明光z80摇臂钻、z3132摇臂钻床、招商
报价价格：
电询或面议
更新时间：
行业类别：
发布企业：
发布 IP ：
产品简介:z3032摇臂主要技术参数：&主要技术参数z2*10钻孔直径（mm）3232主轴中心线至立柱母线距离（mm）900小0主轴端面至底座距离（mm）980-主轴转速级数（mm/r）6& 108--1--1000主轴锥度（mm/inch）mt4mt4主轴行程（mm）120120摇臂回转角度360360功率（kw）1.5/2.2&1.5/2.2重量（kg）880920机床外形尺寸（长&宽&高）20&摇臂钻床的操作流程：一、操作规程1、必须熟悉机床操作顺序和性能，严禁超性能使用设备。2、必须经过、考试或考核合格后，持证上岗。3、开机前，按设备润滑图表注油，检查各是否放在规定的位置上。按压总启动按钮，启动电机。4、按压主轴箱与立柱松开按钮，按压摇臂升降按钮，并移动主轴或转动摇臂。5、选择低速档，调好进给量，空转10分钟后，可试自动进给。6、进给退出，主电机停止，按压总停按钮。7、关闭机床电控总，关闭电控柜空气开关。8、机床，按设备润滑图表注油，立柱、摇臂抹油。二、安全操作规程1、加工时，严禁戴，工件夹装应牢固，钻小件，应用平口钳或工具夹夹住，不许用手夹着钻。2、在开机钻孔情况下，手不准触摸，不准翻转，卡压或测量。3、在摇臂钻的横臂回转范围内，不准站人，横臂应卡紧。4、横臂下，工作台上，不准放杂物，不准有障碍物。5、使用自动走刀，应调整好限位块，手动进给，不要用力过猛。6、上有长铁屑时，要停车用铁钩清除，禁止风吹或手拉。1、明光z80摇臂钻|z3132摇臂钻床|热门搜索:【慧采科技开发有限公司】工业品领导者★★工业产品推荐★★河北畅销工业品品牌★★质量品牌双承诺单位★★老百姓-产品★★拨打电话请告诉我产品订货号2、明光z80摇臂钻|z3132摇臂钻床|多种型号图片
型号:rl2×6摇臂钻床
型号:rl0*10*13摇臂钻床
型号:rl32*10摇臂钻床
【明光z80摇臂钻|z3132摇臂钻床|一共有★★30★★多种型号以上只显示1-3种型号，如没有合适您的产品请咨询 河北慧采科技开发有限公司】3、明光z80摇臂钻|z3132摇臂钻床|多种型号内容型号:rl2×6摇臂钻床产品详细技术参数特点z3032&6摇臂钻床主要特点：1.32小型摇臂钻床小巧轻便，便于移动2.小型32摇臂钻床结构紧凑操作更加便捷，刚性更强，工作效率更高&z3032&6摇臂钻床详细技术参数资料钻孔直径（mm）32主轴端面至工作台距离（mm）640主轴中心距立柱母线距离（mm）240-600主轴行程（mm）120主轴锥孔（mm）3主轴转速范围（r/mm）320、750、1800摇臂回转角度360主电机功率(kw)1.5升降电机功率（kw）0.55底座工作面面积（mm）640&490机床体重（kn)325外形尺寸(mm)860&490&1460栏目页面:http://www.runlian365.com/chanpin/11689.html来源网址:http://www.runlian365.com/chanpin/did-169378-pid-11689.html型号:rl0*10*13摇臂钻床主要技术参数z3040&10/13钻孔直径mm40主轴端面至工作台距离mm260-950主轴中心至立柱母线距离mm360-主轴行程mm200主轴锥孔（莫氏）4主轴转速范围r.p.m35-1200主轴转速级数12主轴进给量范围r.p.m0.10-0.25主轴进给量级数6摇臂回转角度 &360主电机功率&kw2.2升降电机功率&kw0.75机床重量kg外形尺寸mm1300&705&0&2100&栏目页面:http://www.runlian365.com/chanpin/11689.html来源网址:http://www.runlian365.com/chanpin/did-169382-pid-11689.html型号:rl32*10摇臂钻床z3032摇臂钻床主要技术参数：&主要技术参数z3032*9z3032*10钻孔直径（mm）3232主轴中心线至立柱母线距离（mm）900小260主轴端面至底座工作台距离（mm）980-260主轴转速级数（mm/r）6& 108--10006& 108--1000主轴锥度（mm/inch）mt4mt4主轴行程（mm）120120摇臂回转角度360360电机功率（kw）1.5/2.2&1.5/2.2机床重量（kg）880920机床外形尺寸（长&宽&高）00&摇臂钻床的操作流程：一、操作规程1、必须熟悉机床操作顺序和性能，严禁超性能使用设备。2、必须经过培训、考试或考核合格后，持证上岗。3、开机前，按设备润滑图表注油，检查各手柄是否放在规定的位置上。按压总启动按钮，启动油泵电机。4、按压主轴箱与立柱松开按钮，按压摇臂升降按钮，并移动主轴或转动摇臂。5、选择低速档，调好进给量，空转10分钟后，可试自动进给。6、进给退出，主电机停止，按压总停按钮。7、关闭机床电控总开关，关闭电控柜空气开关。8、清洁机床，按设备润滑图表注油，立柱、摇臂抹油。二、安全操作规程1、加工时，严禁戴手套，工件夹装应牢固，钻小件，应用平口钳或工具夹夹住，不许用手夹着钻。2、在开机钻孔情况下，手不准触摸，不准翻转，卡压或测量。3、在摇臂钻的横臂回转范围内，不准站人，横臂应卡紧。4、横臂下，工作台上，不准放杂物，不准有障碍物。5、使用自动走刀，应调整好限位块，手动进给，不要用力过猛。6、钻头上有长铁屑时，要停车用铁钩清除，禁止风吹或手拉。栏目页面:http://www.runlian365.com/chanpin/11689.html来源网址:http://www.runlian365.com/chanpin/did-169389-pid-11689.html温馨提示：
润联为您提供产品的详细产品价格、产品图片等产品介绍信息，您可以直接联系厂家获取产品的具体资料，联系时请说明是在润联看到的，并告知型号
&&&& 联系我们时请一定说明是在云商网上看到的此信息，谢谢！
&&&& 联系电话：，，欢迎您的来电咨询！
&&&& 本页网址：
&&&& 推荐关键词：
缓存时间： 7:23:36
免责声明：“明光z80摇臂钻、z3132摇臂钻床、招商”信息由相关发布企业发布，云商网对此不对信息真伪提供担保。
风险防范建议：合作之前请先详细阅读本站。云商网保留删除上述展示信息的权利；我们欢迎您举报不实信息，共同建立诚信网上环境。
本站图片和信息均为用户自行发布，用户上传发布的图片或文章如侵犯了您的合法权益，请与我们联系，我们将及时处理，共同维护诚信公平网络环境！
Copyright & 2010
&公安机关备案号：<font color="#
缓存时间： 7:25:28当前位置： >>
CJK6132数控车床及其控制系统设计
毕业设计摘要关键词： 数控车床 CJ6132 分离传动 步进电机 在本次设计中，我采用常规分离式主传动设计，机床主传动采用液压操纵机 构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳 定，运转噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支撑采用 C 级高精度轴承，润滑油 润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。 机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装 于主轴箱带轮处，使床头箱内结构大为简化，便于维修。机床两轴进给系统采用 步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式， 在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动 面处贴有 TSF 导轨板， 滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能 及生产效率。机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。 进给方面，采用开环数控系统，即步进电机数控进给方式。采用步进电机开 环数控系统已基本能满足进给精度的要求。主传动由于采用了分离传动发案，可 较好的隔离电机及变速箱的震动，解决了热变形对主轴的影响，提高机床的加工 精度。再者，数控系统采用单片机技术，可靠性高，成本低，经济性好。在总体 性能上可以达到经济精密数控机床之列，达到较好的性价比。 该机床可以加工各种轴类、盘类零件，可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回 转体的内外曲面。 作为通用型机床， 特别适合汽车工业、 摩托车行业、 电子工业、 航天、军工等行业，对旋转体类零件进行高效、大批量、高精度加工时采用。 机床采用机、电、液一体化结构，整体布局紧凑合理，便于维修和保养，外 形符合人机工程学的原理，宜人性好，便于操作。目录一、总体方案设计..................................... 1（一）、主传动的组成部分 ........................................ 3 （二）、机床主要部件及其运动方式的选定 .......................... 4 （三）、机床的主要技术参数 ...................................... 5 （四）、各组成部件的特性与所应达到的要求 ........................ 6 二、机床主传动设计 ....................................8（一）、主要技术参数的确定 ...................................... 8 1．尺寸参数.................................................. 8第 1 页 共 92 页毕业设计2．运动参数................................................. 10 3、主轴转速的确定........................................... 12 4、转速范围及公比 ? 的确定 ................................... 12 5、结构式与结构网的确定..................................... 13 6、转速图的拟定............................................. 14 7、传动比参数的确定......................................... 15 （二）、传动系统图的拟定 ....................................... 16 （三）、电动机的选择 ........................................... 18 （四）、齿轮传动的设计计算 ..................................... 18 （五）、轴的设计计算 ........................................... 22 三、进给系统的设计计算 ................................37（一）、纵向进给系统的设计计算 ................................. 37 1、切削力计算............................................... 37 2、滚珠丝杠设计计算......................................... 38 （二）、横向进给系统的设计计算 ................................. 43 1、滚珠丝杠螺母副的选择计算................................. 43 3、步进电机的选择........................................... 47 四、 数控系统设计 ....................................50（一）、单片机系统控制设计的基本要求 ........................... 50 （二）、数字控制系统框图 ....................................... 50 （三）、数控系统的硬件特点： ................................... 51 （四）、控制系统图及芯片的选择 ................................. 51 （五）、存储器及系统扩展设计。 ................................. 56 1、基本知识................................................. 56 2.程序器的扩展.............................................. 58 3、数据存储器的扩展......................................... 58 4、存储器地址空间的分配..................................... 59 5、I/O 接口的扩展 ........................................... 59 （六）、键盘及键盘接口设计 ..................................... 61 （七）、显示器接口设计 ......................................... 62 （八）、步进电机控制电路 ....................................... 64 (九)、部分控制程序： ........................................... 70 1. 直线圆弧插补程序设计..................................... 70 2 直线插补程序 .............................................. 70 3.圆弧插补程序得设计........................................ 71 4、LED 动态显示程序设计： ................................... 75 5、串行扩展口的键盘、显示器接口电路软件设计：............... 77 6、步进电机控制............................. 错误！未定义书签。 7、自动转位刀架控制......................................... 77 五、外文资料翻译.................................... 81第 2 页 共 92 页毕业设计Stress and Strain .................................... Shear Force and Bending Moment in Beams 六、参考文献 七、 结束语81................... 85....................................... 90........................................ 91一、总体方案设计机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防 现代化提供技术装备的任务， 是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经 济指标的保证。 设计机床的目标就是选用技术先进。经济效果显著的最佳可行方 案，以获得高的经济效益和社会效益。 因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、 新方法应用到设计中，做到既要技术先进、经济效益好、效率高。要不断的吸收 国外的成功经验，做到既要符合我国国情，又要赶超国际水平。要不断的开拓创 新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维 修容易、造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽 量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。（一） 、主传动的组成部分主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组 成。主传动系统属于外联系传动链。 主传动包括动力源（电动机） 、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵 机构等十部分组成。1、动力源电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方 向。2、 定比传动机构具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采 用齿轮和带传动。第 3 页 共 92 页毕业设计3、 变速装置传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速 组和一个背轮机构使主轴获得 18 级转速。4、 主轴组件机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成，5、 开停装置用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主 轴的启动和停止。6、 制动装置用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。本设计中采用电磁式 制动器。7、 换向装置用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中采用电动机直接换向。8、 操纵机构控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。本设计中，开停、换向和 制动采用电控制；变速采用液压控制。9、 润滑与密封为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可 靠的密封装置。本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。10、 箱体上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。本设计中 采用灰铁铸造箱体。11、 刀架数控机床中为了实现对刀架的自动控制，采用制动转位刀架。（二） 、机床主要部件及其运动方式的选定主运动的实现第 4 页 共 92 页毕业设计根据设计要求， 本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。 其中，变速箱与电动机至于机座内，主轴箱与变速箱采用带传动连接。所有的变 速都采用液压操作。 进给运动的实现 本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制， 因此在 X、 方向上， Y 进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过齿轮传递。齿轮的消隙 采用偏心环调整。 数字控制的实现 采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作 的位置，这一点须根据实际情况而定。 机床其它零部件的选择 考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标 准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。（三） 、机床的主要技术参数由设计任务书的要求， 现将 CJK6132 经济型数控车床的主要技术参数及加工 范围技术参数列于下： 项目 单位 规格床身上最大回转直径 mm 320 最大工件长度 mm 750 最大切削直径 mm 320 最大切削长度 mm 750 床鞍（滑板）上最大切削直径 mm 250 主轴前端锥孔 莫氏 6 号锥度 主轴孔径 mm 350 主轴转速范围 r/min 40~1800 主轴转速级数 18 级主轴电机输出功率 （普通） kW 5 中心高 距床身 mm 250 距地面 mm 1130第 5 页 共 92 页毕业设计尾座套筒直径 mm 65 尾座套筒行程 mm 150 尾座套筒锥孔锥度 莫氏 5 号（四） 、各组成部件的特性与所应达到的要求1．床身机床床身采用优质铸铁，内部筋采用 U 形布局，床身整体刚性高。滑动导轨 面采用中频淬火，淬硬层深。硬度达 HRC52 以上，拖板滑动面贴塑，使得进给 系统的刚度，摩擦阻尼系数等动、静特性都处于最佳状态。 2. 床头箱结构 机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿 轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支 撑采用 C 级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的 精度和刚性。机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离 合器安装于床头箱带轮侧，使床头箱内结构大为简化，便于维修。 3.进给系统 机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床 鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有 TSF 导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于 提高了机床的快速响应性能及生产效率。 在进给系统各滑动处及两轴丝杠丝母处 都设置了润滑点。 4. 刀架 机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。 5. 尾座采用手动尾座 6. 冷却系统 冷却箱放在后床腿中。 7.卡盘 机床标准配置为_250 手动卡盘， 8.电气系统 电路的动力回路，均有过流、短路保护，机床相关动作都有相应的互锁，以 保障设备和人身安全。第 6 页 共 92 页毕业设计电气系统具有自诊断功能，操作及维修人员可根据指示灯及显示器等随时观 察到机床各部分的运行状态。 9.安全保护 当机床遇到外部突然断电或自身故障时，由控制电路的设计，机床可动进给 轴，冷却电机等如已在“启动”状态者，将进入“停止”状态；如已在“停止”状态的 则不可自行进入启动状态， 确保了机床的安全。另外由于机床计算机内的控制程 序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由电池供电保护的，所以，意外断电 或故障时，不会丢失计算机内存储的程序菜单。 机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成损坏。 由于软件的合理设计， 报警可通过显示器显示文字及报警号，通过操作面板的指 示灯指示；机床根据情况将报警的处理方式分为三类：对紧急报警实行“急停”； 对一般报警实行“进给保持”；对操作错误只进行“提示”。第 7 页 共 92 页毕业设计二、机床主传动设计（一） 、主要技术参数的确定机床的主要技术参数包括主参数和基本参数。主参数是机床参数中最主要 的，它必须满足以下要求： a、 b、 c、 d、 直接反映出机床的加工能力和特性； 决定其他基本参数值的大小； 作为机床设计的出发点； 作为用户选用机床的主要依据。对于通用机床（包括专门化机床） ，主参数通常都以机床的最大加工尺寸表 示，只有在不适用于用工件最大尺寸表示时，才采用其他尺寸或物理量。如卧式 镗床的主参数用主轴直径， 拉床用额定拉力等。为了更完整地表示出机床的工作 能力和加工范围，有时在主参数后面标出另一参数值，称为第二主参数。如最大 工件长度、最大跨度、主轴数和最大加工模数等。 除主参数外，机床的主要技术参数还包括下列基本参数： a、 b、 c、 d、 与工件尺寸有关的参数； 与工、夹、量具标准化有关的参数； 与机床结构有关的参数； 与机床运动特性和动力特性有关的参数。这些基本参数可以归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数三种。1．尺寸参数尺寸参数是表示机床工作范围的主要尺寸和工、夹、量具的标准化及机床结 构有关的主要参数。 如普通车床横刀架上最大工件的回转直径，在相同中心高的 情况下， 这一尺寸参数既决定加工长工件的最大直径，又决定刀架的厚度及其刚 性。机床主要尺寸参数内容见下表（ ） 。第 8 页 共 92 页毕业设计最 大 加 与 工件主要 工尺寸 尺寸有关的参 数 部 件 运 动尺寸范 围 与工、夹、量具标准化有 关的参数与机床结构有关的参数最大加工直径或最大工件直径，最大加工模数、 螺旋角 主轴通孔直径 最大加工长度或最大工件长度 最大工件安装尺寸。如工作台尺寸、主轴端面至 工作台面最大距离、 主轴中心线至工作台面最大距 离或立柱间距等 最小工件加工尺寸。 如主轴中心线至工作台面距 离、最小车削直径、最小磨削外径或孔径等 刀架、工作台、主轴箱、横梁的最大行程 刀架、工作台、砂轮（导轮）箱或摇臂的最大 回转角度 主轴或尾架套筒的锥孔大小 工件头架或尾架的顶尖安装锥度 刀杆断面尺寸、刀夹最大尺寸、安装的刀具 直径 工作台 T 型槽的尺寸和数目 床身或摇臂的导轨宽度 花盘或圆工作台的直径 主轴中心线或工作台面至地面的高度机床主要尺寸参数内容机床的主参数主要决定于工件的尺寸。对于各类通用机床，已在调查研究各 种工件的基础上制定出了机床的参数标准，设计时应该遵照执行。专用机床的主 参数则基本上可以根据工件尺寸决定。 主参数系列采用优先数系，这样做有如下好处： （1）优先数按等比级数分级，能在较宽的范围内以较少的品种，经济合理 地满足用户的需要，即可把产品的品种规格限制在必需的最少范围内。 （2）优先数系具有各种不同公比的系列，因而可以满足较密和较疏的分级 要求。随着形势的发展，可以通过插入中间值使较疏的系列变成较密的系列，而 原来的项值保留不变。在参数范围很宽时，根据经济性和需要量等不同的条件， 还可以分段选用最合适的基本系列（即选用不同的公比） ，以复合系列的形式组 成最佳系列。 （3）优先数系是国际上统一的数值制度，有利于国际的标准化。 其他尺寸参数一般根据主参数来确定。但由于机床的使用情况比较复杂， 这些尺寸参数的确定还有相似分析法和图解分析法及回归分析法。 由此可以得到 CK6140 数控车床的尺寸参数如下表所示 ：第 9 页 共 92 页毕业设计参数项目 床身上最大工件回转直径 刀架上最大工件回转直径 主轴通孔直径 主轴锥孔莫氏 尾架顶尖套锥孔莫氏 最大工件长度 L 刀杆截面尺寸单位 mm mm mm Nq Nq mm mm数值 320 160 35 6 5 750 20×202．运动参数运动参数包括机床主运动（切削运动）的速度范围和级数，进给量范围和级 数以及辅助运动的速度等，它是由加工表面成形运动的工艺要求所决定的。 主轴极限转速和变速范围 对于主运动为回转运动的机床，主轴极限转速为：nmax ? 1000 vmax ( r min) ?d minnmin ?1000 vmin ( r min) ?d max式中的 d min 或 d max 不是该机床可能加工的的最小或最大直径，而是认为是在 机床全部工艺范围内可以用最大切削速度 v max 来加工时的最小工件直径和用最 小切削速度 vmin 来加工时的最大工件直径，这样才能得出合理的极限转速值。 （1）极限切削速度 Vmax、Vmin 根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类、工艺要求、 刀具和工件材料等因素。允许的切削速度极限参考值如下表所示： 加工条件 硬质合金刀具粗加工v maxvmin80~120第 10 页 共 92 页毕业设计硬质合金刀具半精加 工或精加工 高速钢刀具低速光刀 安装磨头附件进行磨 削 精铰孔 宽刀加工 精车丝杠或蜗轮 3.5~7.5 1.5~4 1.5~3.5 1.25~1.5 150~250 &10选择极限转速的典型条件为： a．最大切削速度按硬质合金车刀半精车和精车钢料来取值．考虑较小规格 车床可普遍采用可转位刀片，切速可适当提高，故对主参数为Ｄ（最大工件回转 直径） ＝250~630mm 的车床取 250m/min,而大规格车床换刀费时取切速小些耐用 度可以高些，故Ｄ＝800~1000mm 的车床取 200m/min； b．最小切速 vmin 可考虑两种情况，即（a）高速钢车刀精车丝杠和（b）高 速钢车刀低速光车盘类零件，故 vmin 分别取（a）1.5m/min 和（b）8m/min； c．最小工件直径 d min ，即使用 v max 时可能遇到的最小工件直径，一般取 0.1 Ｄ； d．最大工件直径 d max ，当 vmin 为 b 中情况（a）时，即按车削丝杠可能遇到 的最大直径，取 0.1Ｄ， vmin 为 b 中情况（b）时，按刀架滑板上最大工件回转直 径Ｄ1（对多数车床Ｄ1＝0.5Ｄ） ． 由上分析得到按典型加工条件选取的数值如下表（ 主参数系 列 最大工件v max）所示： 变速范围R n极限切削速度（m/min）最大和最小工件直径 （mm）d mind maxvminRvRn=RvRd第 11 页 共 92 页毕业设计回转直径Ｄ （mm）（a）（b） （a） Rv=166.7（a）（b） （a） Rn=166.7 （b）250~630250（b） Rv=31.25 1.5 8 （a） Rv=133.3 0.1 0.1D D D1 （0.5D）Rn=156.2 （a） Rn=133.3 （b）Rn=125800~1000200（b） Rv=253、主轴转速的确定（1） 主轴最高转速 N Max 的确定 、 根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速为最高， 按经验，并参考切削用量资料，取 Vmax ? 200m / min ，k=0.5, Rd=0.2, 则：d max ? k ? D ? 0.5 ? 320 ? 160mm d min ? R d ? d max ? 0.2 ? 160 ? 32mmn max ?1000V max 1000 ? 200 ? ? 1990r / min ?d min ? ? 32（2） 、主轴最低转速 N Min 的确定 根据分析，主轴最低转速由以下工序决定： 用高速钢车刀，对铸铁材料的盘形零件粗车端面。按经验，并参切削用量 资料，取 V max =15m/min,则最低转速为：n min ? 1000V min 1000 ? 15 ? ? 30r / min ?d max ? ? 1604、转速范围及公比 ? 的确定根据最高转速与最底转速可初步得出主轴转速范围Rn ? N M a x 1990 = N M i n 30＝66.33第 12 页 共 92 页毕业设计则公比? ? z ?1 R n ? 18?1 66.33 ? 1.2 7 9由设计手册取标准值得? =1.26根据标准公比及初算 N Min ，查表取 N Min =40r/min，则最高转速N M a = N Min × ? 17 =40× 1.2617 x=2034r/min 则主轴转速范围 N Rn ? Max? 2034 ? 50.85N Min40且验算公比得 ? =1.25993 く 1.26,满足要求。5、结构式与结构网的确定（1）结构式的确立 结构式的方案共有如下几种： 18=3×3×2 18=2×3×3 18=3×2×3 在上述方案中，三个方案可根据下述原则比较：从电机到主轴，一般 为降速传动。接近电机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也就较 小。如使传动副较多的传动组放在接近电机处，则可使小尺寸的零件多些， 而大尺寸的零件可以少些，这样就节省省材料，经济上就占优势，且这也 符合“前多后少”的原则。从这个角度考虑，以取 18=3×3×2 的方案为好， 本次设计即采用此方案。 根据设计要求确定如下结构式： 18= 3（1）× 3（3）× 2（9） 基本组 扩一组 扩二组 （2）构网的拟定 1）传动副的极限传动比范围和传动组的极限变速范围 在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常限 制最小传动比 imax ≥1/4。在升速时，为防止产生过大的振动和噪声，常限 制最大传动比 imax ≤2。 2）基本组和扩大组的排列顺序 原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。因为如果各方案同号传 动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速高，转矩小，传动件的 尺寸也就小些。 根据前面求得的公比 ? =1.26,按照以上原则，选择最佳方案，本次设计采用 的结构网如下图所示：第 13 页 共 92 页毕业设计n18 n17 n16 n15 n14 n13 n12 n11 n10 n9 n8 n7 n6 n5 n4 n3 n2 n16、转速图的拟定电动机和主轴的转速是已定的，当选定了结构式和结构网后，就可分配各传 动组的传动比，并确定中间轴的转速。再加上定比传动，就可画出转速图。中间 轴的转速如果能高一些，传动件的尺寸也就可以小一些。但是，中间轴如果转速 过高，将会引起过大的振动、发热和噪声。因此，要注意限制中间轴的转速，不 使过高。 本次设计所选用的结构式共有三个传动组，变速机构共需 5 根轴，加上电动 机轴共 6 根轴，故转速图上需 6 条竖线；主轴共 18 种转速，电动机轴与轴 1 之 间采用定比传动。转速图如下图所示：第 14 页 共 92 页毕业设计7、传动比参数的确定（1） 、电动机与轴 1 传动副齿轮齿数的确定 因为铣床不需要正反转，为了便于速度的分配，该传动副采用定比传动，其 传动比有速度可求得： i =/1.26 为了方便电动机与变速箱在机座内的布置， 电动机与变速箱的联结采用带传 动。根据带轮的标准，尺寸值定为 112mm 和 140mm。 a、 变速箱与主轴箱之间采用带传动，为了便于完成转速的要求和速度 的分配，确定其带轮的尺寸比为：172：200。 b、 为了减少变速箱的轴向尺寸，减少齿轮数目，简化结构，采用一对 公用齿轮的传动系统。因而，两变速组的传动比互相牵制，可能会 增加径向尺寸。为了实现齿轮公用，传动比与齿数的搭配较为繁琐， 在此不进行具体的说明，只把最后的结果列入下： c、 轴 1 与轴 2 传动副齿轮齿数的确定 根据转速图可得，该传动副的传动比 i =1/1.26、i =1、i =1.26。查《金第 15 页 共 92 页毕业设计属切削机床》Page136 页表 8-1，并考虑到主轴箱的几何尺寸，取该传动副 中 Z min =30，齿数和 S z =68，则由传动比可求得该传动副齿数比为： 当 i =1/1.6 时 当 i =1 时 当 i =1.6 时 Z 1 /Z 2 =30：38 Z 1 /Z 2 =34：34 Z 1 /Z 2 =38：30轴 2 与轴 3 传动副齿轮齿数的确定 根据转速图可得， 该传动副的传动比 i = 1.26 2 ，i = 1.26 -1 及 i ＝ 1.26 ?4 。 查《金属切削机床》Page136 页表 8-1，并考虑到主轴箱的几何尺寸，取该 传动副 Z min =22，齿数和 S Z =77，则由传动比可求得 该传动副齿数比为： Z 2 /Z 3 =47/30 , Z 2 /Z 3 =22/55 , Z 2 /Z 3 =34/431 ， 和齿形离合器， 传动比为： 1.26 9轴 5 与轴 7 间采用背轮机构， 总传动比为 1。 齿数为：第一级：27*2.5：69*2.5 第二级：19*3：61*3（二） 、传动系统图的拟定根据以上分析及计算，拟定如下传动系统图：第 16 页 共 92 页毕业设计第 17 页 共 92 页毕业设计（三） 、电动机的选择1、电动机的功率计算 按在各种加工情况下较经常遇到的最大切削力和最大切削速度来计算，在车 床中， 切断工件的切削力大于外圆车削，因而按用硬质合金刀具切断钢材时来计 算。即：N 切＝ Fz ? v 61200式中Fz ――主切削力的切向分力(N)V――切削速度(m/min ) 具体计算见下章Fz ? 1.2 5 p f(B g ) k fFy ? (0.4 ~ 0.55)Fz (k g ) f由查《机床设计手册》得出参数: P=200 B= 6 f=0.3mm/r 则Fz ? 1.25 ? 200 ? 6 ? 9.8 ? 0.3 ? 4410N所以得有效功率为：N 切＝ 4410 ? 40 ＝2.9kw 61200取ηm=0.8，则由经验公式可得电动机总功率为：N? Nc ?m ? 2.9 0.8 ? 3.625 kw2、 电动机参数的选择 在选择电动机时，必须使得 P 额定 ≥P 总 ，根据这个原则，查《机 械设计手册》选取 Y112-M-4 型电动机.（四） 、齿轮传动的设计计算由于直齿圆柱齿轮具有加工和安装方便、生产效率高、生产成本低等优 点，而且直齿圆柱齿轮传动也能满足设计要求，所以本次设计选用渐开线 直齿圆柱齿轮传动；主轴箱中的齿轮用于传递动力和运动，它的精度直接 与工作的平稳性、接触误差及噪声有关。为了控制噪声，机床上主传动齿 轮都选用较高的精度，但考虑到制造成本，本次设计都选用 6-7 级的精度。 具体设计步骤如下： 1、模数的估算： 按接触疲劳和弯曲疲劳计算齿轮模数比较复杂， 而且有些系数只有在 齿轮各参数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草 图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。 齿轮弯曲疲劳的估算公式：第 18 页 共 92 页毕业设计mw ? 32 3N mm Zn j（式中 N 即为齿轮所传递的功率）齿面点蚀的估算公式：A ? 32 3N mm nj（式中 N 即为齿轮所传递的功率）其中 n j 为大齿轮的计算转速， A 为齿轮中心距。 由中心距 A 及齿数 Z1 , Z 2 求出模数：mj ? 2A mm Z1 ? Z 2根据估算所得 mw 和 m j 中较大的值，选取相近的标准模数。 前面已求得各轴所传递的功率，各轴上齿轮模数估算如下：第 19 页 共 92 页毕业设计第一对齿轮副mw ? 32 34.0 ? 0.99 ? 1.5 mm 30 ? 1150A ? 32 3mj ?4.0 ? 0.99 ? 48 .3 mm 115 02 ? 48.3 ? 1.25 mm 30 ? 47所以，第一对齿轮副传动的齿轮模数应为 m ? m w ? 1.5 mm 同理，对各对齿轮的模数计算从略，最后计算得出最高的模数为 2.5 综上所述，为了降低成本，机床中各齿轮模数值应尽可能取相同，所以， 本次设计中取各个齿轮模数均为 m =2.5mm。 2、齿轮传动各轴的轴中心矩计算 根据渐开线标准直齿圆柱齿轮分度圆直径计算公式可得各个传动副中 齿轮的分度圆直径为： 1 轴与 2 轴：d 1 =mz/2=2.5*(30+38)/2=85 2 轴与 3 轴： d 2 ? mz / 2 ? 2.5 * (47 ? 30) / 2 ? 96.25 3、齿轮宽度 B 的确定 齿宽影响齿的强度，但如果太宽，由于齿轮制造误差和轴的变形，可能接 触不均匀，反儿容易引起振动和噪声。一般取 b=（6~10）m。本次设计中，取 单片齿轮宽度 B=8m=8×3=24mm，则与其啮合的从动齿轮的宽度一致；而取多 联齿轮的宽度 B=6m=6×3=18mm，则与其啮合的从动齿轮的宽度一致。 4、齿轮其他参数的计算 根据《机械原理》中关于渐开线圆柱齿轮参数的计算公式几相关参数的规 定，齿轮的其它参数都可以由以上计算所得的参数计算出来，本次设计中，这些 参数在此不在一一计算。 5、齿轮结构的设计 不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构的要求也不同，7 级精度的齿轮，用较高精度的滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形， 精度将下降。因此，需要淬火的 7 级齿轮一般滚或插后要剃齿，使精度高于 7 级，或者淬火后再珩齿。6 级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮， 必须才能达到 6 级。 机床主轴箱中的齿轮齿部一般都需要淬火。 多联齿轮块的一第 20 页 共 92 页毕业设计般形式如下图所示，各部分的尺寸确定如下：b bk b1（1） 、退刀槽 Bk 本次设计中多联齿轮多采用插齿加工方法，因此取 Bk =6mm。 （2） 、其他问题 滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿， 有规定的形状和尺寸， 如下图所示， 圆齿和倒角性质不同， 加工方法也不一样。 图中安装拨动齿轮的滑块的尺寸在本 次设计中取 b1×h=10×5。第 21 页 共 92 页h毕业设计10°10°6、齿轮的校核（接触疲劳强度） ：K ? K A K v K ? K?=1.25×1.07×1.1×1.43=2.1 查表得： Z ? =0.88Z H =2.5 Z E =189.8? H = Z H Z E Z?2 K? (u ? 1) bd1 u2将数据代入得： ? H ? 1100mpa 齿轮接触疲劳强度满足，因此接触的应力小于许用的接触应力。 其它齿轮也符合要求，故其余齿轮不在验算，在此略去。（五） 、轴的设计计算1、各传动轴轴径的估算 滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的， 而且轴的设计是在初步计算轴径的 基础上进行的， 因此先要初算轴径。轴的直径可按扭转强度法用下列公式进行估 算。d ? A0 3 P mm n对于空心轴，则d ? A0 3 P mm n(1 - ? 4 )第 22 页 共 92 页毕业设计式中， P ――轴传递的功率，kW； n ――轴的计算转速，r/min；A0 ――其经验值见表 15-3；取β 的值为 0.5。 （1） 、计算各传动轴传递的功率 P 根据电动机的计算选择可知，本次设计所选用的电动机额定功率N d ? 5.5kW 各传动轴传递的功率可按下式计算： P ? N d ??η ――电机到传动轴之间传动效率；由传动系统图可以看出，本次设计中没有采用联轴器，而直接由电动机轴 将动力传到轴上，即各个轴之间均为齿轮传动，所以可得各轴传递的功率为：?1 =0.96 ，? 2 =0.93 ，? 3 =0.904? 4 =0.877所以，各传动轴传递的功率分别为：P1 ? N d ? ?1 ? 4 ? 0.99 ? 0.98 ? 3.88kWP2 ? P1 ? ?2 ? 3.88 ? 0.98 ? 0.99 ? 3.76kWP3 ? P2 ? ?3 ? 3.76 ? 0.97 ? 0.99 ? 3.61kW P4 ? P3 ? ?4 ? 3.61 ? 0.98 ? 0.99 ? 3.18kw(2) 估算各轴的最小直径 本次设计中，考虑到主轴的强度与刚度以及制造成本的经济性，初步选择 主轴的材料为 40Cr，其它各轴的材料均选择 45 钢，取 A0 值为 115，各轴的计 算转速由转速图得出， n1j=1000r/min, n2j=400r/min, n3j=125r/min, n4j=125r/min, 所以各轴的最小直径为：d 1 ? 115 ? 3 3.18 ? 15mm
? 17.5 mm 900d 1 ? 115 ? 3d 1 ? 115 ? 3在以上各轴中都开有花键，所以为了使键槽不影响轴的强度，应将轴的 最小直径增大 5%，将增大后的直径圆整后分别取各轴的最小直径为：d 1 min =25 mm , d 2 min =25 mm ,d 3 min =35 mm 。第 23 页 共 92 页毕业设计2、各轴段长度值的确定各轴段的长度值，应根据主轴箱的具体结构而定，且必 须满足以下的原则：（1） 、应满足轴承及齿轮的定位要求； （2） 、应满足滑移齿轮安全滑移的要求； 3、轴的刚度与强度校核 根据本次设计的要求， 需选择除主轴外的一根轴进行强度校核，而主轴 必须进行刚度校核。在此选择第一根轴进行强度校核。 （1） 、第一根轴的强度校核 1)、轴的受力分析及受力简图 由主轴箱的展开图可知，该轴的动力源由电动机通过齿轮传递过来，而 后通过一个三联齿轮将动力传递到下一根轴。 其两端通过一对角接触球轴承将力 转移到箱体上去。 由于传递的齿轮采用的直齿圆柱齿轮，因此其轴向力可以忽略 不计。 所以只要校核其在 xz 平面及 yz 平面的受力。轴所受载荷是从轴上零件传 来的，计算是，常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的 中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。通常把轴当作铰 链支座上的梁， 支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。 其受力简图如下： 在 xz 平面内：R1x z R2 A a l B F 2x z C b F 1 xz R1 D R2xz在 yz 平面内：R1yz R2 A a l T1 B T2 F2yz C b R2yz R1 DF1yz2） 、作出轴的弯矩图 根据上述简图， 分别按 xz 平面及 yz 平面计算各力产生的弯矩，并按计第 24 页 共 92 页毕业设计算结果分别作出两个平面的上的弯矩图。 在 xz 平面内，根据力的平衡原理可得： R1xz+R2xz+F2xz=F1xz 将各个力对 R1 取矩可得： F1xz×a=F2xz×（l-b）+R2xz×l 由以上两式可解出： R1xz=F1xz（l-a）/l-F2xz×b/l R2xz=F1xz×a/l-F2xz+F2xz×b/l 由于有多个力的存在，弯矩无法用一个方程来表示，用 x 来表示所选截面距 R1 的距离，则每段的弯矩方程为： 在 AB 段： M=-R1xz×x （a≥x≥0） 在 BC 段： M=F1xz-R1xz×（a+x）-F1xz×a （l-b≥x≥a） 在 CD 段： M=-R2xz（l-x） （l≥x≥l-b） 则该轴在 xz 平面内的弯矩图为：MX---同理可得在 yz 平面内的弯矩图为：MY---第 25 页 共 92 页毕业设计3)、作出轴的扭矩图 由受力分析及受力简图可知，该轴只在 yz 平面内存在扭矩。其扭矩大 小为： T1=Fyz?r1 则扭矩图为： T2=Fyz?r2TX4） 、作出总的弯矩图 由以上求得的在 xz、 平面的弯矩图， yz 根据 M= M xz ? M 2 yz 可得总2的弯矩图为：MX5） 、作出计算弯矩图 根据已作出的总弯矩图和扭矩图，则可由公式 Mca= M 2 ? (?T ) 2 求出 计算弯矩， 其中α 是考虑扭矩和弯矩的加载情况及产生应力的循环特性差异的系 数， 因通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转切 应力则常常不是对称循环的变应力，故在求计算弯矩时，必须计及这种循环特性 差异的影响。即当扭转切应力为静应力时，取α ≈0.3；扭转切应力为脉动循环 变应力时，取α ≈0.6；若扭转切应力也为对称循环变应力时，则取α =1。应本 次设计中扭转切应力为静应力，所以取α ≈0.3，则计算弯矩图为：第 26 页 共 92 页毕业设计MX6） 、校核轴的强度 选择轴的材料为 45 钢， 并经过调质处理。由机械设计手册查得其许用弯曲 应力为 60MP，由计算弯矩图可知，该轴的危险截面在 F1 的作用点上，由于该 作用点上安装滑移齿轮，开有花键，由机械设计可查得其截面的惯性矩为： W= [π d4+（D-d） （D+d）2zb]/32D 其中 z 为花键的数目，在本次设计中，z=6，D=30mm，d=26mm， b=4mm 所以其截面的惯性矩为 W=575.963mm3 根据标准直齿圆柱齿轮受力计算公式可得圆周力与径向力： Ft=2T1/d1 Fr=Ft×tgα?其中 T1 为小齿轮传递的扭矩，N?mm；α 为啮合角，对标准齿轮，取α =20 ； 而 Ft 与 Fr 分别对应与 xz 平面及 yz 平面的力。各段轴的长度可从 2 号 A0 图中 得出， 则根据前面的公式可得出该轴危险截面的计算弯矩为： Mca=25014.22N? m， 则该轴危险截面所受的弯曲应力为：δ ca=.963≈43.43MP≤60MP， 所以该轴的强度满足要求。 （2） 、主轴的刚度校核 1） 、主轴材料的选择 考虑到主轴的刚度几强度，选择主轴的材料为 40Cr，并经过调质处 理；第 27 页 共 92 页毕业设计2） 、主轴结构的确定 主轴的结构应根据主轴上应安装的组件以及在主轴箱里的具体布置来确定， 主轴 的具体结构已在零件图上表达清楚，其图号为 6，在此不在绘出。 3） 、主轴的刚度验算 ①轴的变形和允许值 轴上装齿轮和轴承处的绕度和倾角（y 和 ? ）应该小于弯曲变形的许用值 ? y ?和?? ? 即 y ? ?y??? ? ? ?轴的类型 一般传动轴? y ?（mm）4.5l变形部位 装向心轴承处 装齿轮处?? ? （rad）0.刚 度 的 要 求 较 -0.0002l 高 安装齿轮轴（0.01~0.00）m 装单列圆锥滚子轴 0.006 承L 表跨距，m 表模数 ①轴的变形计算公式 计算轴本身弯曲变形产生的绕度 y 及倾角 ? 时， 一般常将轴简化为集中载荷下的 简支梁。 按材料力学相关公式计算，主轴的直径相差不大且计算精度要求不高的 时候，可把轴看作等径轴，采用平均直 d 来计算，计算花键时同样选择用平均直 径 圆轴：d??dii惯性矩：?d I? i 644矩形花键轴： d 1 ?D?d 264id2 ? 4?惯性矩：I??d 4 ? 6 z ( D ? d )( D ? d ) 264第 28 页 共 92 页毕业设计①轴的分解和变形合成 对于复杂受力的变形，先将受力分解为三个垂直面上的分力，应用弯曲变形公 式求出所求截面的两个垂直平面的 ?和y 。然后进行叠加，在同以平面内的可进 行代数叠加，在两平面内的按几何公式，求出该截面的总绕度和总倾角 危险工作面的判断 验算刚度时应选择最危险的工作条件进行， 一般时轴的计算转速低传动齿轮的直 径小，且位于轴的中央时，轴受力将使总变形剧烈，如对：二、三种工作条件难 以判断那一种最危险，就分别进行计算，找到最大弯曲变形值 ?和y 提高轴刚度的一些措施 加大轴的直径， 适当减少轴的跨度或增加第三支承，重新安排齿轮在轴上的位置 改变轴的布置方位等。 轴的校核计算 轴的计算简图在 xz 平面内：F2 R2 R1 F1同理可得在 yz 平面内的受力图，在此不在画出。 主轴的传动功率：6 4 P 主= 4 ? 0.99 ? 0.9 =3.513KW主轴转矩： T主 ?9.500 ? 10 6 ? 3.513 =156900Nmm 250 T主 d1 ? 2 ? 1.569 ? 10 5 ? 2614 .8 N 35支点上的力：FtC ? 2 T主 d1 ?FtB ? 22 ? 1.569 ? 10 5 ? 2092 N 45第 29 页 共 92 页毕业设计根据弯矩平衡：RHE ? 623 ? Ftc ? (623 ? 329 ) ? FtB (623 ? 408) ? 0求得：RHE=-84.9 根据力得平衡： RHA ? 607 .7 N 则弯矩图为：MX2）垂直平面得弯矩图：FRB ? FtB ? tg? FrC ? FRC ? tg?=951.71N =761.4N根据平面内得弯矩平衡有：RNE ? 623 ? FrC ? (623 ? 329 ) ? FrB (623 ? 408 ) ? 0 RNE ? 88.6 N再根据力得平衡：RR NA ? ?101 .71N则可得 B、C 点得弯矩图：第 30 页 共 92 页毕业设计MX在 B 点和 C 点为最危险截面，要满足要求，B、C 点满足即可，在 B、C 截面得 弯矩为：M B ? ? M BH ? M BV2 2=N?L2M C ? ? M CH ? M CV2= N?L扭矩图为：T X经分析可知 B 所在得位置为最危险截面，只要 B 满足条件即可，则刚度满足。 计算弯矩M CB ? M B ? ? (2T B ) 2= N?L 轴得抗弯截面系数为：W ??d 4 ? ( D ? d )( D ? d ) zb32 D
? 20 ? 140 ? 8 ? 10 ? 32 ? 80 ?
mm 3第 31 页 共 92 页毕业设计?? ca ?Mca ? W 53.96 ? ?? ?1 ?故满足第三强度理论 刚度验算： 在水平面内，FtB单独作用时：pb(3l 2 ? 4b 2 ) fc1 ? 48 EI 2614 .8 ? 2.5(3 ? 623 2 ? 4 ? 215 2 ) 48 ? 2.1 ? 10 5 ? I ==-0.02598mm? (D 4 ? d 4 )其中 I= 在f tc32=2747500单独作用下：pb(3l 2 ? 4b 2 ) 48 EIf c2 ?2092 ? 294 (3 ? 623 2 ? 4294 2 ) 48 ? 2.1 ? 10 5 ? I ==-0.0182mm 在两力得共同作用下：f c ? f c 2 ? f c1 ? 0.00778 mm在垂直面内有 在 FrB 单独作用时fc1 ? pb(3l 2 ? 4b 2 ) 48 EI951 .71 ? 2.15(3 ? 623 2 ? 4 ? 215 2 ) 48 ? 2.1 ? 10 5 ? I ==-0.0072mm第 32 页 共 92 页毕业设计? (D 4 ? d 4 )其中 I= 在FrC32=2747500单独作用下：pb(3l 2 ? 4b 2 ) 48 EIf c2 ?761 .4 ? 294 (3 ? 623 2 ? 4 ? 294 2 ) 48 ? 2.1 ? 10 5 ? I ==-0.0182mm 在两力得共同作用下：f c ? f c 2 ? f c1 ? 0.0006 mm FtB、FrB、FtC、FrC故在共同作用下，x?1 l 2 处为危险截面，其最大绕度为fc ?fc?2? fc2?? 0.0078031 mm而一般的刚度 ? y ? ? (0.0003 ~ 0.0005 )l =0.21~0.35mm 故f c ? ?y?符合刚度要求，其转角就不验算了。B）下面校核由Ⅴ传到主轴时的强度，刚度，校核， 主轴的传动功率： P 主= 7.5 ? 0.96 ? 0.97 =5.9974KW69.500 ? 10 6 ? 5.9974 50 主轴转矩：T 主= =143188Nmm支点上的力：FtB ? 2T主 2 ? 143188 ? ? 2386 .5 N d1 120FtC ? 2T主 2 ? 143188 ? ? 1376 .8N d1 150根据弯矩平衡：RHE ? 623 ? FtD ? 483 .5 ? FtB 215 ? 0第 33 页 共 92 页毕业设计求得：RHE=-244.9N 根据力得平衡： RHA ? 1254 .6 N 2）垂直平面得弯矩：FRB ? FtB ? tg? FrC ? FRC ? tg?=868.6N =501.1 N根据平面内得弯矩平衡有：RNE ? 623 ? FrD ? 483 .5 ? FrB 215 ? 0 RNE ? ?89.1N再根据力得平衡：RRNA ? 278 .4 N则可得 B、C 点得弯矩图： 在 B 点和 C 点为最危险截面，要满足要求，B、C 点满足即可，在 B、C 截面得 弯矩为：M B ? ? M BH ? M BV2 2=N?L2M C ? ? M CH ? M CV2= N?L扭矩图为： 经分析可知 B 所在得位置为最危险截面，只要 B 满足条件即可，则刚度满足。 计算弯矩M CB ? M B ? ? (2T B ) 2=942100 N?L 轴得抗弯截面系数为：W ??d 4 ? ( D ? d )( D ? d ) zb32 D
? 20 ? 140 ? 8 ? 10 ? 32 ? 80 ?
mm 3?? ca ?Mca W =58.94 ? ?? ?1 ?第 34 页 共 92 页毕业设计故满足第三强度理论 刚度验算： 在水平面内，fc1 ?FtB单独作用时：pb(3l 2 ? 4b 2 ) 48 EI2386 .5 ? 215 (3 ? 623 2 ? 4 ? 215 2 ) 48 ? 2.1 ? 10 5 ? I ==-0.018147mm? (D 4 ? d 4 )其中 I= 在f c2f tc32=2747500单独作用下：pb(3l 2 ? 4b 2 ) ? 48 EI 1376 .8 ? 483 .5(3 ? 623 2 ? 4 ? 483 .5 2 ) 48 ? 2.1 ? 10 5 ? I ==-0.00551mm 在两力得共同作用下：f c ? f c 2 ? f c1 ? 0.01264 mm在垂直面内有 在 FrB 单独作用时fc1 ? pb(3l 2 ? 4b 2 ) 48 EI868 .6 ? 215 (3 ? 623 2 ? 4 ? 215 2 ) 48 ? 2.1 ? 10 5 ? I ==-0.0066mm? (D 4 ? d 4 )其中 I= 在FrC32=2747500单独作用下：第 35 页 共 92 页毕业设计f c2 ?pb(3l 2 ? 4b 2 ) 48 EI501 .1 ? 483 .5(3 ? 623 2 ? 4 ? 483 .5 2 ) 48 ? 2.1 ? 10 5 ? I ==-0.001515mm 在两力得共同作用下：f c ? f c 2 ? f c1 ? 0.00848 mm FtB、FrB、FtC、FrC故在共同作用下，x?1 l 2 处为危险截面，其最大绕度为fc ?fc?2? fc2?? 0.01264 mm而一般的刚度 ? y ? ? (0.0003 ~ 0.0005 )l =0.21~0.35mm 故f c ? ?y? 符合刚度要求，其转角就不验算了。第 36 页 共 92 页毕业设计三、进给系统的设计计算CJC61312 数控技术参数 最大工作直径（mm） 最大工作 溜板及刀架重量（N） 长度 床身上 320 床鞍上 160 （mm） 750 纵向 800 主电动 机功率 纵向 0.01 横向 0.005 （Kw） 30 横向 600 起动加速 时间 （ms） 刀架快移速度 （m/min） 纵向 2.4 横向 1.2最大进给速度 （m/min） 纵向 0.6 横向 0.3定位精度（mm）滚珠丝杆导程 （mm） 纵向 5 横向 5（一） 、纵向进给系统的设计计算工作台重量： 时间常数：W =800N T= 25ms滚珠丝杠基本导程： L0 =5mm 快速进给速度：V m a x=2m/min1、 切削力计算由《机床设计手册》可知，切向铣削力Pc ? P?k式中：P―主电机功率，6132 型车床 P =4KW； η ―主传动系统传动效率，一般为 0.75～0.85，取η =0.8； k―主轴系统功率系数，取 k=0.96Pc ? 4 ? 0.8 ? 0.9 6 k w 3.0 7 2 k w ?Pη FZ = E vm5.5 ? 0.8 ? 10 ×10 = =686.55N 30 ? 0.0 68 π33切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大 切削速度（或转速）来计算，即Pc ? f v v103 kw 60第 37 页 共 92 页毕业设计Pc ?Tn kw 9550式中Fv ――主切削力（N） ；V――切削速度（m/min） T――切削转矩（N/min）; N ――主轴转速（r/min） 。 设按最大切削速度来计算，取 v= 100m/min 则：Fc ? 60Pc 10 ?3 c 60 ? v2、滚珠丝杠设计计算滚珠丝杠副已经标准化，因此，滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号 的选择 1） 计算作用在丝杠上的最大动负荷 FQ 首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给抗力， 计算出丝杠的轴向载荷，再根据要求的寿命值计算出丝杠副应 能承受的最大动载荷 FQFQ = 3 L f m Fmfa式中 f m ――运转状态系数，一般运转取 1.2～1.5，有冲击的运转取 1.5～2.5；Fm ――滚珠丝杠工作载荷（N） ；f a ――精度系数， 当丝杠精度为 1～3 级时，f a=1，为 4、5、 级时，f a=0.9； 7L ――工作寿命，单位为 10 6 r， L 可按下式计算60nT 10 6 式中 n ――滚珠丝杠的转速（r/min） ；L=，数控机床 T 取 15000h。 T ――使用寿命时间（h） 工作负载的数值可用《机床设计手册》中的实验公式计算，对于燕尾导轨Fm = KFL + f ? ( Fv +2 Fc + G )式中 FL ， Fv ， Fc ――切削分力；G ――移动部件的重量；第 38 页 共 92 页毕业设计K ――考虑颠覆力矩影响的系数， K =1.4；f ? ――导轨上的摩擦系数， f ? =0.2。则Fm =1.4×823.86＋0.2（686.55＋2×377.6＋500×9.8）=2421.75Nn ? 1000 v L0其中 v 为最大切削力条件下的进给速度（ m min ） ，可取最高进给速度的 ，计算时，可初选一数值，等刚度验算后 1 2 ～ 1 3 ； L0 为丝杠基本导程（ mm ） 再确定； 则n ? 1000 ×0.6× 1 3 ÷8＝25 r min，可取 t ＝15000h; t 为额定使用寿命（ h ）则L ＝ 60 ? 25 ?
＝22.5 万转根据工作负载 Fm 、寿命 L ，计算出滚珠丝杠副承受的最大动负载，取 f m ＝1.2， f a ＝1FQ = 3 L f m Fmf a ＝ 3 22.5 ? 1.2 ?
＝8204.24N由 FQ 查 《机床设计手册》 选择丝杠的型号。 ， 选择滚珠丝杠的直径为 60mm， 型号为 CDM-P3,其额定动载荷是 29950N，强度足够用。 2） 效率计算 根据《机械原理》的公式，丝杠螺母副的传动效率η 为η ＝tg? tg ??＋? ?式中 ? ――螺纹的螺旋升角，该丝杠为 2°19′；? ――摩擦角 ? 约等于 10′。第 39 页 共 92 页毕业设计则??tg 2 ?19? ＝0.9328 tg 2 ?19?＋10???3） 刚度验算滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用，它将引起导程 L0 发生变化，因滚珠丝杠受扭时引起的导程变化量很小，可忽略不计，故工作负载引 起的导程变化量△L ? ?Fm L0 cm EF式中E ――弹性模数，对钢， E ? 20.6 ? 10 6 N cm2 ；（按丝杠螺纹底径确定 d1 ? 5.82cm ） F ――滚珠丝杠截面积（ cm 2 ）F??4? 5.82 2 cm2 ＝26.603 cm 2“＋”用于拉伸时， “－”用于压缩时。 则△L ? ?2421 .75 ? 0.8 cm ? ?3.54 ? 10 6 cm 6 20.6 ? 10 ? 26.603丝杠 1m 长度上导程变形总误差 △?100 100 ? ? 3.54 ? 10 ?6 ?m m ? 4.43 ?m m L0 0.84） 、压杆稳定的校核 滚珠丝杆通常属于受轴向力的细长杆，若轴向力工作负荷过大，将使丝杆失 去稳定而产生纵向屈曲，即失稳。失稳时的临界载荷 Fk 为Fk = F z ? 2 EI/L2(N)式中：E 为丝杆的弹性模量，对于钢，E=20.6 ? 104， I 为截面惯性矩，I= ? d14/64，(d1 为丝杆底径), L 为丝杆最大工作长度， F z 为丝杆支承方式系数.所以 对于两端简支的情况I= ? （50-3.175）4/64=90269.48F z =1.0第 40 页 共 92 页毕业设计因此Fk = ? ? 20.6 ? 10 ? 10 ? 2 4 62=52.72 ? 1010 临界载荷 Fk 与丝杆工作载荷 Fm 之比称为稳定性安全系数 n k ，如果大于许用稳定 性安全系数[ n k ]，则该滚珠丝杆不会失稳。一般取[ n k ]=2.5-4,考虑到丝杆自重 对水平滚珠丝杆的影响可取[ n k ] ? 4; 所以n k =52.72 ? 10 / ? 410因此压杆稳定。3 级精度丝杠允许的螺距误差为 15 ?m m ，故刚度足够。 （3）确定齿轮传动比 根据系统的脉冲当量，选步进电机的步距角? ? 1.5?则i? 1.5 ? 8 ? 3.33 360 ? 0.01取 Z1 ? 30，Z 2 ? 100，m ? 2mm（4）步进电机的选择1） 负载转动惯量估算 折算到步进电机轴上的转动惯量可按下式估算2J ?J W ? 180? ? J F ? J1 ? 2 2 3 ? 2 ? ? i i g ? ?? ?式中J F ――折算到电机轴上的转动惯量（ kg ? cm 2 ） ；J 1、J 2 ――分别为齿轮 Z1、Z 2 的转动惯量（ kg ? cm 2 ） ；J 3 ――丝杠的转动惯量（ kg ? cm 2 ） 。对材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式估算：第 41 页 共 92 页毕业设计J ? 7.8 ? 10 ?4 D 4 L (kg ? cm2 )式中D ――圆柱零件的直径（ cm ）; L所以 ――零件轴向长度（ cm ） 。J 1 ? 7.8 ? 10 ?4 ? 6 4 ? 1kg ? cm 2 ? 1.01kg ? cm 2 J 2 ? 7.8 ? 10 ?4 ? 10 4 ? 1kg ? cm2 ? 7.8kg ? cm2J 3 ? 7.8 ? 10 ?4 ? 6.3 4 ? 4 0 0 ? cm 2 ? 491 .49 kg ? cm 2 kgJ I＝4900 ? 180 ? 0.01 ? 2 2 ? ? k g ? cm ? 6.585 k g ? cm 2 3.33 ? 9.8 ? 3.14 ? 1.5 ?2总惯量?7.8 ? 491 .49 ? ? 6.585 ?kg ? cm2 ? 52.621kg ? cm2 ? J F ? ?1.01 ? ? 3.33 2 ? ?F p L0 ? 10 ?3 2?? i ?
? 5 ? 10 /2 ? ? 0.9328 ? 2.5-32） 、转矩计算及最大静矩选择 根据能量守恒原理，电机等效负载转矩TF ?=0.50 N ? m 若不考虑起动时运动部件惯性的影响，则起动转矩T0 = TF /0.3-0.5取安全系数为 0.3，则Tq =0.5/0.3 N ? m =1.67 N ? m对于工作方式为五相十拍的步进电机T j max = Tq /0.886 N ? m =1.88 N ? m因数控机床对动态性能要求较高， 确定电机最大转矩时应满足快速空载起动 时所需转矩 T 的要求T ? Ta max ? T f ? T0式中 Ta max --快速空载起动时产生最大加速度所需的转矩( N ? m )T f --克服摩擦所需的转矩( N ? m )由于丝杆预紧所引起，折算到电机轴上的附加转矩( N ? m ) 当工作台快速移动时，电机的转速第 42 页 共 92 页毕业设计n max ?v max i ? 2000 ? 4.2/5=1680r/min L0由动力学知Ta max ? J F ?式中角加速度， ? =n ? /30TTa max ? J F ? =8.687 ? 3.14 ? 1680 ? 10 /30 ? 0.025=6.110 N ? m-4Tf ?Wf ? 0 ? 10 ?3 L -3 ? 800 ? 0.16 ? 5 ? 10 /2 ? ? 0.9319 ? 0.98 ? 2.5 2?? i=0.027 N ? mT0 ? F0 L0 ? 10 ?3 2 1 ? ?0 2?? i??式中 ? 0--丝杆未加预紧时的效率， ? 0 =0.9328 F0―预加载荷，一般为最大轴向载荷的 1/3，即 Fm /3T0 =494.25 ? 5 ? 10-3/(1-0.93282)/2 ? ? 0.9328 ? 0.98 ? 2.5 N ? m=0.013T ? Ta max ? T f ? T0 ? 6.110+0.027+0.013=6.15 N ? m3） 、步进电机的最高频率f max ? 1000 v max ? 1000 ? 2/60 ? 0.005=6666.67Hz 60?根据以上计算，综合考虑，查表选用 130BF003 型电机。其安装尺寸及相关参数 可由手册中直接查出，此处不再一一列出。（二） 、横向进给系统的设计计算1、滚珠丝杠螺母副的选择计算（1） 、最大工作载荷的计算 滚珠丝杠上的工作载荷是指滚珠丝杠副在驱动工作台是滚珠丝杠所承 受的轴向力，也叫作进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力 和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩檫力。据机床加工的特点，当铣削槽 时，工作载荷最大，由于铣削时，工作载荷既包括铣削时沿着丝杠轴的方向的 力（即轴向力） ，也包括工作台及工件的重量（即垂直丝杠轴方向的力） ，由于 铣削时的轴向力不大，所以在此不考虑铣削时产生的轴向力。根据设计手册可 得工作载荷为：第 43 页 共 92 页毕业设计Fm = KFL + f ? ( Fv +2 Fc + G )式中 FL 、 Fv 、 Fc 分别为工作台进给方向载荷、垂直载荷和横向载荷，可由切 向铣削力 Fz 求出，单位为 N；G 为移动部件的重力，单位为 N，本次设计中， G 主要包括工作台、工件等的重力，取它们的质量 m=200Kg；K 和 f / 分别为考 虑颠覆力矩影响的实验系数和导轨上的摩檫系数，不同的导轨，其值不同。对 于燕尾形导轨，取 K=1.4 f / =0.2;对于铣床，切向铣削力 Fz 是沿着铣刀主运动方向的分力，它消耗铣床主电动机的功率（即铣削功率）最多，因此切向铣削 力可按铣削功率 Pm （KW）或主电动机的功率 Pe （KW）计算出：Fz = Pe × ? m ×103/v其中 ? m 为机床传动系统的传动效率； v 为主轴传递全部功率时的最低切削速 度，本次设计由前面的设计可取 v =0.085m/s。 ? m 而的值为：? m =0.996×0.984则切向铣削力 Fz 的值为：Fz =4×0.87×103/0.085=409.41（N）则切削时各个方向的载荷为：FL = Fz ×0.8=327.53（N）Fv = Fz ×0.75=307.6（N）Fc = Fz ×0.35=143.29（N）则最大工作载荷 Fm 的值为：Fm =1.4× 327.53+0.2（307.6+2×143.29+196）=969.27（N） （2） 、最大动载荷 FQ 的计算 首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给抗力，计算出丝杠的轴向载 荷，再根据要求的寿命值计算出丝杠副应能承受的最大动载荷 FQ 。FQ = 3 L f m Fmfa第 44 页 共 92 页毕业设计式中 f m ――运转状态系数，一般运转取 1.2～1.5，有冲击的运转取 1.5～2.5；Fm ――滚珠丝杠工作载荷（N） ；f a ――精度系数， 当丝杠精度为 1～3 级时，f a=1，为 4、5、 级时，f a=0.9； 7L ――工作寿命，单位为 10 6 r， L 可按下式计算60nT 10 6 式中 n ――滚珠丝杠的转速（r/min） ；L=，数控机床 T 取 20×12×30×24h。 T ――使用寿命时间（h）n ? 1000 v L0其中 v 为最大切削力条件下的进给速度（ m min ） ，可取最高进给速度的 ，计算时，可初选一数值，等刚度验算后 1 2 ～ 1 3 ； L0 为丝杠基本导程（ mm ） 再确定； 则n ? 1000 ×0.6× 1 3 ÷6＝25 r min则L ＝ 60 ? 25 ?
＝22.5 万转根据工作负载 Fm 、寿命 L ，计算出滚珠丝杠副承受的最大动负载，因本次所设计的情况无冲击，所以取 f m ＝1.2， f a ＝1，所以得：FQ = 3 L f m Fmf a ＝ 3 22.5 ? 1.2 ?
＝20213N根据滚珠丝杠所承受的最大动载荷必须小于其额定动载荷的原则，查《机 床设计手册》 ，可选择丝杠的型号。本次设计选择滚珠丝杠的直径为 40mm，其 导程为 5mm，螺旋升角为 2°17′，型号为 CDM-P3,其额定动载荷是 14100N，强度足够用。 （3） 、传动效率的计算 根据《机械原理》的公式，丝杠螺母副的传动效率η 为第 45 页 共 92 页毕业设计η ＝tg? tg ??＋? ?式中 ? ――丝杠的螺旋升角，本次设计所选丝杠的 ? 为 2°17′；? ――摩擦角，其值约等于 10′。tg 2 ?11? ＝0.9228 tg 2 ?11?＋10?则????（4） 刚度验算 、 滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用而发生变形，它将引起导程 L0 发生 变化， 从而影响其定位精度和运动平稳性。滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉 压变形、 丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及 螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵 向变形的影响更小， 可忽略不计。 螺母座只要设计合理， 其变形量也可忽略不计。 丝杠轴承的轴向接触变形计算方法可参考《机械设计手册》 ，只要滚珠丝杠支撑 的刚度设计得好，轴承的轴向接触变形在此也可以不必考虑。因此，在进行滚珠 丝杠的刚度验算时，只需要考虑轴向力的作用。△L ? ?Fp L0 EFcm式中E ――弹性模数，对钢， E ? 20.6 ? 10 6 N cm2 ；（按丝杠内径确定， d1 ? 3.25cm ） F ――滚珠丝杠截面积（ cm 2 ）F??4? 3.25 2 cm2 ＝25.62 cm 2“＋”用于拉伸时， “－”用于压缩时。 则△L ? ?2421 .75 ? 0.8 cm ? ?3.24 ? 10 6 cm 6 20.6 ? 10 ? 25.62丝杠 1m 长度上导程变形总误差第 46 页 共 92 页毕业设计△?100 100 ? ? 3.24 ? 10 ?6 ?m m ? 4.15 ?m m L0 0.83 级精度丝杠允许的螺距误差为 15 ?m m ，故刚度足够。 （5） 、压杆稳定的校核 滚珠丝杆通常属于受轴向力的细长杆，若轴向力工作负荷过大，将使丝杆失 去稳定而产生纵向屈曲，即失稳。失稳时的临界载荷 Fk 为Fk = Fz ? EI/L (N)2 2式中：E 为丝杆的弹性模量，对于钢，E=20.6 ? 104， I 为截面惯性矩，I= ? d14/64，(d1 为丝杆底径), L 为丝杆最大工作长度， Fz 为丝杆支承方式系数.所以 对于两端简支的情况 因此I= ? （40-3.175）4/64=87266.24f z =1.0Fk = ? 2 ? 20.6 ? 104 ? 106 ? 2=47.22 ? 1010 临界载荷 Fk 与丝杆工作载荷 Fm 之比称为稳定性安全系数 n k ，如果大于许用稳定 性安全系数[ n k ]，则该滚珠丝杆不会失稳。一般取[ n k ]=2.5-4,考虑到丝杆自重 对水平滚珠丝杆的影响可取[ n k ] ? 4; 所以n k =47.22 ? 13 ? 4因此压杆稳定。2、齿轮传动比 i 的确定 根 据 已 知 系 统 的 脉 冲 当 量 δ =0.01mm ， 初 步 选 则 步 进 电 机 的 步 距 角? ? 1.5?则i? 1.5 ? 5 ?2 360 ? 0.013、步进电机的选择（1） 、负载转动惯量估算 折算到步进电机轴上的转动惯量可按下式估算第 47 页 共 92 页毕业设计J F ? J1 ?J 2 ? J 3 W ? 180? ? ? 2 ? ? i2 i g ? ?? ?2式中； J F ――折算到电机轴上的转动惯量（ kg ? cm 2 ） ； J 1、J 2 ――分别为齿轮 Z1、Z 2 的转动惯量（ kg ? cm 2 ）J 3 ――丝杠的转动惯量（ kg ? cm 2 ） 。对材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式估算：J ? 7.8 ? 10 ?4 D 4 L (kg ? cm2 )式中D ――圆柱零件的直径（ cm ）;。 L ――零件轴向长度（ cm ） 所以J 1 ? 7.8 ? 10 ?4 ? 6 4 ? 1kg ? cm 2 ? 1.01kg ? cm 2 J 2 ? 7.8 ? 10 ?4 ? 10 4 ? 1kg ? cm2 ? 7.8kg ? cm2J 3 ? 7.8 ? 10 ?4 ? 6.3 4 ? 4 0 0 ? cm 2 ? 491 .49 kg ? cm 2 kgJ I＝4900 ? 180 ? 0.01 ? 2 2 ? ? k g ? cm ? 6.585 k g ? cm 2 3.33 ? 9.8 ? 3.14 ? 1.5 ?2总惯量?7.8 ? 491 .49 ? ? 6.585 ?kg ? cm2 ? 52.621kg ? cm2 ? J F ? ?1.01 ? ? 3.33 2 ? ?F p L0 ? 10 ?3 2?? i ?
? 5 ? 10 /2 ? ? 0.9228 ? 2.-3（2） 、转矩计算及最大静矩选择 根据能量守恒原理，电机等效负载转矩TF ?=0.48N N ? m 若不考虑起动时运动部件惯性的影响，则起动转矩T0 = TF /0.3-0.48取安全系数为 0.3，则Tq =0.48/0.3 N ? m =1.55 N ? m第 48 页 共 92 页毕业设计对于工作方式为三相六拍的步进电机T j max = Tq /0.886 N ? m =1.76 N ? m因数控机床对动态性能要求较高， 确定电机最大转矩时应满足快速空载起动 时所需转矩 T 的要求T ? Ta max ? T f ? T0式中 Ta max --快速空载起动时产生最大加速度所需的转矩( N ? m )T f --克服摩擦所需的转矩( N ? m )由于丝杆预紧所引起，折算到电机轴上的附加转矩( N ? m ) 当工作台快速移动时，电机的转速n max ? v max i ? 2000 ? 4.2/5=1680r/min L0由动力学知Ta max ? J F ?式中角加速度， ? =n ? /30TTa max ? J F ? =8.687 ? 3.14 ? 1680 ? 10 /30 ? 0.025=6.110 N ? m-4Tf ?Wf ? 0 ? 10 ?3 L -3 ? 800 ? 0.16 ? 5 ? 10 /2 ? ? 0.9319 ? 0.98 ? 2 2?? i=0.021 N ? mF0 L0 ? 10 ?3 2 T0 ? 1 ? ?0 2?? i??式中 ? 0--丝杆未加预紧时的效率， ? 0 =0.9228 F0―预加载荷，一般为最大轴向载荷的 1/3，即 Fm /3T0 =494.25 ? 5 ? 10-3/(1-0.93282)/2 ? ? 0.9228 ? 0.98 ? 2 N ? m=0.009T ? Ta max ? T f ? T0 ? 6.110+0.027+0.009=6.146 N ? m（3） 、步进电机的最高频率f max ? 1000 v max ? 1000 ? 1.8/60 ? 0.005=6326.58Hz 60?根据以上计算，综合考虑，查表选用 110BF003 型电机。其安装尺寸及相关参数 可由手册中直接查出，此处不再一一列出。第 49 页 共 92 页毕业设计四、 数控系统设计数字控制系统由单片机及接口软件，硬件，控制软件和控制对象等若干 部分组成，在控制系统中，单片机主要承担控制器的作用，在控制软件的管理 下，实现对控制对象的状态信息采集分析，根据采用的控制规律发生各种运行 命令，以及完成其他各种信息处理和管理工作，软件在单片机控制系统中起着 灵魂的作用， 它关系整个控制系统的正常运行， 而且通过软件增加产品的功能， 提高系统的柔性，实现产品的高技术附加值，已成为机电一体化产品开发的一 项重要策略。 接口电路是单片机与外部设备进行信息交换的纽带， 使单片机得以完成诸 如控制对象的状态检测， 执行部件的控制， 是提供完善的人机操作界面等工作。（一） 、单片机系统控制设计的基本要求系统应该具有以下功能及特点： （1） 、控制机床主轴箱（即刀具） ，工作台纵横向的速度和位移 （2） 、控制走刀速度，一般为 0、1??9、A??F 等 16 档，并可随时进 行换档 （3） 、单片机机（I/O）接口发送和接受各种信号作为机床运转，各个运动 的控制及反馈信号，它程序的自动与循环功能想结合，可实现加工的全自动化 功能。 （4） 、具较高的可靠性和可维修性，为实现高度的可用性，可维修性，应 该使系统通过相同电子电路的集装件的替换而得到快速修理，另外，数控系统 具有一定的自诊断性能。（二） 、数字控制系统框图第 50 页 共 92 页毕业设计通 信 接口 微步进电机 驱动电路步进电机 机机 软件开关量控制电 路 主运动驱动电 路 主轴电动机床（三） 、数控系统的硬件特点：1、中央处理器为 Z80CPU，晶振频率为 6MHz 其系统时钟为 4MHz，采用 高集成度的存储核心，Z80CPU 是一个具有 40 条引角，双列直插式结构的大 规模集成电路（LS1）芯片。 2、 存储器设计成有 7 个 24 脚的插座， 可以插 5 片 2K×8 的存储器最大扩 展为 64KB。（四） 、控制系统图及芯片的选择1.系统的选用，选 MCS-51 系列的 8031 单片机， 2. 系统的扩展，由于 8031 只有 4KB RAM，没有 ROM，I/O 端口，32 跟 线等组成。 （1） 、程序存储器 EPROM 的扩展 此处扩展二片 2764EPROM 用来存放系统软件（系统程序） 。 （2） 数据存储器 RAM 扩展为一片 6264SRAM， 用来存放加工程序和数据， 掉电保护等等。 （3）I/O 接口的扩展，采用 I/O 接口芯片，I/O 口的扩展芯片有三种类型 专用 I/O 口扩展芯片，主要有 A（全名可编程并行 I/O 扩展接 口芯片） ，此处我们选用 8255 来控制开关和步进电机。 I/O 扩展的复合芯片，此芯片除能作 I/O 扩展用外，还能作其它功用最常第 51 页 共 92 页毕业设计用的是 8155。 TTL 集成电路芯片，这类芯片广泛用作 MCS-51） （单片机接口的扩展用） 用的较多的是 74LS-373、273、244、245 等，本次设计选用的是 74LS-373， TTL 芯片用手动开关。 （4）人机接口方面，当扩展接口 8255A（或 8255）不够用时，采用通用可 编程键盘显示器接口 8279。 、统中断处理方面， 有 5 个中断源 2 个优先级别 INT0、INT1 外部中断入口 INT1 用于 8279 键盘，输入中断用 外部中断入口 INT0 用语实时处理，紧急停车，暂停，限位等功能。 2） 、步进电机控制方面 由 8255A 的 PA 口控制，PA 口输出的信号经环行电路分配―光电隔离电 路―功率放大电路，最后到步进电机。 、 接口方面。 串行接口上 RRL 电平经过 MC 芯片转换为 RS-232C 电平后接在 PC 机。传输线发送器 MC1488、传输线接收口 MC1489。 4） 、其它辅助电路 复位电路可分为三种：①上电复位，②按钮复位，③上电按钮复位。 时钟电路：①内部方式，②外部方式。 3、标准型数控系统 经济性数控系统硬件电路的设计 （1）.微机控制系统硬件电路设计的内容 CNC、NC CPU、.三总线、存储器、输入输出接口电路 （2）主控微机设计 1） 、主控微机的选择。采用单片机主控微机 2） 、MCS-51 单片机的内部结构 8051 是一个八位的 CPU、128BRAM、4KBROM、2 个特殊功能寄存器 4 个 8 位并行 I/O 接口，一个全能的串行接口，2 个 16 位定时/计算器 8751――4KBEPROM，8031 没有 ROM 这里为了更多掌握扩展芯片的方法，我们选用较为复杂的 8031 芯片，这 样有利于掌握电路。第 52 页 共 92 页毕业设计① CPU 计算器②RAM③ROM④并行 I/O 接口⑤串行 I/O 接口⑥定时/⑦时钟电路⑧中断电路MCS-51 单片机的基本特性： 具有 8 位的 CPU 芯片内有时钟电路 具有 4KB 字节的内部程序存储器 ROM 具有 128 个字节数据存储器 RAM 具有 21 个特殊功能的寄存器 具有 4 个并行 I/O 端口（32 跟 I/O 线） 具有 2 个 16 位可编程的定时/数据器 具有一个全功能串行接口（2 跟线） 具有 5 个中断电路 2 个优先级别 外部的程序存储器，可扩展 64KB 外部的数据存储器，可扩展 64KB MCS-51 引脚功能 40 个引脚双列直接封装形式（DIP）由于受到引脚的数 量限制，有一部分具有第二功能 40 个引脚的分类： 电源引脚（2 跟线） 时钟引脚（2 跟线） 控制引脚（4 跟线） 作 I/O 引脚（每个 8 跟，共 32 条线） 电源 Vcc――芯片电源+5v（40 引脚） Vss――接地线（20 引脚） 时钟 XTAL1（19 脚）接晶体振荡电路的输入端 XTAL2（18 脚）接晶体振荡电路的输出端 控制线――控制线引脚（4 跟线） RST/Vpp（第 9 引脚）――复位/备用电源的输出第 53 页 共 92 页毕业设计正常工作时，RST 为复位信号输入端，只要在 RST 引脚止，连续保持 2 个机器周期上的高电平 MCS-51 单片机实复位。 在 Vcc 掉电情况下，此脚还可接备用电源，由 Vpp 向内部 RAM 供电，保 持数据不掉失。 ALE/PROG （30 脚）――地址锁存输出/编程脉冲输入端其中 PROG 只用于 8751。 （1）.正常使用时为 ALE，用来锁存 Po 口送出的存储地址 当 ALE 信号有效时，Po 口传送的是低 8 位的地址信号。 当 ALE 信号无效时，Po 口传送的是低 8 位的数据信号。PROG ――当 8751 片内 EPROM 编程期间引脚。（2）. PSEN （21 脚）外部程序存储器读选信号端，在 MCS-51 单片机读 ROM 时， 每个机器周期内 PSEN 两次有效输出 PSEN 作为外部 ROM 芯片输出 允许端 OE 的选通信号在读 片内 ROM 时此. PSEN 无效。 （3）. EA /Vpp 引脚――外部访问允许编程电源输入端 a.当正常工作时 EA 为内外 ROM 选择端 。a ? 当. EA 端输入高电平时，访问内部 ROM 。 b?当. EA 端输入低电平时， （接地）CPU 访问片外 ROM，8031 没有片内 ROM 故 EA 接地。 b.对 8751 单片机有 EPROM 在编程期间，此引脚接 Vpp （4）.I/O 线（4 个 8 位的并行 I/O 口线） Po 口――8 位双向 I/O 口 Po0――Po7 访问存储器时 Po 用于分时传送低 8 位的地址信号 Po 能驱动 8 个 LSTTL 门电路 P1 口――8 位准双向 I/O 口 P1.0~P1.7 能带动 4 个 LSTTL 门电路 P2 口――8 位准双向 I/O 口 P2.0~P2.7，在 CPU 访问外部存储器， P2 口用于传送高 8 位地址信号，只能带 4 个 TTL 门电路第 54 页 共 92 页毕业设计P3 口――8 为准双向 I/O 口 P3.0~P3.7， 可用第一功能， 做一般 I/O 接口用， 第二功能 P3.0――串行输入端（RXD） P3.1――串行输出端（TXD） P3.2――INT0 外部中断 D7 请求输入端 P3.3 ――INT1 外部中断 1.7 请求输入端 P3.4――T0 定时计数器用的 0 外部信号输入端 P3.5――T1 定时计数器用的 1 外部信号输入端 P3.6――外部 RAM“写”选通信号输出端 P3.7――外部 RAM“读”选通信号输出端 P3 口负载能 64 个 LSTTL 门 5.MCS-51 系列（三总线结构） 1）.地址总线 AB 宽度 16 位，外部存储器直接 64KB 16 位地址总线中，Po 口线锁存器提高低 8 位地址 A0~A7 P2 口提供高 8 位地址 A0~A15 2）.数据总线 DB 宽 8 位 P0 口提供 D0~D7 3）.控制总线 CB 四跟专用的控制线 P3 口提供的第二功能提高 8 根 6.振荡器和时钟电路 内部时钟电路方式 利用芯片内部振荡电路在 XTAL1、XTAL2 引脚上外接定时元件，内部振 荡器，产生自激振荡定时元件用石英晶体 外部时钟电路 7.复位和复位电路 复位 复位电路 上点复位 手动复位（按钮复位） 上电手动复位第 55 页 共 92 页毕业设计系统复位a ? 将单片机复位端 RST 和 I/O 接口电路的复位端 RST 接单片机在上电按钮自动复位电路中增加施密特电路 单片机复位电路和 I/O 接口复位电路分开设置。 （3）.集电板开路“与非门”oc 门电路 这类芯片有 TTL 系列： 74H 系列 74S 肖特基系列 74LS 系列低耗肖特基，TTL 三态输出 “与非”门 3.我们要用的电路有 MS 门电路（双极性、MOS 型） NMOS 电路 CMOS 门电路 74 系列高速系列（五） 、存储器及系统扩展设计。1、基本知识1） 、半导体存储器的分类 ? ? 按与 CPU 的连接方式和用途分有：内存、外存。 半导体存储器按存取功能分只读存储器 ROM（程序存储器）ROM、PROM、EPROM、EEPROM 随机存储器 RAM 特点读写速度快（数据存储器） 。 2）.存储器的主要性能： ? 存储器的容量存储器芯片的容量，存储单元数×数据位数 ? 存取的速度。低速存取时 300ms 以上。 中速存取时 100~200ms 以上，超高速存取时已小于 20ms 3).存储器的选择 型号的选择 ：ROM 我们选择 EPROM RAM 我们选择 SRAM （注意选择的存储器引第 56 页 共 92 页毕业设计脚要能兼容） 存储器芯片容量的选择 速度的选择 CPU 可能提供的读写时间&存储器芯片所要求的读取时间 4).常用的存储器芯片 a、常用的程序存储器 ROM 芯片及其引脚的功能 EPROM 芯片，典型的有 、、这里我们选 用的是 EPROM2764 芯片它的容量 8KB×8 读取时间为 250ms 引脚功能（28 脚） 下面介绍它的引脚功能： 电源线 Vcc+5v、Vpp 编程的电源线、GEND――接地 数据线 8 条 D0~D7 地址线 13 条 A0~A12 控制线CE 片选端线（或片选信号线，低电平有效） OE数据输出选通信号线，低电平有效PGM 编程冒充输入端。只对 8751 有效b、常用的 RAM 芯片及其引脚功能 常用的有 SRAM 这里我们选用的是 6264 下面介绍它的引 脚功能，读取时间为 250ms，28 脚双列直接封装的芯片 电源线 Vcc、GND 地址线 13 脚 A0~A12 数据线 8 脚 D0~D7 4.控制线CE1 (CS1 ) 片写信号线（片选端）CE 2 片写信号线（片选端） OE 读控信号线低电平有效第 57 页 共 92 页毕业设计WE 写控信号线低电平有效5）.存储器扩展的常用芯片 地址存储器 为什么要用地址存储器 P0 地址/数据复用 常用地址锁存器 74LS-373、74LS-273 等芯片 我们这里选用的是 74LS373 下面介绍 74LS-373 锁存器引脚功能 20 脚 电源线 Vcc GND 输入输出线 输入线 D0~D7输出线 Q0~Q7 控制线a ? OE 片选端线 b ? G-锁存线当 OE =0 时锁存输出，当 OE =1 时输出成高阻态 当 G=0 时 D0~D7 的信息输入 Q0~Q7 的低，8 为地址锁存到锁存器中， G=1 时锁存器输出端 当 （Q0~Q7） 状态和输入， 端 D0~D7 状态相同2.程序器的扩展（1）①类型 ②容量 ③速度。MCS-51 芯片（8301）用晶体频率为 12Hz=240ms （2）扩展的方法 ①扩展一片，EPROM（扩展 8 个 KB） 包括地址线，控制线，数据线其中控制线包括： 地址锁存 ALE、片选端 CE 、输出允许端 OE ②两片 16KBEPROM3、数据存储器的扩展数据存储器的扩展跟地址存储器差不多，我们需要注意下面几点CS WE 引脚的功能就可以了 CS1、 2、CS 22、OE、 就可以了。在这里不详细第 58 页 共 92 页毕业设计介绍了。4、存储器地址空间的分配线选法――线选法寻址 译码器选址a ? 部分译码法 b ? 全部译码法5、I/O 接口的扩展1）概述 简单 I/O 接口的扩展 通过可编程通用 I/O 扩展芯片来扩展 通过串行口来扩展 简单 I/O 口扩展我们采用总线扩展法、或不可编程 芯片扩展采用普通 TTL 芯片扩展 构成输出口时，接口芯片应该具有锁存的功能 构成输入口时，接口芯片应该具有三态缓冲和锁存功能 扩展入口的典型芯片有：74LS373、244、245 扩展出口的典型芯片有：74LS372、2731 ○74LS245――三态逻辑缓冲器，总线双向扩展芯片电源线 Vcc、GND 输入输出线 A0~A7、BO~B7 控制线CE ―片选端，低电平有效。DIR ―方向控制端当 CE =0 时、 DIR =0，数据从 A―B 当 CE =0 时、 DIR =1 时，数据从 B―A2 ○74LS244―三态逻辑缓冲器总线单向扩展芯片它的引脚有：第 59 页 共 92 页毕业设计1A1~1A4 1Y1~1Y42A1~2A4 2Y1~2Y4G 用 G1、 2 控制 CE1 CE 23 ○74LS273―8D 锁存器输入线 D0~D7 输出线 Q0~Q7 控制线 CLK―选通端 CLR―清零端 P2.6 和 RD 同时有效时，通过 244 输入按键的数据 P2.7 和 WR 同时有效时，273 输出数据显示 2）利用专用芯片来扩展（8155 可编程多功能芯片 I/O 的扩展）1 ○.8155 引脚功能8155 片内含有 256 个字节 RAM1 个 14 位定时/数据器和两个 8 位，一 个 16 位可编程并行 I/O 口多功能通用接口芯片
都是 40 脚双列直接 封装2 ○.引脚功能电源线 Vcc 、Vss 地址/数据线 AD0~AD7。ALE=1 时输出的是地址， ALE=0 时或其它是数据 ③端口线 PA0~PA7 、 ④控制线 ALE 地址锁存线 IO/M―IO 与存储器选择线。当 IO/M 为高电平时作 I/O 口用 当 IO/M 为低电平时，作存储器用（数据） 片选端 CE /CE CE 低电平有效（8155） 读写线 RD WR RST―信号传入复位端 定时 TiMIN 输入 3.8155 工作方式第 60 页 共 92 页PB0~PB7、 PC0~PC5、CE（8156）高电平有效TiMOUT 输出毕业设计作片外 RAM―IO/M=0 时用 做扩展 I/O 使用―IO/M=1 时作 定时数据器用 4）.8155 与单片机的连接详细情况见所画电路图 5）8255 可编程扩展并行 I/O 接口1 ○.8255 结构特点（可编程通用并行的输入输出标准的借口芯片）40 脚双列直接封装由单一的+5v 电源供电 有三个 8 位并行 I/O 口 PA、PB、PC 口具有三种工作方式 使用灵活方便通用性强2 ○.8255 引脚功能电源线 Vcc、Vss、GND 数据线：数据输入线 D0~D7 数据输出线 PA0~PA7 数据信号线 PC0~PC7 寻址线 CS 、A0 和 A1CS 片选线低电平有效PB0~PB7A0 和 A1 地址线与对应的地址总线相连（AO/A1）3 ○.8031 与 8255 相连，这里不在重复，详细见电路图（六） 、键盘及键盘接口设计键盘可分为：①独立式键盘、②矩阵式键盘、③拨码式键盘。 工作方式可分为：① 扫描式，②中断式：编程扫描式、定时扫描式 1） 、独立式键盘及键盘设计1 ○.按钮相互独立，每个按键个接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。它有其优点与缺点 优点：配置灵活，软件结构简单 缺点：每个按键需要一口线2 ○.用扩展 I/O 接口来搭独立式键盘采用 8155 或 8255 扩展 I/O 来搭接独立式键盘 采用 TTL 芯片第 61 页 共 92 页毕业设计2） 、矩阵式键盘及键盘接口设计1 ○.矩阵式键盘工作原理。由行线和列线组成 2 ○.矩阵式键盘工作方式。扫描方式（循环扫描和定时扫描） 、中断方式 3 ○.用扩展 I/O 接口来搭接本设计采用矩阵式键盘 矩阵式键盘适用于按键较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、 列交叉点上。如一个 4×4 的行、列结构可以构成一个含有 16 个按键的键盘等 等。在按键数量较多时，矩阵键盘比独立键盘节省了很多 I/O 口。 按键设置在行、列线分别连接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到 +5V 上。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线 电平状态将由此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低，则行线电平为 低；列线电平为高，则行线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否按下 的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在的 行和列电平。所以，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定 闭合键的位置。 对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，所以分别对行号和 列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高 4 位是行号，低 4 位是列 号将是非常直观的。（七） 、显示器接口设计在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称 LED。 LED 显示块由发光二极管显示字段组成，有 7 段和“米”字型之分，一片显示 块显示一位字符。共阴极 LED 显示块的发光二极管的阴极连接在一起，通常 此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相 应的段被显示。 由于 7 段 LED 显示块有 7 个段发光二极管， 所以其字形码为一个字节； “米”字形 LED 显示块有 15 段发光二极管，所以字形码为两个字节。由 n 片 LED 显示块可拼接成 n 位 LED 显示器，共有 n 根位选线和 8×n 根段选线，根 据显示方式不同，位选线和段选线的连接也各不相同，段选线控制显示字符的 字型，而位选线则控制显示位的亮、暗。第 62 页 共 92 页毕业设计LED 显示器有静态显示和动态显示两种方式。在多位 LED 显示时，为了 节省 I/O 口线，简化电路，降低成本，一般采用动态显示方式。动态显示方式 是一位一位地分别轮流点亮各位显示器，对每位显示器来说，每隔一段时间轮 流点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮和熄灭时间的比例有 关。这种显示方式将七段 LED 显示器的所有段选位并联在一起，由一个 8 位 I/O 口控制，实现各位显示器的分时选通。 下图是 LED 显示器采用共阴极方式，6 个显示器的段选码由 8155 的 PB 口提供，位选码由 8155 的 PA 口提供（PA 口同时也提供行列式未编码键盘的 列线） ，行列式未编码键盘的行线由 PC 口提供。图中设置了 36 个键。如果继 续增加 PC 口线，设全部 PC 口线（PC0-PC5）用作键盘的行线，全部 PA 口线 （PA0-PA7）作键盘列线，则按键最多可达 8×6 个。 下图中 8155 的 PB 口扫描输出总是只有一位为高电平， PB 口经反相后 即 仅有一位公共阴极为低电平，8155 的 PA 口则输出相应位（PB 口输出为高对 应的位显示器）的显示数据，使该位显示与显示缓冲器相对应的字符，而其余 各位均为熄灭，依次改变 8155 的 PB 口输出为高的位，PB 口输出对应的显示 缓冲器的数据。第 63 页 共 92 页23毕业设计451 00 Ω×8+5VABCDEFGH12 13 14 15 16 17 18 19AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB721 22 23 24 25 26 27 28 5 .1 KΩ×6 37 38 39 1 2 5 29 30 31 32 33 34 35 368 9 10 7 11CE RD WR IO/M ALE6TMROUT+5V3TMRIN4RESET 8 15 5（八） 、步进电机控制电路环行分配器 1）.常用的环行分配器：三相、四相、五相、六相。1 ○在本次设计中， 向及 Y 向均选用的是 YB015 环行分配器 18 脚 X2 TitleSize B Date: File:Nu mber双列直插。2 9-May -20 0 4 G:\ 王 的 业 计 丹 毕 设 \protel\芯 扩 片展345E 0 ：先通输控制，低电平有效，用来控制分配器是否输出孙许脉冲。R ：清零端低电平有效，输出脉冲前对环行分配器必须清零，使分配器正常工作。 A0、A1 通电方式控制端当 A0、A1=0 分配器以五相五拍工作 当 A0=0、A1=1 五相双五拍工作第 64 页 共 92 页毕业设计当 A0=1、A1=0 五相双五拍工作E1E 2 选通输入控制，低电平有效Ep―时钟电路脉冲输入端2）.环行分配器与 8031，步进电机连接 ① E1 、 E 2 两个输入控制端，低电平有效。 ②A0、A1 通电方式控制端。A0、A1=0 时四相四拍，应接地 ③E0 是选通输出控制端，由 8031、P11、P14 来控制④+ ? 、- ? 方向控制端，由 8031PA0、P13 来控制 ⑤CP 时钟脉冲输入端，由 8155 上 TimOUT 提供 ⑥R 清零端，由 8031P15 提供 3) 步进电机开环驱动原理 每输入一个脉冲,步进电机就前进一步,因此,它也称作脉冲电动机.其种类第 65 页 共 92 页毕业设计很多,但主要分三大类:反应式步进电动机,永磁式步进电动机,以及永磁感应式 步进电动机.反应式电动机结构最简单,是应用最广泛的一种.按控制绕组的相 树分有三相,四相,五相,六相等等.无论哪种步进电动机,他们的工作原理都有相 同之处:数字式脉冲信号控制定子磁极上的控制绕组,按一定顺序依次通电,在 顶子和转子的气隙间形成步进式的磁极轴旋转. }