數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計-電氣含開題及7張CAD圖

數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計-電氣含開題及7張CAD圖,數(shù)控車床,自動,回轉(zhuǎn),刀架,設(shè)計,電氣,開題,cad 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計。通過編程實現(xiàn)對刀架精確回轉(zhuǎn)的控制，使下道工序所需的工具快速準確地到達預(yù)定位置，滿足數(shù)控自動加工系統(tǒng)的要求。 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，動作靈敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，壓力和行程可在規(guī)定的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，操作簡單。本次設(shè)計的內(nèi)容有由機械、控制、液壓三部分組成，機械部分包括能夠安裝8把車刀的刀盤及其上的卡緊裝置；刀架主軸的設(shè)計；蝸輪的設(shè)計；蝸桿的設(shè)計；齒輪的設(shè)計等；液壓部分包括液壓缸的設(shè)計等；控制部分的設(shè)計主要是用實現(xiàn)刀架自動回轉(zhuǎn)的單片機控制等。 關(guān)鍵詞：自動控制；刀架；精確度 Abstract The graduation design topic is the design of automatic revolving tool-post of CNC lathe. The system will realize the precise control of cutter through programming until the cutter arrives at the right point and the process is quick and accurate. The design of machinery includes two parts, one is mechanical, the other is electronical control. The moving of cutter is driving by hydraulic system. Its working process is: when a cutter is needed, hydraulic oil will be pulled into the hydraulic cylinder to promote cam. The structure is compact, sensitive, clipping, low energy consumption, low noise, both pressure and travel can be controlled precisely. The system includes the design of a cutter on which 8cutters can be installed; and the design of fixtures; the design of spindle, the design of hydraulic cylinders, the control by SCM of automatic rotary cutter . Keywords: automatic control; cutter; precision 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 題目的意義和來源 1 1.2 總體方案設(shè)計 2 1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展展望 2 第2章 機械部分設(shè)計 6 2.1 軸的設(shè)計計算 6 2.1.1 軸尺寸的計算 6 2.1.2 軸的校核 7 2.2 蝸輪和蝸桿的設(shè)計計算 10 2.3 聯(lián)軸器的設(shè)計計算 11 2.4 端齒盤的設(shè)計計算 11 2.5 軸承的選擇 12 2.6 軸上花鍵的設(shè)計 12 2.7 刀架的設(shè)計計算 13 2.8 導(dǎo)軌的設(shè)計計算 13 第3章 動力部分 14 3.1 步進電動機的選擇 14 3.1.1 選擇電機的種類 14 3.1.2 選擇電機的功率 14 第4章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 17 4.1 液壓系統(tǒng)工作原理 17 4.2 液壓缸的設(shè)計計算 18 4.2.1 選擇液壓缸的種類 18 4.2.2 液壓缸的參數(shù)計算 18 第5章 電路設(shè)計 29 5.1 芯片的選擇及連接 29 5.1.1 芯片的選擇 29 5.2 控制電路的軟件設(shè)計 32 5.3 復(fù)位程序設(shè)計 33 5.4 動態(tài)顯示設(shè)計 34 第七章 結(jié) 論 35 參考文獻 36 致 謝 37 附 錄Ⅰ 38 IV 第1章 緒論 1.1 題目的意義和來源 本次設(shè)計的題目是數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計，該系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)精度高，動作準確迅速。2006年國務(wù)院8號文件《國務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》首次將數(shù)控機床列入重大技術(shù)裝備，提出明確要求：發(fā)展大型、精密、高速數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)及功能部件，改變大型、高精度數(shù)控機床大部分依賴進口的現(xiàn)狀，滿足機械、航空航天等工業(yè)發(fā)展的需要。由于我國工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱、以企業(yè)為主體的創(chuàng)新體系尚未建立、數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化時間短等原因，技術(shù)上和產(chǎn)業(yè)上與西方發(fā)達國家相比還存在一定差距，當(dāng)前的發(fā)展還需要注意幾方面的問題。 首先是新產(chǎn)品開發(fā)能力不足。從行業(yè)總體看，基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究還很薄弱，基礎(chǔ)開發(fā)理論研究、基礎(chǔ)工藝研究和應(yīng)用軟件開發(fā)還不能適應(yīng)數(shù)控技術(shù)快速發(fā)展的要求，全行業(yè)科技人才不足，缺乏高級技術(shù)人員，科技投入和科研設(shè)施尚不適應(yīng)等。同時，擴大產(chǎn)能與未來實際需求錯位也需引起重視。當(dāng)前行業(yè)企業(yè)技術(shù)改造項目的產(chǎn)能目標過于龐大，技改項目產(chǎn)品的大型化、重型化趨勢明顯，高檔數(shù)控機床制造能力和功能部件的投入顯得不足。 據(jù)了解，大多數(shù)中高檔數(shù)控機床主要配套設(shè)備還是發(fā)那科和西門子等國外數(shù)控系統(tǒng)，刀庫機械手、數(shù)控刀架、滾珠絲杠和導(dǎo)軌、電主軸等主要還是日本、德國或中國臺灣地區(qū)的產(chǎn)品，用戶選購國產(chǎn)機床時普遍提出選用境外功能部件的要求。功能部件發(fā)展的滯后性，將制約國產(chǎn)中高檔數(shù)控機床的發(fā)展。 從這個意義上來說，研究我國現(xiàn)階段的數(shù)控機床設(shè)備，并加以改進和創(chuàng)新，就是為我國的數(shù)控車床的發(fā)展增磚添瓦，貢獻綿薄之力。 1.2 總體方案設(shè)計 設(shè)計方案如下圖所示： 圖1.1 總體方案圖 其工作過程是：當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令以后，液壓油進入液壓油缸的右腔，通過活塞推動主軸使刀盤左移，使定位端齒盤脫離嚙合狀態(tài)，為轉(zhuǎn)位做好準備。 當(dāng)齒盤處于完全脫開位置時，嚙合狀態(tài)行程開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號，電機開始帶著蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)使刀盤旋轉(zhuǎn)任意個工位。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號時電機停止運動，蝸輪停止運動，刀架處于預(yù)定位置。于此同時液壓缸左腔進油，通過活塞將主軸和刀盤拉回，端齒盤嚙合，刀盤完成精定位和夾緊動作。 1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展展望 ??? 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，數(shù)控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展，其主要研究熱點有以下幾個方面： (1) 性能發(fā)展方面 ??? 1. 高精高速高效化速度 ??? 效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)關(guān)鍵的性能指標，是先進制造技術(shù)的主體。若采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)、高分辨率檢測元件、交流數(shù)字伺服系統(tǒng)、配套電主軸、直線電機等技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。在今后的幾年，超精密數(shù)控機床正在向精密化、高速化、智能化和納米化發(fā)展，匯合而成的新一代數(shù)控機床。 ??? 2. 柔性化 ??? 數(shù)控系統(tǒng)采用新一代模塊化設(shè)計，功能覆蓋面更寬，可靠性更強，可滿足不同用戶的需求。同一群控系統(tǒng)能根據(jù)不同生產(chǎn)流程，自動進行信息流動態(tài)調(diào)整，發(fā)揮群控系統(tǒng)的功能。 ??? 3. 多軸化 ??? 多軸聯(lián)動加工，零件在一臺數(shù)控機床上一次裝夾后，可進行自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭、旋轉(zhuǎn)工作臺等操作，完成多工序、多表面的復(fù)合加工，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。 ??? 4. 軟硬件開放化 ??? 用戶可根據(jù)自己的需要，對數(shù)控系統(tǒng)軟件進行二次開發(fā)，用戶的使用范圍不再受生產(chǎn)商的制約。 ??? 5. 實時智能化 ??? 在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等方面發(fā)展。如編程專家系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出了故障時，診斷、維修等實現(xiàn)智能化。 (2) 功能發(fā)展方面 ??? 1. 用戶界面圖形化 ??? 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口，圖形用戶界面要適合各種用戶包括非專業(yè)用戶的使用，通過窗口和萊單進行操作，可實現(xiàn)圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤、仿真和快速編程等功能。 ??? 2. 科學(xué)計算可視化 ??? 信息交流已不再局限于用文字和語言表達，可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)可用于CAD／CAM、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償、顯示及加工過程的可視化仿真等。如最近廈門創(chuàng)壹軟件有限公司開發(fā)的數(shù)控機床虛擬實現(xiàn)技術(shù)，用可視化3D技術(shù)展示了對數(shù)控機床的故障診斷與維修等功能。 3 .插補和補償多樣化 ??? 插補方式有直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、多項式插補等。補償功能有垂直度補償、間隙補償、圓弧插補時過象限的誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、刀具半徑補償、溫度補償?shù)取? ??? 4. 高性能的內(nèi)置PLC ??? 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能的PLC，可直接用梯形圖或高級語言編程，可在線調(diào)試和在線編輯修改，建立自己的應(yīng)用程序。 ??? 5. 多媒體技術(shù)應(yīng)用 ??? 計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控系統(tǒng)，應(yīng)用多媒體技術(shù)對各種信息可進行綜合化，智能化處理。 (3) 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方面 ??? 1．集成化 ??? 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐?，及專用集成電路芯片，提高數(shù)控系統(tǒng)的集成電路密度和軟硬件運行速度及系統(tǒng)的可靠性。 ??? 2. 模塊化 ??? 實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化，將CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 (4) 智能化、開放式新一代數(shù)控系統(tǒng) ?? 1．智能化 ??? 自動編程、加工過程智能監(jiān)控、在線檢測等。今后的數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD／CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴密的制造過程，即稱為智能閉環(huán)控制體系，這種技術(shù)是利用傳感器獲得適時的信息，以增強制造者取得最佳產(chǎn)品的能力；智能數(shù)控系統(tǒng)通過對影響加工精度和效率的物理量進行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實現(xiàn)最佳目標的智能決策，對進給速度、切削深度、坐標移動、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進行實時控制，使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。 ??? 2. 開放式 ??? 開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的柔性、適應(yīng)性、通用性、擴展性，并向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。虛擬場景構(gòu)造是虛擬加工系統(tǒng)的基礎(chǔ)，基于OpenGL和Visual C++的虛擬加工系統(tǒng)框架的設(shè)計與研究為創(chuàng)建更加完善逼真的虛擬加工系統(tǒng)打下了一定的基礎(chǔ)。本人只是對虛擬加工系統(tǒng)框架上做了初步的研究。由于系統(tǒng)中的機床模型外觀與實際機床外觀還有一定的出入；虛擬設(shè)備還沒有和實際機床進行網(wǎng)絡(luò)通訊；搬運小車導(dǎo)軌等虛擬加工線中的一些必要設(shè)備等，同時只是對加工線的動態(tài)幾何仿真做了比較深入的研究，對設(shè)備的加工過程中的物理仿真研究較少。因此該系統(tǒng)還有不足之處，要建立功能完善的虛擬加工系統(tǒng)還需要進一步的研究。 第2章 機械部分設(shè)計 2.1 軸的設(shè)計計算 2.1.1軸尺寸的計算 選擇軸的材料為45鋼，熱處理方式為正火處理 初步估算當(dāng)。 由轉(zhuǎn)速 n= 60/16 =3.75 r/min 暫估軸的直徑為60mm。 軸的功率 P =f S = 120000 20.0503.75/60 = 2.35 kw 取P = 2.35 kw。 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩（暫不考慮效率） M =9550 （2-1） =9550 =2037N 取系數(shù)A=103 則 d=A （2-2） =103 =70 mm 考慮鍵槽削弱，取軸端直徑增大4%~5%，則取軸直徑為75 mm。 2.1.2 軸的校核 軸的尺寸圖如下： 圖2.1 軸的尺寸圖 1. 按彎扭合成強度條件校核軸 1）畫出空間力系圖，如圖中2.2a)所示。壓軸力F=120000N 2）求軸的彎矩M，并畫出彎矩圖，見圖2.2b)。 圖2.2a) 空間力系圖 M1H=12000×136.5=16380000 M2H=8200×136.5=11193000 圖2.2b) 軸的彎矩圖 3）畫軸的扭矩圖，如圖2.2 c)所示。 已知T=5556000 圖2.2c) 軸的扭矩圖 4)求計算彎矩Mca,并畫計算彎矩圖如圖2.2 d)所示。 根據(jù)：Mca=,并取α=0.6，算得 Mca0==33336 MCa1==333360 Mca2==33337 圖2.2d) 軸的彎矩圖 在此對傳動軸進行強度的校核，具體過程如下： 按扭矩強度條件計算 該傳動軸只承受轉(zhuǎn)矩作用，其強度條件為 式中 ——軸的扭剪應(yīng)力，MPa； T——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，， P——軸傳遞的功率，kw， n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min， []——軸材料的許用扭剪應(yīng)力，取[]= 200 MPa， ——軸的抗扭截面模量，。 該軸為實心軸，則有： （2-3） 按彎扭合成強度計算，由第三強度理論計算： （2-4） 式中——危險截面上彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力； ——轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力。 對于直徑為的實心軸有： 計算轉(zhuǎn)矩： =5556000 N·m 式中 ——根據(jù)轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生應(yīng)力的性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)，這里為脈動變化的轉(zhuǎn)矩，取=0.6。 將以上數(shù)據(jù)帶入公式中得：d ≥ 70 mm。 考慮鍵槽削弱，取軸端直徑增大4%~5%，則取軸直徑為75 mm。 綜上所述，取軸端最小直徑d = 75mm滿足強度要求。 2.2 蝸輪和蝸桿的設(shè)計計算 蝸桿頭數(shù) Z=1 渦輪齒數(shù)Z=45 模數(shù) m= 4 軸向齒距 p= 12.5 mm 蝸桿直徑系數(shù)q =14 導(dǎo)程角γ= 4 o05′08″ 軸向齒形角α= 20 o 蝸桿和渦輪的直徑 d= mq = 4× 14=56mm d= m Z = 4× 45= 180 mm 齒頂高h=m 齒根高 h=1.2m =4.8 mm 全齒高 h= 2.2m = 8.8 mm 齒頂圓直徑 d= m(q+2) =64 mm d=m(Z+2)= 188 mm 齒根圓直徑d= m(q-2.4) =46.4mm d=m(Z-2.4)= 170。4 mm 中心距a = m(q+ Z)/2 =118 mm 2.3 聯(lián)軸器的設(shè)計計算 選用HL型彈性柱銷聯(lián)軸器，其型號為HL1， 公稱轉(zhuǎn)矩為M = 160 N·m， 許用轉(zhuǎn)速 n = 7100 r/ min, 轉(zhuǎn)動慣量 I = 0.0064 Kg·m。 2.4 端齒盤的設(shè)計計算 選擇齒盤直徑 D=280 mm ， 齒盤齒數(shù) n = 72 齒盤內(nèi)徑 d = 200 mm 齒長 F= 8 mm 齒盤副厚度 H = 40 mm 螺釘數(shù)量 n =8 , 分布直徑 D= 230 mm , 直徑 d = 11 mm 2.5 軸承的選擇 深溝球軸承的選擇： 選擇軸承代號為6218的深溝球軸承，其外形尺寸為內(nèi)徑d=90mm 外徑D=160mm 寬度B=30mm。 圓錐滾子軸承的選擇： 選擇代號為30218的圓錐滾子軸承，成對使用，其外形尺寸為內(nèi)徑d=90mm 外徑D=160mm 寬度B=30mm。 2.6 軸上花鍵的設(shè)計 選擇型號為選擇GB/T1144-2001矩形內(nèi)花鍵，花鍵副的規(guī)格10768016 內(nèi)花鍵 10 外花鍵 10 其中10指花鍵的鍵數(shù)，16指鍵寬或鍵槽寬 76指花鍵小徑，80指花鍵的大徑 選擇花鍵長度l=L=70 mm 內(nèi)花鍵的d的表面粗糙度0.8~1.6 取為1.6 D的表面粗糙度為3.2 B的表面粗糙度為3.2 外花鍵的d、D的粗糙度與內(nèi)花鍵的相同 B的表面粗糙度為1.6 裝配方式采用滑動式。 2.7 刀架的設(shè)計計算 根據(jù)車刀長度l= 100 mm，刀柄直徑 d=35 mm，取刀架直徑 D= 400 mm，刀架寬度 a = 90 mm。 2.8 導(dǎo)軌的設(shè)計計算 選擇整體式燕尾形導(dǎo)軌，采用平鑲條調(diào)整導(dǎo)軌側(cè)面間隙的結(jié)構(gòu)。平鑲條橫截面積為矩形或平行四邊形，以鑲條的橫向位移來調(diào)整間隙。平鑲條一般放在受力小的一側(cè)，用螺釘調(diào)節(jié)，螺母鎖緊。因各螺釘單獨擰緊，收緊力不一致，使鑲條在螺釘?shù)闹c有撓度，使接觸不均勻，剛性差，易變性，調(diào)整較麻煩，故用于 受力較小，或短的導(dǎo)軌。 第3章 動力部分 3.1步進電動機的選擇 3.1.1 選擇電機的種類 按工作要求及工作條件選擇。應(yīng)選用用反應(yīng)式步進電動機。 3.1.2 選擇電機的功率 按照電動機的額定功率選擇，選擇時應(yīng)保證P0Pr 式中 P0——————電動機的額定功率，KW； Pr ———工作機所需電動機功率，KW； 所需電動機功率由下式計算 Pr = 式中PW ———工作機所需有效功率，由工作機的工作阻力及運動參數(shù)確定； ——電動機到工作機的總效率。 1）工作負載 根據(jù)實際工作需要 =120000N。 2）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 則齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為（齒輪為45鋼，并將齒輪近似的看成圓柱體） 同理，執(zhí)行機構(gòu)也可以看成圓柱體， ，則轉(zhuǎn)動慣量為 設(shè)電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量為（因為等效到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)動慣量大于電動機轉(zhuǎn)動慣量一個數(shù)量級，所以值忽略不計） （3-1） 3）等效負載轉(zhuǎn)矩 由[5]式6-8得 4）啟動慣性轉(zhuǎn)矩（）的計算 這里以最不利于啟動的快進啟動速度進行計算，設(shè)啟動加速（或制動減速）時間為Δt=0.3s(一般在0.3~1之間選取)，由于電動機轉(zhuǎn)速，取加（減）速曲線為等加（減）速梯形曲線，故角加速度為 則 5）步進電動機輸出軸上的總負載轉(zhuǎn)矩的計算 6）步進電動機的選擇 上述計算均未考慮機械系統(tǒng)的傳動效率，當(dāng)選擇機械傳動總效率η=0.7時 在工作時，由于材料的不均勻等因素的影響，會引起負載轉(zhuǎn)矩突然增大，為了避免計算上的誤差以及負載轉(zhuǎn)矩突然增大，引起步進電動機丟步，產(chǎn)生加工誤差，可以適當(dāng)考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)一般可在1.2~2之間選取。這里取安全系數(shù)K=1.2，則步進電動機可按以下總負載轉(zhuǎn)矩選取 若選用電動機28BF001，其最大靜轉(zhuǎn)矩。在三相六拍驅(qū)動時，其步距角為0.75，為保證帶負載正常加速起動和定停止，電動機的起動轉(zhuǎn)矩必須滿足 由表3.7可知，，則，故選用轉(zhuǎn)速為n=1440 r/min，功率P = 7.5 KW的電機合適。 第4章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 4.1 液壓系統(tǒng)工作原理 圖4.1是軸左右移動的液壓系統(tǒng)原理圖。 圖4.2是軸左右移動的電磁閥順序動作表。 1、三位四通電磁換向閥 2、液壓缸 3、溢流閥 4、液壓泵 圖4.1 液壓系統(tǒng)原理圖 表4.1 軸左右移動的電磁閥順序動作表 動作順序 電磁閥1 電磁閥2 液壓缸狀態(tài) 液壓閥 1 — — 初始 中間 2 — + 左移 左 3 + — 右移 右 當(dāng)電磁閥1和電磁閥2都斷電時，液壓缸處于初始狀態(tài)。 當(dāng)電磁閥1斷電，電磁閥2通電時，液壓缸的活塞向左移動，活塞帶動聯(lián)軸器、軸、刀架一起向左移動。 當(dāng)電磁閥1通電，電磁閥2斷電時，液壓缸的活塞向右移動，活塞帶動聯(lián)軸器、軸、刀架一起向右移動。 4.2 液壓缸的設(shè)計計算 4.2.1 選擇液壓缸的種類 液壓缸選用雙作用單活塞桿液壓缸，活塞在行程終了時緩沖。因為工作過程中需要往復(fù)運動。 4.2.2 液壓缸的參數(shù)計算 鋼筒的連接結(jié)構(gòu) 在設(shè)計中缸選擇法蘭連接方式。這種結(jié)構(gòu)簡單，易加工，易裝卸。 缸口部分結(jié)構(gòu) 缸口部分采用了Y形密封圈、導(dǎo)向套、O形防塵圈和鎖緊裝置等組成，用來密封和引導(dǎo)活塞桿。由于在設(shè)計中缸孔和活塞桿直徑的差值不同，故缸口部分的結(jié)構(gòu)也有所不同。 油缸放氣裝置 通常油缸在裝配后或系統(tǒng)內(nèi)有空氣進入時，使油缸內(nèi)部存留一部分空氣，而常常不易及時被油液帶出。這樣，在油缸工作過程中由于空氣的可壓縮性，將使活塞行程中出現(xiàn)振動。因此，除在系統(tǒng)采取密封措施、嚴防空氣侵入外，常在油缸兩腔最高處設(shè)置放氣閥，排出缸內(nèi)殘留的空氣，使油缸穩(wěn)定的工作。 排氣閥的結(jié)構(gòu)形式包括整體式和組合式。在設(shè)計中選用的是整體式。 整體式排氣閥閥體與閥針合為一體，用螺紋與鋼筒或缸蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面間隙中擠出，并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣閥簡單、方便、但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣閥后不能密封，會造成泄露。 緩沖裝置 緩沖裝置的工作原理是使鋼筒低壓腔內(nèi)油液(全部或部分)通過節(jié)流把動能轉(zhuǎn)換為熱能，熱能則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。 缸體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)確定 缸的內(nèi)徑: ===0.638M （2-1） 按標準取整=0.640M 缸活塞桿直徑 =（2-2） ==0.573M （2-2） 按標準取整=0.58M 缸實際壓力: = （2-3） 缸實際回程力: = （2-4） 頂出缸的直徑: ===0.226M 按標準取整=0.25M 頂出缸的活塞桿直徑 ===0.177M 按標準取整=0.18M 頂出缸實際頂出力: = 頂出缸實際回程力： = 各缸動作時的流量： 缸進油流量與排油流量： (1)快速空行程時的活塞腔進油流量 = （2-5） （2）快速空行程時的活塞腔的排油流量 == （2-6） （3）工作行程時的活塞腔進油流量 == （4）工作行程時的活塞腔的排油流量 == （5）回程時的活塞桿腔進油流量 == （6）回程時的活塞腔的排油流量 == 頂出缸的進油流量與排油流量： (1)頂出時的活塞腔進油流量 = （2）頂出時的活塞桿的排油流量 == （3）回程時的活塞桿腔進油流量 == （4）回程時的活塞腔的排油流量 == 表4.2缸鋼筒所選材料 型號 ≥／MPa ≥／MPa ≥／% 45 610 360 14 液壓缸的設(shè)計計算 筒壁厚計算 公式: =++ （2-7） 當(dāng)～0.3時，用使用公式: = =0.107 m （2-8） 取 =0.2m --為缸筒材料強度要求的最小，M --為鋼筒外徑公差余量，M --為腐蝕余量，M --試驗壓力，16M時，取=1.25P P—管內(nèi)最大工作壓力為25 M --鋼筒材料的許用應(yīng)力，M =/n --鋼筒材料的抗拉強度，M n—安全系數(shù)，通常取n=5 當(dāng)時,材料使用不夠經(jīng)濟,應(yīng)改用高屈服強度的材料. 筒壁厚校核 額定工作壓力, 應(yīng)該低于一個極限值,以保證其安全. MPa =0.35 =47MPa （2-9） =外徑 D=內(nèi)徑 同時額定工作壓力也應(yīng)該完全塑性變形的發(fā)生: =2.3320=86.9 MPa （2-10） --缸筒完全塑性的變形壓力, --材料屈服強度MPa --鋼筒耐壓試驗壓力，MPa =30.42～36.50 MPa （2-11） 缸筒的暴裂壓力 =2.3610 =165.7MPa （2-12） 缸筒底部厚度 缸筒底部為平面時: 0.433 0.433 mm （2-13） 取 mm --筒底厚，MM 核算缸底部分強度 按照平板公式即米海耶夫推薦的公式計算，缸底進油孔直徑為φ20cm則 Ψ===0.6875 （2-14） = =69.8 MPa （2-15） 按這種方法計算[]=100MPa <[] 所以安全 缸筒端部法蘭厚度: 　　　 = =67.0mm （2-16） 取 h=100mm --法蘭外圓半徑; --螺孔直徑; 螺釘 – M30 b—螺釘中心到倒角端的長度 =32cm = 42cm =48.5cm = =10cm h=10cm = =37cm = = =47.25cm 校核法蘭部分強度： = =0.067cm （2-17） （2-18） 其中 P== =110.2=11.02KN/cm （2-19） ==0.0335 （2-20） =0.367 （2-21） =1 （2-22） ==0.42 （2-23） 所以 =95.1MPa （2-24） =57.1+34.6=91.7 MPa<[] 滿足要求 依據(jù)上面公式當(dāng)墊片的厚度為大于10cm時就能滿足要求，為了滿足橫梁的強度和工藝性，墊片厚度選用25cm。因此可以推算橫梁的厚度取大于25cm即滿足要求。 缸筒法蘭連接螺釘： 表4.3 螺釘所選材料 型號 ≥／MPa ≥／MPa ≥／% 35 540 320 17 (1)螺釘處的拉應(yīng)力 = MPa = =8.5 MPa （2-25） z-螺釘數(shù)12根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m (2)螺紋處的剪應(yīng)力: =0.475 MPa （2-26） 　　　　　 = MPa （2-27） -屈服極限 -安全系數(shù); 5 (3)合成應(yīng)力: = 　　 = MPa （2-28） 墊片與橫梁間螺釘?shù)男：耍? (1)螺釘處的拉應(yīng)力 = MPa = =3.8 MPa （2-29） z-螺釘數(shù)12根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m (2)螺紋處的剪應(yīng)力: =0.475 MPa （2-30） 　　　　　 = MPa （2-31） -屈服極限 -安全系數(shù); 5 (3)合成應(yīng)力: = 　　 = MPa （2-32） 活塞桿直徑d的校核： 表4.4 活塞桿所選材料 型號 ≥／MPa ≥／MPa ≥／% 45MnB 1030 835 9 （2-33） d=0.58M 滿足要求 F—活塞桿上的作用力 —活塞桿材料的許用應(yīng)力，=/1.4 第5章 電路設(shè)計 5.1芯片的選擇及連接 5.1.1芯片的選擇 電路的控制需要完成控制電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速以及LED的顯示。由于完成的功能不是很多，并且要降低成本，所以選擇8051單片機作為控制系統(tǒng)的處理芯片。8051的I/O口不能滿足工作的要求，選擇8255擴展I/O口。 1）8051芯片 本系統(tǒng)采用一片8051單片機實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制,8051為8位單片機而且自帶ROM和RAM，無需外接地，是比較常用的單片機，而且功能強大又全面，有復(fù)位信號端RST和外接晶體引線端XTAL1、XTAL2等，所以選用了8051作為控制芯片。芯片如下圖所示： 圖5.1 8051芯片引腳圖 2）8255芯片 8255的片選信號CS及口地址選擇線A0、A1分別由8051的P0.7和P0.0、P0.1經(jīng)地址鎖存后提供。故8255的A、B、C口及地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FFH。8255的復(fù)位端與8031的復(fù)位端相連，也可以直接接地，前者應(yīng)保證8255復(fù)位完畢后才開始初始化。8255的引腳圖如下所示： 8255引腳圖如下所示： 圖5.2 8255引腳圖 3） 74LS373引腳 連接8051與8279采用了74LS373譯碼器，該譯碼器引腳圖如下： 圖5.3 74LS373引腳圖 主要引腳功能如下： D0—D7：輸入端。 Q0—Q7：并行輸出端。 G—地。 ADC0809在本次設(shè)計中的應(yīng)用 顯示RAM容量為16*8，即顯示器最大配置可達16位LED數(shù)碼顯示。其芯片引腳圖如下圖所示： 圖5.4 ADC0809芯片引腳圖 4）各引腳功能如下： IN7-IN0:模擬量輸入通道。ADC0809對輸入模擬量的要求主要有：信號單極性，電壓范圍為0-5V。 A、B、C：地址線，模擬通道的選擇信號。A為低位地址，C為高位地址。 ALC：地址鎖存允許信號。對應(yīng)上ALC上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 ST：轉(zhuǎn)換啟動信號。ST上跳沿時，所有內(nèi)部存儲器清0；ST下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。 D7-D0：數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以與單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高位。 OE：輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 CLK：外部時鐘信號引入端。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此，有時鐘信號引腳。簡單應(yīng)用時可由80C51的ALC信號提供。 EOC：轉(zhuǎn)化結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換;EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號既可以作為查詢的狀態(tài)標志，又可以作為中斷請求信號使用。 5.2 控制電路的軟件設(shè)計 主程序圖框 圖5.5 主程序流程圖 其工作過程是：當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令以后，液壓油進入液壓油缸的右腔，通過活塞推動主軸使刀盤左移，使定位端齒盤脫離嚙合狀態(tài)，為轉(zhuǎn)位做好準備。 當(dāng)齒盤處于完全脫開位置時，嚙合狀態(tài)行程開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號，電機開始帶著蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)使刀盤旋轉(zhuǎn)任意個工位。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號時電機停止運動，蝸輪停止運動，刀架處于預(yù)定位置。于此同時液壓缸左腔進油，通過活塞將主軸和刀盤拉回，端齒盤嚙合，刀盤完成精定位和夾緊動作。 5.3 復(fù)位程序設(shè)計 8051單片機屬于8位單片機，它是Intel公司繼MCS48系列的成功設(shè)計之后，于1980年推出的產(chǎn)品。由于MCS51系列具有很強的片內(nèi)功能和指令系統(tǒng)，因而使單片機的應(yīng)用發(fā)生了一個飛躍，這個系列的產(chǎn)品也很快成為世界上第二代的標準控制器。51系列單片機有5個中斷源，其中有2個是外部輸入中斷源INT0和INT1?？捎芍袛嗫刂萍拇嫫鱐CON的IT1（TCON.2）和IT0（TCON.1）分別控制外部輸入中斷1和中斷0的中斷觸發(fā)方式。若為0，則外部輸入中斷控制為電平觸發(fā)方式；若為1，則控制為邊沿觸發(fā)方式。這里是下降沿觸發(fā)中斷。 數(shù)據(jù)的測量是在中斷時進行的，每次中斷測量一個數(shù)據(jù)。對于電平方式的外中斷請求，若采樣為高電平，表示沒有中斷請求，TCON寄存器的外中斷請求標志位IE0或IE1繼續(xù)為0，若采樣為低電平，則中斷請求有效，把IE0或IE1置1。這實際上就相當(dāng)于把中斷請求信號取反后鎖定在相應(yīng)的標志位中。對于脈沖方式的中斷請求，若在相鄰的機器周期采樣到的是先高電平后低電平，則中斷請求有效，把IE0或IE1置1，否則IE0或IE1繼續(xù)為0。在脈沖方式下，為保證中斷請求有效，中斷請求脈沖高低電平的持續(xù)時間在12個晶振周期以上。 5.4 動態(tài)顯示設(shè)計 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，普遍使用成本低廉、配置靈活的LED做顯示器。常用的為4～8位八段LED數(shù)碼管顯示器，即需要4～8個LED數(shù)碼管。實現(xiàn)這種顯示的方法很多，但是，必須采用相應(yīng)的措施才能實現(xiàn)多個LED的顯示。本文介紹了一種設(shè)計方法，利用該方法設(shè)計的多路LED數(shù)碼管顯示系統(tǒng)具有硬件設(shè)備簡單，可移植性好，成本低廉的特點，在各種儀表顯示系統(tǒng)中應(yīng)用效果良好。 動態(tài)顯示可以進行四位顯示，從低位到高位依次進行動態(tài)掃描。 顯示緩存區(qū)首地址為內(nèi)部RAM30和，以30H開始的四個單元用來存放要顯示的四個BCD碼；8255A的A口地址為7F01H；C口地址為7F03H；R0存放當(dāng)前要顯示的BCD瑪?shù)牡刂?；DL是延時1ms子程序，動態(tài)顯示過程中，每顯示一位LED，都延時1ms，以保證其顯示亮度。 圖5.6 電氣控制原理圖 第七章 結(jié) 論 完成畢業(yè)設(shè)計的過程是一個邊復(fù)習(xí)邊提高的過程，同時也是在對課題不斷完善和改進的過程中把理論和實踐結(jié)合的過程。 設(shè)計過程中所涉及的內(nèi)容有機械制造、液壓傳動和電氣控制三個方面的知識，本次畢業(yè)設(shè)計提高了我對機電液一體化產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計能力，能夠使其將所學(xué)的知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，從而也提高了我對于知識的運用能力和解決工程實際問題的能力。 這次設(shè)計通過對數(shù)控車床的自動換刀系統(tǒng)的研究設(shè)計，由編程實現(xiàn)對刀架精確回轉(zhuǎn)的控制，使下道工序所需的工具快速準確地到達預(yù)定位置，滿足數(shù)控自動加工系統(tǒng)的要求。設(shè)計包括的內(nèi)容有：設(shè)計最多能夠安裝8把車刀的刀盤及其上的卡緊裝置；刀架主軸的設(shè)計；液壓缸的設(shè)計；刀架自動回轉(zhuǎn)的單片機控制等。 參考文獻 [1] 王曉明.電動機的單片機控制.第一版.遼寧：北京航空航天大學(xué)出版社，2005年5月 [2] 孫志禮，冷興聚，魏延剛，曾海泉.機械設(shè)計.第一版.東北大學(xué)出版社，2004年7月 [3] 孫桓，陳作模.機械原理.第六版.西安：高等教育出版社，2000年8月 [4] 鞏云鵬，田萬祿,張祖立,黃秋波.機械設(shè)計課程設(shè)計. 第一版.東北大學(xué)出版社，2000年12月 [5] 周希章,周全.如何正確選擇電動機.機械工業(yè)出版社.2004年1月 [6] 張建民等著.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京:北京理工大學(xué)出版社 [7] 何立民編.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京:北京航空航天大學(xué)出版社.1991 [8]王沛民等編.微型計算機與接口技術(shù).西安:西北電訊工程學(xué)院出版社.1987 [9] 林有德等編.傳感器及其應(yīng)用技術(shù).上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社.1992 [10] 自動化控制網(wǎng)站.: _ HYPERLINK "http://www.fa.omron.com.cn" __http://www.fa.omron.com.cn_ [11] 成大先.機械設(shè)計圖冊.化學(xué)工程出版社 [12] 蛛輝,曹桄等.畫法幾何及工程制圖.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2003年 [13] 秦曾煌.電工學(xué).高等教育出版社.2004年 [14] 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社.2004年 [15] 王文斌等.機械設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社.2005年第三版 [16] 范真.加工中心. 化學(xué)工業(yè)出版社.2004.7 [17] 王積偉，章宏甲.液壓傳動.機械工業(yè)出版社.2006.12 [18] Chinese Journal of Mechanical Engineering [19] popular mechanics 致 謝 這次畢業(yè)設(shè)計的順利完成，與老師、同學(xué)的熱心幫助是分不開的。首先，要感謝我的指導(dǎo)老師，遼寧工業(yè)大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院的潘靜老師。每當(dāng)我遇到問題請教她的時候，她都給予我耐心的指導(dǎo)。同時還要感謝身邊的同學(xué)，大家的幫助是我快速進步的又一重要原因。另外，還要感謝機房的管理人員和工作人員，是他們的默默工作才為我們提供了一個整潔、舒適的設(shè)計環(huán)境。 本次畢業(yè)設(shè)計之前，曾經(jīng)閱讀了大量的相關(guān)資料，從中汲取了豐富的知識，借此向這些作者們深表敬意。 附 錄Ⅰ 主程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH ；初始化 AJMP QQQ1 ZF: QQQ： MOV TMOD,#06H ；用T0方式2工作初始化 MOV TL0,#DATA1 SETB TH0,#DATA2 ； 計算脈沖個數(shù)實現(xiàn)速度1 SETB EA, SETB ET0 , SETB TRO SJMP $, LOOP:MOV R7 #DATA3 LOOP1:SETB P1.0, CLR P1.0 DJNZ R7,LOOP RET QQQ1： MOV TMOD,#06H 用T0方式2工作初始化 MOV TL0,#DATA4 計算脈沖個數(shù)實現(xiàn)速度2 SETB TH0,#DATA5 SETB EA, SETB ET0 , SETB TRO SJMP $, LOOP:MOV R7 #DATA LOOP1:SETB P1.0, CLR P1.0 DJNZ R7,LOOP RET QQQ2：MOV TMOD,#06H ；用T0方式2工作初始化 MOV TL0,#DATA1 ；計算脈沖個數(shù)實現(xiàn)速度3 SETB TH0,#DATA2 SETB EA, SETB ET0 , SETB TRO SJMP $, LOOP:MOV R7 #DATA3 LOOP1:SETB P1.0, CLR P1.0 DJNZ R7,LOOP RET LOOP2:MOV RO,#QISHI ；存儲每個速度值 INC RO MOV RO,#TINGZHI INC RO, MOV RO,#SUDUYI INC RO, MOV RO,#SUDU2 INC RO, MOV RO,#SUDU3 INC RO, MOV RO,#SUDU4 INC RO, MOV RO,#SUDU5 INC RO, MOV RO,#TINGZHI MAIN： MOV. A，#03H 8155初始化， MOV DPTR，#7F00H MOVX @DPTR ,A MOV R0,#78H MOV R3,#7CH MOV A,R3 KEY1: ACALL KS1 延時6ms JNZ LK1 ACALL DIS AJMP KEY1 LK1: ACALL DIS 延時12ms ACALL DIS ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL DIS AJMP KEY1 LK2:MOV R2,#0FEH 掃描 MOV R4,#00H LK4:MOV DPTR,#7F01H 送PC口輸出 MOV A,R2 MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A, @DPTR JB ACC.0,LONE MOV A,#00H AJMP LKP LONE:JB ACC.1,LTWO ； 第二個鍵是否按下 MOV A,#08H AJMP LKP LTWO:JB ACC.2,LTHR ； 第二個鍵是否按下 MOV A,#10H AJMP LKP LTHR:JB ACC,3,NEXT MOV A,#18H LKP: ADD A,R4 ；行首列號加1 PUSH ACC LK3: ACALL DIS ；掃描鍵是否抬起 ACALL KS1 JNZ LK3 POP ACC RET NEXT:INC R4 ；第二列掃描 MOV A,R2 JNB ACC,7,KND RL A MOV R2,A AJMP LK4 KND:AJMP KEY1 KS1:MOV DPTR,#7F01H ；指向A口讀鍵值 MOV A, #00H MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR CPL A ANL A,#0FH RET DIS:MOV DPTR,#7F01H MOV @DPTR ,A INC DPTR MOV A,@R0 ADD A,#ODH MOVC A,@A+DPTR MOV @DPTR,A ACALL DL1 INC R0 MOV A,R3 JNB ACC.0,LD1 RR A MOV R3,A AJMP LD0 LD1:RET DSEG:DB 3FH,06H,5BH DL1:MOV R7,02H DL: MOV R6,#OFFH DL6:DJNZ R6,DL6 DJNZ R7,DL RET HANG0：CJNE A,#QISHI, HANG 1 判斷轉(zhuǎn)速 SETB P1.2 CLR P1.2 CJNE A,#SUDU1, HANGG1 AJMP QQQ 機械復(fù)位程序 INT1： CLR EA； 關(guān)中斷 CLR TR1； 關(guān)定時器T1 MOV TH0，#15H； 數(shù)據(jù)重裝 MOV TL0，#0A0H； MOV R2， #00H CLR C PUSH ACC； 現(xiàn)場保護 PUSH DPH PUSH DPL PUSH PSW SJMP FS2； RI=0，判斷有無數(shù)據(jù)發(fā)送標志 FS2： JNB 10H，F(xiàn)ANHUI FS3： MOV A，#30H； 發(fā)送起始碼 MOV SBUF，A WAIT1： JBC TI，F(xiàn)SBYTE SJMP WAIT1 FSBYTE： MOV R0，#30H FSSJ： MOV A，@R0 MOV SBUF，A； 發(fā)送數(shù)據(jù) ADD A，R2 MOV R2，A WAIT2： JBC T1，F(xiàn)SYES SJMP WAIT2 FSYES： INC R0 DJNZ R1，F(xiàn)SJSM； 數(shù)據(jù)發(fā)送完 WAIT3： JBC TI，F(xiàn)SJSM SJMP WAIT3 FSJSM： MOV A，#0FFH； 發(fā)送結(jié)束碼 MOV SBUF，A WAIT4： JBC TI，F(xiàn)ANHUI SJMP WAIT4 FANHUI： POP PSW； 現(xiàn)場恢復(fù) POP DPL POP DPH POP ACC SETB TR1； 開啟定時器T1 SETB EA； 開中斷 顯示子程序 AA: MOV R1，#78H 顯示緩寸區(qū)首地址 MOV R3，#1111 1110B 從右