簡(jiǎn)易數(shù)控銑齒機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、 2016屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡(jiǎn)易數(shù)控銑齒機(jī)設(shè)計(jì) 教 學(xué) 部： 機(jī)電信息工程 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 羅源 班 級(jí)：機(jī)設(shè)1204 學(xué)號(hào) 1212110127 指導(dǎo)教師姓名： 明興祖 職稱 教授 最終評(píng)定成績(jī) 2016年5月 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡(jiǎn)易數(shù)控銑齒機(jī)設(shè)計(jì)教 學(xué) 部：機(jī)電信息工程專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)：1212110127學(xué)生姓名：羅源指導(dǎo)教師：明興祖 教授 2016年5月湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），題目簡(jiǎn)易數(shù)控銑齒機(jī)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。對(duì)本

2、文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文章以明確方式注明。除此之外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。本人完全意識(shí)到本聲明應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。 作者簽名： 日期：2016 年 5 月 20日湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。銑齒是一種常用的機(jī)械加工方法，普通銑齒不僅生產(chǎn)效率低、加工質(zhì)量不穩(wěn)定，而且齒尺寸變化的適應(yīng)性差，加工成本較高。為了解決這些問(wèn)題，使加工過(guò)程自動(dòng)化，試設(shè)計(jì)一種專用的數(shù)控機(jī)床

3、數(shù)控銑齒機(jī)，用于銑削鎖的鑰匙片齒，以滿足鎖廠的生產(chǎn)需要。本文介紹了數(shù)控銑齒機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，工作原理，銑齒機(jī)各運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)及其控制，銑齒機(jī)有關(guān)部件的計(jì)算及單片機(jī)控制程序框圖，電氣控制原理。該數(shù)控銑齒機(jī)具有生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：銑齒機(jī)，數(shù)控，設(shè)計(jì)IV湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACTWith the continuous development of numerical control technology and application field expands, he to the national economy and peoples live

4、lihood some important industry (IT, automobile, light industry, medical, etc.) is playing a more and more important role in the development, because the digital equipment needed for the industry has been the trend of modern development.The milled tooth is one commonly used machine-finishing method,

5、the ordinary milled tooth production efficiency is not only low, the processing quality is unstable, moreover the tooth size changes compatibility is bad, the processing cost is high. In order to solve these problems, causes the processing process automation, tries to design one special-purpose nume

6、rically-controlled machine tool - - numerical control gear cutter, uses in key piece tooth which the milling locks, locks the factory satisfiedly the production need.This article introduced the numerical control gear cutters basic structure, the principle of work, gear cutter various movements reali

7、zation and controls, gear cutter related parts computation and monolithic integrated circuit control procedure diagram, electric control principle.This numerical control gear cutter has the production efficiency to be high, the processing quality is stable and structure simple and so on characterist

8、ics.Keywords: Gear mill, NC, Design湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄第1章 緒論11.1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介11.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展11.1.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)21.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成31.2.1數(shù)控機(jī)床的工作原理31.2.2數(shù)控機(jī)床的組成31.3 數(shù)控機(jī)床的分類4第2章 銑齒機(jī)的總體及各部件的工作原理62.1 產(chǎn)品概述62.2 數(shù)控銑齒機(jī)總體的工作原理72.3 銑齒機(jī)各運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)82.4 銑齒機(jī)各部件的工作原理9第3章 銑齒機(jī)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.1 機(jī)座113.2 走刀組件及動(dòng)力113.3 圓盤凸輪的設(shè)計(jì)123.4 回位彈簧的

9、設(shè)計(jì)163.5 走刀電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算193.6 切削組件及動(dòng)力233.7 分距夾持組件273.8 進(jìn)刀組件27第4章 電氣控制部分294.1 銑削動(dòng)力電機(jī)294.2 走刀動(dòng)力電機(jī)294.3 步進(jìn)電機(jī)294.4 數(shù)控板294.5 8098單片機(jī)的工作方式314.6 8255可編程并行I/O芯片的工作方式314.7 鍵盤314.8 顯示器324.9 控制程序圖33結(jié)論42參考文獻(xiàn)43致謝44附錄 設(shè)計(jì)圖紙 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 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)生和發(fā)展科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越高的要求。機(jī)械加工工藝過(guò)程的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)

10、上述要求的最主要的措施之一。它不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、還能夠大大改善工人的勞動(dòng)條件。大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)廣泛采用自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和專用機(jī)床以及專用自動(dòng)生產(chǎn)線，實(shí)行多刀、多工位多面同時(shí)加工，以達(dá)到高效率和高自動(dòng)化。但這些都屬于剛性自動(dòng)化，在面對(duì)小批量生產(chǎn)時(shí)并不是適用，因?yàn)樾∨可a(chǎn)需要經(jīng)常變化產(chǎn)品的種類，這就要求生產(chǎn)線具有柔性。而從某種程度上說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)正是很地滿足了這一要求。1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成功地研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，利用脈沖乘法器原理的試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，并把它裝在一臺(tái)立式銑床上。當(dāng)時(shí)用的電子元件是電子管，這就是第一代世界上第一臺(tái)數(shù)控床。我國(guó)是從1958

11、年開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù)，一直到60年代中期處于研制、開(kāi)發(fā)時(shí)期。當(dāng)時(shí)一些高等院校、科研單位研制出試驗(yàn)樣機(jī)，開(kāi)發(fā)也是從電子管開(kāi)始的。1965年國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從70年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點(diǎn)加工等領(lǐng)域全面展開(kāi)，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中得到了推廣。80年代，我國(guó)從日本發(fā)那科公司引進(jìn)了5、7、3等系列的數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)、交流主軸電機(jī)技術(shù)，以及從美國(guó)、德國(guó)引進(jìn)一些新技術(shù)。這使我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。1985年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展。90年代以及接下來(lái)主

12、要是向高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展。所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉、操作使用方便、適合我國(guó)國(guó)情發(fā)展的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。1.1.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，是因它具有如下的特點(diǎn)：（1）能適應(yīng)不同零件的加工。數(shù)控機(jī)床是按照被加工零件的數(shù)控程序來(lái)進(jìn)行自動(dòng)加工的，當(dāng)改變加工零件時(shí)，只要改變加工程序，不必用凸輪、靠模、樣板等專用工藝裝備。因此，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，不利于機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。1（2）生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床可以采用較大的切削用量，有效的節(jié)省了機(jī)動(dòng)工時(shí)。還有自動(dòng)換速、自動(dòng)換刀和其它輔助操作自動(dòng)化等功能，使輔助時(shí)間大為縮短，而且無(wú)需工序間的檢驗(yàn)與

13、測(cè)量，所以，比普通機(jī)床的生產(chǎn)率高3-4倍甚至更高。同時(shí)由于數(shù)控機(jī)床本身的精度較高，還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，又因?yàn)樗歉鶕?jù)數(shù)控程序自動(dòng)進(jìn)行加工，可以避免人為的誤差，因此，不但加工精度高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。2（3）能完成復(fù)雜型面的加工。（4）工序集中，一機(jī)多用。數(shù)控機(jī)床，特別是自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以代替數(shù)臺(tái)普通機(jī)床。這樣可以減少裝夾誤差，節(jié)約工序之間的運(yùn)輸、測(cè)量和裝夾等輔助時(shí)間，和可以節(jié)省機(jī)床的占地面積，帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益。（5）數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。因此，機(jī)床價(jià)格較高，而且要求具有較高技術(shù)水平的人員來(lái)操作和維修。盡管如此，

14、使用數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)效益還是很高的。以驅(qū)動(dòng)和定位方式劃分，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)可以分為以下三類：（1）步進(jìn)電機(jī)式 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與定位，是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)限于造價(jià)，不再采用其他措施補(bǔ)償位置誤差，由于目前功率步進(jìn)電機(jī)的力矩不太大，所以機(jī)床的空行程速度極低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有2-3種插補(bǔ)功能，通過(guò)軟件控制接口，可加工錐面、螺紋、簡(jiǎn)單外形的曲面，十分靈活。由于性能價(jià)格比較恰當(dāng)，一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財(cái)力上都比較容易實(shí)現(xiàn)。因此，在全國(guó)較容易推廣、普及。（2）交流定位式采用交流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，用光柵數(shù)字點(diǎn)位控制，與步進(jìn)電機(jī)相比，提高了定位精度。該類系統(tǒng)在盤類、軸類零件加工中，效果尤為顯著。目前

15、，交流點(diǎn)位式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋，功能上有局限，而且成本較高，使性價(jià)比相對(duì)下降。一般在大企業(yè)和專業(yè)化工廠使用。（3）半閉環(huán)連續(xù)控制式采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以脈沖編碼器檢測(cè)位置，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用了高性能直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，扭矩大，速度高，過(guò)載能力強(qiáng)，可進(jìn)行強(qiáng)力切割。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強(qiáng)電設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。但由于造價(jià)較高，性能價(jià)格比較低。31.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成1.2.1 數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)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)控裝備，再用數(shù)控裝置控制機(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

16、位移大小，以及其它諸如刀具選擇交換、工作夾松緊和冷卻潤(rùn)滑的啟、停等動(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照數(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、尺寸與精度符合要求的零件。1.2.2 數(shù)控機(jī)床的組成如圖1.1所示，數(shù)控機(jī)床由以下幾個(gè)部分組成。（1）程序編制和程序載體數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。在對(duì)加工零件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，確定零件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系的相對(duì)位置，即零件在機(jī)床的安裝位置；刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的尺寸參數(shù)；零件加工的工藝路線或加工時(shí)序；主運(yùn)動(dòng)的啟、停、換向、變速；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、位移大小等工藝參數(shù)，以及輔助裝置的動(dòng)作。這樣得到零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝

17、參數(shù)等加工信息，然后用標(biāo)準(zhǔn)的由文字、數(shù)字和符號(hào)組成的數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序。編制程序的工作可由人工進(jìn)行，或者在數(shù)控機(jī)床以外用自動(dòng)編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成，比較先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，可以在它的裝置上直接編程。5圖1.1 數(shù)控機(jī)床控制流程圖編好的數(shù)控程序，存放在便于輸入到數(shù)控裝置的一種存儲(chǔ)載體上，它可以是穿孔紙帶、錄音磁卡、軟磁盤等，采用哪一種存儲(chǔ)載體，取決于數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)類型。（2）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和位置檢測(cè)裝置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，并與機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移

18、。每個(gè)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。在閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，還得使用位置檢測(cè)裝置，間接或直接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際進(jìn)給位移，與指令位移進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理，將其誤差轉(zhuǎn)換放大后控制執(zhí)行部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。(3)機(jī)床的機(jī)械部分?jǐn)?shù)控的機(jī)械部件包括：主運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件如工作臺(tái)，拖板及其傳動(dòng)部件和床身立柱等支承不見(jiàn)，此外，還有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。對(duì)于加工中心內(nèi)的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫(kù)，交換刀具的機(jī)械手部件。數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求更為簡(jiǎn)單，在精度、剛度、抗震性等方面要求更高，而且其傳動(dòng)和變速系統(tǒng)更便

19、于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。51.3 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控設(shè)備的種類很多，各行業(yè)都有自己的數(shù)控設(shè)備和分類方法。在機(jī)床行業(yè)，數(shù)控機(jī)床通常從以下不同角度進(jìn)行分類。（1）按工藝用途分類目前，數(shù)控機(jī)床的品種規(guī)格已達(dá)500多種，按其工藝用途可以劃分為以下四大類。1）金屬切削類 它又可分為兩類：普通數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心。2）金屬成形類3）特種加工類4）測(cè)量、繪圖類（2）按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床2）點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床（3）按伺服系統(tǒng)的控制方式分類1）開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床2）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床3）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（4）按所用數(shù)控系統(tǒng)的檔次分類按所用數(shù)控系統(tǒng)的檔次通常把數(shù)控機(jī)床分為低、中、高

20、檔三類。43第2章 銑齒機(jī)總體及各部件的工作原理 2.1 產(chǎn)品概述本銑齒機(jī)用于銑削鑰匙片上的齒槽。鑰匙的形狀及要求見(jiàn)圖2.1。鑰匙片上共有五個(gè)齒槽，齒槽深度有四個(gè)尺寸，即0.80.03、1.30.03、1.80.03、2.30.03，分別編號(hào)為1，2，3，4，五個(gè)齒槽的深度是按這四個(gè)深度尺寸排列，四片鑰匙為一組。銑齒機(jī)每銑削完一組鑰匙后自動(dòng)換號(hào)，如第一組的齒槽深度排列號(hào)為1，2，3，4，4，第一組銑削完成后，第二組的齒槽深度就是為1，2，3，4，3，其余如此類推，齒槽深度的排列稱為齒譜。鎖廠對(duì)銑齒機(jī)的要求如下：a.銑齒機(jī)銑削的鑰匙片齒槽的尺寸應(yīng)滿足圖2.1的需要；b.四片鑰匙為一組，每加工一組

21、鑰匙的時(shí)間小于30S；c.銑齒機(jī)采用手工裝卸工件；d.工作過(guò)程能自動(dòng)或者手動(dòng)；e.顯示器上能顯示正在銑削鑰匙的齒譜，如“1，2，3，4，4”該齒譜在整個(gè)齒譜中的排序號(hào)，如“1000”以及該班工人加工的數(shù)量，“自動(dòng)”或者“手動(dòng)”。f.銑齒機(jī)工作可靠，性能穩(wěn)定，使用維護(hù)方便。圖2.1如下所示：湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖2.1 鑰匙片2.2數(shù)控銑齒機(jī)總體的工作原理銑齒要實(shí)現(xiàn)銑削齒槽加工就必須要有下面四個(gè)運(yùn)動(dòng)：a.銑刀的切削運(yùn)動(dòng)；b.銑刀的走刀運(yùn)動(dòng)；c.銑刀的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；d.鑰匙夾持組件的分距運(yùn)動(dòng)。為了保證銑齒機(jī)各運(yùn)動(dòng)之間的協(xié)調(diào)，我們?cè)O(shè)定了銑齒機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件按圖2.2所示的時(shí)序圖進(jìn)行控制。

22、圖2.2銑齒機(jī)各運(yùn)動(dòng)控制時(shí)序圖2.3 銑齒機(jī)各運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)a.切削運(yùn)動(dòng)銑齒機(jī)銑刀的切削旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由電機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)銑刀軸旋轉(zhuǎn)而使銑刀產(chǎn)生切削旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。b.走刀運(yùn)動(dòng)銑齒機(jī)銑刀的走刀運(yùn)動(dòng)是由電機(jī)通過(guò)蝸輪減速器帶動(dòng)圓盤凸輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)推桿推動(dòng)銑刀組件安裝座向左運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生走刀運(yùn)動(dòng)。c.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)銑齒機(jī)銑刀進(jìn)給方向的運(yùn)動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)銑刀安裝座運(yùn)動(dòng)，提升進(jìn)給深度及退刀距離均由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。d.分距運(yùn)動(dòng)銑齒機(jī)鑰匙片夾持組件的運(yùn)動(dòng)，即分距運(yùn)動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)鑰匙片夾持組件安裝座運(yùn)動(dòng)，分距的長(zhǎng)度及銑削完齒槽后，夾持組件回位由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。2.4 銑齒機(jī)的工作

23、原理為了使單片機(jī)控制各運(yùn)動(dòng)組件的正常，協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，在銑齒機(jī)上設(shè)置了四個(gè)接近開(kāi)關(guān)。a.在控制銑刀走刀運(yùn)動(dòng)的凸輪附近裝有兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)1是在凸輪回程結(jié)束時(shí)刻產(chǎn)生信號(hào)，接近開(kāi)關(guān)2是在凸輪回程開(kāi)始時(shí)刻產(chǎn)生信號(hào)。b.在分距運(yùn)動(dòng)方向上設(shè)置了一個(gè)接近開(kāi)關(guān)3，接近開(kāi)關(guān)3是在分距夾持組件運(yùn)動(dòng)到銑刀對(duì)準(zhǔn)第一齒槽的位置時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)。c.在銑刀組件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上設(shè)置了一個(gè)接近開(kāi)關(guān)4，接近開(kāi)關(guān)4是在銑刀組件加工完鑰匙后，退回到起始位置時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)。銑齒機(jī)的工作原理如下（參見(jiàn)圖2.2）接通電源，按下啟動(dòng)按鈕，銑刀的銑削動(dòng)力電機(jī)及走刀動(dòng)力電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，但此時(shí)銑刀只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有走刀運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榭刂谱叩哆\(yùn)動(dòng)的凸輪雖能推動(dòng)推

24、桿左右移動(dòng)，但此時(shí)推桿頂不到裝有銑刀組件的滑座，滑座組件沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，因此，銑刀組件沒(méi)有走刀運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。當(dāng)裝夾好待加工的鑰匙片后，工人輸入齒譜，按下鍵盤上的工作按鍵，此時(shí)單片機(jī)開(kāi)始對(duì)各運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。第一，控制銑刀的提升，使銑刀進(jìn)給到規(guī)定的高度。當(dāng)凸輪回程結(jié)束時(shí)刻，接近開(kāi)關(guān)1產(chǎn)生的信號(hào)輸入給單片機(jī)，單片機(jī)控制進(jìn)刀步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)銑刀組件上升，銑刀提升到一定的高度后在凸輪升程開(kāi)始時(shí)刻，控制步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)至接近開(kāi)關(guān)1又產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，單片機(jī)又控制進(jìn)刀步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，并根據(jù)第一齒槽所需的深度，帶動(dòng)銑刀組件上升，進(jìn)刀至所需的深度，為了防止進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)和走刀運(yùn)動(dòng)的干涉，銑刀提升時(shí)，凸輪的基圓對(duì)準(zhǔn)推桿

25、，推桿不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，因此銑刀沒(méi)有走刀運(yùn)動(dòng)。第二，銑刀進(jìn)刀至所需的深度，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)至升程開(kāi)始并繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)推桿推動(dòng)銑刀組件安裝滑座運(yùn)動(dòng)，便有走刀運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，開(kāi)始銑削第一齒槽，當(dāng)?shù)谝积X槽銑削完成，凸輪轉(zhuǎn)至升程結(jié)束時(shí)，接近開(kāi)關(guān)2產(chǎn)生的信號(hào)輸入給單片機(jī)，控制進(jìn)刀步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)5步，使齒槽底部與銑刀之間存在0.02的間隙，防止銑刀退回時(shí)損傷齒槽。然后在彈簧的作用下，銑刀組件退回。當(dāng)在凸輪回程結(jié)束時(shí)間，接近開(kāi)關(guān)1又給單片機(jī)輸入一個(gè)信號(hào)，單片機(jī)便根據(jù)齒譜第二齒槽的深度，控制進(jìn)刀步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使銑刀組件進(jìn)刀至所需的深度。與此同時(shí)，單片機(jī)還控制分距步進(jìn)電機(jī)僅轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生分距，使鑰匙夾持組件向后移動(dòng)4mm。此時(shí)第二齒槽位置

26、對(duì)準(zhǔn)銑刀，凸輪轉(zhuǎn)至升程開(kāi)始后，接著進(jìn)行第二個(gè)齒槽的銑削，同理加工齒槽3，齒槽4，齒槽5。第三，當(dāng)5個(gè)齒槽加工完畢后，在接近開(kāi)關(guān)1產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制進(jìn)刀步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)銑刀組件下降到一定距離，在凸輪升程開(kāi)始時(shí)刻，控制步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)至接近開(kāi)關(guān)1又產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，單片機(jī)又控制步進(jìn)電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)銑刀組件繼續(xù)下降，當(dāng)下降到接近開(kāi)關(guān)4產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制進(jìn)刀步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)銑刀組件下降到起始位置。與此同時(shí)，單片機(jī)控制分距步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，分距步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)鑰匙夾持組件向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到接近開(kāi)關(guān)3產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制分距步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)第一齒槽的位置對(duì)準(zhǔn)銑刀。如此完成一組鑰匙片

27、的加工。第三章 銑齒機(jī)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)銑齒機(jī)的機(jī)械部分由機(jī)座，分距夾持組件，銑削動(dòng)力及進(jìn)刀組件，走刀組件四大部分組成，詳細(xì)見(jiàn)銑齒機(jī)總體設(shè)計(jì)圖。3.1 機(jī)座機(jī)座用于安裝，連接各組件。機(jī)座采用鑄造成型。采用HT250灰口鑄鐵為材料，其強(qiáng)度，耐磨性，鑄造工藝性都比較好。3.2 走刀組件及動(dòng)力走刀組件及動(dòng)力傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)原理圖見(jiàn)圖3.1。電機(jī)1通過(guò)聯(lián)軸器2與蝸輪減速器3相聯(lián)接，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，蝸輪減速器的傳動(dòng)比i=30，蝸輪減速器的輸出軸通過(guò)鍵與圓盤凸輪連接。圓盤凸輪推動(dòng)推桿組件8左右移動(dòng)，從而推桿再推動(dòng)滑座組件6移動(dòng)。滑座組件的回位是依靠回位彈簧7的彈力回位，在推桿的兩端裝有推桿支

28、座9，對(duì)推桿進(jìn)行導(dǎo)向，推桿支座是固定在機(jī)座上，滾珠滑座安裝在滑座組件上?；匚粡椈?,一端支靠在推桿支座端面。該端面不動(dòng)，另一端支靠在滑座組件端。此端隨滑座組件而運(yùn)動(dòng)。圖3.1如下所示 1. 走刀動(dòng)力電機(jī) 2.聯(lián)軸器 3.蝸輪減速器 4. 圓盤凸輪 5.滾珠直線導(dǎo)軌 6.滑座組件 7滑座回位彈簧 8.推桿組件 9.推桿支座 10.推桿復(fù)位彈簧圖3.1 走刀組件及動(dòng)力結(jié)構(gòu)原理圖3.3 圓盤凸輪的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)是能使從動(dòng)件作預(yù)期規(guī)律的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)于走刀運(yùn)動(dòng)這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)是比較適用的，特別是目前數(shù)控機(jī)床及計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用。凸輪的加工也變的很方便，而且精度高，因此該銑齒機(jī)的走刀運(yùn)動(dòng)，我們

29、就采用了凸輪機(jī)構(gòu)。由于考慮到凸輪加工編程方便，我們選用了多圓弧凸輪型面，凸輪的基本尺寸及形狀見(jiàn)下圖（圖3.2）。圖3.2 凸輪型面 該凸輪是非對(duì)稱凸輪，它是由五條圓弧組成的，凸輪的升程為42.41，升程角為90度，回程角為90度。a.壓力角驗(yàn)算在一定載荷和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定以后，壓力角越大一方面使凸輪的基圓減小，從而使凸輪的尺寸變小，對(duì)其強(qiáng)度不利。另一方面會(huì)使凸輪與從動(dòng)件之間的作用力增大，摩擦力增大，磨損夾具。當(dāng)大到某一臨界值時(shí)時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生自鎖。通過(guò)對(duì)圖3.3所示的凸輪進(jìn)行校驗(yàn)，升程的max升=30.845，回程的max回=33.98545，滿足要求。壓力角驗(yàn)算用圖見(jiàn)圖3.3。圓弧DE受

30、壓力角與凸輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系。 已知： AB=119.59 AO=70 BC=14 AOC=180-根據(jù)正弦定理得： = （3.1）則 （1） 從式（1）我們可以看出壓力角在圓弧DE可隨角的增大而增大，則E點(diǎn)處的壓力角為圓弧DE所處最大壓力角處，E點(diǎn)為兩圓弧相切點(diǎn)。PL=40 RP=200RL=RP-PL=200-40=160AF=AE-EF=119.59-17=102.59OF=75同理我們可以證明在凸輪的回程為最大壓力角也是在兩圓弧的相切點(diǎn)上，即P點(diǎn)。升程時(shí)壓力角驗(yàn)算；根據(jù)圖3.3 （圖3.3見(jiàn)下） 圖 3.3 壓力角根據(jù)余弦定理： （3.2） 根據(jù)正弦定理： （3.3） 滿足要求 回程時(shí)壓力角

31、驗(yàn)算： 根據(jù)余弦定理： （3.4） 根據(jù)正弦定理： （3.5） 滿足要求 b.凸輪材料凸輪采用40Cr合金調(diào)質(zhì)鋼做材料，高頻淬火。HRC4550。3.4 回位彈簧設(shè)計(jì)回位彈簧的作用是在凸輪回程時(shí)，使滑座組件正?；匚唬匚粫r(shí)不應(yīng)產(chǎn)生沖擊，震動(dòng)現(xiàn)象，因此設(shè)計(jì)回位彈簧，應(yīng)根據(jù)滑座組件回位時(shí)的加速度大小來(lái)確定彈簧的剛度，即彈簧的彈力力F ma。 a.推桿回程時(shí)位移，加速度計(jì)算。 按圖4進(jìn)行計(jì)算 推桿在圓弧HP段具有向下的加速度。因此我們只需通過(guò)該段的加速度即可以確定彈簧的負(fù)荷。 首先計(jì)算凸輪回程時(shí)，推桿的位移，加速度 OM值的計(jì)算式如下： （2） 加速度計(jì)算公式如下： （3） 根據(jù)（2）（3）式，我們

32、可以計(jì)算出從的位移和加速度。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表格3.1。表3.1位移和加速度值序號(hào)角 度（）OM值（mm）位移S（mm）加速度（mm/）序 號(hào)角 度（）OM值（mm）位移S（mm）加速度（mm/）1010601110104.4501.55242321105.9840.01601211104.1251.875235132105.9380.06223511312103.7702.23235143105.8600.14024301413103.3852.615235154105.7510.24923511514102.9703.03242365105.6120.38825081615102.5243.47

33、6227376105.4410.55924231716102.0493.951247387105.2390.76123511817101.5344.457235198105.0070.99324231918101.0094.9912351109104.7441.25624232019100.4455.5552351212099.8516.1492159292894.0811.922116222199.2296.7712273302993.23412.7662038232298.5787.4222273313092.36213.6382116242397.8988.1022195323191.4

34、6314.5371959252497.198.812195333290.53915.4612116262596.4549.5462195343389.58816.4121959272695.69010.312116353488.61217.3881959282794.89911.1012195363587.61118.389注：圓弧HP與圓弧PK的切點(diǎn)處，從圓弧PK段開(kāi)始向下的加速度轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)，因此上用計(jì)算圓弧HP的加速度。 b.彈簧的計(jì)算1. 彈簧的材料選用65Mn2. 中徑。 鋼絲d=4.5, 工作圈數(shù) n=23 自由高度 3. 彈簧剛度 （3.6） 彈簧安裝在滑座內(nèi)的長(zhǎng)度為222mm，工作

35、時(shí)凸輪的推回高度為42.41mm。當(dāng)推桿在凸輪頂上時(shí)彈簧的長(zhǎng)度為222-42.41=179.59mm。從表3.1我們可以看出，最大的加速度為2.51,此時(shí)彈簧的壓縮長(zhǎng)度L=380-179.59+0.388=200.798mm。彈簧所能提供的彈力F=PL=0.204 200.798=40.96Kg=401N滑座組合的總重量m=15Kg，F(xiàn)=401367.5N，因此彈簧的彈力能滿足滑座回位時(shí)的要求。3.5 走刀動(dòng)力電機(jī)的功率計(jì)算銑刀的走刀運(yùn)動(dòng)是電機(jī)通過(guò)蝸輪減速器，凸輪，推桿，推動(dòng)滑座組合運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。在銑削的走刀過(guò)程中，凸輪對(duì)推桿產(chǎn)生加速移動(dòng)，因而必須有產(chǎn)生加速度的力?；匚粡椈稍趬嚎s過(guò)程中，產(chǎn)生回

36、位方向的力，銑刀切削工件的切削力。要保證走刀運(yùn)動(dòng)能正常運(yùn)動(dòng)，凸輪通過(guò)推桿施加給滑座組合的力必須等于前述三個(gè)力的合力。也就是說(shuō)，電機(jī)通過(guò)蝸輪減速器，提供給凸輪在推桿移動(dòng)方向的力必須大于前述三個(gè)力的合力，因此電機(jī)功率可根據(jù)下式確定： （3.7） 式中： F 走刀方向的力 （N） V 走刀速度 （m/s） 傳動(dòng)效率 k 系數(shù) 因此要確定功率，必須知道邊推桿的位移和加速度，滑座回位彈簧的彈力及切削力。 a.推桿的速度，加速度計(jì)算根據(jù)凸輪型面的尺寸，我們可以求得從0度到90度每隔2度時(shí)的推桿位移，計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.2，計(jì)算用圖見(jiàn)圖3.2表3.2 推桿位移值序號(hào)角度OC 值推桿位移序號(hào)角度OC 值推桿位移1

37、063.590244675.1111.522263.610.02254876.2112.623463.670.08265077.3613.774663.770.18275278.5714.985863.910.32285479.8516.2661064.100.51295681.1817.5971264.320.73305882.5818.9981464.591.00316084.0420.4591664.901.31326285.5721.98101865.251.66336487.1623.57112065.652.06346688.8225.23122260.092.5356890.54

38、26.95132466.572.98367092.3328.74142667.103.51377294.1930.6152867.684.09387496.1132.52163068.304.71397698.134.51173268.975.384078100.1536.56183469.696.14180101.9938.40193670.466.874282103.4639.87203871.297.74384104.5840.99214072.168.574486105.3741.78224273.099.54588105.8442.25234474.0710.48469010642.

39、41湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）OC值的計(jì)算式如下：根據(jù)圖3.3及式（1）得： 則 則 圓弧HE： 2 根據(jù)表3.2，我們可求出加速度和速度。見(jiàn)表3.3 速度及加速度計(jì)算公式如下： （3.8） （3.9）表3.3 加速度與速度值序號(hào)角度速度（mm/s）加速度()序號(hào)角度速度（mm/s）加速度()125.6783.8572142133.688979.822411.199783.8572244141.3881175.783616.799783.8572346149.7871175.784823.098979.822448157.486979.8251028.697587.893255016

40、5.1861175.7861234.2971567.712652174.2851371.7571440.596783.8572754182.684979.8281646.196979.822856191.0841371.7591852.495979.822958200.1831175.78102058.795783.8573060209.2821371.75112264.394783.8573162218.3811175.78122467.494979.823264227.481371.75132677.693979.823366236.581175.78142883.993783.85734

41、68245.6791371.75153090.292979.823570255.4781371.75163297.292979.823672264.5771175.781734104.291979.823774273.6761371.751836111.991175.783876282.7761371.751938118.99783.8573978272.277-4115.252040125.991175.784080231.68-7250.674182181.284-6858.75438688.192-6270.854284133.688-6466.82448828.214-6074.9b.

42、力的計(jì)算（1） 加速度力從表3我們可以看出，推桿位移的最大速度為0.283m/s，加速度為1.37 ,此時(shí)推桿的位移為34.56mm，由于滑座組合的總重量為15Kg，則加速度力為： （3.10）（2） 彈簧力前面我們已經(jīng)計(jì)算出彈簧剛度，則彈簧力等。 （3.11）（3） 切削力由于切削時(shí)的有效功率為280W，銑刀轉(zhuǎn)速n=6000r/min,銑刀直徑D=80mm,則切削力 （有效功率的計(jì)算見(jiàn)后） （3.12） 所示 c. 功率計(jì)算 （3.13） 選電機(jī)功率為370W，額定轉(zhuǎn)速1400r/min3.6 切削組件及動(dòng)力 切削組件及動(dòng)力傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)原理圖見(jiàn)圖3.4。1.主動(dòng)皮帶輪 2.三角皮帶 3.被動(dòng)皮

43、帶輪 4.銑刀軸安裝座 5.銑刀 6.銑刀軸 7.銑刀鎖緊螺母 8.單列向心球軸承 9.銑削動(dòng)力電機(jī)圖3.4 切削組件及動(dòng)力傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)原理圖主動(dòng)皮帶輪1固定在電機(jī)9的的輸出軸上，被動(dòng)皮帶輪3固定在銑刀軸6上，銑刀5通過(guò)鎖緊螺母7固定在銑刀軸上，電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)皮帶輪，皮帶傳至銑刀軸，使銑刀軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)。銑刀軸的兩端軸頸處裝有兩個(gè)單列向心球軸承。銑刀組件組合見(jiàn)圖3.5。 1. 帶輪 2. 擋片 3. 銑軸端蓋 4. 波形彈簧 5. 支座 6. 銑刀軸 7. 軸套 8. 銑刀罩 9. 墊圈 10.壓緊螺母 11.平鍵 12.螺釘 13.彈簧墊圈 14.平墊圈 15.單列向心球軸承 16.銑刀圖3.5

44、銑刀組件圖a.銑削動(dòng)力電機(jī)功率計(jì)算銑槽的有效動(dòng)力N （3.14）式中： ： 1.16 D： 銑刀直徑 mm t: 切削深度 mm ： 每齒進(jìn)給量 mm B： 銑削寬度 mm Z： 銑刀齒數(shù) mm n： 銑刀轉(zhuǎn)速 r/s我們已知：D=80mm， t=2.3mm， B=5mm， Z=16， n=100r/s但必須根據(jù)走刀速度及切槽深度，銑刀轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行計(jì)算 這樣我們就可以計(jì)算出AB 前面已計(jì)算出最大走刀速度，則銑刀走過(guò)AB的距離所需的時(shí)間t為 在時(shí)間t內(nèi)銑刀轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)n為： 則每齒進(jìn)給量為： 則銑槽動(dòng)力N為： 由于銑削動(dòng)力電機(jī)的動(dòng)力是通過(guò)皮帶傳動(dòng)至銑刀軸的，皮帶的傳動(dòng)效率，再考慮到一定的安全系數(shù)，我

45、們選電機(jī)的功率為550W。3.7 分距夾持組件鑰匙片固定夾具安裝在分距滑座上，分距滑座采用的是燕尾槽式導(dǎo)軌?；刹竭M(jìn)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)。可前后運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)總圖中的A-A視圖（兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)方式相同）。3.8 進(jìn)刀組件進(jìn)刀組件的結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)總圖中的A-A視圖，銑刀組件安裝在滑座上，滑座采用燕尾槽式導(dǎo)軌，滑座由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)，可上下運(yùn)動(dòng)。夾具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.6。 1. 安裝座 2. 手柄 3. 定位銷4. 定位片 5. 彈性圈 6. 壓板7. 墊套 8. 螺桿 9. 定位片圖3.6 夾具結(jié)構(gòu)圖第四章 電氣控制部分銑齒機(jī)的電氣控制部分由分距步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)刀步進(jìn)電機(jī)，銑削動(dòng)力電機(jī)，走刀動(dòng)

46、力電機(jī)，數(shù)控板，鍵盤，顯示器，接近開(kāi)關(guān)等部分組成。電氣控制原理圖見(jiàn)圖4.1。4.1 銑削動(dòng)力電機(jī)采用三相異步電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速2800r/min，功率550W。4.2 走刀動(dòng)力電機(jī)采用三相異步電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速1400r/min，功率370W。4.3 步進(jìn)電機(jī)選用90BF006五相步進(jìn)電機(jī)，工作方式的五相十拍，步距角為0.36度，步進(jìn)電機(jī)采用RD-053五相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。84.4 數(shù)控板數(shù)控板由以下部分組成a. 8098單片機(jī)，它是準(zhǔn)16位鑲?cè)胧轿⒖刂破鳌?b. 8255可編程并行I/O芯片。用于擴(kuò)展8098 I/O ，通過(guò)8255聯(lián)接鍵盤和顯示器。c. 2764 EPROM程序貯存器，它是一個(gè)8K乘以8位的紫外線可擦除電子編程的只讀存儲(chǔ)器，用于存放程序。6d. MK48 Z