PLC控制的鉆床設(shè)計(jì)【數(shù)控多工位立式鉆床】,數(shù)控多工位立式鉆床,PLC控制的鉆床設(shè)計(jì)【數(shù)控多工位立式鉆床】,plc,控制,節(jié)制,鉆床,設(shè)計(jì),數(shù)控,多工位,立式 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定手冊(cè) 論 文 題 目 PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 王金鋼 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0952225 指 導(dǎo) 教 師 吳翠紅 分 院 機(jī)電工程分院 2013年6月 說(shuō) 明 1.本手冊(cè)適用于理工科各專業(yè)畢業(yè)生； 2.評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)規(guī)章制度匯編，采用5分制。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 成績(jī)?cè)u(píng)定表 （指導(dǎo)教師用） 姓 名 王金鋼 班級(jí)學(xué)號(hào) 0952225 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 題 目 PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) 評(píng) 價(jià) 要 素 權(quán) 重 評(píng) 分 成 績(jī) 選 題 0.10 調(diào) 查 報(bào) 告 0.10 創(chuàng) 新 性 0.10 基礎(chǔ)理論與基本技能 0.20 撰 寫 質(zhì) 量 0.20 可 行 性 0.15 學(xué)風(fēng)與工作作風(fēng) 0.15 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)（合計(jì)） 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì) 成績(jī)?cè)u(píng)定表 （評(píng)閱人用） 姓 名 王金鋼 班級(jí)學(xué)號(hào) 0952225 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 題 目 PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) 評(píng) 價(jià) 要 素 權(quán) 重 評(píng) 分 成 績(jī) 選 題 0.15 調(diào) 查 報(bào) 告 0.15 創(chuàng) 新 性 0.15 基礎(chǔ)理論與基本技能 0.20 撰 寫 質(zhì) 量 0.20 可 行 性 0.15 評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)（合計(jì)） 評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)： 該生能查閱大量參考文獻(xiàn)及資料，積極進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，具有一定的創(chuàng)新精神。畢業(yè)設(shè)計(jì)題目具有一定的可行性；該生論文書寫規(guī)范，符合規(guī)范化要求；制圖嚴(yán)謹(jǐn)，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，圖紙量足夠，可以參加畢業(yè)答辯。 評(píng)閱人簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì) 成績(jī)?cè)u(píng)定表 （答辯委員會(huì)用） 姓 名 王金鋼 班級(jí)學(xué)號(hào) 0952225 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 題 目 PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) 評(píng) 價(jià) 要 素 權(quán) 重 評(píng) 分 成 績(jī) 選 題 0.15 調(diào) 查 報(bào) 告 0.10 創(chuàng) 新 性 0.10 基礎(chǔ)理論與基本技能 0.10 撰 寫 質(zhì) 量 0.10 可 行 性 0.15 答 辯 0.30 答辯委員會(huì)評(píng)定成績(jī)（合計(jì)） 答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)： 答辯委員會(huì)主席簽字： 年 月 日 答辯委員會(huì)記錄 答辯學(xué)生姓名： 王金鋼 班級(jí)：09522 答辯記錄： 答辯委員會(huì)主席簽名： 年 月 日 本件在學(xué)生本人論文留存 答辯委員會(huì)委員名單 主席： 委員： 秘書： 畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合成績(jī)表 姓 名 王金鋼 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 班 級(jí) 09522 題 目 PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) （X） 評(píng) 閱 人 評(píng)定成績(jī) （Y） 答辯委員會(huì)評(píng)定成績(jī) （Z） 0.3X+0.3Y+0.4Z 等 級(jí) 填表人： 教學(xué)副院長(zhǎng)： 本件投學(xué)生本人檔案 答辯委員會(huì)委員名單 主席： 委員： 秘書： 畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合成績(jī)表 姓 名 王金鋼 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 班 級(jí) 09522 題 目 PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) （X） 評(píng) 閱 人 評(píng)定成績(jī) （Y） 答辯委員會(huì)評(píng)定成績(jī) （Z） 0.3X+0.3Y+0.4Z 等 級(jí) 填表人： 教學(xué)副院長(zhǎng)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 前言 數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一，隨著這種機(jī)床在機(jī)加工中的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的機(jī)械加工行業(yè)得到了質(zhì)的飛躍。由于數(shù)控機(jī)床相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床極大地提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，應(yīng)用變得極為廣泛。而數(shù)控多工位機(jī)床則因其一次裝夾卻能進(jìn)行多工位的加工。某種意義上講，更大大的提高了機(jī)加工的加工效率，很適合工件的批量生產(chǎn)。 針對(duì)數(shù)控多工位鉆床的設(shè)計(jì)，我們要完成： 首先，對(duì)數(shù)控多工位鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。應(yīng)滿足：機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度要達(dá)要求，數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)該比同類普通機(jī)床高50%；應(yīng)盡量提高機(jī)床的抗振性，通常機(jī)床的振動(dòng)包括強(qiáng)迫振動(dòng)和受迫振動(dòng)。要提高機(jī)床在低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度。 第二，對(duì)鉆床的主傳動(dòng)和主軸部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)控鉆床主軸傳動(dòng)特點(diǎn)是：要使主軸能在軸向方向上移動(dòng)和使主傳動(dòng)能進(jìn)行多級(jí)調(diào)速。 第三，多工位的數(shù)控鉆床，必須有主軸箱的進(jìn)給和工作臺(tái)的滑動(dòng)。在本次設(shè)計(jì)中，進(jìn)給傳動(dòng)和傳動(dòng)部件也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)多是用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)傳動(dòng)。對(duì)于鉆床來(lái)說(shuō)，工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)床不加工。故可采用簡(jiǎn)單的滑動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的進(jìn)給和主軸箱的進(jìn)給，多個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的疊加組合便可以使鉆床實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸三軸向的運(yùn)動(dòng)進(jìn)給。 第四，無(wú)論任何機(jī)床床身和立柱都是不可少的，數(shù)控多工位鉆床也是不例外的。床身和立柱的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：要保證機(jī)床各部分的剛度。床身、立柱的結(jié)構(gòu)和材料選擇是必不可少的。 第五，對(duì)于數(shù)控多工位鉆床，多工位是必不可少的一步。要實(shí)現(xiàn)多工位就必須設(shè)計(jì)針對(duì)鉆床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 最后，涉及到數(shù)控機(jī)床控制部分的設(shè)計(jì)選擇是重點(diǎn)部分。對(duì)于我們的設(shè)計(jì)只要求設(shè)計(jì)出機(jī)床的硬件部分就是控制元件的選擇和對(duì)控制進(jìn)行初始化處理就可以了。 對(duì)于本次數(shù)控多工位鉆床的設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為：使鉆削加工能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)控加工正是運(yùn)用到了數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。采用多工位則更為縮短了裝夾時(shí)間等輔助時(shí)間，使生產(chǎn)率得到更大的提高等。這就是本設(shè)計(jì)課題經(jīng)濟(jì)意義。 然而更為重要的是：我們希望通過(guò)這樣的畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)我們綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)理論、基本技能的能力，培養(yǎng)我們一種正確的設(shè)計(jì)思想。了解工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。我想這才是我們做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)要達(dá)到的真正目的吧！ 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）登記表 分院 機(jī)電工程分院 專業(yè) 機(jī)械電子工程 班級(jí) 09522 學(xué)生姓名 王金鋼 指導(dǎo)教師 吳翠紅 設(shè)計(jì)（論文）起止日期 2013年3月4日—6月13日 教研室主任 李春梅 題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及要求 1. 題目：PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) 2. 要求：（1）完成PLC控制的鉆床的資料收集與國(guó)、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行性方案； （2）完成機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)提交論文及機(jī)械系統(tǒng)的裝配與關(guān)鍵零部件的相應(yīng)圖紙及數(shù)控系統(tǒng)的硬件圖，同時(shí)提交電子文檔. （3）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 論文開(kāi)題報(bào)告（設(shè)計(jì)方案論證） 應(yīng)該包括以下幾方面內(nèi)容： 1、本課題研究的意義；2、調(diào)研（社會(huì)調(diào)查）情況總結(jié)；3、查閱文獻(xiàn)資料情況（列出主要文獻(xiàn)清單)；4、擬采取的研究路線；5、進(jìn)度安排。 1.本課題研究的意義： 對(duì)于本次PLC控制的鉆床設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為：使鉆削加工能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)控加工正是運(yùn)用到了數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。采用多工位則更為縮短了裝夾時(shí)間等輔助時(shí)間，使生產(chǎn)率得到更大的提高等。這就是本設(shè)計(jì)課題經(jīng)濟(jì)意義。然而更為重要的是：我們希望通過(guò)這樣的畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)我們綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)理論、基本技能的能力，培養(yǎng)我們一種正確的設(shè)計(jì)思想。了解工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。我想這才是我們做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)要達(dá)到的真正目的吧！ 2.社會(huì)情況總結(jié)： 在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)指導(dǎo)下，我們參閱了大量文獻(xiàn)，并對(duì)PLC控制的鉆床的有關(guān)工廠進(jìn)行了參觀了解，使我們的設(shè)計(jì)思路得到了很大啟發(fā)，并對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題如何正確的解決有了一定的幫助。 3.參考文獻(xiàn)： [1]王海,李洪奎,劉曉,基于PLC的多軸控制研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2008, 6(4): 470-472. [2]王海涌, 張為瑋,王衛(wèi).多軸運(yùn)動(dòng)控制器[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2010, (3): 97-99. [3]鄭堤,唐可洪.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].主編機(jī)械工業(yè)出版社,1997 [4]Li Tsingyuan, Bhang Aia Yuan. Machinery manufacturing assembly design [M]. Machinery Industry Press ,2003 [5]Diu Lithuanian. Mechanical design of [M]. Higher Education press,1997 4.研究路線：指導(dǎo)教師下達(dá)任務(wù)→理解課題內(nèi)容→查閱文件和素材→翻譯→設(shè)計(jì)平臺(tái)設(shè)計(jì)圖→ 撰寫論文→計(jì)算機(jī)繪圖→指導(dǎo)教師審查→修改完善→熟悉論文準(zhǔn)備答辯 5、進(jìn)度安排： 1-- 2周 調(diào)研 3- -4周 開(kāi)題 5- 6周 方案擬定 7-11周 控制系統(tǒng)調(diào)試及機(jī)械圖紙 12-13周 論文整理 14-15周 論文及其他答辯準(zhǔn)備工作 16周 答辯 指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)： 年 月 日 記事： 指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)： 年 月 日 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)控多工位鉆床設(shè)計(jì) 劉 錕 （攀枝花學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 617000） [摘要] 隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)控加工已成為機(jī)加工過(guò)程中的一種主流技術(shù)。這一技術(shù)的運(yùn)用提高了機(jī)加工過(guò)程中工作效率和加工精度。數(shù)控多工位鉆床就是提高鉆削加工精度和效率的一種很好的機(jī)加工工具。本文對(duì)數(shù)控多工位鉆床進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用了普通車床設(shè)計(jì)的步驟和方法，綜合考慮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。從切削力入手確定主軸及電機(jī)，到整個(gè)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)床的控制。最后到對(duì)機(jī)床初始化程序設(shè)計(jì)。 本文所做的工作: 1.完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國(guó)、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行的方案; 2.完成機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)；提交論文及機(jī)械系統(tǒng)的裝配與關(guān)鍵零部件的相應(yīng)圖紙及數(shù)控系統(tǒng)的硬件圖，同時(shí)提交電子文檔; 3.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 完成了一臺(tái)經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)。 [關(guān)鍵詞] 數(shù)控技術(shù)、鉆床、鉆削、計(jì)算機(jī)控制、單片機(jī) [Abstract] ? With the manufacturing development, numerical control manufacturing has become one of the major advanced technologies. efficiency and accuracy has been improved in application of the technology. Numerical control auto-drilling machine is a kind of the new machine tools that can improve the machining accuracy and efficiency. The paner has designed for Numerical control auto-drilling machine, using design method of the ordinary lathe, and considering the characteristic of the numerical control machine tools synthetically. cutting force has been calculated, the structural and the control system has been designed. Finally, the software routine has been explored. This paner has finished major works: 1. Completed a investigation of internal and external of current situation for numerical control multistage-drilling machine, and compared it, put forward a feasible scheme; 2. Completed the mechanical structural design an calculated and designed the electric control system, and finished the software and hardware of the control system tentatively; Submit thesis and the assembly of mechanical system and hardware picture of key spare part and drawing of numerical control system, submit the electronic file at the same time; 3. Write the specification of designing and calculating, has designed an economy numerical control machine tool. [Keywords] numerical control machining、drilling machine、drilling、 computer control、single chip computer 2 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目申報(bào)表 院 別 機(jī)電工程分院 教 研 室 機(jī)械電子工程教研室 指導(dǎo)教師 吳翠紅 職稱 講師 2012年 12 月 20 日 題目名稱 PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) 題 目 類 別 設(shè)計(jì)類 √ 題目 性質(zhì) 結(jié)合實(shí)際 √ 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 參加本題目 學(xué)生人數(shù) 1 論文類 虛擬題目 題目來(lái)源、教師準(zhǔn)備情況、主要培養(yǎng)學(xué)生哪些能力 1． 本題目來(lái)源于指導(dǎo)教師的命題。 2．指導(dǎo)教師對(duì)此課題有深厚的理論基礎(chǔ)及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在師生共同努力下定能順利、按期完成該課題設(shè)計(jì)。 3．通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)化對(duì)基本知識(shí)和基本技能的理解和掌握,培養(yǎng)自主收集資料和調(diào)查研究的能力,與一定的方案比較、論證的能力,一定的理論分析與設(shè)計(jì)運(yùn)算能力,進(jìn)一步提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖的能力以及編寫編制能力。 4．培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝的實(shí)際應(yīng)用能力。 題 目 內(nèi) 容 及 要 求 一內(nèi)容：完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國(guó)、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行的方案；完成機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)；提交論文及機(jī)械系統(tǒng)的裝配與關(guān)鍵零部件的相應(yīng)圖紙及數(shù)控系統(tǒng)的硬件圖，同時(shí)提交電子文檔.；編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 二.要求：1.寫出1~1.5萬(wàn)字的論文，繪制鉆床工作原理示意圖，主軸，立柱,齒輪等零件圖。 論文內(nèi)容包括：（1）對(duì)PLC控制的鉆床設(shè)計(jì)的功用，應(yīng)滿足的要求以及課題所要解決的問(wèn)題。 （2）對(duì)本課題PLC控制的鉆床設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行論證。 （3）PLC控制的鉆床設(shè)計(jì)計(jì)算及基本參數(shù)選擇。 （4）典型零件加工工藝和裝配尺寸鏈機(jī)算，完成相關(guān)圖紙。 2將一篇與本課題有關(guān)的英文資料，翻譯成中文（約5000字）。 實(shí) 踐 環(huán) 節(jié) 安 排 實(shí)習(xí) 長(zhǎng)春第一機(jī)床廠 實(shí)驗(yàn) 金工實(shí)習(xí)基地 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 計(jì)算機(jī)繪圖30學(xué)時(shí) 中、外文參考資料： [1]王海,李洪奎,劉曉,基于PLC的多軸控制研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2008, 6(4): 470-472. [2]王海涌, 張為瑋,王衛(wèi).多軸運(yùn)動(dòng)控制器[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2010, (3): 97-99. [3]鄭堤,唐可洪.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].主編機(jī)械工業(yè)出版社,1997 [4] Li Tsingyuan, Bhang Aia Yuan. Machinery manufacturing assembly design [M]. Machinery Industry Press ,2003 [5]Diu Lithuanian. Mechanical design of [M]. Higher Education press,1997 教研室主任 審批簽字 分 院 院 長(zhǎng) 審批簽字 注：題目類別和題目性質(zhì)請(qǐng)用符號(hào)√填在相應(yīng)欄內(nèi)。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 緒論…………………………………………………………………………… 1 引言………………………………………………………………………………1 1數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介 …………………………………………………………………1 2數(shù)控機(jī)床的工作原理與組成 …………………………………………………3 3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) …………………………………………………3 4我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展 ……………………………………………………5 5本文所做的工作 ………………………………………………………………6 第一章總體機(jī)械設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)選擇………………………………………………7 第二章機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) ……………………………………………………8 2.1切削力的計(jì)算 ……………………………………………………………8 2.2主軸齒輪傳動(dòng)方案確 ………………………………………………………10 2.3主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 ………………………………………………………15 2.4縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算 ………………………………………………18 2.5橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算 ………………………………………………22 2.6Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算…………………………………………………25 2.7齒輪強(qiáng)度校核 ………………………………………………………………28 2.8回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算 ……………………………………………30 2.9齒輪強(qiáng)度校核 ………………………………………………………………33 2.10滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) …………………………………………………………35 2.11導(dǎo)軌及齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整分析 …………………………………………41 2.12 本章小結(jié)…………………………………………………………… ……42 第三章數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………43 3.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案 ……………………………………………………43 3.2單片機(jī)型號(hào)的選用 …………………………………………………………43 3.3存儲(chǔ)器的選用、擴(kuò)展及連接 ………………………………………………45 3.4地址鎖存器 …………………………………………………………………46 3.5鍵盤與顯示接口電路 ………………………………………………………46 3.6 8255與8031的連接 ………………………………………………………59 3.7步進(jìn)電機(jī)接口電路 …………………………………………………………61 3.8總程序流程框圖 ……………………………………………………………64 3.9本章小結(jié) ……………………………………………………………………64 第四章總結(jié) ………………………………………………………………………65 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………66 致謝…………………………………………………………………………… …67 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的全部?jī)?nèi)容是在指導(dǎo)老師喬水明老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝川大教授侯教授和黃教授，兩位教授給我們提供了良好的課題條件，讓我們從這次設(shè)計(jì)中得到了很好的鍛煉。同時(shí)兩位川大教授也為我們講解了不少難題，在此特別感謝。喬老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從喬老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識(shí)和相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。在此，謹(jǐn)向恩師表示最真誠(chéng)的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。 在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中也得到了本校周汝忠教授的點(diǎn)駁和指導(dǎo)。當(dāng)然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。 最后還要感謝的，也是最應(yīng)該感謝的是枝花學(xué)院，學(xué)院讓我們有這么好的學(xué)習(xí)條件。通過(guò)四年的學(xué)習(xí)，讓我們成為有用之才；也是學(xué)院給我們了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，讓我們?cè)谧呱瞎ぷ鲘徫恢昂煤玫腻憻捯幌伦约骸? XXX 200X年6月15日于XXXXX學(xué)院 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 編號(hào)20130952225 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) PLC控制的鉆床設(shè)計(jì) Drilling machine design PLC control 學(xué) 生 姓 名 王金鋼 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 學(xué) 號(hào) 0952225 指 導(dǎo) 教 師 吳翠紅 分 院 機(jī)電工程分院 2013年 6 月 摘 要 隨著進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)控加工已成為機(jī)加工過(guò)程中的一種主流技術(shù)。這一技術(shù)的運(yùn)用提高了機(jī)加工過(guò)程中工作效率和加工精度。數(shù)控多工位鉆床就是提高鉆削加工精度和效率的一種很好的機(jī)加工工具。本文對(duì)數(shù)控多工位鉆床進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用了普通車床設(shè)計(jì)的步驟和方法，綜合考慮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國(guó)、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行的方案。從切削力入手確定主軸及電機(jī)，到整個(gè)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)床的控制。最后到對(duì)機(jī)床初始化程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)、鉆床、鉆削、計(jì)算機(jī)控制、單片機(jī) Abstract With the manufacturing development, numerical control manufacturing has become one of the major advanced technologies. efficiency and accuracy has been improved in application of the technology. Numerical control auto-drilling machine is a kind of the new machine tools that can improve the machining accuracy and efficiency. The paner has designed for Numerical control auto-drilling machine, using design method of the ordinary lathe, and considering the characteristic of the numerical control machine tools synthetically.Completed a investigation of internal and external of current situation for numerical control multistage-drilling machine, and compared it, put forward a feasible scheme cutting force has been calculated, the structural and the control system has been designed. Finally, the software routine has been explored. Key words: numerical control machining、drilling machine、drilling、 computer control、single chip computer 目錄 緒論…………………………………………………………………………… 1 引言………………………………………………………………………………1 1數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介 …………………………………………………………………1 2數(shù)控機(jī)床的工作原理與組成 …………………………………………………3 3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) …………………………………………………3 4我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展 ……………………………………………………5 5本文所做的工作 ………………………………………………………………6 第一章總體機(jī)械設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)選擇………………………………………………7 第二章機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) ……………………………………………………8 2.1切削力的計(jì)算 ……………………………………………………………8 2.2主軸齒輪傳動(dòng)方案確 ………………………………………………………10 2.3主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 ………………………………………………………15 2.4縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算 ………………………………………………18 2.5橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算 ………………………………………………22 2.6Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算…………………………………………………25 2.7齒輪強(qiáng)度校核 ………………………………………………………………28 2.8回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算 ……………………………………………30 2.9齒輪強(qiáng)度校核 ………………………………………………………………33 2.10滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) …………………………………………………………35 2.11導(dǎo)軌及齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整分析 …………………………………………41 2.12 本章小結(jié)…………………………………………………………… ……42 第三章數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………43 3.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案 ……………………………………………………43 3.2單片機(jī)型號(hào)的選用 …………………………………………………………43 3.3存儲(chǔ)器的選用、擴(kuò)展及連接 ………………………………………………45 3.4地址鎖存器 …………………………………………………………………46 3.5鍵盤與顯示接口電路 ………………………………………………………46 3.6 8255與8031的連接 ………………………………………………………59 3.7步進(jìn)電機(jī)接口電路 …………………………………………………………61 3.8總程序流程框圖 ……………………………………………………………64 3.9本章小結(jié) ……………………………………………………………………64 第四章總結(jié) ………………………………………………………………………65 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………66 致謝…………………………………………………………………………… …67 引 言 數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一，隨著這種機(jī)床在機(jī)加工中的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的機(jī)械加工行業(yè)得到了質(zhì)的飛躍。由于數(shù)控機(jī)床相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床極大地提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，應(yīng)用變得極為廣泛。而數(shù)控多工位機(jī)床則因其一次裝夾卻能進(jìn)行多工位的加工。某種意義上講，更大大的提高了機(jī)加工的加工效率，很適合工件的批量生產(chǎn)。 針對(duì)數(shù)控多工位鉆床的設(shè)計(jì)，我們要完成： 首先，對(duì)數(shù)控多工位鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。應(yīng)滿足：機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度要達(dá)要求，數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)該比同類普通機(jī)床高50%；應(yīng)盡量提高機(jī)床的抗振性，通常機(jī)床的振動(dòng)包括強(qiáng)迫振動(dòng)和受迫振動(dòng)。要提高機(jī)床在低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度。 第二，對(duì)鉆床的主傳動(dòng)和主軸部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)控鉆床主軸傳動(dòng)特點(diǎn)是：要使主軸能在軸向方向上移動(dòng)和使主傳動(dòng)能進(jìn)行多級(jí)調(diào)速。 第三，多工位的數(shù)控鉆床，必須有主軸箱的進(jìn)給和工作臺(tái)的滑動(dòng)。在本次設(shè)計(jì)中，進(jìn)給傳動(dòng)和傳動(dòng)部件也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)多是用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)傳動(dòng)。對(duì)于鉆床來(lái)說(shuō)，工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)床不加工。故可采用簡(jiǎn)單的滑動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的進(jìn)給和主軸箱的進(jìn)給，多個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的疊加組合便可以使鉆床實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸三軸向的運(yùn)動(dòng)進(jìn)給。 第四，無(wú)論任何機(jī)床床身和立柱都是不可少的，數(shù)控多工位鉆床也是不例外的。床身和立柱的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：要保證機(jī)床各部分的剛度。床身、立柱的結(jié)構(gòu)和材料選擇是必不可少的。 第五，對(duì)于數(shù)控多工位鉆床，多工位是必不可少的一步。要實(shí)現(xiàn)多工位就必須設(shè)計(jì)針對(duì)鉆床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 最后，涉及到數(shù)控機(jī)床控制部分的設(shè)計(jì)選擇是重點(diǎn)部分。對(duì)于我們的設(shè)計(jì)只要求設(shè)計(jì)出機(jī)床的硬件部分就是控制元件的選擇和對(duì)控制進(jìn)行初始化處理就可以了。 對(duì)于本次數(shù)控多工位鉆床的設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為：使鉆削加工能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)控加工正是運(yùn)用到了數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。采用多工位則更為縮短了裝夾時(shí)間等輔助時(shí)間，使生產(chǎn)率得到更大的提高等。這就是本設(shè)計(jì)課題經(jīng)濟(jì)意義。 然而更為重要的是：我們希望通過(guò)這樣的畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)我們綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)理論、基本技能的能力，培養(yǎng)我們一種正確的設(shè)計(jì)思想。了解工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。我想這才是我們做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)要達(dá)到的真正目的吧！ 緒 論 1.1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及其重要性 隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化的要求日益強(qiáng)烈，產(chǎn)品更新越來(lái)越快，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加。同時(shí)，隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工消費(fèi)品生產(chǎn)的高速增長(zhǎng)，復(fù)雜形狀的零件越來(lái)越多，精度要求也越來(lái)越高。此外，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來(lái)越短，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難于適應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件高效和高質(zhì)量的加工要求。 數(shù)字控制機(jī)床，就是為了解決單件、小批量，特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而生產(chǎn)的。1947年，美國(guó)Parsons公司為了精確制造直升機(jī)翼、槳葉和直升機(jī)框架，開(kāi)始探討用三坐標(biāo)曲線數(shù)據(jù)來(lái)控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加工飛機(jī)零件。1949年，為了能在短時(shí)間內(nèi)制造出經(jīng)常變更設(shè)計(jì)的零件，美國(guó)空軍（U。S。AirForce）與Parsons公司簽定了制造第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的合同。1951年，美國(guó)麻省理工學(xué)院MIT（Massachusetts Instiute of Technology）承擔(dān)了這一項(xiàng)目。1952年，MIT伺服機(jī)構(gòu)研究所用實(shí)驗(yàn)室制造的控制裝置和辛辛那提（Cincinnati Hydrotel）公司的立式銑床成功地實(shí)現(xiàn)了三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控運(yùn)動(dòng)，可控制銑刀進(jìn)行連續(xù)空間曲面的加工，揭開(kāi)了數(shù)控加工技術(shù)的序幕。隨著不斷的改進(jìn)與完善，1955年，NC（數(shù)控）機(jī)床開(kāi)始用于工業(yè)加工。 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)以及精密機(jī)械等技術(shù)的最新成果而發(fā)展起來(lái)的完全新型的機(jī)床，它標(biāo)志著機(jī)床工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世到現(xiàn)在40多年中，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展非常迅速，使制造技術(shù)發(fā)生了根本性的變化，幾乎所有品種的機(jī)床都實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域也從航空工業(yè)部門逐步擴(kuò)大到汽車、造船、機(jī)床、建筑等民用機(jī)械制造行業(yè)。此外，數(shù)控技術(shù)也會(huì)在繪圖儀、坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光加工與線切割機(jī)等機(jī)械設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。努力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，并向更高層次的自動(dòng)化、柔性化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化制造方向推進(jìn)，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的方向。 從20世紀(jì)50年代末期，我國(guó)就開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù)，開(kāi)發(fā)數(shù)控產(chǎn)品。1958年，清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠合作研制了我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床。經(jīng)過(guò)多年的不斷努力，數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展：國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，可靠性已有很大提高；新開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分達(dá)到國(guó)際20世紀(jì)80年代中期水平，部分達(dá)到國(guó)際20世紀(jì)90年代水平，為國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床；技術(shù)上也取得很大突破，如高速主軸制造技術(shù)、快速進(jìn)給、快速換刀、柔性制造等技術(shù)，為國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的下一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。雖然在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中，我國(guó)和先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家之間還存在著不小的差距，但這種差距正在迅速縮小。 數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用數(shù)控加工可大大提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定加工質(zhì)量、縮短加工周期、增加生產(chǎn)柔性、實(shí)現(xiàn)對(duì)各種復(fù)雜精密零件的自動(dòng)化加工，易于在工廠或車間實(shí)行計(jì)算機(jī)管理，還使車間設(shè)備總數(shù)減少，節(jié)省人力、改善勞動(dòng)條件，有利于加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和更新?lián)Q代，提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力并提高企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，使機(jī)械加工的大量前期準(zhǔn)備工作與機(jī)械加工過(guò)程聯(lián)為一體，使零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的一體化成為現(xiàn)實(shí)，使機(jī)械加工的柔性化自動(dòng)化水平不斷提高。 數(shù)控加工技術(shù)也是發(fā)展軍事工業(yè)的重要戰(zhàn)略技術(shù)。美國(guó)與西方各國(guó)在高檔數(shù)控機(jī)床與技工技術(shù)方面，一直通過(guò)巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)對(duì)我國(guó)進(jìn)行封鎖限制，應(yīng)為許多先進(jìn)武器裝備的制造，如飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克等的關(guān)鍵零件，都離不開(kāi)高性能數(shù)控機(jī)床的加工。如著名的“東芝事件”，即是由于前蘇聯(lián)利用從日本獲得的大型五坐標(biāo)數(shù)控銑床，用其制造出具有復(fù)雜曲面的潛艇的噪聲大為降低，西方的反潛艇設(shè)備頓時(shí)失效，對(duì)西方構(gòu)成了重大威脅。我國(guó)的航空、能源、交通等行業(yè)也從西方引入了一些五坐標(biāo)機(jī)床等高檔數(shù)控設(shè)備，但其使用受到國(guó)外的監(jiān)控和限制，不準(zhǔn)用語(yǔ)軍事用途的零件加工。特別是1999年美國(guó)的考克斯報(bào)告，其中一項(xiàng)主要內(nèi)容就是指責(zé)我國(guó)將從美國(guó)購(gòu)買的二手?jǐn)?shù)控機(jī)床用于軍事工業(yè)，這一切均說(shuō)明數(shù)控加工技術(shù)在國(guó)防現(xiàn)代化方面所起的重要作用。 1.1.2 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用范圍及特點(diǎn) 目前的數(shù)控加工主要應(yīng)用于以下兩方面： 一方面的應(yīng)用是常規(guī)零件加工，如二維車削、箱體類鏜銑等。其目的在于：提高加工效率，避免認(rèn)為誤差，保證產(chǎn)品質(zhì)量；以柔性加工方式取代高成本的工裝設(shè)備，縮短產(chǎn)品制造周期，適應(yīng)市場(chǎng)需求。這類零件：一般形狀較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)上述目的的關(guān)鍵一方面在于提高機(jī)床的柔性自動(dòng)化程度、高速精加工能力、加工過(guò)程的可靠性與設(shè)備的操作性能，另一方面在于合理的生產(chǎn)組織、計(jì)劃調(diào)度和工藝過(guò)程安排。 另一方面的應(yīng)用是復(fù)雜形狀零件加工，如模具型腔、渦輪葉片等。該類零件在眾多的制造行業(yè)中具有重要的地位，其加工質(zhì)量直接影響以至決定著整機(jī)床品的質(zhì)量。這類零件型面復(fù)雜，常規(guī)加工方法難以實(shí)現(xiàn)，它不僅促使了數(shù)控加工技術(shù)的產(chǎn)生，而且也一直是數(shù)控加工技術(shù)的主要研究及應(yīng)用對(duì)象。由于零件型面復(fù)雜，在加工技術(shù)方面，除要求數(shù)控機(jī)床具有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制能力（如多軸聯(lián)動(dòng)）外，更重要的是如何有效地獲得高效優(yōu)質(zhì)的數(shù)控加工程序，并從加工過(guò)程整體上提高生產(chǎn)效率。 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂腥缦绿攸c(diǎn)：高柔性、生產(chǎn)效率高、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、自動(dòng)化程度高、能完成復(fù)雜型面的加工、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 1.2. 數(shù)控機(jī)床的工作原理與組成 1.2.1 數(shù)控機(jī)床的工作原理 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字信息進(jìn)行控制的機(jī)床。即凡是用代碼化和數(shù)字信息將刀具移動(dòng)軌跡信息記錄在程序介質(zhì)上，然后送入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)譯碼和運(yùn)算，控制機(jī)床刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需工件的一類機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控加工基本過(guò)程見(jiàn)圖1所示： 圖1、 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）系統(tǒng)框圖 數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先編制零件的數(shù)控程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、啟停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移大小，以及其他諸如刀具選擇交換，工件夾緊、松開(kāi)和冷卻、潤(rùn)滑的啟、停等動(dòng)作，使刀具與其他輔助裝置嚴(yán)格地按照數(shù)控程序規(guī)定的順序、路程和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出形狀、尺寸與精度等符合要求的零件。 1.2.2 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的種類繁多，但從組成一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床來(lái)講，它由信息輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體以及復(fù)雜裝置組成。 1.3. 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 近十幾年來(lái)，數(shù)控機(jī)床借助于微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步著高精度、多功能、高速化、高效率、，正向復(fù)合加工功能、智能化等方向邁進(jìn)，明顯地反映出時(shí)代的特征，其主要表現(xiàn)為以下幾方面。 1.3.1 精度化 當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)精度提出了越來(lái)越高的要求，像儀表、鐘表、家用電器等都有相當(dāng)高精度的零件，典型的高精度零件如陀螺框架、伺服閥體、渦輪葉片、非球面透鏡、光盤、磁頭、反射鼓等，這些零件的尺寸精度要求均在微米、亞微米級(jí)。因此，加工這些零件的機(jī)床也必須受到需求的牽引而向高精度發(fā)展。 1.3.2 高速度化 提高生產(chǎn)率是機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的基本目標(biāo)之一，而實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的最主要、最直接的方法就是提高切學(xué)速度和減少輔助時(shí)間。隨著刀具、電機(jī)、軸承、數(shù)控系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)的突破及機(jī)床本身基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步，使各種運(yùn)動(dòng)速度大為提高。 1.3.3 高柔性化 柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力，當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化，對(duì)機(jī)床提供了更高的柔性加工要求。數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。不僅中、小批量的生產(chǎn)方式在努力提高柔性化能力，就是在大批量生產(chǎn)方式中，也積極向柔性化方向轉(zhuǎn)向。如出現(xiàn)了可編程控制器（PLC）控制的可調(diào)組合機(jī)床、數(shù)控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心、數(shù)控三坐標(biāo)動(dòng)力單元等具有柔性的高效率加工設(shè)備，柔性加工單元（FMC），柔性制造系統(tǒng)（FMS）以及介于傳統(tǒng)自動(dòng)線與FMS之間的柔性制造線（FTL）。 1.3.4 高自動(dòng)化 高自動(dòng)化是指在全部加工過(guò)程中盡量減少“人”的介入而自動(dòng)完成規(guī)定的任務(wù)，它包括物料流和信息流的自動(dòng)化。自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，以數(shù)控機(jī)床為主體的加工自動(dòng)化已從“點(diǎn)”的自動(dòng)化（單臺(tái)數(shù)控機(jī)床）發(fā)展到“線”的自動(dòng)化（柔性制造車間），結(jié)合信息管理系統(tǒng)的自動(dòng)化，逐步形成整個(gè)工廠“體”的自動(dòng)化，并出現(xiàn)了FA（自動(dòng)化工廠）和CIM（計(jì)算機(jī)集成制造）工廠的雛形實(shí)體。盡管由于這種高自動(dòng)化的技術(shù)還不夠完備。投資過(guò)大，回收期較長(zhǎng)，而提出“有人介入”的自動(dòng)化觀點(diǎn)，但數(shù)控機(jī)床的高自動(dòng)化并向FMC，F(xiàn)MS集成方向發(fā)展的總趨勢(shì)仍然是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主流。數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化除進(jìn)一步提高其自動(dòng)編程、上下料、加工等自動(dòng)化程度外，還在自動(dòng)檢索、監(jiān)控、診斷、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)傳輸?shù)确较蜻M(jìn)一步發(fā)展。 1.3.5 復(fù)合化 復(fù)合化包含了工序復(fù)合化和功能復(fù)合化。在一臺(tái)數(shù)控設(shè)備上能完成多工序切削加工（如車、銑、鏜、鉆等）的加工中心，打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開(kāi)加工的規(guī)程。一臺(tái)具有自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)交換工作臺(tái)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換立臥主軸頭的鏜銑加工中心，不僅一次裝夾便可以完成鏜、銑、鉆、鉸、攻絲和檢驗(yàn)等工序，而且還可以完成箱體件五個(gè)面粗、精加工的全部工序。此外，還出現(xiàn)了與車削或磨削復(fù)合的加工中心。 1.3.6 智能化 數(shù)控技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是加工過(guò)程的智能化。帶有自適應(yīng)控制功能的控制系統(tǒng)，可以在加工過(guò)程中根據(jù)切削力和切削溫度等加工參數(shù)，自動(dòng)優(yōu)化加工過(guò)程，從而達(dá)到提高生產(chǎn)率，增加刀具壽命并改善加工表面質(zhì)量等目的。刀具破損監(jiān)控和刀具智能管理功能可以智能的管理刀具，使得刀具保持最佳工作狀態(tài)。以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐的、具有人工智能的專家系統(tǒng)被用于指導(dǎo)加工。 1.3.7 網(wǎng)絡(luò)化 為適應(yīng)制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化和全球化發(fā)展趨勢(shì)，數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能也日趨重要。在企業(yè)內(nèi)部，具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)可以充分實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的資源和信息共享，適應(yīng)未來(lái)車間的面向任務(wù)的定單的生產(chǎn)發(fā)展模式，使得底蹭生產(chǎn)控制系統(tǒng)的集成更加簡(jiǎn)便有效。在生產(chǎn)企業(yè)之間，數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以更好地適應(yīng)敏捷制造（AM）等先進(jìn)制造模式。同時(shí)，系統(tǒng)制造商也可以通過(guò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷服務(wù)。 1.3.8 高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)，數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮其高性能、高精度、高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于可靠性。衡量可靠性的重要的量化指標(biāo)是平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF），數(shù)控系統(tǒng)的MTBF已由20世紀(jì)80年代的10000h以上，提高到90年代的30000h以上，而數(shù)控整機(jī)的MTBF也從20世紀(jì)80年代的100~200h，提高到現(xiàn)在的500~800h。 除上述發(fā)展趨勢(shì)外，近年來(lái)還出現(xiàn)了全新結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床，最早在美國(guó)IMTSˊ94機(jī)床博覽會(huì)上，出現(xiàn)了被稱為“六條腿”的機(jī)床。這種新型結(jié)構(gòu)機(jī)床的六條腿能自由伸縮，沒(méi)有導(dǎo)軌和拖板，也稱為虛軸機(jī)床（Virtual Axis Machine）。其精度相當(dāng)于測(cè)量機(jī)，比傳統(tǒng)機(jī)械加工中心高2~10倍；剛度為傳統(tǒng)機(jī)械加工的5倍；對(duì)零件輪廓的加工效率是傳統(tǒng)加工中心的5~10倍。這種機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)想是德國(guó)STEWART1962年提出的，稱之為數(shù)學(xué)造型機(jī)床，今天借助計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步得以實(shí)現(xiàn)。 1.4. 我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展 20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)家對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展十分重視，經(jīng)歷了“六五”、“七五”期間的消化吸收引進(jìn)技術(shù)，“八五”期間科技攻關(guān)開(kāi)發(fā)自主版權(quán)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化奠定了良好基礎(chǔ)，并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模有了較大幅度的提高，形成了十幾個(gè)普及型數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化基地和開(kāi)發(fā)中心，數(shù)控機(jī)床的年銷量從“八五”末期底000多臺(tái)發(fā)展到2000年的14萬(wàn)多臺(tái)，機(jī)床的產(chǎn)值數(shù)控化率從“八五”的12%增長(zhǎng)到2000年的近30%，一些重點(diǎn)企業(yè)已達(dá)到70%以上，使高檔數(shù)控機(jī)床的進(jìn)口幅度減少，突破了西方在關(guān)鍵設(shè)備方面對(duì)我國(guó)的進(jìn)口限制，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床“八五”期間的市場(chǎng)占有率只有23%，到2000年已達(dá)到50%。數(shù)控機(jī)床新開(kāi)發(fā)品種300個(gè)，已有一定的覆蓋面。新開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分達(dá)到國(guó)際20世紀(jì)80年代中期水平，部分達(dá)到90年代水平，為國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床。在技術(shù)上也取得了突破，如高速主軸制造技術(shù)（12000r/min~1800r/min）、快速進(jìn)給（60m/min）、快速換刀（1.5s）、柔性制造、快速成形制造技術(shù)等為下一步國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)前，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開(kāi)發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過(guò)度的關(guān)鍵時(shí)期，也是由封閉型數(shù)控系統(tǒng)向開(kāi)放型系統(tǒng)過(guò)渡的時(shí)期。從生產(chǎn)規(guī)模上看，已有像航天數(shù)控集團(tuán)、華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司、北京機(jī)床研究所等可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化基地。我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上（包括核心技術(shù)），已達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平，以開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于PC機(jī)的開(kāi)放式智能化數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控機(jī)床的可靠性指標(biāo)有大幅度提高。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的可靠性指標(biāo)（MTBF）一直是其市場(chǎng)信譽(yù)及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的主要問(wèn)題?！熬盼濉睍r(shí)期，我國(guó)加工中心的MTBF已達(dá)到400h，數(shù)控車床從平均200h提高到平均450h；數(shù)控系統(tǒng)從5000h提高到10000h以上，最高達(dá)到20000h。 曾長(zhǎng)期捆擾我國(guó)，并受到西方國(guó)家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控技術(shù)已漸成熟，并進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段?！熬盼濉逼陂g，我國(guó)生產(chǎn)的五軸聯(lián)動(dòng)及五面加工機(jī)床已有多個(gè)品種，并在軍工、航天、船舶等領(lǐng)域里應(yīng)用，有效地打破了國(guó)外對(duì)我國(guó)進(jìn)口此類設(shè)備的限制。 1.5. 本文所做的工作 1.5.1 完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國(guó)、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行的方案; 1.5.2 完成機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)；提交論文及機(jī)械系統(tǒng)的裝配與關(guān)鍵零部件的相應(yīng)圖紙及數(shù)控系統(tǒng)的硬件圖，同時(shí)提交電子文檔; 1.5.3 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 第一章 總體機(jī)械設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)選擇 設(shè)計(jì)給出的題目要求和數(shù)據(jù):要設(shè)計(jì)加工工件的最大直徑為Φ10mm，且其工作行程為300×300×70的數(shù)孔多工位鉆床。根據(jù)這一特點(diǎn)表明要設(shè)計(jì)的機(jī)床是一臺(tái)中小型的數(shù)控鉆床，而且是用于一般的機(jī)加工中。所以設(shè)計(jì)這樣的機(jī)床考慮其經(jīng)濟(jì)性、合理性應(yīng)該是最為重要的和成為設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想！ 查相關(guān)數(shù)控機(jī)床資料和數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)調(diào)查，選擇確定合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)很重要。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)包括立式、臥式兩大類。立式機(jī)床的主軸定位多數(shù)是相同的，它的優(yōu)點(diǎn)在于：機(jī)床小巧、占地空間小、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。適合于工作單一加工工件較小及加工尺寸小的場(chǎng)合。而臥式數(shù)控機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)及主軸箱布局可為單面懸掛主軸箱和主軸箱位于立柱對(duì)面內(nèi)。后者的優(yōu)點(diǎn)在于：主軸箱的自重不會(huì)使立柱產(chǎn)生彎曲變形，相同的切削力所引起的立柱的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形均大為減小。這樣就相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。故要是采用對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為臥式結(jié)構(gòu)的話就應(yīng)該選用主軸箱位于立柱內(nèi)的布局形式。然而一般的臥式數(shù)控機(jī)床的加工尺寸都很大，對(duì)于我們要設(shè)計(jì)的機(jī)床加工零件的尺寸是很小的：僅為最大加工為Φ10mm的孔。從經(jīng)濟(jì)的角度上來(lái)說(shuō)：我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)床采用立式的結(jié)構(gòu)更為節(jié)省空間，節(jié)省材料。同時(shí)機(jī)床看上去更為小巧，然而完全可以達(dá)到要求加工范圍的要求。包括此類機(jī)床的其它特點(diǎn)都很滿足我們要設(shè)計(jì)機(jī)床的要求。 所以，我們通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的了解和認(rèn)識(shí)我們認(rèn)為：對(duì)于我們即將設(shè)計(jì)的機(jī)床，采用立式的結(jié)構(gòu)是完全可行的。方案的確定結(jié)果是：數(shù)控多工位立式鉆床。 第二章 機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 由于電機(jī)工作時(shí)，其負(fù)載阻力有切削力、摩察阻力、慣性力，只有克服這些阻力，才能正常啟動(dòng)及運(yùn)行。因此要對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)及計(jì)算。 2.1. 切削力的計(jì)算 2.1.1、 要求加工的最大孔為d0=10mm,刀具為高速鋼麻花鉆（以磨損）。工件材料為45井鋼（бb=0.638GPa）；灰鑄鐵190HBS。加工精度為：IT8∽IT10級(jí)以下孔初加工。 2.1.2、 確定切削力和扭矩： 計(jì)算： （1）、當(dāng)工件材料為 45井鋼時(shí)，根據(jù)以知條件查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-38高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)的進(jìn)給量知：10mm鉆頭初加工的進(jìn)給量為0.22∽0.28。由表2.4-41高速鋼鉆頭切削時(shí)切削速度、扭矩及軸向力可選取進(jìn)給量的兩極限值f=0.08mm/r∽0.30mm/r,對(duì)應(yīng)的它們的切削速度為V=0.99m/s∽0.43m/s,則由得 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 由《金屬切削刀具》計(jì)算鉆頭軸向力F和扭矩T的經(jīng)驗(yàn)公式及表3-1麻花鉆軸向力和扭矩表達(dá)式中的系數(shù)、指數(shù)及修正系數(shù)可知： （1） （2） （3） 其中對(duì)于鋼бb=0.638GPa CF=61.2 XF=1.0 YF=0.7 CM=0.0311 XM=2.0 YM=0.8 KF=KFmKFw KM=KMmKMw 對(duì)于已磨損鉆頭KMw=1 KFw=1 工件材料KMm=KFm= =0.98938 則最小進(jìn)給量f=0.08mm/r F1=9.81×61.2×10×0.080.7×0.98938×1=1013.79N T1=9.81×0.0311×102×0.080.8×0.98938×1=4.0Nm PM1=2×3.14×4.0×31.53×10-3=0.79Kw 最大進(jìn)給量f=0.30mm/r F2=9.81×61.2×10×0.300.7×0.98938×1=2557.22N T2=9.81×0.0311×102×0.300.8×0.98938×1 =11.52Nm PM2=2×3.14×11.52×13.69×10-3=0.99Kw （2） 當(dāng)工件材料為 灰鑄鐵HB190時(shí)，根據(jù)以知條件查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-41高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)的進(jìn)給量知：10mm鉆頭初加工的進(jìn)給量為0.22∽0.28。由表2.4-41高速鋼鉆頭切削時(shí)切削速度、扭矩及軸向力可迭取進(jìn)給量的兩極限值f=0.12mm/r∽0.70mm/r，對(duì)應(yīng)的它們的切削速度為V=0.79m/s∽0.33m/s,則由得 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 由《金屬切削刀具》計(jì)算鉆頭軸向力F和扭矩T的經(jīng)驗(yàn)公式及表3-1麻花鉆軸向力和扭矩表達(dá)式中的系數(shù)、指數(shù)及修正系數(shù)可知： （1） （2） （3） 其中對(duì)于灰鑄鐵 CF=42.7 XF=1.0 YF=0.8 CM=0.021 XM=2.0 YM=0.8 KF=KFmKFw KM=KMmKMw 對(duì)于已磨損鉆頭KMw=1 KFw=1 工件材料KMm=KFm=（HB/190）0.6=1 則最小進(jìn)給量f=0.12mm/r F3=9.81×42.7×10×0.120.8×1×1=768.14N T3=9.81×0.021×102×0.120.8×1×1=3.78Nm PM3=2×3.14×3.78×25.16×10-3=0.597Kw 最大進(jìn)給量f=0.70mm/r F4=9.81×42.7×10×0.700.8×1×1=3149.02N T4=9.81×0.021×102×0.700.8×1×1=15.49Nm PM4=2×3.14×10.51×15.49×10-3=1.02Kw 由此可得鉆頭的最大轉(zhuǎn)矩Tmax=15.49Nm 最大轉(zhuǎn)矩Fmax=3149.02N 最大切削功率PMmax=1.02Kw 則鉆頭主軸所需要的功率為：P1= PMmax/η總 其中η總=η花鍵軸η軸承 深溝球軸承η=0.99 （取3個(gè)） 角接觸推力軸承η=0.98 （取2個(gè)） 花鍵軸η=0.97∽0.98 由《金屬切削機(jī)床》查得： η總=η花鍵軸η軸承=0.97×0.993×0.982=0.904 則P1=1.02/0.904=1.03Kw 對(duì)于主軸電機(jī)的選擇，查《機(jī)械產(chǎn)品目錄》，對(duì)于中小功率的電機(jī)，一般額定轉(zhuǎn)矩只有2.1-4，而主軸所需要的最大扭矩為15.49Nm，故必須采用齒輪組進(jìn)行減速以提供大的轉(zhuǎn)矩達(dá)到符合相應(yīng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。 在數(shù)控機(jī)床多工位鉆床的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求數(shù)控機(jī)床能夠進(jìn)行多級(jí)變速。在這種情況下，我們正好可以采用一個(gè)變速器來(lái)解決。無(wú)級(jí)變速器就是能使主軸達(dá)到相應(yīng)轉(zhuǎn)矩和使主軸傳遞的轉(zhuǎn)矩符合要求。 同時(shí)，根據(jù)主軸特點(diǎn)設(shè)計(jì)鉆床主軸的特點(diǎn)是主軸在軸向方向上有移動(dòng)，就是說(shuō)上端的花鍵軸外面必須套有內(nèi)花鍵的齒輪或其它才能將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸，使主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在本次設(shè)計(jì)中我們就選用花鍵的齒輪作為傳動(dòng)件，把電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳給主軸，則從主軸來(lái)的傳動(dòng)方式為： 主軸（花鍵軸）——內(nèi)花鍵齒輪——嚙合齒輪（一組或多組）——聯(lián)軸器——無(wú)級(jí)變速器——主軸電動(dòng)機(jī) 2.2. 主軸齒輪傳動(dòng)方案確定： 2.2．1、 設(shè)定齒輪傳動(dòng)方案 如圖2所示： 軸Ⅰ為機(jī)床主軸，設(shè)計(jì)為齒輪花鍵軸。由前面知齒輪花鍵軸的功率為P1 圖2、 主軸傳動(dòng)示意圖 即軸Ⅰ PⅠ= P1=1.13Kw 軸Ⅱ PⅡ= PⅠ/η齒輪=1.13/0.97=1.16Kw （取η齒輪=0.97，精度等級(jí)為8級(jí)） 則主軸電機(jī)輸出功率P2 P2= PⅠ/η聯(lián)軸器=1.16/0.99=1.18Kw 根據(jù)《機(jī)械產(chǎn)品目錄》選擇電機(jī)可用YCP802-2，1.1Kw額定功率和YCP90S-2，1.5Kw額定功率最為接近功率要求。而前者略小于最大輸出功率，而加一個(gè)無(wú)級(jí)變速器相對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)其傳遞功率也不會(huì)消耗太多，粗略估算則選用后者YCP90S-2，額定功率為1.5Kw，額定電壓為380V，額定電流為3.4A，轉(zhuǎn)速為2840r/min，最大額定轉(zhuǎn)矩為2.3Nm。 選擇了電動(dòng)機(jī)就可根據(jù)所選擇電動(dòng)機(jī)確定相應(yīng)的無(wú)級(jí)變速器。根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩及主軸所必須達(dá)到的最小轉(zhuǎn)矩，可確定變速器，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷可選擇的無(wú)級(jí)變速器為：HZXD1500L。 根據(jù)無(wú)級(jí)變速器的相關(guān)數(shù)據(jù)和主軸所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)級(jí)變速器提供的轉(zhuǎn)矩已經(jīng)可以達(dá)到主軸要求的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)轉(zhuǎn)速也能達(dá)到要求。故在接下來(lái)設(shè)計(jì)的齒輪組中，主要達(dá)到的目的為將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給主軸使主軸完成轉(zhuǎn)動(dòng)，并不影響軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 對(duì)于齒輪組的設(shè)計(jì)就是要完成傳動(dòng)。為了設(shè)計(jì)需要，可以僅設(shè)計(jì)一組齒輪即可。又因?yàn)檗D(zhuǎn)矩完全達(dá)到要求，轉(zhuǎn)矩要求的差又不是太大，從對(duì)主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手（對(duì)主軸箱的總體布局和結(jié)構(gòu)合理、比例合適），可將這對(duì)齒輪設(shè)計(jì)成一組惰輪，即不改變變速器傳遞出來(lái)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，僅將轉(zhuǎn)動(dòng)傳給主軸，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和目的。 3.2．2、 設(shè)計(jì)齒輪 在齒輪設(shè)計(jì)中，取轉(zhuǎn)矩最大時(shí)設(shè)計(jì)用到最大轉(zhuǎn)矩15.49,切削速度nI=631r/min。 首先小齒輪（主動(dòng)齒輪）用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB∽286HB，平均取為260HB，大齒輪（從動(dòng)齒輪）用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB∽286HB，平均取為240HB。計(jì)算如下： 關(guān)于主軸傳動(dòng)中的第一組齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （1）初步計(jì)算： 轉(zhuǎn)矩:TII= 5.49Nm=5490Nmm 齒寬系數(shù):φd 由表12.13（該節(jié)中所指的表均指《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中的表） 取φd＝1.0 接觸疲勞極限：σHlim 由圖12.17c可取 σHlim1=710MPa σHlim2=580MPa 初步計(jì)算的許用接觸硬力: [σH1]=0.9σHlim1=0.9×710=639MPa Ad值由表12.16，取Ad＝85 初步計(jì)算的小齒輪直徑： d1≥=29.14 (其中u=I=1, T=5490Nmm) 取d1＝90mm 初取齒寬：b=φbd1=1×90=90mm （2）校核計(jì)算： 圓周速度: 精度等級(jí)：由表12.6選8級(jí)精度 齒數(shù)Z和模數(shù)m:取齒數(shù)Z1=60,Z2=iZ1=1×60=60 模數(shù)由表12.3取m=1.5 則 Z2= iZ1=60 使用系數(shù)KA:由表12.9取KA＝1.5 動(dòng)載系數(shù)K V:由表12.9取KV＝1.1 齒間載荷分配系數(shù)KHα:由表12.10先求： 端面重合度： （式12.6） 重合度系數(shù):Zε==0.74 (式12.10) 由此得： 齒間載荷分布系數(shù)KHβ: 由表12.11（非對(duì)稱支撐） 載荷系數(shù)：K=KAKVKHαKHβ=1.5×1.1×1.81×1.28=3.82 彈性系數(shù)ZE由表12.12取ZE＝189.8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH:由圖12.16可取ZH＝2.5 接觸最小安全系數(shù)SHmin:由表12.14取SHmin＝1.05 總工作時(shí)間：th=10×300×8×20%=4800h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL:由表12.15估計(jì)：107Tmax=15.49Nm 則花鍵軸能夠達(dá)到所需傳遞的轉(zhuǎn)矩。 對(duì)于花鍵軸傳遞轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦力為F花：取μ=0.1 F花=μf=5338×0.1=533.8N 而 則軸所受軸向力： F合= F花+ Fmax =154.5+3149.02=3304N 則軸向方向齒條受力F合K=1.1×F合=3635N（K=1.1） （2） 軸向進(jìn)給設(shè)計(jì)： 在主軸外設(shè)計(jì)一套筒：設(shè)長(zhǎng)為80mm的齒條由齒輪帶動(dòng)。先設(shè)計(jì)用一級(jí)減速接步進(jìn)電機(jī)使主軸進(jìn)給。如圖4所示： 圖4、主軸進(jìn)給圖示 由《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》： I=α×t0/3600×δ 其中α—步距角（deg） δ—脈沖當(dāng)量（鉆床取0.02mm） t0—齒距（t0=Лm） 根據(jù)《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》選步進(jìn)電機(jī) 取α=0.1 m=1.25 取α=0.75時(shí) 取I=3.2（α=0.1時(shí)）可?。? Z1=20 Z2=64 m=1.25 b=20mm α=200 df1=mZ1=25mm df2=mZ2=80mm de1=28 de2=83 齒輪設(shè)計(jì)成直齒圓柱齒輪，齒輪材料為45鋼，則大小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為： 根據(jù)《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表1，預(yù)選步進(jìn)電機(jī)為200BF001，查得電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm的計(jì)算：取V=2m/min Tm=（F軸+F摩）V主軸進(jìn)給/2Πnm （3） 起動(dòng)慣量矩的計(jì)算： 以最不利條件下的快速起動(dòng)計(jì)算，設(shè)起動(dòng)加速度或制動(dòng)減速度的時(shí)間 △t=0.3s，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 則： T慣= 則J∑=Tm+T慣=1.04+5.038=6.08Nm （4） 步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇： 如考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率為n，安全數(shù)值為K，則此時(shí)負(fù)載總轉(zhuǎn)矩為： 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)200BF001，五相十步，步距角0.1%Step，其最大靜轉(zhuǎn)矩Tymax=14.7Nm，為保證正常的起動(dòng)和停止，步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tg必須大于或等于TΣˊ，由表可知Tg/Tymax的比值，取Tg/Tymax=0.951， 則Tg=14.7×0.951=13.98Nm>13.03Nm 故選擇合適。 2.4. 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算 2.4.1、 縱向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算 （1）摩擦阻力： 摩擦阻力應(yīng)等于正壓力乘以摩擦系數(shù)。正壓力應(yīng)包括軸向力F=1175N及工作臺(tái)加縱向軌道之重力，設(shè)工作臺(tái)重量為400Kg，縱向軌道重量為400Kg. =[（400+400）×10＋1175]×0.1=917.5N （2） 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算: 根據(jù)要求粗選：α=0.75 to=5 δ=0.005 ∴ ∴可取 =25 , =52 m=1.5 b=25mm =20o df1=mZ1=1.5×25=37.5mm df2=mZ2=1.5×52=78mm de1＝40.5mm de2=81mm 將齒輪看作近似的圓柱體，材料為鋼，則大、小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為: J=7.8×d4 ×b×10-4 (kgm2) JZ1=7.8×3.754×2.5×10-4=3.86×10-5Kgm2 JZ2=7.8×8.104×2.5×10-4=8.40×10-4Kgm2 滾珠絲桿直徑選擇為d0=25mm, L=700mm,材料鋼，則絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似的算出為： JS=7.8×2.54×70×10-4=2.13×10-4Kgm2 由《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指示書》表1，預(yù)選步進(jìn)電機(jī)為110BF004，查得電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 Jm=3.43×10-4Kgm2 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （3） 絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算： 由于用的是滾珠絲杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不計(jì)。 （4） 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： Tm=(F縱+F摩) V工作/2πnm 由 （5） 起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算： 以最不利條件下的快速起動(dòng)計(jì)算，設(shè)起動(dòng)加速式制動(dòng)減速的時(shí)間 Δt=0.5s(一般在0.1～1s之間)，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 ∴角加速度 T慣＝J∑×εm=6.26×10-4×174.44=0.11Nm （6） 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： J∑=Tm +T慣=0.35+0.11=0.46Nm 2.4.2 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)加工匹配選擇 考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率η為,安全系數(shù)為K,則比時(shí)的負(fù)載總，轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮為 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BF004，三相六拍，步距角0.75%step.其最大轉(zhuǎn)矩Tymax=4.9Nm為保證正常的起動(dòng)與停止，步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tg必須大于或等于TΣ',由表查出Tg/TΣ'=0.866 ∴Tg=4.9×0.866=4.24Nm>0.99Nm 故選擇合適。 確定選用110BF004步進(jìn)電機(jī)。 2.4.3、 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的校核 初選絲杠型號(hào)為CMD2504-3，因此必須進(jìn)行以下幾個(gè)項(xiàng)目的校核 （1） 承載能力的校核： Ｑ＝fHfWPmaxCO 式中L—滾珠絲杠壽命系數(shù)（） 　Pmax=F縱+F摩＝0+917.5＝917.5N fH=1 fW=1.2 T=15000 Ｑ＝　　 選絲桿CMD2504－3 查表得絲桿額定載荷為ＣO=8.2KN>Q　滿足要求。 （2） 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算： 取雙推—簡(jiǎn)支式支承，由FK=2 E-鋼的彈性模量2.1×105（Mpa） I-絲杠小徑的截面慣性矩（） 查手冊(cè)可知，所用絲杠的最小徑為：d1 =21.9mm 取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K=4　 絲杠長(zhǎng)度L=LS=700mm 故滿足要求。 （3） 剛度驗(yàn)算： 絲杠的剛度是保證第一導(dǎo)程的變動(dòng)量要在允許范圍內(nèi) 絲杠最小截面積 設(shè)T0=0.5 I=2.26cm4 M= Tmaxi=4.9×2.08=10.20Nm=1020Ncm ∴“＋”號(hào)用于拉伸，“一”號(hào)用于壓縮，都取“＋”號(hào)，則: 由于選擇要求滾珠絲杠精度等級(jí)為C級(jí)，ΔL0=±4μm>0.681μm 所以滿足要求。 2.4.4、 縱向進(jìn)給軸承的選擇 推力球軸承：51305 向心球軸承：6205 2.5. 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算 2.5.1、 橫向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算 （1） 摩擦阻力： 當(dāng)鉆床的工作臺(tái)與導(dǎo)軌間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為滑動(dòng)摩擦，取摩擦系數(shù) 摩擦阻力應(yīng)等于正壓力乘摩擦系數(shù)。正壓力應(yīng)包括軸向力及工作臺(tái)之重力。工作臺(tái)的重量為400kg 。故可算出起摩擦阻力為： F摩＝（400+1175）×0.1＝517.5N （2） 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 根據(jù)要求粗選：α=0.36 to=5 δ=0.002 ∴ ∴初取 =20 , =50 m=1.5 b=25mm =20o df1=mZ1=1.5×20=30mm df2=mZ2=1.5×50=75mm de1＝33mm de2=78mm 將齒輪看作近似的圓柱體，材料為鋼，則大、小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為： J=7.8×d4 ×b×10-4 (kgm2) JZ1=7.8×3.34×2.5×10-4=2.31×10-5Kgm2 JZ2=7.8×7.84×2.5×10-4=7.22×10-4Kgm2 滾珠絲桿直徑選擇為do=20mm, L=700mm,材料鋼，則絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似的算出為： JS=7.8×24×70×10-4=0.87×10-3Kgm2 預(yù)選步進(jìn)電機(jī)為90BF006,查得電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： Jm=1.764×10-4Kgm2 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （3） 絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算： 由于用的是滾珠絲杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不計(jì)。 （4） 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： Tm=(F橫+F摩) V工作/2πnm 鉆床工作臺(tái)行程速度為2 m/min根據(jù)絲桿螺距算出絲桿速度。再根據(jù)齒輪減速比算出步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為由 （5） 起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算： 以最不利條件下的快速起動(dòng)計(jì)算，設(shè)起動(dòng)加速式制動(dòng)減速的時(shí)間 Δt=0.5s(一般在0.1～1s之間)，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 ∴角加速度 T慣＝J∑×εm=4.96×10-4×209.44=0.14Nm （6） 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： J∑=Tm +T慣=0.16+0.14=0.30 Nm 2.5.2、 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)加工匹配選擇 如果考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率為η=0.7,安全系數(shù)為K=1.5,