【文章內(nèi)容簡介】 /mm機床主軸的驅(qū)動功率/KW~~44~~~1010~1414~17車床60~80 70~9070~10595~130110~145140~163150~190銑床50~9060~9060~9575~10090~105100~115—外圓磨床—50~6055~7070~8075~9075~10090~100 ～。參考表32，取軸后頸直徑為48。 表32 花鍵軸尺寸與相應(yīng)滾刀直徑 /mm花鍵軸尺寸ZDdb當(dāng)量直徑d1滾刀直徑D刀花鍵軸尺寸ZDdb當(dāng)量直徑d1滾刀直徑D刀6252156564842129062823665045126302666555014100632287706605414635301080665581612063833106706216640351067565166423610856807020140645401269080202 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計刀具上力作用在主軸上，主軸把力傳給軸承，再有軸承把力作用到箱體上，因而在此其中主軸承受很大的力，為主軸在加工生產(chǎn)時能保證加工零件的精度和要求，主軸一定不可以因為外力而產(chǎn)生變形，而主軸的尺寸已經(jīng)可以抵抗外力使主軸折斷，但還沒有完全能保證主軸在加工時發(fā)生很大的磨損，而令整臺機器的加工精度下降以至于加工的零件報廢，因而接下來對主軸進(jìn)行剛性校核，以保證在一定的時間內(nèi)能達(dá)到一定的精度要求。主軸通過兩個圓錐滾子把主軸上的力左右到機架上，在這兩個圓錐滾子軸承中主軸通過花鍵連接一個帶平鍵槽的軸套，軸套外連接兩個齒輪，由此兩齒輪帶動主軸旋轉(zhuǎn)，并且可以實現(xiàn)主軸的變速。主軸的Z向進(jìn)給是由步進(jìn)電機驅(qū)動的。主軸通過一個大螺母與絲杠上的大螺母相連接，而主軸上的大螺母是由一對大的圓錐滾子軸承和一雙列圓柱滾子軸承實現(xiàn)定位和進(jìn)給的。其中主軸結(jié)構(gòu)示意圖如下圖33主軸結(jié)構(gòu)示意圖圖33 主軸結(jié)構(gòu)示意圖1 步進(jìn)電機的選擇，當(dāng)時，電機的扭距達(dá)到最大，計算如下。由以下表33步進(jìn)電機參數(shù)、表34電機接線方法和表35外型及安裝尺寸來初選電機。表33步進(jìn)電機參數(shù)型號 步距角 相數(shù) 電壓V 電流A 電感MH 慣量kg/cm2起動頻率Hz 運行頻率Hz 110BYG550A 5 30300 3 8 2300 22000 110BYG550B 5 30300 3 10 10 2300 22000 110BYG550B 5 30300 3 16 12 2300 22000 注：通用參數(shù)：步距角精度：177。 5% 溫度范圍：－20 ℃～ +50 ℃ 最高溫度： +80 ℃　 絕緣電阻： 100M Ω DC　　 耐 壓： 500V AC 1 minute表34 電機接線方法相數(shù)AA＇BB＇CC＇DD＇EE＇接地航插5123456789101212 芯51*2*3*4*5*77 芯表35外型及安裝尺寸D BB d L 1 b D 1 h L D 2 d 1 110BYG550A 110 112 16 36 5 56 3 160 126 9 110BYG550B 110 112 16 36 5 56 3 178 126 9 110BYG550C 110 112 16 36 5 56 3 223 126 9 所選的參數(shù)如表346步進(jìn)電機參數(shù)選步進(jìn)電機:表346步進(jìn)電機參數(shù)型號 步距角 相數(shù) 電壓V 電流A 電感MH 慣量kg/cm2起動頻率Hz 運行頻率Hz 110BYG550B 5 30300 3 10 10 2300 22000 2 傳動比的分配3 齒型帶的設(shè)計1）模數(shù)m的選擇2）小帶輪的最小直徑3）大小帶輪的幾何參數(shù)的計算4) 中心距的計算計算帶長L齒數(shù)的計算功率的計算 帶寬的計算 作用在軸上的力 進(jìn)給絲杠的設(shè)計采用《機械零件設(shè)計手冊》計算方法進(jìn)行計算。該手冊中，對于絲杠的設(shè)計計算采用了大量的實際統(tǒng)計數(shù)值，這些數(shù)值在設(shè)計時未能獲得，故該類數(shù)值均為估計值，且都選取大數(shù)值，偏于安全。在以后的校核中，若超出安全范圍很少時理應(yīng)視為安全。1 等效果載荷等效載荷為統(tǒng)計數(shù)據(jù)綜合后的數(shù)值，此處以主軸箱質(zhì)量計，加上其他估計存在的力，向偏重方向估計約2 等效轉(zhuǎn)速 當(dāng)最大進(jìn)給量為8時，若導(dǎo)程為6，則=1333；若導(dǎo)程為4，則=2000,其參數(shù)如下表：表37參數(shù)表取典型數(shù)值 50 100 200 500 800 1333 1666 2000對應(yīng)時間 2 2 2 20 20 20 10 10則 = 3 計算載荷 4 計算必須的額定動載荷 由此選擇型號按 查《機械零件設(shè)計手冊》表1731 選用CBM32057=32 =5 = = =螺紋及導(dǎo)程角第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控機床一般要求能夠正確無誤的驅(qū)動步進(jìn)電機和運用開關(guān)來實現(xiàn)整臺機器的各種控制，譬如能實現(xiàn)機器的自動起動和自動停止，自動換當(dāng)以及能夠自動的對軸的運動狀態(tài)進(jìn)行檢測等等功能。而本數(shù)控升降臺銑床主要要求實現(xiàn)的功能是通過控制系統(tǒng)能很好的驅(qū)動步進(jìn)電機，也就是能夠具體的實現(xiàn)步進(jìn)的隨時停和運動的功能，還有也就是能夠通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動換當(dāng)?shù)墓δ?。控制系統(tǒng)可以直接購買國內(nèi)外較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品作為數(shù)控裝置，還可以由設(shè)計人員對其進(jìn)行配套的專業(yè)設(shè)計。一般如果機器對于控制系統(tǒng)部分要求非常嚴(yán)格的話，這時就要求專業(yè)的自動控制人員對其進(jìn)行專業(yè)的設(shè)計，而本方案只要求實現(xiàn)的是開控制系統(tǒng)，只要求能夠驅(qū)動步進(jìn)電機和實現(xiàn)變頻電機的調(diào)速以及鍵盤顯示和對汽缸進(jìn)行簡單的運動和停止控制即可，因而不是很復(fù)雜的電路設(shè)計，可以套用典型電路控制，也可以進(jìn)行簡單的各部分控制即可實現(xiàn)。由于單片機具有體積小、可靠性高、控制功能強的優(yōu)點，而本臺機器要求的存儲空間不是很大，控制也相當(dāng)?shù)暮唵蚊髁?，MCS51單片機相對u，n sp 單片機來說，其價格廉價，而且也能實現(xiàn)上述要求，電路結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，性能控制也非常優(yōu)秀，故本臺機器的的現(xiàn)場控制采用MCS51單片機來實現(xiàn)控制。 單片幾控制系統(tǒng)是由軟件和硬件共同組成的。對于某些既可用用硬件實現(xiàn)、又可用軟件實現(xiàn)的功能，在進(jìn)行設(shè)計時主要充分考慮硬件和軟件的特點，合理地分配與協(xié)調(diào)起功能。軟件可以減少硬件的數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性，增加系統(tǒng)控制的靈活性。但是系統(tǒng)的工作速度要相應(yīng)降低，而且軟件初次研制成本較高，因此它適用于大批生產(chǎn)。硬件可以減輕軟件設(shè)計工作量，增加系統(tǒng)的快速性。但因連接點數(shù)增加而是故障點增多，不可靠因素也隨之增多，并且使單臺成本增加。如下圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖41：圖41 控制系統(tǒng)機構(gòu)總框圖硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下幾個部分組成：（1）中央處理單元CPU。（2）總線 包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。（3）存貯器 包括可擦除存貯器（EEPROM）和隨機存貯器（RAM）。（4）I/O輸入/輸出接口電路。其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路的協(xié)調(diào)工作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。總線則是CPU與存貯器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。其電路圖如下圖42控制電路圖：圖42控制電路圖4. 3軟件設(shè)計軟件設(shè)計采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，主要由主程序、控制算法子程序、系統(tǒng)初始化程序、升降頻控制程序、顯示鍵盤子程序等組成。如圖52 主程序流程圖主 程 序顯示子程序有鍵按下？系統(tǒng)初始化主電路V、I檢測正常調(diào)動處理子程序啟動鍵？調(diào)動處理子程序YNNN正常運行Y轉(zhuǎn)速測量及PID調(diào)節(jié)運算處理子程序變速運行？停車？調(diào)動處理子程序變速處理子程序停車處理及顯示Y圖42 主程序流程圖步進(jìn)電機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的電磁元件。步進(jìn)電機是手脈沖信號控制的，脈沖信號的產(chǎn)生和分配由軟件編程來完成，而信號的放大由放大電路來完成。由于強弱信號的原因，我們在放大電路前加上光電耦合電路，已防止電源串路。具體控制電路如圖51控制電路圖所示。對于變頻電機而言，主要是實現(xiàn)其相應(yīng)速度的控制，也就是通過單片機輸出的脈沖來控制變頻電機的輸出轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)機床主軸的無極變速。單片機中，通過對整流電路、逆變器電路、PWM模塊、門極可關(guān)斷可控硅（GTO）驅(qū)動電路、檢測保護電路和轉(zhuǎn)速測量電路，對變頻電機加以變速控制和安全保護，從而能使變頻電機的正常工作。電路圖如圖51控制電路圖所示。由于擴展的存貯器和其它外圍芯片的數(shù)量較多，常常采用譯碼法尋址，由譯碼器組成譯碼電路對系統(tǒng)的高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼電路將地址空間劃分若干塊，其輸出作為存貯器芯片的片選信號，分別選通各芯片。這樣既充分利用了存貯器空間，又避免了空間分散的缺點，還可以減少I/O口線。本數(shù)控機床采用74LS138地址譯碼器如鍵盤和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機對話的外圍設(shè)備，鍵盤可以完成程序數(shù)據(jù)的輸入，顯示器顯示計算機運行時的狀態(tài)數(shù)據(jù)。鍵盤接口電路，用8255作為并行接口使用。8255的地址，數(shù)據(jù)線和凌陽單片機的接口直接連接，由片選信號控制實現(xiàn)分時信息傳遞。（EEPROM）芯片由于數(shù)控機床在加工的時候要進(jìn)行加工程序的監(jiān)控，所以數(shù)控系統(tǒng)需要有程序存儲器，放置監(jiān)控程序。本數(shù)控機床選用EEPROM （容量為8K）。（RAM）芯片由于數(shù)控機床在加工的時候要進(jìn)行加工程序的調(diào)試，所以數(shù)控系統(tǒng)需要有隨機 儲器，放置調(diào)試程序。本數(shù)控機床選用靜態(tài)RAM6264（容量為8K）。第五章 總結(jié)畢業(yè)設(shè)計是我們對大學(xué)四年中所有所學(xué)知識的一次大總結(jié)，這次畢業(yè)設(shè)計讓我們把理論知識第一次系統(tǒng)的運用到機械設(shè)計當(dāng)中，并且是自己第一次獨立的進(jìn)行專業(yè)設(shè)計，在指導(dǎo)老師的幫助，培養(yǎng)了自己獨立分析問題，解決問題的能力，還培養(yǎng)了自己對一般機械設(shè)計步驟，設(shè)計思想有了初步了解，同時鍛煉了設(shè)計、繪圖、查閱資料和書寫技術(shù)論文的能力。特別是對機械設(shè)計的設(shè)計流程和作為一名設(shè)計師的基本要求也有了大體上的認(rèn)識，還有也就是這次設(shè)計讓我們更加深刻的認(rèn)識到了機電一體化這一大形式，并且從中也發(fā)現(xiàn)了自己在設(shè)計中的不足，能更好促使自己認(rèn)識到自己的真實能力，并能在將來的學(xué)習(xí)中能有側(cè)重點的對自己的能力進(jìn)行更一步的提高。還有很值的一提的是對我們工作也起了很大的作用。畢業(yè)設(shè)計使我們認(rèn)識到我們自身的不足是一方面，還有就是為能讓我們成為一名真正的設(shè)計工程師起一個小小的開頭，并且培養(yǎng)了我們一絲不茍、認(rèn)認(rèn)真真、腳踏實地的工作態(tài)度，培養(yǎng)了我們謙虛謹(jǐn)慎、吃苦耐勞、積極向上的工作作風(fēng)，為自己將來的工作態(tài)度也起了一個很好的定位左右。因此，我認(rèn)為這次畢業(yè)設(shè)計對我來說收獲很大，特別是覺的自己也能從系統(tǒng)上來把握一些東西了，還有對專業(yè)認(rèn)識上也更進(jìn)一步了。參考文獻(xiàn)[1] 張新義主編. 經(jīng)濟型數(shù)控機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，：45~56[2] 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