畢業(yè)設(shè)計(jì) 數(shù)控磨床.docx

目 錄第1章 緒論11.1 磨床的類(lèi)型及其特點(diǎn)11.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)2第2章 磨床總體布局52.1磨床總體設(shè)計(jì)52.2總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)52.3磨床總體布局設(shè)計(jì)6第3章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架）153.1砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求163.2旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施163.3軸承系統(tǒng)的剛性163.4架主軸初步設(shè)計(jì)163.5剛度校核173.6壓軸承183.7裝置設(shè)計(jì)19第4章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)254.1概述264.2硬件電路總體方案26第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)336.1 概述336.2 液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)33結(jié)論36致謝37參考文獻(xiàn)38 摘 要設(shè)計(jì)為MKS1632A數(shù)控高速端面外圓磨床及其砂輪架設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外磨床相關(guān)資料，首先確定磨床總體布局中各部件（如砂輪架、頭架和尾架等）尺寸，其次檢驗(yàn)主軸前端擾度，確保主軸剛度。設(shè)計(jì)中砂輪架采用靜動(dòng)壓軸承以提高旋轉(zhuǎn)精度，增強(qiáng)抗振性，延長(zhǎng)軸承的使用壽命，傳動(dòng)系統(tǒng)采用皮帶和花鍵副帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，減少主軸變形，使載荷分布均勻。本設(shè)計(jì)中的控制部分采用通用的可編程接口芯片8255A。本次設(shè)計(jì)我負(fù)責(zé)的部件是砂輪架，砂輪架是磨床上用來(lái)帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分。首先是根據(jù)砂輪架主軸的要求進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)，然后再選取軸承，設(shè)計(jì)皮帶和皮帶輪等等。在這個(gè)過(guò)程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設(shè)計(jì)等用到了大量的計(jì)算。關(guān)鍵詞：數(shù)控 外圓磨床 砂輪架第1章 緒論1.1 磨床的類(lèi)型及其特點(diǎn)用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，統(tǒng)稱(chēng)為磨床，它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來(lái)的1。磨床種類(lèi)很多，主要有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來(lái)磨削特定表面和工件的專(zhuān)門(mén)化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等2。對(duì)外圓磨床來(lái)說(shuō)，又可分為普通外圓磨床、萬(wàn)能外圓磨床、無(wú)心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。磨床與其他機(jī)床相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、磨床的磨具（砂輪）相對(duì)于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一般砂輪圓周線(xiàn)速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上發(fā)展）；2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件；3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；4、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和自動(dòng)線(xiàn)，進(jìn)行高效率生產(chǎn)；5、磨床通常是電動(dòng)機(jī)-油泵-發(fā)動(dòng)部件，通過(guò)機(jī)械，電氣，液壓傳動(dòng)-傳動(dòng)部件帶動(dòng)工件和砂輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)-工件部分組成1。1.2 磨床的用途磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開(kāi)線(xiàn)齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進(jìn)行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進(jìn)行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進(jìn)行切斷等，工藝范圍十分廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來(lái)越高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強(qiáng)力磨削，進(jìn)一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴(kuò)大。它在金屬切削機(jī)床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，磨床在機(jī)床總數(shù)中的比例已達(dá)30%-40%。第2章 磨床整體布局2.1 磨床總體設(shè)計(jì)1.加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工余量等）；2.調(diào)查研究 比較國(guó)內(nèi)，外同類(lèi)機(jī)床，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，進(jìn)行改革創(chuàng)新；3.圖紙?jiān)O(shè)計(jì)（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標(biāo)準(zhǔn)件，外購(gòu)件目錄，鑄件，鍛件目錄，說(shuō)明書(shū)，裝箱單，合格證）；4.制造，裝配，調(diào)試；5.小批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)改進(jìn)；2.2、總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1.保證機(jī)床滿(mǎn)足加工精度要求，剛性，穩(wěn)定性好；2.傳動(dòng)系統(tǒng)力求簡(jiǎn)短；3.操作調(diào)整方便；4.安全保護(hù)，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。2.3 磨床總體布局設(shè)計(jì) 加工零件帶軸肩的多臺(tái)階軸，精度IT7以下，Ra1.6-Ra0.4，材料45#，40cr，球墨鑄鐵等； 初步估計(jì)組成部分a.床身；b.工作臺(tái)面；c頭架；d尾架；e砂輪架；f 修整器；g 測(cè)量裝置；h 砂輪進(jìn)給電機(jī)；I 修整器進(jìn)給電機(jī)；j 電器框；k工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)；l 工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)；m 潤(rùn)滑冷卻裝置；n數(shù)控裝置； 總體布局初步設(shè)計(jì)圖21 E5數(shù)控框 縱向與橫向尺寸的確定1.縱向尺寸工件最大長(zhǎng)度 ；頭架長(zhǎng)度 ；尾架長(zhǎng)度 ；上臺(tái)面長(zhǎng)度 ；下臺(tái)面長(zhǎng)度 ；床身長(zhǎng)度 ；后床身長(zhǎng)度 （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗(yàn)給定）；整個(gè)床身寬度 （視覺(jué)效果）；砂輪架中心與機(jī)床床身對(duì)稱(chēng)線(xiàn)相距圖22 磨床縱向尺寸2.橫向尺寸1）畫(huà)出橫向尺寸床身的V型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準(zhǔn)，畫(huà)出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準(zhǔn)線(xiàn)，根據(jù)確定的工作臺(tái)參數(shù)，導(dǎo)軌參數(shù)B1，B2中心畫(huà)出左視圖2）確定上，下工作臺(tái)厚度和寬度（1）厚度：用類(lèi)比法上工作臺(tái)中心（21）下工作臺(tái) 中心 （22）為工作臺(tái)導(dǎo)軌的中心距，工作臺(tái)導(dǎo)軌選用8075250取 =0.3250=75mm=0.38250=95mm（2）寬度 （33） 3）確定頭，尾架頂尖中心位置頂尖中心安排在V型導(dǎo)軌的中心線(xiàn)上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺(tái)不致相碰。缺點(diǎn)是使導(dǎo)軌的承載壓力較大，故常適當(dāng)加寬V型導(dǎo)軌的寬度。4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度H1左右1根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。類(lèi)比取5）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心位置B96）確定機(jī)床總高H 所以H取2000mm。2.3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)（1）砂輪架導(dǎo)軌（V平導(dǎo)軌）100904001考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取L中心=500mm，從而可定出砂輪架的寬度約為600mm，導(dǎo)軌為0.15MPa 的卸荷導(dǎo)軌。圖33 砂輪架的導(dǎo)軌（2）砂輪架橫向行程長(zhǎng)度 （34）式中為砂輪架快速進(jìn)退的行程，一般取。此處取。 （35）安全系數(shù)取0.1足夠（取373）（3）砂輪架高度和長(zhǎng)度砂輪架箱體導(dǎo)軌的高度h3，砂輪底板滑臺(tái)高度h4，砂輪中心距砂輪底面高度h5，與后床身頂面至平導(dǎo)軌的高度h0，為避免上，下工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺(tái)的頂面，同時(shí)考慮橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)穿過(guò)床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 取砂輪架中心距后床身頂面砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動(dòng)絲桿取后床身進(jìn)給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿取圖34 砂輪架的高度和寬度砂輪架底板長(zhǎng)度： 取=900mm砂輪架導(dǎo)軌長(zhǎng)度取 （4）砂輪架主軸電機(jī)的選擇用類(lèi)比法，砂輪架主軸電機(jī)的功率取15kw；計(jì)算法 （36） 取2.3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定長(zhǎng)，寬，高：440400411mm1主軸錐孔：莫氏5#錐孔中心高： （37）通過(guò)以上計(jì)算頭架中心高取180mm 主軸轉(zhuǎn)速 （38）取交流伺服電機(jī)選擇用類(lèi)比法，交流伺服電機(jī)選擇IFT5076-DA(D1 18N-M)電機(jī)砂輪磨削工件需要的功率 （39）交流伺服電機(jī)通過(guò)20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即 合格主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤(pán)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)2.3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定5#莫氏錐孔中心高180mm，臺(tái)面傾斜10直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌液壓油缸，頂緊力2.3.8 工作臺(tái)要求上，下臺(tái)面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠螺母。傾斜10以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時(shí)修刮側(cè)面2.3.9 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)交流伺服電機(jī)-聯(lián)軸器-滾珠絲桿-砂輪架壓力卸荷導(dǎo)軌 壓力油0.15Mpa 卸去壓力V平導(dǎo)軌 砂輪架行程 2.3.10 砂輪修整器伺服電機(jī)-絲桿-修整器直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌主軸直徑D=50mm，采用液體動(dòng)壓軸承(16r/min 6.3Mpa)修整速度=修整器直徑 故修整器行程為160mm2.3.11 液壓系統(tǒng)修整器；尾架；量?jī)x（兩個(gè)）；潤(rùn)滑油；床身導(dǎo)軌；砂輪架卸荷導(dǎo)軌；絲桿；直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌；間歇2.3.12 電氣部分SIMENS 810G 控制五坐標(biāo)軸 砂輪架主軸2.3.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)靜壓供油系統(tǒng) 壓力繼電器 壓差發(fā)訊器 液壓控制器 電路延時(shí)尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設(shè)置自動(dòng)循環(huán)電路，可手動(dòng)，也可用于腳踏。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于互鎖裝置，使起無(wú)效。油箱液壓控制數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標(biāo)軸）自診斷與保護(hù)功能如：電池電壓低 程序錯(cuò)誤各坐標(biāo)軸由行程開(kāi)關(guān)控制最大位移量安全防護(hù)罩（砂輪罩，機(jī)床前罩）全封閉式導(dǎo)軌面保護(hù) 工作臺(tái)導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護(hù)罩 砂輪架導(dǎo)軌：前部：翻板式護(hù)罩+橡皮（防水）；后罩：鋼罩。 修整器導(dǎo)軌：折疊式第3章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架）3.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求砂輪架是磨床上用來(lái)帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對(duì)砂輪架設(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對(duì)主軸軸承部分的。砂輪架設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)基本要求1：1.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；2.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；3.振動(dòng)小，發(fā)熱低，不漏油；4.裝配制造簡(jiǎn)單，調(diào)整維修方便。3.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施1.砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動(dòng)和軸向躥動(dòng)大小，它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動(dòng)允許誤差取5m10m。2.提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的措施（1）選擇合適的主軸軸承：動(dòng)靜壓軸承；（2）提高主軸的加工精度；（3）正確選擇主軸軸向止推方式：液體靜壓推力軸承。3.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動(dòng)力作用下，主軸軸承抵抗變形的能力。通常以主軸前端的撓度來(lái)度量。過(guò)低的剛性會(huì)降低磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線(xiàn)缺陷。3.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì)1. 砂輪架主軸的強(qiáng)度校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)砂輪架主軸來(lái)說(shuō)，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，砂輪架主軸主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，且在選取許用應(yīng)力時(shí)應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用42MnVB，并進(jìn)行淬火，故選取許用應(yīng)力為40MP。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 （41）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為MP） 軸所受扭矩（單位為） 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為） 軸傳遞的功率（單位為KW） 軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm） 計(jì)算界面處的直徑（單位為mm） 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為r/mm）由上式可得軸的直徑為 （42） mm由上述計(jì)算可以得知砂輪架最小直徑為31.02mm，考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為60mm。砂輪架主軸的尺寸如圖41所示。圖31 砂輪架主軸尺寸示意圖3.5 主軸剛度校核1.當(dāng)量直徑因?yàn)槭请A梯軸，所以用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算當(dāng)量直徑為： （43）L=140+640+20+32+10=932mm= 89.36mm2.允許撓度允許撓度y=0.0002L 0.0002*660=0.132mm3、計(jì)算主軸前端撓度值1 （44）載荷（單位為公斤）（150/9.8） 軸兩端的跨距（單位為厘米）（66.00） 懸伸長(zhǎng)度（單位為厘米）（13.2） 材料的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02） 截面慣性矩（平方厘米） = 0.001cm = 0.01mm又因?yàn)閥=0.135，0.010.135，即 y，由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。一般存在一個(gè)使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距L。由經(jīng)驗(yàn)得知，L為（36）D時(shí)，主軸前端撓度最小，D=120mm，L為360720mm，取L為640mm。3.6 動(dòng)靜壓軸承靜壓軸承是利用外部油源產(chǎn)生承載能力的油膜軸承，動(dòng)靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動(dòng)壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對(duì)置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。它的優(yōu)點(diǎn)如下：1.速度和載荷范圍廣，應(yīng)用范圍廣。動(dòng)靜壓軸承在零件轉(zhuǎn)速到很高的范圍內(nèi)的 各種相對(duì)速度下都能承載，而且載荷范圍大，其承載能力取決于供油壓力，軸承軸頸結(jié)構(gòu)和相對(duì)大?。?.油膜剛度高，阻尼大，抗振性好;3.摩擦阻力，磨損小.由于總有一層油膜將相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面隔開(kāi)，因此摩擦阻力小，磨損小，能長(zhǎng)期保持很高的運(yùn)動(dòng)精度，壽命長(zhǎng).且對(duì)軸承軸頸材料要求也較低;4.主軸回轉(zhuǎn)精度高.動(dòng)靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動(dòng);5.安全性好.在萬(wàn)一供油受阻或切斷時(shí)，可利用軸承中動(dòng)壓效應(yīng)來(lái)承載;6.承載能力高.由于動(dòng)壓效應(yīng)，使軸承轉(zhuǎn)速越高承載能力越大，同時(shí)軸承還能承受方向不斷變化的動(dòng)載及瞬時(shí)過(guò)載;7.穩(wěn)定性好.8.使用較經(jīng)濟(jì).由于動(dòng)靜壓軸承高速下主要靠動(dòng)壓承載，故這時(shí)供油壓力可相對(duì)較小，軸承可設(shè)計(jì)成較小軸頸，軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造精度和材料要求不高。動(dòng)靜壓軸承需要一套供油系統(tǒng)，潤(rùn)滑油要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾以保持清潔。目前廣泛應(yīng)用的是定壓供油系統(tǒng)。一定壓力的壓力油，經(jīng)節(jié)流器流入兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)體間的油腔，通過(guò)油腔壓力來(lái)平衡外載荷。在定壓供油系統(tǒng)中，節(jié)流器是關(guān)鍵部分，它起著限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變化。靜壓軸承常用的固定節(jié)流器有毛細(xì)管和小孔節(jié)流器兩種。本次設(shè)計(jì)選用毛細(xì)管節(jié)流器。動(dòng)靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中.目前，在改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的WMB型表面節(jié)流液體動(dòng)靜壓混合軸承。砂輪架主軸的軸向定位采用軸向止推靜壓軸承。軸向止推軸承由兩個(gè)相對(duì)的環(huán)形油腔構(gòu)成。軸上具有臺(tái)肩以形成承載面。軸承的間隙通過(guò)修磨調(diào)整墊圈的厚度來(lái)保證。3.7 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)為了提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度，皮帶輪不直接裝在主軸上，而是裝在單獨(dú)的支架上，并用花鍵套帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，即采用卸荷皮帶輪的方案，如圖42所示。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少了主軸的變形，同時(shí)還提高了承載能力。圖32 卸荷皮帶輪1.電動(dòng)機(jī)的選擇= （2.358.82）+3.8 = 12.62kw通過(guò)以上計(jì)算，取=15kw，選擇Y100L4型電動(dòng)機(jī)2.皮帶設(shè)計(jì)因?yàn)槎嘈◣Ъ嬗蠽帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動(dòng)平穩(wěn)，所以皮帶采用多楔帶5。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動(dòng)。工作面為楔側(cè)面，有橡膠和聚氨酯兩種5。1）皮帶材料的選用皮帶材料選用聚氨酯。2）設(shè)計(jì)計(jì)算已知小帶輪轉(zhuǎn)速，即 =1500r/min，傳動(dòng)比i=2.5；（1）計(jì)算功率由機(jī)械設(shè)計(jì)表8.7查得，工作情況系數(shù)為1.1，故 （45）（2）由和選擇帶型由于=16.5kw，=1500r/min，查表后可知，取帶型為L(zhǎng)型。（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表443，取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=80mm。，由此得。（4）驗(yàn)算帶速 （46）= 6.28 m/s 30 m/s，所以帶速合格。（5）初定軸向間距由公式（45）0.7（+） 2（+）， （47）可知196 560，取=400。（6）所需基準(zhǔn)帶長(zhǎng) （48）=1248.82mm由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表45，取相近的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)= 1250 mm6。（7）實(shí)際軸向間距 （49）= 401.18mm所以皮帶的實(shí)際軸向間距取401mm。（8）多楔帶每楔的基本額定功率由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表440，可以查得0.34kw。（9）小帶輪的包角 （410）162.85（10）多楔帶楔數(shù)的確定 （411）其中查表得，代入的計(jì)算公式中，得0.849kw。又已知0.955，1.00，得：由此可以確定，取Z15。3.帶輪設(shè)計(jì)1）帶輪設(shè)計(jì)的要求：（1）質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造應(yīng)力；（2）質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡校證；（3）槽輪工作面要經(jīng)過(guò)精細(xì)加工，以減少帶的磨損；（4）輪槽的尺寸和角度應(yīng)有一定的精度，以使載荷分布均勻。2）帶輪的材料選用帶輪的材料選用HT200。 3）帶輪的結(jié)構(gòu)（1）小帶輪直徑（d為軸的直徑），所以采用實(shí)心式。（2）大帶輪 300，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。4）小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸圖33 小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 （312）其中帶輪的外徑， 軸的直徑， 基準(zhǔn)線(xiàn)上槽深。 （413），圓整后得165mm （414）， （415）其中多楔帶的楔數(shù)，多楔帶的槽間距，第一槽對(duì)稱(chēng)面到端面的距離。5）大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸圖34 大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸第4章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 概述任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件是系統(tǒng)的靈魂。有了硬件和軟件和配合才能有效的完成系統(tǒng)的使命。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。本設(shè)計(jì)中要求砂輪架自動(dòng)橫向進(jìn)給（X）和工作臺(tái)縱向進(jìn)給（Y）在兩坐標(biāo)進(jìn)行控制。對(duì)磨床工作過(guò)程進(jìn)行分析：其調(diào)整過(guò)程有裝工件，手動(dòng)退出，手動(dòng)快進(jìn)，對(duì)刀，手動(dòng)快退；自動(dòng)調(diào)整過(guò)程有設(shè)置磨削量，快進(jìn)，工進(jìn)，快退。該磨床的砂輪架橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)縱向進(jìn)給實(shí)行數(shù)控，主要的使用要求和功能如下：要有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)砂輪和工作臺(tái)。1對(duì)液壓進(jìn)行控制。2對(duì)冷卻液進(jìn)行控制。3砂輪主軸電機(jī)控制。4頭架主軸電機(jī)啟?？刂?。5手動(dòng)及其方向控制。6手動(dòng)快進(jìn)和快退。7工作方式。8鍵盤(pán)與顯示。9工作臺(tái)限位。10報(bào)警。11急停。根據(jù)以上要求來(lái)確定硬件電路方案。4.2 確定硬件電路總體方案機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由以下四部分組成，如圖5.1所示。（1）主控制器，即中央處理單元CPU。（2）總線(xiàn)，包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)（DB），地址總線(xiàn)（AB）和控制總線(xiàn)（CB）。（3）儲(chǔ)存器，包括只讀可編程程序儲(chǔ)存器（ROM）和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器（RAM）。4接口，即I/O 輸入/輸出接口電路。5.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖1.主控制器CPU的選擇 在一般二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)控系統(tǒng)中，推薦采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。MCS-51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品：8031，8051和8751。該系列產(chǎn)品是集中CPU，I/O端口及部分RAM為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。目前，工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。本設(shè)計(jì)中也采用8031單片機(jī)。它是一個(gè)具有40根引腳的雙列直差式器件，其基本特征有：（1）具有8位中央處理單元CPU（2）片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（3）具有128個(gè)字節(jié)的RAM（4）具有21個(gè)特殊功能寄存器（5）可尋址64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器（6）具有4個(gè)I/O接口，32根I/O線(xiàn)（7）具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（8）具有5個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別（9）具有一個(gè)全雙功能串行接口（10）具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算8031片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，僅有片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6/16和6264表態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其選用規(guī)則與EPROM程序存儲(chǔ)器的要求相同。在本設(shè)計(jì)中選用6264為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展芯片。容量為8K。擴(kuò)展6264框圖如下3.I/O口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)共有四個(gè)八位并行I/O口，但可供用戶(hù)使用的只有口及口。因此要進(jìn)行I/O接口的擴(kuò)展。 本設(shè)計(jì)中采用通用的可編程接口芯片8255A。它是有A，B。C三個(gè)可編程功能的8位I/O接口，有40個(gè)引腳的雙列直插式RAM/IO/CTC擴(kuò)展器。由8255A自單片機(jī)接受地址址信息，控制信息，在數(shù)據(jù)總線(xiàn)與端口間傳送數(shù)據(jù)狀態(tài)控制信號(hào)。圖4.3擴(kuò)展6264框圖由于一塊8255A可提供24個(gè)I/O口，而本設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)分析，使用要求須四十幾個(gè)口，所以本設(shè)計(jì)中采用三片8255A芯片，其中一塊芯片作為鍵盤(pán)，顯示接口電路。根據(jù)以上控制需要分配這些接口：（1）OUTPUT：控制砂輪架進(jìn)給五相步進(jìn)電機(jī)- 控制工作臺(tái)進(jìn)給五相步進(jìn)電機(jī)- 工件頭架旋轉(zhuǎn)（C）異步電機(jī)-線(xiàn)圈觸點(diǎn)占1位 砂輪旋轉(zhuǎn)（F）異步電機(jī)-線(xiàn)圈觸點(diǎn)占1位 液壓泵異步電機(jī)（，）-線(xiàn)圈觸點(diǎn)占3位 液壓繼電器（，）-線(xiàn)圈觸點(diǎn)占3位（2）OUTPUT： 限位開(kāi)關(guān)（，） 口 零位開(kāi)關(guān)（，）（3）I/O（面板）： 鍵盤(pán)4*7=28 口 顯示器 米字形 口 手動(dòng)按鈕（，F(xiàn) C ） 啟動(dòng)/暫停 警報(bào) 急停 （5）波段開(kāi)關(guān)（編輯，自動(dòng)，手動(dòng)）由上述可知：共使用了三片8255A芯片，其中還剩余口（八位）可以利用。 總線(xiàn)連接數(shù)據(jù)總線(xiàn)（DB） 口為數(shù)據(jù)I/O口，數(shù)據(jù)總線(xiàn)由它連接各芯片數(shù)據(jù)I/O口。地址總線(xiàn)（AB） 設(shè)計(jì)中一共使用了一片TAM（8K），一片TOM（8K），三片8255A。必須對(duì)這些擴(kuò)展部分實(shí)行統(tǒng)一編址。 2764EPROM 8K= 需13條地址線(xiàn) 6264RAM 8K= 需13條地址線(xiàn)但由于訪(fǎng)問(wèn)片外TOM與訪(fǎng)問(wèn)片外RAM所以用控制線(xiàn)不同，且與，不會(huì)同時(shí)有效，所以?xún)烧叩刂房梢酝耆丿B。用口八位地位地址。五位高地址。2764EPROM與三片8255A I/O接口芯片可用2-4譯碼器74LS32進(jìn)行片選。由，兩位控制片選結(jié)果。 EPRAM6264 0 0 EPRAM62640 0 8255A（1） 1 0 8255A（2） 1 1 8255A（3）由此，可得地址分派如下： 000000FFH RAM6264 000000FFH ROM2764 000101FFH 8255A（1） 000202FFH 8255A（2） 000203FFH 8255A（3）圖4.4接口框圖5.鍵盤(pán)，顯示接口電路圖4.5鍵盤(pán)和顯示接口電路如圖4.5所示，本數(shù)控系統(tǒng)采用行列式鍵盤(pán)，即用I/O口線(xiàn)組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。使用的顯示器為16段米字管和LED（發(fā)光二極管顯示器）。采用8255A接口芯片管理鍵盤(pán)，顯示器電路。它由4*7鍵和7位LED顯示器組成。鍵盤(pán)，顯示器接口電路圖：8031的口作數(shù)據(jù)輸出，用與端口選址，兩片8255A的與，左上8255A芯片的與右下8255A的一起組成4*7鍵盤(pán)掃描線(xiàn)，右下8255A的PB口用于查詢(xún)8個(gè)限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。6.8031與控制電機(jī)與電液閥8255A的聯(lián)接其它輔助電路設(shè)計(jì)圖4.6輔助電路 8031的口向8255A輸出八位數(shù)據(jù)以控制電機(jī)和液壓閥。鎖存器出來(lái)的與，以進(jìn)行端口尋址。與控制8255A的讀寫(xiě)?？诘目刂埔晃逑嗖竭M(jìn)電機(jī)，控制另一步進(jìn)電機(jī)。控制四個(gè)異步電機(jī)的啟停，控制液壓閥。加光電隔離器以屏蔽電磁干擾。7.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖4.7所示，由四部分組成。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，一般在接口電路與功率放大器之間要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。圖4.7步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路助第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 概述磨床通常以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，由它帶動(dòng)機(jī)械，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)電器，液壓系統(tǒng)控制這些運(yùn)動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換和先后順序及其聯(lián)系。5.2 液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)1.液壓工作原理1）液壓傳動(dòng)的特征與機(jī)械傳動(dòng)相比，它是用具有壓力的油作為介質(zhì)，經(jīng)過(guò)二次轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵 壓力油 液壓機(jī)（旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)） 油缸（直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)）因此，整個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由四部分組成：（1）動(dòng)力部分油泵（2）執(zhí)行部分液壓機(jī)或油缸（3）控制部分方向閥，節(jié)流閥，壓力閥（4）輔助部分油管，壓力表，蓄能器，壓力繼電器等在上述液壓傳動(dòng)過(guò)程中，壓力油應(yīng)密封在油管內(nèi)，如果不密封，油就不能形成壓力，也無(wú)法起傳動(dòng)作用。另外，油所處的容積還要不斷的變化，容積不變化，油泵就不能吸油與排油，油缸不能移動(dòng)，也不能完成傳動(dòng)作用。磨床的液壓傳動(dòng)，就是利用容積的變化來(lái)完成其動(dòng)作的。2）液壓傳動(dòng)的兩個(gè)重要參數(shù)壓力，流量（1）液體壓力與負(fù)載的關(guān)系：齒輪油泵的供油壓力，隨著工作臺(tái)受到的負(fù)載大小正變化。負(fù)載大，壓力大；負(fù)載小，壓力小。（2）液體流量也速度的關(guān)系進(jìn)入油缸的流量越多，工作臺(tái)速度就越快，定量油泵的流量要大于工作臺(tái)最大速度所需的流量。（3）壓力與流量的關(guān)系a.油泵的壓力與流量關(guān)系齒輪油泵并不是一旋轉(zhuǎn)就打出壓力油來(lái)的，必須要在油泵出油口加負(fù)載，并且壓力隨負(fù)載變化而變化。b.管路中的壓力與流量的關(guān)系在管路中流動(dòng)的油液，壓力（實(shí)際上是壓力差）流量與液阻密切相關(guān)，液阻增大，壓力差增大或流量減小。3）液壓傳動(dòng)采用的符號(hào)在繪制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖時(shí)，液壓元件的符號(hào)常采用結(jié)構(gòu)符號(hào)或職能符號(hào)來(lái)表示。結(jié)構(gòu)符號(hào)近似于實(shí)物的結(jié)構(gòu)，直觀性強(qiáng)，容易理解，但繪制麻煩。職能符號(hào)只表示元件的作用，不能表示出結(jié)構(gòu)，繪制迅速方便，已列入國(guó)標(biāo)。2.液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)在實(shí)際工作中有以下幾個(gè)步驟：1.按照機(jī)床的每一個(gè)動(dòng)作要求來(lái)擬訂相應(yīng)的液壓回路。2.按照機(jī)床的工作循環(huán)方框圖，將各個(gè)回路合并成系統(tǒng)，畫(huà)出液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖。3.按照機(jī)床動(dòng)作所要求的速度和作用的力等進(jìn)行計(jì)算。4.選用標(biāo)準(zhǔn)的或設(shè)計(jì)專(zhuān)用的液壓元件，并按照機(jī)床布局來(lái)確定各元件的組合形式，進(jìn)行閥板設(shè)計(jì)。5.繪制液壓元件的連接總圖油路裝配圖。上述步驟是相互聯(lián)系交替進(jìn)行的，往往需要幾次反復(fù)，才能完成。3.機(jī)床需要的液壓部分1）機(jī)床測(cè)量?jī)x的進(jìn)給和退出，徑向測(cè)量?jī)x的垂直橫向進(jìn)給和退出，尾架的松開(kāi)；2）潤(rùn)滑部分。a.床身的滾珠絲桿b.砂輪架的滾珠絲桿c.砂輪修整器的滾珠絲桿