毕业设计（论文）-Φ400mm数控车床总体及四方回转刀架设计.docx

城州W>r乂学毕业设计（论文）400mm的数控车床总体设计及四方回转刀架设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月曰在数控机床系统中，加工精度和加工可靠性是伺服系统决定的，本文对数控车床进行了分析和设计，全面阐述r数控车床的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控车床的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。其中若重介绍了四方刀架的原理包括种类选择、参数选择'精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。关键词：车床，数控，电机，刀架AbstractInesystemoftheCNCmachinetoo1.,machiningprecisionandre1.iabi1.ityarejvosystemisdetermined,basedontheCNC1.athearcana1.yzedanddesigned,e1.aboratedintheroundCNC1.atheStruciureprincip1.e,designfeatures,discusses(heuseofservomotorandba1.1.screwnutpairadvantages.IntroducestheNC1.athestructuredesignandverification,andana1.ysis.Inadditiontoco1.1.ectthere1.atedtechno1.ogyparantcrs.Whichfocuseson1.hcfourknifeprincip1.esinc1.udingtypese1.ection,paranc1.crse1.ection,precision,circu1.ationmodese1.ection,matchedwiththehostmachineandthese1.ectionprincip1.eofmanufacturers.KeyWords：1.athes,CNC,machine,too1.摘要IIAbstractIII目录IV第I章数控机床发展概述61.1 数控机床及其特点61.2 数控车床的主要功能及加工对象61.3 数控机床的经济分析71 .3.1中小企业数控机床选用中存在的问题72 .3.2数控机床选购的策略71.4 数控机床的发展趋向9第2章数控机床总体方案的制订及比较102.1 总体设计方案IO2.2 主传动的系统设计122. 2.I机械部分的数控化设计123. 2.2电气部分的数控化设计122.3 进给系统的设计132. 3.1进给机构的设计133. 3.2100MM的数控车床的设计要求134. 3.3导轨副的设计132.4 微机系统的硬件与软件设计142.4.1系统软件的设计142.4.2硬件系统设计142.2设计方案论证15第3章确定切削用量及选择刀具163.1 科学选择数控刀具163.1.1 选择数控刀具的原则163.1.2 选择数控铳削用刀具163.2 设置刀点和换刀点173.2.1 确定主轴转速173.2.2 确定进给速度183.2.3 确定背吃刀员18第4章四方自动回转刀架总体结构设计184.1 减速传动机构的设计184.1.1 上刀体锁紧与精定位机构的设计184.1.2 自动回转刀架的工作原理194.2 主要传动部件的设计211.1 .1期杆副的设计计算211.2 螺杆的设计计兑25第5章数控硬件电路设计265.1 硬件电路设计265.1.1 数控系统的硬件结构265.1.2 数控系统硬件电路的功能275.2 关于各线路元件之间线路连接275.3 关于电路原理图的一些说明28结论31致谢32参考文献33第1章数控机床发展概述1.1 酷拄机床及峥点数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和筑迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令：加工性能比一般自动机床高，可以精确加工熨杂型面，因而适合下加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较更杂的工件，并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、车床、镣床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等.此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削'tI心等。数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成，输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。随着微电子技术、计兑机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能：可考性也大大提高：数控系统本身将普遍实现自动编程.未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多：激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围：数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。1.2 数控车床的打动能及加工数控车床的功能分为一般功能和特殊功能。一般功能是指各类数控车床普遍所具有的功能。如点位控制功能、刀具半径自动补偿功能、镜象加工功能、固定循环功能等。特殊功能是指数控车床在增加/某些特殊装置或附件后，分别具有或兼备的一些特殊功能。如刀具长度补偿功能、靠模加工功能、自动变换工作台功能、自适应功能、数控采集功能等。在使用数控车床加工工件时，只要充分利用数控车床的各种功能，就可以加工许多普通车床难加工的工件。数控车床的主要加工对象有：平面类零件：变斜角类零件：曲面类（立体类）零件。I、直线插补：数控车床在完成工作时所具有的基本功能之一，般情况下分为直线插补和空间直线插补等一些插补方式2、例弧插补:这也是数控车床在完成工作时所具有的基本功能之,一般情况下可分为平面圆煎插补以及逼近圆煎插补等。3、固定循环：固定循环是指通过各种参数使用不同的加工要求，主要用于实现一些鱼油经典型的需要多次重纪的工作，这样使用固定循环是可以有效的简化程序的编制。1.3 数控机床的期F分析近几年，随若国民经济快速稳定发展，我国机床制造行业受益于国家振兴装备制造业的大环境，有了长足进展，这其中领先当今机械制造技术水平的数控机床产业更胜一筹。由于数控设备的先进性、匆杂性和发展的迅速性,以及品种型号、档次的多样性.决定了选用数控设备的复杂性和难度。如何从品种繁多、价格品贵的产品中选择适用的设得.成为中小型企业十分关心的问题。1.3. 1中小企业数控机床选用中存在的问题目前中小型企业缺乏数控设备的使用经验和掌握数控加工技术的人才,在数控机床选购中存在着盲目性、片面性,主要表现在以下几方面：I.决策者对数控机床的认识有误区,部分企业领导认为配置高耕度数控设备是企业档次的象征。选型时不考虑投资效益.忽略性价比,盲目追求进口、高档,片面讲究功能齐全.而在后来的使用过程中才发现有些功能用不上或几平不用.2.机床选型混乱，数控机床类型、规格不配套。选购不同厂家的产品，数控系统不统一,购置后给操作、编程、维修带来困难。3.购置数控机床时只重视主机性能,而忽略附件和刀具的配套,致使在使用中因缺少某个附件或刀具而影响整个主机的运行。4.对企业发展和产品变化预测不足,所购设备的功能的发挥受到制约。1.3.2数控机床选购的策略1 .实用性。选购数控机床时，企业要有明确的目的和出发点，首先考虑的是数控机床的实用性。(1)数控机床规格、精度的实用性。在选择数控机床时,首先应确定数控机床上加工的典型零件。零件的尺寸决定机床的加工范用：零件关键部位的精度决定了所选机床的精度等级。机床精度的评定指标较多，因数控机床类别而异,但共有的关键项目是定位精度、重复定位精度以及综合加工精度。定位精度与传动链各环节的用性、间隙等因素有关.反映了机械系统中的扭曲、挠度、爬行、共振等诸因素造成的综合误差。这些指标既反映了伺服机构的刚度,也说明了位巴反馈测量系统的质故。重:复定位精度反映了数控轴在全行程内定位点的槎定性，传动族刚性直接影响重显定位精度。综合加工精度指最后加工出来的工件尺寸与所要求尺寸之间的误差。选购时应避免盲目追求高精度，注意机床精度与工件精度相匹配.(2数控系统功能的实用性。数控系统功能可分为基本功能与选用功能,各知名品牌数控系统的基本功能差别不大。除基本功能以外.数控系统还为用户提供多种可选功能。通常数控系统具备的基本功能比较便宜，而特定选择的功能很贵.在可供选择的功能模块中，性能差别很大,价格也相差数倍，所以要根据加工要求和机床性能的需要来选择。从控制方式、驱动形式、反馈形式、检测、操作方式、接口形式和故障诊断等方面来衡a,合理地选择适合机床的可选功能,放弃可有可无或不实用的可选功能。比如，自动换刀装更(ATC)是加工中心的基本特征，ATC装巴的投资往往占整机的3O%-5O%.因此在满足使用要求的前提下尽量选用结构简单和可靠性高的ATe以提高机床的可靠性和降低整机的价格“应当注意，单独签订合同购买附件的单价大大高于随同主机一起供货的附件单价,应尽可能在购买主机时一并购巴部分易损部件及其他附件。2.经济性。经济性是指选用的数控机床在满足加工要求的条件下，所支付的“钱”最少或较为合理的。经济性往往是和实用性紧密相连的，机床选得实用、经济，可避免不必要的浪费，避免以高代价换来功能过多而又不实用的较复杂的数控机床，避免在操作使用、维护保养等诸多方面带来困难。数控机床的设计使用寿命一般为7年，主要以数控方面的使用寿命为准。同时还得考虑市场占有率，市场占有率高的数控设备说明是旺销产品,已受到多数用户的青睐和肯定,一般不会有太多的质量问题。选购数控机床应考虑投资回报.能够在短期内收回投资的机床才是好机床。因为数控机床的主要优势是实现工序集中，从而提高生产率和加工精度，所以数控机床既适F单件小批生产，又适于大批量生.产。多数中小型企业购买的数控机床用于批量生产，因为批量生产不仅节省编程、对刀等辅助时间，提高机床利用率：而且对操作者的技术要求不高，人工费用也相对较低.所以用F大批砥生产的机床投资网报较快.少数产品附加值高，具有一定经济实力的企业，为了生产组织方便而购买用于总件生产的数控机床。机床利用率较低时,不仅要考虑设备的使用费用，比如润滑油、冷却液、电力消耗等,还要计算设备折旧。另外一个不可忽视的因素是设备的贬值，数控机床的升级、更新较快，同配置的台机床，现在售价40万，三年后可能降至35万，这样算起来贬值和折旧一样不可忽视。所以没有定型产品或产品附加值较低的中小型企业，在购出员堂数控设备之前，一定要充分研究收回投资的周期。有些企业事先确定较稳定的批量加工意向，甚至已经接到订单，选购机床时要求机床厂为其准备工装、编制程序、培训工人，即所谓“交钿匙”工程，这是投资数控机床最理想的情况.3.稳定可辨性。数控设备的可靠性是广大数控设备用户必须关心的焦点问题,因此在选用数控设备时应注意生产厂家的规模和市场占有率，确认其产品是否达到国家规定的平均无故障时间标准(规定为5(X)h).目前多数机床厂都采购成熟的数控系统和零部件进行组装。国内应用较多的数控系统有日本FANUC、德国的西门子等。立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多，而床身中的直线导轨、主轴乂分别来自德国和台湾等地，所以机床的主要零部件的质任一般是可靠的，需要重点考察的是数控机床组装企业的住后服务网络是否健全,服务队伍的素质是否能胜任工作,服务能否及时,是否能履行承诺等。1.4数控机床的发展越向数控机床是由美国发明家约翰帕森斯上个世纪发明的。随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。技术发展趋势：高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在：1 .机床包合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，曳合加工技术日趋成熟,包括铳-车更合、车铳复合、车-钺-钻-齿轮加工等宾合，车磨更合，成形更合加工、特种豆合加工等，更合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂'、一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，曳合加工机床发展正呈现多样化的态势.2.数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现.如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测系统还具有刀具长度偏移和半径补偿功能，自诊断功能，可进行自动加、减速，井具有备用电池，停电时可做存储已编程序的电极。采用CNC-51微机对数据进行计算处理,由I/O接口输山脉冲信号,经光电隔离电路,功率放大再传给步进电机,步进电动机哒动滚珠丝杠转动，从而实现X、Z两个方向的进给运动，加工零件。总体设计如图2”所示:俏与分间及放大电路信号分配及放大电路<x轴)勺<z)图2/无反馈控制电路方案2显示器采用1.ED,用以显示输入的程序，机床的实际位置和已存储的各种信息。手动操作时，显示潘可作为数字读出装置使用。假如数控系统采用为两坐标NC闭环或者半闭环控制，那么必须要有电路反僚信息，反馈位移或角位移的电路，这样可以有更加精确的加工路线，更加便操作者版机床的行经过程.仍由步进电机经一级齿轮变速箱后减速驱动。可实现两电标直线插补和两曲标网弧插补。采用MCS5I系列单片机组成微机控制系统，它的可靠性高、能在恶劣的环境下工作，适应能力较好，I1.功能强，速度高,数控系统还具有刀具长度偏移和半径补偿功能，自诊断功能，可进行自动加、减速，并具有备用电池,停电时可做存储已编程序的电极。采用11s-51.微机对数据进行计算处理，由"O接口输出脉冲信号，经光电隔离电路，功率放大再传绐步进电机，步进电动机驱动滚珠丝杠转动，从而实现X、Y两个方向的进给运动，加工零件.如图2-2所示.2.3进龄系院的设计2.3.1进给机构的设计考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈电路，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本车床的X，Y,Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节,直接采用f步进电机+一级减速齿轮+滚珠丝杆的传动方案.拆除原来的丝杆，增加少般的机他附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。本设计选用步进电机的型号为1IOBF(X)4,步进电机步距角选用'=°75,扭距是4.61Nm,电机脉冲当量：Sp=0.01nnstep2.3.28100MM的数控车床的设计要求进给伺服系统设计后性能的好坏将直接影响到整个系统的性能的好坏。也因此对进给伺服系统提出了设计设计要求：提高传动部件的刚度，减小传动部件的惯员：减小传动部件的间隙，并减小系统的摩擦阻力：高精度就是说何服系统的输出量能H现输入量的精确程度。稳定性好指系统在给定输入或受外界干扰作用下，能在短暂的调节后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。快速响应，无超调它是衡量伺服系统动态品质的重要指标，反映了系统的跟踪精度.低速大转矩机床加工的特点是在低速时进行切削。因此，要求伺服系统在低速时要有大的转矩输出。调速范用宽指机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。在数控机床中，由于加工用刀具、被加工材质及零件加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服系统具有足够宽的调速范围。2. 3.3导轨副的设计400MM的数控车床采用的是铸铁淬火钢滑动导轨，动、静摩擦系数相差较大，低速易出现爬行，平稔性和定位精度较低，能盘损失大。在数控设计中可采用在原导轨上粘贴聚四乙块软带涂层的方法，以减小摩擦系数，增加耐磨性，且具有良好的自润滑性和抗震性，该方法实现易、费用低。2.4微机系镰的硬件与软件设计控制系统设计的总体考虑：确定功能指标；明确硬、软件分工：重视接口设计：认真选择微机.2.4.1系统软件的设计本系统采用8031单片机对步进电机进行控制，使机床移动部件沿X、Y坐标方向移动，实现刀具与工件的相对运动，完成零件加工。软件系统由初始化模块、堆盘处理模块、1.ED显示模块、输入输出处理模块等组成。其中步进电机控制程序由软件实现脉冲分配（由803I单片机实现环形分配），通过改变8255相应端口的状态完成控制过程。2.4.2硬件系统设计本系统采用MCS-51系列单片机芯片8031为控制器，1片8kb的cprom2764作为程序存储器扩展芯片：数据存储器扩展芯片用1片8kb的ram6264:而选用1片可编程并行I/。接口芯片8255作为系统扩展的I/。门,对X、丫轴步进电机及主轴进行控制,通过箱盘的命令可使X、Y工作台联动，并可以灵活地输入切削程序和数据。用1片8155做为机床开关、刀架控制信号及主轴编码器反馈信号I/0口用：1片8279作为键就/显示器接口，识别键盘按键信号，对显示器自动扫描，完成键撇输入和ICd显示控制功能:采用741.s138做为统一地址译码器寻址,并用741.s343为地址锁存器,并由8031对各步进电机脉冲信号进行环形分配，如图1-3所示。图2-3数控系统硬件结构框图车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号对于加工中心及有自动换刀装罚.的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如徒柄刀具系统的标准代号为TSGJT,直柄刀具系统的标准代号为DSG-JZ.此外,对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。3.2设刀点和换刀点刀具完竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始,必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位践。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查:引起的加工误差小。对刀点可以设巴在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点''与"对刀点''的重合。所谓''刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铳刀是刀具轴线与刀具底面的交点:球头铳刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间,提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。3.3确定切削用数控编程时，编程人m必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中.切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用显。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。3.3.1确定主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为:n=10(X)v71D式中:丫一切削速度，单位为m/m动,由刀具的耐用度决定;n主轴转速，单位为rmin,D工件直径或刀具直径，单位为mm“计克的主轴转速n,最后要精度符直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁进玉定位机构选用端面齿就，将上刀体和卜.刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上F端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转：换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体拾起,等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。1、刀架拍起机构的设计要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-纲轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上卜移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面尚相互睹含，因为这时上刀体不能与螺杆起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动.当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一起转动。设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定的角度时，使得上刀梯与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。下图为自动回转刀架的传动机构示意图，详细的装配图在一号图纸上。4.1.2自动回转刀架的工作原理图4-1表示臼动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反界料6起若重要作用。当刀架处于锁索状态时，两销的情况如图A所示，此时反牯销6落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动翅杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开：与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖圆盘1通过圆柱钠与螺杆联接），当转过约1700时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销2的正上方，由于弹簌3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆盘1就通过圆柱销2使得上刀体4转动起来（此时端面尚已完全脱开）。上盖圆盘1、圆柱销2以及上刀体4在正转的过程中，反靠销6能够从反靠圆盘7中十字槽的左恻斜坡滑出，而不影响上刀体4寻找刀位时的正向转动。上刀体4带动诙铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘1通过圆柱销2带动上刀体4开始反转，反靠销6马上就会落入反靠圆盘7的十字槽内，至此，完成粗定位。此时，反靠销6从反靠圆楸7的卜字梢内爬不上来，于是上刀体4停止转动，开始下降，而上盖圆盘1维续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱料2的头部压入上刀体4的销空内，之后，上盖圆盘1是下表面开始与圆柱销2的头部滑动。再次期间，上、下刀体的端面齿逐渐啮合，实现精定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过程结束。由于期杆副具有自锁功能，所以刀架可以稳定地工作。期杆-蜗轮减速植连接图41自动回转刀架的换刀潦程上ISM)点转动方向上长冏盆转动方向上IS(H盘转动方向上it冏盆转M方向1.-±½Ra2-18柱优3-邦研4-上刀体5-圆柱饰-*ffi7-反，Infi1.4.2主要传动部件的设计4.2.1 纲杆副的设计计算自动回转刀架的动力源是三相异步电动机.其中蝴杆与电动机直联，刀架转位时期轮与上刀体直联.已知电动机额定功率p90W”，额定转速80rmin,上刀体设计转速nj=40rInin,蜗杆副的传动比包-37.刀架从转位到锁紧时，需要蜗杆反向，工作我荷不均匀，启动时冲击较大，今要求蜗杆副的使用寿命1.jI-I()000h0(1)蜗杆的选型GB/T100851988推荐采用渐开线蜗杆和锥面包络蜗杆。本设计采用结构简单，制造方便的渐开线型圆柱蜗杆。(2)蜗杆副的材料刀架中的蜗杆副传动的功率不大，但期杆转速干，一次，蜗杆的材料选用45钢，其螺旋齿面要淬火，硬度为4555HRC,以提高其表面耐磨行；蜗轮的转速较低，其材料主要考虑耐磨性，选用铸锡磷吉胴ZCUSn1.OP1,采用金届模制造.(3)按齿面接触疲劳强度进行设计刀架中的蜗杆副采用闭式传动，多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，进行载荷计算时，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。按蜗轮接触疲劳强度条件设计计算的公式aNM福尸(4-1)式中a期杆副的传动中心距，单位mm：-载荷系数；一一作用在蜗轮上的转矩,单位Mmm:一一弹性影响系数ZE：一一许用接触应力，单位为MPa。从式4-1獴出蜗杆副的中心距a之后，根据已知的传动比i=35,查表选择个合适的中心版a值，以及相应的期杆，靖轮参数。1）确定作用在期轮上的转矩，设蜗杆头数=1，蜗杆副的传动效率n=08,由电动机的额定功率=90k可以算出期轮传动的功率=n，再由蜗轮的转速=40rmin求得作用在蜗轮上的转矩09.55三>-9.5*25.47Nm=22923Nmm2）确定载荷系数K我荷系数K=KAKBK。其中KA为使用系数.有表6-3查得，由于工作载荷不均匀，启动时冲击较大，因此取KA=1.15：为齿向分布系数，因工作载荷在启动和停止时有变化，故取KB=1.15：为动我系数，由于转数不高。冲击不大，可取K=I.05。则我荷系数K=KAKBK心1.39使用系数KA工作类型IIIIII载荷性质均匀，无冲击不均匀，小冲击不均匀,大冲击每小时起动次数<2525-50>50起动我荷小较大大KA11.151.23）确定弹性影响系数ZE,铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配时，从有关手册杳的弹性影响系数ZE=160Mpa1.&4）确定接触系数先假设期杆分度圆直径d1.和传动中心距a的比值d1.a=0.35o查表的ZP=2.9IHMHR蜗轮的基本许用接触应力。:IH'（MPa）蜗轮材料铸造方法期杆螺旋面的硬度45HRC>45HRC铸锡璘声铜ZCuSnIOP1.砂模铸造150180金属模铸造220268铸锡锌铅青铜ZCUSn5Pb5Zn5砂模铸造113135金属模铸造1281405）确定许用接触应力OJ根据期轮材料为铸锡磷青铜ZCUSnK）PI金属模制造蜗杆螺旋齿面帔度大了45HRC可查表的蜗轮的基本许用应力Oh=268MPa已知蜗杆为单头，的轮每转一转时每个轮齿啮合的次数户1：蜗轮转数n3Y0rmin:蜗杆副的使用寿命1.100OOh,.则应力循环次数：N=60jn21.h=2.4X107寿命系数：KHN=0.693许用接触应力：o=KHN×Oh=186MPa6）计算中心距将以上各参数带入47,求得中心距：a=47.1mm查表取a=63,已知期杆头数=1,设模数m=1.6mm,得纲杆分度圆宜径d1.=28三o这时d1.a=0.59.查表得接触系数=2.35。因为Z；较大，所以上述计算结果可用.（4）期杆和纲轮的主要参数与几何尺寸由蜗杆和期轮的基本尺寸和主要参数，算的蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸后，即可绘制蜗杆副的工作图.1）蝴杆的参数与尺寸头数J=1.模数1.6间，轴向齿胡卯：兀m=50270m轴向齿厚s.=0.511n=2.514mm,分度圆直径d28,直径系数*d1m=1.7.5,分度回导程角Y=IanT壬3"6'1。q取齿顶高系数h=1.,径向间隙系数c=0.2,则齿顶圆直径%=ds+2h1m=31.2mm,齿根圆直径df尸i1-2m(h+c)=24.3Idmm.2)蝎轮参数与尺寸齿数0=60,模数m=1.6mm,分度例直径为d2=m¾=96<nm.变位系数%=a-(dx+d3)2m=0.6,期轮喉圆直径为daH4+2m(h+x)=101.12三.期轮齿根网直径<M-2m(hr,+c)=94.08三,蜗轮咽喉母圆半径i=a-d2=12.Mmm。(5)校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度即检验下式是否成立：3,YFqYB9J由蜗杆头数ZI，传动比i=35,可以计算出期轮齿数2-iz,=35则蜗轮的当量齿数：Jn7根据蜗轮变位系数x,=06和当量齿数zv,=3517,查表的齿形系数Yz=208螺旋角影响系数Ya=1.-=O.97714C根据期轮的材料和制造方法，查表得期轮基本许用弯曲应力：0f=56VPa蜗轮的寿命系数：“肾.702蜴轮的许用弯曲应力：J-39.3MPa将数据带入得:(0?为2S.33MPa可见，0JOJ'，蜗轮齿根的弯曲强度满足要求。蜗轮的基本许用弯曲应力（MPa）蜗轮材料佛造方法单IW工作<r,双侧工作Ub'铸锡青铜ZCuSn1.OP1.砂模铸造4029金属模铸造5640铸锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5Zn5砂模铸造2622金属模铸造3226铸铝铁青铜ZCuA1.10Fc3砂模铸造8057金双模铸造9064灰铸铁rri50砂模铸造1028i112oo砂模储造48344.2螺杆的设计计算（I）螺矩的确定刀架转位时，要求螺杆在转动约的情况下，上刀体的端面齿与下刀体的端面齿完全脱离：在锁紧的时候，要求上下端面的啮合深度达211o.因此，螺杆的螺距P应满足P>2.4mm,今取螺杆的螺距P=611m°<2）确定其他参数采用单头梯形螺杆，头数n=1.,牙侧角=150,外螺纹大径=50an.牙顶间隙=0.511m,基本牙型高度=0.5P=3mm,外螺纹牙高=3.5mm,夕卜螺纹中径=47m,外螺纹小径=43mm,螺杆螺纹部分长度H=50三°<3）自锁性能校核螺杆-螺母材料均用45钢,查表取摩擦系数f-0.11:再求得梯形螺旋副的当地摩擦角：ta116.50而螺纹开角：三tan-=2.33小于当量摩擦角。因此满足自锁条件。第5章数控硬件电路设计数控系统通过对输入的加工程序进行数据处理和运算后，输出控制信号，控制主轴、进给轴和其他辅助装置正确、及时和可靠地执行加工程序所规定的任务，同时接受从机床反馈来的各种信息，对机床控制进行调整。任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成，在处理信息方面，软件和硬件对要完成的任务是等价的，硬件处理速度快，线路复杂，软件设计显活，适应性强，但速度较慢。随着高性能微处理器的诞生，现代数控已越来越帧向于软件控制。数控系统最核心的控制是位置控制，最重要的运算是插补运算，最主要的数据处理是刀具补偿。位置控制的实质就是位置负反馈，即指令位置和实际位置进行比较，用位置偏差进行控制：插补运鸵就是根据加工程序所确定的坐标点，通过一定的运.算法则实时获得位置指令：刀具补偿就是要解决编程轨迹和刀具中心不相符的矛盾。5.1 .件电踣设计5.1.1 数控系统的硬件结构数控系统根据其使用单片机结构的划分，一般可分为单微处理落和多微处理器结构两大类。单微处理器数控系统由于结构简单，价格便宜，在些标准型数控系统中应用广泛。多微处理器数控系统可以满足当今数控机床高速度、高精度和许多豆杂功能的要求，代表当今数控发展的水平。根据设计任务要求，本设计将采用较经济的单微处理器数控结构，对于一殷切削加工而言，其速度和精度已能满足实际要求。数控机床单微处理器硬件结构电路概括起来有以下几个部分组成：（I）中央处理单元CPU；< 2）总线,包括数据总线、地址总线和控制总线：< 3）存储器，包括只读可编程存储器和随机读写存储涔：< 4）输入输出接口电路：< 5）外围设备.如键盘、显示器及光电编码器等。5.1.2 数控系统硬件电路的功能根据设计要求，确定数控系统应具有以下功能：读取键盘输入数据：读取操作面板开关及按钮信号：读取螺纹/光电编码器信号：读取电动刀架刀位信号：接受车床行程开关信号；控制1.ED显示：控制电动刀架自动选刀：控制纵向、横向电动机驱动；控制主轴正转、反转与停止；(10)控制交流变领器：(II)控制冷却泵启停：(12)可与PC进行串行通信。本次设计在采用8031作为主控芯片,采用两片2764程序存储器之外还扩展f一片6264数据存储器,用一片741.S373锁存PO口传递低8位地址,地址译码采用741.S138C38译码器:采用全地址码,采用二个8155芯片.完成对执行元件的控制。此外,还设有越界报警急停处理电路.5.2 关于各线路元件之间连接8031芯片的P11和PJH来传送外部存储器的地址和数据，P1口送的是8位地址,P0口传送低八位地址和数据,故采用741.S373地址锁存器,锁存低八位地址,A1.E作为首选通信号.当A1.E为总电位.锁存:器的输入输出速度.即输入的低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当A1.E从高电平变为低电平.出现卜降沿时.低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当ACE这样POD共组成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需耍13根地址线，AkA,低8位安741.373芯片的输出.AA”按8031芯片的P,nP“系统采用全地址译码,两片2764新片选信号CE分别按741.SI38译码器的£；和匕，系统豆位以后程序从Oo(X)H开始执行,6264芯片的片选信号CE地址按74IS138的月单片机的扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址,8031芯片控制信号PSEN按2764的OE引脚,读写控制信号WR和RD分别按6264芯片内部沿有ROM.始终要选片外程序存储器,故按EA地址由于8031只仃P口和匕口的部分能提供用户作I/O接口使用,不能满足输入输出口的需要网此比喻扩展输入输出扩展电路.系统扩展3片8155可编程I/O接口芯片,8155(1)的片选信号正按741.SI38的匕端7415138译码器有3个输入ABC分别按8031的P”P?-P1.t8个输出,低电平有效工工对应输出ABCDE()00至I1.1.8种现介.其中对应ABC为111.741.SI38有3个使能端.其中2个为低电平使能端.另一个为高电平使能端.只有当使能端均处于有效电平是.输出才能产生,否则输出才能处在高电平无效.I/O接口芯片与外设的联接是这样安排的.8155芯片PA0PA,作为显示渊段选信号，输出PA-P为显示涔的位选信号.输出PC0-PC45根线是键盘输入.8155芯片的20个引脚按8031芯片的P2.0,因此使用8155的I/O时P2.0为高电平.8155(2),按XZ向直潦电机硬件环形分配器为输出,系统各芯片采用全地址译码,各存储器及I/O接口芯片.X向Z向直流电机硬件环形分配器采用YBOI53-2相5相10拍方式工作,故4A1均按+5V.时钟输入端CP按8155芯片的T1.MEOo7用以决定脉冲分配器是如脉冲的频率,为实现插补时不同的进给的速度,可给8155芯片定时/计数器中设置不同的常数.53关于电路原理图的一蛙说明在此电路图中，还有其他功能电路，如报警电路,急停电路，纪位电路,隔离电路,功效电路等,此外还有对自动回转刀架,螺纹加工进行控制.I、复位电路通常8031的匆位有自动身位,和人工按钮夏位两种,下面将分别显示电路结构（八）（八）上电更位