ZXK7532數(shù)控立式鉆銑床主運動、進給系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 目 錄 . 1 床總體尺寸參數(shù)的選定 . 3 床主要部件及其運動方式的選定 . 3 運動的實現(xiàn) . 3 給運動的實現(xiàn) . 3 字控制的實現(xiàn) . 3 床其它零部件的選擇 . 3 床總體布局的確定 . 3 第 2 章 主傳動的設(shè)計 . 5 轉(zhuǎn)速圖 . 5 定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)式 . 5 定轉(zhuǎn)速圖 . 6 定各齒 輪的齒數(shù) . 8 動系統(tǒng)圖的擬定 . 9 傳動主要零件的強度計算 . 10 動機的選擇 . 10 輪傳動的設(shè)計計算 . 11 的設(shè)計計算 . 14 傳動軸軸徑的估算 . 14 軸段長度值的確定 . 16 的剛度與強度校核 . 16 第 3 章 進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 . 30 直進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 . 30 沖當量和傳動比的確定 . 30 珠絲杠設(shè)計計算 . 31 進電機的選擇 . 35 珠絲桿副的預緊方式 . 36 向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 . 37 沖當量和傳動比的確定 . 37 珠絲杠設(shè)計計算 . 39 第 4 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 . 42 制系統(tǒng)總體方案的擬定 . 42 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 . 42 片機的設(shè)計 . 42 統(tǒng)的擴展 . 45 鍵盤、顯示器接口設(shè)計 . 50 電隔離電路設(shè)計 . 55 它接口 電路設(shè)計 . 56 分控制程序 . 56 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 線圓弧插補程序設(shè)計 . 56 線插補程序 . 56 圓弧插補程序設(shè)計 . 57 制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 . 61 進電機控制程序設(shè)計 . 61 態(tài)顯示接口程序設(shè)計 . 63 結(jié) 論 . 66 致 謝 . 67 參考文獻 . 68 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 1 章 機床總體布局設(shè)計 床總體尺寸參數(shù)的選定 根據(jù)設(shè)計要求并參考實際情況，初步選定機床主要參數(shù)如下： 工作臺寬度長度 400 1600軸錐孔 7 24 工作臺最大縱向行程 300作臺最大橫向行程 375軸箱最大垂直行程 400軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 12級 主軸轉(zhuǎn)速范圍 301500r/、 130應式步進電動機） 130應式步進電動機） 主電動機的功率 軸電動機轉(zhuǎn)速 1440r/床外形尺寸（長寬高） 150 1200 2300床凈重 500床主要部件及其運動方式的選定 運動的實現(xiàn) 因所設(shè)計的機床要求能進行立 式的鉆和銑 ， 垂直方向的行程比較大 ,因而 采用工作臺不動 ,而主軸箱各軸向擺放為 立式的結(jié)構(gòu)布局 ；為了使主軸箱在數(shù)控的計算機控制上齒輪的傳動更準確、更平穩(wěn)，工作更可靠，主軸箱主要采用液壓系統(tǒng)控制滑移齒輪和離合器變換齒輪 的有級變速。 給運動的實現(xiàn) 本次所設(shè)計的機床進給運動均由單片機進行數(shù)字控制，因此在 X、 Y、 給運動均采用滾珠絲杠螺母副，其動力由步進電機通過調(diào)隙齒輪傳遞。 字控制的實現(xiàn) 采用單片機控制，各個控制按扭均安裝在控制臺上，而控制臺擺放在易操作的位置，這一點須根據(jù)實際情況而定。 床其它零部件的選擇 考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟性，機床附件如油管、行程開關(guān)等，以及標準件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。 床總體布局的確定 根據(jù)以上參數(shù)及主要部件及其運動方式，則可擬定機床的總體布局圖，詳細圖紙請參照 1號 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 2 章 主傳動的設(shè)計 轉(zhuǎn)速圖 定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)式 根據(jù) 步定主軸轉(zhuǎn)速范圍為 95 1600r 則 1z 11 951600 (由設(shè)計手冊取標準值得： = 令 m 600m a x ，則 m 160 0111m a xm i n (則取 m 6 0 0m 。 大多數(shù)機床廣泛應用滑移齒輪的變速方式，為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和操縱方便的要求，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪，因此主軸轉(zhuǎn)速為 12 級的變速系統(tǒng)，總共需要三個變速組。 按著傳動順序，各變速組排列方案有： 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3 從電 機到主軸，一般為降速傳動。接近電機處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如使傳動副較多的傳動組放在接近電機處，則可使小尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，這樣就節(jié)省省材料，經(jīng)濟上就占優(yōu)勢，且這也符合“前多后少”的原則。從這個角度考慮，以取 18=3 3 2 的方案為好，本次設(shè)計即采用此方案。 傳動順序方案確定以后，還可列出若干不同擴大順序方案。如無特殊要求，根據(jù)“前密后疏”的原則，應使擴大順序和傳動順序一致，通常能得到最佳的結(jié)構(gòu)式方案，故選用 12 13 3262結(jié)構(gòu)式方案。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 檢查最后擴大組的變速范圍： r= 6)12(23 10 故合符要求。 定轉(zhuǎn)速圖 根據(jù)已確定的結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)議定轉(zhuǎn)速圖時，應注意解決定比傳動和分配傳動比，合理確定傳動軸的轉(zhuǎn)速。 定比傳動 在變速傳動系統(tǒng)中采用定比傳動，主要考慮傳動、結(jié)構(gòu)和性能等方面 的要求，以及滿足不同用戶的使用要求。在鉆銑床的設(shè)計中，總降速比為u=125/1440=每一個變速組的最小降速比均取 1/4。則三個變速組的總降速可達 01 。故無需要增加降速傳動，但為了使中間兩個變速組做到降速緩慢，以利于減小變速箱的徑向尺寸和有利于制動方便，在軸間增加一對降速傳動齒輪（3424），同時，也有利于設(shè)計變型機床，因為只要改 變這對降速齒輪傳動比，在其他三個變速組不變的情況下，就可以將主軸的 12種轉(zhuǎn)速同時提高或降低，以便滿足不同用戶的要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 分配降速比 前面已確定， 12 3 2 2共需三個變速組，并在軸間增加一對降速傳動齒輪，要用到四個變速組，在主軸上標出 12 級轉(zhuǎn)速： 125 1600r/第軸上用 4400 ，最低轉(zhuǎn)速用 此A,1格，即代表總降速傳動比為111 定出各變速組的最小傳動比 根據(jù)降速前慢后快的原則，在軸間變速組取41u ，在軸間變速組取31u ，在軸間變速組取21u ，則： n 1 2 ( 1 6 0 0 )n 1 1 ( 1 2 6 3 )n 1 0 ( 1 0 0 2 )n 9 ( 7 9 5 )n 8 ( 6 3 1 )n 7 ( 5 0 0 )n 6 ( 3 9 7 )n 5 ( 3 1 5 )n 4 ( 2 5 0 )n 3 ( 1 9 8 . 5 )n 2 ( 1 5 7 . 5 )n 1 ( 1 2 5 )1 4 4 0根據(jù)結(jié)構(gòu)式可知：軸間變速組的級比指數(shù)分別為： 1， 3， 6。傳動副為： 3， 2， 2。則畫出上圖的轉(zhuǎn)速圖。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 定各齒輪的齒數(shù) 在確定齒輪齒數(shù)時應注意：齒輪的齒數(shù)和不應過大，以免加大兩軸之間的中心距，使機床的結(jié)構(gòu)龐大，而且增大齒數(shù)和還會提高齒輪的線速度而 增大噪聲，所以在設(shè)計時要把齒數(shù)和控制在 120100了控制每組嚙合齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，使最小齒數(shù) 2018z，因而齒輪的齒數(shù)和不應過小。 在軸間： 又 17 208,77,73,70,674 s 在高速軸中盡量使齒輪的幾何尺寸小一點以減小主軸的尺寸，所以可取 67 可查出： 1915z， 48196716 z， 41266713 1 4,72,66,603 s z . 取 663 2211z， 44226612 z， 33336610 z 12 .4,522 s z 三聯(lián)滑移齒輪中的最大齒數(shù)與次大齒數(shù)之差必須要大于或等于 4，則必需有 70 前傳動軸的轉(zhuǎn)速高，扭矩小，一般傳動件的尺寸要小一些，因而齒數(shù)和可取比前一級變速組小 用計算法：取 23z， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 則 603723 35 z 3327606 z 3601111 223 3030604 z 413469 滑移齒輪齒數(shù)的驗算：在三聯(lián)滑移齒輪 ,中，為了確保其左右移動時能順利通過，不致相碰，則必須保證三聯(lián)滑移齒輪的次大齒輪 大齒輪布置在中間），即： )2(21)2(21 45 又 )(21 43 則必須保證： 453 上面計算可知： 303 3273053 但是與都采用了離合器，使齒輪 而在滑移齒輪在移動過程中不存在相碰的情況， 三聯(lián)滑移齒輪在這個設(shè)計里是可以實現(xiàn)的。 動系統(tǒng)圖的擬定 根據(jù)以上分析及計算，擬定如下傳動系統(tǒng)圖： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 傳動主要零件的強度計算 動機的選擇 1. 電動機的 功率計算 鉆頭材料選用 毫米公斤 /80 25 則查表得進給量 S 根據(jù)鉆孔切削用量表查得： n 377r/M=8580N m 0 0 0 0 (2. 電動機參數(shù)的選擇 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 在選擇電動機時，必須使得 據(jù)這個原則，查機械設(shè)計手冊 選取 電動機，其基本參數(shù)如下（單位為 A=190 B=140 C=70 D=28 E=60 F=8 G=24 H=112 K=12 45 30 90 65 80 L=400 輪傳動的設(shè)計計算 由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，而且直齒圓柱齒輪傳動也能滿足設(shè)計要求，所以本次設(shè)計選用漸開線直齒圓柱齒輪傳動；主軸箱中的齒輪用于傳遞動力和運動，它的精度直接與工 作的平穩(wěn)性、接觸誤差及噪聲有關(guān)。為了控制噪聲，機床上主傳動齒輪都選用較高的精度，但考慮到制造成本，本次設(shè)計都選用 7體設(shè)計步驟如下： 1、模數(shù)的估算： 按接觸疲勞和彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)比較復雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標準齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的估算公式： 32 （式中 N 即為齒輪所傳遞的功率） （ 齒面點蝕的估算公式： （式中 N 即為齒輪所傳遞的功率） （ 其中A 為齒輪中心距。 由中心距 A 及齒數(shù) 21, 出模數(shù)： 212 (根據(jù)估算所得取相近的標準模數(shù)。 前面已求得各軸所傳遞的功率，各軸上齒輪模數(shù)估算如下： 第一對齒輪副 440 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 A 以，第一對齒輪副傳動的齒輪模數(shù)應為 二對齒輪副 002 2 2 6 以，第二對齒輪副傳動的齒輪模數(shù)應為 三對齒輪副 31 23 23 以，第三對齒輪副傳動的齒輪模數(shù)應為 四對齒輪副 15 34 34 以，第四對齒輪副傳動的齒輪模數(shù)應為 上所述，為了降低成本，機床中各齒輪模數(shù)值應盡可能取相同，但因為買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 軸 的 轉(zhuǎn)速比較小，扭矩比較大，為了增加其強度和在主軸上能起到飛輪的作用，需增加軸齒輪的幾何尺寸。所以，本次設(shè)計中在間各個齒輪模數(shù)均為1m =軸上就取 2 。 2、齒輪分度圓直徑的計算 根據(jù)漸開線標準直齒圓柱齒輪分度圓直徑計算公式可得各個傳動副中齒輪的分度圓直徑為： d d d d d 12334113 d 5731915 輪寬度 齒寬影響齒的強度，但如果太寬，由于齒輪制造誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反兒容易引起振動和噪聲。一般取 B=（ 610） m。本次設(shè)計中，取主動齒輪寬度 B=8m=8 0最后一對齒輪嚙合取也取 B=7m 20)，則與其嚙合的從動齒輪的寬度一致。而取多聯(lián)齒輪的寬度 B=8m=8 0了使嚙合更容易和平穩(wěn)，則與其嚙合的從動齒輪的寬度要小一點，取 B =6m 6 15 4、齒輪其他參數(shù)的計算 根據(jù)機械原理中關(guān)于漸開線圓柱齒輪參數(shù)的計算公式及相關(guān)參數(shù)的 規(guī)定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計算所得的參數(shù)計算出來，本次設(shè)計中，這些參數(shù)在此不在一一計算。 5、齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)的要求也不同，7 級精度的齒輪，用較高精度的滾齒機或插齒機可以達到。但淬火后，由于變形，精度將下降。因此，需要淬火的 7級齒輪一般滾或插后要剃齒，使精度高于 7級，或者淬火后再珩齒。 6級精度的齒輪，用精密滾齒機可以達到。淬火齒輪，必須才能達到 6級。機床主軸箱中的齒輪齒部一般都需要淬火。 6、齒輪的校核（接觸疲勞強度）： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 計算齒輪強度用的載 荷系數(shù) K，包括使用系數(shù) 動載荷系數(shù)間載荷分配系數(shù)，即： K (查表得：Z= = Z (2 (將數(shù)據(jù)代入得： H 1100輪接觸疲勞強度滿足，因此接觸的應力小于許用的接觸應力。其它齒輪也符合要求，故其余齒輪不在驗算，在此略去。 的設(shè)計計算 傳動軸軸徑的估算 滾動軸承的型號是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的設(shè)計是在初步計算軸徑的基礎(chǔ)上進行的，因此先要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強度法用下列公式進行估算。 30 (對 于空心軸，則 0 ) (式中， P 軸傳遞的功率， n 軸的計算轉(zhuǎn)速， r/ 0A 其經(jīng)驗值見表 15 取的值為 （ 1）、計算各傳動軸傳遞的功率 P 根據(jù)電動機的計算選擇可知，本次設(shè)計所選用的電動機額定功率d 各傳動軸傳遞的功率可按下式計算： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 ( 電機到傳動軸之間傳動效率； 由傳動系統(tǒng)圖可以看出，本次設(shè)計中采用了聯(lián)軸器和齒輪傳動，則各軸傳遞的功率為： 1 = 2 = 3 = 4 = 所以，各傳動軸傳遞的功率分別為： 4 2 1 (2) 估算各軸的最小 直徑 本次設(shè)計中，考慮到主軸的強度與剛度以及制造成本的經(jīng)濟性，初步選擇主軸的材料為 40它各軸的材料均選擇 45鋼，取 15，各軸的計算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖得出： 002r/31r/15r/50r/ 所以各軸的最小直徑為： 0 28 4 5 31 17 2 5 32 56 1 5 33 05 0 5 34 在以上各軸中，每根軸都開有平鍵或花鍵，所以為了使鍵槽不影響軸的強度，應將軸的最小直徑增大 5%，將增大后的直徑圓整后分別取各軸的最小直徑為： d=18 d=23 d=34 d=46買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 軸段長度值的確定 各軸段的長度值，應根據(jù)主軸箱的具體結(jié)構(gòu)而定，且必須滿足以下的原則： （ 1）、應滿足軸承及齒輪的定位要求； （ 2）、應滿足滑移齒輪安全滑移的要求； 的剛度與強度校核 根據(jù)本次設(shè)計的要求，需選擇除主軸外的一根軸進行強度校核，而主軸必須進行剛度校核。在此選擇第根軸進行強度校核。 （ 1）、第 三 根軸的強度校核 1)、軸的受力分 析及受力簡圖 由主軸箱的展開圖可知，該軸的動力源由電動機通過齒輪傳遞過來，而后通過一個三聯(lián)齒輪將動力傳遞到下一根軸。其兩端通過一對角接觸球軸承將力轉(zhuǎn)移到箱體上去。由于傳遞的齒輪采用的直齒圓柱齒輪，因此其軸向力可以忽略不計。所以只要校核其在 面的受力。軸所受載荷是從軸上零件傳來的，計算是，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點算起。通常把軸當作鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點與軸承的類型和布置方式有關(guān)。其受力簡圖如下： 在 ： t 2F t 1 2 5l = 4 5 0a = 1 1 0在 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10l=450b=25 F r 1F r 2 R 2 2）、作出軸的彎矩圖 根據(jù)上述簡圖，分別按 按計算結(jié)果分別作出兩個平面的上的彎矩圖。 在 據(jù)力的平衡原理可得： 2+ (將各個力對 a= +l ( P/ (P/ (由以上兩式可解出： b/l (a/b/l (由于有多個力的存在，彎矩無法用一個方程來表示，用 每段的彎矩方程為： 在 M=x （ a x 0） 在 M= a+x） x （ x a） 在 M= （ l x 則該軸在 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 作出軸的扭矩圖 由受力分析及受力簡圖可知，該軸只在 扭矩大小為： (則扭矩圖為： 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4）、作出總的彎矩圖 由以上求得的在 據(jù) M= 22M 可得總的彎矩圖為： 作出計算彎矩圖 根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，則可由公式 22 )( 求出計算彎矩，其中是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應力的循環(huán)特性差異的系數(shù)，因通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應力是對稱循環(huán)的變應力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應力則常常不是對稱循環(huán)的變應力，故在求計算彎矩時，必須計及這種循環(huán)特性差異的影響。即當扭轉(zhuǎn)切應力為靜應力時，取 轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力時，取 扭轉(zhuǎn)切應力也為對稱循環(huán)變應力時，則取 =1。應本次設(shè)計中扭轉(zhuǎn)切應力為靜應力，所以取 計算彎矩圖為： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 校核軸的強度 選擇軸的材料為 45 鋼，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。由機械設(shè)計手冊查得其許用彎曲應力為 60計算彎矩圖可知，該軸的危險截面在 B 的作用點上，由于該作用點上安裝滑移齒輪，開有花鍵，由機械設(shè)計可查得其截面的慣性矩為： W= D+d） 232D (其中 本次設(shè)計中， z=6， D=28d=23 b=6以其截面的慣性矩為 W=據(jù)標準直齒圓柱齒輪受力計算公式可得圓周力與徑向力： T1/ t (其中 N 為嚙合角，對標準齒輪，取 =20 ；而 別對應與 面及 面的力。各段軸的長度可從 2 號 中得出，則根據(jù)前面的公式可得出該軸危險截面的計算彎矩為： m，則該軸危險截面所受的彎曲應力為： 60以該軸的強度滿足要求。 （ 2）、主軸的剛度校核 1）、主軸材料的選擇 考慮到主軸的剛度 和 強度，選擇主軸的材料為 40經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2）、主軸結(jié)構(gòu)的確定 主軸直徑的選擇 根據(jù)機床主電機功率來確定 1D (參考金屬切削機床（下）的 154 頁 )： P 4于中等以上轉(zhuǎn)速，中等以下載荷的機床 可取 0601 主軸內(nèi)孔直徑 444 4400 1)(164/ 64/)( (其中 0K，0K, I 當 則主軸的剛度急劇下降，故取 軸的結(jié)構(gòu)應根據(jù)主軸上應安裝的組件以及在主軸箱里的具體布置來 確定，主軸的具體結(jié)構(gòu)已在三維圖上表達清楚，在此不在繪出。 其中： D D= D d 18 141d L=73 3）、主軸的剛度驗算 軸的變形和允許值 軸上裝齒輪和軸承處的繞度和傾角（ y 和 ）應該小于彎曲變形的許用值 和y 即 y y 軸的類型 y （ 變形部位 （ 一般傳動軸 向心軸承處 度的要求較高 齒輪處 裝齒輪軸 （ m 裝單列圓錐滾子軸承 中： 軸的變形計算公式 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 計算軸 本身彎曲變形產(chǎn)生的繞度 時，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁。按材料力學相關(guān)公式計算，主軸的直徑相差不大且計算精度要求不高的時候，可把軸看作等徑軸，采用平均直 算花鍵時同樣選擇用平均直徑 圓軸： (慣性矩： I=644 (矩形花鍵軸： (442 (慣性矩： 64 )(624 ( 軸的分解和變形合成 對于復雜受力的變形，先將受力分解為三個垂直面上的分力，應用彎曲變形公式求出所求截面的兩個垂直平面的 和 y。然后進行疊加，在同以平面內(nèi)的可進行代數(shù)疊加，在兩平面內(nèi)的按幾何公式，求出該截面的總繞度和總傾角 危險工作面的判斷 驗算剛度時應選擇最危險的工作條件進行，一般時軸的計算轉(zhuǎn)速低傳動齒輪的直徑小，且位于軸的中央時，軸受力將使總變形劇烈，如對：二、三種工作條件難以判斷那一種最危險，就分別進行計算，找到最大彎曲變形值 和 y。 提高軸剛度的一些措施 加大軸的直徑，