畢業(yè)設(shè)計（論文）數(shù)控銑床進給系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)論文畢業(yè)論文 論文題目：論文題目： 數(shù)控銑床進給系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)學(xué) 院：院： 年年 級：級： 專專 業(yè)：業(yè)： 姓姓 名：名： 學(xué)學(xué) 號：號： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 2011 年年 5 月月 25 日日 i 摘要 本設(shè)計主要完成 xk50225 數(shù)控銑床的是銑床的進給系統(tǒng)設(shè)計，它主要是由 x 方 向和 y 方向的進給系統(tǒng)設(shè)計，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)計了 x，y 向的進給?？刂葡到y(tǒng)的 cpu 采用凌陽單片機，顯示器采用了液晶顯 示器，使用絲杠副實現(xiàn) xy 向的進給，通過進行經(jīng)濟分析后，產(chǎn)品設(shè)計合理。 關(guān)鍵詞 數(shù)控銑床；絲杠；工作臺 ii abst

2、ract the design of nc milling machine xk5025 mainly concerns the design of 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

3、to the cpu of control system, it uses the ling yang one-chip computer. display uses lcd. vice to achieve the use of screw feed to the xy, through economic analysis, this design is reasonable. keywords nc milling machine; leading screw; working stag iii 目錄 摘要 .i abstract .ii 第一章 緒 論.1 1.1 數(shù)控銑床的發(fā)展前景.1

4、 1.2 課題提出的意義.2 第二章 總體設(shè)計方案.3 2.1 設(shè)計參數(shù).3 2.2 總方案的確定.3 第三章 步進電機的選擇.5 3.1 縱向、橫向進給方向的步進電機的選擇.5 3.1.1 步進電機步距角的確定.5 3.1.2 電機最大靜態(tài)扭矩的確定.5 3.2 安裝尺寸：.6 第四章 聯(lián)軸器設(shè)計.7 4.1 聯(lián)軸器的種類和特性.7 4.2 聯(lián)軸器的選擇.7 4.3 鍵的校核.8 第五章 滾珠絲杠的設(shè)計.9 5.1 滾珠絲杠的工作原理.9 5.2 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)類型.10 5.2.1 滾珠循環(huán)方式：.10 5.2.2 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法：.10 5.2.3 滾珠絲杠的安裝：.10 5.

5、2.4 材料的選擇：.11 5.3 滾珠絲杠副的承載能力及其選用.11 5.3.1 縱向進給滾珠絲杠副的承載能力及其選用.11 5.3.2 橫向水平進給滾珠絲杠副的承載能力及其選用.14 5.4 滾珠絲杠的防護.16 第六章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計.17 6.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件組成.17 6.2 步進電機的控制.17 6.2.1 步進電機的工作原理.17 6.2.2 步進電機的控制.18 6.3 譯碼法尋址.18 iv 6.4 鍵盤顯示器接口.18 6.5 程序存儲器（eeprom）芯片 .18 6.6 數(shù)據(jù)存儲器（ram）芯片：.19 6.7 程序流程圖.19 總結(jié).21 參考文獻.22 附

6、錄一.23 附錄二.30 致謝.33 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 1 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，促使機床產(chǎn)品的競爭日趨激烈，而決定機床產(chǎn)品競爭力 的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時間（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，會更多地追求低的價 格和短的交貨期。這就要求企業(yè)改變過去傳統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)和管理模式，最大限度地 利用虛擬設(shè)計手段，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 還需要快速響應(yīng)市場和用戶的變化，利用有利時機快速搶占市場。美國制造業(yè)在

7、 50 至 60 年代主要以擴大生產(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 每個企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，采用先進的設(shè)計技術(shù)和手段，以加快設(shè)計 速度，提高設(shè)計質(zhì)量，增強競爭力。機床總體方案虛擬設(shè)計技術(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)峻的形勢，一方面國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品特別是數(shù)控機床有大量 的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國外機床產(chǎn)品充斥市場。90 年國外 數(shù)控機床在我國市場的占

8、有率僅達 15%左右，而 95 年已達 77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機 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 主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進，新產(chǎn)品(包括基型、變 型和專用機床)的開發(fā)周期長，從而不能及時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)的整個過程綜合應(yīng)用計算機技術(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 engineering) 的使設(shè)計、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)

9、的落后局面，使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟 效益。同時還有，設(shè)計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 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 2 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；同時軟件系統(tǒng)是一種開放環(huán)境，使設(shè)計人員可以 根據(jù)自身產(chǎn)品設(shè)計的需要，對軟件系統(tǒng)方便地進行修改和補充開發(fā)，建立起本企業(yè)的 應(yīng)用軟件系統(tǒng)。對于機床的整體才用虛擬設(shè)計軟件，整機的總體方案設(shè)計是保證產(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)。但機床整機總體方案設(shè)計在傳統(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

10、cad 技 術(shù)、計算技術(shù)和設(shè)計方法學(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)計軟件。在設(shè)計完成后對與整體的優(yōu)化設(shè) 計，主要從保證整機性能的角度來研究機床總體結(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，使性能評價更直觀和全面，可以使設(shè)計人員的經(jīng)驗和科 學(xué)計算分析完美地結(jié)合在一起，以推進結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展。 要解決長期困擾機械產(chǎn)品設(shè)計人員的方案設(shè)計完全依靠個別有經(jīng)驗人員和整機結(jié) 構(gòu)性能優(yōu)化無從下手的問題，又要為廣大設(shè)計人員提供一個經(jīng)過二次開發(fā)的 cad 應(yīng)

11、用 軟件的設(shè)計系統(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、報價體系、評價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)今機床行業(yè)的計算機數(shù)控化已成為技術(shù)進步的大趨勢。數(shù)控機床是電子信息技 術(shù)和傳統(tǒng)機械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集現(xiàn)代精密機械、計算機、通訊、液壓氣動、 光電等多學(xué)科技術(shù)為一體，具有高效率、高精度、高自動化和高柔性的特點，是當(dāng)代 機械制造業(yè)的主流裝備。數(shù)控機床大大提高了機械加工的性能（可以精確加工傳統(tǒng)機 床無法處理的復(fù)雜零件） 。有效提高了加工質(zhì)量和效率，實現(xiàn)了柔性自動化（相對于傳 統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的大批量生產(chǎn)的剛性自動化） ，并向智能化、

12、集成化方向發(fā)展。 在數(shù)控機床發(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 換刀裝置的數(shù)控機床，它能實現(xiàn)一次裝夾并進行多工序加工。這種機床在刀庫中裝有 鉆頭、絲錐、鉸刀、鏜刀等刀具，通過程序指令自動選擇刀具，并利用機械手將刀具 裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝缷時間和換刀時間。數(shù)控加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為 數(shù)控機床中一個非常重要的品種，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、 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 3 高精度、高自動化的數(shù)控機床就組成了完整的數(shù)控機床家族。 第二章 總體設(shè)計方案 方案設(shè)計主要是確定銑

13、床工作臺的縱向和橫向進給的結(jié)構(gòu)，傳動原理以及基本的 運動動力參數(shù)。 2.1 設(shè)計參數(shù) 設(shè)計任務(wù)給出各項指標(biāo)如下： 1 加工對象：45 號鋼傳動 2 工作臺行程：x400 y350 3 脈沖當(dāng)量：0.0010.002mm 2.2 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通過絲杠來實現(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)動溝道,滾珠對溝道產(chǎn)生軸向負(fù)載,滾珠在絲 杠軸周

14、圍做滾動運動之后,進入鑲在絲母內(nèi)部的彎管口內(nèi),并沿彎管再次向負(fù)載區(qū)循環(huán), 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 4 從而進行無限滾動運動。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，在工作臺控制滑動的是才用的是 wl1 型有襯套的絲杠結(jié)構(gòu)。 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 5 第三章 步進電機的選擇 3.1 縱向、橫向進給方向的步進電機的選擇 3.1.1 步進電機步距角的確定 根據(jù) 360 360 h h 式中 步進電機步距角（度） 脈沖當(dāng)量（mm） 滾珠絲杠螺距（mm）h 因為=8 mm，（mm）h002 . 0 所以 。

15、09 . 0 8 002 . 0 360360 h 由于要滿足步進電機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。 3.1.2 電機最大靜態(tài)扭矩的確定 負(fù)載的最大扭矩 3 9.810 2 z fg h m 式中 f進給方向的切削力（n） ； g工件和工作臺的質(zhì)量（kg） ； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； 絲杠的傳動效率； 絲杠螺距（mm） 。h 由以上計算可知高速鋼立銑的銑削圓周力最大，并且由專用機床npz28.2191 設(shè)計與制造8表 7 可知，當(dāng)逆銑時（取 1.2） ，所以2 . 11 z h p p （） ；g 取 200 kg；取 0.8；取 0.95；取 8 npp zh 28.21912

16、 . 12 . 1 h pf h mm。所以 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 6 3 3 9.810 2 2629.5369.8 0.8 2008 10 2 3.14 0.95 5.629 z fg h m n m 產(chǎn)品規(guī)格及性能 所以步進電機轉(zhuǎn)矩取 11nm。 選擇 110byg 系列步進電機： 型號：110byg5200c 相數(shù)：5 相 保持轉(zhuǎn)矩：11 n.m。 3.2 安裝尺寸： 步進電機的安裝尺寸如圖 3-1 圖 3-1 步進電動機安裝尺寸 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 7 第四章 聯(lián)軸器設(shè)計 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

17、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 相對位移等。這就要求設(shè)計聯(lián)軸器時，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（無補償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補償能力） 兩大類。 4.2 聯(lián)軸器的選擇 由于這里步進電機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)計聯(lián)

18、軸器如圖 4-2 所示： 圖 4-2 套筒聯(lián)軸器 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 8 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，傳動轉(zhuǎn)矩為 44.8nm,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 bhl=10855 mm 擠壓強度：按式（10-32） ，并取 ；，則工作4 2 h kmmbll451055 表面的擠壓應(yīng)力為： 3 2244.8 10 16.59 8 45 30 2 p t mpa kld ，故聯(lián)結(jié)能滿足擠壓強度要求。mpampa pp 605092.22 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 9 第五章 滾珠絲杠的設(shè)計 5.1

19、滾珠絲杠的工作原理 滾珠絲杠螺母機構(gòu)是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置。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珠能返回絲杠螺母之間構(gòu)成一個閉 合回路。由于滾珠的存在，絲杠和螺母之間是滾動摩擦，僅在滾珠之間存在滑動摩擦。 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運動，所以能得到較高的運 動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1/3 以下，即達到同樣運動結(jié)果所需 的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。在省電

20、方面很有幫助。滾珠絲杠副是用制造機械設(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 利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精 確的微進給。滾珠絲杠副可以加壓，由于壓力可使軸向間隙達到負(fù)值,進而得到較高的 剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可 使絲母部的剛性增強)。滾珠絲杠副由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給 (運動)。 圖 5-1 滾珠絲杠螺母工作原理圖 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 10 5.2 滾珠絲

21、杠的結(jié)構(gòu)類型 5.2.1 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)，同時結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，因 此在數(shù)控機床中應(yīng)用較為廣泛。 5.2.2 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，使兩個螺母的滾珠分別壓向螺旋滾道的兩側(cè)面。 本設(shè)計的間

22、隙調(diào)整采用螺紋調(diào)隙式。一個滾珠螺母的外端有凸緣，而另一個外端 沒有凸緣而設(shè)有螺紋。用雙螺母對雙滾珠螺母進行軸向位置的調(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，達到調(diào)整軸向間隙的目的，而用后螺母進行鎖緊， 這種方法結(jié)構(gòu)簡單。調(diào)整方便，因此應(yīng)用廣泛。缺點是調(diào)整量難以精確控制。 5.2.3 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。本仿案采用 c、單推單推支 承方式。 數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要求獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母機構(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

23、螺母機構(gòu)安裝不正確以及 支承剛度不足，會使?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，出廠時已調(diào)好預(yù)緊力，使用極為方便。 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 11 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 部剛度和接觸剛度等。 本方案選用 t 類螺紋調(diào)整滾珠絲杠副。 5.2.4 材料的選擇： 滾珠絲杠： gcr15 整體

24、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 56hrc 5.3 滾珠絲杠副的承載能力及其選用 5.3.1 縱向進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載荷（c）和額定靜載荷（）來表示，它的定 o c 義、計算和選用方法和滾動軸承基本相同。一般額定動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。 按額定動載荷選用 額定動載荷 c 是指一批

25、相同規(guī)格的滾珠絲杠副，經(jīng)過運轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)（相當(dāng)于在轉(zhuǎn) 速 n=的條件下，運轉(zhuǎn) 500 小時）后，90%的滾珠絲杠副不產(chǎn)生疲勞剝傷min/ 33 1 33r （或稱為點蝕，是滾珠絲杠副的主要失效形式）時的軸向載荷。 不同規(guī)格的的滾珠絲杠副的額定載荷植見表 5.7-3542。實際應(yīng)用中，由于預(yù)期的 總運轉(zhuǎn)時間（壽命） 、轉(zhuǎn)速、載荷性質(zhì)等與得到額定動載荷值的條件不同，必須根據(jù)已 知條件，按式（5-1）折算成與之相當(dāng)額定動載荷值，只要選用的滾珠絲杠副的額定動 載荷值等于或大于由式（5-1）計算所得的 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。 hdh d n f f f cp

26、kgf f (5-1) 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 12 式中 ，根據(jù)預(yù)期的壽命（） ，查壽命系數(shù) h f 3 1 ) 500 ( h h l f )(hlh選取按表15 h l 圖 5.7-89，取 15000h，。 h l1 . 3 h f 表 5-1 滾珠絲杠的預(yù)期工作壽命 h l 機床類別工作壽命 一般機床，組合機床 數(shù)控機床，精密機床 機床的移動機構(gòu)和輔助機構(gòu) 10000 15000 50008000 521.2 dd ff 載荷性質(zhì)系數(shù)，按表選取，?。?表 5-2 載荷系數(shù) d f 載荷性質(zhì) d f 平穩(wěn)，輕微沖擊 中等沖擊 較大沖擊，振動 11.2 1.21.5 1.52.5 表

27、5-3 硬度影響系數(shù)及 h f h f 硬度 hrc585552.55047.54540 動載荷硬度影響系數(shù) 靜載荷硬度影響系 1.0 1.0 1.11 1.11 1.33 1.40 1.56 1.67 1.92 2.1 2.4 2.65 3.85 4.5 531.0 hh ff 動載荷影響系數(shù)，按表選取，??； n f 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 3 1 ) 3 . 33 ( n fn =0.69; n f 當(dāng)量軸向載荷(kgf), 取 500kgf。 d p d p 所以可得 3.1 1.2 1.0 500 0.69 2695.7 hdh

28、 d n f f f cp f kgf 按額定靜載荷選用 額定靜載荷 o c 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 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 13 觸面的塑性變形量之和滾珠直徑萬分之一時的軸向載荷。 如果滾珠絲杠副的載荷是靜載荷，或其轉(zhuǎn)速小于 10r/min,這時應(yīng)按額定靜載荷選用， 使其值符合下式的要求： o c , maxodh cf fpkgf (5-2) 式中 521.4 dd ff 載荷性質(zhì)系數(shù)，按表選取，??； , 53 hh ff 靜載荷影響系數(shù)，按表選取，取1. 0； max p 最大軸向載荷(kgf)， max p 取 1500(kgf)。 所以可得： ,

29、 max 1.4 1.0 1500 2100 odh cf fp kgf 臨界轉(zhuǎn)速 c n （r/min） 7 2 10 l d fn sp c 式中 絲杠底徑（mm） ，=38.5； sp d sp d 支撐方法有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表 5-4，取 15.1；ff 支承方式 fm 雙推雙推 雙推支承 單推單推 雙推自由 21.9 15.1 9.7 3.4 20.3 10.2 5.1 1.3 表 5-4 系數(shù) f 和 m 絲杠支撐間距（mm） ，取 1000mm。ll 所以可得 7 2 7 2 10 15.1 38.5 10 1000 5813.5 /min sp c d nf l r 轉(zhuǎn)速遠

30、遠大于電機的最大轉(zhuǎn)速，所以合適。 查8 型外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的帶套的雙螺母滾珠絲lw1 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 14 杠副,表 5.7-37 得：6008 額定動載荷 3120kgf 額定動載荷 14600kgflw1 額定動載荷和額定靜載荷都符合要求。 5.3.2 橫向水平進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載荷（c）和額定靜載荷（）來表示，它的定 o c 義、計算和選用方法和滾動軸承基本相同。一般額定動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；

31、對精度要求高的滾 珠絲杠副，才做剛度的核算。 按額定動載荷選用 (5-3)(kgfp f fff c d n hdh 1 3 , 500 5515000 , h hh hh l ffh lh f h h 壽命系數(shù)，根據(jù)預(yù)期的壽命l 其中l(wèi) 按表選取，查圖5. 7-89，取=3. 1； 表 5-5 滾珠絲杠的預(yù)期工作壽命 h l 機床類別工作壽命 一般機床，組合機床 數(shù)控機床，精密機床 機床的移動機構(gòu)和輔助機構(gòu) 10000 15000 50008000 561.2 dd ff 載荷性質(zhì)系數(shù)，按表選取，?。?表 5-6 d f 載荷性質(zhì) d f 平穩(wěn)，輕微沖擊 中等沖擊 較大沖擊，振動 11.2

32、1.21.5 1.52.5 571.0 hh ff 動載荷影響系數(shù)，按表選取，??； 轉(zhuǎn)速系數(shù)，根據(jù)已知的 n，可查圖 5.7-90, n 取 100r/min, n f 3 1 3 . 33 n fn 所以=0.69; n f 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 15 當(dāng)量軸向載荷(kgf), 取 200kgf。 d p d p 所以可得 3.1 1.2 1.0200 0.69 1078.26 hdh d n f f f cp f kgf 表 5-7 硬度影響系數(shù)及 h fhf 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 o c 觸面的塑性變形量之和滾珠直徑萬

33、分之一時的軸向載荷。 如果滾珠絲杠副的載荷是靜載荷，或其轉(zhuǎn)速小于 10r/min,這時應(yīng)按額定靜載荷選用， 使其值符合下式的要求： o c , maxodh cf fpkgf (5-4) 式中 561.2 dd ff 載荷性質(zhì)系數(shù)，按表選取，??； , 57 hh ff 靜載荷影響系數(shù)，按表選取，取1. 0； 最大軸向載荷( )kgf ，取 250(kgf)。 max p max p 所以可得： , max 1.2 1.0250 300 odh cf fp kgf 臨界轉(zhuǎn)速 c n （r/min） 7 2 10 l d fn sp c 式中 絲杠底徑（mm） ，=49mm； sp d sp d

34、硬度(hrc)585552.55047.54540 動載荷硬度影響系數(shù) 靜載荷硬度影響系 1.0 1.0 1.11 1.11 1.33 1.40 1.56 1.67 1.92 2.1 2.4 2.65 3.85 4.5 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 16 f 支撐方法有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表 5-8， f 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 21.9 15.1 9.7 3.4 20.3 10.2 5.1 1.3 絲杠支撐間距（mm） ，取1000mm 所以可得ll 7 2 7 2 10 15.1 49 10 1000 7399 /

35、min sp c d nf l r 轉(zhuǎn)速遠遠大于電機的最大轉(zhuǎn)速，所以合適。 查機床設(shè)計手冊8零件設(shè)計,型外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的帶套的雙螺母滾珠lw1 絲杠副,表 5.7-37 得：4000,額定動載荷 2480kgf 額定動載荷 9800 kgf，額定動載lw1 荷和額定靜載荷都符合要求。 5.4 滾珠絲杠的防護 如果滾珠絲杠副在機床上外露，應(yīng)采用封閉的防護罩，根據(jù)本機床的機構(gòu)和經(jīng)濟 性要求，所以采用折疊套管防護罩。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。 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 17 第六章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 6.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件組成 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由

36、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系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。機床數(shù)控 系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下幾個部分組成： （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，作用是進行數(shù)據(jù)運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 行信息交換的橋梁?？偩€則是 cpu 與存貯器、接口以及

37、其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是 cpu 與部分電路進行信息交換和通訊的必由之路。 由于 mcs51 系列單片機在我國數(shù)控車床控制方面應(yīng)用較普遍，其配套芯片價廉 普及性通用性強，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，各種各樣的單片機也應(yīng) 聲而生。u，n sp 單片機是由凌陽公司推出的 16 位單片機，它的數(shù)據(jù)處理較強，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 在這里不過多地擴展存貯器監(jiān)控程序和

38、功能子程序的可擦除存貯器和調(diào)試程序用的隨 機存貯器。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 步進電機的控制 6.2.1 步進電機的工作原理 步進電機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能電磁 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 18 元件。定子上安排了六個磁極，相對兩個磁極上放置著同一相勵磁繞組，而轉(zhuǎn)子上沒 有，只有四個凸極，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

39、 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，實現(xiàn)反轉(zhuǎn)即 s1s3s2s。 6.2.2 步進電機的控制 步進電機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。由于強弱信號的原因，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，

40、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，顯示器顯示計算機運行時的狀態(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)線和凌陽單片機的接口直接連接，由片選信號控制實現(xiàn)分時信 息傳遞。 6.5 程序存儲器（eeprom）芯片 由于數(shù)控機床在加工的時候要進行加工程序的監(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)控機床選用 eeprom （容量為 8k） 。其外形圖如圖 7-1： 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 19 圖 7-1 程序存儲器（eeprom）芯片 6.6 數(shù)據(jù)存儲器

41、（ram）芯片： 由于數(shù)控機床在加工的時候要進行加工程序的調(diào)試，所以數(shù)控系統(tǒng)需要有隨機存 儲器，放置調(diào)試程序。本數(shù)控機床選用靜態(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)動橫向和縱向步進電機運轉(zhuǎn)的程序流程圖如圖 7-3： 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 20 圖 7-3 步進電機流程圖 返回 延時 延時 延時 延時 延時延時 0605 06 03 0303 向電機啟動 向電機啟動 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 21 總結(jié) 本學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束，在過去的 3 個多月的學(xué)習(xí)中，在老師的帶領(lǐng)下，我 系統(tǒng)的設(shè)計了 xk5025 數(shù)

42、控銑床的進給系統(tǒng)的設(shè)計，對與絲杠副有了很深的了解，對 于步進電機的選擇應(yīng)用，有了一定的認(rèn)識,在電路設(shè)計方面,水品有了很大的提高,自己 的機械設(shè)計水品有了很大的提高，對自己的大學(xué)生活做了一個很好的結(jié)局。 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 22 參考文獻 1 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計m.北京.高等教育出版社.2001:100-374 2 張新義. 經(jīng)濟型數(shù)控機床m. 北京.機械工業(yè)出版社.1993:1021-58 3 吳祖育. 數(shù)控機床m. 上海.上海科學(xué)技術(shù)出版社.1989:78-96 4 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機床使用操作技術(shù)m. 北京.國防工業(yè)出版社.20021:46-254 5 李忠文. 實用電機控制

43、電路m. 北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2003:1321-76 6 李佳. 數(shù)控機床及應(yīng)用m. 北京.清華大學(xué)出版社.2001:337-8 7 吉林工學(xué)院. 金屬切削機床設(shè)計（上冊）m. 上海.上海科學(xué)技術(shù)出版社.1979:1021-34 8 機床設(shè)計手冊編寫組. 機床設(shè)計手冊（2 零件設(shè)計，上冊）m. 北京.機械工業(yè)出版社. 198020:46-23 9 維邦. 金屬切削機床設(shè)計（上冊）m. 北京.機械工業(yè)出版社.1984:341-03 10 承恩. 現(xiàn)代數(shù)控機床（上冊）m. 北京.機械工業(yè)出版社.19913:7-88 11 蔡春源. 機械零件設(shè)計手冊（上冊）m. 北京.冶金出版社.19964:5

44、1-04 12 蔡春源. 機械零件設(shè)計手冊（下冊）m. 北京.冶金出版社.19965:067-02 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 23 附錄一 輸入數(shù)據(jù)處理程序 .definep_ioa_data 0 x7000 .definep_ioa_dir 0 x7002 .definep_ioa_attrib0 x7003 .definep_iob_data 0 x7005 .definep_iob_dir 0 x7007 .definep_iob_attrib0 x7008 .ram .var key_buf,k_in_p,k_in_c,k_in_d .var kd00, kd01, kd02, kd0

45、3 .var kda0, kda1, kda2, kda3 .var kdb0, kdb1, kdb2, kdb3 .var kdc0, kdc1, kdc2, kdc3 .var kdd0, kdd1, kdd2, kdd3 disp_buf: .dw 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00 .code disp_table: .dw 0 x003f,0 x0006,0 x005b,0 x004f,0 x0066,0 x006d,0 x007d,0 x0007,0 x007f,0 x006f .dw 0 x0077,0 x007c,0 x0039,0

46、 x005e,0 x0079,0 x0071,0 x0073 .public _main _main: r1=0xffff/ p_ioa_dir = r1;/ set port ioa output p_ioa_attrib = r1;/ r1 = 0 xf0f0;/ 設(shè)置 portb d15-d12 為鍵盤掃描 out p_iob_dir =r1;/ 設(shè)置 portb d11-d8 為鍵盤掃描 in p_iob_attrib=r1 r1 = 0 x00ff p_iob_data=r1 / 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 24 r1=0x0000 r3=24 r4=key_buf/ clrr0: r

47、4=r1 r4+=1 r3-=1 cmp r3,0 jne clrr0 mainloop: call f_disp_pioa call f_ksc_piob call f_ksc_clp jmp mainloop /鍵值處理/ f_ksc_clp: r1=key_buf cmp r1,0 je kdae cmp r1,11 jb k_data r2=0 k_in_c=r2 cmp r1,11 jne k_gn2 r2=kda0 k_in_p=r2 r2=1 k_in_d=r2 r2=0 key_buf=r2 retf k_data: 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 25 r3=k_in_d cmp

48、r3,0 je kdae r2=k_in_p r1-=1 r2=r1 r2+=1 k_in_p=r2 r2=k_in_c r2+=1 k_in_c=r2 cmp r2,4 jne kdae r2=0 k_in_c=r2 r2=k_in_p r2-=4 k_in_p=r2 kdae: r2=0 key_buf=r2 retf k_gn2: cmp r1,12 jne k_gn3 r2=kdb0 k_in_p=r2 r2=2 k_in_d=r2 r2=0 key_buf=r2 retf k_gn3: 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 26 cmp r1,13 jne k_gn4 r2=kdc0 k_in_

49、p=r2 r2=3 k_in_d=r2 r2=0 key_buf=r2 retf k_gn4: cmp r1,14 jne k_gnak r2=kdd0 k_in_p=r2 r2=4 k_in_d=r2 r2=0 key_buf=r2 retf k_gnak: cmp r1,15 jne k_gnnk r2=kdd0 k_in_p=r2 r2=0 k_in_d=r2 r2=0 key_buf=r2 retf k_gnnk: r2=0 k_in_p=r2 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 27 k_in_c=r2 k_in_d=r2 key_buf=r2 retf / 顯示子程序/ f_disp_pioa: r2=k_in_d r2=r2 lsl 2 r2+=4 r1=0 x0800 aa0: r5=disp_table r5+=r2 r1+= r5 p_ioa_data=r1 r1-= r5 r2+=1 r1= r1 lsl 1 call delay cmp r1,0 x8000 jb aa0 r1=0 x0800 retf; delay: r4=0 x0000 dl1:r4+=1 cmp r4,0 x01 jbe dl1 retf / 按鍵管理 / f_ksc_piob: call ksc_all 數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 28 cmp r2,0 je ke