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吉林大学本科毕业设计 目目 录录 1 绪论.1 2 设计任务书.2 2.1 产品用途和使用范围3 2.2 关于机床的主要加工功能和系统组成的建议3 2.3 关于总体布局的建议4 2.4 主要技术指标和相关重要参数4 2.5 主要工作原理4 2.6 国内外的现状和发展趋势5 2.7 国内外同类产品对比7 2.8 关于采用新技术、新结构、新材料、新工艺的建议7 2.9 拟采用的技术路线7 3 组合机床的总体设计.7 3.1 组合机床的配置形式7 3.2 机床加工示意图11 3.3 机床的联系尺寸11 4 组合机床通用部件及其选用.13 4.1 攻丝靠模装置和攻丝卡头13 4.2 攻丝装置及攻丝靠模头14 4.3 主轴箱的设计15 5 进给机构的设计.19 6 电气部分设计.20 6.1 整个机床的动作顺序20 6.2 电器原理图20 总 结.23 致 谢.24 参考文献.25 附录 127 附录 229 吉林大学本科毕业设计 1 中中文文摘摘要要 本文是关于双面卧式攻丝机床设计的说明。此机床要求：在两个面同时进 行自动攻丝。 本文主要内容包括设计的必要性分析；通过对设计的机床的功能分解与功 能合成，以及对方案的设计从而提出新的加工方案。通过对定位方式的选择和 对工件工艺性的分析，以及对零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和功 率计算卡这“三卡一图”的分析，提出对组合机床的总体设计方案。文中对组 合机床的通用部件及专用部件的选择都做了较为详细的说明。由于要实现自动 化，所以对液压传动系统和单片机的电气控制系统的设计显得尤为重要，本文 也对此做了阐明，并编写了程序。另外，本文还对设计做了小结。 关键词 组合机床，攻丝，单片机。 全全套套图图纸纸，加加153893706 2 设计任务书 2 Abstract This text is concerning two-lyings offend the silk combination machine bed design of say. The design request of this machine bed is: proceed at the same time in two the auto offend the silk. The main contents in this text includes the necessity analysis of the design; The function that pass the machine to design to bed resolves to synthesize with function, and the design of the other party case from but put forward to process the project newly. Pass to the choiceof the fixed method with to work an analysis for craft analysis, and to spare parts work preface diagram, processing sketch map, machine bed contact size diagram with power calculation stucking “three figures and one card”, put forword to the total design project of the combination machine bed. The text inside all did to the in general use parts of the combination bed and the choice of the appropriation parts than for expatiation. Because of realizing automation, so press to spread to move the system to the liquid to control with the electricity of SCM the design of the system seems to be particularly for importance, this text also makes to clarify to this, writing the procedure. Moreover, this text returns to this time designed to make the sub-footing. Key phrase Combination machine bed, offend the silk,SCM. 吉林大学本科毕业设计 3 1 1 绪论绪论 机械工业是重要的基础工业，是国民经济发展的先导部门。历史的实践一 再证明：先进的技术装备与先进的制造技术在国民经济发展中，起着何等重 要的作用；而先进的装备与先进的制造技术则是由先进的机械工业来提供的。 马克思讲得何等的深刻：“大工业必须掌握它特有的生产资料，即机器的本 身，必须用机器生产机器，这样，大工业才建立起与自己适应的技术基础， 才得以自立。 ”过去是这样，现在是这样，将来也还是这样。 当然，由于现代科学技术的迅猛发展，特别是由于微电子技术、电子计 算机技术的迅猛发展，机械工业已发生了而且还在继续发生极为深刻的变化： 机械技术与微电子技术的紧密结合，特别是与微计算机技术的紧密结合，现 代机械技术所拥有的技术较以往远为高，远为新，远为广，远为复杂而先进； 机电一体化技术与产品是十分突出的表现之一。 这一深刻的变化反映在：机械工程、机械工业的面貌与内容方面发生了 根本性的变化。过去，理论上主要以力学作为基础，实践上主要以经验作为 基础，现在，作为基础的理论远不限于力学，还有系统论、控制论、信息论、 传感理论、信号处理理论、电子学、计算机学等等，作为实践的基础远不限 于经验，而且还涉及各有关的学科，同时，本身也在行成自己的科学体系- -制造理论、工艺理论。 本文是介绍专用攻丝组合机床的设计说明书，是根据作者亲自设计实践 总结出来而编写的。为读者了解此专用攻丝组合机床的工作原理，工作过程 及机构提供了说明。为了便于阅读，本文在结构上层次清晰，主次分明，内 容上简明扼要，言语通俗。 2 设计任务书 4 2 2 设计任务书设计任务书 组合机床是由通用部件及专用部件组成的，加工一种（或几种）零件的 一道或（几道）工序的高效率的专用机床，它的通用部件和标准件约占 70%- 80%，其余 20%-30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工 序决定，如夹具、主轴箱、刀具和工具等。组合机床一般采用多轴、多刀、 多工序、多面、多工位同时加工，是一种工序集中的高效率机床，是一种自 动化或半自动化的机床。 组合机床有大型和小型两种。此次设计的攻丝组合机床为大型组合机床。 大型组合机床的配置形式主要有两种：具有固定式夹具机床；夹具移动 的机床。其中固定式夹具的机床按加工所需的动力头数量及其安装方式可分 为：卧式；立式；倾斜式；符合式。夹具移动的机床按夹具的运动 方式及立柱形式可分为：往复移动式；回转式；鼓轮式；中央立柱 式。本次设计的组合机床为具有固定工作台的卧式双面攻丝组合机床。 2.12.1 产品用途和使用范围产品用途和使用范围 攻丝组合机床是零件生产线上的专用加工设备，并且与零件输送线配套 连接工作。本次设计的攻丝组合机床是专用于加工工件两侧面的螺纹孔。 2.22.2 关于机床的主要加工功能和系统组成的建议关于机床的主要加工功能和系统组成的建议 本次设计的攻丝组合机床要加工 M102.5-16 M61.5-8 两种螺纹孔， 所有螺纹孔在同一工位加工，故采用卧式双面攻丝组合机床来加工被加工工 件两侧面的螺纹孔，工件的进给运动由液压传动实现，通过单片机来实现开， 停控制。攻丝在主轴的旋转由步进电机和齿轮传动实现，同样是通过单片机 控制来实现步进电机的起，停控制和电机的调速。 吉林大学本科毕业设计 5 系统组成有：动力系统、执行系统、制动系统、传动系统、辅助系统和 测控系统。 动力系统：为操作部件提供动力源，如丝锥攻丝，液压滑台的移动等， 动力装置为步进电机和液压系统（液压泵和控制油路） 。 执行系统：为完成攻丝这一功能所需的执行机构和部件，包括攻丝靠模 装置，机床专用夹具，多轴箱等。 制动系统：攻丝主轴上的制动系统是在丝锥退回原始位置，即攻丝电动 机线路被切断时起制动作用。它可消除主轴反转时的转动惯性，使丝锥能在 攻丝电动机线路被切断的瞬间就很快准确地在原始位置停止。 传动系统：该系统是连接动力系统和执行系统所需的中心环节，主要有 齿轮传动和液压传动等。 辅助系统：为完成攻丝这一功能的一系列必需的设备。包括冷却、润滑、 排屑、夹紧、送料和下料等辅助设备。 测控系统：是控制机床按照所规定的动作顺序和要求的轨迹来完成攻丝 功能的系统，主要有单片机和形成开关。 2.32.3 关于总体布局的建议关于总体布局的建议 为保证机床可靠的工作，应让装夹机构，进给机构，液压机构等配合丝 锥攻丝，并使他们之间工作协调。在布置整个机构时，布局应当合理，并且 减少占地空间，避免干涉。同时也要考虑工人操作的安全和劳动强度的降低。 本机床的布置方式为中间布置夹具。工作台的左右两侧（相对于操作者） 放置上下料滑轨，前后两侧放置横向液压滑台，液压滑台上放置攻丝装置 （电动机、多轴箱、攻丝靠模机构） 。电动机，液压部分用外壳罩住，这样能 保证工作人员的安全性。本机床分两部分安装，两部分安装好后，再连在一 起。构成一个整体，从而提高安装效率和质量。 2 设计任务书 6 2.42.4 主要技术指标和相关重要参数主要技术指标和相关重要参数 生产技术节拍：2 分钟/件 位置精度要求：0.3 最大加工直径：M10 2.52.5 主要工作原理主要工作原理 机床动作顺序：当工件装夹完毕后，按下启动开关，前后攻丝装置沿滑 台快速进给，接近工件时，慢进，然后碰到死挡块停止进给，启动攻丝机构， 开始攻丝，待攻丝完毕后，丝锥反转退出，紧接着攻丝装置快速退回到原始 位置，完成一个加工循环。 2.62.6 国内外的现状和发展趋势国内外的现状和发展趋势 我国加入WTO 以后,制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业 适时调整战略,采取了积极的应对策略,出现了产、销两旺的良好势头,截至 2002 年9 份组合机床行业企业仅组合机床产品一项,据不完全统计产量已达 800 余台,产值达3 个亿以上,较2001 年同比增长了10 %以上, 另外组合机床 行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不 同程度的增长,新产品、新技术较去年均有大幅度提高,可见行业企业运营状况 良好。 2.6.1 行业企业产品结构的变化 组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化 工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备,随着我国加入WTO 后与 世界机床行业进一步接轨,组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。 吉林大学本科毕业设计 7 从近两年的企业生产情况看,数控机床与加工中心的市场需求量在上升,而传统 的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势,中国机床工具工业学会的机床工具行 业企业主要经济指标报表的统计数据显示,仅从几个全国大型重点企业生产 情况看,2000年生产数控机床590 台,产值10 731 万元,生产加工中心118 台, 产值4 601 万元; 2001 年生产数控机床685台,产值17 969 万元,生产加工中 心129 台,产值5 760万元;而2002 年,截至9 月份,数控机床、加工中心产量、 产值已接近2001 年全年水平,故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备 方面发展。 2.6.2 组合机床技术装备现状与发展趋势 组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和 成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机 械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床 自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大 的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定 份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内 镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机 床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有 多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床 柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码 随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器( PLC) 、数字控制(NC) 等, 能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的 组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、 装配机、综合测量机、试验机、输送线) 等在组合机床行业中所占份额也越来 越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是 根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监 2 设计任务书 8 控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平 比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国 外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提 高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚 性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自 动化装备。 攻丝组合机床可以用来加工紧固螺纹，锥螺纹，外螺纹以及大直径螺纹等。 在我国机械工业部门，用组合机床完成的全部加工工序中，加工螺纹的工序占 有相当大的比重。据统计，包括有攻丝工序的组合机床约占组合机床总数的22%， 全部工序为攻丝的组合机床约占总数的10%。 2.72.7 国内外同类产品对比国内外同类产品对比 与国外同类产品相比较而言，本机床在生产效率和经济效益方面有一定 的差距。例如，原 Cross 公司的加工直列式 4 缸体自动线，生产节拍为 27s， 年产量可达到 76 万件。美国 Ingersoll 铣床公司的直列式 4 缸体自动线，生 产节拍为 40s，实际年产量 30 万件。国外已采用柔性组合机床，该机床采用 柔性通用部件和普通通用部件，实现可调可换。例如德国三坐标加工模块， 主轴箱库及更换装置，刀库及换刀装置以及配套用的支承部件，控制装置等 组成的即可换箱，用能更换单轴主轴箱刀具的组合机床。 2.82.8 关于采用新技术、新结构、新材料、新工艺的建议关于采用新技术、新结构、新材料、新工艺的建议 采用单片机对机床的进给和加工过程进行控制。 采用液压系统准确地控制进给。液压驱动的优点有：位控精度高，有 较好的速度和加速度值，转换方便，占地面积小，短节拍工作也十分可靠。 吉林大学本科毕业设计 9 2.92.9 拟采用的技术路线拟采用的技术路线 先查找相关资料，在进行总体设计，再查找具体资料，解决设计中遇到 的各种技术难点。 3 3 组合机床的总体设计组合机床的总体设计 3.13.1 组合机床的配置形式组合机床的配置形式 攻丝组合机床的配置型式，可以有卧式，立式，复合式几种类型；根据现 实螺纹加工采用的方法不同，通常可以分为： 3.1.1 用攻丝动力头进行螺纹加工 采用攻丝动力头加工螺纹时，要求机床主轴的回转运动与进给运动保持一 定的关系。螺纹的加工深度一般都不大，当螺孔数量较多时可以采用攻丝动力 头加工，如图3-1所示。 实践证明，这种攻丝动力头的结构复杂，加工精度较低，因而未得到广泛应用。 图3-1 攻丝动力头原理图 1电机；2主轴箱；3攻丝接杆；4滑座；5螺母；6丝杠 2 设计任务书 10 3.1.2 用丝杠螺母进给或凸轮进给的机械动力头进行螺孔的加工 这些动力头均可由配换进给齿轮和选取适当的主轴转速来实现不同直径和 不同螺距的螺孔加工。利用这种动力头可以配置成工件固定不动的攻丝机床， 也可以配置成工件移动的多工位机床。这两种动力头的工作行程较大，可达 吉林大学本科毕业设计 11 225250毫米。 由于这几种动力头组成的攻丝机床结构较复杂，配置型式不灵活，加工精 度又较低，所以，在多数情况下，均由攻丝装置所替代。 3.1.3 用攻丝装置进行螺孔的加工 攻丝装置可以用来组成攻丝组合机床，也可以用来组成一个工位全部是攻 丝工序的多工位组合机床。 攻丝装置主要由电机，主轴箱，攻丝靠模机构和攻丝形成控制机构组成， 如图3-2所示。 图3-2 攻丝装置原理图 1电机；2主轴箱；3主轴；4靠模螺母；5靠模杆；6攻丝接杆 这种加工方法所用的设备结构比较简单，在一个攻丝装置上可以比较容易 地按较合理的切削用量实现不同直径，不同螺距的螺纹加工，且加工精度较高， 制造成本也较低，因而，在目前采用较为广泛。 由攻丝装置组成的攻丝组合机床有三种配置型式： 攻丝装置直接固定在床身上。这种配置方案结构比较简单，但调整和 更换丝锥不方便，尤其是主轴数量较多时就更为突出，如图3-3所示。 攻丝装置安装在手动滑台上。为了保证更换和调整丝锥时有足够的空 间，利用手动滑台将攻丝装置从工作位置后移，退到夹具以外。手动滑台的最 大调整行程为300毫米。对于自动线上的攻丝机床应当考虑这种方案，以减少 自动线的停车时间，如图3-4所示。 3 组合机床的总体设计 12 图3-3 攻丝装置直接固定在机床床身上的组合机床 图3-4 具有手动滑台的组合机床 攻丝装置安装在动力滑台上。对于需要在箱体内壁攻丝或要求攻丝装 置行程较大时，可将攻丝装置安装在液压或机械动力滑台上，如图2-5所示。 图3-5 具有他驱式动力滑台的组合机床 工作时，动力滑台快速向前，使攻丝装置接近工件，碰上死挡后铁后，动 力滑台停止，攻丝装置电机启动进行攻丝。待加工结束后丝锥退出工件螺孔后， 动力滑台快速退到原位停止。 综上所述，根据设计要求选用卧式攻丝机床，用攻丝装置进行螺纹的加 工，攻丝装置安放在液压滑台上。 工作时，由电机1经齿轮传动带动主轴3及靠模杆5旋转。由于靠模杆螺母4 的作用，使靠模杆5按规定的螺距引进。加工结束后，电击反转，靠模杆退回 原位。攻丝工作循环由攻丝行程控制机构控制。最大行程为60毫米。靠模螺母 吉林大学本科毕业设计 13 和靠模杆是按被加工螺纹孔的螺距制造的，并保证严格的制造公差。在丝锥接 杆和靠模杆之间设有误差补偿环节。 3.23.2 机床加工示意图机床加工示意图 在一个攻丝装置的各个攻丝靠模轴上安装有不同直径的丝锥时，必须按最 大直径的丝锥来确定攻丝装置至被加工零件断面的距离尺寸。 工作行程长度应根据攻丝深度来确定，可按下列公式计算： 对于不通孔 l=l1+(2-3)t+l2 对于不通孔 l=l1+2(2-3)t+l2 图3-6 加工示意图 3.33.3 机床的联系尺寸机床的联系尺寸 3.3.1 确定装料高度 装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高 度时，首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滑 轨高度；对于自动线要考虑中间底座的足够高度，以便允许内腔通过随行夹 具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。如 工件最低孔的位置、主轴箱最低主轴 3 组合机床的总体设计 14 高度和通用部件高度尺寸的限制。本次设计选择装料高度为 1090mm。 3.3.2 确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹 具底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、 刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积要求。 夹具底座的高度尺寸，一方面要保证其有足够的刚度，同时要考虑机床 的装料高度、中间底座的刚度、排屑的方便性和便于设置定位、夹紧机构。 一般不小于 240mm。 3.3.3 确定中间底座尺寸 中间底座的高度轮廓尺寸，在长度方面应满足夹具的安装要求。它在加 工方向的尺寸，实际已由加工示意图所确定，图中已规定了在加工终了时工 件端面至多轴箱端面的距离 图 3-7 机床联系尺寸图 吉林大学本科毕业设计 15 4 4 组合机床通用部件及其选用组合机床通用部件及其选用 4.14.1 攻丝靠模装置和攻丝卡头攻丝靠模装置和攻丝卡头 为了获得较高的螺纹加工精度和在同时加工多个不同直径、不同螺距的 螺纹孔时选用合理的切削用量，目前在组合机床上攻制螺纹普遍采用攻丝靠 模装置。本次设计采用通用的 T0282 型攻丝靠模装置，如图 3-1 所示。它的 特点是没有单独的攻丝卡头，而由靠模杆兼作卡头体。 结构及工作原理 支承在靠模螺母 5 中的靠模杆 7 通过弹簧 8 从主轴获得旋转运动，进而 借助于销子 3 将运动传递给芯杆 2 和丝锥 1。靠模杆中部具有靠模螺纹而同靠 模螺母啮合，因此在靠模杆回转的同时便从靠模螺母中选出或旋进，以实现 丝锥的进给运动和退回。此时靠模杆尾部可在轴孔中作相对移动。主轴为一 般通用的长钻削类主轴。 为保证靠模杆的进给速度和丝锥的自行引进速度相等，靠模螺纹的螺距 应和丝锥公称螺距相等，在 25 毫米长度上的螺距累积误差为 +0.015 毫米。 但实际上二者的螺距不可能没有误差，因此，为了确保丝锥的自行引进，结 构中设有螺距补偿弹簧 6 以实现进给误差的自动补偿。在补偿过程中，传递 扭矩的销子 3 可在靠模杆的长槽中窜动。 靠模螺母 5 以 D/d 配合装在攻丝模板上，并用销子 10 防转，用压板 4 在 轴向上固定。 正常工作时靠模螺母是固定不动的。如工作中发生故障使靠模杆不能前 进时，靠模螺母向后移动推开压板 4，靠模杆停止进给运动，从而起到了保护 机构的作用。为此，压板 4 的厚度应取小些（通常 2.5-3.5 毫米） 。同时还要 注意靠模螺母的安装方向必须正确。 4 组合机床通用部件及其选用 16 图 4-1 T0282 型攻丝靠模装置结构及外观 4.24.2 攻丝装置及攻丝靠模头攻丝装置及攻丝靠模头 攻丝靠模装置是用来配置攻丝组合机床的。在被加工零件的一面或几个 面上全部为攻丝程序时，这种攻丝组合机床应用最为广泛。 攻丝靠模头实际上是加厚了的主轴箱前盖，前端安装攻丝靠模装置并使 其与攻丝主轴相连接，上面装有用以润滑靠模螺纹的油池。 与攻丝动力头相比，攻丝装置除了具有结构简单，制造成本较低的特点 外，由于丝锥的进给运动是由攻丝靠模装置的靠模螺纹实现的，而每根靠模 杆都各自具有自己的靠模螺纹螺距，因此在攻丝装置上可以很方便的实现不 同规格螺纹的加工，并且具有可以选用各自较合理的切削用量的可能性。 吉林大学本科毕业设计 17 图 4-2 攻丝装置结构 1攻丝电机；2制动器；3攻丝主轴箱；4攻丝行程控制机构；5攻丝靠模头； 6攻丝靠模装置；7丝锥 4.34.3 主轴箱的设计主轴箱的设计 4.3.1 攻丝主轴直径的确定 在铸铁和钢件上攻击本螺纹时，攻丝主轴的直径由表 1 查取。 由于加工工件材料为铸铁，加工螺纹直径为 M10，主轴直径应为 20 毫米； 加工螺纹直径为 M6，主轴直径应为 15 毫米； 表 1 在铸件和钢件上攻螺纹时，攻丝主轴的直径 被加工材料铸 铁刚 螺纹规格主轴直径（mm）主轴直径（mm） M51215 M6 15 15 M8 17 20 M10 20 20 4 组合机床通用部件及其选用 18 4.3.2 攻丝电机的选择 生产厂家一般用三相交流电源，如无特殊要求通常采用三相交流异步电 动机。我国目前采用新设计的 Y 系列三相异步电动机，它适用于不易燃，不 易爆，无腐蚀气体的场合和要求具有良好启动性能的机械中。 计算攻丝时主轴扭矩，因为材料为铸铁，所以用公式： 4-1 31.41.5 195 10 w TD P 其中 D螺纹大径（mm） ；工件螺距（mm） ； T切削扭矩（Nm） ； w P 对于 M102.5 螺纹孔： 31.41.5 111 195 10 w TDP 1.41.5 0.195 102.519.34N m 对于 M61.5 螺纹孔： 31.41.5 222 195 10 w TDP 1.41.5 0.195 61.54.42N m 计算攻螺纹的切削速度： 对于 M102.5 螺纹孔： 1.2 1 1 0.90.5 1 64.8 100.5 /min 902.5 v Zv vov ym c dk vm T P 5.66/minm 对于 M61.5 螺纹孔： 1.2 2 2 0.90.5 2 64.8 60.5 /min3.96/min 901.5 v Zv vov ym c dk vmm T P 选取攻螺纹的切削速度为。4/minm 则攻丝主轴的转速为： M10 的螺纹主轴 1 1 10001000 4 127 /min 10 v Nr D M6 的螺纹主轴 吉林大学本科毕业设计 19 2 2 10001000 4 212 /min 6 v Nr D 计算切削功率： M10 的螺纹主轴 3 111 2127 19.34100.257 60 PTwKW M6 的螺纹主轴 3 222 2212 4.42100.098 60 PTwKW 由于机床左右两侧加工的螺纹孔完全相同（16 个 M10，8 个 M 8） ，所以 只计算一侧电机的功率。 12 16816 0.2578 0.0984.896PPPKW 取多轴箱的传动效率为 85% 则 4.896 5.76 0.85 PKW 多轴箱 取齿轮式动力箱的效率为 97% 则5.94 0.97 P PKW 多轴箱 计算 取电动机功率为计算功率的 1.52.5 倍（考虑丝锥钝化的影响） 8.91 14.85PKW 电机计算 （1. 5-2. 5）P 型号满载转速 r/min 同步转速 r/min 额定功率 KW 外伸轴直径 和长度 Y160L-6970 10001142110 因为载荷平稳，电动机按额定功率输出即可。 4 组合机床通用部件及其选用 20 4.3.3 攻丝主轴靠模系统的制动 为了防止由于攻丝主轴靠模系统在其电机反转停止时的转动惯量所造 成的控制挡铁超程，以达到丝锥能迅速准确地停止在原位上的目的，在普通 电机的轴端装上制动器。 4.3.4 攻丝行程的控制 本次设计的机床属于大型标准攻丝主轴箱，因此采用通用的 T7941 攻丝 行程控制机构来控制攻丝行程。 4.3.5 攻丝主轴箱的润滑 采用叶片润滑油泵进行润滑。 4.3.6 刀具的冷却 组合机床对冷却系统有特殊的要求： 冷却液要充分，确保刀具获得连续和充分的冷却，使刀具在加工中保 持较低的温度； 多点冷却； 采用电泵； 冷却液必须在开始工作进给时就供给，并保证在整个加工过程中连续 不断。 采用的冷却液为苏打水，浓度为 5%的乳化液，其主要成分为氧化膏或 硫化切削油。 吉林大学本科毕业设计 21 5 5 进给机构的设计进给机构的设计 本次设计选用液压动力滑台作为进给机构。 相对于机械动力滑台，液压滑台有如下优点： 在相当大的范围内，进给量可以无级变速； 零件磨损小，使用寿命长； 可以获得较大的进给力； 通过液压换向阀，很容易实现多次进给； 过载保护简单可靠； 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。 液压滑台也有一些缺点： 进给量由于载荷的变化和温度的影响不够稳定； 液压系统漏油影响工作环境，浪费能源； 调整维修比较麻烦。 本次设计的攻丝组合机床是在自动化的生产线上工作的，要求可以长时 间的稳定运行，而且液压站是可提供的，所以选用液压动力滑台。 多轴箱固定在液压滑台上，当按下开始按钮时，液压台便快速进给，当 发出缓进信号时，液压台便慢进，当碰到死挡铁时，液压滑台便停止进给； 攻丝装置开始攻丝，攻丝到终点时，停留，发出工退信号，退回原位置时， 液压台开始慢退，然后快退到原位。 5 进给机构的设计 22 6 6 电气部分设计电气部分设计 本次设计要求工作的自动线上，生产过程完全自动化，所以对电气部分 的要求十分严格，电气部分的设计也显得特别重要。本次设计采用单片机对 加工过程进行控制。 6.16.1 整个机床的动作顺序整个机床的动作顺序 启动机床； 左右滑台快进； 左右滑台缓进； 丝锥工进； 攻丝到终点； 丝锥工退； 左右滑台缓退； 左右滑台快退，回到原位； 完成一次加工。 6.26.2 电器原理图电器原理图 见图纸 5 本次设计的电器控制基于单片机的控制。8255A 直接 MCS-51 总线接口， 由于 8031 内部存储空间有限，扩展了一个 ROM2764 和一个 RAM6264。8255A 的片选信号及口地址选择线分别由 8031 的 P2.7 和 P0.1、P0.0 经地址锁存器 74LS373 锁存后提供。 6.2.1 单片机控制伺服阀的结构原理图 单片机与 PWM 功率放大器接口由 0832，运算器 U3和 U4组成。0832 接成 电流开关方式工作状态，故转换的结果是电流量。电流从 I1输出由 U3运算放 大器处理之后输出的电压为-VREFD/256，其中 D 是输入 0832 中的数据。由 于 VREF=-5V，所以 U3输出的电压是 0.5V。运算放大器 U4的作用是进行电平转 换，它把 05V 的输入电压转换成-2.5+2.5V 的电压。U4放大系数为 1，同 时在它的负输入端加上了 2.5V 参考电压；所以，当 U3输出为 0V 时，U4输出 吉林大学本科毕业设计 1 为-2.5V； 6 电气部分设计 24 U3输出为 5V 时，U4输出为+2.5V。实际上，U4的输出电压 VU4为： VU4=-（VU3-2.5V） 其中，VU3是运算放大器 U3的输出电压。 U4的输出电压去控制 PWM 功率放大器，就可以使伺服电机以不同的速度 实现正反转。 伺服阀控制液压滑台的油液流动，来实现工作台的进给。 图 6-1 单片机控制伺服阀的结构原理图 6.2.2 单片机控制步进电机的结构原理图 单片机通过光藕控制步进电动机。当单片机的输出口输出高电平时，光 电藕合器输入端电流为 0，则输出开路，晶体管 VT1不导通，步进电动机绕组 两端无电压；当输出高电平时，4N25 的电流为 10mA，4N25 的电流传输比大于 20%，输出端可以流过大于 2mA 的电流，再经过晶体管放大，产生驱动步进电 机所需的电流。 步进电机将动力传递给攻丝主轴，驱动主轴正反转和调速。 吉林大学本科毕业设计 25 图 6-2 单片机控制步进电机的结构原理图 吉林大学本科毕业设计说明书 26 总总 结结 经过一个学期的努力，我最终完成了专用攻丝组合机床的设计。为大学 四年的学习画上一个圆满的句号。 毕业设计对于老师来说是对同学这大学四年的学习的最后一次考察，对 于我们来说是对我们大学四年的学习进行一次较为系统的总结。在设计过程 中，我对原来学过的知识又进行了一次较为系统的学习，巩固的原有知识， 更加深了对原有知识的了解，比如说单片机、机械原理、机械设计、机械制 造、机电一体化、机电控制系统设计及一些计算机辅助设计 （AUTOCAD、CATIA）等。 以前我们所学的知识主要是以课本为基础，结合实际中的简单应用，这 次设计就是把所学知识应用到了较为复杂的设计制造中来，立足于生产实际。 在设计过程中我遇到了很多困难，可是我从不放弃，尽自己最大的努力解决， 自己解决不了的我就去请教老师、同学他们都给了我很大帮助，使我深刻了 解合作的重要性。在设计的最后阶段就是设计说明书的编写，通过编写设计 说明书把原来设计过程中凌乱的思路整理起来，用增强了我对 Microsoft Word 的操作能力，让我在个人能力上更进一步。 吉林大学本科毕业设计 27 致 谢 在这近一个学期的毕业设计中，我得到老师和同学非常大的帮助。可以 说如果没有他们的帮助，我无法顺利完成毕业设计。 一个人的能力是有限的，而集体的力量的无限的。在这次设计中，我最 要感谢的就是我的导师于萍老师，她在百忙之中抽出时间为我们辅导，答疑。 在设计初期我就遇到了一些困难，我在图书馆和网上找了好多天，也没有找 到有关攻丝组合机床的总体装配图的资料，我的设计被迫中断，是老师的鼓 励和帮助使我没有自暴自弃，又经过近一周的努力，我逐渐对，我设计的机 床的总体结构有了了解，画出了总装图。接下来就是部件图的设计，在设计 过程中，有很多细节的问题我都搞不清楚，老师把我图中的错误一一指出， 我便开始在图书馆，找相关的书籍。比如在设计制动器时，一些零件的连接 和配合我搞不懂，我们组长同学带着我去图书馆一块去翻阅相关书籍，终于 找了有关制动器设计方面的书，帮我又一次解决的了困难。我们组的其他同 学也给了我莫大的帮助，每当我抱怨，烦躁的时候，他们都耐心开导我，鼓 励我，才使我没有在困难面前屈服。在这里我还要感谢我的室友，每当我在 画图的过程中，遇到了一些画法上的问题，我便向她们请教，她们便尽其所 能的为我解答。 最后，我真诚的向他们说声谢谢。 吉林大学本科毕业设计说明书 28 参考文献 1 胡乾斌、李光斌、李玲、甘锡英. 单片微型计算机原理与应用. 华中 理工大学出版社 2 张毅刚、彭喜元、姜守达、乔立岩. 新编 MSC-51 单片机应用设计. 哈 尔滨工业大学出版社 3 高春甫. 机电控制系统设计. 吉林大学出版社 4 侯洪生. 机械工程图学. 科学出版社 5 寇尊权. 机械设计课程设计. 吉林科学技术出版社 6 谭庆昌、赵洪志、曾平. 机械设计. 吉林科学技术出版社 7 于骏一、邹青. 机械制造技术基础. 机械工业出版社 8 孟少农主编. 机械加工工艺手册. 机械工业出版社，1991.3 9 徐灏主编. 机械设计手册. 机械工业出版社，1991 10 杨黎明主编. 机械夹具设计手册. 国际工业出版社，1996 11 饶凯. 小型机械动力头攻丝乱扣与攻深控制问题. 组合机床与自动加 工技术，1982.(10) 12 佟伟. 攻丝组合机床及包括有攻丝工序的组合机床的设计. 组合机床 与自动加工技术，1973.(05) 13 曹维乾. 组合机床多轴攻丝主轴箱的设计. 组合机床与自动加工技术， 吉林大学本科毕业设计 29 1960.(04) 14 李如松. 组合机床与自动线的技术发展. 组合机床与自动化技术， 1999.(01) 15 李秀敏. 组合机床行业现状与发展思考. 航空制造技术，2003.(04) 16 丁国琴. 组合机床主轴箱的计算机辅助设计. 机械工程师，2002.(06) 17 胡雪飞. 组合攻丝机床的电气与液压控制系统研究. 江苏电器， 2005.(02) 18 朱喜林、张代治. 机电一体化设计基础. 科学出版社，2004 19 Richard Lee. 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Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2003.(04) 吉林大学本科毕业设计说明书 30 附录附录 1 1 程序设计程序设计 ORG 000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP KEYJMP ORG 0100H MAIN: SETB IT0 SETB EX0 SETB EA MOV DPTR, #0EF00H MOV A, #02H MOVX DPTR,A HERE: AJMP HERE RX MOV R2, #03H MOV TMOD, #20H MOV TH1,#F3H MOV TL1,#0F3H MOV SCON, #0F0H MOV PCON, #80H 吉林大学本科毕业设计 31 SETB TR1 SETB 7FH MOV 65H, #00H MOV 64H, #10H MOV 63H, #00H MOV 62H, #01H MOV 61H, #00H SETB EA SETB ES WAIT: JB ES, WAIT RET PRINT: MOV R1, #60H MOV R7, #XXH MOV DPTR, #7FFFH JNB P1.2, HALM LOOP: MOV A, R1 MOVX DPTR, A NOP NOP WAIT: JB P1.0, WAIT INC R1 DJNZ R7, LOOP HALM: SJMP HALM 吉林大学本科毕业设计说明书 32 附录附录 2 2 三维图三维图 吉林大学本科毕业设计 1
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