毕业设计(论文-范本)-数控铣床的设计.doc

毕业设计说明书 摘 要 由于我们所学的专业是机械设计制造及其自动化，为了能够体现该专业的优越性，本次设计的主导思想是用电器控制机械加工，使机械和设计紧密地结合起来。 此次毕业设计课题是：简易数控铣床的设计。在这次毕业设计中，我一面着手搞好这次毕业设计，一面又有计划地复习前面所学过的基础知识。从而使我对以前的基础知识掌握得更牢固，而且培养了我解决问题的能力。 在这次毕业设计中，我紧扣设计题目，查阅有关技术资料，并在老师的指导和帮助下，完成了数控铣床的设计及相关的电器控制。但由于本人能力、水平有限，仍存在着一些错误，希望老师给予批评指正。 最后，我在此向在本次设计中付出了辛勤劳动的指导老师表示由衷的谢意。 关键词：机械加工；电器；数控铣床 AbstractDue to our major is electromechanical integration, in order to be able to reflect the professional superiority, the design guiding ideology is to use the electric control mechanical processing, make the mechanical and electrical closely together. In the graduation design, while I begin does well this graduation design, the front side and systematically review learned the basic knowledge. Thus the basic knowledge of before I acquire firmer, and developed my ability to solve problems. In the graduation design, I gripping design topic, consult relevant technical data, and the teachers guidance and help, completed the CNC milling machine design and relevant electric control. But because I ability, limited ability, still has some mistakes, hope the teacher to give animadversion correct. Finally, I am here to in this design worked hard labor guide teacher say a word of hearty thanks. Keywords: mechanicalprocessing;electric;CNC milling machine 目录摘 要IABSTRACTII 绪论 1 X52K型数控铣床主传动系统的运动设计11.1 主传动系统技术参数的确定11.2 主传动系统的方案论证1 1.2.1 主轴变速范围.1 1.2.2 初步确定传动方案.2 1.2.3 绘制结构图.2 1.2.4 拟定转速图.3 1.2.5 齿轮齿数的确定.4 1.2.6 校验齿轮碰齿问题.5 1.2.7 校主轴转速误差.6 1.3 主传动系统的结构设计.7 1.3.1主传动的布局.8 1.3.2齿轮的轴向布置.82 机床主要零件的设计102.1 确定主电动机的功率和传动件的计算转速102.2 传动轴的计算102.2.1 传动轴直径的估算102.2.2 各轴传递的功率及轴径估算112.3主轴轴径的计算122.4直齿圆柱齿轮强度计算.122.4.1齿轮模数的估算122.4.2齿轮结构尺寸计算132.4.3确定齿轮齿宽B14 2.4.4确定各传动轴之间的中心距.143 主传动系的结构设计153.1结构分析153.2 主轴组件轴承类型153.2.1主轴轴承类型153.2.2主轴材料及热处理153.2.3 主轴的工作性能15 3.2.4 主轴组件的密封、润滑.15 3.3 主传动系的变速操纵机构.16 3.4 主传动系的润滑系统.16 3.4.1 润滑方式的选择.16 3.4.2 润滑油的选择.16 4 进给机构的计算设计.17 4.1 概述.17 4.2 滚珠丝杠的选用设计.17 4.3 步进电机的选取.18 4.3.1 纵向（y方向）步进电机的选取.18 4.3.2 横向（x方向）步进电机的选取.19 5 概述.20 5.1 机床介绍.20 5.1.1 X52K简易数控机床程控系统的硬件结构.20 6 8031单片机及应用简介.22 7 数控铣床存储器的扩充.23 7.1 外部扩充存储器结构.23 7.2 存储器的地址分配.23 8 简易数控铣床的设备及其接口.24 8.1 简易数控铣床所用的输入设备.24 8.2 接口 .24 8.3 8155的RAM和编址.24 8.4 简易数控铣床的选址逻辑.24 9 在步进电机驱动中应用的斩波电路.26 9.1 PWM式单波性斩波器的工作原理.26 9.2 PWM式单波性斩波器的电路工作波形. .27 10 简易数控铣床的自动控制软件系统.29 10.1 简易数控铣床工作台（x或y方向）前进、后退程序.29 10.1.1程序框图.29 10.1.2程序清单.29 10.1.3 三相六拍方式工作输出代码表.30 10.2 步进电机正转一步子程序.30 10.2.1 程序框图.30 10.2.2 程序清单.30 10.3 步进电机反转一步子程序.31 10.3.1 程序框图.31 10.3.2 程序清单.31 11 键盘操作.32 11.1编程键的种类.32 11.2 各编程键的作用、功能.32 11.3指示灯.32 12 MCS-51单电机定时控制逻辑.33 12.时钟电路.33 12.复位电路.3313结论34致 谢35参考文献36 绪论毕业设计是教学计划的重要组成部分，机械制造及自动化专业的毕业设计应以工程设计为主。工程设计是依据开发、研制方案的要求，以科学技术原理为指导，运用已学科学技术知识和实践经验进行构思，使开发、研制方案物化的过程。因此，工程设计是将技术原理转化为技术成果的桥梁，科学可行的设计是科技发明及其成果转变为现实生产力的前提，设计是工程的本质与核心。毕业设计任务的确定首先要考虑教学要求，同时兼顾社会需求。毕业设计要在规定时间内完成，并且要在指导教师的指导下由学生独立完成。培养学生综合运用多学科的理论知识与技能，解决具有一定复杂程度的工程实际问题的能力。培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。培养学生优良的思想品质，勇于实践、勇于探索和开拓创新的科学精神，有益于学生综合素质的全面提高。培养学生树立正确的设计思想和掌握现代设计方法。对学生掌握的知识面进行全面考核。包括掌握知识的深度、运用理论解决实际问题的能力、实验能力、外语水平、计算机运用水平、书面及口头表达能力。 毕业设计成果可直接或间接为经济建设服务，为生产科研服务，为社会服务。- 37 -1 X52K型数控铣床主传动系统的运动设计1.1 主传动系统技术参数的确定（1）选择标准公比的一般原则 由于本次设计的X52K型铣床属大批、大量生产的专门化机床，其标准公比应取小一些。 在此次设计中，公比=1.26（2）在本设计中，加工对象是宽度为16的盘形凸轮槽，工件材料为45钢。（3）道具材料是高速钢，道具直径16。（4）查阅机械加工工艺手册 得=8；=16；=0.2由此知铣削力= =6397.81（5）已知主电机功率 5.5kw铣床主轴=1100 =901.2 主传动系统的方案论证1.2.1 主轴变速范围 12.67 =1.26查取=90=1120共12级转速： 90 112 140 180 224 280 355 450 560 710 900 1120=12.6712 满足转速范围要求1.2.2 初步确定传动方案第一方案： 第二方案：第三方案： 第四方案：第五方案： 第六方案：传动方案的选择原则：(1)应尽可能将传动副数目多的作为第一传动组，即符合“前密后疏”的分配原则。(2)尽可能使传动顺序同扩大顺序一致（传动范围由小到大）(3)为了避免被动齿轮直径过大，降速传动时传动比，升速为避免传动件误差，最大传动化对直齿讲，斜齿，最大传动范围；应发生在最后一个扩大组中或传动副数最少一组。综上所述，所以选择第一种传动方案变速方式采用单公用齿轮，因为采用单公用齿轮既能减少齿轮的个数又能缩短轴向尺寸。 1.2.3 绘制结构图X52K型数控铣床主传动系统结构图如图1-1 图1-1 主传动系统结构图1.2.4 拟定转速图(1)确定公比(2)确定基本组和扩大组 基本组委第一传动组第一扩大组为第二传动组第二扩大组为第三传动组(3)确定降速、升速范围选Y132S-4 5.5kw电机，其转速为1440 可降速 所以用第三个传动组可以满足。(4)分配降速比（按前慢后快原则）即a.作总降速比线b.决定轴轴间的最小降速比由结构图知，降速 最多能降6个格 c.轴间最大升速比 最多能升2个格 d.验算变速范围 在允许范围内e.决定中间轴转速，按传动方向反向进行 轴定6级，轴间为了转速高些，可使轴 图1-2 转速图1.2.5 齿轮齿数的确定(1)用最小公倍法计算a组齿轮齿数K291818=2.43 取=5 (2)b组齿轮齿数的确定 (3)c组齿轮齿数的确定查表3-1 齿轮齿数最小在1：组中，设最小齿数 齿数和为104。则 1.2.6 校验齿轮碰齿问题 为了保证三联滑移齿轮在滑移过程中能顺利通过，应使最大和次大齿轮齿数差大于4，如果齿数差正好等于4时，可将或的齿顶圆直径减少一些仍可使用。即。基于上述思想，在所涉及的三联滑移齿轮时，从而避免了齿轮的碰齿问题。 图1-3 三联滑移齿轮1.2.7 校主轴转速误差 初步确定齿轮齿数时，应验算实际传动比与理论传动比之间的误差是否在允许的误差范围内，确定齿轮齿数的转速误差一般不超过 = 合理具体计算值如下，12级转数从112090，依次校验如下以上各转速误差小于2.6% 所以，合格1.3 主传动系统的结构设计1.3.1 主传动的布局主传动的布局主要有集中传动式和分离传动式两种。结合所设计的机床为专门化机床，采用了集中传动式。1.3.2 齿轮的轴向布置合理的设计齿轮在轴上的布置，可缩短轴向尺寸，使结构紧凑。(1)滑移齿轮的轴向布置 传动组中的三联滑移齿轮布置在轴上，可使滑移齿轮的尺寸小，重量轻，操纵省力。为了避免同一滑移齿轮变速组中两对齿轮同时啮合，两个固定齿轮的间距应大于滑移齿轮的宽度，一般留有间隙量1-2mm。 因各传动组均为降速传动，主动轴上齿轮较轻，操纵省力。故第一、三组滑移齿轮放在主动轴上。(2)相邻两变速组齿轮排布如图，将轴上的主、从动齿轮交错排列，滑移齿轮采用宽式和窄式结合的结构使轴向尺寸减小，并便于变速操纵。 图1-4 相邻两变速齿轮排布图(3)主轴的齿轮布置：主轴上有一个齿轮。由于X52K主轴布置沿Z方向，所以齿轮和轴上的齿轮相啮合，把主轴上的齿轮放在主轴中后部，这样减小了主轴的轴向距离。齿轮两侧用一对单列向心轴承支承，提高了支承刚度。 图1-5 主轴的齿轮布置2 机床主要零件的设计2.1 确定主电动机的功率和传动件的计算转速1.主电动机功率5.5kw，电动机型号 Y132S-42.确定主轴及其他传动件的计算转速 计算转速：传递全部功率时的最低转速叫计算转速 (1)主轴计算转速： 由式 (2)其余轴的计算转速 (3)齿轮的计算转速a传动组中 45:45齿轮45的计算转速是900 40:50齿轮40的计算转速是900，齿轮50的计算转速是710。 35:55齿轮35的计算转速是900，齿轮55的计算转速是560。b传动组中 50:40齿轮50的计算转速是560，齿轮40的计算转速是710。 35:55齿轮35的计算转速是560，齿轮55的计算转速是560。c传动组中 52:52齿轮52的计算转速是355。 21:83齿轮21的计算转速是710，齿轮83的计算转速是180。d传动组中 29:29 （斜）齿轮29的计算转速是180e传动组中 55:55 齿轮55的计算转速是1802.2 传动轴的计算2.2.1 传动轴直径的估算(1)当数值上N时，按扭转强度估算，即。d-轴的危险断面；当轴上有一个键时，d值增大45%；有两个键时d值增大710%；当为花键时，则花键轴内径可比d值减少7%。N-所计算轴传递的额定功率（kw）。-从电机到所计算轴传动效率（不计该轴轴承效率，传动件的传动效率）。-所计算轴的计算转速（）A-设计常数一般取1102.2.2 各轴传递的功率及轴径估算 （和分别是弹性联轴器和轴承的效率） 取 取 取 取 取 取2.3 主轴轴径的计算主轴直径的选择 通常主轴直径可根据传递功率并参考现有同类机床的主轴轴径尺寸确定。 查表3-13选 2.4 直齿圆柱齿轮强度计算2.4.1 齿轮模数的估算 通常同一传动组中齿轮取同一模数，并且选取同模数齿轮中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进行初步估算。N-齿轮传递的额定功率 kw -电动机功率 kw-从电动机到所计算齿轮的传动效率（包括计算齿轮传动效率）Z-所计算齿轮齿数-所计算齿轮计算转速齿轮模数m值估算后，应取相近标准模数。(1)基本组： 取(2)第一扩大组： 取(3)第二扩大组 取2.4.2 齿轮结构尺寸计算查得齿轮的计算公式如下：分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 由上述计算公式得齿轮直径如下：轴：m=2 ： 轴： ： m=2.5 ： ： ： 轴： ： ： 轴： 轴： 2.4.3 确定齿轮齿宽B B= （为齿宽系数610） 基本组B=7.22.5=18；第一扩大组B=7.22.5=18；第二扩大组B=30mm。2.4.4 确定各传动轴之间的中心距 = (30+48) =97.5mm a-=(45+45)=112.5mm a-=(50+40)=112.5mm a-=(52+52)=156mm a-=(55+55)=220mm3 主传动系的结构设计3.1 结构分析 齿轮轴向固定采用了剖分环挡圈定位和弹性挡圈定位相结合。弹性挡圈定位，只起定位作用，不能承受较大的轴向力；而剖分环挡圈不仅能承受较大的轴向力，而且可以代替轴肩，这样既节省材料，又便于装配。 为了便于安装轴上组件，并使传动轴扭矩能均匀传递，在此采用花键轴。3.2 主轴组件轴承类型3.2.1 主轴轴承类型 主轴前支承采用D3182118双列相信短圆柱滚子轴承，承受径向载荷，轴承间隙的调整靠修磨半环及调整螺母来实现。后支承采用一对E46117向心推力球轴承，承受径向和轴向载荷，使主轴轴向定位。轴承间隙靠修磨隔套来调整。 主轴轴承精度：前轴承比后轴承高一级，故前轴承为D级，后轴承为E级。3.2.2 主轴材料及热处理 主轴材料选45钢，调质处理。3.2.3 主轴的工作性能 主电机传来的运动由齿轮经双键、套筒带动主轴转动。齿轮安装在套筒上，而且套筒由一对向心球轴承支承在箱体上，使主轴得到了卸荷（即主轴只传递扭矩），这样减少了主轴变形，提高了主轴的工作性能。3.2.4 主轴组件的密封、润滑 主轴前端采用迷宫式密封装置，主轴轴承由针阀供油得到润滑。3.3 主传动系的变速操纵机构 在床身两侧的中部各有一个窗口，右边窗口打开，可以看到传动机构的全貌，并可进行检查和调整；左边窗口则安装着变速操纵箱，利用拔叉来移动各三联（或双联）滑移齿轮实现变速。操纵元件是安装在左侧窗口上的一个手柄和一个转盘。3.4 主传动系的润滑系统3.4.1 润滑方式的选择 润滑方式采用油泵供油循环润滑：润滑油由油泵从油池（设在床身内部）中吸出，经滤油器虑清后送至分油器，然后由油管送至主轴箱上部淋下至各传动面及摩擦面进行润滑。3.4.2 润滑油的选择 所使用润滑油之粘度为2732厘池（平均为30厘池），型号HT30的机械油。4 进给机构的计算设计4.1 概述 由于用步进电机驱动滚珠丝杠这种进给方式精度高、运行平稳、工作可靠，所以采用这种进给方式。 驱动系统为开环控制。开环控制不设置监测反馈装置，机床的加工精度直接由步进电机的运动精度和机床传动机构的精度来保证。由于开环系统结构简单，可靠性高，成本较低，精度能满足普通机床的需要。在工作性能良好的情况下，加工误差可控制在0.02mm以内。因而机床在改造中，对驱动系统大都选择开环控制。 本机床横，纵向进给系统由步进电机通过消隙减速传动齿轮直接带动滚珠丝杠，把滚珠丝杠的旋转运动化为滚珠螺母的直线运动，使刀架分别实现横、纵向运动，进行两个坐标方向的控制。4.2 滚珠丝杠的选用设计滚珠丝杠的设计以工作寿命和实际加工过程中最大铣削力为基础进行计算本设计切削深度 切削宽度 Z=4立铣刀直径 主轴转速 查表xF=1.0 yF=0.72 wF=0 gF=0.86 =1代入上式 铣削速度查表 gv=0.2 T=60 m=0.33 xv=0.1 yv=0.4 pv=0.1 kv=1代入上式 工作时的轴向压力： 此时 ：系数 对燕尾形导轨取K=1.4：摩擦系数 ：移动部件重量 则取寿命T=15000小时滚珠丝杠转速 ：进给速度 S：导程（8mm）其中 寿命值取运转系数 硬度系数则最大动负载根据上述计算，选用型滚珠丝杠，丝杠直径40mm，导程8mm（右旋），滚珠直径4.763mm，滚珠螺母为外循环，单列3.5圈。其动负载C=26185N,C0=95814N。可见QC，从工作寿命考虑没有问题。（强度校核略）为使滚珠丝杠