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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文 題 目 名 稱 X53K 立式數(shù)控銑床縱向進(jìn)給改造設(shè)計(jì) 題 目 類 別 學(xué) 院 系 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 開題報(bào)告日期 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 目 錄 0 摘要 3 第一章 概述 5 1 1 課題概述與設(shè)計(jì)目的 5 1 2 設(shè)計(jì)課題 9 第二章 設(shè)計(jì)說明 10 2 1 總體方案的確定及框圖 10 2 2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 11 2 3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 2 4 硬件部分電路的設(shè)計(jì) 19 2 5 凸輪加工程序 24 第三章 畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì) 26 3 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì) 26 參考資料 28 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 摘要 在過去二十年間 工業(yè)上已應(yīng)用機(jī)器人來完成使操作人員感到厭煩 和緊張的那些單調(diào)而又不安全的操作 由于機(jī)器人完成某些操作要比人 更快 更精確 故在各種制造工業(yè)中的應(yīng)用愈來愈廣泛 對(duì)多數(shù)大型制 造業(yè) 如汽車工業(yè) 來說 為保持其具有競(jìng)爭(zhēng)性 必須大規(guī)模采用機(jī)器 人 目前 機(jī)器人已廣泛應(yīng)用在點(diǎn)焊和縫焊 裝配部件 移動(dòng)重物 噴 漆 重復(fù)加工等操作中 為使機(jī)器人能完成上述這些操作 必須使用小型計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編 程 小型計(jì)算機(jī)不僅要對(duì)機(jī)器人發(fā)出完成所要求工步的指令 而且還要 能記憶程序 由操作人員 或程序員 將信息反饋給小型計(jì)算機(jī)個(gè) CRT 或視頻顯示所組成的控制裝置 操作人員可以隨時(shí)改編原有程序 即 刪除或插入任何所要求的工步 關(guān)鍵字 加工精度 設(shè)計(jì)方案 分配 參數(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 ABSTRACT Over the past two decades the robot has been introduced into industry to perform many monotonous and often unsafe operations which in the past had caused both boredom and stress among employees Because robots can perform certain basic tasks more quickly and accurately than humans they are being increasingly used in various manufacturing industries In order for most of the larger manufacturing industries such as the automotive industry to remain competitive it has been necessary for them to introduce robots on quite a large scale Robots are now used extensively for such operations as spot and seam welding assembling components moving heavy parts spray painting and repetitive machining operations In order for a robot to perform these tasks it must be programmed by a minicomputer which will not only direct the robot to perform the required steps but will also remember the sequence Information is fed by the operator or programmer into a control unit consisting of the minicomputer and a cathode ray tube CRT or video display The operator can at any time edit a previous program by deleting or adding any desired steps KeyWords Accuracy of Process Project Design Allotment Parameter 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 第一章 概述 1 1 課題概述與設(shè)計(jì)目的 數(shù)控 用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制 其對(duì)零件 的加工相比普通機(jī)床有著很多的優(yōu)點(diǎn) 1 動(dòng)化程度高 2 加工精度 加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠 3 對(duì)零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)靈活性好 能加工形狀復(fù)雜的零件 4 加工生產(chǎn)率高 5 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 國外利用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制加工是從 40 年代開始的 1952 年 美國麻省理工學(xué)院在一臺(tái)立式銑床上裝了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng) 成功 地實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng) 它成了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床 此后 從 60 年代開始 其他一些工業(yè)國家如德國 日本等陸續(xù)地開發(fā)生產(chǎn)及使 用數(shù)控機(jī)床 1974 年微處理機(jī)直接用于數(shù)控機(jī)床 進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控 機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展 隨著數(shù)控機(jī)床的功能越來越完善 可靠性 和性能越來越高 它在制造業(yè)中逐漸擔(dān)當(dāng)了越來越重要的角色 我國數(shù)控機(jī)床的研制是從 1958 年開始的 經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展 直至 80 年代后引進(jìn)了日本 美國 西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后 我國的數(shù)控技術(shù)才有質(zhì)的飛躍 應(yīng)用面逐漸鋪開 數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步 形成規(guī)模 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升 在大中企業(yè)已有較多 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 的使用 在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用 2001 年國內(nèi)數(shù) 控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá) 1 8 萬臺(tái) 比上年增長 28 5 機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù) 控化率從 2000 年的 17 4 提高到 2001 年的 22 7 2001 年 我國機(jī) 床工業(yè)產(chǎn)值己進(jìn)入世界第 5 名 機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第 3 位 達(dá) 47 39 億美元 僅次于美國的 53 67 億美元 消費(fèi)額比上一年增長 25 但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求 使我國機(jī)床的進(jìn)口額 呈逐年上升態(tài)勢(shì) 2001 年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第 2 位 達(dá) 24 06 億美 元 比上年增長 27 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控 車床 數(shù)控磨床 數(shù)控特種加工機(jī)床 數(shù)控剪板機(jī) 數(shù)控成形折彎機(jī) 數(shù)控壓鑄機(jī)等 普通機(jī)床有鉆床 鋸床 插床 拉床 組合機(jī)床 液壓 壓力機(jī) 木工機(jī)床等 出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展 市場(chǎng)需求變的越來越多樣化 多品種 中小批量甚至單件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重 普通機(jī)床已越來越不能滿足 現(xiàn)代加工工藝及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求 如果設(shè)備全部更新替換 不僅 資金投入太大 成本太高 而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi) 如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快 特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更快 應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上 它既能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度 又能提高加工精度 所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造 這樣既可以提高加工 生產(chǎn)率 改善加工工藝 還可以減少資金投入 減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 縮短訂購新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期時(shí)間 實(shí)踐已經(jīng)證明普通銑床的經(jīng)濟(jì) 型數(shù)控改造具有重大的實(shí)際價(jià)值 為此 在舊有銑床上進(jìn)行數(shù)控改造有 著較好的市場(chǎng)前景 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺(tái) 而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11 34 萬 臺(tái) 即我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3 近 10 年來 我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量 約為 0 6 0 8 萬臺(tái) 年產(chǎn)值約為 18 億元 機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6 我國機(jī)床役齡 10 年以上的占 60 以上 10 年以下的機(jī)床中 自 動(dòng) 半自動(dòng)機(jī)床不到 20 FMC FMS 等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù) 美 國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60 以上 可見我們的大多數(shù)制造行業(yè) 和企業(yè)的生產(chǎn) 加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床 而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床 用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品 種少 檔次低 成本高 供貨期長 從而在國際 國內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng) 力 直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品 市場(chǎng) 效益 影響企業(yè)的生存和發(fā)展 所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率 我國自改革開放以來 很多企業(yè)從 國外引進(jìn)技術(shù) 設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 從 1979 1988 年 10 年間 全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有 18446 項(xiàng) 大約 165 8 億美元 這些項(xiàng)目中 大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有 的作用 但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因 設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn) 甚至癱瘓 使企業(yè)的效益受到影響 嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境 一些設(shè)備 生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后 有的消化吸收不好 備件不全 維護(hù)不當(dāng) 結(jié) 果運(yùn)轉(zhuǎn)不良 有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備 儀器 生產(chǎn)線 忽視軟件 工藝 管理等 造成項(xiàng)目不完整 設(shè)備潛力不能發(fā)揮 有的甚至不能啟 動(dòng)運(yùn)行 沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用 有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好 但是因?yàn)?設(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo) 有的因?yàn)槟芎母?產(chǎn)品合格率低而造成虧損 有的已引進(jìn)較長時(shí)間 需要進(jìn)行技術(shù)更新 種種原因使有的設(shè)備不僅沒 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 有創(chuàng)造財(cái)富 反而消耗著財(cái)富 這些不能使用的設(shè)備 生產(chǎn)線是個(gè)包袱 也是一批很大的存量資產(chǎn) 修好了就是財(cái)富 只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn) 解決關(guān)鍵技術(shù)問題 就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn) 爭(zhēng)取到最 大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 這也是一個(gè)極大的改造市場(chǎng) 本課題是圍繞將 X53K 立式銑床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床展開設(shè)計(jì)的 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床是指價(jià)格低廉 操作使用方便 適合我國國情的裝有簡(jiǎn) 易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床 中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn) 常希望對(duì)原 有舊機(jī)床進(jìn)行改造 實(shí)現(xiàn)數(shù)控化 自動(dòng)化 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床系統(tǒng)就是結(jié) 合現(xiàn)實(shí)的的生產(chǎn)實(shí)際 結(jié)合我國國情 在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下 盡可能降低價(jià)格 價(jià)格便宜 性能價(jià)格比適中是其最主要的特點(diǎn) 特別 適合在設(shè)備中占有較大比重的普通銑床改造 適合在生產(chǎn)第一線大面積 推廣 企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造后 將提高產(chǎn)品加工 精度和批量生產(chǎn)的能力 同時(shí)又能保持 萬能加工 和 專用高效 這 兩種屬性 提高設(shè)備自身對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力 增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng) 能力 利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍銑床 主要應(yīng)該解決的問題是如何將機(jī)械 傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位 進(jìn)給改造成由計(jì)算機(jī)控制的刀架自 動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給加工銑床 即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的 數(shù)控機(jī)床可以很好地解決形 狀復(fù)雜 精密 小批量及多變零件的加工問題 能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提 高生產(chǎn)效率 但是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制 如 數(shù)控機(jī) 床價(jià)格昂貴 一次性投資巨大等 因此 普通銑床的數(shù)控改造 大有可 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 為 它適合我國的經(jīng)濟(jì)水平 教育水平和生產(chǎn)水平 已成為我國設(shè)備技 術(shù)改造主要方向之一 并且目前在機(jī)械行業(yè)中 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 產(chǎn)品更新周期越來越短 中小批量的生產(chǎn)所占有的比例越來越大 對(duì)機(jī) 械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量要求也在不斷地提高與推進(jìn) 所以普通機(jī)床越來越 難以滿足加工的要求 同時(shí)由于技術(shù)水平的提高 數(shù)控機(jī)床的價(jià)格在不 斷下降 因此 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械行業(yè)中的使用將越來越普遍 而對(duì)原有 普通機(jī)床的數(shù)控化改造也應(yīng)是越來越廣泛 依照設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)對(duì) X53K 立式銑床進(jìn)行了數(shù)控化改造 1 2 設(shè)計(jì)課題 X53K 立式銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 1 2 1 要求 將銑床改造成用 MCS 51 系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑 床 步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制 要求具有直線和圓弧插補(bǔ)功能 機(jī)械部分要求 計(jì)算 硬件電路部分要求用 8031 作 CPU 控制系統(tǒng)中要求包括擴(kuò)展程 序存儲(chǔ)器 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 I O 接口芯片 譯碼電路及鍵盤 顯示等 外設(shè) 硬件電路要求包括 3 個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng) 1 2 2 參考設(shè)計(jì)參數(shù) 工作臺(tái)尺寸 320 1250 mm 2 工作臺(tái)行程 縱向 660mm 工作臺(tái)及夾具工作重力 縱向 2800 N 工作臺(tái)進(jìn)給速度 縱向 2 m min 最大進(jìn)給速度 0 8 m min 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 主電機(jī)功率 7 5KW 起動(dòng)加速時(shí)間 30ms 定們精度 0 05mm 代碼制 ISO 輸入方式 增量值 絕對(duì)值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 3 最小指令值 0 01 0 005 脈沖 自動(dòng)升降速性能 有 第二章 設(shè)計(jì)說明 2 1 總體方案的確定及框圖 2 1 1 總體方案的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求 決定采用點(diǎn)位控制 用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開 環(huán)控制系統(tǒng) 這樣可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低廉 調(diào)試和維 修都比較容易 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平衡性 采用 低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件 此工作臺(tái)采用滾珠絲桿螺母副和液動(dòng) 導(dǎo)軌 為盡量消除傳動(dòng)間隙 可設(shè)法調(diào)整傳動(dòng)齒輪的中心距以消 除齒側(cè)間隙 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用高性能價(jià)格比的 MCS 51 系列單片 機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng) 2 1 2 總體方案框圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 環(huán) 形 分 配 器微 機(jī) 環(huán) 形 分 配 器方 向CP方 向 環(huán) 形 分 配 器方 向 光電耦合 功率放大功率放大光電耦合 升 降 臺(tái)功率放大光電耦合 X步 進(jìn)電 機(jī) 工 作 臺(tái)Y步 進(jìn)電 機(jī)Z步 進(jìn)電 機(jī) 2 2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 2 2 1 工作臺(tái)外形尺寸及重量估算 縱向 X 1250mm 工作加工范圍 縱向 X 320mm 工作臺(tái)及夾具工件策略 Gx 2800N 橫向 z 400 工作加工范圍 橫向 z 300mm 工作臺(tái)及夾具工件策略 Gz 5500N 2 2 2 鉆削計(jì)算 Pz1 GFd f KXFY 查得 C 304 11 XF 1 YF 0 8 KF 1 取 f 0 005mm r 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 則 Pz1 304 11 4 0 05 1 111N18 0 2 2 3 銑削力計(jì)算 P 9 81 22 6a a d a z2z 86 0ef72 t86 0 p a 0 05d 銑凸輪 銑削接觸弧深et a 0 1mm z 每齒進(jìn)給量f 銑刀直徑 d 12t 銑削深度 a 8p 銑刀齒數(shù) z 3 P 9 81 22 6 2 0 1 12 8 3 2172z 86 072 6 0 查表得 P P 1 則走刀抗力 P P 217NHFHF 2 2 4 滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定 1 導(dǎo)軌形式 在原有滑動(dòng)導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上 采用貼塑處理 摩擦特性 好 耐磨性好 減振特性好等特點(diǎn) 且工藝較簡(jiǎn)單 2 2 5 滾珠絲桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲桿的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力 應(yīng)按銑削時(shí)情況計(jì)算 1 最大動(dòng)負(fù)荷 Q 的計(jì)算 Q f P3Lw 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) f 2 壽命值 L n w610nT0LVs 式中 L 壽命 以 10 轉(zhuǎn)為一單位 n 絲桿轉(zhuǎn)速 r min V 為最大切前力條件下的進(jìn)給速度 m min s 可取最高進(jìn)給速度的 1 2 1 3 縱向 V 0 6m mins 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 L 絲桿導(dǎo)程 mm 0 T 為使用壽命 h 對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 15000h f 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 表 3 14w 初選絲桿螺距 L 6mm 得絲桿轉(zhuǎn)速 n 為 n 60r min0 01LVs 所以 L 546105 X 向絲桿牽引力 P P 1 414fG x2zx 217 1 414 0 001 3500 222N 式中 f 當(dāng)量摩擦系數(shù) 取 0 01 所以最大動(dòng)負(fù)荷 X 向 Q f P 2229Nx3Lw 查表取滾珠絲桿直徑 d 30 選用滾珠絲桿螺母副的型號(hào)為 NL3005 型 0 單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊 見附錄 A 表 A 7 2 滾珠絲桿螺母幾何參數(shù)計(jì)算如下 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式和結(jié)果 mm 公稱直徑 d030 螺距 t 6 接觸角 450 鋼球直徑 dq 3 969 螺紋滾道 螺紋滾道法面半徑 R 2 064 偏心距 e E R dq z sin 0 045 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 螺紋升角 arctg 3 2 0dt 螺桿直徑 d D d 0 2d 29 50q 螺桿內(nèi)徑 d1d d 2e 2R 26 81 螺桿 螺桿接觸直徑 dz d d d cos 27 8z0q 螺母螺紋外徑 D D 60螺母 螺母內(nèi)徑 D1 D1 50 3 傳動(dòng)效率的計(jì)算 0 96 tan 式中 摩擦角 約等于 10 螺紋升角 4 剛度驗(yàn)算 滾珠絲桿受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程 L 的變化量為0 L 1EF0 式中 L 在工作負(fù)載 P 作用下引起每一導(dǎo)程的變化量 mm 1 P 工作負(fù)載 即進(jìn)給牽引力 N L 滾珠絲桿導(dǎo)程 mm 0 E 材料彈性模數(shù) N mm 對(duì)鋼為 20 6 10 N mm 2 42 F 滾珠絲桿截面積 按內(nèi)徑確定 X 向 P 222N L 5mm E 20 6 10 N mm0 42 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 F R 5 638cm 22 所以 L 1 27 10 cm1638 50 9 6 絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)的變化量 L 很小 可忽略所以導(dǎo)程總誤差2 L 100 L 2 53 m m0 查表知 E 級(jí)精度的絲桿允許誤差 1 5 m 故剛度足夠 6 步進(jìn)電機(jī)的選用 1 步進(jìn)電機(jī)的步距角 對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一個(gè)脈沖信息 步 b 進(jìn)電機(jī)就回轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度 因?yàn)橄到y(tǒng)分辨率為 0 01mm 所以取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 0 01mm step p 初選步進(jìn)電機(jī)步距角 1 5 b 2 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)距的計(jì)算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 T 負(fù)載力為 P 根據(jù)能量守恒原理 電機(jī)所做的功與負(fù)載力做的功有如下關(guān)系 T Ps 式中 電機(jī)轉(zhuǎn)角 s 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移 機(jī)械傳動(dòng)效率 若取 1 5 則 s p p G P b pH z 所以 T P G P bp236H z 式中 p 銑削時(shí)走刀抗力 N G 移動(dòng)部件重量 N P 與策略方向一致的切削力 N z 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 取 0 005 步進(jìn)電機(jī)的步距角 b T 電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)距 N cm 代入數(shù)據(jù)得 T 10 45N 估算起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T N cm 34 8N cmq5 0 3T 41 對(duì)工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī) 0 866 可求出最大靜轉(zhuǎn)矩 T 46 4maxj86 0q 3 步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率 f 及運(yùn)行頻率 f 計(jì)算maxe f 2333HzmaxpV 601ax f 1000Hzeps 4 確定步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算 從表 3 2 3 中選出 130BF001 型電機(jī)可以滿足要 求 因?yàn)榧庸げ牧蠟榍嚆~ 切削力小 故不再進(jìn)行校核計(jì)算 尺寸如下 圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 7 確定齒輪傳動(dòng)比及模數(shù)和有關(guān)尺寸 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)中距角 1 5 滾珠絲桿螺距離 t 5mm 要實(shí)現(xiàn)脈沖 b 當(dāng)量 0 01mm step 在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一級(jí)齒輪降速傳動(dòng) 降速傳 p 動(dòng)比 I 0 4821Z5 360 p 選 Z 24 Z 5012 因傳遞的扭矩較小 取模數(shù) m 2 齒輪有關(guān)尺寸如下表 關(guān)系式 Z1 Z 2 Z 24 50 d mz 48 100 d d 2ma 52 104 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 d d 2 1 25f 43 95 B 3 6 mm 10 10 A 21 74 2 3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 縱橫向進(jìn)行機(jī)構(gòu)裝配圖 2 3 1 經(jīng)過計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用 130BF001 型步進(jìn)電機(jī) 內(nèi)循環(huán) NL3005 滾 珠絲桿副 齒輪箱中裝有三個(gè)齒輪 Z 24 Z 52 Z 25 模數(shù)123 m 2 內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整的雙螺母滾珠絲桿副 NL4006 2 3 2 齒輪箱體在工作臺(tái)的右側(cè) 設(shè)計(jì)中將一對(duì)齒輪水平放置 圖中沒畫出 避免箱體高工作臺(tái)面影響工人操作 步進(jìn)電機(jī)裝在齒輪箱蓋 14 上 為了保 證電機(jī)與滾珠絲桿平衡度 在裝配之前 應(yīng)將端蓋 14 與箱體 11 用螺釘堅(jiān) 固后打銷孔 在上鏜床 在一次裝夾中鏜出 100H8 和 68H8 兩個(gè)孔 再 將端蓋坼下 進(jìn)行裝配 2 3 3 將原回轉(zhuǎn)臺(tái) 8 中的錐齒輪 滑動(dòng)螺母等零件去掉 將回轉(zhuǎn)臺(tái)稍作加 工 裝入滾珠螺母 再裝調(diào)左端的絲杠支架和右端的箱體 11 使?jié)L珠 絲杠與導(dǎo)軌平行 滾珠絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)行靈活 無阻滯現(xiàn)象 再堅(jiān)固 螺釘 并打定位銷 2 3 4 在水平面內(nèi)應(yīng)使絲桿中心線距導(dǎo)軌的距離盡量小 否則將會(huì)產(chǎn)生 顛復(fù)力矩 增大摩擦力使運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn) 此外設(shè)計(jì)中常見的錯(cuò)誤是為了在 大齒輪端面與箱壁的矩 任意加長電機(jī)伸出軸這是不允許的 如果齒輪 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 端面與箱壁矩離太小 不便于裝配 可以用加長齒輪輪轂的方法來解決 2 3 5 本圖的消隙齒輪 是采用兩個(gè)薄片齒輪 中間開有三個(gè)月牙形的 槽放入壓簧 并用三個(gè)內(nèi)六角螺釘固定 M M 和 N N 這種 消隙齒輪的裝配順序是 首先將雙片齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距 使雙片齒 輪對(duì)齊 彈簧 29 受壓 上緊螺釘 26 裝入箱體后 將螺釘 26 松開 彈 簧 40 將雙片齒輪沿周向錯(cuò)開 以消除與齒輪 23 的側(cè)隙 此時(shí)再將螺釘 26 上緊 設(shè)計(jì)時(shí)彈簧兩端用削扁的銷子壓住 2 3 6 將原來機(jī)床橫向進(jìn)給手輪 刻度盤及前面的護(hù)蓋拆去 將螺桿換 成 NL3005 滾珠絲桿 仍利用原來的一對(duì)圓錐滾子軸承 齒輪箱體直接 裝在升降臺(tái)上 為了將步進(jìn)電機(jī)裝在升降臺(tái)右側(cè) 齒輪箱體的后面 以便工人操作 必須加大絲桿中心與電機(jī)軸的中心距 故此設(shè)計(jì)中采用齒數(shù)為 52 的中 間介輪 因 Z 52 齒輪直徑較大做成雙片齒輪 用以消除齒側(cè)間隙 箱體上的電機(jī)止口孔 100 中間軸軸承外圈孔 42 及與升降臺(tái)上 寂位座圈 7 作止口配合的孔 75 是在鏜床上一次鏜出 其也中心距分 別是 77 0 023 與 76 0 023 裝配時(shí)將箱體止口孔 75H8 裝在定位 座圈 4 上 則保證了滾珠絲桿上裝的齒輪 8 Z 25 m 2 與箱體中問 軸上的齒輪 10 Z 52 m 2 的中心距 使齒輪能正確嚙合 旋塞件 4 是為了旋下后 能從孔中伸進(jìn)內(nèi)六角桿 用來松緊介輪上的 3 個(gè)螺釘 使消隙齒輪錯(cuò)齒 以消除上下齒輪與之嚙合的側(cè)隙 具體見裝配圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 2 4 硬件部分電路的設(shè)計(jì) 2 4 1 控制系統(tǒng)的功能 1 X 向 Y 向 Z 向的進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng) 2 鍵盤顯示 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 2 4 2CPU 和存儲(chǔ)器 CPU 采用 8031 芯片 由于 8031 芯片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器 需要 有外部程序在存儲(chǔ)器的支持 同時(shí) 8031 內(nèi)部只有 128B 的數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器也遠(yuǎn)不能滿足控制的要求 故擴(kuò)展了 16KB 程序存 儲(chǔ)器由兩片 2764 組成 又?jǐn)U展了一片 6264 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 8031 芯片的 P 和 P 用來傳送外部低 8 位地址和數(shù)據(jù) P 口02 2 傳送高 8 位地址 P 口傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù) 故要采用 74LS373 地址鎖存器的輸入和輸出透明 即輸入的低 8 位存 儲(chǔ)器地址在輸出端出現(xiàn) 此時(shí)不需鎖存 當(dāng) ALEN 高電平彎 低電平 出現(xiàn)下降沿時(shí) 低 8 位地址鎖存入地址鎖存器中 74LS373 的輸出不再隨輸入變化 這樣 P 口就可用來傳送讀0 寫的數(shù)據(jù)了 8031 芯片的 P 口和 74LS373 送出的 P 口共組2 0 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 成 16 位地址 2764 和 6264 芯片都是 8KB 需要 13 根地址 線 A A 低 8 位接 74LS373 芯片的輸出 A A 接 803107 812 芯片的 P P 系統(tǒng)采用全地址譯碼 兩片 2764 芯片片選 24 信號(hào) 分別接 74LS138 譯碼器的 和 系統(tǒng)復(fù)位以后程序從CE0Y1 0000H 開始執(zhí)行 6264 芯片的片選信號(hào) 也接 74LS138 的CE 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址1Y 即允許地址重疊 8031 芯片控制信號(hào) 接 2764 的PSN 引腳 讀寫控制信號(hào) 和 分別接 6264 芯片的 和 OEWRDWEO 以實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫 由于 8031 芯片內(nèi)部沒有 ROM 故始終要選外部存儲(chǔ)器 故其 必須接地 EA 2 4 3T O 接口電路 由于 8031 只有 P 口和 P 部分能提供用戶作為 I O 口使用 13 不能滿足輸入輸出口的需要 因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接 口電路 從附錄 H 圖 H 2 可以看出 系統(tǒng)擴(kuò)展了一片 8155 和 一片 8255 可編程 I O 接口芯片 8155 的片選信號(hào) 接CE 74LS138 的 8255 芯片片選信號(hào) 接到 74LS138 的 端 YCS2Y 74LS138 譯碼器有三個(gè)輸入 A B C 分別接到 8031 的 P P P 輸出 8 個(gè)輸出 低電平有效 Y Y5 26 7 207 0 對(duì)應(yīng)輸入 A B C 的 000 至 111 的 8 種組合 其中 對(duì)應(yīng)7 Y A B C 為 000 Y 對(duì)應(yīng) A B C 為 111 74LS138 還有三7 個(gè)使能端 其中 2 上 和 為低電平使能 另一個(gè) GG2 為高電平使能 只有當(dāng)使能端處于有效電平時(shí) 輸出才能產(chǎn)1 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 生 否則輸出處于高電平無效狀態(tài) I O 接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的 8155 芯片 PA PB 是顯示器的位選信號(hào)輸出 PC PC 5 要線是鍵盤07 04 掃描輸入 8155 芯片的 IO 引腳接 8031 芯片的 P 因?yàn)镸0 2 使用 8155 的 I O 口 故 P 為高電平 0 2 8255 芯片 PA PA 接 X 向 Y 向和 Z 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)06 形分配器 為輸出 PB PB 為三個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)及回零輸入 PC PC 為面板上的選擇開關(guān)是輸入 設(shè)有編輯單步運(yùn)行 單 段運(yùn)行 自動(dòng) 手動(dòng) I 手動(dòng) II 等方式 系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼 各存儲(chǔ)器及 I O 接口芯片 的地址編碼如下表 芯片 接 74LS138 引腳 地址選擇線 片內(nèi) 地址 單元 地址編碼 2764 1 0 0 0 8KB 0000H 1FF FH 2764 2 0 0 1 8KB 2000H 3FF FH 6264 0 0 1 8KB 2000H 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 3FFFH RAM 1 0 0 1 1 1 1 0 256B 9E00H 9EF FH 8155 I O 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6B 9FF8H 5FF FH 8255 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4B 5FFCH 5FF FH X 向 Y 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用 YB015 3 2 相通電五相十 拍方式工作 故 A A 引腳均接 5V Z 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采01 用 YB014 是以 2 3 相通電四相八拍試工作 A A 接高電平 三個(gè)芯01 片的選通輸出控制 分別接 8255 的 PA PA PA 清零 接 82550E035R 的 PA 正反轉(zhuǎn) 8255 的 PA PA PA 時(shí)鐘輸入端 CP 接 8155 芯片的246 TIMROUT 用以決定脈沖分配器輸出脈沖的頻率 為實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時(shí)不同的 進(jìn)給速度 可給 8155 芯片定時(shí) 計(jì)數(shù)器中設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù) 1 其他輔助電路 此控制系統(tǒng)中設(shè)有越界報(bào)警和急停處理電路 X Y Z 方向 的越界和急停信號(hào)經(jīng)或門引入 8031 的 P 中斷源 同時(shí)接到 8031 的2 3 P 口 采用硬件申請(qǐng)中斷和軟件查詢的方法 這樣無論哪個(gè)方向 越界1 都會(huì)引起中斷 在中斷服務(wù)程序中通過軟件查詢的方法 便可確定是哪 個(gè)方向越界 當(dāng) X Y Z 等方向越界 則相應(yīng)的紅燈這報(bào)警 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 另外 還有上電和按鈕 相結(jié)合的復(fù)位電路 光電隔離電路和功率放大 電路等 面板 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 2 5 凸輪加工程序 數(shù)控銑床銑削加工程序 圖示為壓縮機(jī)殼焊接機(jī)上的仿形零件 零件曲線是二段圓弧和三條 直線構(gòu)成 零件的上下兩面和中心孔已加工好 現(xiàn)要在數(shù)控銑床上銑削 零件的輪廓曲線 并一次銑削加工成形 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 零件的交點(diǎn)坐標(biāo) A 40 20 B 40 20 C 0 40 D 40 0 E 20 20 刀具偏移號(hào)為 H08 偏移方向?yàn)榈毒叩淖髠?cè) 設(shè)工件表面 Z 0 厚度為 25mm 在數(shù)控銑床上銑削加工程序如下 O0012 N0010 G00 Z25 0 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 N0020 G90 G17 G41 X 40 0 Y 20 0 H08 N0030 S20 M03 N0040 G01 Z 25 F100 N0050 Y20 0 N0060 X0 Y40 0 N0070 G02 X40 0 Y0 R40 0 N0080 X20 0 Y 20 0 R20 0 N0090 G01 X 40 0 N0100 G00 Z25 0 N0110 G40 X0 Y0 N0120 M02 第三章 畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì) 3 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì) 也許是一開始就對(duì)畢業(yè)有種恐懼感吧 接到設(shè)計(jì)任務(wù)書 想著自己 要單獨(dú)的面對(duì)設(shè)計(jì) 想著設(shè)計(jì)搞好后的答辯 答辯之后的離校 種種煩 人思緒一下子全涌上了心頭 即將結(jié)束學(xué)生的生涯 走上社會(huì) 是我最 不愿意想的 可是我無法不面對(duì)現(xiàn)實(shí) 匆匆地要自己結(jié)束一幕幕的幻想 要自己坦然的面對(duì) 還是在老師的指引下 開始了設(shè)計(jì) 過程中的查資 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 料 眼花的數(shù)據(jù) 繁復(fù)的計(jì)算 不時(shí)的讓我產(chǎn)生了退縮的念頭 可 這 是自己學(xué)習(xí)生涯的最后一個(gè)設(shè)計(jì)了 讓我繼續(xù)著 慢慢的發(fā)現(xiàn)原來自己 四年中還是學(xué)了挺多東西的 這次設(shè)計(jì)涉及到數(shù)控 單片機(jī) 機(jī)械設(shè)計(jì) 及制圖 工藝等 而我要把他們綜合 這比以前的設(shè)計(jì)難多了 我也是 在不知不覺中用到了它們 偶爾遇到難題百思不得其解的困惑 偶爾不 經(jīng)意的解決難題后的欣喜都讓我深深的體味著畢業(yè)設(shè)計(jì) 而四年中我也 學(xué)了不少東西 卻是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大體會(huì)和最大的收獲了 在本次設(shè)計(jì)過程中 我得到了教授的精心指導(dǎo)和技術(shù)資料方面的幫 助 才使得設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行 借此表示謝意 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 參考資料 1 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫組 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1979 年 2 郝忠軍 雷曉玲 綜合作業(yè)指導(dǎo)書 全國高等教育自考指導(dǎo)委員會(huì) 3 陸玉 何在洲 佟延偉主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版 社 2000 年 8 月第 3 版 4 華東紡織工學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué)主編 機(jī)床設(shè)計(jì)圖 冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1979 年 6 月 5 石光源 周積義 彭福蔭主編 機(jī)械制圖 高等教育出版社 1990 年 5 月第 3 版 6 李廣弟主編 單片機(jī)基礎(chǔ) 北京航空航天大學(xué)出版社 1994 年 6 月第一版 7 中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)組編 數(shù)控技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 出版 8 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫組編 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 2 機(jī)械工業(yè)出版社 1980 年 8 月出版 9 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫組編 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 3 機(jī)械工業(yè)出版社 1986 年 12 月出版 10 東北大學(xué) 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫組編 機(jī)床零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 第 三版 冶金工業(yè)出版社 1994 年 5 月出版 11 華東紡織工學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué)主編 機(jī)床設(shè)計(jì)圖 冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1979 年 6 月出版 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 天 津 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書 題目 數(shù)控銑床設(shè)計(jì) 完成期限 年 月 日至 年 月 日 學(xué)院 指導(dǎo)教師 專業(yè) 職 稱 學(xué)生 系 主 任 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 接受任務(wù)日期 批準(zhǔn)日期 一 原始依據(jù) 資料 工作臺(tái)尺寸 400 1600 工作臺(tái)行程 縱向 880mm 工作臺(tái)及夾具工作重力 縱向 3500N 工作臺(tái)進(jìn)給速度 縱向 1 4m min 主電機(jī)功率 10KW 起動(dòng)加速時(shí)間 30ms 定們精度 0 01mm 代碼制 ISO 輸入方式 增量值 絕對(duì)值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 3 最小指令值 0 01 0 005 脈沖 自動(dòng)升降速性能 有 二 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 說明書 專題 繪圖 試驗(yàn)結(jié)果等 1 要求 將銑床改造成用 MCS 51 系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 步進(jìn)電機(jī) 開環(huán)控制 要求具有直線和圓弧插補(bǔ)功能 機(jī)械部分要求計(jì)算 硬件電路部分 要求用 8031 作 CPU 控制系統(tǒng)中要求包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 I O 接口芯片 譯碼電路及鍵盤 顯示等外設(shè) 硬件電路要求包括 3 個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng) 2 數(shù)控銑床縱向進(jìn)給裝配圖 用 AutoCAD 繪制 A0 1 張 3 典型零件加工編程圖 用 AutoCAD 繪制 A1 1 張 4 設(shè)計(jì)說明書 不少于 15000 字 1 份 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 設(shè)計(jì) 論文 進(jìn)度計(jì)劃表 序號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 1 工作內(nèi)容 工作內(nèi)容 2 查詢資料 查詢資料 3 整理資料 整理資料 4 X53 立式銑 床的理論研 究與設(shè)計(jì)現(xiàn) 狀和將來的 發(fā)展趨勢(shì) X53K 立式銑 床的理論研究 與設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和 將來的發(fā)展趨 勢(shì) 5 X53K 立式銑床的 理論研究與設(shè)計(jì)的 整機(jī)設(shè)計(jì) X53K 立式銑床的 理論研究與設(shè)計(jì)的 整機(jī)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 6 寫初始稿 寫二稿 寫初始稿 寫二稿 7 定稿以及整理打印 定稿以及整理打印 指導(dǎo)教師批準(zhǔn)日期 年 月 日 簽名 注 1 本任務(wù)書一式兩份 一份院或系留存 一份發(fā)給學(xué)生 任務(wù)完成后附在說明書內(nèi) 2 檢查人簽名 一欄和 指導(dǎo)教師批準(zhǔn)日期 由教師用筆填寫 其余各項(xiàng)均要求打印 打印字體和字號(hào)按照 天津大學(xué)關(guān)于專科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 統(tǒng)一格式的規(guī)定 執(zhí)行 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34