【正文】 負(fù)載的變化而調(diào)整的特點和節(jié)能與可自動化控制的優(yōu)勢，已經(jīng)在機(jī)床、冶金、起重、化工、輕工、紡織、火力發(fā)電等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并越來越多地取代傳統(tǒng)的普通機(jī)電產(chǎn)品。其中參考的主軸結(jié)構(gòu)圖23如下：1端蓋 2齒型帶 3帶輪 4步進(jìn)電機(jī) 5螺栓 6齒輪 7主軸 8齒輪9機(jī)架 10角接觸軸承 11雙列圓錐滾字軸承 12螺釘 13螺釘 14雙列圓錐滾字軸承 15帶輪 16帶輪 17螺釘圖23 參考主軸結(jié)構(gòu)圖主傳動系統(tǒng)的設(shè)計首先應(yīng)該滿足設(shè)計任務(wù)中提出的技術(shù)要求和功能要求，在保證技術(shù)要求和功能的情況下盡可能的簡化銑床結(jié)構(gòu)和優(yōu)化銑床的設(shè)計。~，故采用了較高級數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動主軸的上下移動，而其只要通過齒型帶帶動絲杠，絲杠通過大螺母帶動主軸就可以實現(xiàn)主軸的上下進(jìn)給了，而且由于采用齒型帶的緣故，使絲杠在上下移動時工作平穩(wěn)不易振動，使主軸的上下進(jìn)給更加穩(wěn)定和高精度，因而非常適合于加工高精度要求的工件。其中銑床的傳動原理圖如圖23：圖23 銑床的總體傳動原理圖由主軸轉(zhuǎn)速100—2500r/min,由此初步確定軸轉(zhuǎn)速及電機(jī)選用。由《專用機(jī)床設(shè)計與制造》Pg680頁銑削力及銑削功率的計算如下：銑削時的切削分力（見切削了力圖 圖24和表21）有：圓周力Pz，即主切削力；走刀力Ph，即水平分力；頸向力Py，即銑刀所受的頸向切學(xué)力；軸向力Po；壓軸力（垂直分力）Pv。當(dāng)f50Hz時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；當(dāng)f50Hz時為恒功率調(diào)速。現(xiàn)選用帶傳動比為1：，齒輪傳動比為1：1或1：3的二聯(lián)齒輪傳動副。由圖25電機(jī)特性曲線圖及表2表2表24和圖26確定電機(jī)：變頻調(diào)速電機(jī) 4級 頻率范圍2~100Hz, 轉(zhuǎn)速范圍60~3000RPM，拐點轉(zhuǎn)速（50Hz）1430r/min，額定功率4KW，最大轉(zhuǎn)矩40▲轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線▲功率與頻率的關(guān)系曲線圖25 電機(jī)特性曲線圖表22 電機(jī)參數(shù)表型號額定功率（KW）機(jī)座號額定轉(zhuǎn)速(r/min)額定電流(A)額定轉(zhuǎn)矩()堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量（kg.）重量（Kg）變頻器功率（kw）A型B型CTB41P5BXB334100LM9201536CTB42P2BXB334100L19202238CTB43P0BXB3343100L29203140CTB44P0BXB3344112M9404057CTB45P5BXB334132S9505575注：額定電壓/頻率：380V/50Hz 極數(shù)：4極　同步轉(zhuǎn)速1430轉(zhuǎn)/分圖26 B5法蘭安裝圖表23 電機(jī)外形尺寸1機(jī)座號AAAABACADAEAFBBBCDDHEEDFG8012535165175140651601001305019M6*164025690S14037180195150651701001405624M8*19504082090L14037180195150651701251655624M8*195040820100L16045200215165651901401806328M10*226045824112M19045230240180652001401857028M10*226045824132S21650275275190652201402058938M12*2880601033表24 電機(jī)外形尺寸2機(jī)座號HHAHBHDKKKLLALDMNPST80801018021510M25395101151651302004*φ1290S901320023510M25445121301651302004*φ1290L901320023510M25445121301651302004*φ12100L1001423026512M32500121452151802504*φ154112M1121425529012M32505121502151802504*φ154132S1321629032512M32575131802652303004*φ154所以可以選用的電機(jī)為：合理第三章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計1 計算功率帶輪傳動的傳動比 ：i= ，選取SPA型窄帶，且 所以：2 中心距的計算取 則3 計算包角4 計算帶速 5 計算預(yù)緊力 式中 計算功率；帶速；材料的修正系數(shù)；帶數(shù)6 計算作用到Ⅰ軸上的壓軸力 1 材料的選擇：小齒輪 40Cr調(diào) , ；大齒輪 45鋼 , 。計算小齒輪傳遞的扭矩 由《機(jī)械設(shè)計》 表107圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 選取齒寬系數(shù) =。 由《機(jī)械設(shè)計》 圖1021d齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。由《機(jī)械設(shè)計》 圖1019接觸疲勞壽命系數(shù) 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 。由《機(jī)械設(shè)計》 表103查得 。 由《機(jī)械設(shè)計》 表104查得7級精度，小齒輪相對支撐非對稱布置時：由b/h=， ，查《機(jī)械設(shè)計》圖1013得 故載荷數(shù) 。3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計由《機(jī)械設(shè)計》 式（105）的彎曲強(qiáng)度設(shè)計公式1）確定公式中的各計算數(shù)值由《機(jī)械設(shè)計》圖1020C查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是 。計算彎曲許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=，由式（101）得： 計算載荷系數(shù)K查取齒形系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計》 表105可查得 ， 。計算大小齒輪的并加以比較：比較可知大齒輪的數(shù)值比較大。則大齒輪齒數(shù)，則。6 的齒輪設(shè)計齒輪的材料都為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 Ⅰ軸的設(shè)計1 Ⅰ軸的初步設(shè)計 材料的選擇:45鋼，調(diào)制處理到HB=220250HBS,：所以最小可取30mm。對于直徑d100mm的軸，當(dāng)軸截面上開有一個鍵槽時，應(yīng)增大3％；有兩個鍵槽時，應(yīng)增大7％。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。其中軸的結(jié)構(gòu)如下圖31Ⅰ軸結(jié)構(gòu)簡圖圖31Ⅰ軸結(jié)構(gòu)簡圖軸上力的計算步驟如下：1）軸上各個方向力的計算軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點算起。由以上的計算過程可得， 。根據(jù)圖可得： ；；；則。按第三強(qiáng)度理論，計算應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計算應(yīng)力為—式中的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力。齒輪上的扭矩是脈動的，所以去。 M軸所受的彎矩，單位為N T軸所受的扭矩，單位為N W軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 對稱循環(huán)變應(yīng)力的軸的許用彎曲應(yīng)力。圖32 軸的載荷分析圖1 主軸的初步設(shè)計計算 材料的選擇:45鋼，調(diào)制處理到HB=220250HBS,，因而可由以下公式進(jìn)行設(shè)計：參考下表31取前軸頸直徑為60mm。參考表32，取軸后頸直徑為48。主軸通過兩個圓錐滾子把主軸上的力左右到機(jī)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。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外型及安裝尺寸來初選電機(jī)。 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 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(yùn)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(jī)械零件設(shè)計手冊》計算方法進(jìn)行計算。在以后的校核中，若超出安全范圍很少時理應(yīng)視為安全。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(jī)，也就是能夠具體的實現(xiàn)步進(jìn)的隨時停和運(yùn)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堋Ｒ话闳绻麢C(jī)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(jī)和實現(xiàn)變頻電機(jī)的調(diào)速以及鍵盤顯示和對汽缸進(jìn)行簡單的運(yùn)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)。 單片幾控制系統(tǒng)是由軟件和硬件共同組成的。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。硬件可以減輕軟件設(shè)計工作量，增加系統(tǒng)的快速性。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系統(tǒng)的工作性能。機(jī)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。（3）存貯器 包括可擦除存貯器（EEPROM）和隨機(jī)存貯器（RAM）。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。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。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。步進(jìn)電機(jī)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。具體控制電路如圖51控制電路圖所示。單片機(jī)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(hù)電路和轉(zhuǎn)速測量電路，對變頻電機(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。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。本數(shù)控機(jī)床采用74LS138