加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 題目： 加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名 學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 班級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 職稱(chēng) 教研室主任 一、基本任務(wù)及要求： 本課題以加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)其機(jī)械部分、電氣控制 部分的設(shè)計(jì)，使之能 夠適應(yīng)現(xiàn)代制造企業(yè)對(duì)加工設(shè)備的更高要求。通過(guò)設(shè)計(jì)使學(xué) 生掌握加工中心數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制部分設(shè)計(jì)的基本方法、步驟、過(guò) 程和原理，同時(shí)提高他們分析、解決問(wèn)題的能力及綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。課 題基本任務(wù)及要求： 確設(shè)計(jì)要求； 械部分、控制部分）； 二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 悉設(shè)計(jì)課題、搜集有關(guān)資料； 2 月 25 日前完成 入課題實(shí)施階段，進(jìn)行有關(guān)方面知識(shí)的準(zhǔn)備、撰 寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告； 3 月 15 日前完成 定其方案； 3 月 25 日前完成 制主軸箱部裝圖及 1零件圖）； 4 月 20 日前完成 果時(shí)間緊這一步可?。?； 5 月 10 日前完成 制控制系統(tǒng)圖）； 5 月 20 日前完成 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)并打??； 5 月 28 日前完成 儲(chǔ)介質(zhì)的制作、準(zhǔn)備答辯； 5 月 31 日前完成 6 月 10 日前完成 目 錄 摘要 .............................................................................................................. 1章 緒論 ...................................................加工中心的組成 ..................................................加工中心的特點(diǎn) ................................................... 2章 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .........................................述 ..............................................................傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求 ...................................................動(dòng)源的選擇 .....................................................速圖的擬定 ....................................................動(dòng)軸的估算 .....................................................傳動(dòng)組齒輪魔術(shù)的確定和校核 ..................................... 齒輪模數(shù)的確定 ............................................... 齒輪魔術(shù)的校核 ............................................... 型帶的選擇 ..................................................... 3章 主軸箱展開(kāi)圖的設(shè)計(jì) .....................................零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì) ........................................... 結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容和技術(shù)要求 ..................................... 有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 .....................................關(guān)零件的校核 ................................................... 各級(jí)轉(zhuǎn)速的校核 ............................................... 齒輪的校核 ................................................... 主軸的校核 ................................................... 4章 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .............................................擇中央處理單元的類(lèi)型 ..........................................存器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) ............................................... 程序儲(chǔ)存器的擴(kuò)展 ............................................. 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器的擴(kuò)展 .............................................制系統(tǒng)的發(fā)展 ...................................................總結(jié) .........................................................考文獻(xiàn) .....................................................謝 .........................................................I 加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 數(shù)字控制是近代發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)化控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法，隨著科學(xué) 技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,數(shù)控機(jī)床已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。加工中心就是裝有程序控制系統(tǒng)的一種數(shù)控機(jī)床。該程序控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼，或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序，本設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)也就是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。還有主傳動(dòng)系統(tǒng)也是尤為重要的一個(gè)部分，加工中心就是將加工過(guò)程所需的各種步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量都是用數(shù)字化的代碼來(lái)表示。 關(guān)鍵詞： 加工中心，主軸，主傳動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng) is a of of of nc is a of is of a of or by of is by is a is to of to 1 第 1 章 緒論 工中心的組成 加工中心有各種類(lèi)型，雖然外形結(jié)構(gòu)各異，但總體來(lái)看大體上由以下 幾部分組 成： （ 1）基礎(chǔ)部件 由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成，它們是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件。這些 大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)的 切削負(fù)載，因此必須具備更高的靜動(dòng)剛度，也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。 （ 2）主軸部件 由主軸箱、主軸電機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動(dòng)、停止等動(dòng) 作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過(guò)裝在主軸上的刀具進(jìn)行切削。主軸部件是切 削加工的功率輸出部件，是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的 好壞，對(duì)加工中心的 性能有很大的影響。 （ 3）控制系統(tǒng) 單臺(tái)加工中心的數(shù)控中心由 置，可編程序控制器，伺服驅(qū)動(dòng)裝置，以 及電機(jī)等部分組成．它們是加工中心執(zhí)行順序控制動(dòng)作和控制加工過(guò)程的中心。 （ 4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的信號(hào)裝換位機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，其性 能是決定機(jī)床的加工精度，表面質(zhì)量和加工效率的主要因素之一，加工中心普遍 采用半閉環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種控制方式。 （ 5）自動(dòng)換刀裝置 加工中心與一般數(shù)控機(jī)床的顯著區(qū)別是具有對(duì)零件 進(jìn)行多道工序加工的能 力，有一套自動(dòng)換刀裝置。它由刀庫(kù)，機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件組成。 （ 6）輔助系統(tǒng) 包括潤(rùn)滑、冷卻、排屑、防護(hù)、液壓和隨機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不 能直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作 用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。 （ 7）自動(dòng)托盤(pán)更換系統(tǒng) 有的加工中心為進(jìn)一步縮短非切削時(shí)間，配有倆個(gè)自動(dòng)交換工件托盤(pán)，一個(gè) 2 安裝在工作臺(tái)上進(jìn)行加工，另一個(gè)則位于工作臺(tái)外進(jìn)行裝卸工件。當(dāng)完成一個(gè)托 盤(pán)上的工件加工 后，便自動(dòng)交換托盤(pán)，進(jìn)行新零件的加工，這樣可減少輔助時(shí)間， 提高加工工效。 工中心的特點(diǎn) (1)加工精度高 加工中心是以數(shù)字形式給出指令進(jìn)行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量一般 達(dá)到了 且進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行 補(bǔ)償，因此，加工中心能達(dá)到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。 (2)表面質(zhì)量好 加工中心主軸轉(zhuǎn)速和各軸進(jìn)給量都是無(wú)級(jí)調(diào)速，有的甚至有自適應(yīng)控制功能，能 隨刀具和工件材質(zhì)及刀具參數(shù)的變化，把 切削參數(shù)調(diào)整到最佳數(shù)值，從而提高了各加 工表面的質(zhì)量。 (3)生產(chǎn)效率高 零件加工所需的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間倆部分，加工中心能夠有效的減少 這倆部分時(shí)間，因?yàn)榧庸どa(chǎn)率比一般的機(jī)床高得多。 (4)自動(dòng)化程度高 加工中心對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的。操作者除了操作面板、 裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測(cè)量以及觀(guān)察機(jī)床的運(yùn)行外，其他的機(jī)床動(dòng)作直至加工完 畢，都是自動(dòng)連續(xù)完成。不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均 可大為減少，勞動(dòng)條 件也得到相應(yīng)的改善。 (5)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 用加工中心加工零件，能準(zhǔn)確計(jì)算零件加工工時(shí)，并有效的簡(jiǎn)化檢驗(yàn)和工夾具、 半成品的管理工作。這些特點(diǎn)都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。 3 第 2 章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 述 主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具由一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同的尺寸，不同的要求的工作，并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停，變速，換向和制動(dòng)等。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部 件，與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)，用于擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍。 1、數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比較具有以下特點(diǎn)： 1）轉(zhuǎn)速高，功率大，它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工 2）主軸轉(zhuǎn)速變換可靠，并能自動(dòng)無(wú)級(jí)變速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行 3）為實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動(dòng)裝卸，主軸上還必須設(shè)計(jì)有刀具自動(dòng)裝卸，主軸定向停 止 和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置 2、 對(duì)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿(mǎn)足普通機(jī)床主傳動(dòng)要求外，還有如下要求： 1） 具有更大的調(diào)速范圍并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速 2） 具有較高的精度和剛度 3） 良好的抗震性，熱穩(wěn)定性 4 動(dòng)源的選擇 機(jī)床上常用的無(wú)極變速機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速 于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速 流調(diào)速電動(dòng)機(jī)時(shí)靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流 調(diào)速電動(dòng)機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)作反應(yīng)快，沒(méi)有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)占有較大的優(yōu)勢(shì)，鑒于此，本設(shè)計(jì)選用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速 1000r/大切削功率 4擇 定功率 4載轉(zhuǎn)速 1440r/步轉(zhuǎn)速 1500r/速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 于交流主軸電動(dòng)機(jī)所提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機(jī)構(gòu)的方法來(lái)擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍 . 涉及變速箱時(shí)，考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比φf(shuō) 等于交流主軸電動(dòng)機(jī)的功率調(diào)速范圍 φ =率特性圖是連續(xù)的，無(wú)缺口和無(wú)重合的，并且選用集中傳動(dòng)。變速箱的變速級(jí)數(shù) Z= Z=8，經(jīng)分析，確定的 8級(jí)結(jié)構(gòu)式為 :8=21× 22× 24.. 確定變速組齒輪齒數(shù)： 1、 先計(jì)算第一擴(kuò)大組的齒輪的齒數(shù) 第一擴(kuò)大組的降速比分別為： ,，故齒數(shù)最小的齒輪在降速比為 ，查表取 z1=22,6,則 44， z2==3， 3. 2、基本組的加個(gè)速比分別是： ， ，故齒數(shù)最小的齒輪在降速比為 ，查表有在 z1=2， 4， 則 =62， z2=42. 3、第二擴(kuò)大組的降速比分別是 ， ，故齒數(shù)最少的齒輪在 ，查表有 z1= 00， 0，則 0， 0. 由此擬定主傳動(dòng)系統(tǒng)圖，轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖 25 圖 2 圖 2構(gòu)網(wǎng) 6 動(dòng)軸的估算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足剛度要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲 勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系數(shù)精度要求較高，不允許有較大的變形，因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾，除了載荷較大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度，剛度要求軸在載荷作用下不至于產(chǎn)生過(guò)大的變形。如果剛度不夠，軸上的零件由于軸的變形過(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，發(fā)熱，過(guò)早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的強(qiáng)度。 計(jì)算轉(zhuǎn)速 個(gè)傳動(dòng)軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖是直接得出，如表 2表 2各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸序號(hào) 電 I 主 計(jì)算轉(zhuǎn)速（ r/ 1440 1000 800 177 125 計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率： P1=p 額 × P2= P3= P 主 = 計(jì)算各傳動(dòng)軸的扭矩 5501j=36290(5502j=69715(5503j=189381(T 主 =9550P 主 /N 主 j=257468([Φ ]是每米長(zhǎng)度上玉虛的扭轉(zhuǎn)角（ m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取，其選擇的原則如表 2表 2用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸 一般傳動(dòng)軸 較低的軸 [Φ ]（ m） 以上確定的各軸的輸入功率 P。計(jì)算轉(zhuǎn)速 許扭轉(zhuǎn)角 [Φ ]代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公 7 式 ])[/(91 φ ,可得傳動(dòng)軸的估算直徑，同時(shí)確定鍵的選擇： 000r/ [Φ ]=入公式： ][/91 φ ，有 d=整取 d=24鍵： 6× 26× 30× 6 00r/ [Φ ]=入公式： ][/91 φ ，有 d=整取 d=30 選鍵： 8× 32× 36× 6 ： 77r/ [Φ ]=入公式： ][/91 φ ，有 d=整取 d=35 選鍵： 8× 36× 40× 7 主軸：選擇主軸前端直徑 0端直徑 5平均直徑 D= 對(duì)于普通車(chē)床，主軸內(nèi)控直徑 d=（ D，故本例之中，主軸內(nèi)控直徑取為 d=45 支撐形式選擇倆支撐，初取懸伸量 a=90撐跨距 L=520 圖 2軸圖 選擇平鍵連接： b× h=22× 14， l=100 傳動(dòng)組齒輪魔術(shù)的確定和校核 按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫(huà)完后校驗(yàn)用。在畫(huà)草圖時(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的模數(shù)。 齒輪模數(shù)的估算方法有倆種，一是按齒輪的彎曲疲勞進(jìn)行估算；二是按齒輪的齒面點(diǎn)蝕進(jìn)行估算。這倆種方法的前提條件是各個(gè)齒輪的齒數(shù)必須已知。 8 輪模數(shù)的確定 根據(jù) 45 好鋼整體淬火， [σ j]=1100接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù) m，查表計(jì)算可得： 第一傳動(dòng)組： 6338 2][1/321)1( ?? 取ψ m=8， 2， i=2， 000， .8 查手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列 m=二傳動(dòng)組： 6338 2][1/321)1( ?? 取ψ m=10， 2， i=00， 手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列 m=三傳動(dòng)組： 6338 2][1/321)1( ?? 取ψ m=8， 0， i=00， 手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)模 數(shù)系列 m=3齒輪模數(shù)的校核 計(jì)算公式σ F=2（ 1） P=n=500r/=105× P/n=105 （ 2）確定動(dòng)載系數(shù) V=π 000× 60=5× 17× 500/1000× 60=s 齒輪精度等級(jí)為 7級(jí) 查圖表 9 （ 3） B=5× 6=30 4）確定齒間分配系數(shù) T/× 105/（ 5× 17） =103 b=103/30=102 查表 5）確定齒向載荷分配系數(shù) 非堆成 1+d? ） 2d? +10b/m=30//0/表 6）確定動(dòng)載系數(shù) K=7)查表 8) 確定許用應(yīng)力 0× 35× 51× 300× 8× 16=108 σ 20S=N=σ F]1=420/792==108，σ 50S=N= [σ F]2=350/σ F]1/79/σ F]2/所以取 校核 103/30× 5=以合格 V 型帶的選擇 由于計(jì)算功率 P=中 P=K 為工作情況系數(shù)，可取工作 8小時(shí)，取 K= N 額 =1440r/表得出 V 帶應(yīng)該選擇 B 型帶，取小帶輪的大小 10 125大帶輪的大小為 180定中心距 A 和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng) 由于中心距未給出，但我們可 根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要初定長(zhǎng)度中心距 2)=25+180)=整取 458據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需代的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 =2 (2+(4d’ = 433. 實(shí)際中心距： A≈ ++458=圓整取 476 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角α 1 α 1=180° -(A× 180/π≥ 180° -（ 180× 180/π =173°＞ 120° 確定帶的根數(shù) =0× 三根帶大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖 2 11 第 3 章 主軸箱展開(kāi)圖的設(shè)計(jì) 主軸箱展開(kāi)圖是反應(yīng)各個(gè)零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖 零件結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸，軸承，齒輪，離合器和制動(dòng)器 等），主軸組件，操縱機(jī)構(gòu)，潤(rùn)滑密封系統(tǒng)，和箱體及其連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置，用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示 . 主軸變速箱是指機(jī)床的主要部分，設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題 : (1)精度 加工中心主軸部分要求比較高的精度主軸的徑向跳動(dòng)，（ 軸軸向傳動(dòng)） (2)剛度和抗振性 綜合剛度（主軸刀架之間的力與相對(duì)變形之比）： 34003D N/m 主軸與刀架之間的相對(duì)振幅的要求如下表 3 表 3相對(duì)振幅表 等級(jí) I 幅（ ≤ 1 ≤ 2 ≤ 3 (3)傳動(dòng)效率要求如下表 3表 3傳動(dòng)效率表 等級(jí) I 率 ≥ ≥ ≥ 4)主軸總軸承處溫升和溫升控制在以下范圍如下表 3示 12 表 3溫升表 條件 溫度 溫升 用滾動(dòng)軸承 ≤ 70° ≤ 40° 用滑動(dòng)軸承 ≤ 60° ≤ 30° (5)噪聲要控制在以下范圍如下表 3示： 表 3噪聲表 等級(jí) I B ≤ 78 ≤ 80 ≤ 83 噪音 010g{aε n+4.5 q （ 1 主 n 主 }中：（ a— 所有中間傳動(dòng)齒輪分度圓直徑的平均值 主 — 主軸上齒輪的分度圓直徑的平均值 mm q— 傳到主軸所經(jīng)過(guò)的齒輪對(duì)數(shù) k— 系數(shù)，根據(jù)類(lèi)型和制造水平選取，我國(guó)中型車(chē)床， k=6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整 (7)操作方便，安全可靠 (8)遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則 (6. 關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 傳動(dòng)零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其他零件的結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而知。 見(jiàn)前一節(jié) 齒寬影響齒的強(qiáng)度，輪齒齒寬承載能力越高。但如果太寬，由于齒輪的制造誤差和軸的變形，可能接觸不均，反而容易引起振動(dòng)和噪聲，一般取齒寬系數(shù)Φ m=（ 6m，這里取齒寬系數(shù)Φ m=10，則齒寬 B=Φ m× m=10× 3=30個(gè)齒輪的齒寬確定如下表 3 13 表 3齒輪的齒度 軸及齒數(shù) I 22 I 33 4 3 2 2 2 2 0 0 主軸 50 主軸 80 齒寬 20 20 20 20 25 25 25 25 24 24 24 24 由計(jì)算公式： 齒頂： ） m（ h*=1）； h*） 齒根： 2c*） m（ c*= 得到下列尺寸表，齒輪的直徑?jīng)Q定了各軸之間的尺寸，各主軸部件中各個(gè)齒輪的尺寸計(jì)算如下表 3 表 3齒輪的直徑 軸及齒數(shù) I 22 I 33 4 3 2 2 2 2 0 0 主軸 50 主軸 80 模數(shù)（ 3 3 3 分度圓直徑(55 10 05 55 105 155 150 60 150 240 齒根圓直徑（ 頂圓直徑（ 60 15 10 60 110 160 156 66 156 246 由表 3將它們列出如下表 3示： 軸 距離 105 150 14 3、軸的軸向定位 傳動(dòng)軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確的位置，相對(duì)保證安裝在軸上各傳動(dòng)件的位置正確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)，是否受軸向力，都必須有軸的定位，對(duì)受軸向力的軸，其軸向定位更重要。 回轉(zhuǎn)軸的軸向包括軸承在軸上的定位和在箱體孔中定位，在選擇定位方式時(shí)應(yīng)注意： （ 1） 軸的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度要考慮熱伸長(zhǎng)的問(wèn)題，宜有一端定位 （ 2） 軸承的間隙是否需要調(diào)整 （ 3） 整個(gè)軸的軸向位置是否需要調(diào)整 （ 4） 在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈 （ 5） 加工和裝配的 工藝性等 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況， I,軸均采用彈簧卡圈定位或壓蓋和軸肩定位。 4，軸承的選擇及其配置 主軸組件的滾動(dòng)軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受倆個(gè)方向 軸向載荷的推力軸承，軸承類(lèi)型及型號(hào)選用主要根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性，及結(jié)構(gòu)要求合理的進(jìn)行選定。同樣尺寸的軸承，線(xiàn)接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低，多個(gè)軸承的承載能力比單個(gè)軸承的承載能力要大，不同軸承承受載荷類(lèi)型及大小不同，為了提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承。 同城情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸軸承，或者成對(duì)圓錐滾子軸承，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是極限轉(zhuǎn)速較低。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用 25 度或者 15 度的接觸角。軸向載荷為主且精度要求不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時(shí)，選用向心推力軸承。 本設(shè)計(jì)的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉(zhuǎn)速高的要求，所以在選擇主軸軸承時(shí)，剛度和速度這倆各方面必須考慮。因此，鄒城選擇如下： I 軸的前后端與箱體外壁配合，配合處傳動(dòng)軸的軸徑是 25時(shí) I 軸 也不會(huì)承受軸向力故也選用深溝球軸承。型號(hào)： 205 ： 與 是由于工作過(guò)程之中傳動(dòng)可能有誤差， 會(huì)承受軸向力，因此 與外壁配合處采用圓錐滾子軸承，型號(hào)： 7206 ： 與外壁配合處采用圓錐滾子軸承 型號(hào)： 7207 主軸：主軸是傳動(dòng)系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分，因此應(yīng)該合理的選擇軸承。從主軸末端到前端依次選擇軸承為圓錐滾子軸承，型號(hào) 7214，推力球軸承： 15 32313 關(guān)零件的校核 表 3轉(zhuǎn)速表 以上各級(jí)的轉(zhuǎn)速誤差全部滿(mǎn)足。 （實(shí)際轉(zhuǎn)速 — 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速） /標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速＜ 10（Φ %=10（ %=輪的校核 （ 1） I 軸到 的小齒輪從表 32 查設(shè)計(jì)手冊(cè)可得到以下數(shù)據(jù)： Z=22， u=2， m=B=8× 0， 000r/ T==18000/2=9000 KT=m ?? =觸應(yīng)力： j=2088× 1000 u B N jK 321)1( ? / N=N 為傳遞的額定功率 ) 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得σ j=10061100 KT=m ??? =曲應(yīng)力： Y= w=191× 105 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得σ w=164320 各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速r/4 89 125 177 250 360 500 1000 各級(jí)標(biāo)注轉(zhuǎn)速 r/5 90 125 180 250 355 500 1000 誤差 0% 0% 0% 0% 16 綜上所述可以得出該齒輪是合格的 （ 2） 到 的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為 22 查設(shè)計(jì)手冊(cè)可得到以下數(shù)據(jù)： Z=22， u=m=B=10× 5， 00r/ T==18000/2=9000 KT=m ?? =3 接觸應(yīng)力： j=2088× 1000 u B N jK 321)1( ? / N=N 為傳遞的額定功率 ) 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得σ j=9461100 KT=m ??? =曲應(yīng)力： Y= w=191× 105 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得σ w=197320 綜上所述可以得出該齒輪是合格的 （ 3） 到主軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為 20 查設(shè)計(jì)手冊(cè)可得到以下數(shù)據(jù)： Z=20， u=4， m=3， B=8× 3=24， 00r/ T==18000/2=9000 KT=m ?? =3 接觸應(yīng)力： j=2088× 1000 u B N jK 321)1( ? / N=N 為傳遞的額定功率 ) 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得σ j=8921100 KT=m ??? =曲應(yīng)力： Y= w=191× 105 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得σ w=177320 綜上所述可以得出該齒輪是合格的 17 軸的校核 主軸的前端部撓度 [Y]=525=軸在前軸承處得傾角θ≤容許值 [θ ]軸承≤ 安裝齒輪處的傾角θ≤容許值 [θ ]齒≤ 平均 =L 總 =65× 16+70× 78+80× 236+85× 160+90× 150/690≈ 87取為 E=105 I=π 1— d0/d） /64=π 874（ 1— 45/87） /64=1356904Z=2× 955× 104P 主 × 00× 125=1268（ N） 07（ N）， 17（ N） 由于小齒輪的傳動(dòng)力大，這里以小齒輪來(lái)進(jìn)行計(jì)算 × 955× 104P 主 /m 主 Z 主 n 計(jì) =2× 955× 104× × 20× 125=8582（ N） 將其分解為垂直分力和水平分力 由公式 n=n 可得 015（ N）， 477（ N） /3=2× 1268× 160/3=135253（ N· /3=2× 507× 160/3=54080（ N· /2=317× 130/2=20605（ N· 主軸載荷圖如下圖 3示 （ a） 垂直平面內(nèi) 18 （ b） 水平平面內(nèi) 由上圖可知如下數(shù)據(jù)： a=364b=161l=525c=87算（在垂直平面） l+a） /6l+c)/31+l+3c)/61+3= 齒 1=，θ 齒 2=2l+3c） /3 齒 3=l+3c） /3 齒 Z=θ 齒 1+θ 齒 2+θ 齒 3=10 軸承 1=l+a） /6 軸承 2= 軸承 3= 軸承 Z=θ 軸承 1+θ 軸承 2+θ 軸承 3=10算（在水平面） l+a） /6l+c)/3 (2l+3c)/61+3= 齒 1=，θ 齒 2=2l+3c） /3 齒 3=（ l+3c） /3 齒 Y=θ 齒 1+θ 齒 2+θ 齒 3=10 軸承 1=l+a） /6 軸承 2= 軸承 3=（ l/3 軸承 Y=θ 軸承 1+θ 軸承 2+θ 軸承 3=10成： 22 =齒 == 2齒 ?? ? =軸承 == 2承軸承 ?? ? =以看出該主軸是合格的 19 第 4章 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，加工中心控制系統(tǒng)選用 單片機(jī)組成，縱向，橫向，及垂直方向均采用步進(jìn)電機(jī)控制，三個(gè)坐標(biāo)均采 用硬件環(huán)形分配器，控制系統(tǒng)的功能包括： 1、 2、 鍵盤(pán)顯示 3、 面板管理 4、 行程控制 5、 其他功能、例如光隔離電路、功率放大電路、紅綠燈顯示硬件電路主要由以下幾部分組成： 1、 主控制器，即中央處理單元（ 2、 總線(xiàn)，包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)。地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn) 3、 存儲(chǔ)器，包括 、 接口，即 I/O 輸入輸出接口電路 5、 外部設(shè)備，如鍵盤(pán)，顯示器及光電輸入等 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖 4示： 圖 4制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 20 擇中央處理單元（ 類(lèi)型 在微機(jī)控制系統(tǒng)中 選擇主要考慮以下因素： 1、 時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度 2、 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量 3、 指令系統(tǒng)功能，影響編程的靈活性 4、 I/O 口擴(kuò)展能力，即對(duì)外部設(shè)備控制的能力 5、 開(kāi)發(fā)手段，包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件 此外，還應(yīng)考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)型的要求。 綜合考慮以下因素，這是我們選用 8031 芯片作為 儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 由于 8031 芯片內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器，需要擴(kuò)展外部程 序存儲(chǔ)器支持，同時(shí) 8031 內(nèi)部只有 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶(hù)使用，也不能滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的要求，故需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 8031 的程序存儲(chǔ)器的尋址空間為 64K 字節(jié)， 8031 片內(nèi)不帶 80M，用作程序存儲(chǔ)器的器件是 據(jù)控制系統(tǒng)的要求，這里，我們擴(kuò)展 2 片 2764 程序存儲(chǔ)器。 1、 地址鎖存器 由于 8031 芯片的 位地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的，故 8031 擴(kuò)展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器，常用的地址鎖存器芯片是 744帶三態(tài)緩 沖輸出的 8 2、 譯碼電路設(shè)計(jì) 由于這里擴(kuò)展的容量較大，擴(kuò)展多個(gè)外圍芯片。因此，這里使用譯碼法來(lái)進(jìn)行編址，譯碼電路可使用現(xiàn)有的譯碼芯片，這里我們選用 3碼器（ 74種芯片，輸入端占用 3 根最高位地址線(xiàn)，剩余的 13 根低位地址線(xiàn)可用作為片內(nèi)地址線(xiàn)， 74 根輸出線(xiàn)分別對(duì)應(yīng) 8個(gè) 8K 字節(jié)的地址空間。 21 3、 8031 與 2764 芯片的連接 （ 1） 地址線(xiàn)的連接 8031 芯片的 2傳送地址和數(shù)據(jù)。 位地址， 位地址和數(shù)據(jù)，因此采用 74存器， 鎖存低 8 位地址，以實(shí)現(xiàn) 為 74選用信號(hào)，當(dāng) 高電平時(shí)，鎖存器的輸入和輸出透明，此時(shí)不需鎖存。當(dāng) 高電平變?yōu)榈碗娖?，出現(xiàn)下降沿時(shí)，低 8 位地址鎖存入地址鎖存器中。74樣 8031芯片的 40口工作承 16 位地址線(xiàn)。 2764 是 8要 13 根地址線(xiàn)， 位接 74031 芯片的 04。 系統(tǒng)采用全地址譯碼，理啊片 2764 芯片的 片選信號(hào) 別接 74碼器的 0_______Y 和 1_______Y ，系統(tǒng)復(fù)位后程序從 0000H 開(kāi)始執(zhí)行。 （ 2） 數(shù)據(jù)線(xiàn)的連接 2764 芯片的 8 位數(shù)據(jù)線(xiàn) 接連接單片機(jī)規(guī)定指令碼數(shù)據(jù)都是有 位對(duì)應(yīng)即可。 （ 3） 控制線(xiàn)的連接 8031 芯片的 外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)）與 2764 芯片的 相連，8031 芯片的 址鎖存允許信號(hào)）接地址鎖存器 74 據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 由于 8031 芯片內(nèi)部 有 128 字節(jié)供用戶(hù)使用，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)需要，因此需要擴(kuò)展片 外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ 常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有 6116（ 2K× 8） ,6264(8K× 8)等，這里我們選用 6264(8K× 8)，擴(kuò)展 2片 6264, 8031 與 6264 的連接方式與 8031 和 2764的連接大致相同，不同的是， 輸信號(hào) 8031 芯片的 腳連接， 輸出信號(hào) 8031 的 連，由于程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，地址可以重復(fù)使用。因此， 2 片 6264 的片選信號(hào) 分別接 74碼器的 0_______Y 和 1_______Y 。 制系統(tǒng)的發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的控制指揮中心，機(jī)床的各個(gè)執(zhí)行部 件在數(shù)控系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下，有條不紊地工作，自動(dòng)的按給定程序進(jìn)行機(jī)械零件加工。數(shù)控系統(tǒng)隨著電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，先后經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、小型計(jì)算機(jī)、微處理器及基于工 22 控 的通用型系統(tǒng) 6代。其中前 3 帶成為硬線(xiàn)連接數(shù)控，簡(jiǎn)稱(chēng) 控。目前已被淘汰；后 3代成為軟件數(shù)控，也稱(chēng) 統(tǒng)， 統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，即由計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行其存儲(chǔ)器內(nèi)的程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能。也就是說(shuō) 統(tǒng)由硬件和軟件倆大部分組成，硬件是軟件活動(dòng)的舞臺(tái)，軟件按是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，整個(gè)