加工中心主传动系统结构与控制系统设计1

.毕业设计论文任务书题目： 加工中心主传动系统结构及控制系统设计 姓名学院专业班级学号指导老师职称教研室主任一、基本任务及要求：本课题以加工中心的主传动系统设计为目标,通过对其机械部分、电气控制部分的设计,使之能够适应现代制造企业对加工设备的更高要求。通过设计使学生掌握加工中心数控机床主传动系统结构及控制部分设计的基本方法、步骤、过程和原理,同时提高他们分析、解决问题的能力及综合运用所学知识的能力。课题基本任务及要求： 1.熟悉数控机床本身的特点、明确设计要求； 2.拟定机床主传动系统的总体方案机械部分、控制部分； 3.进行机械部分的结构设计； 4.进行主传动电气控制系统的设计； 二、进度安排及完成时间：1.明确设计任务、熟悉设计课题、搜集有关资料； 9月20日前完成2.在熟悉课题要求的前提下,进入课题实施阶段,进行有关方面知识的准备、撰写开题报告； 月 日前完成3.根据要求提出主传动系统设计的思路、拟定其方案； 月 日前完成4.进行机械结构设计绘制主轴箱部装图及1-2个零件图； 月 日前完成5.进行系统的动态特性分析如果时间紧这一步可省； 月 日前完成6.进行主传动电机控制系统的设计绘制控制系统图； 月 日前完成7.编写 毕业设计说明书并打印； 月 日前完成8.程序文件的整理、存储介质的制作、准备答辩； 月 日前完成9.毕业设计答辩。 月 日前完成目 录摘要.IAbstract.II第1章 绪论.1 1.1 加工中心的组成 .2 1.2 加工中心的特点.2第2章 主传动系统设计.3 2.1 概述.3 2.11主传动设计要求.3 2.2驱动源的选择 .4 2.3 转速图的拟定 .4 2.4 传动轴的估算.6 2.5 各传动组齿轮魔术的确定和校核.7 2.5.1 齿轮模数的确定.8 2.5.2 齿轮魔术的校核.8 2.6 V型带的选择 .9第3章 主轴和轴的结构设计、精度设计和刚度设计3.1 各零件结构和尺寸的设计.11 3.1.1 结构实际的内容和技术要求.11 3.1.2 有关零件结构和尺寸的确定.12 3.2 有关零件的校核.15 3.2.1各级转速的校核.15 3.2.2 齿轮的校核.15 3.2.3 主轴的校核.17第4章 电气控制系统的设计 .19 4.1 绘制控制系统结构框图.19 4.2 选择中央处理单元的类型 .20 4.3储存器扩展电路设计.20 4.3.1程序储存器的扩展.20 4.3.2数据储存器的扩展.21 4.4控制系统的发展.21总结.23参考文献.24致谢.25.加工中心主传动系统结构和控制系统设计摘要：数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术,是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法,随着科学技术的迅猛发展,数控机床已经是一个国家机械工业水平的重要标准。加工中心就是装有程序控制系统的一种数控机床。该程序控制系统能够逻辑地处理具有使用号码,或其他符号编码指令规定的程序,本设计的调速系统也就是通过控制系统来实现的。还有主传动系统也是尤为重要的一个部分,加工中心就是将加工过程所需的各种步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都是用数字化的代码来表示。关键词：加工中心,主轴,主传动系统,控制系统Processing center main transmission system structure and control system designAbstract：Digital control is modern developed a kind of automation control technology, digital signal of machine with sports and its processing process control one method, with the rapid development of science and technology, nc machine tools is a national mechanical industry level of important standard. Machining center is equipped with process control system of a kind of numerical control machine. The program control system can logically processing have use number, or other symbols the procedures prescribed by the coded instructions, the design of the drive system is realized by controlling system. And main transmission system is also particularly important a part, machining center is to supply all kinds of processing steps and cutter and the relative displacement between parts are with the digital code to said.Keywords: processing center, spindle, main transmission system, control system.第1章 绪论1.1 加工中心的组成 加工中心有各种类型,虽然外形结构各异,但总体来看大体上由以下几部分组 成： 1基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成,它们是加工中心结构中的基础部件。这些 大件有铸铁件,也有焊接的钢结构件,它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的 切削负载,因此必须具备更高的静动刚度,也是加工中心中质量和体积最大的部件。 2主轴部件 由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启动、停止等动 作和转速均由数控系统控制,并通过装在主轴上的刀具进行切削。主轴部件是切 削加工的功率输出部件,是加工中心的关键部件,其结构的好坏,对加工中心的 性能有很大的影响。3控制系统 单台加工中心的数控中心由CNC装置,可编程序控制器,伺服驱动装置,以 及电机等部分组成它们是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。4伺服系统 伺服系统的作用是把来自数控装置的信号装换位机床移动部件的运动,其性 能是决定机床的加工精度,表面质量和加工效率的主要因素之一,加工中心普遍 采用半闭环、闭环和混合环三种控制方式。 5自动换刀装置 加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多道工序加工的能 力,有一套自动换刀装置。它由刀库,机械手和驱动机构等部件组成。 6辅助系统 包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不 能直接参与切削运动,但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作 用,因此,也是加工中心不可缺少的部分。 7自动托盘更换系统 有的加工中心为进一步缩短非切削时间,配有俩个自动交换工件托盘,一个 安装在工作台上进行加工,另一个则位于工作台外进行装卸工件。当完成一个托 盘上的工件加工后,便自动交换托盘,进行新零件的加工,这样可减少辅助时间, 提高加工工效。1.2 加工中心的特点 加工精度高 加工中心是以数字形式给出指令进行加工的,由于目前数控装置的脉冲当量一般 达到了0.0001mm,而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行 补偿,因此,加工中心能达到比较高的加工精度和质量稳定性。 表面质量好 加工中心主轴转速和各轴进给量都是无级调速,有的甚至有自适应控制功能,能 随刀具和工件材质及刀具参数的变化,把切削参数调整到最佳数值,从而提高了各加 工表面的质量。 生产效率高 零件加工所需的时间包括机动时间和辅助时间俩部分,加工中心能够有效的减少 这俩部分时间,因为加工生产率比一般的机床高得多。 自动化程度高 加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的。操作者除了操作面板、 装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行外,其他的机床动作直至加工完 毕,都是自动连续完成。不需要进行繁重的重复性手工操作,劳动强度与紧张程度均 可大为减少,劳动条件也得到相应的改善。 有利于生产管理的现代化 用加工中心加工零件,能准确计算零件加工工时,并有效的简化检验和工夹具、 半成品的管理工作。这些特点都有利于使生产管理现代化。第2章 主传动系统的设计2.1 概述 主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统,它应具由一定的转速和一定的变速范围,以便采用不同材料的刀具,加工不同的材料,不同的尺寸,不同的要求的工作,并能方便的实现运动的开停,变速,换向和制动等。数控机床主传动系统主要包括电动机,传动系统和主轴部件,与普通机床的主传动系统相比,在结构上比较简单,这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担,省去了复杂的齿轮变速机构,有些只有二级或三级齿轮变速系统,用于扩大电动机无级调速的范围。2.1.1主传动设计要求1、数控机床主传动的特点数控机床与普通机床比较具有以下特点：1转速高,功率大,它能使数控机床进行大功率切削和高速切削,实现高效率加工2主轴转速变换可靠,并能自动无级变速,使切削工作始终在最佳状态下进行3为实现刀具的快速或自动装卸,主轴上还必须设计有刀具自动装卸,主轴定向停止 和主轴孔内的切屑清除装置2、 对主轴传动系统的要求数控机床的主传动系统除应满足普通机床主传动要求外,还有如下要求：1） 具有更大的调速范围并实现无级变速2） 具有较高的精度和刚度3） 良好的抗震性,热稳定性2.2驱动源的选择 机床上常用的无极变速机构是直流或交流调速电动机,直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的,属于恒功率,从额定转速nd向下至最低转速nmin时调节电枢电压的方法来调速的属于恒转矩；交流调速电动机时靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小,转动惯量小,动作反应快,没有电刷,能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高,磨损和故障也少,所以在中小功率领域,交流调速电动机占有较大的优势,鉴于此,本设计选用交流调速电动机。根据主轴要求的最高转速1000r/min最大切削功率4KW,选择Y112M-4型三相交流异步电动机,额定功率4KW,满载转速1440r/min,同步转速1500r/min.2.3转速图的拟定 根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围Rdp=nmax/nd=2.2,而主轴要求的恒功率转速范围Rnp=1.5,小于交流主轴电动机所提供的恒功率转速范围,所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功率转速范围.涉及变速箱时,考虑到机床结构的复杂程度,运转的平稳性等因素,取变速箱的公比f等于交流主轴电动机的功率调速范围Rdp,即=Rdp=1.5,功率特性图是连续的,无缺口和无重合的,并且选用集中传动。变速箱的变速级数Z=7.94,取Z=8,经分析,确定的8级结构式为:8=212224.确定变速组齿轮齿数：1、 先计算第一扩大组的齿轮的齿数 第一扩大组的降速比分别为：u1=1/2.,u2=1,故齿数最小的齿轮在降速比为u1=1/2之中,查表取z1=zmin,=22,sz=66,则z1=44,z2=u2/1=u2,sz=33,z2=33.2、基本组的加个速比分别是：u1=1/2.8,u2=1,故齿数最小的齿轮在降速比为u1=1/2.8之中,查表有在z1=zmin=22,sz=84,则z1=62,z2=z2=42.3、第二扩大组的降速比分别是u1=1/4,u2=1,故齿数最少的齿轮在u1=1/4之中,查表有z1=zmin=,sz=100,z2=50,则z1=80,z2=50.由此拟定主传动系统图,转速图以及主轴功率特性图分别如图2-1,2-2 图 2-1 电 I第一扩大组 II基本组 III第二扩大组 IV主轴 图2-2 结构网2.4 传动轴的估算 传动轴除应满足强度要求外,还应满足刚度要求,强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系数精度要求较高,不允许有较大的变形,因此疲劳强度一般不是主要矛盾,除了载荷较大的情况外,可以不必验算轴的强度,刚度要求轴在载荷作用下不至于产生过大的变形。如果刚度不够,轴上的零件由于轴的变形过大而不能正常工作,或者产生振动和噪音,发热,过早磨损而失效。因此,必须保证传动轴有足够的强度。计算转速nj是传动件传递全部功率时的最低转速,各个传动轴上的计算转速可以从转速图是直接得出,如表2-1所示 表2-1 各轴的计算转速 轴序号 电 I II III 主计算转速r/min 1440 1000 800 177 125计算各传动轴的输出功率：P1=p额nbnr=4.00.960.99=3.8KWP2=p1ngnr=3.80.970.99=3.65KWP3=p3ngnr=3.650.970.99=3.51KWP主=p3ngnr=3.510.970.99=3.37KW计算各传动轴的扭矩T1=9550P1/N1j=36290T2=9550P2/N2j=69715T3=9550P3/N3j=189381T主=9550P主/N主j=257468是每米长度上玉虚的扭转角deg/m,可根据传动轴的要求选取,其选择的原则如表2-2所示 表2-2 需用扭转角选取原则 轴 主轴 一般传动轴 较低的轴 deg/m 0.5-1 1-1.5 1.5-2把以上确定的各轴的输入功率P。计算转速nj,允许扭转角代入扭转刚度的估算公式,可得传动轴的估算直径,同时确定键的选择：I轴：p1=3.8KW,n1j=1000r/min,取=0.9,代入公式：,有d=23.2mm,圆整取d=24mm选键：626306II轴：p2=3.65KW,n2j=500r/min,取=0.9,代入公式：,有d=27.3mm,圆整取d=30选键：832366III轴：p3=3.51KW,n3j=177r/min,取=0.9,代入公式：,有d=34.7mm,圆整取d=35选键：836407主轴：选择主轴前端直径D1=90mm,后端直径D2=0.75-0.85D1,去D2=65mm,则平均直径D=77.5mm。对于普通车床,主轴内控直径d=0.55-0.6D,故本例之中,主轴内控直径取为d=45mm。支撑形式选择俩支撑,初取悬伸量a=90mm,支撑跨距L=520mm。 图2-3 主轴图选择平键连接：bh=2214,l=100mm。2.5 各传动组齿轮魔术的确定和校核 按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算齿轮模数比较复杂,而且有些系数只有在齿轮的各参数都已知方可确定,故只有在装配草图画完后校验用。在画草图时用经验公式估算,根据估算的结果然后选用标准齿轮的模数。 齿轮模数的估算方法有俩种,一是按齿轮的弯曲疲劳进行估算；二是按齿轮的齿面点蚀进行估算。这俩种方法的前提条件是各个齿轮的齿数必须已知。2.5.1 齿轮模数的确定 根据45好钢整体淬火,j=1100MP,按接触疲劳计算齿轮模数m,查表计算可得K1=1.04,K2=1.3,K3=1.3,则：第一传动组：I-II轴m1=16338取m=8,Z1=22,i=2,nj=1000,pj=3.8m1=2.2,查手册取标准模数系列m=2.5mm第二传动组：II-III轴m2=16338取m=10,Z1=22,i=2.82,nj=500,pj=3.65m2=2.35查手册取标准模数系列m=2.5第三传动组：III-主轴m3=16338取m=8,Z1=20,i=4.0,nj=500,pj=3.51m3=2.6查手册取标准模数系列m=3mm2.5.2齿轮模数的校核计算公式F=2KT1YFaYSa/bm1. 确定各项系数 1P=4.0kw,n=500r/min T=9.55105P/n=0.726105 2确定动载系数 V=dn/100060=3.14517500/100060=2.22m/s 齿轮精度等级为7级 查图表 KA=1.25,KV=1.1 3B=56=30mm 4确定齿间分配系数 Ft=2T/d1=20.726105/517=1.708103 KAFT/b=1.251.708103/30=0.712102 查表KF=1.0 5确定齿向载荷分配系数 非堆成 KH=1.12+0.181+0.6+0.2310-3b =1.15 b/m=30/0.25m=30/11.25=2.67 查表KF=1.094 6确定动载系数 K=KAKVKFKH=1.251.11.01.094=1.51 查表YFa1=2.97,YSa1=1.52 YFa2=2.25,YSa2=1.75 确定许用应力 N1=603551300816=8.18108Flim1=420Mp,S=1.4 KN=0.93 F1=0.95420/1.4=279MPa N2=N1/4=2.045108,Flim2=350MPa S=1.4 KN=0.95 F2=0.95350/1.4=237.5MPa F1/YFa1YSa1=279/2.971.52=61.80 F2/YFa2YSa2=237.5/2.251.75=60.32 61.8060.32 所以取60.322 校核KFT/bm=1.512.52103/305=25.3760.32所以合格2.6 V型带的选择 由于计算功率Pj=KP=1.04.0KW其中P=4.0KW,K为工作情况系数,可取工作8小时,取K=1.0和N额=1440r/min,查表得出V带应该选择B型带,取小带轮的大小125mm,则大带轮的大小为180mm,确定中心距A和带的基准长Ld。 由于中心距未给出,但我们可根据传动的结构需要初定长度中心距A0=1.5D1+D2=1.5=457.5mm,圆整取458mm,根据带传动的几何关系,按下式计算所需代的基准长度Ld,Ld=2A0+/2+/4a0得到Ld=1396.5,取Ld=1433.实际中心距：AL-L0/2+A0=1433-1396.5/2+458=476.25,圆整取476mm。验算主动轮上的包角11=180-A180/180-180-125/476180/=173120确定带的根数P0=1.92, C1=0.98Z=P1/P0C1=4/1.920.98=2.12,取三根带大带轮结构如下图2-4所示第3章 主轴箱展开图的设计主轴箱展开图是反应各个零件的相互关系,结构形状以及尺寸的图纸,并以此为依据绘制零件工作图3.1 各零件结构和尺寸设计3.1.1结构实际的内容和技术要求1. 设计内容设计主轴变速箱的结构包括传动件传动轴,轴承,齿轮,离合器和制动器等,主轴组件,操纵机构,润滑密封系统,和箱体及其连接件的结构设计和布置,用一张展开图和若干张横截面图表示.2. 技术要求 主轴变速箱是指机床的主要部分,设计时除考虑一般机械传动的有关要求外,着重考虑以下几个方面的问题: 精度 加工中心主轴部分要求比较高的精度主轴的径向跳动,0.01mm；主轴轴向传动 刚度和抗振性 综合刚度主轴刀架之间的力与相对变形之比：3400N/m 主轴与刀架之间的相对振幅的要求如下表3-1所示： 表3-1 相对振幅表 等级 I II III 振幅0.001mm123 传动效率要求如下表3-2所示 表3-2 传动效率表 等级 I II III 效率0.850.80.75 主轴总轴承处温升和温升控制在以下范围如下表3-3所示 表3-3 温升表 条件 温度 温升 用滚动轴承7040 用滑动轴承6030 噪声要控制在以下范围如下表3-4所示： 表3-4 噪声表 等级 I II III DB788083噪音LP：LP=2010gc1mzan+4.51-tanmz主n主-K式中：mza所有中间传动齿轮分度圆直径的平均值mmmz主主轴上齿轮的分度圆直径的平均值mmq传到主轴所经过的齿轮对数C1,k系数,根据类型和制造水平选取,我国中型车床,C1=3.5,k=50.5 结构简单,紧凑,加工和装配工艺性好,便于维修和调整 操作方便,安全可靠遵循标准化和通用化的原则6-10.3.1.2 有关零件结构和尺寸的确定 传动零件,轴,轴承是主轴部件的主要零件,其他零件的结构尺寸是根据主要零件的位置和结构而知。1. 传动轴的估算见前一节2. 齿轮相关尺寸的计算齿宽影响齿的强度,轮齿齿宽承载能力越高。但如果太宽,由于齿轮的制造误差和轴的变形,可能接触不均,反而容易引起振动和噪声,一般取齿宽系数m=6-10m,这里取齿宽系数m=10,则齿宽B=mm=103=30mm,各个齿轮的齿宽确定如下表3-5所示 表3-5 各齿轮的齿度轴及齿数 I22 I33 II44 II33 II42 II22III 42III 62III 50III 20主轴50主轴80齿宽202020202525252524242424由计算公式：齿顶：dd1=z1+2mh*=1；da2=z2+2h*齿根：df1=z1-2h*-2c*mc*=0.25得到下列尺寸表,齿轮的直径决定了各轴之间的尺寸,各主轴部件中各个齿轮的尺寸计算如下表3-6所示： 表3-6 各齿轮的直径轴及齿数 I22 I33II44II33II42II22III42III62III50III20主轴50主轴80模数mm2.52.52.52.52.52.52.52.53333分度圆直径5582.511082.51055510515515060150240齿根圆直径mm48.7576.25103.7576.2598.7548.7598.75148.75142.552.5142.5232.5齿顶圆直径mm6087.511587.51106011016015666156246由表3-6可以计算出各轴之间的距离,现将它们列出如下表3-7所示： 轴 I-II II-III III-主 距离 82.5 105 1503、轴的轴向定位 传动轴必须在箱体内保持准确的位置,相对保证安装在轴上各传动件的位置正确性,不论轴是否转动,是否受轴向力,都必须有轴的定位,对受轴向力的轴,其轴向定位更重要。回转轴的轴向包括轴承在轴上的定位和在箱体孔中定位,在选择定位方式时应注意：（1） 轴的长度,长度要考虑热伸长的问题,宜有一端定位（2） 轴承的间隙是否需要调整（3） 整个轴的轴向位置是否需要调整（4） 在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈（5） 加工和装配的工艺性等根据轴的结构特点和受力情况,I,II,III,主轴均采用弹簧卡圈定位或压盖和轴肩定位。4,轴承的选择及其配置 主轴组件的滚动轴承既要有承受径向载荷的径向轴承,又要有承受俩个方向轴向载荷的推力轴承,轴承类型及型号选用主要根据主轴的刚度,承载能力,转速,抗振性,及结构要求合理的进行选定。同样尺寸的轴承,线接触的滚子轴承比点接触的球轴承的刚度要高,但极限转速要低,多个轴承的承载能力比单个轴承的承载能力要大,不同轴承承受载荷类型及大小不同,为了提高主轴组件的刚度,通常采用轻型或特轻型系列轴承。 同城情况下,中速重载采用双列圆柱滚子轴承配双向推力角接触轴承,或者成对圆锥滚子轴承,其结构简单,但是极限转速较低。高速轻载采用成组角接触球轴承,根据轴向载荷的大小分别选用25度或者15度的接触角。轴向载荷为主且精度要求不高时,选用推力轴承配深沟球轴承,精度要求较高时,选用向心推力轴承。 本设计的主轴不仅有刚度高的要求,而且有转速高的要求,所以在选择主轴轴承时,刚度和速度这俩各方面必须考虑。因此,邹城选择如下： I轴：I轴的前后端与箱体外壁配合,配合处传动轴的轴径是25mm,同时I轴也不会承受轴向力故也选用深沟球轴承。型号：205 II轴：II轴与I轴相似,但是由于工作过程之中传动可能有误差,II轴会承受轴向力,因此II轴与外壁配合处采用圆锥滚子轴承,型号：7206 III轴：III轴与外壁配合处采用圆锥滚子轴承 型号：7207主轴：主轴是传动系统之中最为关键的部分,因此应该合理的选择轴承。从主轴末端到前端依次选择轴承为圆锥滚子轴承,型号7214,推力球轴承：38215.圆柱滚子轴承：323133.2 有关零件的校核3.2.1各级转速的校核各级实际转速r/min44891251772503605001000各级标注转速r/min45901251802503555001000误差2.2%1.1%0%1.7%0%1.4%0%0% 表3-8 转速表以上各级的转速误差全部满足。实际转速标准转速/标准转速10-1%=101.41-1%=4.1%3.2.2 齿轮的校核1I轴到II轴的小齿轮从表3-2可知齿数为22查设计手册可得到以下数据：Z=22,u=2,m=2.5,B=82.5=20,nj=1000r/min,K1=1.04,K2=1.3,K3=1.3,T=TS/P=18000/2=9000KT=3.78接触应力：Kn=0.83,KN=0.58,Kq=0.64,KS=KTKnKNKq=1.16j=20881000/ZmMpaN=3.8kw 将以上数据代入公式可得j=1006Mpa1100Mpa；KT=2.54弯曲应力：Kn=0.83,KN=0.78,Kq=0.77,KS=KTKnKNKq=1.27；Y=0.395w=191105K1K2K3KSN/Zm2BYnjMpa将以上数据代入公式可得w=164Mpa320Mpa。综上所述可以得出该齿轮是合格的2II轴到III轴的小齿轮从上表可知为齿数为22查设计手册可得到以下数据：Z=22,u=2.82,m=2.5,B=102.5=25,nj=500r/min,K1=1.04,K2=1.3,K3=1.3,T=TS/P=18000/2=9000KT=3接触应力：Kn=0.85,KN=0.58,Kq=0.60,KS=KTKnKNKq=0.89j=20881000/ZmMpaN=3.65kw 将以上数据代入公式可得j=946Mpa1100Mpa；KT=2.26弯曲应力：Kn=0.85,KN=0.78,Kq=0.75,KS=KTKnKNKq=1.12；Y=0.395w=191105K1K2K3KSN/Zm2BYnjMpa将以上数据代入公式可得w=197Mpa320Mpa。综上所述可以得出该齿轮是合格的3III轴到主轴的小齿轮从上表可知为齿数为20查设计手册可得到以下数据：Z=20,u=4,m=3,B=83=24,nj=500r/min,K1=1.04,K2=1.3,K3=1.3,T=TS/P=18000/2=9000KT=3接触应力：Kn=0.95,KN=0.58,Kq=0.60,KS=KTKnKNKq=0.99j=20881000/ZmMpaN=3.5kw 将以上数据代入公式可得j=892Mpa1100Mpa；KT=2.26弯曲应力：Kn=0.95,KN=0.78,Kq=0.75,KS=KTKnKNKq=1.26；Y=0.395w=191105K1K2K3KSN/Zm2BYnjMpa将以上数据代入公式可得w=177Mpa320Mpa。综上所述可以得出该齿轮是合格的3.2.3 主轴的校核主轴的前端部挠度YSY=0.0002525=0.105主轴在前轴承处得倾角容许值轴承0.001rad在安装齿轮处的倾角容许值齿0.001radD平均=1.07/L总=6516+7078+80236+85160+90150/69087mmE取为E=2.1105Mpa, I=d41d0/d/64=874145/87/64=1356904mm4FZ=2955104P主0.9953/400125=1268NFY=0.4Fz=507N,Fx=0.25Fz=217N由于小齿轮的传动力大,这里以小齿轮来进行计算FQ=2955104P主/m主Z主n计=29551043.370.9953/320125=8582N将其分解为垂直分力和水平分力由公式FQY+FQYtann=FQ,FQz=FQYtann可得FQz=2015N,FQY=6477NMZ=2FZl件/3=21268160/3=135253NmmMY=2FYl件/3=2507160/3=54080NmmMX=FXl件/2=317130/2=20605Nmm主轴载荷图如下图3-1所示（a） 垂直平面内（b） 水平平面内由上图可知如下数据：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm计算在垂直平面Y1=-FQZabcl+a/6EIl,Y2=FZC2/3EIl,Y3=Y1+MZC/6EIlYSZ=Y1+Y2+Y3=0.00173齿1=FQZabb-a/3EIl,齿2=FZ2l+3c/3EI,齿3=MZl+3c/3EI齿Z=齿1+齿2+齿3=6.910-5轴承1=-FQZabl+a/6EIl,轴承2=FZcl/3EI,轴承3=Mzl/3EI轴承Z=轴承1+轴承2+轴承3=2.910-5计算在水平面Y1=-FQYabcl+a/6EIl,Y2=Fy2C2/3EIl,Y3=MY-MXC/6EIYSY=Y1+Y2+Y3=0.017齿1=FQYabb-a/3EIl,齿2=FY2l+3c/3EI,齿3=MY-MXl+3c/3EI齿Y=齿1+齿2+齿3=13.8610-5轴承1=-FQYabl+a/6EIl,轴承2=FYcl/3EI,轴承3=MY-MXl/3EI轴承Y=轴承1+轴承2+轴承3=32.810-5合成：YS=0.0180.105齿=0.000150.001轴承=0.000330.001可以看出该主轴是合格的第4章 电气控制系统的设计4.1 绘制控制系统结构框图 根据总体方案及机械结构的控制要求,加工中心控制系统选用MCS-51系列单片机组成,纵向,横向,及垂直方向均采用步进电机控制,三个坐标均采用硬件环形分配器,控制系统的功能包括：1、 Y向进给伺服运动；2、 键盘显示3、 面板管理4、 行程控制5、 其他功能、例如光隔离电路、功率放大电路、红绿灯显示硬件电路主要由以下几部分组成：1、 主控制器,即中央处理单元cpu2、 总线,包括数据总线。地址总线和控制总线3、 存储器,包括RAM和ROM4、 接口,即I/O输入输出接口电路5、 外部设备,如键盘,显示器及光电输入等控制系统结构框图如下图4-1所示： 图4-1 控制系统结构框图4.2 选择中央处理单元cpu的类型在微机控制系统中cpu的选择主要考虑以下因素：1、 时钟频率和字长,这个指标将控制数据处理的速度2、 可扩展存储器的容量3、 指令系统功能,影响编程的灵活性4、 I/O口扩展能力,即对外部设备控制的能力5、 开发手段,包括支持开发的软件和硬件 此外,还应考虑到系统的应用场合,控制对象对各种参数的要求,以及经济价格比等经济型的要求。 综合考虑以下因素,这是我们选用8031芯片作为CPU4.3 存储器扩展电路设计由于8031芯片内部无程序存储器,需要扩展外部程序存储器支持,同时8031内部只有128B的数据存储器供用户使用,也不能满足控制系统的要求,故需要扩展程序存储器和数据存储器。4.3.1 程序存储器的扩展 8031的程序存储器的寻址空间为64K字节,8031片内不带80M,用作程序存储器的器件是EPROM。根据控制系统的要求,这里,我们扩展2片2764程序存储器。1、 地址锁存器 由于8031芯片的P0口是分时传送低8位地址线和数据线的,故8031扩展系统中一定要有地址锁存器,常用的地址锁存器芯片是74LS373,74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器。2、 译码电路设计 由于这里扩展的容量较大,扩展多个外围芯片。因此,这里使用译码法来进行编址,译码电路可使用现有的译码芯片,这里我们选用3-8译码器74LS138这种芯片,输入端占用3根最高位地址线,剩余的13根低位地址线可用作为片内地址线,74LS138译码器的8根输出线分别对应8个8K字节的地址空间。3、8031与2764芯片的连接（1） 地址线的连接 8031芯片的P0和P2传送地址和数据。P2传送高8位地址,P0口传送低8位地址和数据,因此采用74LS373锁存器,锁存低8位地址,以实现P0口地址和数据的分时传送ALE作为74LS373的选用信号,当ALE为高电平时,锁存器的输入和输出透明,此时不需锁存。当ALE从高电平变为低电平,出现下降沿时,低8位地址锁存入地址锁存器中。74LS373的输出不再随输入变化,这样P0口就用来传送数据,8031芯片的P2口和74LS373的送出P0口工作承16位地址线。2764是8KB需要13根地址线,A0-A7低8位接74LS373的芯片的输出,A8-A12接8031芯片的P2。0-P2。4。系统采用全地址译码,理啊片2764芯片的片选信号分别接74LS373译码器的和,系统复位后程序从0000H开始执行。（2） 数据线的连接 2764芯片的8位数据线D0-D7与8031P0.0-P0.7,直接连接单片机规定指令码数据都是有P0口读入,数位对应即可。（3） 控制线的连接8031芯片的外部程序存储器的读选通信号与2764芯片的端相连,8031芯片的ALE地址锁存允许信号接地址锁存器74LS373的G引脚4.3.2 数据存储器的扩展由于8031芯片内部RAM只有128字节供用户使用,远不能满足系统需要,因此需要扩展片外的数据存储器RAM,常用的数据存储器有61162K8,6264等,这里我们选用6264,扩展2片6264, 8031与6264的连接方式与8031和2764的连接大致相同,不同的是,RAM读输信号与8031芯片的引脚连接,RAM与输出信号与8031的相连,由于程序存储器与数据存储器独立编址,地址可以重复使用。因此,2片6264的片选信号也分别接74LS373译码器的和。4.4 控制系统的发展 数控系统是数控机床的控制指挥中心,机床的各个执行部件在数控系统的统一指挥下,有条不紊地工作,自动的按给定程序进行机械零件加工。数控系统随着电子技术的发展而发展,先后经历了电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器及基于工控PC机的通用型系统6代。其中前3带成为硬线连接数控,简称NC数控。目前已被淘汰；后3代成为软件数控,也称CNC系统,CNC系统的核心是计算机,即由计算机通过执行其存储器内的程序,来实现部分或全部数控功能。也就是说CNC系统由硬件和软件俩大部分组成,硬件是软件活动的舞台,软件按是整个系统的灵魂,整个CNC系统的活动均依靠系统软件来指挥。软件和硬件各有不同的特点：软件设计灵活,适用性抢,但处理速度慢；硬件处理速度快,但成本高。总结20XX2月,在与导师的交流沟通中我的题目定了下来,是：加工中心主传动系统结构及控制系统设计。我便立刻着手从图书馆,网上搜集相关资料,尽量使我的资料完整、精确、数量多.3月,我将收集到的资料仔细整理分类并及时拿给导师进行沟通,撰写开题报告。4月,根据要求提出主传动系统设计的思路,拟定其方案。并进行机械结构的的设计和主传动电机控制系统的设计。5月,进行相关图纸的绘制,撰写毕业论文及校核。我从最初的茫然,到慢慢的进入状态,再到对思路逐渐的清晰,直到毕业设计的完成,整个过程是很艰难而漫长的,但是给我的感触也是很大的。这次毕业设计的制作过程是我的一次再学习,再提高的过程。在设计过程中我充分地运用了大学期间所学到的知识,让我对我所学过的知识有所巩固和提高,并且还学到了一些新的知识,增长了见识,也更深刻的认识了加工中心。参考文献1王爱玲,张吉堂,吴雁主编. 现代数控原理及控制系统.北京：国防大学出版社,20072徐锦康主编. 机械设计. 北京：高等教育出版社,20043王昆,何小柏,汪信远主编. 机械设计/机械设计基础课程设计.北京：高等教育出 版社,19964陈铁鸣主编. 新编机械设计课程设计图册. 北京：高等教育出版社,20035倪小丹,杨继荣,熊运昌主编. 机械制造技术基础. 北京：清华大学出版社,20076张建名主编. 机电一体化系统设计.北京：北京理工大学出版社,20107夏田主编. 数控加工中心设计. 北京：化学工业出版社,20068邓星钟主编. 机电传动与控制.XX：华中科技大学出版社,20039郭启全,赵增慧,李莉主编.AutoCAD2005基础教程.北京:北京理工大学出版社,200410宋昭祥主编. 现代制造工程技术实践. 北京：机械工业出版社.200411宁立伟主编. 机床数控技术. 北京：高等教育出版社.201012侯珍秀主编. 机械系统设计.XX：XX工业大学出版社.200913李庆余,孟广耀主编. 机械制造装备技术. 北京：机械工业出版社,200814胡凤兰主编互换性与技术测量基础北京