【正文】 蘭 州 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 論 文 題 目： 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 400mm 的 數(shù)控車床總體設(shè)計及主軸箱設(shè)計 專 業(yè) 名 稱： 層 次： 學(xué) 生 姓 名： 完 成 日 期： 1 摘 要 數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（ Numbercal control，簡稱 NC）機(jī)床。它是基于數(shù) 字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是由主機(jī)， CNC，驅(qū)動裝置，數(shù)控機(jī)床的輔助裝置，編程機(jī)及其他一些附屬設(shè)備所組成。 本次設(shè)計課題是 CK6140 數(shù)控臥室車床， CK 是數(shù)控車床， 61 是臥式車床， 40 是床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑為 400mm。 此次設(shè)計包括機(jī)床的總體布局設(shè)計，縱向進(jìn)給設(shè)計，其中還包括齒輪模數(shù)計算及校核，主軸剛度的校核等?？刂葡到y(tǒng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的選用及硬件電路設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計，說明了芯片的擴(kuò)展，鍵盤顯示接口的設(shè)計等等。 車 床適用于車削內(nèi)外圓柱面，圓錐面及其他 基 準(zhǔn)面，車削各種公制 、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋，并能進(jìn)行鉆孔，鉸孔和拉油槽等工作。設(shè)計主抽箱主要是從主 傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計、主運(yùn)動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和箱體這三方面進(jìn)行設(shè)計 。 主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計有 :確定極限轉(zhuǎn)速、確定公比、確定轉(zhuǎn)速級數(shù)、確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式、繪制轉(zhuǎn)速圖、確定齒輪齒數(shù)和擬定傳動系統(tǒng)圖。 主運(yùn)動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計有：帶傳動的設(shè)計、確定各種計算轉(zhuǎn)速、確定齒輪模數(shù)、確定各軸最小直徑和設(shè)計部分主軸主件。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控機(jī)床； 開放式數(shù)控系統(tǒng)；電動機(jī) ；縱向進(jìn)給設(shè)計 2 Abstract The numerical control lathe called the numerical control (Numbercal control, is called NC) the engine bed. It is based on the numerical control, has used the numerical control technology, is loaded with the procedure control system the engine bed. It is by the main engine, CNC, the drive, the numerical control engine bed auxiliary unit, the programming machine and other some appurtenances is posed. This design topic is the CK6140 numerical control bedroom lathe, CK is the numerical control lathe, 61 is the horizontal lathe, 40 is on the lathe bed the biggest work piece rotation diameter is 400mm. This design including the engine bed overall layout design, longitudinal enters for the design, also includes the gear modulus putation and the examination, the main axle rigidity examination and so on. The control system partially including stepbysteps the electrical machinery to select and the hardware circuit design and the software system design, explained the chip expansion, keyboard demonstration connection design and so on. Key word ： numerical ； control tool； Openarchitecture； motor 3 目 錄 摘 要 .......................................................... 1 ABSTRACT ........................................................ 2 目 錄 .......................................................... 3 序言 ........................................................... 4 第一章 總體方案 ................................................. 5 CK6140 的現(xiàn)狀和發(fā)展 ............................................... 5 CK6140 數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定 ........................... 6 CK6140 數(shù)控臥式車床的擬定 ..................................... 6 第二章 主軸箱部分設(shè)計計算說明 .................................... 7 主運(yùn)動部分計算 .................................................... 7 參數(shù)的確定 .................................................... 7 傳 動設(shè)計 ...................................................... 8 轉(zhuǎn)速圖的擬定 ................................................. 10 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 ..................................... 14 第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計 ............................................. 36 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ............................................. 36 選擇中央處理單元（ CPU）的類型 .................................... 37 I/O 接口電路及輔助電路設(shè)計 ...................................... 39 小 結(jié) ......................................................... 43 參 考 文 獻(xiàn) .................................................... 44 4 序言 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機(jī)床電機(jī)的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選 擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機(jī)，經(jīng)過譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件 ； 在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件； 5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 可以預(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設(shè)計實例具有典型性和實用性 。 5 第一章 總體方案 CK6140 的現(xiàn)狀和發(fā)展 自第一臺數(shù)控機(jī)床在美國問世至今的半個世紀(jì)內(nèi)，機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了六代兩個階段的發(fā)展過程。其中，第一個階段為 NC階段；第二個階段為 CNC階段，從 1974 年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)，即為第五代數(shù)空系統(tǒng)。在近 20多年內(nèi)，在生產(chǎn)中，實際使用的數(shù)控系統(tǒng)大多是這第五代數(shù)控系統(tǒng)，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā) 展得到了根本性的提高。從 20世紀(jì) 90年代開始，微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)， PC微機(jī)的發(fā)展尤為突出，無論是軟硬件還是外器件的進(jìn)展日新月異，計算機(jī)所采用的芯片集成化越來越高，功能越來越強(qiáng)，而成本卻越來越低，原來在大，中型機(jī)上才能實現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機(jī)上就可以實現(xiàn)。在美國首先推出了基于 PC微機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，即 PCNC系統(tǒng)，它被劃入為所謂的第六代數(shù)控系統(tǒng)。 下面從數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和體系結(jié)構(gòu)三方面討論機(jī)床。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢： （ 1） .高速高精度高效 （ 2） .柔性化 （ 3） .工藝 復(fù)合和軸化 （ 4） .實時智能化 （ 1） .用戶界面圖形化 （ 2） .科學(xué)計算可視化 （ 3） .插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 （ 4） .內(nèi)置高性能 PLC （ 5） .多媒體技術(shù)應(yīng)用 （ 1） .集成化 （ 2） .模塊化 （ 3） .網(wǎng)絡(luò)化 （ 4） .開放式閉環(huán)控制模式 6 CK6140 數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定 CK6140 數(shù)控臥式車床的擬定 數(shù)控臥式車床具有定位，縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能，還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。 數(shù)控臥式車床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 ，主運(yùn)動部分 z=18 級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉(zhuǎn)速是 2021r/min，最低轉(zhuǎn)速是 40r/min， ?? 。 ，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了 CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器， I/O接口電路，包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器， 包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。 ，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。 ，選用摩擦小，傳動效率的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 ，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，且潤滑方法簡單。 （附注：伺服系統(tǒng)總體方案框圖 ） 圖 伺服系統(tǒng)總體方案 框圖 7 第二章 主軸箱部分設(shè)計計算說明 主運(yùn)動部分計算 參數(shù)的確定 一 . 了解車床的基本情況和特點(diǎn) 車床的規(guī)格系列和類型 1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。 （規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（ GB158279， JB/Z14379）： 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D（ mm）是 400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1大于或等于 200；主軸通孔直徑 d要大于或等于 36；主軸頭號（ JB252179）是 6；最大工件長度 L是 750～ 2021；主軸轉(zhuǎn)速范圍是： 32～ 1600；級數(shù)范圍是： 18；縱向進(jìn)給量 mm/～ ；主電機(jī)功率（ kw）是 ～ 10。 二 . 參數(shù)確定的步驟和方法 1. 極限切削速度 umax﹑ umin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類 ﹑工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)書》。然而，根據(jù)本次設(shè)計的需要選取的值如下： 取 umax=300m/min； umin=30m/min。 2. 主軸的極限轉(zhuǎn)速 計算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗分別?。?～ ）D 和（ ～ ） D。由于 D=400mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： nmax= max1000( ~ )u D?r/min ???????????? =2021r/min ； nmin= min1000( ~ )u D?r/min ???????????