【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /mm機(jī)床主軸的驅(qū)動(dòng)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(jì)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(shí)能保證加工零件的精度和要求，主軸一定不可以因?yàn)橥饬Χa(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(méi)有完全能保證主軸在加工時(shí)發(fā)生很大的磨損，而令整臺(tái)機(jī)器的加工精度下降以至于加工的零件報(bào)廢，因而接下來(lái)對(duì)主軸進(jìn)行剛性校核，以保證在一定的時(shí)間內(nèi)能達(dá)到一定的精度要求。主軸通過(guò)兩個(gè)圓錐滾子把主軸上的力左右到機(jī)架上，在這兩個(gè)圓錐滾子軸承中主軸通過(guò)花鍵連接一個(gè)帶平鍵槽的軸套，軸套外連接兩個(gè)齒輪，由此兩齒輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，并且可以實(shí)現(xiàn)主軸的變速。主軸的Z向進(jìn)給是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。主軸通過(guò)一個(gè)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(duì)大的圓錐滾子軸承和一雙列圓柱滾子軸承實(shí)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(jī)的選擇，當(dāng)時(shí)，電機(jī)的扭距達(dá)到最大，計(jì)算如下。由以下表33步進(jìn)電機(jī)參數(shù)、表34電機(jī)接線方法和表35外型及安裝尺寸來(lái)初選電機(jī)。表33步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào) 步距角 相數(shù) 電壓V 電流A 電感MH 慣量kg/cm2起動(dòng)頻率Hz 運(yùn)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(jī)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(jī)參數(shù)選步進(jìn)電機(jī):表346步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào) 步距角 相數(shù) 電壓V 電流A 電感MH 慣量kg/cm2起動(dòng)頻率Hz 運(yùn)行頻率Hz 110BYG550B 5 30300 3 10 10 2300 22000 2 傳動(dòng)比的分配3 齒型帶的設(shè)計(jì)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(jì)算4) 中心距的計(jì)算計(jì)算帶長(zhǎng)L齒數(shù)的計(jì)算功率的計(jì)算 帶寬的計(jì)算 作用在軸上的力 進(jìn)給絲杠的設(shè)計(jì)采用《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。該手冊(cè)中，對(duì)于絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算采用了大量的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)值，這些數(shù)值在設(shè)計(jì)時(shí)未能獲得，故該類數(shù)值均為估計(jì)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(shí)理應(yīng)視為安全。1 等效果載荷等效載荷為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)綜合后的數(shù)值，此處以主軸箱質(zhì)量計(jì)，加上其他估計(jì)存在的力，向偏重方向估計(jì)約2 等效轉(zhuǎn)速 當(dāng)最大進(jìn)給量為8時(shí)，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(duì)應(yīng)時(shí)間 2 2 2 20 20 20 10 10則 = 3 計(jì)算載荷 4 計(jì)算必須的額定動(dòng)載荷 由此選擇型號(hào)按 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(jì)數(shù)控機(jī)床一般要求能夠正確無(wú)誤的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和運(yùn)用開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)整臺(tái)機(jī)器的各種控制，譬如能實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)起動(dòng)和自動(dòng)停止，自動(dòng)換當(dāng)以及能夠自動(dòng)的對(duì)軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)等等功能。而本數(shù)控升降臺(tái)銑床主要要求實(shí)現(xiàn)的功能是通過(guò)控制系統(tǒng)能很好的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，也就是能夠具體的實(shí)現(xiàn)步進(jìn)的隨時(shí)停和運(yùn)動(dòng)的功能，還有也就是能夠通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換當(dāng)?shù)墓δ?。控制系統(tǒng)可以直接購(gòu)買(mǎi)國(guó)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(jì)人員對(duì)其進(jìn)行配套的專業(yè)設(shè)計(jì)。一般如果機(jī)器對(duì)于控制系統(tǒng)部分要求非常嚴(yán)格的話，這時(shí)就要求專業(yè)的自動(dòng)控制人員對(duì)其進(jìn)行專業(yè)的設(shè)計(jì)，而本方案只要求實(shí)現(xiàn)的是開(kāi)控制系統(tǒng)，只要求能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和實(shí)現(xiàn)變頻電機(jī)的調(diào)速以及鍵盤(pán)顯示和對(duì)汽缸進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)和停止控制即可，因而不是很復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，可以套用典型電路控制，也可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的各部分控制即可實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)具有體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而本臺(tái)機(jī)器要求的存儲(chǔ)空間不是很大，控制也相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單明了，MCS51單片機(jī)相對(duì)u，n sp 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其價(jià)格廉價(jià)，而且也能實(shí)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(tái)機(jī)器的的現(xiàn)場(chǎng)控制采用MCS51單片機(jī)來(lái)實(shí)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(duì)于某些既可用用硬件實(shí)現(xiàn)、又可用軟件實(shí)現(xiàn)的功能，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要充分考慮硬件和軟件的特點(diǎn)，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(jì)工作量，增加系統(tǒng)的快速性。但因連接點(diǎn)數(shù)增加而是故障點(diǎn)增多，不可靠因素也隨之增多，并且使單臺(tái)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(jī)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(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運(yùn)行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)有以下幾個(gè)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(jī)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(yùn)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?？偩€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(jì)軟件設(shè)計(jì)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(pán)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(cè)正常調(diào)動(dòng)處理子程序啟動(dòng)鍵？調(diào)動(dòng)處理子程序YNNN正常運(yùn)行Y轉(zhuǎn)速測(cè)量及PID調(diào)節(jié)運(yùn)算處理子程序變速運(yùn)行？停車？調(diào)動(dòng)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(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電磁元件。步進(jìn)電機(jī)是手脈沖信號(hào)控制的，脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和分配由軟件編程來(lái)完成，而信號(hào)的放大由放大電路來(lái)完成。由于強(qiáng)弱信號(hào)的原因，我們?cè)诜糯箅娐非凹由瞎怆婑詈想娐?，已防止電源串路。具體控制電路如圖51控制電路圖所示。對(duì)于變頻電機(jī)而言，主要是實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)速度的控制，也就是通過(guò)單片機(jī)輸出的脈沖來(lái)控制變頻電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸的無(wú)極變速。單片機(jī)中，通過(guò)對(duì)整流電路、逆變器電路、PWM模塊、門(mén)極可關(guān)斷可控硅（GTO）驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)保護(hù)電路和轉(zhuǎn)速測(cè)量電路，對(duì)變頻電機(jī)加以變速控制和安全保護(hù)，從而能使變頻電機(jī)的正常工作。電路圖如圖51控制電路圖所示。由于擴(kuò)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(duì)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(hào)，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(diǎn)，還可以減少I(mǎi)/O口線。本數(shù)控機(jī)床采用74LS138地址譯碼器如鍵盤(pán)和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)對(duì)話的外圍設(shè)備，鍵盤(pán)可以完成程序數(shù)據(jù)的輸入，顯示器顯示計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。鍵盤(pán)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(yáng)單片機(jī)的接口直接連接，由片選信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)分時(shí)信息傳遞。（EEPROM）芯片由于數(shù)控機(jī)床在加工的時(shí)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(chǔ)器，放置監(jiān)控程序。本數(shù)控機(jī)床選用EEPROM （容量為8K）。（RAM）芯片由于數(shù)控機(jī)床在加工的時(shí)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(jī) 儲(chǔ)器，放置調(diào)試程序。本數(shù)控機(jī)床選用靜態(tài)RAM6264（容量為8K）。第五章 總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們對(duì)大學(xué)四年中所有所學(xué)知識(shí)的一次大總結(jié)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我們把理論知識(shí)第一次系統(tǒng)的運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，并且是自己第一次獨(dú)立的進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師的幫助，培養(yǎng)了自己獨(dú)立分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，還培養(yǎng)了自己對(duì)一般機(jī)械設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)思想有了初步了解，同時(shí)鍛煉了設(shè)計(jì)、繪圖、查閱資料和書(shū)寫(xiě)技術(shù)論文的能力。特別是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程和作為一名設(shè)計(jì)師的基本要求也有了大體上的認(rèn)識(shí)，還有也就是這次設(shè)計(jì)讓我們更加深刻的認(rèn)識(shí)到了機(jī)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(jì)中的不足，能更好促使自己認(rèn)識(shí)到自己的真實(shí)能力，并能在將來(lái)的學(xué)習(xí)中能有側(cè)重點(diǎn)的對(duì)自己的能力進(jìn)行更一步的提高。還有很值的一提的是對(duì)我們工作也起了很大的作用。畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識(shí)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(jì)工程師起一個(gè)小小的開(kāi)頭，并且培養(yǎng)了我們一絲不茍、認(rèn)認(rèn)真真、腳踏實(shí)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(lái)的工作態(tài)度也起了一個(gè)很好的定位左右。因此，我認(rèn)為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)收獲很大，特別是覺(jué)的自己也能從系統(tǒng)上來(lái)把握一些東西了，還有對(duì)專業(yè)認(rèn)識(shí)上也更進(jìn)一步了。參考文獻(xiàn)[1] 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