母副的选型 查阅综匼作业指导书 附表A 采用 循环垫片调整紧的双螺母滚珠丝杆副, 1列 其额定动负载为 9700N,精度等级按表 3为3级。 ④ 传动效率计算 ? ??? ?? ?? ? 螺旋升角 933 ?? ?? ? 摩擦角取 01? 滚动摩擦系数 ? ? ? 33t an t ??? ???? ?????? ⑤ 刚度验算 横向进给丝杆支承方式图2所示,朂大牵引力 承间距L= 350丝杆长度较短不需预紧螺母及 轴承预紧。 图2 计算如下 Ⅰ 丝杆的拉伸或压缩变形量 1? 14 查阅综合作业指导书 图 3据 25出 ??可算出 ? ?51 ? ??????? ??Ⅱ 滚珠与螺纹滚道间接触变形量 2? 查图 3珠和螺纹滚道接触变形量Q?? 进行了预紧 ?? ???Ⅲ 支承滾珠丝杆的轴承的轴向接触变形3?采用推力球轴承 8104 查阅 机床设计手册 d20动体直径量 Z13 ? ?223 2 ?????? 综合以上几项变形 量之和 ? ? 0 7 321 ???????? ????? 〈定位精度 ⑥ 稳定性校核 计算临界负载 2? 式中 E 材料弹性模量 2/ I 截面惯性矩 4 L 丝杆两轴承端距离 丝杆支承方式系数从表 查絀 ,一端固定一端简支 441 ??? ?? 15 ? ? 2 6 3 450 622 ??????? ?? 一般 ? ?,所以? ? ⑦ 横向滚珠丝杆副的几何参数 其参数如表 1) 表 16 4齿轮传动比計算 ① 横向进给齿轮箱传动比计算 参数 名称 符号 关系式 纹 滚 道 公称直径 导程 触角 ? 933 ?? 钢球直径 道法面半径 R 心距 e ? ??s ? 纹升角 ? 33 ?? 螺 杆 外径 d ? ? qo ?? 径 1d o 221 ???触直径 2d ?co s2 qo ? 母 螺纹直径 D o 22 ??? 径 1D ? ? qo ??17 已确定横向脉冲当量 ,滚珠直径导程初选步进电动机步距角 ?计算传动仳 i ???? ? 考虑到结构上的原因不使大齿轮直径太大以免影响到横向溜板有行程,故此处可采用两级齿轮降速 计算步进电机负载转矩?? 查阅综合作业指导书 18 式中 p? 脉冲当量,取 进给牵引力 N b? 步距角初选双拍制为 ?? 电机 丝杆传动效率为齿轮、轴承、丝杆效率之积汾别为 2 、、 ? ? 2 ?????????????? b 估算步进电机起动转矩? ? ? ??? c 计算最大静转矩 9 5 a x ?? T?? ?a x ??? d 计算步进电机运行頻率f ?601000?01000 m 式中 最大切削进给速度 最大快移速度 19 p? 脉冲当量,取 ? ? 6 0 0 ?? ??? ?? ? 3 0 0 m a x ?? ??? ? e 初选步进电机型号 根据估算出的最大静轉矩该选用稍大转矩的步进电机以留有一定余量,另一方面与国内同类型机床进行类比的要求决定采用 90从 综合作业指导书 进电机最高涳载启动频率为 4000足空载时要求。 Ⅱ 校核步进电机转矩 前面所述初选步进电机的转矩计算均为估算,初选后应该进行校核计算。 ⅰ 等效轉动惯量计算 计算简图见图 2根据表 3二对齿轮降速时,传动系统折算到电机轴上的总转动惯量 ? ?2?可由下式计算 ? ? ? ??????????????????? ????????????????????????????? ? 式中 321 、 齿轮321 、及其轴的转动惯量 ? ?2 4J 齿轮 4Z 嘚转动惯量 ? ?2 丝杆转动惯量 ? ?2 丝杆导程 G 工件及工作台重量 N G800N 、丝杆等圆柱体惯量计算 表 3 20 对于钢材 34 ?? 式中 M 圆柱体质量 ? ?D 圆柱体直径 L 圓柱体长度或原长 钢材的密度为 ? ? ? 2 ??????? ?? ? ? ??????? ?? ? ? 9 ??????? ??? ? 7 ??????? ?? ? ?24343 ??????? ??因此 ? ? ? ? ??????????????????????????????????????????????? 2 ?? ? ?? ????????????????????????????????????????????? 基本满足惯量匹配的要求。 机床在不同的工况下其所需转矩不同,下面分别按各阶段计算 1) 快速空载起动转矩 M 在快速空载起动阶段加速转矩占的比例較大,具体计算如下 ?? m a M 快速空载起动转矩 ? ? 空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩 ? ? 21 折算到电机轴上的摩擦转矩 ? ? 由于丝杆预紧時折算到电机轴上的附加摩擦转矩 ? ? 在采用丝杆螺母副传动时上述各种转矩 ? ?可用下式计算 2m a a xm a x ????? ?????aa ? ??360m 式中 ?J 传動系统折算到电机轴上的总等效转动惯量 ? ?2 ? 电机最大角速度 ? ?2 电机最大转速 ? ? 运动部件最快速度 ? ?p? 脉冲当量 ? ?b? 步进电机嘚步距角 ??? 运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间 s ? ?m i 60 0 0 03 6 0 m a xm a x ? ??? ???起动加速时间0? ???????? ?? m a xm a x ??折算箌电机轴上的摩擦转矩?2?? ? ? ? ? ? 8 ????? 22 3512 ?? 导轨的摩擦力 N 垂直方向的切削力 N G 运动部件的总重量 N f? 导轨摩擦系数,取 f? i 齿轮降速比 ? 传动链总效率一般可取 ??????? ??附加摩擦转矩 ? ?212 ?? ??式中 滚珠丝杆预加负荷,一般取N 滚珠丝杆导程 o? 滚珠丝杆未预紧时的传动效率一般取 9.0?o?? ? ? ? ? ?????????? 2 13112 22???? 上述三项合计 ? ???????? a 快速移动时所需转矩 M? ? ??????? 最大切削负载时 所需要的转矩 M? ?2???????? 23 式中 折算到电机轴上的切削负载转矩 ? ???? ??? 52 ???从上面計算看出 M 、 M? 、 M? 三种工况下,以快速空载所需转矩最大即以此项作为校核步进电机转矩的依据。 从表 3 步进电机为五相十拍时为 9 5 a x ?? M?則最大静转矩为 ? ??? 95 m a 045? ?大于所需最大静转矩,可以满足此项要求 Ⅲ 校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性 前面已经计算絀机床最大快移时,需步进电机的最高起动频率削进给时所需步进电机运行频率表 30000行频率为 16000从图 33出 90进电机起动矩频特性和运行矩频特性如圖 3所示 24 . c - 1 起 动 矩 频 特 性. c - 2 运 行 矩 频 特 性当快速运动和切削进给时 90 6 进给伺服系统机械部分结构设计 机械部分结构设计的任务是画出进给伺服系統的装配图,用以表达设计构思、设计特 点及计算结果进给伺服系统总图设计 ① 横向进给伺服系统总图设计 横向进给机构可以从俯视图看出,横向进给的齿轮箱和步进电机装在床鞍后面滚珠丝杆也需用盖板保护。横向进给的手柄可以拆除也可保留将原机的方刀架拆除,改装自动回转刀架由计算机控制,根据程序自动转位、夹紧。从总图中可以看到带动刀架回转的微型电机、齿轮箱 总体图上还画絀此车床上加工螺纹的部件光电编码器在数控车床上,利用光电编码器装在主轴或主轴箱中与主轴保持一定传动比的伸出轴上当主轴旋轉一圈时,光电编码器就发出一定数量的脉冲输入到计算机中, 经过计算机的运算控制步进电机带动滚珠丝杆,使刀架进给一定的螺距而附录 过弹性联轴器与主轴箱中一伸出轴相连。因伸出轴不可能与弹性联轴器孔的尺寸完全一致故还要设计一个中间过渡套。 25 控制媔板上有数码显示按键、各种指示灯及开关,注意设计时要与硬件电路图一致 ② 进给伺服系统的装配图 经过计算,已知横向进给系统采用 90步进电机经过二对齿轮减速,齿轮齿数 ???? ,齿轮模数 m2,滚珠丝杆直径为 25?滚珠丝杆螺母选用的是外循环沟槽式垫片调隙 进荇应保证足够应考虑以上问题 Ⅰ 设计应保证足够的行程, 济型数控车床在床面上加工最大尺寸为? 360向进给行程至少为 185中设计了两对减速齒轮,减小了齿轮箱体的高度使横向拖板运动时,防尘盖 11 不致和箱体上盖 4 干涉从图中可以看出横向拖板12最大运动距离为 200外还需注意从橫向拖板装刀架的中心到主轴中心的距离必须大于等于行程与方刀架21见方及刀头伸出度之和,设计时应注意主轴中心与床身中心并不重匼, 床此尺寸为 5床刀架见方为 220? 200刀头伸出长度为 30 Ⅱ 滚珠丝杆与横向导程的平行度应小于 ? 达到此要求,可在镗床上对床鞍两边的装轴承孔在一次装卡中镗出 Ⅲ 为保证滚珠丝杆转动轻快灵活,无阻滞现象必须使滚珠螺母与两端轴承同轴。在本设计中 滚珠螺母 14与横向拖板 12之间装有一垫片,通过水平面内滚珠螺母在垂直面内与两端支承同轴,在通过内六角螺钉 20 的过孔调整水平面内滚珠螺母与两端支承哃轴,调整好以后打入定位销 21。 Ⅳ 滚珠丝杆左右各采用一对径向轴承在右端又采用一对止推轴承,以承受轴向力当丝杆受到向右的軸向力时,通过丝杆台阶传给止推轴承 15 动圈经钢珠传给止推轴承 15不动圈,再通过挡圈一对径向轴承 16的外圈传给法兰盘再传到床鞍上。絲杆受到向左的轴向力通过丝杆右端的圆螺母传给止推轴承的动圈钢珠经不动圈传给法兰盘、床鞍,此处 必注意丝杆所受的轴向力必须傳到床鞍等固定体上另外,要注意止推轴承不动圈和轴颈之间必须画出间隙 Ⅴ 双片消隙齿轮的中间开有三个月牙形的槽放入压簧,并鼡三个内六角螺钉固定 26 ( 这种消隙齿轮的装配顺序 首先将双片齿轮相对转过一个齿距使双片齿轮的齿对齐,弹簧 40 受压上紧螺钉 29,装入箱体后将螺钉 29 松开弹簧40 将双片齿轮沿周向错开,以消除与齿轮 43 的间隙此时在将螺钉 29 上紧(因而在设计时,箱壁上要留有可伸入六角扳掱的孔弹簧两端用削扁的销子 41 压住)此设计中应注意箱体中留足够 的扳手空间,双片齿轮 5用二个六角螺钉固紧六角扳手可以齿轮箱体仩端面伸入(端盖拆下),六角螺钉和滚珠丝杆在轴向留有足够的空间但此空间也不宜留得过大,以免加大箱体尺寸双片齿轮 8采用三個开槽螺钉紧固。螺丝刀需从箱体左面孔中伸入(拆去端盖 3) Ⅵ 90防止运转过程中齿轮 25从电机上松动滑出,在齿轮 25 的轮毂上装一顶丝 27(電机轴上钻一小窝)并用铅丝在顶丝口处与齿轮轮毂缠住以防松。 3. 附录 系统采用 8031作 展了两片 2764芯片、一片 6264芯片、两片 8155可编程并行 I/O 接口 ① 控淛系统的功能 ( 1) 向进给伺服系统运动 ( 2) 键盘显示 ( 3) 自动转位刀架控制 ( 4) 螺纹加工控制 ( 5) 面板控制 ( 6) 行程控制 ( 7) 其他功能 报警电路、急停电路、复位电路、光隔离电路、功能电路等。 ② 储器及 I/O 接口 031芯片选用 6的16位地址线由4 位地址70 ,高 8位地址158 由 8031 27 的 2P 口直接提供 地址锁存允许。 低电平时选通外部存储器( 相应的指令字节出现在 0 )上输入到8031将指令读入。 8031被初始化复位在复位有效期向 地址开始执行程序。(故设计中一定有一片 2764 芯片连到 740Y)设计中采用上电复位和开关复位另外,两片 8155 的 031 的 们可同时复位 8031的0计数器溢出中断申请,由主軸后面的光电编码器输入当车 床车螺纹时,主轴光电编码器向 81030以控制不同导程的螺纹加工光电编码器还发出一个零位螺纹信号,输入 81551嘚6以防止车螺纹乱扣 81551主要用于功能键的控制,刀架转位控制以及报警等其中 0 作为功能键的控制管理,刀架控制编辑、空运行、自动、掱动 I手动 回零。 0 由面板上的按键分别控制起动、暂停、单段、连续、急停等功能5自动转位刀架按指令转位、夹紧,刀架电机停转之后发出此信号,开始执行进给指令60 控制自动转位刀架四个刀位的选刀。 4于报警显示系统正常工作时,输出低电平绿色发光二极管 亮,当系统出现异常情况时输出高电平,经反向后红色发光二极管亮,实现报警功能 81552控制步进电机,行程控制以及键盘,显示电路其中70 为输出口,用于控制 Z 向、 X 向步进电机运转 Z 向步进电机为五相, X 向为三相此系统采用软件分配。键盘显示电路为 4? 6键和 6位显示器50 作为键盘的 6条列线,是键盘扫描线是输出口。30 接行线作为 键盘输入口50 是 6位数码显示器的位选信号, 8031的 1P 口是数码显示器的段选信号74 接越程限位控制电路, 28 当床鞍或拖板在 向越程时即向计算机输入此信号,使进给系统停止 3、存储器及 I/ 3) 表 3 数控车床控制系统芯片地址汾配 芯片 接 748 引脚 地址选择线 片内地 址 单元 地址编码 Y 001K Y 010K I/O 4Y 0 I/O 4Y 0 8100. 业设计的过程中,一个最大的体会就是理论上很简单的东西当你要试图去实现的时候,你会发现它是那么的难追其根本原因在于,以前动手太少 了 本次毕业设计是对我们每个学生在校三年来所学知识与生产实践技术所進行的一次综合性的全面考察;培养了我们运用所学专业知识解决实际问题的能力;它还为我们了解一般机械工程设计的基本思想打下良恏的基础;在设计方案的拟定 ,设计资料的收集 ,手册,国标选用设计方法的运用 ,零部件及总体装配图的绘制等方面,有一次较全面的锻炼对我们进入社会具备一定独立工作能力起了良好的作用 ,能较好的适应工作 。 随着电子技术特别是计算机技术的发展单片机、 在数控机床中广泛的应用,数控机床迅速地发展起来特别是加工中心在工厂的运用 精度、小批量等零件的加工问题;能够稳定质量和提高生产效率;本课题所设计的简式数控机床属于半闭环式经济型车床,它的工作原理是用脉冲马达的伺服性能即对应一定的脉冲必定有一定的转角。从而通过选择螺母机构使工作台移动一定的距离所以简式数控机床的设计关键在于数控系统的伺服进给系统的设计,它的好坏直接影响产品质量和生产效率等数控机床的伺服进给系统不仅 要对进给运动的速度实现自动控制,而且还需要对刀具相对于工件的位置实现洎动控制因此与其它机床相比其进给系统的设计要求更高、度更大、涉及的问题也更广。 经过两个月的时间我对机械制造及自动化有叻更深刻的了解,不仅回顾了以前所学的知识还学到了许多以前没有接触过的新知识,对 应用水平有了进一步提高也清楚了各种标准件的画法,对数控技术单片机, 认识有了进一步的深化 在此一并感谢指导老师和同学在这次设计中对我的热心指导和帮助,通过本次設计使自己有一个综合性的提高 ,达到了本次的设计目的 32 2. 参考文献 [1] 朱泗芳主编,工程制图第二版高等教育出版社, 2000 年 5 月 [2] 唐增宝 刘元俊主編机械设计课程设计(修订版),华中理工大学出版社 1995 年 1 月 [3] 机械设计手册编写组编,机床设计手册 2机械工业出版社, 1980 年 8 月 [4] 机械设计掱册编写组编机床设计手册 3,机械工业出 1986 年 12 月 [5] 东北大学机械零件设计手册编写组编,机床零件设计手册第三版冶金工业出版社, 1994 年 5 朤 [6] 华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编机床设计图册,上海科学技术出版社 1979 年 6 月 [7] 雷晓玲主编,综合作业指导书机械工業出版社, 2000 年 11 月 [8] 石光源、周积义、彭福荫主编机械制图第三版,高等教育出版社 1988 年4 月 [9] 毕 毓 杰主编 机床 数控技术,南京机械高等专科学校机械工业出版社

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1 毕 业 设 计 题目 经济型数控改造 横向 毕业设计(论文)任務书 I. 设计(论文)题目 经济型数控改造 横向 原始参数(材料) 卧式车床说明书 机床数控技术 毕业设计的目的 要求 设计依据及主要技术指标 設计依据 在 有车床基础上进行数控化改造主要是滚珠丝杠副、步进电动机、数控系统的选择设计。 1) 根据切削力大小计算滚珠丝杠副应承受的最大动载荷从而选择滚珠丝杠副; 2) 由减速齿轮 滚珠丝杠的转动惯量,求得步进电动机的转动惯量、转矩据此选择步进电动机; 3) 依据机床的受控动作,设计数控系统将机械行动的进给和手动控制的刀架转位改成由单片机控制的自动进给和刀架的自动转位,实現自动加工 2 主要技术参数 1) 开环控制,两轴联动; 2) 纵向脉冲当量 冲横向脉 冲当量 冲; 3) 际数控标准格式代码编程; 4) 故障自诊断功能,能与 通信 设计基本要求 (包括技术要求、工作要求、图纸要求、写作要求等) 工作要求 1) 车床 X、 Z 坐标机械伺服机构的设计计算及装配图; 2) 数控系统框图及硬件接线图的绘制; 3) 环形分配子程序和直线插补子程序的框图设计与程序编写。 图纸要求 三张以上 表达清楚,无明显结构错误打印。 写作要求 设计说明书要求叙述清楚打印。 V. 重点研究和解决的问题或指定的专题 1) 滚珠丝杠副、步进电动机的選择计算; 2) 机床导轨的贴塑处理; 3) 数控系统硬件原理图的设计; 4) 环形分配子程序程序编写; 应搜集的资料数据及参考文献 资料 5) 数控机床的发展概述; 6) 式车床的技术参数; 7) 滚珠丝杠副、步进电动机的技术参数; 8) 部分芯片的使用资料; 参考文献 [1]卧式车床说明书 [2]毕毓杰主编机床数控技术南京机械高等专科学校;机械工业出版社, [3]赵长德;微机原理与接口技术;北京中国科学技术出版社; 4]朱泗芳主編工程制图第三版,高等教育出版社 2000 年 5 月 [5]张久成主编,机械设计课程设计(修订版)陕西职业技术学院,机械工业出版社 1995 3 年 1 月 [6]机械设计手册编写组编,机床设计手册 2机械工业出版社, 1980 年 8 月 [7]机械设计手册编写组编机床设计手册 3,机械工业出 1986 年 12 月 [8]东北大学机械零件设计手册编写组编,机床零件设计手册第三版冶金工业出版社,1994 年 5 月 [9]华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编机床设 计图冊,上海科学技术出版社 1979 年 6 月 [10]雷晓玲主编,综合作业指导书机械工业出版社, 2000 年 11 月 [11]石光源、周积义、彭福荫主编机械制图第三版,高等教育出版社 1988 年 4 月 设计完成时应提交的文件 进度计划安排 各阶段内容名称 起止日期 时间比例( ) 1 毕业实习资料收集 2 总体方案设计 3 文献資料收集 4 设计计算 5 图纸绘制 6 编写设计说明书 7 检查、打印 8 9 10 4 完成工作内容 1. 学生应交的设计 论文 文件 _________2 设计图纸 2006 年 月 日 设计(论文)指导人(签名) 设计人、作者 (签名) 杨瑞杰 附注 本设计论文任务书填写一式两份。一份由指导人送系保存一份由学生附入设计论文说明书 内。 5 序 言 經济型数控是我国 80 年代科技发展的产物这种数控系统由于功能适宜,价格便宜用它来改造车床,投资少、见效快成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。 十几年来随着科学技术的发展,经济型数控技术也在不断 进步数控系统产品不断改进完善,并且囿了阶段性的突破使新的经济型数控系统功能更强,可靠性更稳定功率增大,结构简单维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力根据我国国情,该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径对于原有老的经济型数控车床,特別是 80 年代末期改造的设备由于种种原因闲置的很多,浪费很大;在用的设备使用至今也十几年了同样面临进一步改造的问题通过改造鈳以提高原有装备的技术水平,大大提高生产效率创造更大的经济效益。 毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节 也是学生唍成工程师基本训练的重要环节。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力,树竝正确的设计思想和工作作风毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容,方法和步骤而且还反映了学生的文理修养和作风。 本说明書分为概述、设计内容、总结三部分分别介绍了此次设计任务将普通卧式车床( 造为经济型数控车床;有关经济型数控车床改造总体方案确定及框图、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、数控系统硬件电路的设计、加工程序 编制;主要是对本次毕业设计的心得。 本书茬编 写过程中得到了指导老师和各位老师及同学的大力支持和热心帮助,在此表示谢意 由于作者水平有限书中难免有疏漏和不妥之处,恳请读者批评指正 6 目 录 第一章 概述 1. 设计目的 . 设计任务 二章 设计内容 1. 总体方案确定及 框图 . 机床进给伺服系统机械部分设计计算忣校核 . . 数控机床加工程序编制 三章 总结 1. 设计体会 |、 参考书目 7 第一章 概 述 通过毕业设计,学习了系统地综合运用所学的知识和技能解決实际工程问题的本领巩固和加深时所学知识的理解,并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识使认识提高到一个新的水平,通过畢业设计的实践 培养了调查研究的习惯和工作能力,练习查阅资料和有关标准查阅工具书或参考书,合理选择设计计算公式正确计算,并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果通过毕业设计,不但提高了解决具体问题的独立工作能力具体动脑动手能力,而且建竝了正确的设计和科研思想加强了科学性,牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度 1 要求 将 51系列单片机控制的经济型数控车床。要求該车床有自动回转刀架具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能系统分辨率纵向 横向 2 设计参数 最大加工直径 在床媔上 360床鞍上 200大加工长度 1000进速度 纵向 向 大进给速度 8 纵向 向 码制 冲分配方式逐点比较法 输入方式增量值,绝对值通用 控制坐标数 2 最小指令值 縱向 向 具补偿量 0给传动链间隙补偿量 纵向 向 动升降速性能 有 3工作量 ① 机床改造总图; ② 进给伺服系统一个坐标轴(纵向或横向)的机械装配图 ③ 单片机控制系统电路原理图; ④设计计算说明书。 Ⅰ 控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图 Ⅱ 机械部分设计计算及结构设计說明 Ⅲ 硬件电路部分设计说明 Ⅳ 加工程序控制及说明 9 第二章 设 计 内 容 1、总体方案的确定 ① 系统的运动方式与伺服系统的选择 由于改造后的經济型数控车床应具有定位、直线插 补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英制螺纹加工等功能故应选择连续控制系统。考虑到属于經济型数控机床加工精度要求不高为了简化结构、降低成本,采用步进电机开环控制系统 ② 计算机系统 根据机床要求,采用 8 位微机甴于 51 系列单片机具有集成度高,可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点决定采用 51 系列的 8031 单片机扩展系统。 控淛系统由微机部分、键盘及显示器、 I/O 接口及光隔离电路、步进电机功率放大电路等组成系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现,顯示器采用数码 管显示加工数据及机床状态等信息 ③ 机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率,采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆為了保证一定的传动精度跟平稳性,尽量减少摩擦力选用滚珠丝杆螺母副。同时为了提高传动刚度和消除间隙,采用有预加负荷的结構齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 2、设计方案 10 ① 系统运动方式的 确定 数按系统运动方式可分为点位控制系统、点位 /直线系统和連续控制系统 ② 伺服系统的选择 伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统 开环控制系统中,没有反馈电路不带检测裝置,指令信号 是单方向送的 指令发出后,不再反馈回来故称开环控制。开环系统主要由步进电机驱动 闭环控制系统具有装在机床迻动部件上的检测反馈元件,用来检测实际位移量能补偿系统的误差,因而伺服控制精度高闭环系统多采用直流伺服电机或位流伺服電机驱动。 半闭环控制系统与闭环系统不同不直接检测工作台的位移量,而是用检测元件出驱动轴的转角再间接推算出工作台实际的位移量,也有反馈回路其性能介于开环系统和闭环系统之间。 ③ 执行机构传动方式的确定 为确保数控系统的传动精度和工作平稳性在設计机械传动装置时,通常提出低摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求在设计中应考虑以下几点 Ⅰ 尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等 Ⅱ 尽量肖除传动间隙。例如采用隙齿轮等 Ⅲ 提高系统刚喥。缩短传动链可以提高系统的传动刚度减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。 ④ 计算机的选择 微机数控系统由 储器扩展电路、 I/O 接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成 3绘制总体方案框图(图 1) 11 微机光隔离功率放大功率放大光隔离步进电机 运动部件步进电机图1 1确定系统的脉冲当量 根据数控机床精度要求确定脉冲当量 2 计算切削力 横切端媔 查 综合作业指导书 式中 车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力 可取纵切时 21 ? ? a x ??? ? ? 8 7 621???????? 式中 走刀方向的切削仂( N) 垂直走刀方向的切削力( N) ? ?NF x 8 ??? ? ?NF y 8 ??? 12 3滚珠丝杆螺母副的设计、计算、选型 ① 计算进给 牵引力 横向进给选为三角型或综匼导轨 参考机床设计手册 ? ?????? 查阅综合作业指导书 式中 切削分力(N) G 移动部件的重量( N) 表 100N f? 滑动导轨摩擦系数,随导轨形式而不同 取 f? K 考虑颠复力矩影响的实验系数 取 K ? ? ? ? ? 2 8 ?????????? ② 计算最大动负载 C 选用滚珠丝杆导轨 参考机床设计手册 ?查 阅综合作业指导书 式中 L 寿命以 610 转为一单位 n 丝杆转速( r/ 为最大切削条件下进给速度,可取最高进给速度的 1/2 取 ? ?m ?? 丝杆导程( 初选 为使用寿命( h) ,对于数控机床取 15000h 运转系数查表 3 13 ? ?m 006 0 01 0 0 0 ??? 0 01 ????? ? ????? ③ 滚珠丝杆螺母副的选型 查阅综合作业指导书 附表A 采鼡 循环垫片调整紧的双螺母滚珠丝杆副, 1列 其额定动负载为 9700N,精度等级按表 3为3级。 ④ 传动效率计算 ? ??? ?? ?? ? 螺旋升角 933 ?? ?? ? 摩擦角取 01? 滚动摩擦系数 ? ? ? 33t an t ??? ???? ?????? ⑤ 刚度验算 横向进给丝杆支承方式图2所示,最大牵引力 承间距L= 350絲杆长度较短不需预紧螺母及 轴承预紧。 图2 计算如下 Ⅰ 丝杆的拉伸或压缩变形量 1? 14 查阅综合作业指导书 图 3据 25出 ??可算出 ? ?51 ? ??????? ??Ⅱ 滚珠与螺纹滚道间接触变形量 2? 查图 3珠和螺纹滚道接触变形量Q?? 进行了预紧 ?? ???Ⅲ 支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形3?采用推力球轴承 8104 查阅 机床设计手册 d20动体直径量 Z13 ? ?223 2 ?????? 综合以上几项变形 量之和 ? ? 0 7 321 ???????? ????? 〈萣位精度 ⑥ 稳定性校核 计算临界负载 2? 式中 E 材料弹性模量 2/ I 截面惯性矩 4 L 丝杆两轴承端距离 丝杆支承方式系数从表 查出 ,一端固定一端简支 441 ??? ?? 15 ? ? 2 6 3 450 622 ??????? ?? 一般 ? ?,所以? ? ⑦ 横向滚珠丝杆副的几何参数 其参数如表 1) 表 16 4齿轮传动比计算 ① 横向进给齿轮箱傳动比计算 参数 名称 符号 关系式 纹 滚 道 公称直径 导程 触角 ? 933 ?? 钢球直径 道法面半径 R 心距 e ? ??s ? 纹升角 ? 33 ?? 螺 杆 外径 d ? ? qo ?? 径 1d o 221 ???触直径 2d ?co s2 qo ? 母 螺纹直径 D o 22 ??? 径 1D ? ? qo ??17 已确定横向脉冲当量 ,滚珠直径导程初选步进电动机步距角 ?计算传动比 i ???? ? 考虑到结構上的原因不使大齿轮直径太大以免影响到横向溜板有行程,故此处可采用两级齿轮降速 a 计算步进电机负载转矩?? 查阅综合作业指導书 18 式中 p? 脉冲当量,取 进给牵引力 N b? 步距角初选双拍制为 ?? 电机 丝杆传动效率为齿轮、轴承、丝杆效率之积分别为 2 、、 ? ? 2 ?????????????? b 估算步进电机起动转矩? ? ? ??? c 计算最大静转矩 9 5 a x ?? T?? ?a x ??? d 计算步进电机运行频率f ?601000?01000 m 式中 最大切削進给速度 最大快移速度 19 p? 脉冲当量,取 ? ? 6 0 0 ?? ??? ?? ? 3 0 0 m a x ?? ??? ? e 初选步进电机型号 根据估算出的最大静转矩该选用稍大转矩的步进电机以留有一定余量,另一方面与国内同类型机床进行类比的要求决定采用 90从 综合作业指导书 进电机最高空载启动频率为 4000足空载時要求。 Ⅱ 校核步进电机转矩 前面所述初选步进电机的转矩计算均为估算,初选后应该进行校核计算。 ⅰ 等效转动惯量计算 计算简图見图 2根据表 3二对齿轮降速时,传动系统折算到电机轴上的总转动惯量 ? ?2?可由下式计算 ? ? ? ??????????????????? ????????????????????????????? ? 式中 321 、 齿轮321 、及其轴的转动惯量 ? ?2 4J 齿轮 4Z 的转动惯量 ? ?2 丝杆转動惯量 ? ?2 丝杆导程 G 工件及工作台重量 N G800N 、丝杆等圆柱体惯量计算 表 3 20 对于钢材 34 ?? 式中 M 圆柱体质量 ? ?D 圆柱体直径 L 圆柱体长度或原长 钢材嘚密度为 ? ? ? 2 ??????? ?? ? ? ??????? ?? ? ? 9 ??????? ??? ? 7 ??????? ?? ? ?24343 ??????? ??洇此 ? ? ? ? ??????????????????????????????????????????????? 2 ?? ? ?? ????????????????????????????????????????????? 基本满足惯量匹配的要求。 机床在不同嘚工况下其所需转矩不同,下面分别按各阶段计算 1) 快速空载起动转矩 M 在快速空载起动阶段加速转矩占的比例较大,具体计算如下 ?? m a M 快速空载起动转矩 ? ? 空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩 ? ? 21 折算到电机轴上的摩擦转矩 ? ? 由于丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦转矩 ? ? 在采用丝杆螺母副传动时上述各种转矩 ? ?可用下式计算 2m a a xm a x ????? ?????aa ? ??360m 式中 ?J 传动系统折算到电机轴上嘚总等效转动惯量 ? ?2 ? 电机最大角速度 ? ?2 电机最大转速 ? ? 运动部件最快速度 ? ?p? 脉冲当量 ? ?b? 步进电机的步距角 ??? 运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间 s ? ?m i 60 0 0 03 6 0 m a xm a x ? ??? ???起动加速时间0? ???????? ?? m a xm a x ??折算到电机轴上的摩擦转矩?2?? ? ? ? ? ? 8 ????? 22 3512 ?? 导轨的摩擦力 N 垂直方向的切削力 N G 运动部件的总重量 N f? 导轨摩擦系数,取 f? i 齿轮降速比 ? 传动链总效率┅般可取 ??????? ??附加摩擦转矩 ? ?212 ?? ??式中 滚珠丝杆预加负荷,一般取N 滚珠丝杆导程 o? 滚珠丝杆未预紧时的传动效率┅般取 9.0?o?? ? ? ? ? ?????????? 2 13112 22???? 上述三项合计 ? ???????? a 快速移动时所需转矩 M? ? ??????? 最大切削负载时 所需要的转矩 M? ?2???????? 23 式中 折算到电机轴上的切削负载转矩 ? ???? ??? 52 ???从上面计算看出 M 、 M? 、 M? 三种笁况下,以快速空载所需转矩最大即以此项作为校核步进电机转矩的依据。 从表 3 步进电机为五相十拍时为 9 5 a x ?? M?则最大静转矩为 ? ??? 95 m a 045? ?大于所需最大静转矩,可以满足此项要求 Ⅲ 校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性 前面已经计算出机床最大快移时,需步进电机的最高起动频率削进给时所需步进电机运行频率表 30000行频率为 16000从图 33出 90进电机起动矩频特性和运行矩频特性如图 3所示 24 . c - 1 起 动 矩 频 特 性. c - 2 运 荇 矩 频 特 性当快速运动和切削进给时 90 6 进给伺服系统机械部分结构设计 机械部分结构设计的任务是画出进给伺服系统的装配图,用以表达設计构思、设计特 点及计算结果进给伺服系统总图设计 ① 横向进给伺服系统总图设计 横向进给机构可以从俯视图看出,横向进给的齿轮箱和步进电机装在床鞍后面滚珠丝杆也需用盖板保护。横向进给的手柄可以拆除也可保留将原机的方刀架拆除,改装自动回转刀架甴计算机控制,根据程序自动转位、夹紧。从总图中可以看到带动刀架回转的微型电机、齿轮箱 总体图上还画出此车床上加工螺纹的蔀件光电编码器在数控车床上,利用光电编码器装在主轴或主轴箱中与主轴保持一定传动比的伸出轴上当主轴旋转一圈时,光电编码器僦发出一定数量的脉冲输入到计算机中, 经过计算机的运算控制步进电机带动滚珠丝杆,使刀架进给一定的螺距而附录 过弹性联轴器与主轴箱中一伸出轴相连。因伸出轴不可能与弹性联轴器孔的尺寸完全一致故还要设计一个中间过渡套。 25 控制面板上有数码显示按鍵、各种指示灯及开关,注意设计时要与硬件电路图一致 ② 进给伺服系统的装配图 经过计算,已知横向进给系统采用 90步进电机经过二對齿轮减速,齿轮齿数 ???? ,齿轮模数 m2,滚珠丝杆直径为 25?滚珠丝杆螺母选用的是外循环沟槽式垫片调隙 进行应保证足够应考虑以仩问题 Ⅰ 设计应保证足够的行程, 济型数控车床在床面上加工最大尺寸为? 360向进给行程至少为 185中设计了两对减速齿轮,减小了齿轮箱体嘚高度使横向拖板运动时,防尘盖 11 不致和箱体上盖 4 干涉从图中可以看出横向拖板12最大运动距离为 200外还需注意从横向拖板装刀架的中心箌主轴中心的距离必须大于等于行程与方刀架21见方及刀头伸出度之和,设计时应注意主轴中心与床身中心并不重合, 床此尺寸为 5床刀架見方为 220? 200刀头伸出长度为 30 Ⅱ 滚珠丝杆与横向导程的平行度应小于 ? 达到此要求,可在镗床上对床鞍两边的装轴承孔在一次装卡中镗出 Ⅲ 为保证滚珠丝杆转动轻快灵活,无阻滞现象必须使滚珠螺母与两端轴承同轴。在本设计中 滚珠螺母 14与横向拖板 12之间装有一垫片,通過水平面内滚珠螺母在垂直面内与两端支承同轴,在通过内六角螺钉 20 的过孔调整水平面内滚珠螺母与两端支承同轴,调整好以后打叺定位销 21。 Ⅳ 滚珠丝杆左右各采用一对径向轴承在右端又采用一对止推轴承,以承受轴向力当丝杆受到向右的轴向力时,通过丝杆台階传给止推轴承 15 动圈经钢珠传给止推轴承 15不动圈,再通过挡圈一对径向轴承 16的外圈传给法兰盘再传到床鞍上。丝杆受到向左的轴向力通过丝杆右端的圆螺母传给止推轴承的动圈钢珠经不动圈传给法兰盘、床鞍,此处 必注意丝杆所受的轴向力必须传到床鞍等固定体上叧外,要注意止推轴承不动圈和轴颈之间必须画出间隙 Ⅴ 双片消隙齿轮的中间开有三个月牙形的槽放入压簧,并用三个内六角螺钉固定 26 ( 这种消隙齿轮的装配顺序 首先将双片齿轮相对转过一个齿距使双片齿轮的齿对齐,弹簧 40 受压上紧螺钉 29,装入箱体后将螺钉 29 松开弹簧40 将双片齿轮沿周向错开,以消除与齿轮 43 的间隙此时在将螺钉 29 上紧(因而在设计时,箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔弹簧两端用削扁的销子 41 压住)此设计中应注意箱体中留足够 的扳手空间,双片齿轮 5用二个六角螺钉固紧六角扳手可以齿轮箱体上端面伸入(端盖拆下),六角螺钉和滚珠丝杆在轴向留有足够的空间但此空间也不宜留得过大,以免加大箱体尺寸双片齿轮 8采用三个开槽螺钉紧固。螺丝刀需从箱体左面孔中伸入(拆去端盖 3) Ⅵ 90防止运转过程中齿轮 25从电机上松动滑出,在齿轮 25 的轮毂上装一顶丝 27(电机轴上钻一小窝)并鼡铅丝在顶丝口处与齿轮轮毂缠住以防松。 3. 附录 系统采用 8031作 展了两片 2764芯片、一片 6264芯片、两片 8155可编程并行 I/O 接口 ① 控制系统的功能 ( 1) 向进給伺服系统运动 ( 2) 键盘显示 ( 3) 自动转位刀架控制 ( 4) 螺纹加工控制 ( 5) 面板控制 ( 6) 行程控制 ( 7) 其他功能 报警电路、急停电路、复位电路、光隔离电路、功能电路等。 ② 储器及 I/O 接口 031芯片选用 6的16位地址线由4 位地址70 ,高 8位地址158 由 8031 27 的 2P 口直接提供 地址锁存允许。 低电平时選通外部存储器( 相应的指令字节出现在 0 )上输入到8031将指令读入。 8031被初始化复位在复位有效期向 地址开始执行程序。(故设计中一定囿一片 2764 芯片连到 740Y)设计中采用上电复位和开关复位另外,两片 8155 的 031 的 们可同时复位 8031的0计数器溢出中断申请,由主轴后面的光电编码器输叺当车 床车螺纹时,主轴光电编码器向 81030以控制不同导程的螺纹加工光电编码器还发出一个零位螺纹信号,输入 81551的6以防止车螺纹乱扣 81551主要用于功能键的控制,刀架转位控制以及报警等其中 0 作为功能键的控制管理,刀架控制编辑、空运行、自动、手动 I手动 回零。 0 由面板上的按键分别控制起动、暂停、单段、连续、急停等功能5自动转位刀架按指令转位、夹紧,刀架电机停转之后发出此信号,开始执荇进给指令60 控制自动转位刀架四个刀位的选刀。 4于报警显示系统正常工作时,输出低电平绿色发光二极管 亮,当系统出现异常情况時输出高电平,经反向后红色发光二极管亮,实现报警功能 81552控制步进电机,行程控制以及键盘,显示电路其中70 为输出口,用于控制 Z 向、 X 向步进电机运转 Z 向步进电机为五相, X 向为三相此系统采用软件分配。键盘显示电路为 4? 6键和 6位显示器50 作为键盘的 6条列线,昰键盘扫描线是输出口。30 接行线作为 键盘输入口50 是 6位数码显示器的位选信号, 8031的 1P 口是数码显示器的段选信号74 接越程限位控制电路, 28 當床鞍或拖板在 向越程时即向计算机输入此信号,使进给系统停止 3、存储器及 I/ 3) 表 3 数控车床控制系统芯片地址分配 芯片 接 748 引脚 地址选擇线 片内地 址 单元 地址编码 Y 001K Y 010K I/O 4Y 0 I/O 4Y 0 8100. 业设计的过程中,一个最大的体会就是理论上很简单的东西当你要试图去实现的时候,你会发现它是那么的難追其根本原因在于,以前动手太少 了 本次毕业设计是对我们每个学生在校三年来所学知识与生产实践技术所进行的一次综合性的全媔考察;培养了我们运用所学专业知识解决实际问题的能力;它还为我们了解一般机械工程设计的基本思想打下良好的基础;在设计方案嘚拟定 ,设计资料的收集 ,手册,国标选用设计方法的运用 ,零部件及总体装配图的绘制等方面,有一次较全面的锻炼对我们进入社会具备┅定独立工作能力起了良好的作用 ,能较好的适应工作 。 随着电子技术特别是计算机技术的发展单片机、 在数控机床中广泛的应用,数控機床迅速地发展起来特别是加工中心在工厂的运用 精度、小批量等零件的加工问题;能够稳定质量和提高生产效率;本课题所设计的简式数控机床属于半闭环式经济型车床,它的工作原理是用脉冲马达的伺服性能即对应一定的脉冲必定有一定的转角。从而通过选择螺母機构使工作台移动一定的距离所以简式数控机床的设计关键在于数控系统的伺服进给系统的设计,它的好坏直接影响产品质量和生产效率等数控机床的伺服进给系统不仅 要对进给运动的速度实现自动控制,而且还需要对刀具相对于工件的位置实现自动控制因此与其它機床相比其进给系统的设计要求更高、度更大、涉及的问题也更广。 经过两个月的时间我对机械制造及自动化有了更深刻的了解,不仅囙顾了以前所学的知识还学到了许多以前没有接触过的新知识,对 应用水平有了进一步提高也清楚了各种标准件的画法,对数控技术单片机, 认识有了进一步的深化 在此一并感谢指导老师和同学在这次设计中对我的热心指导和帮助,通过本次设计使自己有一个综合性的提高 ,达到了本次的设计目的 32 2. 参考文献 [1] 朱泗芳主编,工程制图第二版高等教育出版社, 2000 年 5 月 [2] 唐增宝 刘元俊主编机械设计课程设计(修订版),华中理工大学出版社 1995 年 1 月 [3] 机械设计手册编写组编,机床设计手册 2机械工业出版社, 1980 年 8 月 [4] 机械设计手册编写组编机床设計手册 3,机械工业出 1986 年 12 月 [5] 东北大学机械零件设计手册编写组编,机床零件设计手册第三版冶金工业出版社, 1994 年 5 月 [6] 华东纺织工学院、哈爾滨工业大学、天津大学主编机床设计图册,上海科学技术出版社 1979 年 6 月 [7] 雷晓玲主编,综合作业指导书机械工业出版社, 2000 年 11 月 [8] 石光源、周积义、彭福荫主编机械制图第三版,高等教育出版社 1988 年4 月 [9] 毕 毓 杰主编 机床 数控技术,南京机械高等专科学校机械工业出版社

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