【正文】 SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ?。希啤。裕牛茫龋危希蹋希牵佼厴I(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)微型數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名： 摘要的頁(yè)眉自己再添上 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2011年 06 月摘 要微型數(shù)控車(chē)床又稱(chēng)數(shù)字控制（Numerical control，簡(jiǎn)稱(chēng)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(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是由主機(jī)，CNC，驅(qū)動(dòng)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。該數(shù)控車(chē)床主要由教學(xué)型車(chē)床機(jī)械裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、電源驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，此次設(shè)計(jì)包括機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中還包括齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，主軸的設(shè)計(jì)及其剛度的校核，主軸組件的設(shè)計(jì)與選型，傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及其剛度校核和傳動(dòng)軸組件的設(shè)計(jì)與選型等，縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，床身與導(dǎo)軌設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇以及刀架型號(hào)的選擇等。該車(chē)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、體積小，適于教學(xué)，該系統(tǒng)人機(jī)界面友好、操作方便。本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。關(guān)鍵詞：微型，數(shù)控車(chē)床，主傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)給系統(tǒng)，設(shè)計(jì) AbstractThe miniature numerically controlled lathe calls digital control (Numerical control , shorter form NC) a machine tool. That it has been digital controlbased , has adopt the numerical control technology, is that a dress has controlling the systematic machine tool by program. It is from the lead plane , CNC , driving device, numerical control machine tool auxiliary device , what programming machine and their his some subsidiary equipment is posed of. Design designing that the mechanical drive including a machine tool betokens motion system this time, including the module of the gear, the principal axis calculate and rigidity revise, the principal axis subassembly design and choose, the transmission shaft calculate and rigidity revise, the transmission shaft subassembly design and choose. longitudinal mechanical drive feeds systematic motion design. latitudinal mechanical drive feeds systematic motion design. The type of frequency conversion timing electromotor choose and the type of walking electromotor choose, and the type of knife rest choose. This paper is more pehensive introduction and summingup for the whole design work.Key words: miniature,numerically controlled lathe mechanical,drive system betokens systematic, feed drive system, design. 49 目 錄目 錄第一章 引 言 1 課題的背景 1 課題的目的和意義 1 第二章 微型數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù) 3 3 確定合適的切削參數(shù) 4 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 6 12 第三章 縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 24 24 25 29 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 31 第四章 橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 34 36 37 38 第五章 床身與導(dǎo)軌 39 床身設(shè)計(jì) 39 40 第六章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42 確定硬件電路的總體方案 42 主控制器CPU的選擇 42 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 42 主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 43 越界報(bào)警 43 結(jié) 論 44 參考文獻(xiàn) 45 致 謝 46 第一章 引言第一章 引 言 課題的背景當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息處理部分。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的集成度越來(lái)越高，體積越來(lái)越小。數(shù)控設(shè)備廠采用超大規(guī)模集成電路并采用表面安裝工藝（SMT），實(shí)現(xiàn)了三維立體裝配，將整個(gè)CNC裝置做得很小，以適應(yīng)機(jī)械制造業(yè)機(jī)電一體化的要求。日本三菱電機(jī)株式會(huì)社，最近推出的普及型CNC MELDAS 50系列及實(shí)用型CNC MELDAS 520A系列，這兩個(gè)系列都采用了32位RISC微處理器，實(shí)現(xiàn)超小型化的CNC裝置，較原來(lái)的M310及LL3A，體積大為減?。℉168mmW76mmD135mm），安裝面積減小了一半，功能還有所進(jìn)步。采用了超薄型顯示器（）。這個(gè)系統(tǒng)的微小線段加工能力提升至64m/min，最大快速進(jìn)給速度為240m/min，其同步攻螺紋精度較M310進(jìn)步了3倍，主軸定位時(shí)間縮短了30%。德國(guó)SIEMENS公司最新推出的SINUMERIK 840D主控組件選用386DX或486DX，具有1～4個(gè)通道，可實(shí)現(xiàn)直線及圓弧插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、5軸螺旋線插補(bǔ)及樣條插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)等，共可控制32個(gè)軸，并有多種校正及補(bǔ)償功能，體積僅為50mm316mm207mm。東西方制造業(yè)的差距更多的在于職教基礎(chǔ)的差距，實(shí)踐動(dòng)手能力的差距，我國(guó)數(shù)控學(xué)員儲(chǔ)備60萬(wàn)人，而全國(guó)數(shù)控人才每年缺口15萬(wàn)人，高級(jí)數(shù)控技工年薪高達(dá)10萬(wàn)，那種20人/臺(tái)的教學(xué)實(shí)效性與成材率不匹配的矛盾日益突出。 課題的目的和意義生產(chǎn)型數(shù)控機(jī)床作為數(shù)控教學(xué)實(shí)習(xí)設(shè)備是十分必要的，但在前期教學(xué)中使用則耗電大、材料消耗大、安全系數(shù)相對(duì)較低成為困擾許多院校的大問(wèn)題。西方發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控教學(xué)前期階段都是采用小型臺(tái)式高仿真數(shù)控教學(xué)機(jī)床作為數(shù)控編程和操作的實(shí)習(xí)設(shè)備。目前數(shù)控技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)過(guò)程中普遍存在以下現(xiàn)實(shí)問(wèn)題：系統(tǒng)開(kāi)放性差、操作界面不太理想、教學(xué)設(shè)備成本高、實(shí)驗(yàn)耗材費(fèi)用高、操作危險(xiǎn)性大、學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手機(jī)會(huì)少、教學(xué)效率低、教學(xué)質(zhì)量差等。因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)軟硬件結(jié)構(gòu)開(kāi)放、功能完善、人機(jī)界面友好、操作方便的系統(tǒng)，來(lái)解決了授課過(guò)程中存在的課堂教學(xué)難、實(shí)驗(yàn)教學(xué)難、實(shí)訓(xùn)教學(xué)難的問(wèn)題。第二章 微型數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二章 微型數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)：兩個(gè)坐標(biāo)方向的工作行程：X:30mm Z:100mm。加工精度：。加工材料：石蠟、肥皂類(lèi)或鋁質(zhì)類(lèi)等。：目前，主傳動(dòng)系統(tǒng)大致可分為以下大類(lèi)。如圖21a）所示，通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，以滿(mǎn)足主軸低速時(shí)對(duì)扭矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無(wú)級(jí)變速。滑移齒輪的移位大都采用液壓缸和撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖21b）所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，由交流電機(jī)通過(guò)V帶直接帶動(dòng)主軸。這種傳動(dòng)方式可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)與噪聲，但只能適用于低扭矩特性要求的主軸。如圖21c）所示，這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。圖21 主傳動(dòng)型式本數(shù)控車(chē)床選用無(wú)級(jí)變速。 確定合適的切削參數(shù)：本機(jī)床加工的工件為代木、石臘，鋁等材料，查《金屬切削原理》（陳日曜主編）表115，選擇機(jī)床背吃刀量=1mm；進(jìn)給量f=；切削速度v=250m/min。 計(jì)算切削力： 由公式查《金屬切削原理》（陳日曜主編）表41，得 =11N，進(jìn)給抗力和切深力可按下列比例分別計(jì)算：，計(jì)算的=，=。 確定機(jī)床的切削功率： 切削功率是力和所消耗的功率之和，因方向沒(méi)有位移，所以不消耗動(dòng)力。于是：切削功率式中 ——縱向切削力（N）； V——切削速度（m/min）； ——進(jìn)給力（N）； ——工件轉(zhuǎn)速（r/s）； f——進(jìn)給量（mm/r）。粗略計(jì)算切削功率=，機(jī)床效率取，計(jì)算機(jī)床電機(jī)功率。由此選用額定功率100w中大交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，參數(shù)如表21：電機(jī)型號(hào)出力電壓頻率極數(shù)額定轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速額定電流額定力矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩帶齒軸電機(jī)WVHzPr/minr/minANmNmKgfcm5RK100GUAF1001ph10050410003000表21額定功率100w中大交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)參數(shù) 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 。主軸要求的恒功率變速范圍： 電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍： 。該系統(tǒng)至少需要的變速級(jí)數(shù)、變速組數(shù)： 。 取 。變速箱實(shí)際公比： 。傳動(dòng)的最小傳動(dòng)比：。其他傳動(dòng)副的傳動(dòng)比：。電動(dòng)機(jī)的最高和最低工作轉(zhuǎn)速分別為：。轉(zhuǎn)速圖如圖22所示：圖22 主傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖電動(dòng)機(jī)最高、最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率分別為： ： 該傳動(dòng)系統(tǒng)有一個(gè)變速組，兩個(gè)傳動(dòng)副。同一變速組，模數(shù)相同，不采用變位齒輪，為第一傳動(dòng)副的主、被動(dòng)齒輪的齒數(shù)，為第二傳動(dòng)副的主、被動(dòng)齒輪的齒數(shù)。m相同，則：，取S=110，得。確定各個(gè)齒輪的尺寸：選用直齒圓柱輪，取m=，則分度圓直徑： ，各個(gè)齒輪的齒頂高： ，各個(gè)齒輪的齒根高： 取齒寬系數(shù)，則各個(gè)齒輪的齒寬為： ：齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算：（參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》高等教育出版社）一級(jí)減速齒輪的校核：圓周速度 精度等級(jí) 選8級(jí)精度使用系數(shù) 動(dòng)載系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) ，先求 由此得 齒向載荷分配系數(shù) 載荷系數(shù) 彈性系數(shù) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 接觸最小安全系數(shù) 總工作時(shí)間 取應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ，估計(jì),