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1、畢業(yè)論文畢業(yè)論文論文題目：論文題目： 數(shù)控銑床進給系統(tǒng)設計數(shù)控銑床進給系統(tǒng)設計 學學 院：院： 年年 級：級： 專專 業(yè)：業(yè)： 姓姓 名：名： 學學 號：號： 指導教師：指導教師： 2011 年年 5 月月 25 日日I摘要 本設計主要完成 XK50225 數(shù)控銑床的是銑床的進給系統(tǒng)設計，它主要是由 X 方向和 Y 方向的進給系統(tǒng)設計，在經過認真的分析后，確定了該方案，然后依據有關參數(shù)設計了 X，Y 向的進給?？刂葡到y(tǒng)的 CPU 采用凌陽單片機，顯示器采用了液晶顯示器，使用絲杠副實現(xiàn) XY 向的進給，通過進行經濟分析后，產品設計合理。關鍵詞數(shù)控銑床；絲杠；工作臺IIAbstractThe de
2、sign of NC milling machine XK5025 mainly concerns the design of feed system. The movement system is composed of movement of directions marked X and Y. After careful analysis this program was fixed. Then the movement of the X and Y directions is designed according to related parameter. As to the CPU
3、of control system, it uses the ling yang one-chip computer. Display uses LCD. Vice to achieve the use of screw feed to the XY, through economic analysis, this design is reasonable.KeywordsNC milling machine; leading screw; working stagIII目錄摘要 .IABSTRACT .II第一章 緒 論.11.1 數(shù)控銑床的發(fā)展前景.11.2 課題提出的意義.2第二章 總體
4、設計方案.32.1 設計參數(shù).32.2 總方案的確定.3第三章 步進電機的選擇.53.1 縱向、橫向進給方向的步進電機的選擇.53.1.1 步進電機步距角的確定.53.1.2 電機最大靜態(tài)扭矩的確定.53.2 安裝尺寸：.6第四章 聯(lián)軸器設計.74.1 聯(lián)軸器的種類和特性.74.2 聯(lián)軸器的選擇.74.3 鍵的校核.8第五章 滾珠絲杠的設計.95.1 滾珠絲杠的工作原理.95.2 滾珠絲杠的結構類型.105.2.1 滾珠循環(huán)方式：.105.2.2 軸向間隙的調整和預緊方法：.105.2.3 滾珠絲杠的安裝：.105.2.4 材料的選擇：.115.3 滾珠絲杠副的承載能力及其選用.115.3.1
5、 縱向進給滾珠絲杠副的承載能力及其選用.115.3.2 橫向水平進給滾珠絲杠副的承載能力及其選用.145.4 滾珠絲杠的防護.16第六章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設計.176.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件組成.176.2 步進電機的控制.176.2.1 步進電機的工作原理.176.2.2 步進電機的控制.186.3 譯碼法尋址.18IV6.4 鍵盤顯示器接口.186.5 程序存儲器（EEPROM）芯片 .186.6 數(shù)據存儲器（RAM）芯片：.196.7 程序流程圖.19總結.21參考文獻.22附錄一.23附錄二.30致謝.33數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 1第一章 緒 論1.1 數(shù)控銑床的發(fā)展前景市場的開放性和
6、全球化，促使機床產品的競爭日趨激烈，而決定機床產品競爭力的指標是產品的開發(fā)時間（Time） 、產品質量（Quality） 、成本（Cost） 、創(chuàng)新能力(Creation）和服務（Service） 。用戶在追求高質量產品的同時，會更多地追求低的價格和短的交貨期。這就要求企業(yè)改變過去傳統(tǒng)的設計、生產和管理模式，最大限度地利用虛擬設計手段，以提高產品的質量和性能，降低成本，并努力縮短交貨期，同時還需要快速響應市場和用戶的變化，利用有利時機快速搶占市場。美國制造業(yè)在 50至 60 年代主要以擴大生產規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在 70 年代競爭力的第一要素為降低生產成本，80 年代為提高產品質量
7、，90 年代為市場響應速度。所以現(xiàn)代每個企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，采用先進的設計技術和手段，以加快設計速度，提高設計質量，增強競爭力。機床總體方案虛擬設計技術就是為適應這種形勢的變化而提出來的。 我國世界上機床產量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內市場也面臨著嚴峻的形勢，一方面國內市場對各類機床產品特別是數(shù)控機床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產機床滯銷積壓，國外機床產品充斥市場。90 年國外數(shù)控機床在我國市場的占有率僅達 15%左右，而 95 年已達 77%。嚴重影響我國數(shù)控機床自主發(fā)展的勢頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經營上、產品制造質量上和促銷手段上等原因外，一
8、個主要的原因是我國生產的數(shù)控機床品種、性能和結構不夠先進，新產品(包括基型、變型和專用機床)的開發(fā)周期長，從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產品。為解決這樣的問題，必須對產品開發(fā)的整個過程綜合應用計算機技術，發(fā)展優(yōu)化和仿真技術，提高產品結構性能，并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設計、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產品虛擬開發(fā)環(huán)境，使用相應的產品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產品開發(fā)的落后局面，使企業(yè)取得良好的經濟效益。同時還有，設計人員操作的和開放的 CAD 應用軟件，這樣的軟件系統(tǒng)應采用特數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 2征建模技術、具有完備的圖庫結
9、構、面向產品對象的數(shù)據管理系統(tǒng)并與企業(yè)的管理、工藝、制造等建立交換信息的接口；同時軟件系統(tǒng)是一種開放環(huán)境，使設計人員可以根據自身產品設計的需要，對軟件系統(tǒng)方便地進行修改和補充開發(fā)，建立起本企業(yè)的應用軟件系統(tǒng)。對于機床的整體才用虛擬設計軟件，整機的總體方案設計是保證產品布局合理、性能全局最優(yōu)和成本合理的主要環(huán)節(jié)。但機床整機總體方案設計在傳統(tǒng)上往往依賴于人的 “智慧” ，隨意性很大，成為影響產品質量的關鍵因素，隨著 CAD 技術、計算技術和設計方法學的發(fā)展，以及市場競爭的需要， 必須發(fā)展既基于知識，又具有科學分析和預測功能的總體方案虛擬設計軟件。在設計完成后對與整體的優(yōu)化設計，主要從保證整機性能的
10、角度來研究機床總體結構的優(yōu)化。這里既有建模的算法問題，也有確定載荷和邊界條件的問題，更有設計人員直接參與應用和分析的問題。發(fā)展仿真技術在該領域的應用，使性能評價更直觀和全面，可以使設計人員的經驗和科學計算分析完美地結合在一起，以推進結構設計的創(chuàng)新發(fā)展。要解決長期困擾機械產品設計人員的方案設計完全依靠個別有經驗人員和整機結構性能優(yōu)化無從下手的問題，又要為廣大設計人員提供一個經過二次開發(fā)的 CAD 應用軟件的設計系統(tǒng)，還需做大量的研究開發(fā)工作。還需加大對并行工程、造型、可靠性、優(yōu)化設計、報價體系、評價體系和軟件一體化等方面的研究工作。1.2 課題提出的意義當今機床行業(yè)的計算機數(shù)控化已成為技術進步的
11、大趨勢。數(shù)控機床是電子信息技術和傳統(tǒng)機械加工技術結合的產物，它集現(xiàn)代精密機械、計算機、通訊、液壓氣動、光電等多學科技術為一體，具有高效率、高精度、高自動化和高柔性的特點，是當代機械制造業(yè)的主流裝備。數(shù)控機床大大提高了機械加工的性能（可以精確加工傳統(tǒng)機床無法處理的復雜零件） 。有效提高了加工質量和效率，實現(xiàn)了柔性自動化（相對于傳統(tǒng)技術基礎上的大批量生產的剛性自動化） ，并向智能化、集成化方向發(fā)展。在數(shù)控機床發(fā)展過程中，值得一提的是數(shù)控加工中心的出現(xiàn)。這是一種具有自動換刀裝置的數(shù)控機床，它能實現(xiàn)一次裝夾并進行多工序加工。這種機床在刀庫中裝有鉆頭、絲錐、鉸刀、鏜刀等刀具，通過程序指令自動選擇刀具，并
12、利用機械手將刀具裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝缷時間和換刀時間。數(shù)控加工中心現(xiàn)在已經成為數(shù)控機床中一個非常重要的品種，不僅有立式、臥式等鏜銑類加工中心用于箱體類零件的加工，還有車削加工中心用于回轉體零件加工以及磨削加工中心等。這些高性能、數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 3高精度、高自動化的數(shù)控機床就組成了完整的數(shù)控機床家族。第二章 總體設計方案方案設計主要是確定銑床工作臺的縱向和橫向進給的結構，傳動原理以及基本的運動動力參數(shù)。2.1 設計參數(shù)設計任務給出各項指標如下：1 加工對象：45 號鋼傳動2 工作臺行程：X400 Y3503 脈沖當量：0.0010.002mm2.2 總方案的確定由以上數(shù)據可
13、以看出，該鉆銑床為小型機床，且為立式。主要加工對象為普通 45號鋼，加工并不困難，精度要求也不是非常高。所需要的功率也不大。因此，工作臺的縱向和橫向的移動通過絲杠來實現(xiàn)，按滾珠的循環(huán)方式可分為 彎管式 回球器式 端蓋式。如圖 2-1圖 2-1 彎管式絲杠副彎管式絲杠副與絲母之間設有滾珠轉動溝道,滾珠對溝道產生軸向負載,滾珠在絲杠軸周圍做滾動運動之后,進入鑲在絲母內部的彎管口內,并沿彎管再次向負載區(qū)循環(huán),數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 4從而進行無限滾動運動。這種產品（如圖 2-2）是滾珠絲杠副中品種最豐富的普及型產品，可廣泛用于各種用途。圖 2-2 螺母絲杠副根據題目給出的要求，在工作臺控制滑動的是
14、才用的是 WL1 型有襯套的絲杠結構。數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 5第三章 步進電機的選擇3.1 縱向、橫向進給方向的步進電機的選擇3.1.1 步進電機步距角的確定根據 360360hh式中 步進電機步距角（度） 脈沖當量（mm） 滾珠絲杠螺距（mm）h因為=8 mm，（mm）h002. 0所以。09. 08002. 0360360h由于要滿足步進電機和工作臺的步距要求,因此采用聯(lián)軸器結構，來傳遞轉動。3.1.2 電機最大靜態(tài)扭矩的確定負載的最大扭矩 39.8102ZFG hM式中 F進給方向的切削力（N） ；G工件和工作臺的質量（kg） ；導軌摩擦系數(shù)；絲杠的傳動效率；絲杠螺距（mm） 。h由
15、以上計算可知高速鋼立銑的銑削圓周力最大，并且由專用機床NPZ28.2191設計與制造8表 7 可知，當逆銑時（取 1.2） ，所以2 . 11ZHPP（） ；G 取 200 kg；取 0.8；取 0.95；取 8 NPPZH28.21912 . 12 . 1HPF hmm。所以數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 6339.81022629.5369.8 0.8 2008 102 3.14 0.955.629ZFG hMN m 產品規(guī)格及性能所以步進電機轉矩取 11Nm。選擇 110BYG 系列步進電機：型號：110BYG5200C 相數(shù)：5 相 保持轉矩：11 N.m。3.2 安裝尺寸：步進電機的安裝尺
16、寸如圖 3-1圖 3-1 步進電動機安裝尺寸數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 7第四章 聯(lián)軸器設計4.1 聯(lián)軸器的種類和特性聯(lián)軸器的所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴格的對中，而是存在某種程度的相對位移，如圖 4-1 所示兩種相對位移等。這就要求設計聯(lián)軸器時，要從結構上采取各種不同的措施，使之具有適應一定范圍的相對位移能力。 軸向位移 徑向位移 圖 4-1 軸的相對位移根據聯(lián)軸器對各種相對位移有無補償能力（即能否在發(fā)生相對位移的條件下保持連接的功能） ，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無補償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補償能力）兩大類。4.2 聯(lián)軸器的選擇由于這里步進
17、電機和絲杠的軸在同一直線上具有很好的對中，有軸向位移。所以選用剛性聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器里套筒聯(lián)軸器能很好的滿足結構要求且結構相對簡單便于安裝，所以選用套筒聯(lián)軸器。自行設計聯(lián)軸器如圖 4-2 所示：圖 4-2 套筒聯(lián)軸器數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 84.3 鍵的校核套筒與絲杠連接是用普通圓頭平鍵。軸徑為 30mm，傳動轉矩為 44.8Nm,載荷穩(wěn)定。選擇鍵的類型：選 A 型普通平鍵。確定鍵的尺寸：查表可選鍵的尺寸為 bhl=10855 mm擠壓強度：按式（10-32） ，并取 ；，則工作42hKmmbLl451055表面的擠壓應力為： 32244.8 1016.59845 302pTMPakld ，
18、故聯(lián)結能滿足擠壓強度要求。MPaMPapp605092.22數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 9第五章 滾珠絲杠的設計5.1 滾珠絲杠的工作原理滾珠絲杠螺母機構是回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置。其工作原理如圖5-1 所示在絲杠和螺母上分別加工出圓弧形螺旋槽，這兩個圓弧槽合起來便形成了螺旋滾道，在滾道內裝入滾珠，迫使二者發(fā)生軸向相對位移，為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置，使?jié)L珠能返回絲杠螺母之間構成一個閉合回路。由于滾珠的存在，絲杠和螺母之間是滾動摩擦，僅在滾珠之間存在滑動摩擦。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑
19、動絲杠副相比驅動力矩達到 1/3 以下，即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。滾珠絲杠副是用制造機械設備連貫生產出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度和濕度進行了嚴格的控制,由于完善的品質管理體制使精度得以充分保證。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進給。滾珠絲杠副可以加壓，由于壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。滾珠絲杠副由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給(運動
20、)。圖 5-1 滾珠絲杠螺母工作原理圖數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 105.2 滾珠絲杠的結構類型 5.2.1 滾珠循環(huán)方式：滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸稱謂為外循環(huán)。本方案采用外循環(huán)方式的螺旋槽式。在螺母外圓上銑有回珠槽，兩個擋珠器分別位于回珠槽與螺母的螺旋滾道的聯(lián)接處，利用擋珠器一端修磨的圓弧引導滾珠離開螺旋滾道進入回珠槽，以及引導滾珠由回珠槽返回螺旋滾道，形成外循環(huán)回路。螺旋槽式滾珠循環(huán)回路轉折平緩，便于滾珠循環(huán)，同時結構簡單、加工方便，因此在數(shù)控機床中應用較為廣泛。5.2.2 軸向間隙的調整和預緊方法：滾珠絲杠螺母的軸向間隙調整和預緊方法的原理與普通絲杠螺母相同，即通過調整滾珠螺母的軸向
21、相對位置，使兩個螺母的滾珠分別壓向螺旋滾道的兩側面。本設計的間隙調整采用螺紋調隙式。一個滾珠螺母的外端有凸緣，而另一個外端沒有凸緣而設有螺紋。用雙螺母對雙滾珠螺母進行軸向位置的調整和固定。旋轉前螺母可使雙螺母產生軸向相對位移，達到調整軸向間隙的目的，而用后螺母進行鎖緊，這種方法結構簡單。調整方便，因此應用廣泛。缺點是調整量難以精確控制。5.2.3 滾珠絲杠的安裝：1 支承方式按照怎樣安排承受推力的軸承來分，有四種支承方式， a、雙推雙推；b、雙推支承 ；c、單推單推；d、雙推自由。本仿案采用 c、單推單推支承方式。數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要求獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母機構的正確安裝及其
22、支承，結構剛度也是不可忽視的因素，滾珠絲杠螺母機構安裝不正確以及支承剛度不足，會使?jié)L珠絲杠的使用壽命大大下降。絲杠的支承軸承采用滾珠絲杠專用軸承，這是一種特殊的向心推力球軸承，其接觸角增大到 60 度，增加了滾珠的數(shù)目并相對減少了滾珠直徑，使軸向剛度增大到普通向心推力球軸承的兩倍，該軸一般是成套出售，出廠時已調好預緊力，使用極為方便。數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 11絲杠兩端的軸承座孔與滾珠螺母座孔應保證嚴格的同軸度，同時要保證滾珠螺母與座孔的配合良好以及孔對端面的垂直度，保證軸承支座和螺母支座的整體剛度、局部剛度和接觸剛度等。本方案選用 T 類螺紋調整滾珠絲杠副。5.2.4 材料的選擇：滾珠絲杠
23、： GCr15 整體淬火 硬度 5860HRC滾珠螺母： GCr15 整體淬火 硬度 6062HRC外循環(huán)擋珠器：65Mn 整體淬火 硬度 56HRC5.3 滾珠絲杠副的承載能力及其選用5.3.1 縱向進給滾珠絲杠副的承載能力及其選用滾珠絲杠副的承載能力用額定動載荷（C）和額定靜載荷（）來表示，它的定oC義、計算和選用方法和滾動軸承基本相同。一般額定動載荷或額定靜載荷選用滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格；只有細廠而又承受壓縮載荷的滾珠絲杠副，才需要壓桿穩(wěn)定性的核算，對轉速高，支撐距離大的滾珠絲杠副，才做臨界轉速的核算；對精度要求高的滾珠絲杠副，才做剛度的核算。按額定動載荷選用額定動載荷 C 是指一批相同規(guī)
24、格的滾珠絲杠副，經過運轉一百萬轉（相當于在轉速 n=的條件下，運轉 500 小時）后，90%的滾珠絲杠副不產生疲勞剝傷min/33133r（或稱為點蝕，是滾珠絲杠副的主要失效形式）時的軸向載荷。不同規(guī)格的的滾珠絲杠副的額定載荷植見表 5.7-3542。實際應用中，由于預期的總運轉時間（壽命） 、轉速、載荷性質等與得到額定動載荷值的條件不同，必須根據已知條件，按式（5-1）折算成與之相當額定動載荷值，只要選用的滾珠絲杠副的額定動載荷值等于或大于由式（5-1）計算所得的 C 值，這些滾珠絲杠副就可以在給定的條件下和預期的壽命內安全地工作。hdHdnf f fCPkgff (5-1)數(shù)控立式銑床進給
25、系統(tǒng)設計 12式中 ，根據預期的壽命（） ，查壽命系數(shù)hf31)500(hhLf )(hLh選取按表15hL圖 5.7-89，取 15000h，。hL1 . 3hf表 5-1 滾珠絲杠的預期工作壽命hL機床類別工作壽命一般機床，組合機床數(shù)控機床，精密機床機床的移動機構和輔助機構 10000 15000 50008000 521.2ddff 載荷性質系數(shù)，按表選取，取；表 5-2 載荷系數(shù)df載荷性質df平穩(wěn)，輕微沖擊中等沖擊較大沖擊，振動 11.21.21.51.52.5表 5-3 硬度影響系數(shù)及HFHf硬度 HRC585552.55047.54540動載荷硬度影響系數(shù)靜載荷硬度影響系1.01
26、.01.111.111.331.401.561.671.922.12.42.653.854.5531.0HHff 動載荷影響系數(shù)，按表選取，??；nf轉速系數(shù)，根據已知的 n，可查圖 5.7-90, n 取 100r/min,所以31)3 .33(nfn=0.69;nf 當量軸向載荷(kgf), 取 500kgf。dPdP所以可得3.1 1.2 1.0 5000.692695.7hdHdnf f fCPfkgf按額定靜載荷選用額定靜載荷OC是指滾珠絲杠副在靜止狀態(tài)下，承載最大接觸應力的滾珠和滾道接數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 13觸面的塑性變形量之和滾珠直徑萬分之一時的軸向載荷。如果滾珠絲杠副的載荷
27、是靜載荷，或其轉速小于 10r/min,這時應按額定靜載荷選用，使其值符合下式的要求：oC,maxodHCf fPkgf (5-2)式中 521.4ddff 載荷性質系數(shù)，按表選取，??； ,53HHff 靜載荷影響系數(shù)，按表選取，取1. 0； maxP最大軸向載荷(kgf)，maxP取 1500(kgf)。所以可得： ,max1.4 1.0 15002100odHCf fPkgf臨界轉速cn （r/min）7210Ldfnspc式中 絲杠底徑（mm） ，=38.5；spdspd支撐方法有關的臨界轉速系數(shù)，見表 5-4，取 15.1；ff支承方式 Fm雙推雙推雙推支承 單推單推雙推自由21.91
28、5.19.73.420.310.25.11.3表 5-4 系數(shù) f 和 m絲杠支撐間距（mm） ，取 1000mm。LL所以可得72721015.1 38.51010005813.5 /minspcdnfLr轉速遠遠大于電機的最大轉速，所以合適。查8 型外循環(huán)螺紋調整預緊的帶套的雙螺母滾珠絲LW1數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 14杠副,表 5.7-37 得：6008 額定動載荷 3120kgf 額定動載荷 14600kgfLW1額定動載荷和額定靜載荷都符合要求。5.3.2 橫向水平進給滾珠絲杠副的承載能力及其選用滾珠絲杠副的承載能力用額定動載荷（C）和額定靜載荷（）來表示，它的定oC義、計算和選用
29、方法和滾動軸承基本相同。一般額定動載荷或額定靜載荷選用滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格；只有細廠而又承受壓縮載荷的滾珠絲杠副，才需要壓桿穩(wěn)定性的核算，對轉速高，支撐距離大的滾珠絲杠副，才做臨界轉速的核算；對精度要求高的滾珠絲杠副，才做剛度的核算。按額定動載荷選用 (5-3)(kgfPffffCdnhdh 13,5005515000 ,hhhhhLffhLh fhh 壽命系數(shù)，根據預期的壽命L其中L 按表選取，查圖5. 7-89，取=3. 1；表 5-5 滾珠絲杠的預期工作壽命hl機床類別工作壽命一般機床，組合機床數(shù)控機床，精密機床機床的移動機構和輔助機構 10000 15000 50008000 561.
30、2ddff 載荷性質系數(shù)，按表選取，取；表 5-6 df載荷性質df平穩(wěn)，輕微沖擊中等沖擊較大沖擊，振動 11.21.21.51.52.5 571.0HHff 動載荷影響系數(shù)，按表選取，??；轉速系數(shù)，根據已知的 n，可查圖 5.7-90, n 取 100r/min,nf313 .33nfn所以=0.69;nf數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 15 當量軸向載荷(kgf), 取 200kgf。dpdp所以可得3.1 1.2 1.02000.691078.26hdHdnf f fCPfkgf表 5-7 硬度影響系數(shù)及HfHf按額定靜載荷選用額定靜載荷是指滾珠絲杠副在靜止狀態(tài)下，承載最大接觸應力的滾珠和滾道
31、接oC觸面的塑性變形量之和滾珠直徑萬分之一時的軸向載荷。如果滾珠絲杠副的載荷是靜載荷，或其轉速小于 10r/min,這時應按額定靜載荷選用，使其值符合下式的要求：oC ,maxodHCf fPkgf (5-4)式中 561.2ddff 載荷性質系數(shù)，按表選取，??； ,57HHff 靜載荷影響系數(shù)，按表選取，取1. 0； 最大軸向載荷()kgf，取 250(kgf)。maxPmaxP所以可得：,max1.2 1.0250300odHCf fPkgf臨界轉速cn （r/min）7210Ldfnspc式中 絲杠底徑（mm） ，=49mm；spdspd硬度(HRC)585552.55047.54540
32、動載荷硬度影響系數(shù)靜載荷硬度影響系1.01.01.111.111.331.401.561.671.922.12.42.653.854.5數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 16f支撐方法有關的臨界轉速系數(shù)，見表 5-8，f取 15 .1；表 5-8 系數(shù) f 和 m支承方式 Fm雙推雙推雙推支承 單推單推雙推自由21.915.19.73.420.310.25.11.3絲杠支撐間距（mm） ，取1000mm 所以可得LL72721015.1 491010007399 /minspcdnfLr轉速遠遠大于電機的最大轉速，所以合適。查機床設計手冊8零件設計,型外循環(huán)螺紋調整預緊的帶套的雙螺母滾珠LW1絲杠副,
33、表 5.7-37 得：4000,額定動載荷 2480kgf 額定動載荷 9800 kgf，額定動載LW1荷和額定靜載荷都符合要求。5.4 滾珠絲杠的防護如果滾珠絲杠副在機床上外露，應采用封閉的防護罩，根據本機床的機構和經濟性要求，所以采用折疊套管防護罩。本絲杠副采用潤滑脂（如鋰基脂）充填在螺母內部及涂在絲杠螺紋滾道上。數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 17第六章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設計6.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件組成任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，其性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下幾個部分組成：（1）中
34、央處理單元 CPU。（2）總線。包括數(shù)據總線（DB） 、地址總線（AB）和控制總線（CB） 。（3）存貯器。包括可擦除存貯器（EEPROM）和隨機存貯器（RAM） 。（4）I/O 輸入/輸出接口電路。其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進行數(shù)據運算處理和控制各部分電路的協(xié)調工作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應用中所需的各種數(shù)據。I/O 接口是系統(tǒng)與外界進行信息交換的橋梁。總線則是 CPU 與存貯器、接口以及其它轉換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU 與部分電路進行信息交換和通訊的必由之路。由于 MCS51 系列單片機在我國數(shù)控車床控制方面應用較普遍，其配套芯片價廉普及性通用性強，制造和維修也較方便，因此市
35、場數(shù)據系統(tǒng)應用 MCS51 較多。但是隨著電子信息技術的飛躍發(fā)展，新型號的芯片的不斷問世，各種各樣的單片機也應聲而生。u，n sp 單片機是由凌陽公司推出的 16 位單片機，它的數(shù)據處理較強，集成度較高，而且有較大的存貯器空間，較快的處理速度，片內較多的 RAM 和FLASHROM 存貯器，有 D/A、A/D 接口和支持 DSP（數(shù)字信號處理）的指令，因此在這里不過多地擴展存貯器監(jiān)控程序和功能子程序的可擦除存貯器和調試程序用的隨機存貯器。數(shù)控系統(tǒng)也可以直接購買國內外較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產品做為數(shù)控裝置,如德國的西門子系列。6.2 步進電機的控制6.2.1 步進電機的工作原理步進電機是將電能轉化為
36、機械能電磁數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 18元件。定子上安排了六個磁極，相對兩個磁極上放置著同一相勵磁繞組，而轉子上沒有，只有四個凸極，a、b、c、d 組成，當 s1 接通，s2，s3 斷開，A 相建立磁場，轉子力求以磁路最大來取向，轉子齒與定子 A 相磁極對齊，即轉子 a、c 齒的軸線與定子A 相磁極軸線重合。當 s1，s3 斷開，s2 接通，轉子 b、d 齒的軸線與定子 B 相磁極軸線重合。依次類推 s1s2s3s1 循環(huán)接通，轉子以一定的布距角旋轉，改變輸入電流方向，實現(xiàn)反轉即 s1s3s2s。6.2.2 步進電機的控制步進電機是受脈沖信號控制的，脈沖信號的產生和分配由軟件編程來完成，而信號
37、的放大由放大電路來完成。由于強弱信號的原因，我們在放大電路前加上光電耦合電路，已防止電源串路。6.3 譯碼法尋址由于擴展的存貯器和其它外圍芯片的數(shù)量較多，常常采用譯碼法尋址，由譯碼器組成譯碼電路對系統(tǒng)的高位地址進行譯碼，譯碼電路將地址空間劃分若干塊，其輸出作為存貯器芯片的片選信號，分別選通各芯片。這樣既充分利用了存貯器空間，又避免了空間分散的缺點，還可以減少 I/O 口線。6.4 鍵盤顯示器接口鍵盤和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機對話的外圍設備，鍵盤可以完成程序數(shù)據的輸入，顯示器顯示計算機運行時的狀態(tài)數(shù)據。鍵盤接口電路，用 8279 作為并行接口使用。8279 的地址，數(shù)據線和凌陽單片機的接口直接
38、連接，由片選信號控制實現(xiàn)分時信息傳遞。6.5 程序存儲器（EEPROM）芯片由于數(shù)控機床在加工的時候要進行加工程序的監(jiān)控，所以數(shù)控系統(tǒng)需要有程序存儲器，放置監(jiān)控程序。本數(shù)控機床選用 EEPROM （容量為 8K） 。其外形圖如圖 7-1： 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 19圖 7-1 程序存儲器（EEPROM）芯片6.6 數(shù)據存儲器（RAM）芯片：由于數(shù)控機床在加工的時候要進行加工程序的調試，所以數(shù)控系統(tǒng)需要有隨機存儲器，放置調試程序。本數(shù)控機床選用靜態(tài) RAM6264（容量為 8K） 。其外形圖如圖7-2：圖 7-2 數(shù)據存儲器（RAM）芯片6.7 程序流程圖驅動橫向和縱向步進電機運轉的程序流程
39、圖如圖 7-3：數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 20圖 7-3 步進電機流程圖返回延時延時延時延時延時延時060506030303向電機啟動向電機啟動數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 21總結本學期的畢業(yè)設計就要結束，在過去的 3 個多月的學習中，在老師的帶領下，我系統(tǒng)的設計了 XK5025 數(shù)控銑床的進給系統(tǒng)的設計，對與絲杠副有了很深的了解，對于步進電機的選擇應用，有了一定的認識,在電路設計方面,水品有了很大的提高,自己的機械設計水品有了很大的提高，對自己的大學生活做了一個很好的結局。數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 22參考文獻1 濮良貴，紀名剛.機械設計M.北京.高等教育出版社.2001:100-3742 張
40、新義. 經濟型數(shù)控機床M. 北京.機械工業(yè)出版社.1993:1021-583 吳祖育. 數(shù)控機床M. 上海.上海科學技術出版社.1989:78-964 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機床使用操作技術M. 北京.國防工業(yè)出版社.20021:46-2545 李忠文. 實用電機控制電路M. 北京.化學工業(yè)出版社.2003:1321-766 李佳. 數(shù)控機床及應用M. 北京.清華大學出版社.2001:337-87 吉林工學院. 金屬切削機床設計（上冊）M. 上海.上?？茖W技術出版社.1979:1021-348 機床設計手冊編寫組. 機床設計手冊（2 零件設計，上冊）M. 北京.機械工業(yè)出版社.198020:46-
41、239 維邦. 金屬切削機床設計（上冊）M. 北京.機械工業(yè)出版社.1984:341-0310 承恩. 現(xiàn)代數(shù)控機床（上冊）M. 北京.機械工業(yè)出版社.19913:7-8811 蔡春源. 機械零件設計手冊（上冊）M. 北京.冶金出版社.19964:51-0412 蔡春源. 機械零件設計手冊（下冊）M. 北京.冶金出版社.19965:067-02數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 23附錄一輸入數(shù)據處理程序.defineP_IOA_Data 0 x7000 .defineP_IOA_Dir 0 x7002 .defineP_IOA_Attrib0 x7003 .defineP_IOB_Data 0 x70
42、05 .defineP_IOB_Dir 0 x7007 .defineP_IOB_Attrib0 x7008.ram .var KEY_BUF,K_IN_P,K_IN_C,K_IN_D.var KD00, KD01, KD02, KD03.var KDA0, KDA1, KDA2, KDA3.var KDB0, KDB1, KDB2, KDB3.var KDC0, KDC1, KDC2, KDC3.var KDD0, KDD1, KDD2, KDD3disp_buf:.dw 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00.CODEDISP_TABLE:.DW
43、0 x003F,0 x0006,0 x005B,0 x004F,0 x0066,0 x006D,0 x007D,0 x0007,0 x007F,0 x006F.DW 0 x0077,0 x007C,0 x0039,0 x005E,0 x0079,0 x0071,0 x0073.public _main_main: R1=0XFFFF/P_IOA_Dir = R1;/ Set port IOA outputP_IOA_Attrib = R1;/ R1 = 0 xF0F0;/ 設置 PORTB D15-D12 為鍵盤掃描 OUTP_IOB_Dir =R1;/ 設置 PORTB D11-D8 為鍵盤
44、掃描 INP_IOB_Attrib=R1 R1 = 0 x00FFP_IOB_Data=R1 / 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 24R1=0X0000R3=24R4=KEY_BUF/CLRR0: R4=R1 R4+=1 R3-=1 CMP R3,0 JNE CLRR0mainloop: call F_disp_PIOA call F_ksc_PIOB call F_ksc_CLP jmp mainloop/鍵值處理/F_ksc_CLP:R1=KEY_BUFCMP R1,0JE KDAECMP R1,11JB K_DATAR2=0K_IN_C=R2CMP R1,11JNE K_GN2R2=KDA0K
45、_IN_P=R2R2=1K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_DATA:數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 25R3=K_IN_DCMP R3,0JE KDAER2=K_IN_PR1-=1R2=R1R2+=1K_IN_P=R2R2=K_IN_CR2+=1K_IN_C=R2CMP R2,4JNE KDAER2=0K_IN_C=R2R2=K_IN_PR2-=4K_IN_P=R2KDAE:R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GN2:CMP R1,12JNE K_GN3R2=KDB0K_IN_P=R2R2=2K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GN3:數(shù)控立式銑床進
46、給系統(tǒng)設計 26CMP R1,13JNE K_GN4R2=KDC0K_IN_P=R2R2=3K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GN4:CMP R1,14JNE K_GNAKR2=KDD0K_IN_P=R2R2=4K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GNAK:CMP R1,15JNE K_GNNKR2=KDD0K_IN_P=R2R2=0K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GNNK:R2=0K_IN_P=R2數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 27K_IN_C=R2K_IN_D=R2KEY_BUF=R2RETF/ 顯示子程序/F_disp_
47、PIOA: R2=K_IN_D R2=R2 LSL 2 R2+=4R1=0 x0800AA0:R5=DISP_TABLER5+=R2 R1+= R5 P_IOA_Data=R1 R1-= R5R2+=1R1= R1 LSL 1CALL DELAY CMP R1,0 x8000 JB AA0 R1=0 x0800 RETF; DELAY: R4=0 x0000DL1:R4+=1CMP R4,0 x01JBE DL1RETF/ 按鍵管理 / F_ksc_PIOB: call KSC_ALL數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 28cmp R2,0JE Kendcall F_disp_PIOAcall KSC_
48、ALLcmp R2,0JE KendR4 = 0X7FFF;KK1: P_IOB_Data=R4; R2 = P_IOB_Data; R2|=0 xF0FFR5=R2R2+=1 JCS Ksc1R2=R5 R2 =0 xFFFFR2=R2 LSL 4R5=0LLP1:R2=R2 LSL 1R5+=1CMP R2,0 x0000JNE LLP1 R5=R5 LSL 2R2=R4R2=0 xFFFFLLP2:R2=R2 LSL 1R5+=1CMP R2,0X0000JNE LLP2R5-=4KEY_BUF=R5Ksc1:數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 29R4=R4 LSR 1R4|=0X8000CMP
49、 R4,0XF7FFJNAE KK1Ksc2:call KSC_ALLcmp R2,0JnE Ksc2Kend: RETFKSC_ALL:R2 = 0X0FFFP_IOB_Data=R2;R2 = P_IOB_Data;R2|=0 xF0FFR2+=1RETFEND數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 30附錄二調頻脈沖輸出程序，在 P_IOA0 輸出調頻脈沖信號 .defineP_IOA_DATA0 x7000 .defineP_IOA_DIR0 x7002 .defineP_IOA_ATTRI0 x7003 .defineP_IOB_DATA 0 x7005 .defineP_IOB_DIR 0 x7
50、007 .defineP_IOB_ATTRI0 x7008.define P_TimerA_Ctrl0 x700b.define P_TimerA_Data 0 x700a.defineP_INT_Ctrl 0 x7010 .defineP_INT_Clear0 x7011 .defineT_DATA(0 xffff - 0 x1FE0) .CODE/主程序.public _main_main: INT OFFR1 = 0 x00FFP_IOA_DIR =R1 P_IOA_ATTRI=R1R1 = 0 xFFFFP_IOA_DATA=R1R1 = 0 x0005P_TimerA_Ctrl =
51、R1;R1 = T_DATAP_TimerA_Data = R1R1 = 0 x1000;P_INT_Ctrl = R1/ 設置 IRQ1_TM 中 斷數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 31INT IRQ/ 開中斷R2=0 xffb6R3=0 x0000Main_lop:Jmp Main_lop Key: R1=P_IOA_DATAR1|=0 x00ffR1=0 xffff R1=R1 LSR 3R1+=1/CMP R3,0/周期不變的調寬脈沖時間設置/JE LOW_TIMER4= 0 xffff R4-=R1R1=R4retfLOW_TIME:R4=0 x2000R4-=R1R1=R4R4= 0 x
52、ffff R4-=R1R1=R4retf.TEXT.PUBLIC _IRQ1 /中斷子程序_IRQ1:Call Key/輸入設置時間 P_TimerA_Data = R1 cmp R3 ,0數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 32je cplp r4=0 xffb6P_IOA_DATA=r4R3 = 0R4 = 0 x1000P_INT_Clear = R4reticplp:R3=1 R4=0 xffffP_IOA_DATA=R4R4 = 0 x1000P_INT_Clear = R4 /清中斷標識位reti /中斷返回END數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設計 33致謝感謝我的學院給我提供的物質上和精神上的幫助和支持。感謝所有在我的畢業(yè)設計過程中予我?guī)椭椭С值耐瑢W、家人和朋友。
畢業(yè)設計（論文）數(shù)控銑床進給系統(tǒng)設計
