數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文論文題目： 數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 年 級： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2011年5月25日摘要 本設(shè)計(jì)主要完成XK50225數(shù)控銑床的是銑床的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它主要是由X方向和Y方向的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在經(jīng)過認(rèn)真的分析后，確定了該方案，然后依據(jù)有關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)了X，Y向的進(jìn)給?？刂葡到y(tǒng)的CPU采用凌陽單片機(jī)，顯示器采用了液晶顯示器，使用絲杠副實(shí)現(xiàn)XY向的進(jìn)給，通過進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析后，產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理。關(guān)鍵詞數(shù)控銑床；絲杠；工作臺AbstractThe design of NC milling machine XK5025 mainly concerns the design o

2、f 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 of control system, it uses the ling yang one-chip computer. Di

3、splay 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 stag目錄摘要IABSTRACTII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 總體設(shè)計(jì)方案32.1設(shè)計(jì)參數(shù)32.2 總方案的確定3第三章 步進(jìn)電機(jī)的選擇53.1 縱向、橫向進(jìn)給方向的步進(jìn)電機(jī)的選擇53.1.1 步進(jìn)電機(jī)步距角的確

4、定53.1.2 電機(jī)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)95.1 滾珠絲杠的工作原理95.2滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)類型105.2.1 滾珠循環(huán)方式：105.2.2 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法：10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 縱向進(jìn)給滾珠絲杠副的承載能力及其選用115.3.2 橫向水平進(jìn)給滾珠絲杠副的承載能力及其選用145.4 滾珠絲杠的防護(hù)16第六章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)176.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件組成176.2 步進(jìn)電

5、機(jī)的控制176.2.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理176.2.2 步進(jìn)電機(jī)的控制186.3 譯碼法尋址186.4 鍵盤顯示器接口186.5 程序存儲器（EEPROM）芯片186.6 數(shù)據(jù)存儲器（RAM）芯片：196.7 程序流程圖19總結(jié)21參考文獻(xiàn)22附錄一23附錄二30致謝33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全球化，促使機(jī)床產(chǎn)品的競爭日趨激烈，而決定機(jī)床產(chǎn)品競爭力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間（Time）、產(chǎn)品質(zhì)量（Quality）、成本（Cost）、創(chuàng)新能力(Creation）和服務(wù)（Service）。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，會(huì)更多地追求低的價(jià)格和短的交貨期。這就要求企業(yè)改變過去

6、傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理模式，最大限度地利用虛擬設(shè)計(jì)手段，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，降低成本，并努力縮短交貨期，同時(shí)還需要快速響應(yīng)市場和用戶的變化，利用有利時(shí)機(jī)快速搶占市場。美國制造業(yè)在50至60年代主要以擴(kuò)大生產(chǎn)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(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代每個(gè)企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)和手段，以加快設(shè)計(jì)速度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，增強(qiáng)競爭力。機(jī)床總體方案虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)就是為適應(yīng)這種形勢的變化而提出來的。 我國世界上機(jī)床產(chǎn)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(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形

7、勢，一方面國內(nèi)市場對各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓，國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機(jī)床在我國市場的占有率僅達(dá)15%左右，而95年已達(dá)77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外，一個(gè)主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn)，新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開發(fā)周期長，從而不能及時(shí)針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。為解決這樣的問題，必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù)，提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能，并建立起基于并行工程(Concurrent Enginee

8、ring)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境，使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面，使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)還有，設(shè)計(jì)人員操作的和開放的CAD應(yīng)用軟件，這樣的軟件系統(tǒng)應(yīng)采用特征建模技術(shù)、具有完備的圖庫結(jié)構(gòu)、面向產(chǎn)品對象的數(shù)據(jù)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(shí)軟件系統(tǒng)是一種開放環(huán)境，使設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自身產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要，對軟件系統(tǒng)方便地進(jìn)行修改和補(bǔ)充開發(fā)，建立起本企業(yè)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。對于機(jī)床的整體才用虛擬設(shè)計(jì)軟件，整機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)是保證產(chǎn)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(jī)床整機(jī)總體方案設(shè)計(jì)在傳

9、統(tǒng)上往往依賴于人的 “智慧”，隨意性很大，成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，隨著CAD技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和設(shè)計(jì)方法學(xué)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(xué)分析和預(yù)測功能的總體方案虛擬設(shè)計(jì)軟件。在設(shè)計(jì)完成后對與整體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要從保證整機(jī)性能的角度來研究機(jī)床總體結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)人員直接參與應(yīng)用和分析的問題。發(fā)展仿真技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用，使性能評價(jià)更直觀和全面，可以使設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算分析完美地結(jié)合在一起，以推進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新發(fā)展。要解決長期困擾機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的方案設(shè)計(jì)完全依靠個(gè)別有經(jīng)驗(yàn)人員和整機(jī)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化無從下手的問

10、題，又要為廣大設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)經(jīng)過二次開發(fā)的CAD應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、報(bào)價(jià)體系、評價(jià)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(dāng)今機(jī)床行業(yè)的計(jì)算機(jī)數(shù)控化已成為技術(shù)進(jìn)步的大趨勢。數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集現(xiàn)代精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通訊、液壓氣動(dòng)、光電等多學(xué)科技術(shù)為一體，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性的特點(diǎn)，是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備。數(shù)控機(jī)床大大提高了機(jī)械加工的性能（可以精確加工傳統(tǒng)機(jī)床無法處理的復(fù)雜零件）。有效提高了加工質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化（相對于傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的大批量生

11、產(chǎn)的剛性自動(dòng)化），并向智能化、集成化方向發(fā)展。在數(shù)控機(jī)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(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，它能實(shí)現(xiàn)一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。這種機(jī)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(dòng)選擇刀具，并利用機(jī)械手將刀具裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝缷時(shí)間和換刀時(shí)間。數(shù)控加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一個(gè)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(zhuǎn)體零件加工以及磨削加工中心等。這些高性能、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床就組成了完整的數(shù)控機(jī)床家族。第二章 總體設(shè)計(jì)方案方案設(shè)計(jì)主要是確定銑床工作臺的縱向和橫

12、向進(jìn)給的結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)原理以及基本的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力參數(shù)。2.1設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)任務(wù)給出各項(xiàng)指標(biāo)如下：1 加工對象：45號鋼傳動(dòng)2 工作臺行程：X400 Y3503 脈沖當(dāng)量：0.0010.002mm2.2 總方案的確定由以上數(shù)據(jù)可以看出，該鉆銑床為小型機(jī)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(dòng)通過絲杠來實(shí)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(shè)有滾珠轉(zhuǎn)動(dòng)溝道,滾珠對溝道產(chǎn)生軸向負(fù)載,滾珠在絲杠軸周圍做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)之后,進(jìn)入鑲在絲母內(nèi)部的彎管口內(nèi),并沿彎管再次

13、向負(fù)載區(qū)循環(huán),從而進(jìn)行無限滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這種產(chǎn)品（如圖2-2）是滾珠絲杠副中品種最豐富的普及型產(chǎn)品，可廣泛用于各種用途。圖2-2螺母絲杠副根據(jù)題目給出的要求，在工作臺控制滑動(dòng)的是才用的是WL1型有襯套的絲杠結(jié)構(gòu)。第三章 步進(jìn)電機(jī)的選擇3.1 縱向、橫向進(jìn)給方向的步進(jìn)電機(jī)的選擇3.1.1 步進(jìn)電機(jī)步距角的確定根據(jù) 式中 步進(jìn)電機(jī)步距角（度） 脈沖當(dāng)量（mm） 滾珠絲杠螺距（mm）因?yàn)?8 mm，（mm）所以由于要滿足步進(jìn)電機(jī)和工作臺的步距要求,因此采用聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)，來傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)。3.1.2 電機(jī)最大靜態(tài)扭矩的確定負(fù)載的最大扭矩 式中 F進(jìn)給方向的切削力（N）；G工件和工作臺的質(zhì)量（kg）；導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；

14、絲杠的傳動(dòng)效率；絲杠螺距（mm）。由以上計(jì)算可知高速鋼立銑的銑削圓周力最大，并且由專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造8表7可知，當(dāng)逆銑時(shí)（取1.2），所以（）；G取200 kg；取0.8；取0.95；取8 mm。所以產(chǎn)品規(guī)格及性能所以步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩取11Nm。選擇110BYG系列步進(jìn)電機(jī)：型號：110BYG5200C 相數(shù)：5相 保持轉(zhuǎn)矩：11 N.m。3.2 安裝尺寸：步進(jìn)電機(jī)的安裝尺寸如圖3-1圖3-1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)安裝尺寸第四章 聯(lián)軸器設(shè)計(jì)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(yán)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

15、相對位移等。這就要求設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施，使之具有適應(yīng)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(jù)聯(lián)軸器對各種相對位移有無補(bǔ)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(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩大類。4.2 聯(lián)軸器的選擇由于這里步進(jìn)電機(jī)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(jié)構(gòu)要求且結(jié)構(gòu)相對簡單便于安裝，所以選用套筒聯(lián)軸器。自行設(shè)計(jì)聯(lián)軸器如圖4-2所示：圖4-2套筒聯(lián)軸器4.3 鍵的校核套筒與絲杠連接是用普通圓頭平鍵。軸徑為30mm

16、，傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩為44.8N·m,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b×h×l=10×8×55 mm擠壓強(qiáng)度：按式（10-32），并取 ；，則工作表面的擠壓應(yīng)力為： ，故聯(lián)結(jié)能滿足擠壓強(qiáng)度要求。第五章 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)5.1 滾珠絲杠的工作原理滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)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(gè)圓弧槽合起來便形成了螺旋滾道，在滾道內(nèi)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(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能返回絲杠

17、螺母之間構(gòu)成一個(gè)閉合回路。由于滾珠的存在，絲杠和螺母之間是滾動(dòng)摩擦，僅在滾珠之間存在滑動(dòng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)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(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)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(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)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(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。滾珠絲杠副可以加壓，由于壓力可使軸向間隙

18、達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。滾珠絲杠副由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。圖5-1 滾珠絲杠螺母工作原理圖5.2滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)類型 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(gè)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(dǎo)滾珠離開螺旋滾道進(jìn)入回珠槽，以及引導(dǎo)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(zhuǎn)折平緩，便于滾珠循環(huán)，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，因此在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用

19、較為廣泛。 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法：滾珠絲杠螺母的軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊方法的原理與普通絲杠螺母相同，即通過調(diào)整滾珠螺母的軸向相對位置，使兩個(gè)螺母的滾珠分別壓向螺旋滾道的兩側(cè)面。本設(shè)計(jì)的間隙調(diào)整采用螺紋調(diào)隙式。一個(gè)滾珠螺母的外端有凸緣，而另一個(gè)外端沒有凸緣而設(shè)有螺紋。用雙螺母對雙滾珠螺母進(jìn)行軸向位置的調(diào)整和固定。旋轉(zhuǎn)前螺母可使雙螺母產(chǎn)生軸向相對位移，達(dá)到調(diào)整軸向間隙的目的，而用后螺母進(jìn)行鎖緊，這種方法結(jié)構(gòu)簡單。調(diào)整方便，因此應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是調(diào)整量難以精確控制。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

20、案采用c、單推單推支承方式。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要求獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的正確安裝及其支承，結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素，滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)安裝不正確以及支承剛度不足，會(huì)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(shí)已調(diào)好預(yù)緊力，使用極為方便。絲杠兩端的軸承座孔與滾珠螺母座孔應(yīng)保證嚴(yán)格的同軸度，同時(shí)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

21、等。本方案選用T類螺紋調(diào)整滾珠絲杠副。 材料的選擇：滾珠絲杠： 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 縱向進(jìn)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(dòng)載荷（C）和額定靜載荷（）來表示，它的定義、計(jì)算和選用方法和滾動(dòng)軸承基本相同。一般額定動(dòng)載荷或額定靜載荷選用滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格；只有細(xì)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(zhuǎn)速高，支撐距離大的滾珠絲杠副，才做臨界轉(zhuǎn)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

22、動(dòng)載荷選用額定動(dòng)載荷C是指一批相同規(guī)格的滾珠絲杠副，經(jīng)過運(yùn)轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)（相當(dāng)于在轉(zhuǎn)速n=的條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)500小時(shí)）后，90%的滾珠絲杠副不產(chǎn)生疲勞剝傷（或稱為點(diǎn)蝕，是滾珠絲杠副的主要失效形式）時(shí)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(shí)際應(yīng)用中，由于預(yù)期的總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間（壽命）、轉(zhuǎn)速、載荷性質(zhì)等與得到額定動(dòng)載荷值的條件不同，必須根據(jù)已知條件，按式（5-1）折算成與之相當(dāng)額定動(dòng)載荷值，只要選用的滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷值等于或大于由式（5-1）計(jì)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(yù)期的壽命內(nèi)安全地工作。 (5-1)式中 ，根據(jù)預(yù)期的壽命（），查圖5.7-89，

23、取15000h，。表 5-1滾珠絲杠的預(yù)期工作壽命機(jī)床類別工作壽命一般機(jī)床，組合機(jī)床數(shù)控機(jī)床，精密機(jī)床機(jī)床的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和輔助機(jī)構(gòu) 10000 15000 50008000 表 5-2 載荷系數(shù)載荷性質(zhì)平穩(wěn)，輕微沖擊中等沖擊較大沖擊，振動(dòng) 11.21.21.51.52.5表 5-3 硬度影響系數(shù)及硬度HRC5552.55047.54540動(dòng)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轉(zhuǎn)速系數(shù)，根據(jù)已知的n，可查圖5.7-90, n取100r/min,所以=0.69; 當(dāng)量軸向載荷(kgf), 取500kgf。

24、所以可得按額定靜載荷選用額定靜載荷是指滾珠絲杠副在靜止?fàn)顟B(tài)下，承載最大接觸應(yīng)力的滾珠和滾道接觸面的塑性變形量之和滾珠直徑萬分之一時(shí)的軸向載荷。如果滾珠絲杠副的載荷是靜載荷，或其轉(zhuǎn)速小于10r/min,這時(shí)應(yīng)按額定靜載荷選用，使其值符合下式的要求： (5-2)式中 最大軸向載荷(kgf)，取1500(kgf)。所以可得： 臨界轉(zhuǎn)速 （r/min）式中 絲杠底徑（），=38.5；支撐方法有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表5-4，取15.1；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表5-4 系數(shù) f 和m絲杠支撐間距（mm），取1000mm。所以

25、可得轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速，所以合適。查<<機(jī)床零件設(shè)計(jì)手冊>>8 型外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的帶套的雙螺母滾珠絲杠副,表5.7-37得：6008額定動(dòng)載荷3120kgf 額定動(dòng)載荷14600kgf額定動(dòng)載荷和額定靜載荷都符合要求。 橫向水平進(jìn)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(dòng)載荷（C）和額定靜載荷（）來表示，它的定義、計(jì)算和選用方法和滾動(dòng)軸承基本相同。一般額定動(dòng)載荷或額定靜載荷選用滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格；只有細(xì)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(zhuǎn)速高，支撐距離大的滾珠絲杠副，才做臨界轉(zhuǎn)速的核算；對精度要求高的滾珠絲杠副，才做

26、剛度的核算。按額定動(dòng)載荷選用 (5-3)表 5-5滾珠絲杠的預(yù)期工作壽命機(jī)床類別工作壽命一般機(jī)床，組合機(jī)床數(shù)控機(jī)床，精密機(jī)床機(jī)床的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和輔助機(jī)構(gòu) 10000 15000 50008000 表 5-6 載荷性質(zhì)平穩(wěn)，輕微沖擊中等沖擊較大沖擊，振動(dòng) 11.21.21.51.52.5 轉(zhuǎn)速系數(shù)，根據(jù)已知的n，可查圖5.7-90, n取100r/min,所以=0.69; 當(dāng)量軸向載荷(kgf), 取200kgf。所以可得硬度(HRC)5552.55047.54540動(dòng)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.

27、5表 5-7 硬度影響系數(shù)及按額定靜載荷選用額定靜載荷是指滾珠絲杠副在靜止?fàn)顟B(tài)下，承載最大接觸應(yīng)力的滾珠和滾道接觸面的塑性變形量之和滾珠直徑萬分之一時(shí)的軸向載荷。如果滾珠絲杠副的載荷是靜載荷，或其轉(zhuǎn)速小于10r/min,這時(shí)應(yīng)按額定靜載荷選用，使其值符合下式的要求： (5-4)式中 最大軸向載荷，取250(kgf)。所以可得：臨界轉(zhuǎn)速 （r/min）式中 絲杠底徑（mm），=49mm；支撐方法有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表5-8，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（），取1000m

28、m所以可得轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速，所以合適。查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊8零件設(shè)計(jì),型外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的帶套的雙螺母滾珠絲杠副,表5.7-37得：4000,額定動(dòng)載荷2480kgf 額定動(dòng)載荷9800 kgf，額定動(dòng)載荷和額定靜載荷都符合要求。5.4 滾珠絲杠的防護(hù)如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，根據(jù)本機(jī)床的機(jī)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性要求，所以采用折疊套管防護(hù)罩。本絲杠副采用潤滑脂（如鋰基脂）充填在螺母內(nèi)部及涂在絲杠螺紋滾道上。第六章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件組成任何一個(gè)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(chǔ)，其性能的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟

29、件才能有效的運(yùn)行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下幾個(gè)部分組成：（1）中央處理單元CPU。（2）總線。包括數(shù)據(jù)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(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路的協(xié)調(diào)工作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。總線則是CPU與存貯器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。由于MCS51系列單片機(jī)在我國數(shù)控車床控制方面應(yīng)用較普遍，其配套

30、芯片價(jià)廉普及性通用性強(qiáng)，制造和維修也較方便，因此市場數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用MCS51較多。但是隨著電子信息技術(shù)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(jī)也應(yīng)聲而生。u，n sp 單片機(jī)是由凌陽公司推出的16位單片機(jī)，它的數(shù)據(jù)處理較強(qiáng)，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(nèi)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?cái)U(kuò)展存貯器監(jiān)控程序和功能子程序的可擦除存貯器和調(diào)試程序用的隨機(jī)存貯器。數(shù)控系統(tǒng)也可以直接購買國內(nèi)外較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品做為數(shù)控裝置,如德國的西門子系列。6.2 步進(jìn)電機(jī)的控制6.2.1 步進(jìn)電機(jī)的

31、工作原理步進(jìn)電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能電磁元件。定子上安排了六個(gè)磁極，相對兩個(gè)磁極上放置著同一相勵(lì)磁繞組，而轉(zhuǎn)子上沒有，只有四個(gè)凸極，a、b、c、d組成，當(dāng)s1接通，s2，s3斷開，A相建立磁場，轉(zhuǎn)子力求以磁路最大來取向，轉(zhuǎn)子齒與定子A相磁極對齊，即轉(zhuǎn)子a、c齒的軸線與定子A相磁極軸線重合。當(dāng)s1，s3斷開，s2接通，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子以一定的布距角旋轉(zhuǎn)，改變輸入電流方向，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)即s1s3s2s。6.2.2 步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)是受脈沖信號控制的，脈沖信號的產(chǎn)生和分配由軟件編程來完成，而信號的放大由放大電路來完成。由于強(qiáng)弱信號的原

32、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(kuò)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(jìn)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(diǎn)，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(jī)對話的外圍設(shè)備，鍵盤可以完成程序數(shù)據(jù)的輸入，顯示器顯示計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。鍵盤接口電路，用8279作為并行接口使用。8279的地址，數(shù)據(jù)線和凌陽單片機(jī)的接口直接連接，由片選信號控制實(shí)現(xiàn)分時(shí)信息傳遞。6.5 程序

33、存儲器（EEPROM）芯片由于數(shù)控機(jī)床在加工的時(shí)候要進(jìn)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(jī)床選用EEPROM （容量為8K）。其外形圖如圖7-1： 圖7-1 程序存儲器（EEPROM）芯片6.6 數(shù)據(jù)存儲器（RAM）芯片：由于數(shù)控機(jī)床在加工的時(shí)候要進(jìn)行加工程序的調(diào)試，所以數(shù)控系統(tǒng)需要有隨機(jī)存儲器，放置調(diào)試程序。本數(shù)控機(jī)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(jù)存儲器（RAM）芯片6.7 程序流程圖驅(qū)動(dòng)橫向和縱向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的程序流程圖如圖7-3：圖7-3 步進(jìn)電機(jī)流程圖總結(jié)本學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束，在過去的3個(gè)多月的學(xué)習(xí)中，在老

34、師的帶領(lǐng)下，我系統(tǒng)的設(shè)計(jì)了XK5025數(shù)控銑床的進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對與絲杠副有了很深的了解，對于步進(jìn)電機(jī)的選擇應(yīng)用，有了一定的認(rèn)識,在電路設(shè)計(jì)方面,水品有了很大的提高,自己的機(jī)械設(shè)計(jì)水品有了很大的提高，對自己的大學(xué)生活做了一個(gè)很好的結(jié)局。參考文獻(xiàn)1 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京.高等教育出版社.2001:100-3742 張新義. 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床M. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1993:1021-583 吳祖育. 數(shù)控機(jī)床M. 上海.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1989:78-964 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床使用操作技術(shù)M. 北京.國防工業(yè)出版社.20021:46-2545 李忠文. 實(shí)用電機(jī)控制電路M.

35、 北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2003:1321-766 李佳. 數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用M. 北京.清華大學(xué)出版社.2001:337-87 吉林工學(xué)院. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)（上冊）M. 上海.上海科學(xué)技術(shù)出版社.1979:1021-348 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編寫組. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊（2零件設(shè)計(jì)，上冊）M. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.198020:46-239 維邦. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)（上冊）M. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1984:341-0310 承恩. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床（上冊）M. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.19913:7-8811 蔡春源. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊（上冊）M. 北京.冶金出版社.19964:51-0412 蔡春源.

36、機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊（下冊）M. 北京.冶金出版社.19965:067-02附錄一輸入數(shù)據(jù)處理程序.defineP_IOA_Data 0x7000 .defineP_IOA_Dir 0x7002 .defineP_IOA_Attrib0x7003 .defineP_IOB_Data 0x7005 .defineP_IOB_Dir 0x7007 .defineP_IOB_Attrib0x7008.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, K

37、DB1, KDB2, KDB3.var KDC0, KDC1, KDC2, KDC3.var KDD0, KDD1, KDD2, KDD3disp_buf:.dw 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00.CODEDISP_TABLE:.DW 0x003F,0x0006,0x005B,0x004F,0x0066,0x006D,0x007D,0x0007,0x007F,0x006F.DW 0x0077,0x007C,0x0039,0x005E,0x0079,0x0071,0x0073.public _main_main: R1=0XFFFF/P_IOA_Dir = R

38、1;/ Set port IOA outputP_IOA_Attrib = R1;/ R1 = 0xF0F0;/ 設(shè)置 PORTB D15-D12為鍵盤掃描OUTP_IOB_Dir =R1;/ 設(shè)置 PORTB D11-D8為鍵盤掃描INP_IOB_Attrib=R1 R1 = 0x00FFP_IOB_Data=R1 / R1=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

39、/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_IN_P=R2R2=1K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_DATA:R3=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

40、_GN2:CMP R1,12JNE K_GN3R2=KDB0K_IN_P=R2R2=2K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GN3:CMP 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_I

41、N_P=R2K_IN_C=R2K_IN_D=R2KEY_BUF=R2RETF/ 顯示子程序/F_disp_PIOA: R2=K_IN_D R2=R2 LSL 2 R2+=4R1=0x0800AA0:R5=DISP_TABLER5+=R2 R1+= R5 P_IOA_Data=R1 R1-= R5R2+=1R1= R1 LSL 1CALL DELAY CMP R1,0x8000 JB AA0 R1=0x0800 RETF; DELAY: R4=0x0000DL1:R4+=1CMP R4,0x01JBE DL1RETF/ 按鍵管理 / F_ksc_PIOB: call KSC_ALLcmp R2,0JE Kendcall F_disp_PIOAcall KSC_ALLcmp R2,0JE KendR4 = 0X7FFF;KK1: P_IOB_Data=R4;