毕业设计（论文）-C6136型经济型数控改造(横向)（全套图纸）

毕毕 业业 设设 计计 题题目：目：C6136 型经济型数控改造型经济型数控改造(横向横向) 全套全套 CAD 图纸图纸， ，联联系系 153893706 设设 计计 人：人： 指指导导教教师师： ： 所属系部：所属系部：成人教育学院成人教育学院 专业专业班班级级： ：机机电电 041 2011 年 11 月 太原科技大学毕业设计 2 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书 成人教育学院 机电工程专业 2004 级 041 班 教研室主任批准（签字） 年 月 日 学院院长批 准（签字） 年 月 日 设计人（作者） 杨瑞杰 同组人 I. 设计（论文）题目： C6136 型经济型数控改造(横向) II. 原始参数（材料）： C6136 型卧式车床说明书 机床数控技术 III. 毕业设计的目的要求 设计依据及主要技术指标设计依据及主要技术指标： 设计依据： 在 C6136 原有车床基础上进行数控化改造，主要是滚珠丝杠副、步进电动机、数控系统的选 择设计。 1） 根据切削力大小计算滚珠丝杠副应承受的最大动载荷，从而选择滚珠丝杠副； 2） 由减速齿轮 Z1、Z2 及滚珠丝杠的转动惯量，求得步进电动机的转动惯量、转矩，据此选 择步进电动机； 3） 依据机床的受控动作，设计数控系统，将机械行动的进给和手动控制的刀架转位改成由单 片机控制的自动进给和刀架的自动转位，实现自动加工。 主要技术参数： 1） 开环控制，两轴联动； 2） 纵向脉冲当量 0.01mm/脉冲，横向脉冲当量 0.005mm/脉冲； 3） ISO 国际数控标准格式代码编程； 4） 故障自诊断功能，能与 PC 机通信。 太原科技大学毕业设计 3 IV.设计基本要求设计基本要求： （包括：技术要求、工作要求、图纸要求、写作要求等） 工作要求： 1） 车床 X、Z 坐标机械伺服机构的设计计算及装配图； 2） 数控系统框图及硬件接线图的绘制； 3） 环形分配子程序和直线插补子程序的框图设计与程序编写。 图纸要求： 三张以上 A0 纸，表达清楚，无明显结构错误，打印。 写作要求： 设计说明书要求叙述清楚，打印。 V.重点研究和解决的问题或指定的专题重点研究和解决的问题或指定的专题： 1） 滚珠丝杠副、步进电动机的选择计算； 2） 机床导轨的贴塑处理； 3） 数控系统硬件原理图的设计； 4） 环形分配子程序程序编写； VI.应搜集的资料数据及参考文献应搜集的资料数据及参考文献： 资料： 5） 数控机床的发展概述； 6） C6136 卧式车床的技术参数； 7） 滚珠丝杠副、步进电动机的技术参数； 8） 部分芯片的使用资料； 参考文献： 1C6136 型卧式车床说明书 2毕毓杰主编， 机床数控技术南京机械高等专科学校；机械工业出版社， 3赵长德；微机原理与接口技术；北京：中国科学技术出版社；1990.9 4朱泗芳主编， 工程制图第三版，高等教育出版社，2000 年 5 月 5张久成主编， 机械设计课程设计 （修订版） ，陕西职业技术学院，机械工业出版社， 1995 年 1 月 6机械设计手册编写组编， 机床设计手册 2 ，机械工业出版社，1980 年 8 月 7机械设计手册编写组编， 机床设计手册 3 ，机械工业出，1986 年 12 月 8东北大学机械零件设计手册编写组编， 机床零件设计手册第三版，冶金工业出版社， 1994 年 5 月 太原科技大学毕业设计 4 9华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编， 机床设计图册 ，上海科学技术出 版社，1979 年 6 月 10雷晓玲主编， 综合作业指导书 ，机械工业出版社，2000 年 11 月 11石光源、周积义、彭福荫主编， 机械制图第三版，高等教育出版社，1988 年 4 月 VII.设计完成时应提交的文件设计完成时应提交的文件： 进度计划安排进度计划安排： 各阶段内容名称起止日期 时间比 例 （%） 1 毕业实习资料收集06.10.2010.25 2 总体方案设计06.10.2511.1 3 文献资料收集06.11.0311.6 4 设计计算06.11.711.22 5 图纸绘制06.11.2212.08 6 编写设计说明书06.12.0812.15 7 检查、打印06.12.1512.17 8 9 10 太原科技大学毕业设计 5 VIII.完成工作内容： 1.学生应交的设计(论文)文件： 1.设计说明书 _2 设计图纸 _ _ 2. 工作要求：字数： 图纸： 发任务日期：2006 年 月 日 完成日期：2006 年 月 日 设计（论文）指导人（签名） 设计人、作者 （签名） 杨瑞杰 附注： 本设计论文任务书填写一式两份。一份由指导人送系保存。一份由学生附入设计论文说明书 内。 太原科技大学毕业设计 6 序序 言言 经济型数控是我国 80 年代科技发展的产物。这种数控系统由于功能适宜，价格便 宜，用它来改造车床，投资少、见效快，成为我国“七五” 、 “八五”重点推广的新技 术之一。 十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品 不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更 稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活 力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好 途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是 80 年代末期改造的设备，由于种种原因 闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问 题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。 毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训 练的重要环节。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本 专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计说明书不 只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。 本说明书分为概述、设计内容、总结三部分，分别介绍了此次设计任务将普通卧 式车床（C6136）改造为经济型数控车床；有关经济型数控车床改造总体方案确定及框 图、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、数控系统硬件电路的设计、加工程序编 制；主要是对本次毕业设计的心得。 本书在编写过程中，得到了指导老师和各位老师及同学的大力支持和热心帮助， 在此表示谢意 由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正。 太原科技大学毕业设计 7 目目 录录 第第一一章章 概概述述 1设计目的 -8 2设计任务 -9 第第二二章章 设设计计内内容容 1总体方案确定及框图 -10 2机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核-12 3C6136经济型数控车床数控系统硬件电路的设计-27 4数控机床加工程序编制 -29 第第三三章章 总总结结 1 设计体会 -32 2|、 参考书目 -33 太原科技大学毕业设计 8 第一章第一章 概概 述述 1.设计目的设计目的 通过毕业设计，学习了系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本 领，巩固和加深时所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识，使 认识提高到一个新的水平，通过毕业设计的实践，培养了调查研究的习惯和工作能力， 练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择设计计算公式，正确计算， 并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果，通过毕业设计，不但提高了解决具体问 题的独立工作能力，具体动脑动手能力，而且建立了正确的设计和科研思想，加强了 科学性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。 2.设计任务：设计任务： (1)(1) 要求： 将 C6136 车床改造成用 MCS51 系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自 动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分 辨率纵向：0.01mm. 横向：0.005mm (2) 设计参数： 最大加工直径： 在床面上： 360mm 在床鞍上： 200mm 最大加工长度：1000mm 快进速度： 纵向：2.0m/min 横向：1.0m/min 最大进给速度： 纵向： 0.5m/min 太原科技大学毕业设计 9 横向： 0.25m/min 代码制：ISO 脉冲分配方式：逐点比较法 输入方式：增量值，绝对值通用。 控制坐标数：2 最小指令值： 纵向： 0.01mm/step 横向： 0.005mm/step 刀具补偿量：099.99mm 进给传动链间隙补偿量： 纵向： 0.15mm 横向： 0.075mm 自动升降速性能： 有 (3)工作量： 机床改造总图； 进给伺服系统一个坐标轴（纵向或横向）的机械装配图： 单片机控制系统电路原理图； 设计计算说明书。 控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图 机械部分设计计算及结构设计说明 硬件电路部分设计说明 加工程序控制及说明 太原科技大学毕业设计 10 第二章第二章 设设 计计 内内 容容 1.总体方案的确定及框图总体方案的确定及框图 (1)、总体方案的确定 系统的运动方式与伺服系统的选择 由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆和逆圆插补、暂停、 循环加工公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机 床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。 计算机系统 根据机床要求，采用 8 位微机。由于 MCS51 系列单片机具有集成度高，可靠性 好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点，决定采用 MCS51 系列 的 8031 单片机扩展系统。 控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O 接口及光隔离电路、步进电机功率放大 电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示 加工数据及机床状态等信息。 机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆。为了保证一 定的传动精度跟平稳性，尽量减少摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。同时，为了提高传 动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 太原科技大学毕业设计 11 (2)、设计方案 系统运动方式的确定 数按系统运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统 伺服系统的选择 伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。 开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向送的。 指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。开环系统主要由步进电机驱动。 闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量， 能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或位流伺服 电机驱动。 半闭环控制系统与闭环系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件 出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开 环系统和闭环系统之间。 执行机构传动方式的确定 为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低 摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求。在设计中应考虑以下 几点： 尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴 塑导轨等。 尽量肖除传动间隙。例如采用隙齿轮等。 提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用 预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。 计算机的选择 微机数控系统由 CPU、存储器扩展电路、I/O 接口电路、伺服电机驱动电路、检测 电路等几部分组成。 (3)绘制总体方案框图（图 1） 太原科技大学毕业设计 12 微 机 光 隔 离 功 率 放 大 功 率 放 大 光 隔 离 步进 电机运 动 部 件 步进 电机 图 2.机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核 (1)确定系统的脉冲当量 根据数控机床精度要求确定脉冲当量 0.005mm/setp (2) 计算切削力 横切端面 查综合作业指导书P13 页 5 . 1 max 67 . 0 DFZ 式中车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力可取纵切时的 max D Z F Z F 2 1 NDFZ45.457636067 . 0 67 . 0 35 . 1 max 4 . 0:25 . 0 :1: 2 . 228845.4576 2 1 yxz Z FFF NF 式中 走刀方向的切削力（N） x F 垂直走刀方向的切削力（N） y F NFx06.57222.228825 . 0 NFy19.91522.22884 . 0 太原科技大学毕业设计 13 (3)(3)滚珠丝杆螺母副的设计、计算、选型 计算进给牵引力 横向进给选为三角型或综合导轨 参考机床设计手册.26.2-2；6.2-3 表 查阅综合作业指导书P22 页 GFfFKF zxm 式中：，切削分力（） x F y F z F G移动部件的重量（N） 表 1-1 查得横向溜板及刀架重力 800N 滑动导轨摩擦系数，随导轨形式而不同 取=0.15-0.18 f f K考虑颠复力矩影响的实验系数 取 K=1.15 NGFfFKF zxm 1 . 112180022.228815. 006.57215 . 1 计算最大动负载 C 选用滚珠丝杆导轨 参考机床设计手册.3P185-P210 查阅综合作业指导书P22 页 o s mw L V n nT L FfLC 1000 10 60 6 3 式中：L寿命，以转为一单位 6 10 n丝杆转速（r/min） 为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的 1/2-1/3 s V 取min/5 . 010 2 1 mVs 丝杆导程（mm） 初选=5mm o L o L T为使用寿命（h）,对于数控机床取 15000h 运转系数，查表 3-14 一般取 1.2-1.5 w f 太原科技大学毕业设计 14 min/100 6 5 . 010001000 r L V n o s 90 10 1500010060 10 60 66 nT L NFfLC mw 15.7536 1 . 11215 . 190 33 滚珠丝杆螺母副的选型 查阅综合作业指导书附表-2，可采用 WD2505 外循环垫片调整紧的双螺母滚 珠丝杆副，1 列 2.5 圈，其额定动负载为 9700N,精度等级按表 3-17 选为级。 传动效率计算 tan tan 式中：螺旋升角，WD2505 933 摩擦角取 滚动摩擦系数 0.003-0.0040 1 971 . 0 01933tan 933tan tan tan 刚度验算 横向进给丝杆支承方式图所示，最大牵引力 1121.1N,支承间距350mm，因丝 杆长度较短，不需预紧螺母及轴承预紧。 图 计算如下: 丝杆的拉伸或压缩变形量(mm) 1 太原科技大学毕业设计 15 查阅综合作业指导书图 3-4,根据1121.1N,D=25mm 查出可 m F 5 108 . 0 L L 算出： mmL L L 35 1 108 . 2350108 . 0 滚珠与螺纹滚道间接触变形量 2 查图 3-5 得系列列 2.5 圈滚珠和螺纹滚道接触变形量 Q m Q 5 . 4 因进行了预紧m Q 25 . 2 5 . 4 2 1 2 1 2 支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形 3 采用推力球轴承 8104 查阅机床设计手册.表 5.9-137,d=20mm,滚动体直径 =5.556mm,数量 Z=13 Q d mm Zd F Q m c 00573 . 0 13556 . 5 1 . 1121 00052 . 0 00052 . 0 3 2 2 3 2 综合以上几项变形量之和： 定位精度mm01078 . 0 1073 . 5 25 . 2 8 . 2 3 321 稳定性校核 计算临界负载(N) k F 2 L EIf F z k 式中:E材料弹性模量() 2 /cmN I截面惯性矩() 4 cm L丝杆两轴承端距离(cm) 丝杆支承方式系数，从表 3.15 中查出，一端固定，一端简支为 2.00 z f z f )(124 . 1 1788 . 2 6464 444 1 cmdI 太原科技大学毕业设计 16 N L EIf F z k 49.182634 50 124. 1106 .202 2 62 2 一般=2.5-4.0,所以 k n k F k n 此滚珠丝杆不会产生失稳。 横向滚珠丝杆副的几何参数 (其参数如表 1） 表 1.WD2505 滚珠丝杠几何参数 太原科技大学毕业设计 17 (4)齿轮传动比计算 横向进给齿轮箱传动比计算 参数名称符号关系式 WD2505 公称直径 o d 25 导程 O L 5 接触角 933 钢球直径 q d 3.175 滚道法面 半径 R q dR52 . 0 1.651 偏心距 e sin2 q dRe 0.045 螺 纹 滚 道 螺纹升角 o o d L arctan 933 外径 d qo ddd25 . 0 2 . 0 24.365 内径 1 dRedd o 22 1 21.788 螺 杆 接触直径 2 dcos 2qo ddd 21.83 螺纹直径 D RedD o 22 28.212 螺 母 内径 1 D qo ddD25 . 0 2 . 0 1 25.635 太原科技大学毕业设计 18 已确定横向脉冲当量，滚珠直径导程=5mm,setpmm p 005 . 0 O L 初选步进电动机步距角可计算传动比 : 75 . 0 i 48 . 0 575 . 0 005 . 0 360 360 ob p L i 考虑到结构上的原因不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板有行程，故此处 可采用两级齿轮降速。 25,20,40,24 25 20 40 24 5 4 5 3 4321 42 31 ZZZZ ZZ ZZ i 因进给运动齿轮受力不大，模数 m 取 2，有关参数参照表 2 表 2: 传动齿轮几何参数 齿数 Z24402025 分度圆 d=mz48804050 齿顶圆 mdda252844454 齿根圆 mdd f 25 . 1 243753545 齿宽 (6-10)m20 中心距 2 2 1 dd A 6445 横向步进电机计算和选型 初选步进电机 a 计算步进电机负载转矩 m T 查阅综合作业指导书P22 页 b mp m F T 2 36 太原科技大学毕业设计 19 式中: 脉冲当量，取 p setpmm p 005 . 0 进给牵引力(N) m F 步距角，初选双拍制为 b 75 . 0 电机丝杆传动效率为齿轮、轴承、丝杆效率之积分别为 94. 099 . 0 98 . 0 42 、 N F T b mp m 1 . 37 94. 099 . 0 98. 075 . 0 2 1 . 1121005. 036 2 36 42 b 估算步进电机起动转矩 q T 根据负载转矩除以一定的安全系数来估算步进电机起动转矩(N.cm) m T q T 5 . 03 . 0 m q T T 一般横向进给伺服系统取 0.4-0.5 cmN T T m q .75.92 4 . 0 1 . 37 4 . 0 c 计算最大静转矩 maxj T 查表 3-22 如取五相十拍，则951 . 0 max j q T T cmN T T q j .53.97 951 . 0 75.92 951 . 0 max d 计算步进电机运行频率和最高启动频率 e f k f p s e V f 60 1000 p k V f 60 1000 max 式中:最大切削进给速度 s V 最大快移速度 max V 太原科技大学毕业设计 20 脉冲当量，取 p setpmm p 005 . 0 Hz V f p s e 7 . 1666 005 . 0 60 5 . 01000 60 1000 Hz V f p k 33.3333 005 . 0 60 0 . 11000 60 1000 max e 初选步进电机型号 根据估算出的最大静转矩在表 3-23 中查出 90BF004 最大静转矩为 245N.cm maxj T 可以满足经济型数控机床有可能使用较大的切削用量，应该选用稍大转矩的步进 maxj T 电机，以留有一定余量，另一方面与国内同类型机床进行类比的要求。决定采用 90BF004，但从综合作业指导书P24 页查出，步进电机最高空载启动频率为 4000Hz,满 足空载时(3333.33Hz)的要求。 k f 校核步进电机转矩 前面所述初选步进电机的转矩计算，均为估算，初选后，应该进行校核计算。 等效转动惯量计算 计算简图见图 2，根据表 3-24，经二对齿轮降速时，传动系统折算到电机轴上的 总转动惯量可由下式计算: 2 cmkgJ 2 4 2 4 3 32 2 2 1 1 2 o S L g G JJ Z Z JJ Z Z JJ 式中:齿轮及其轴的转动惯量 321 JJJ、 321 ZZZ、 2 cmkg 齿轮的转动惯量 4 J 4 Z 2 cmkg 丝杆转动惯量 s J 2 cmkg 丝杆导程(cm) O L G工件及工作台重量(N) G=800(N) a 齿轮、轴、丝杆等圆柱体惯量计算 表 3-24 所示圆柱体转动惯量计算公式如下: 太原科技大学毕业设计 21 对于钢材， 34 1078 . 0 LDJ 式中:M圆柱体质量 kg D圆柱体直径 (cm) L圆柱体长度或原长(cm) 钢材的密度为 cm kg5 108 . 7 243 1 4 1 3 1 828 . 0 28 . 41078 . 0 1078. 0cmkgLdJ 243 2 4 2 3 2 39 . 6 281078 . 0 1078 . 0 cmkgLdJ 243 3 4 3 3 3 399 . 0 241078 . 0 1078 . 0 cmkgLdJ 243 4 4 4 3 4 975 . 0 251078 . 0 1078 . 0 cmkgLdJ 24343 066. 1355 . 21078. 01078 . 0 cmkgLdJ ss 因此 2 4 2 4 3 32 2 2 1 1 2 o S L g G JJ Z Z JJ Z Z JJ 2 222 862 . 3 2 5 . 0 98 . 0 800 066 . 1 975 . 0 5 4 399 . 0 39 . 6 5 3 828 . 0 cmkg 基本满足惯量匹配的要求。 b 电机转矩计算 机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算: 1） 快速空载起动转矩M 在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算如下： ofa MMMM max 式中: 快速空载起动转矩McmN 空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩 maxa McmN 太原科技大学毕业设计 22 折算到电机轴上的摩擦转矩 f McmN 由于丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦转矩 o McmN 在采用丝杆螺母副传动时，上述各种转矩可用下式计算：cmN 2 max 2 max max 10 60 2 10 60 a a t n J n JJM p b U n 360 max max 式中:传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量 J 2 cmkg 电机最大角速度 2 srad 电机最大转速 max nminr 运动部件最快速度 max Uminmm 脉冲当量 p setpmm 步进电机的步距角 b 运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间(s) a t min67.416 005 . 0 360 75 . 0 1000 360 max max r U n p b 起动加速时间=30(ms) a t cmN t n JM a a 06.101 03 . 0 60 67.4162 682 . 3 10 60 2 2max max 折算到电机轴上的摩擦转矩 f M i LF M oo f 2 NGFfF zo 22.46380022.228815 . 0 太原科技大学毕业设计 23 3 5 1 2 Z Z i 式中: 导轨的摩擦力(N) o F 垂直方向的切削力(N) z F G运动部件的总重量(N) 导轨摩擦系数，取=0.15 f f 齿轮降速比i 传动链总效率，一般可取 0.7-0.8 cmN i LF M oo f 26.27 3 5 8 . 02 5 . 0233.463 2 附加摩擦转矩: 2 1 2 o opo o i LF M 式中: 滚珠丝杆预加负荷，一般取，为进给牵引力(N) po F m F31 m F 滚珠丝杆导程(cm) o L 滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取 o 9 . 0 o cmN i LF M o opo o 24 . 4 9 . 01 3 5 8 . 02 5 . 0 1 . 1121 3 1 1 2 22 上述三项合计: cmNMMMM ofa 97.13224 . 4 67.2706.101 max 2） 快速移动时所需转矩 M cmNMMM of 91.3124 . 4 64.27 3） 最大切削负载时所需要的转矩 M 太原科技大学毕业设计 24 i LF MMMMMM oy oftof 2 式中:折算到电机轴上的切削负载转矩 t M cmN i LF M oy t 68.54 3 5 8 . 02 5 . 029.915 2 从上面计算看出、三种工况下，以快速空载所需转矩最大，即以此项M M M 作为校核步进电机转矩的依据。 从表 3-22 查出，当步进电机为五相十拍时为951 . 0 max jq MM 则最大静转矩为: cmNM j 82.139 951 . 0 97.132 max 从表 3-23 查出 90BF004 最大转矩为为 245，大于所需最大静转矩，可以满cmN 足此项要求。 校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性 前面已经计算出机床最大快移时，需步进电机的最高起动频率为 3333.33Hz,切 k f 削进给时所需步进电机运行频率为 1666.7Hz e f 从表 3-23 中查出 90BF004 型步进电机允许的最高空载起动频率为 4000Hz，运行频 率为 16000Hz，再从图 3-15，3-16 查出 90BF004 不进电机起动矩频特性和运行矩频特 性如图 3 所示: 太原科技大学毕业设计 25 .cm 图3-1起动矩频特性 .cm 图3-2运行矩频特性 当快速运动和切削进给时，90BF004 型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性可以 满足要求。 (6) 进给伺服系统机械部分结构设计 机械部分结构设计的任务是画出进给伺服系统的装配图，用以表达设计构思、设 计特点及计算结果，进给伺服系统总图设计： 横向进给伺服系统总图设计 横向进给机构可以从俯视图看出，横向进给的齿轮箱和步进电机装在床鞍后面， 滚珠丝杆也需用盖板保护。横向进给的手柄可以拆除也可保留，将原机的方刀架拆除， 改装自动回转刀架，由计算机控制，根据程序，自动转位、夹紧。从总图中可以看到 带动刀架回转的微型电机、齿轮箱。 总体图上还画出此车床上加工螺纹的部件光电编码器在数控车床上，利用光电编 码器装在主轴或主轴箱中与主轴保持一定传动比的伸出轴上，当主轴旋转一圈时，光 电编码器就发出一定数量的脉冲，输入到计算机中，经过计算机的运算控制步进电机， 带动滚珠丝杆，使刀架进给一定的螺距。而附录 E 中光电编码器用弯板装在主轴箱左 端面，通过弹性联轴器与主轴箱中一伸出轴相连。因伸出轴不可能与弹性联轴器孔的 尺寸完全一致，故还要设计一个中间过渡套。 太原科技大学毕业设计 26 控制面板上有数码显示，按键、各种指示灯及开关，注意设计时要与硬件电路图一 致。 进给伺服系统的装配图 经过计算，已知横向进给系统采用 90BF004 型步进电机。经过二对齿轮减速，齿 轮齿数。齿轮模数 m=2,滚珠丝杆直径为mm, 25204024 4321 ZZZZ、25 o d 滚珠丝杆螺母选用的是外循环沟槽式垫片调隙 WD2505。 进行应保证足够应考虑以上问题 设计应保证足够的行程，C6136 经济型数控车床，在床面上加工最大尺寸为 360mm，横向进给行程至少为 185mm，图中设计了两对减速齿轮，减小了齿轮箱体的 高度，使横向拖板运动时，防尘盖 11 不致和箱体上盖 4 干涉，从图中可以看出横向拖 板 12 最大运动距离为 200mm，另外还需注意从横向拖板装刀架的中心到主轴中心的距 离必须大于等于行程与方刀架见方及刀头伸出度之和，设计时应注意，主轴中心与 2 1 床身中心并不重合，C6136 车床此尺寸为 5mm。C6136 车床刀架见方为 220 200，刀头 伸出长度为 30mm 左右。 滚珠丝杆与横向导程的平行度应小于0.05mm，为达到此要求，可在镗床上对 床鞍两边的装轴承孔在一次装卡中镗出。 为保证滚珠丝杆转动轻快灵活，无阻滞现象，必须使滚珠螺母与两端轴承同轴。 在本设计中，滚珠螺母 14 与横向拖板 12 之间装有一垫片，通过水平面内滚珠螺母， 在垂直面内与两端支承同轴，在通过内六角螺钉 20 的过孔，调整水平面内滚珠螺母与 两端支承同轴，调整好以后，打入定位销 21。 滚珠丝杆左右各采用一对径向轴承，在右端又采用一对止推轴承，以承受轴向 力。当丝杆受到向右的轴向力时，通过丝杆台阶传给止推轴承 15 动圈，经钢珠传给止 推轴承 15 不动圈，再通过挡圈，一对径向轴承 16 的外圈传给法兰盘再传到床鞍上。 丝杆受到向左的轴向力通过丝杆右端的圆螺母传给止推轴承的动圈钢珠，经不动圈传 给法兰盘、床鞍，此处必注意丝杆所受的轴向力必须传到床鞍等固定体上。另外，要 注意止推轴承不动圈和轴颈之间必须画出间隙。 双片消隙齿轮的中间开有三个月牙形的槽放入压簧，并用三个内六角螺钉固定 太原科技大学毕业设计 27 （A-A 断面和 E-E 断面） ，这种消隙齿轮的装配顺序:首先将双片齿轮相对转过一个齿距， 使双片齿轮的齿对齐，弹簧 40 受压，上紧螺钉 29，装入箱体后将螺钉 29 松开，弹簧 40 将双片齿轮沿周向错开，以消除与齿轮 43 的间隙，此时在将螺钉 29 上紧（因而在 设计时，箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔，弹簧两端用削扁的销子 41 压住）此设计 中应注意箱体中留足够的扳手空间，双片齿轮 5 用二个六角螺钉固紧，六角扳手可以 齿轮箱体上端面伸入（端盖拆下） ，六角螺钉和滚珠丝杆在轴向留有足够的空间，但此 空间也不宜留得过大，以免加大箱体尺寸，双片齿轮 8 采用三个开槽螺钉紧固。螺丝 刀需从箱体左面孔中伸入（拆去端盖 3） 。 90BF004 型步进电机轴为平键，为防止运转过程中齿轮 25 从电机上松动滑出， 在齿轮 25 的轮毂上装一顶丝 27， （电机轴上钻一小窝）并用铅丝在顶丝口处与齿轮轮 毂缠住以防松。 3. C6136C6136 经济型数控车床数控系统硬件电路的设计经济型数控车床数控系统硬件电路的设计 附录 H 图 H-1 是用 MCS-51 系列单片机组成的控制系统，该系统采用 8031 作 CPU， 扩展了两片 2764 芯片、一片 6264 芯片、两片 8155 可编程并行 I/O 接口。 控制系统的功能 （1）Z 向和 X 向进给伺服系统运动 （2）键盘显示 （3）自动转位刀架控制 （4）螺纹加工控制 （5）面板控制 （6）行程控制 （7）其他功能 报警电路、急停电路、复位电路、光隔离电路、功能电路 等。 CPU、存储器及 I/O 接口 CPU 采用 8031 芯片，选用 6MHz 晶体振荡器。它的作为数据总线和地址共用。 o P 16 位地址线由经地址锁存器 74LS373 提供 8 位地址，高 8 位地址由 o P 70 AA 158 AA 太原科技大学毕业设计 28 8031 的口直接提供。ALE 为地址锁存允许。为低电平时选通外部存储器 2 PPSEN （EPROM） ，相应的指令字节出现在 EPROM 的数据线（）上，输入到口，8031 70 DD o P 将指令读入。RESET 为复位控制，当 RESET 输入端出现高电平时，8031 被初始化复位， 在复位有效期向 ALE、PSEN 也输出高电平。当 RESET 输入端返回低电平后，CPU 从 O 地 址开始执行程序。 （故设计中一定有一片 2764 芯片连到 74LS138 的）设计中采用上 0 Y 电复位和开关复位。另外，两片 8155 的 RESET 也与 8031 的 RESET 管脚相连，它们可 同时复位。 8031 的是片内的定时器/计数器溢出中断申请，由主轴后面的光电编码器输入。 0 T 当车床车螺纹时，主轴光电编码器向 8103发出进给脉冲，用以控制不同导程的螺纹 0 T 加工。光电编码器还发出一个零位螺纹信号，输入 8155(1)的，用以防止车螺纹乱 6 PB 扣。 8155(1)主要用于功能键的控制，刀架转位控制以及报警等。其中 PA 口为输入口， 作为功能键的控制管理，刀架控制编辑、空运行、自动、手动 I，手动和 50 PAPA II 回零。PB 口也是输入口，由面板上的按键分别控制起动、暂停、单段、连续、 40 PBPB 急停等功能。是换刀回答，当自动转位刀架按指令转位、夹紧，刀架电机停转之 5 PB 后，发出此信号，开始执行进给指令。接光电编码器输出的零位螺纹信号。PC 口 6 PB 是输出口，控制自动转位刀架四个刀位的选刀。用于报警显示，系统正 30 PCPC 4 PC 常工作时，输出低电平，绿色发光二极管亮，当系统出现异常情况时，输出高电平， 经反向后，红色发光二极管亮，实现报警功能。 8155(2)控制步进电机，行程控制，以及键盘，显示电路。其中为输出 70 PAPA 口，用于控制 Z 向、X 向步进电机运转，Z 向步进电机为五相，X 向为三相。此系统采 用软件分配。键盘显示电路为 4 6 键和 6 位显示器。作为键盘的 6 条列线， 50 PCPC 是键盘扫描线，是输出口。接行线作为键盘输入口。是 6 位数码 30 PBPB 50 PCPC 太原科技大学毕业设计 29 显示器的位选信号，8031 的口是数码显示器的段选信号。接越程限位控制 1 P 74 PBPB 电路，当床鞍或拖板在 Z 向或 X 向越程时，即向计算机输入此信号，使进给系统停止。 3、存储器及 I/O 口芯片地址分配（表 3） 表 3 数控车床控制系统芯片地址分配 芯片接 74LS1 38 引脚 地址选择线片内地 址单元 地址编码 2764(1) 0 Y 000 xxxxxxxxxxxxx8K0000H-1FFFH 2764(2) 1 Y 001xxxxxxxxxxxxx8K2000H-3FFFH 6264 2 Y 010 xxxxxxxxxxxxx8K4000H-5FFFH 8155(1)I/O 4 Y 0110000100000 xxx66100H-6105H 8155(2)I/O 4 Y 1000000100000 xxx68100H-8105H 4. 数控机床加工程序编制数控机床加工程序编制 如下图所示，在图中零件外圆85mm 不加工，要求编制精加工程序。 太原科技大学毕业设计 30 程序如下： 00001 N001 G50 X200.0 Z350.0 T0101 N002 S630 M03 N003 G00 X41.8 Z292.0 M08 N004 G01 X48.34 Z289.0 F0.15 N005 Z227.0 N006 X50.0 N007 X62.0 W-60.0 N008 Z155.0 N009 X78.0 N010 X80.0 W-1.0 N011 W-19.0 N012 G02 W-60.0 I63.25 K-30.0 N013 G01 Z65.0 N014 X90.0 N015 G00 X200.0 Z350.0 T0100 M09 N016 M06 T0202 太原科技大学毕业设计 31 N017 S315 M03 N018 G00 X51.0 Z227.0 M08 N019 G01 X45.0 F016 N020 G04 U5.0 N021 G00 X51.0 N022 X200.0 Z350.0 T0200 M09 N023 M06 T0303 N024 S200 M03 N025 G00 X62.0 Z296.0 M08 N026 G92 X47.54 Z228.5 F1.5 N027 X46.94 N028 X46.54 N029 X46.38 N030 G00 X200.0 Z350.0 T0300 M09 N031 M05 N032 M30 太原科技大学毕业设计 32 第三章第三章 总总 结结 1 1. 设计体会设计体会 我做毕业设计的过程中，一个最大的体会就是理论上很简单的东西，当你要试图 去实现的时候，你会发现它是那么的难，追其根本原因在于，以前动手太少了。 本次毕业设计是对我们每个学生在校三年来所学知识与生产实践技术所进行的一 次综合性的全面考察；培养了我们运用所学专业知识解决实际问题的能力；它还为我 们了解一般机械工程设计的基本思想打下良好的基础；在设计方案的拟定,设计资料的 收集,手册，国标选用，设计方法的运用,零部件及总体装配图的绘制等方面，有一次较 全面的锻炼。对我们进入社会具备一定独立工作能力起了良好的作用,能较好的适应工 作。 随着电子技术特别是计算机技术的发展，单片机、PLC 等在数控机床中广泛的应 用，数控机床迅速地发展起来，特别是加工中心在工厂的运用.数控机床可以较好地解 决形状复杂、高精度、小批量等零件的加工问题；能够稳定质量和提高生产效率；本 课题所设计的简式数控机床属于半闭环式经济型车床，它的工作原理是用脉冲马达的 伺服性能，即对应一定的脉冲必定有一定的转角。从而通过选择螺母机构使工作台移 动一定的距离，所以简式数控机床的设计关键在于数控系统的伺服进给系统的设计， 它的好坏直接影响产品质量和生产效率等数控机床的伺服进给系统。不仅要对进给运 动的速度实现自动控制，而且还需要对刀具相对于工件的位置实现自动控制，因此与 其它机床相比其进给系统的设计要求更高、度更大、涉及的问题也更广。 经过两个月的时间，我对机械制造及自动化有了更深刻的了解，不仅回顾了以前 所学的知识，还学到了许多以前没有接触过的新知识，对 CAD 和 Word 的应用水平有 了进一步提高，也清楚了各种标准件的画法，对数控技术，单片机，PLC 的认识有了 进一步的深化。 在此一并感谢指导老师和同学在这次设计中对我的热心指导和帮助，通过本次设 计使自己有一个综合性的提高,达到了本次的设计目的。 太原科技大学毕业设计 33 2 2. 参考文献参考文献 1 朱泗芳主编， 工程制图第二版，高等教育出版社，2000 年 5 月 2 唐增宝 刘元俊主编， 机械设计课程设计 （修订版） ，华中理工大学出版社， 1995 年 1 月 3 机械设计手册编写组编， 机床设计手册 2 ，机械工业出版社，1980 年 8 月 4 机械设计手册编写组编， 机床设计手册 3 ，机械工业出，1986 年 12 月 5 东北大学机械零件设计手册编写组编， 机床零件设计手册第三版，冶金 工业出版社，1994 年 5 月 6 华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编， 机床设计图册 ，上海科学 技术出版社，1979 年 6 月 7 雷晓玲主编， 综合作业指导书 ，机械工业出版社，2000 年 11 月 8 石光源、周积义、彭福荫主编， 机械制图第三版，高等教育出版社，1988 年 4 月 9 毕毓杰主编 机床数控技术 ，南京机械高等专科学校，机械工业出版社