畢業(yè)設(shè)計 數(shù)控磨床

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1、 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 磨床的類型及其特點 1 1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 2 第2章 磨床總體布局 5 2.1磨床總體設(shè)計 5 2.2總體設(shè)計注意事項 5 2.3磨床總體布局設(shè)計 6 第3章 部件設(shè)計（砂輪架） 15 3.1砂輪架設(shè)計的基本要求 16 3.2旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施 16 3.3軸承系統(tǒng)的剛性 16 3.4架主軸初步設(shè)計 16 3.5剛度校核 17 3.6壓軸承 18 3.7裝置設(shè)計 19 第4章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 25 4.1概述 26 4

2、.2硬件電路總體方案 26 第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 33 6.1 概述 33 6.2 液壓傳動設(shè)計 33 結(jié)論 36 致謝 37 參考文獻 38 摘 要 設(shè)計為MKS1632A數(shù)控高速端面外圓磨床及其砂輪架設(shè)計，通過查閱國內(nèi)外磨床相關(guān)資料，首先確定磨床總體布局中各部件（如砂輪架、頭架和尾架等）尺寸，其次檢驗主軸前端擾度，確保主軸剛度。設(shè)計中砂輪架采用靜動壓軸承以提高旋轉(zhuǎn)精度，增強抗振性，延長軸承的使用壽命，傳動系統(tǒng)采用皮帶和花鍵副帶動主軸旋轉(zhuǎn)，減少主軸變形，使載荷分布均勻。本設(shè)計中的控制部分采用通用的可編程

3、接口芯片8255A。 本次設(shè)計我負責(zé)的部件是砂輪架，砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分。首先是根據(jù)砂輪架主軸的要求進行軸的設(shè)計，然后再選取軸承，設(shè)計皮帶和皮帶輪等等。在這個過程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設(shè)計等用到了大量的計算。 關(guān)鍵詞：數(shù)控 外圓磨床 砂輪架 第1章 緒論 1.1 磨床的類型及其特點 用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統(tǒng)稱為磨床，它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的[1]。 磨床種類很多，主要有：外

4、圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等[2]。 對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等 以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。 磨床與其他機床相比，具有以下幾個特點： 1、磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉(zhuǎn)運動（一般砂輪圓周線速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上發(fā)展）； 2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件； 3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；

5、 4、易于實現(xiàn)自動化和自動線，進行高效率生產(chǎn)； 5、磨床通常是電動機---油泵---發(fā)動部件，通過機械，電氣，液壓傳動---傳動部件帶動工件和砂輪相對運動---工件部分組成[1]。 1.2 磨床的用途 磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削，

6、進一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達的國家中，磨床在機床總數(shù)中的比例已達30%----40%。 第2章 磨床整體布局 2.1 磨床總體設(shè)計 1.加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工余量等）； 2.調(diào)查研究 比較國內(nèi)，外同類機床，經(jīng)驗總結(jié)，進行改革創(chuàng)新； 3.圖紙設(shè)計（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標準件，外購件目錄，鑄件，鍛件目錄，說明書，裝箱單，合

7、格證）； 4.制造，裝配，調(diào)試； 5.小批量生產(chǎn)，設(shè)計改進； 2.2、總體設(shè)計注意事項 1.保證機床滿足加工精度要求，剛性，穩(wěn)定性好； 2.傳動系統(tǒng)力求簡短； 3.操作調(diào)整方便； 4.安全保護，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。 2.3 磨床總體布局設(shè)計 加工零件 帶軸肩的多臺階軸，精度IT7以下，Ra1.6---Ra0.4，材料45#，40cr，球墨鑄鐵等； 初步估計組成部分 a.床身；b.工作臺面；c頭架；d尾架；e砂輪架；f 修整器；g 測量裝置；h 砂輪進給電機；I 修整器進給電機；j 電器框；k工作臺進給電機；l 工件旋轉(zhuǎn)電機；m 潤滑冷卻裝置；n數(shù)控裝置

8、； 總體布局初步設(shè)計 圖2－1 E5數(shù)控框 縱向與橫向尺寸的確定 1.縱向尺寸 ①工件最大長度 ； ②頭架長度 ； ③尾架長度 ； ④上臺面長度 ； ⑤下臺面長度 ； ⑥床身長度 ； ⑦后床身長度 （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗給定）； ⑧整個床身寬度 （視覺效果）； ⑨砂輪架中心與機床床身對稱線相距 圖2－2 磨床縱向尺寸 2.橫向尺寸 1）畫出橫向尺寸床身的V型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準，畫出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準線，根據(jù)確定的工作臺參數(shù)，導(dǎo)軌

9、參數(shù)B1’，B2’中心畫出左視圖 2）確定上，下工作臺厚度和寬度 （1）厚度：用類比法 上工作臺中心　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－1）　 下工作臺 中心 （2－2） 為工作臺導(dǎo)軌的中心距，工作臺導(dǎo)軌選用8075250 取 =0.3250=75mm =0.38250=95mm （2）寬度 （3－3） ∵

10、 ∴ ∵ 　 ∴ 3）確定頭，尾架頂尖中心位置 頂尖中心安排在V型導(dǎo)軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導(dǎo)軌的承載壓力較大，故常適當(dāng)加寬V型導(dǎo)軌的寬度。 4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度H1 左右[1] 根據(jù)工人身高，經(jīng)驗。類比取 5）工作臺回轉(zhuǎn)中心位置B9 6）確定機床總高H 所以H取2000mm。 2.3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計 （1）砂輪架導(dǎo)軌（V—平導(dǎo)軌）10090400[1] 考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取L`中心=500mm，從而可定出砂輪架

11、 的寬度約為600mm，導(dǎo)軌為0.15MPa 的卸荷導(dǎo)軌。 圖3－3 砂輪架的導(dǎo)軌 （2）砂輪架橫向行程長度 （3－4） 式中為砂輪架快速進退的行程，一般取。此處取。 （3－5） 安全系數(shù)取0.1足夠 （取373） （3）砂輪架高度和長度 砂輪架箱體導(dǎo)軌的高度h3，砂輪底板滑臺高度h4，砂輪中心距砂輪底面高度h5，與后床身頂面至平導(dǎo)軌的高度h0，為避免上，下工作臺運動時與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺的頂面，

12、同時考慮橫向進給機構(gòu)穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗 ① 取 ②砂輪架中心距后床身頂面 ③砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動絲桿 取 ④后床身進給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿 取 圖3－4 砂輪架的高度和寬度 ⑤砂輪架底板長度： ∴ 取=900mm ⑥砂輪架導(dǎo)軌長度 ∴取 （4）砂輪架主軸電機的選擇 ①用類比法，砂輪架主軸電機的功率取15kw； ②計算法 （3－6）

13、 取 2.3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定 ①長，寬，高：440400411mm[1] ②主軸錐孔：莫氏5#錐孔 ③中心高： （3－7） 通過以上計算頭架中心高取180mm ④主軸轉(zhuǎn)速 （3－8） 取 ⑤交流伺服電機選擇 用類比法，交流伺服電機選擇IFT5076-DA(D1 18N-M)電機 砂輪磨削工件需要的功率 （3－9） 交流伺服電機通過20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即 ∴合

14、格 ⑥主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤帶動旋轉(zhuǎn) 2.3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定 ①5#莫氏錐孔 ②中心高180mm，臺面傾斜10° ③直線滾動導(dǎo)軌 ④液壓油缸，頂緊力 2.3.8 工作臺 要求上，下臺面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠螺母。傾斜10°以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時修刮側(cè)面 2.3.9 橫向進給機構(gòu) 交流伺服電機----聯(lián)軸器----滾珠絲桿----砂輪架 壓力卸荷導(dǎo)軌 壓力油0.15Mpa 卸去壓力 V—平導(dǎo)軌 砂輪架行程 2.3.10 砂輪修整器 伺服電機---絲桿---修整器 直線滾動導(dǎo)軌 主軸直徑D=50mm，采用液體

15、動壓軸承(16r/min 6.3Mpa) 修整速度= 修整器直徑 故 修整器行程為160mm 2.3.11 液壓系統(tǒng) ①修整器；②尾架；③量儀（兩個）；④潤滑油；⑤床身導(dǎo)軌；⑥砂輪架卸荷導(dǎo)軌；⑦絲桿；⑧直線滾動導(dǎo)軌；⑨間歇 2.3.12 電氣部分 SIMENS 810G 控制五坐標軸 砂輪架主軸 2.3.13 機床保護系統(tǒng) ①靜壓供油系統(tǒng) 壓力繼電器 壓差發(fā)訊器 液壓控制器 電路延時 ②尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設(shè)置自動循環(huán)電路，可手動，也可用于腳踏。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時，由于互鎖裝置，使起無效。 ③油箱液壓控制 ④數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標軸）自診斷與保護功

16、能 如：電池電壓低 程序錯誤 ⑤各坐標軸由行程開關(guān)控制最大位移量 ⑥安全防護罩（砂輪罩，機床前罩）全封閉式 ⑦導(dǎo)軌面保護 Ⅰ 工作臺導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護罩 Ⅱ 砂輪架導(dǎo)軌：㈠前部：翻板式護罩+橡皮（防水）；㈡后罩：鋼罩。 Ⅲ 修整器導(dǎo)軌：折疊式 第3章 部件設(shè)計（砂輪架） 3.1 砂輪架設(shè)計的基本要求 砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對砂輪架設(shè)計提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。 砂輪架設(shè)計應(yīng)滿足以下幾點基本要

17、求[1]： 1.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定； 2.主軸軸承系統(tǒng)剛性好； 3.振動小，發(fā)熱低，不漏油； 4.裝配制造簡單，調(diào)整維修方便。 3.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施 1.砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動和軸向躥動大小，它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動允許誤差取5μm~~10μm。 2.提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的措施 （1）選擇合適的主軸軸承：動靜壓軸承； （2）提高主軸的加工精度； （3）正確選擇主軸軸向止推方式：液體靜壓推力軸承。 3.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性 主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動力作用下，主軸軸承抵抗變形的

18、能力。通常以主軸前端的撓度來度量。過低的剛性會降低磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線缺陷。 3.4 砂輪架主軸初步設(shè)計 1. 砂輪架主軸的強度校核 進行軸的強度校核時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對砂輪架主軸來說，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，砂輪架主軸主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強度計算，且在選取許用應(yīng)力時應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用42MnVB，并進行淬火，故選取許用應(yīng)力為40MP。 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 （4－1） ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為MP） —— 軸所受扭矩

19、（單位為） —— 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為） —— 軸傳遞的功率（單位為KW） —— 軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm） —— 計算界面處的直徑（單位為mm） —— 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為r/mm） 由上式可得軸的直徑為 （4－2） mm 由上述計算可以得知砂輪架最小直徑為31.02mm，考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為60mm。砂輪架主軸的尺寸如圖4－1所示。 圖3－1 砂輪架主軸尺寸示意圖 3.5 主軸剛度校核 1.當(dāng)量直徑 因為是階梯軸，所以用當(dāng)量直徑法作近似計算當(dāng)量直

20、徑為： （4－3） L=140+640+20+32+10=932mm = 89.36mm 2.允許撓度 允許撓度[y]=0.0002L < 0.0002*660=0.132mm 3、計算主軸前端撓度值 [1] （4－4） ——載荷（單位為公斤）（150/9.8） —— 軸兩端的跨距（單位為厘米）（66.00） —— 懸伸長度（單位為厘米）（13.2） —— 材料的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02） —— 截面慣性矩（平方厘米）

21、 = 0.001cm = 0.01mm 又因為[y]=0.135，0.01<0.135，即< [y]，由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。 一般存在一個使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距L。由經(jīng)驗得知，L為（3~~6）D時，主軸前端撓度最小，D=120mm，L為360~~720mm，取L為640mm。 3.6 動靜壓軸承 靜壓軸承是利用外部油源產(chǎn)生承載能力的油膜軸承，動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點，又克服了兩著缺點的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動壓軸承啟動和停止時出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與

22、軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在主軸啟動后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。 它的優(yōu)點如下： 1.速度和載荷范圍廣，應(yīng)用范圍廣。動靜壓軸承在零件轉(zhuǎn)速到很高的范圍內(nèi)的 各種相對速度下都能承載，而且載荷范圍大，其承載能力取決于供油壓力，軸承軸頸結(jié)構(gòu)和相對大??； 2.油膜剛度高，阻尼大，抗振性好; 3.摩擦阻力，磨損小.由于總有一層油膜將相對運動表面隔開，因此摩擦阻

23、力小，磨損小，能長期保持很高的運動精度，壽命長.且對軸承軸頸材料要求也較低; 4.主軸回轉(zhuǎn)精度高.動靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動; 5.安全性好.在萬一供油受阻或切斷時，可利用軸承中動壓效應(yīng)來承載; 6.承載能力高.由于動壓效應(yīng)，使軸承轉(zhuǎn)速越高承載能力越大，同時軸承還能承受方向不斷變化的動載及瞬時過載; 7.穩(wěn)定性好. 8.使用較經(jīng)濟.由于動靜壓軸承高速下主要靠動壓承載，故這時供油壓力可相對較小，軸承可設(shè)計成較小軸頸，軸承結(jié)構(gòu)簡單，制造精度和材料要求不高。 動靜壓軸承需要一套供油系統(tǒng)，潤滑油要經(jīng)過嚴格過濾以保持清潔。目前廣泛應(yīng)用的是定壓供油系統(tǒng)。一定壓力的壓力油，經(jīng)

24、節(jié)流器流入兩相對運動體間的油腔，通過油腔壓力來平衡外載荷。在定壓供油系統(tǒng)中，節(jié)流器是關(guān)鍵部分，它起著限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變化。靜壓軸承常用的固定節(jié)流器有毛細管和小孔節(jié)流器兩種。本次設(shè)計選用毛細管節(jié)流器。 動靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中.目前，在改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的WMB型表面節(jié)流液體動靜壓混合軸承。 砂輪架主軸的軸向定位采用軸向止推靜壓軸承。軸向止推軸承由兩個相對的環(huán)形油腔構(gòu)成。軸上具有臺肩以形成承載面。軸承的間隙通過修磨調(diào)整墊圈的厚度來保證。 3.7 傳動裝置設(shè)計 為了提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度，皮帶輪不直接裝在主軸上

25、，而是裝在單獨的支架上，并用花鍵套帶動主軸旋轉(zhuǎn)，即采用卸荷皮帶輪的方案，如圖4－2所示。這個方案的優(yōu)點是，減少了主軸的變形，同時還提高了承載能力。 圖3－2 卸荷皮帶輪 1.電動機的選擇 = （2.35~~8.82）+3.8 = 12.62kw 通過以上計算，取=15kw，選擇Y100L—4型電動機 2.皮帶設(shè)計 因為多楔帶兼有V帶和平帶的優(yōu)點，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動平穩(wěn)，所以皮帶采用多楔帶[5]。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動。工作面為楔側(cè)面，有橡膠和聚氨酯兩種[5]。 1）皮帶材料的選用 皮帶材料選用聚氨酯。 2）設(shè)計計算 已知小

26、帶輪轉(zhuǎn)速，即 =1500r/min，傳動比i=2.5； （1）計算功率 由《機械設(shè)計》表8.7查得，工作情況系數(shù)為1.1，故 （4－5） （2）由和選擇帶型 由于=16.5kw，=1500r/min，查表后可知，取帶型為L型。 （3）確定帶輪基準直徑 由《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》表4—43，取主動輪基準直徑=80mm。 ，由此得。 （4）驗算帶速 （4－6） = 6.28 m/s < 30 m/s，所以帶速合格。 （5）初定軸向間距 由公式（4－5）

27、0.7（+）< < 2（+）， （4－7） 可知196< < 560，取=400。 （6）所需基準帶長 （4－8） =1248.82mm 由《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》表4—5，取相近的基準帶長= 1250 mm[6]。 （7）實際軸向間距 （4－9） = 401.18mm 所以皮帶的實際軸向間距?。?01mm。 （8）多楔帶每楔的基本額定功率

28、由《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》表4—40，可以查得＝0.34kw。 （9）小帶輪的包角 （4－10） ＝162.85° （10）多楔帶楔數(shù)的確定 （4－11） 其中 查表得， ，代入的計算公式中，得＝0.849kw。 又已知＝0.955，＝1.00，得： 由此可以確定，取Z＝15。 3.帶輪設(shè)計 1）帶輪設(shè)計的要求： （1）質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應(yīng)力； （2）質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡校證； （3）槽輪工作面要經(jīng)過精細加工，以減少帶的磨損； （4）輪槽的尺寸和角度應(yīng)有一定

29、的精度，以使載荷分布均勻。 2）帶輪的材料選用 帶輪的材料選用HT200。 3）帶輪的結(jié)構(gòu) （1）小帶輪直徑（d為軸的直徑），所以采用實心式。 （2）大帶輪< 300，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。 4）小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 圖3－3 小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 （3－12） 其中——帶輪的外徑， ——軸的直徑， ——基準線上槽深。 （4－13） ，圓整后得＝165mm

30、 （4－14） ， （4－15） 其中——多楔帶的楔數(shù)， ——多楔帶的槽間距， ——第一槽對稱面到端面的距離。 5）大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 圖3－4 大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 第4章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 4.1 概述 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件是系統(tǒng)的靈魂。有了硬件和軟件和配合才能有效的完成系統(tǒng)的使命。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標。本設(shè)計中要求

31、砂輪架自動橫向進給（X）和工作臺縱向進給（Y）在兩坐標進行控制。對磨床工作過程進行分析：其調(diào)整過程有裝工件，手動退出，手動快進，對刀，手動快退；自動調(diào)整過程有設(shè)置磨削量，快進，工進，快退。 該磨床的砂輪架橫向進給機構(gòu)和工作臺縱向進給實行數(shù)控，主要的使用要求和功能如下： 要有兩個步進電機分別驅(qū)動砂輪和工作臺。 1．對液壓進行控制。 2．對冷卻液進行控制。 3．砂輪主軸電機控制。 4．頭架主軸電機啟?？刂?。 5．手動及其方向控制。 6．手動快進和快退。 7．工作方式。 8．鍵盤與顯示。 9．工作臺限位。 10．報警。 11．急停。 根據(jù)以上要求來確定硬件電路方案。 4

32、.2 確定硬件電路總體方案 機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成，如圖5.1所示。 （1）主控制器，即中央處理單元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）儲存器，包括只讀可編程程序儲存器（ROM）和隨機讀寫數(shù)據(jù)儲存器（RAM）。 4．接口，即I/O 輸入/輸出接口電路。 5.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 1.主控制器CPU的選擇 在一般二坐標聯(lián)動的數(shù)據(jù)控系統(tǒng)中，推薦采用MCS-51系列單片機作為主控制器。MCS-51系列單片機主要有三種型號的產(chǎn)品：8031，8051和8751。該系列產(chǎn)品是集中CPU，I/O端口及部分RAM

33、為一體的功能性很強的控制器。目前，工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8031單片機。本設(shè)計中也采用8031單片機。它是一個具有40根引腳的雙列直差式器件，其基本特征有： （1）具有8位中央處理單元CPU （2）片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路 （3）具有128個字節(jié)的RAM （4）具有21個特殊功能寄存器 （5）可尋址64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和64K字節(jié)的外部程序存儲器 （6）具有4個I/O接口，32根I/O線 （7）具有兩個16位定時器/計數(shù)器 （8）具有5個中斷源，配備兩個優(yōu)先級別 （9）具有一個全雙功能串行接口 （10）具有位尋址能力，適用邏輯運算 8031片內(nèi)沒有程序存儲器，僅有片內(nèi)數(shù)據(jù)

34、存儲器。 2.數(shù)據(jù)存儲器的擴展 由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6/16和6264表態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器，其選用規(guī)則與EPROM程序存儲器的要求相同。在本設(shè)計中選用6264為數(shù)據(jù)存儲器的擴展芯片。容量為8K。擴展6264框圖如下 3.I/O口擴展電路設(shè)計 8031單片機共有四個八位并行I/O口，但可供用戶使用的只有口及口。因此要進行I/O接口的擴展。 本設(shè)計中采用通用的可編程接口芯片8255A。它是有A，B。C三個可編程功能的8位I/O接口，有40個引腳的雙列直插式RAM/IO/CTC擴展器。由

35、8255A自單片機接受地址址信息，控制信息，在數(shù)據(jù)總線與端口間傳送數(shù)據(jù)狀態(tài)控制信號。 圖4.3　擴展6264框圖 由于一塊8255A可提供24個I/O口，而本設(shè)計中經(jīng)過分析，使用要求須四十幾個口，所以本設(shè)計中采用三片8255A芯片，其中一塊芯片作為鍵盤，顯示接口電路。 根據(jù)以上控制需要分配這些接口： （1）OUTPUT：控制砂輪架進給五相步進電機------- 控制工作臺進給五相步進電機------- 工件頭架旋轉(zhuǎn)（C）異步電機--------線圈觸點占1位 砂輪

36、旋轉(zhuǎn)（F）異步電機----------線圈觸點占1位 液壓泵異步電機（，，）--------線圈觸點占3位 液壓繼電器（，，）--------線圈觸點占3位 （2）OUTPUT： 限位開關(guān)（，） 口 零位開關(guān)（，） （3）I/O（面板）： 鍵盤4*7=28 口 顯示器 米字形 口

37、 手動按鈕（，，F(xiàn) C ） 啟動/暫停 警報 急停 （5）波段開關(guān)（編輯，自動，手動） 由上述可知：共使用了三片8255A芯片，其中還剩余口（八位）可以利用。 總線連接 ①數(shù)據(jù)總線（DB） 口為數(shù)據(jù)I/O口，數(shù)據(jù)總線由它連接各芯片數(shù)據(jù)I/O口。 ②地址總線（AB） 設(shè)計中一共使用了一片TAM（8K），一片TOM（8K），三片8255A。必須對這些擴展部分實行統(tǒng)一編址。 2764EPRO

38、M 8K= 需13條地址線 6264RAM 8K= 需13條地址線 但由于訪問片外TOM與訪問片外RAM所以用控制線不同，且與，不會同時有效，所以兩者地址可以完全重疊。用口八位地位地址。五位高地址。2764EPROM與三片8255A I/O接口芯片可用2-4譯碼器74LS32進行片選。由，兩位控制片選結(jié)果。 EPRAM6264 0 0 EPRAM6264 0 0

39、 8255A（1） 1 0 8255A（2） 1 1 8255A（3） 由此，可得地址分派如下： 0000~00FFH RAM6264 0000~00FFH ROM2764 0001~01FFH 8255A（1） 0002~02FFH 8255A（2） 0002~03

40、FFH 8255A（3） 圖4.4　接口框圖 5..鍵盤，顯示接口電路 圖4.5　鍵盤和顯示接口電路 如圖4.5所示，本數(shù)控系統(tǒng)采用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上。使用的顯示器為16段米字管和LED（發(fā)光二極管顯示器）。 采用8255A接口芯片管理鍵盤，顯示器電路。它由4*7鍵和7位LED顯示器組成。 鍵盤，顯示器接口電路圖： 8031的口作數(shù)據(jù)輸出，，用與端口選址，兩片8255A的與，左上8255A芯片的與右下8255A的一起組成4*7鍵盤掃描線，右下8255A的PB口用于查詢8個限位開關(guān)的狀態(tài)。 6.8031與控制電機與電液閥

41、8255A的聯(lián)接其它輔助電路設(shè)計 圖4.6　輔助電路 8031的口向8255A輸出八位數(shù)據(jù)以控制電機和液壓閥。鎖存器出來的與，以進行端口尋址。與控制8255A的讀寫?？诘目刂埔晃逑嗖竭M電機，控制另一步進電機?？刂扑膫€異步電機的啟停，控制液壓閥。加光電隔離器以屏蔽電磁干擾。 7.步進電機驅(qū)動電路 步進電機驅(qū)動電路如圖4.7所示，由四部分組成。在步進電機驅(qū)動中，一般在接口電路與功率放大器之間要加上隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離。 圖4.7　步進電機驅(qū)動電路助 第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 5.1 概述 磨床通常以電動機作為動力，由它帶動機械，液壓傳動系統(tǒng)完成機床的各種運動，再通過電器，

42、液壓系統(tǒng)控制這些運動之間的轉(zhuǎn)換和先后順序及其聯(lián)系。 5.2 液壓傳動設(shè)計 1.液壓工作原理 1）液壓傳動的特征 與機械傳動相比，它是用具有壓力的油作為介質(zhì)，經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動或直線運動的： 電動機帶動油泵 壓力油 液壓機（旋轉(zhuǎn)運動） 油缸（直線運動） 因此，整個液壓傳動系統(tǒng)由四部分組成： （1）動力部分——油泵 （2）執(zhí)行部分——液壓機或油缸 （3）控制部分——方向閥，節(jié)流閥，壓力閥 （4）輔助部分——油管，壓力表，蓄能器，壓力繼電器等 在上述液壓傳動過程中，壓力油應(yīng)密封在油管內(nèi)，如果不密封，油就不能形成壓力，也無法起傳動

43、作用。另外，油所處的容積還要不斷的變化，容積不變化，油泵就不能吸油與排油，油缸不能移動，也不能完成傳動作用。磨床的液壓傳動，就是利用容積的變化來完成其動作的。 2）液壓傳動的兩個重要參數(shù)——壓力，流量 （1）液體壓力與負載的關(guān)系： 齒輪油泵的供油壓力，隨著工作臺受到的負載大小正變化。負載大，壓力大；負載小，壓力小。 （2）液體流量也速度的關(guān)系 進入油缸的流量越多，工作臺速度就越快，定量油泵的流量要大于工作臺最大速度所需的流量。 （3）壓力與流量的關(guān)系 a.油泵的壓力與流量關(guān)系 齒輪油泵并不是一旋轉(zhuǎn)就打出壓力油來的，必須要在油泵出油口加負載，并且壓力隨負載變化而變化。 b.管路

44、中的壓力與流量的關(guān)系 在管路中流動的油液，壓力（實際上是壓力差）流量與液阻密切相關(guān)，液阻增大，壓力差增大或流量減小。 3）液壓傳動采用的符號 在繪制液壓傳動系統(tǒng)原理圖時，液壓元件的符號常采用結(jié)構(gòu)符號或職能符號來表示。 結(jié)構(gòu)符號近似于實物的結(jié)構(gòu)，直觀性強，容易理解，但繪制麻煩。職能符號只表示元件的作用，不能表示出結(jié)構(gòu)，繪制迅速方便，已列入國標。 2.液壓系統(tǒng)的傳動設(shè)計 在實際工作中有以下幾個步驟： 1.按照機床的每一個動作要求來擬訂相應(yīng)的液壓回路。 2.按照機床的工作循環(huán)方框圖，將各個回路合并成系統(tǒng)，畫出液壓傳動系統(tǒng)原理圖。 3.按照機床動作所要求的速度和作用的力等進行計算。

45、 4.選用標準的或設(shè)計專用的液壓元件，并按照機床布局來確定各元件的組合形式，進行閥板設(shè)計。 5.繪制液壓元件的連接總圖——油路裝配圖。 上述步驟是相互聯(lián)系交替進行的，往往需要幾次反復(fù)，才能完成。 3.機床需要的液壓部分 1）機床測量儀的進給和退出，徑向測量儀的垂直橫向進給和退出，尾架的松開； 2）潤滑部分。 a.床身的滾珠絲桿 b.砂輪架的滾珠絲桿 c.砂輪修整器的滾珠絲桿，間隙供油 d.砂輪架的卸荷 e.床身導(dǎo)軌的潤滑 f.砂輪修整器直線導(dǎo)軌的間隙供油 3）動靜壓軸承 a..砂輪架主軸軸承部分 b.砂輪修整器主軸軸承部分 4.擬訂液壓原理圖 機床液壓系統(tǒng)的擬訂

46、，要與機械，電器配合，將各個液壓回路進行組合，達到總體設(shè)計所需要的動作循環(huán)程序 設(shè) 計 總 結(jié) 漫長而又倍感充實的課程設(shè)計階段即將結(jié)束，我覺得自己的專業(yè)知識和獨立思考問題的能力有了很大的提高，對我走向社會從事專業(yè)工作有著深遠的影響?，F(xiàn)在談?wù)剬Ρ敬萎厴I(yè)設(shè)計的認識和體會。 首先，我感觸最深的就是：實踐的重要性。這次設(shè)計中我做了許多重復(fù)性的工作，耽誤了很多的時間，但是這些重復(fù)性的工作卻增強了我的實踐能力和動手能力，積累了設(shè)計經(jīng)驗。同時也得到一條經(jīng)驗，搞設(shè)計不能只在腦子里想它的結(jié)構(gòu)，必須動手，即使你想的很完美，但是到實際的設(shè)

47、計過程時，會遇到許多意不到的問題。 其次，我學(xué)會了查閱資料和獨立思考。當(dāng)開始想課程題目時，心里真的是一點頭緒也沒有，根本不知道從那里下手。在張靜靜老師的指導(dǎo)下，我開始查閱相關(guān)書籍，借鑒他人的經(jīng)驗，結(jié)合自己的構(gòu)想，再利用自己所學(xué)過的專業(yè)知識技能。把設(shè)計意圖從構(gòu)想階段變?yōu)榭筛吨T生產(chǎn)實踐的實現(xiàn)階段。我發(fā)現(xiàn)每一個設(shè)計都是一個創(chuàng)新、修改、完善的過程，在設(shè)計的過程中，運用自己所掌握的知識，發(fā)揮自己的想象力來搞好自己的設(shè)計，這個過程也是一個學(xué)習(xí)的過程。 設(shè)計的完成，給了我很大的信心，我明白了獨立自主是關(guān)鍵，相互協(xié)作更重要。 致 謝 在這里，

48、在這本設(shè)計即將完成之際，我要感謝一直幫助我的張靜靜老師，她在我的設(shè)計中給了我很多的指導(dǎo)，在一些對我來說比較艱深，比較把握不了方向的地方，給予了我指明，幫我除去了許多不必要的麻煩；在此我還要感謝我的同學(xué)們，是他們不遺余力的幫助，才使我有充足的時間來完成本設(shè)計，謝謝，謝謝你們，因為有你們才有本設(shè)計的實現(xiàn)，謝謝?。?！ 參考文獻 [1] 蘭雄侯，王繼先，高航磨削溫度理論研究的

49、現(xiàn)狀與進展[A]，沈陽：東北大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院. [2] 徐鴻鈞，磨削溫度的測量技術(shù)磨料磨具與磨削，2003. [3] 王霖、秦勇等，磨削溫度場的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，濟南：山東大學(xué)，2001. [4] 徐鴻鈞，高航，磨削溫度的測量技術(shù)，徐鴻鈞，高航，沈陽：東北大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院. [5] 田志勛，徐明信，崔云惠，隋金福.熱電現(xiàn)象與熱電偶理論，金屬熱處理，2007年第6期. [6] 錢立宗，熱電偶及應(yīng)用[J]，安慶師院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004年8月. [7] 袁希光，傳感器技術(shù)手冊.國防工業(yè)出版社，2003年12月. [8] 王西彬，任敬心，磨削溫度及熱電偶測量的動態(tài)分析[J]，中國機械工程，2004年第8卷第6期. [9] 黃澤銑等，熱電偶原理及其檢定. [10] 王西彬，師漢民，任敬心，結(jié)構(gòu)陶瓷的磨削溫度，西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002. - 38 -