畢業(yè)設計數(shù)控磨床

1、 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 第1章緒論1磨床的類型及其特點 1磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢2第 2 章 磨床總體布局 5_磨床總體設計 5_總體設計注意事項 5_磨床總體布局設計 6_第3章部件設計（砂輪架） 15砂輪架設計的基本要求 16旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施 16軸承系統(tǒng)的剛性 16架主軸初步設計 16剛度校核 17壓軸承 18裝置設計 19第4章數(shù)控系統(tǒng)設計 25概述 26硬件電路總體方案 26第5章液壓系統(tǒng)設計 33概述 33液壓傳動設計 33結(jié)論 36致謝 37 HYPERLINK l bookmark100

2、 o Current Document 參考文獻 38設計為MKS1632A 數(shù)控高速端面外圓磨床及其砂輪架設計，通過查閱國 內(nèi)外磨床相關(guān)資料，首先確定磨床總體布局中各部件（如砂輪架、頭架和尾架 等）尺寸，其次檢驗主軸前端擾度，確保主軸剛度。設計中砂輪架采用靜動壓 軸承以提高旋轉(zhuǎn)精度，增強抗振性，延長軸承的使用壽命，傳動系統(tǒng)采用皮帶 和花鍵副帶動主軸旋轉(zhuǎn)，減少主軸變形，使載荷分布均勻。本設計中的控制部 分采用通用的可編程接口芯片 8255A。本次設計我負責的部件是砂輪架，砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋 轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的 主要組成部分。首先

3、是根據(jù)砂輪架主軸的要求進行軸的設計，然后再選取軸承， 設計皮帶和皮帶輪等等。在這個過程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設計 等用到了大量的計算。關(guān)鍵詞：數(shù)控外圓磨床砂輪架第1章緒論磨床的類型及其特點用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床， 統(tǒng)稱為磨床，它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的1。磨床種類很多，主要有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用 來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床 等。對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。止匕外，

4、還有以柔性砂帶為切削工具 的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。磨床與其他機床相比，具有以下幾個特點：1、磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉(zhuǎn)運動（一般砂輪圓周線速 度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上發(fā)展）；2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件；3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；4、易于實現(xiàn)自動化和自動線，進行高效率生產(chǎn)；5、磨床通常是電動機-油泵-發(fā)動部件，通過機械，電氣，液壓傳動 - 傳動部件帶動工件和砂輪相對運動-工件部分組成1。磨床的用途磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、 螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加

5、工、粗加工、精加工和超精加工， 可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范 圍十分廣泛。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，各種 高硬度材料的應用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將 毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削，進一步提高了磨削效率。因此，磨 床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè) 發(fā)達的國家中，磨床在機床總數(shù)中的比例已達 30%-40% 。第2章磨床整體布局磨床總體設計.加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工 余量等）；.調(diào)查研究 比較國內(nèi)，外同類機床，經(jīng)驗總結(jié)，

6、進行改革創(chuàng)新；.圖紙設計（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標準件，外購 件目錄，鑄件，鍛件目錄，說明書，裝箱單，合格證）；.制造，裝配，調(diào)試；.小批量生產(chǎn)，設計改進；、總體設計注意事項.保證機床滿足加工精度要求，剛性，穩(wěn)定性好；.傳動系統(tǒng)力求簡短；.操作調(diào)整方便；.安全保護，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。磨床總體布局設計加工零件帶軸肩的多臺階軸，精度IT7以下，Ra1.6-Ra0.4 ,材料45#, 40cr , 球墨鑄鐵等；初步估計組成部分a.床身；b.工作臺面；c頭架；d尾架；e砂輪架；f修整器；g測量裝置; h砂輪進給電機；I修整器進給電機；j電器框；k工作臺進給電機；l工件旋

7、轉(zhuǎn)電機；m潤滑冷卻裝置；n數(shù)控裝置；總體布局初步設計圖2 圖2 1 E5數(shù)控框縱向與橫向尺寸的確定.縱向尺寸工件最大長度li 750mm ;頭架長度I2 440mm ;尾架長度13 320mm ;上臺面長度14 li 12 I3 100 (20 40) 1640mm;下臺面長度15 14 14 15%20% 2000mm；床身長度16 15 11 400 3150mm;后床身長度17 1600mm （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗給定）后床身長度整個床身寬度18 1650mm (視覺效果);砂輪架中心與機床床身對稱線相距l(xiāng)0 l2 l3 120mmL7L4J 5圖22磨床縱向尺寸.橫向尺寸1)畫

8、出橫向尺寸床身的 V型導軌作為橫向尺寸的基準，畫出床身的平面導軌作為高度尺寸的基準線，根據(jù)確定的工作臺參數(shù)，導軌參數(shù)B1 , B2中心畫出左視圖2)確定上，下工作臺厚度和寬度(1)厚度：用類比法上 工 作 臺 0.250.35 1 中 心(21)下工作臺h10.30.4 1中心(2 2)1為工作臺導軌的中心距，工作臺導軌選用80 75 250取 上=0.3 250=75mmh2=0.38 250=95mm(2)寬度B工作臺 l B4 B5(3 3)B 1/2 B 12-301/2 75 20 58mmB4 B6B4 70mmB71/2 B 12-301/2 75 20 60mmB5 B7B5

9、70mmB 工作臺 250 70 70 390mm3)確定頭，尾架頂尖中心位置頂尖中心安排在V型導軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的, 砂輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導軌的承載壓力較大，故常適當加寬 V型導軌的寬度。4)確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度 H1H1 10001100左右川根據(jù)工人身高，經(jīng)驗。類比取 H1 1095mmH2 H1 h1 h2 H /COS 739.6mm5)工作臺回轉(zhuǎn)中心位置B9B91/2 l 1/2 *250 125mm6)確定機床總高HH H2 h H頭架H測量儀739.6 170 411 633.45 1954mm所以H取2000mm 。2.3

10、.5 砂輪架相關(guān)尺寸設計(1)砂輪架導軌(V一平導軌)100 90 400 1考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取 L中心二500mm ,從而可定出砂輪架的寬度約為600mm ,導軌為的寬度約為600mm ,導軌為0.15MPa的卸荷導軌。圖3 3砂輪架的導軌(2)砂輪架橫向行程長度l橫1橫射桿s快速0.1 0.2S快速(3 4)(35)式中S夬速為砂輪架快速進退的行程，一般取 60150mm。此處取111mm。(35)S桿D 砂 max / 2DZmax/2D砂min /2 D工件min /2750/2 320/2550/2 20/2250mm安全系數(shù)取0.1足夠l橫 250 111

11、0.1 111 372.1 (1 橫取 373 )(3)砂輪架高度和長度砂輪架箱體導軌的高度 h3 ,砂輪底板滑臺高度h4 ,砂輪中心距砂輪底面高度h5,與后床身頂面至平導軌的高度h0,為避免上，下工作臺運動時與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺的頂面，同時考慮橫向 進給機構(gòu)穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗h6 110 150mm 取 h6 130mm砂輪架中心距后床身頂面h7 H1 H2 H6 1095 740 130 485mm砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動絲桿取 h4 120mm后床身進給導軌內(nèi)裝絲桿取 h3 190 mmh5 h7 h3 h4485 120 190 175砂輪

12、架底板長度%：191.52l 中心1.5 - 2 *500750 1000取 19=900mm砂輪架導軌長度1i0 I9 1橫5080900 373 80 1353mm.取 1i0 1305mm(4)砂輪架主軸電機的選擇用類比法，砂輪架主軸電機的功率取 15kw ;計算法 N切N空(3 6)Pz*V砂 2 3.8取2.35 8.823.8N 電 15KW2.3.6頭架相關(guān)尺寸的確定長，寬，高：440 400 411mm 1主軸錐孔：莫氏5#錐孔中心高：H D max/2 K(3 7)320/ 2 20-35180195 mm通過以上計算頭架中心高取180mm主軸轉(zhuǎn)速 V1/80 1/160 V

13、砂 *60 4522.5m/s(3-8)取 VI 40m/sVImax 716r/min 300VImin 22r/min 30交流伺服電機選擇用類比法，交流伺服電機選擇IFT5076-DA(D1 18N-M) 電機砂輪磨削工件需要的功率FZ 最大磨削力r工件 max 150*320 24N.m/s(3 9)交流伺服電機通過20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即N實 18 38/20 34.2N.m/s l4合格主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤帶動旋轉(zhuǎn)尾架相關(guān)尺寸的確定5#莫氏錐孔中心高180mm ,臺面傾斜10 0直線滾動導軌液壓油缸，頂緊力12 15kg工作臺要求上，下臺面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠

14、螺母。傾斜 10 以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時修刮側(cè)面橫向進給機構(gòu)交流伺服電機-聯(lián)軸器-滾珠絲桿-砂輪架壓力卸荷導軌 壓力油0.15Mpa 卸去60% 75%壓力V一平導軌100*90*500砂輪架行程l橫373mm砂輪修整器伺服電機-絲桿-修整器直線滾動導軌主軸直徑D=50mm ,采用液體動壓軸承(16r/min 6.3Mpa)修整速度=1/3 1/5 %、修整器直徑 70 120故V線1219m/s修整器行程為160mm液壓系統(tǒng)修整器；尾架；量儀(兩個)；潤滑油；床身導軌；砂輪架卸荷導軌；絲桿；直線滾動導軌；間歇電氣部分SIMENS 810G 控制五坐標軸 砂輪架主軸機

15、床保護系統(tǒng)靜壓供油系統(tǒng)壓力繼電器壓差發(fā)訊器液壓控制器電路延時尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設置自動循環(huán)電路，可手動，也可用于腳 踏。當工件旋轉(zhuǎn)時，由于互鎖裝置，使起無效。油箱液壓控制數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標軸）自診斷與保護功能如：電池電壓低程序錯誤各坐標軸由行程開關(guān)控制最大位移量安全防護罩（砂輪罩，機床前罩）全封閉式導軌面保護I工作臺導軌：不銹鋼可伸縮防護罩n砂輪架導軌：前部：翻板式護罩+橡皮（防水）；后罩：鋼罩。出修整器導軌：折疊式第3章 部件設計(砂輪架)砂輪架設計的基本要求砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動部件和 主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對砂

16、輪架設計 提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。砂輪架設計應滿足以下幾點基本要求川：.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；.振動小，發(fā)熱低，不漏油；.裝配制造簡單，調(diào)整維修方便。主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施.砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動和軸向躥動大小，它直接影響 工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳 動允許誤差取5 m10 (im o.提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的措施(1)選擇合適的主軸軸承：動靜壓軸承；(2)提高主軸的加工精度；(3)正確選擇主軸軸向止推方式：液體靜壓推力軸承。主軸軸承系統(tǒng)的剛性主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動力作用下，主軸軸承抵抗變

17、形的 能力。通常以主軸前端的撓度來度量。過低的剛性會降低磨削生產(chǎn)率、力口工精 度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線缺陷。砂輪架主軸初步設計.砂輪架主軸的強度校核進行軸的強度校核時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況采取相應的計算方 法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。對砂輪架主軸來說，由于采用了卸荷皮帶輪裝 置，砂輪架主軸主要承受扭矩，應該按照扭轉(zhuǎn)強度計算，且在選取許用應力時 應該選取較小值。砂輪架主軸材料采用 42MnVB ,并進行淬火，故選取許用應 力為40MP。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為T 工 9 T（4T W 0.2d3Tt 扭轉(zhuǎn)切應力（單位為 MP）T 軸所受扭矩（單位為Ncmm）Wt軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)

18、（單位為mm3）p軸傳遞的功率（單位為KW）n軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm ）d計算界面處的直徑（單位為mm ）t 許用扭轉(zhuǎn)應力（單位為r/mm ）由上式可得軸的直徑為d .3 9 55 1 06 j0.2 t n3 9.55 106 15 0.2 40 g 60031.02mm由上述計算可以得知砂輪架最小直徑為31.02mm ,考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為60mm o砂輪架主軸的尺寸如圖4-1所示國0120nu 30 M另一 國0120nu 30 M另一 0120圖3 1砂輪架主軸尺寸示意圖3.5主軸剛度校核.當量直徑因為是階梯軸,所以用當量直徑法作近似計算當量直徑為:因為是階梯

19、軸,所以用當量直徑法作近似計算當量直徑為:(4 4)105(4 4)105)(4 3)L=140+640+20+32+10=932mm932140 64020100604 1204 1404 1084=89.36mm.允許撓度允許撓度y=0.0002L 0.0002*660=0.132mm3、計算主軸前端撓度值丫Pa2(l a)1Y主軸3EIP 載荷（單位為公斤）（150/9.8 ）l 軸兩端的跨距（單位為厘米）（66.00 ）a懸伸長度（單位為厘米）（13.2 ）E 材料的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02I截面慣性矩（平方厘米）一 一 2 一 150 13.279.2Yi軸53

20、9.8 21.02 105 307.985=0.001cm = 0.01mm又因為y=0.135 , 0.010.135 ,即Y主軸 y,由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。一般存在一個使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距Lo由經(jīng)驗得知，L為（36 ） D時，主軸前端撓度最小，D=120mm , L為 360720mm ，取 L 為 640mm 。動靜壓軸承靜壓軸承是利用外部油源產(chǎn)生承載能力的油膜軸承，動靜壓混合軸承是一 種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點，又克服了兩著缺點的新型多油楔油膜 軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力， 從而克服了液體動壓軸承啟動

21、和停止時出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象， 提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在 主軸啟動后，依靠淺腔階梯效應形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地 提高了主軸承載能力，而多腔對置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的 均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。它的優(yōu)點如下：.速度和載荷范圍廣，應用范圍廣。動靜壓軸承在零件轉(zhuǎn)速到很高的范圍 內(nèi)的各種相對速度下都能承載，而且載荷范圍大，其承載能力取決于供油壓力，軸承軸頸結(jié)構(gòu)和相對大?。?油膜剛度高，阻尼大，抗振性好；.摩擦阻力，磨損小.由于總有一層油膜將相對運動表面隔開，因此摩擦阻 力小

22、，磨損小，能長期保持很高的運動精度，壽命長.且對軸承軸頸材料要求也較低；.主軸回轉(zhuǎn)精度高.動靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動.安全性好.在萬一供油受阻或切斷時，可利用軸承中動壓效應來承載；.承載能力高.由于動壓效應，使軸承轉(zhuǎn)速越高承載能力越大，同時軸承還 能承受方向不斷變化的動載及瞬時過載；.穩(wěn)定性好.使用較經(jīng)濟.由于動靜壓軸承高速下主要靠動壓承載，故這時供油壓力可 相對較小，軸承可設計成較小軸頸，軸承結(jié)構(gòu)簡單，制造精度和材料要求不高。動靜壓軸承需要一套供油系統(tǒng)，潤滑油要經(jīng)過嚴格過濾以保持清潔。目前 廣泛應用的是定壓供油系統(tǒng)。一定壓力的壓力油，經(jīng)節(jié)流器流入兩相對運動體 間的油腔，通

23、過油腔壓力來平衡外載荷。在定壓供油系統(tǒng)中，節(jié)流器是關(guān)鍵部 分，它起著限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變 化。靜壓軸承常用的固定節(jié)流器有毛細管和小孔節(jié)流器兩種。本次設計選用毛 細管節(jié)流器。動靜壓軸承廣泛用于高速精密設備中.目前，在改造舊精密磨削設備方面, 用得較多的是北京中航設備改造廠的 WMB型表面節(jié)流液體動靜壓混合軸承。砂輪架主軸的軸向定位采用軸向止推靜壓軸承。軸向止推軸承由兩個相對 的環(huán)形油腔構(gòu)成。軸上具有臺肩以形成承載面。軸承的間隙通過修磨調(diào)整墊圈 的厚度來保證。傳動裝置設計4 2所小o4 2所小o這個方案的優(yōu)點是，減少了主軸的變形，同時還提高了承載能力。壓板支架

24、主軸多楔帶帶輪圖3 2卸荷皮帶輪1壓板支架主軸多楔帶帶輪圖3 2卸荷皮帶輪1.電動機的選擇N電N切N空PZ V砂 Z- 3.8102=(2.358.82 ) +3.8 = 12.62kw通過以上計算，取N電=15kw ,選擇Y100L 4型電動機2.皮帶設計因為多楔帶兼有V帶和平帶的優(yōu)點，外輪廓尺寸小，比 V型帶傳動平穩(wěn),所以皮帶采用多楔帶。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán) 形帶傳動。工作面為楔側(cè)面，有橡膠和聚氨酯兩種 5。1）皮帶材料的選用皮帶材料選用聚氨酯。2）設計計算已知小帶輪轉(zhuǎn)速，即 n1=1500r/min,傳動比i=2.5 ;(1)計算功率由機械設計表8.7查得，工作

25、情況系數(shù)Ka為1.1 ,故FCaFCaKaP 15 1.1 16.5kw(4 5)(2)由區(qū)和小選擇帶型由于FCa=16.5kw , n1=1500r/min,查表后可知，取帶型為 L型。(3)確定帶輪基準直徑由金屬切削機床設計簡明手冊表4-43 ,取主動輪基準直徑D1=80mm oi n1 2，由此得 D2 W D1 200mm。n2 D2n2(4)驗算帶速Df 80 1500V 6.28m/s(4 6)60 100060 1000V = 6.28 m/s 30 m/s ,所以帶速合格。(5)初定軸向間距由公式(4 5)(4 7)0.7 ( D1 + D2) a0 2 ( D1 + D2),

26、(4 7)可知 196V a0 560 ,取 a0=400 。(6)所需基準帶長Ld0 2a0 一 Ld0 2a0 一 (D1 D2)2(D2 D1)24a02 400 -(80 200)=1248.82mm(4 8)2(200 80)24 400由金屬切削機床設計簡明手冊表 45,取相近的基準帶長Ld= 1250mm6mm6(7)(7)實際軸向間距(4 9)_LdLd0(4 9)aa。21250 1248.82400 2=401.18mm所以皮帶的實際軸向間距取a = 401mm。(8)多楔帶每楔的基本額定功率P,由金屬切削機床設計簡明手冊表440 由金屬切削機床設計簡明手冊表440 ,可以

27、查得 P =0.34kw 。(9)小帶輪的包角0 (D2 D1) 57.3180a(4 10)= 162.85(10)多楔帶楔數(shù)的確定KaP(9)小帶輪的包角0 (D2 D1) 57.3180a(4 10)= 162.85(10)多楔帶楔數(shù)的確定KaP(P1P)KdK|(4 一11 )其中P1、Kbh1(1 一)Ki查表得Kb 4.6 10 3 ,Ki 1.14,代入 P的計算公式中，得 P=0.849kw 。又已知 K =0.955 , Ki=1.00 ,得:11 15Z 5 14.53(0.340 0.849) 0.955 1.00由此可以確定，取Z = 15。3.帶輪設計1)帶輪設計的要

28、求:(1)質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應力;(2)質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡校證；(3)槽輪工作面要經(jīng)過精細加工，以減少帶的磨損；(4)輪槽的尺寸和角度應有一定的精度，以使載荷分布均勻。2)帶輪的材料選用帶輪的材料選用HT200 。3)帶輪的結(jié)構(gòu)(1)小帶輪直徑Di (2.5 3)d (d為軸的直徑)，所以采用實心式(2)大帶輪D2 200 300 ,所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。4)小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸其中da 帶輪的外徑,軸的直徑，h 基準線上槽深。da d 2h 80 2 3 86mm(4-13)db (1.82)da 1.9 86 163.4mm,圓整后得 db=165mmL (1.5

29、2)da 1.6 86 137.6(4 14 )B (Z 1)P 2g ,(4-15 )其中Z多楔帶的楔數(shù)，P多楔帶的槽間距，g第一槽對稱面到端面的距離。B (Z 1)P 2g (15 1) 4.9 2 10 88.6mm5)大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸77/TT7L圖34大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸da d 2h 200 2 3 206mmdb (1.82)da 1.9 206 391.4mmL (1.52)da 1.6 206 329.6mm第4章數(shù)控系統(tǒng)設計4.1概述任何一個數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎， 軟件是系統(tǒng)的靈魂。有了硬件和軟件和配合才能有效的完成系統(tǒng)的使命。硬件 電路的可

30、靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標。本設計中要求砂輪架自動橫向 進給（X）和工作臺縱向進給（Y）在兩坐標進行控制。對磨床工作過程進行分 析：其調(diào)整過程有裝工件，手動退出，手動快進，對刀，手動快退；自動調(diào)整 過程有設置磨削量，快進，工進，快退。該磨床的砂輪架橫向進給機構(gòu)和工作臺縱向進給實行數(shù)控，主要的使用要 求和功能如下：要有兩個步進電機分別驅(qū)動砂輪和工作臺。.對液壓進行控制。.對冷卻液進行控制。.砂輪主軸電機控制。.頭架主軸電機啟?？刂啤?手動及其方向控制。.手動快進和快退。.工作方式。.鍵盤與顯示。.工作臺限位。.報警。.急停。根據(jù)以上要求來確定硬件電路方案。4.2確定硬件電路總體方案機床數(shù)控

31、系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成，如圖5.1所示。(1)主控制器，即中央處理單元 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)儲存器，包括只讀可編程程序儲存器( ROM )和隨機讀寫數(shù)據(jù)儲存 器(RAM )。4.接口，即I/O輸入/輸出接口電路。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖.主控制器CPU的選擇在一般二坐標聯(lián)動的數(shù)據(jù)控系統(tǒng)中，推薦采用MCS-51系列單片機作為主控制器。MCS-51系列單片機主要有三種型號的產(chǎn)品：8031 , 8051和8751 。該系列產(chǎn)品是集中 CPU, I/O 端口及部分RAM為一體的功能性很強 的控制器。目前，工業(yè)控制中應用最多的是80

32、31單片機。本設計中也采用8031單片機。它是一個具有40根引腳的雙列直差式器件，其基本特征有：(1)具有8位中央處理單元CPU(2)片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路(3)具有128個字節(jié)的RAM(4)具有21個特殊功能寄存器(5)可尋址64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和64K字節(jié)的外部程序存儲器(6)具有4個I/O接口，32根I/O線(7)具有兩個16位定時器/計數(shù)器(8)具有5個中斷源，配備兩個優(yōu)先級別(9)具有一個全雙功能串行接口(10)具有位尋址能力，適用邏輯運算8031片內(nèi)沒有程序存儲器，僅有片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。.數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴展片外的數(shù)據(jù)存儲

33、器。單片機應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6/16和6264表態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器，其選用規(guī)則與 EPROM程序存儲器的要求相同。在本 設計中選用6264為數(shù)據(jù)存儲器的擴展芯片。容量為 8K。擴展6264框圖如下/O 口擴展電路設計8031單片機共有四個八位并行I/O 口，但可供用戶使用的只有P 口及2 口。因此要進行I/O接口的擴展。本設計中采用通用的可編程接口芯片 8255A。它是有A, B。C三個可編 程功能的8位I/O接口，有40個引腳的雙列直插式 RAM/IO/CTC 擴展器。 由8255A自單片機接受地址址信息，控制信息，在數(shù)據(jù)總線與端口間傳送數(shù) 據(jù)狀態(tài)控制信號。圖4.3 擴展62

34、64框圖由于一塊8255A可提供24個I/O 口，而本設計中經(jīng)過分析，使用要求須四十幾個口，所以本設計中采用三片8255A芯片，其中一塊芯片作為鍵盤,顯示接口電路。根據(jù)以上控制需要分配這些接口 ：OUTPUT :控制砂輪架進給五相步進電機 M1 PA1控制工作臺進給五相步進電機 M2 PB1工件頭架旋轉(zhuǎn)（C）異步電機M3 線圈觸點占1位砂輪旋轉(zhuǎn)（F）異步電機M4線圈觸點占1位液壓泵異步電機（M5, M6, My） 線圈觸點占3位液壓繼電器（Ya1 , Ya2,工3）線圈觸點占3位OUTPUT :PB3 口零位開關(guān)（X , Z ）I/O （面板）: TOC o 1-5 h z 鍵盤 4*7=28

35、巳3PC2 0顯示器米字形 Pa2 Pb2 口手動按鈕（X , Z , F C ） P.0 ： P.5啟動/暫停Pl.6 P1.7警報P.3急停2.2（5）波段開關(guān)（編輯，自動，手動）P3.4 : P3.6由上述可知：共使用了三片 8255A 芯片,其中還剩余PC3 口（八位）可以 利用。總線連接數(shù)據(jù)總線（DB）P?？跒閿?shù)據(jù)I/O 口，數(shù)據(jù)總線由它連接各芯片數(shù)據(jù)I/O 口。地址總線（AB）設計中一共使用了一片TAM （8K）, 一片TOM（8K）,三片8255A。必須對這些擴展部分實行統(tǒng)一編址。2764EPROM 8K=213 需 13 條地址線6264RAM 8K=213需13條地址線但由于

36、訪問片外TOM與訪問片外RAM所以用控制線不同，且PSEN與 RD , WD不會同時有效，所以兩者地址可以完全重疊。用Po 口八位地位地址。F2.0 :p2.4F2.0 :p2.4五位高地址。碼器74LS32進行片選由F2.5,F2.6兩位控制片選結(jié)果P2.6P2.5EPRAM6264EFRAM62648255A(D8255A8255A由此，可得地址分派如下:0000-00FFHRAM62640000-00FFHROM27640001-01FFH8255A(D0002-02FFH8255A0002-03FFH8255A圖4.4 接口框圖5.鍵盤，顯示接口電路圖4.5 鍵盤和顯示接口電路如圖4.

37、5所示，本數(shù)控系統(tǒng)采用行列式鍵盤，即用 I/O 口線組成行列結(jié)構(gòu), 按鍵設置在行列的交點上。使用的顯示器為 16段米字管和LED （發(fā)光二極管 顯示器）。采用8255A接口芯片管理鍵盤，顯示器電路。它由 4*7鍵和7位LED顯 示器組成。鍵盤，顯示器接口電路圖：8031的Po 作數(shù)據(jù)輸出，Ao A ,用與端口選址，兩片 8255A 的RD與WD,左上8255A 芯片的Ph： PCo與右下8255A 的Pa6 : Pao 一起組成4*7鍵 盤掃描線，右下8255A的PB 口用于查詢8個限位開關(guān)的狀態(tài)6.8031與控制電機與電液閥8255A的聯(lián)接其它輔助電路設計圖4.6輔助電路8031的F0 口向

38、8255A 輸出八位數(shù)據(jù)以控制電機和液壓閥。鎖存器出來的與與白，以進行端口尋址。RD與WD控制8255A 的讀寫。巳口的PA4： PA0控制一五相步進電機，Pb4 : Pbo控制另一步進電機。Pco ： Pc4控制四個異步電機的啟停，Pc5控制液壓閥。加光電隔離器以屏蔽電磁干擾7.步進電機驅(qū)動電路步進電機驅(qū)動電路如圖 4.7所示，由四部分組成。在步進電機驅(qū)動中, 般在接口電路與功率放大器之間要加上隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離。圖4.7步進電機驅(qū)動電路助第5章液壓系統(tǒng)設計概述磨床通常以電動機作為動力，由它帶動機械，液壓傳動系統(tǒng)完成機床的各 種運動，再通過電器，液壓系統(tǒng)控制這些運動之間的轉(zhuǎn)換和先后順序及

39、其聯(lián)系。液壓傳動設計.液壓工作原理1)液壓傳動的特征與機械傳動相比，它是用具有壓力的油作為介質(zhì)，經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動或直線運動的：電動機帶動油泵壓力油液壓機(旋轉(zhuǎn)運動)油缸(直線運動)因此，整個液壓傳動系統(tǒng)由四部分組成：(1 )動力部分一一油泵(2)執(zhí)行部分一一液壓機或油缸(3)控制部分一一方向閥，節(jié)流閥，壓力閥(4)輔助部分一一油管，壓力表，蓄能器，壓力繼電器等在上述液壓傳動過程中，壓力油應密封在油管內(nèi)，如果不密封，油就不能 形成壓力，也無法起傳動作用。另外，油所處的容積還要不斷的變化，容積不 變化，油泵就不能吸油與排油，油缸不能移動，也不能完成傳動作用。磨床的 液壓傳動，就是利用容積

40、的變化來完成其動作的。2)液壓傳動的兩個重要參數(shù)一一壓力，流量(1)液體壓力與負載的關(guān)系：齒輪油泵的供油壓力，隨著工作臺受到的負載大小正變化。負載大，壓力 大；負載小，壓力小(2)液體流量也速度的關(guān)系進入油缸的流量越多，工作臺速度就越快，定量油泵的流量要大于工作臺 最大速度所需的流量。(3)壓力與流量的關(guān)系a.油泵的壓力與流量關(guān)系齒輪油泵并不是一旋轉(zhuǎn)就打出壓力油來的，必須要在油泵出油口加負載， 并且壓力隨負載變化而變化。b.管路中的壓力與流量的關(guān)系在管路中流動的油液，壓力(實際上是壓力差)流量與液阻密切相關(guān)，液 阻增大，壓力差增大或流量減小。3)液壓傳動采用的符號在繪制液壓傳動系統(tǒng)原理圖時，液壓元件的符號常采用結(jié)構(gòu)符號或職能符 號來表示。結(jié)構(gòu)符號近似于實物的結(jié)構(gòu)，直觀性強，容易理解，但繪制麻煩。職能符 號只表示元件的作用，不能表示出結(jié)構(gòu)，繪制迅速方便，已列入國標。.液壓系統(tǒng)的傳動設計在實際工作中有以下幾個步驟：.按照機床的每一個動作要求來擬訂相應的液壓回路。.按照機床的工作循環(huán)方框圖，將各個回路合并成系統(tǒng)，畫出液壓傳動