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1、南华大学机械工程学院毕业设计摘要：本次设计通过对现有数控铣镗床的分析研究，提出一种新的设计方案,其自动化程度更高，结构也相对比较简单。这一点在论文会得以体现。本方案中，主轴箱采用电磁离合器实现有级变速，在X、Y、Z三个方向上的进给运动均采用滚珠丝杆，而动力则由步进电动机通过调隙齿轮来传递，并且采用单片机进行数字控制。控制系统采用MCS-51系列单片机，通过扩展程序存储器、数据存储器和I/O接口实现硬件电路的设计。论文中也对软件系统的设计做出了相关说明。关键词：电磁离合器 滚珠丝杆 步进电机 单片机系统扩展Abstract: This design tries a new method afte
2、r the analyze and research of the exited numerical control bed for mill and bore with the higher automatization degrees and the simpler configuration, which will be explained in the paper. In the method, electromagnetism clutch is used for the realization of the level shift in the headstock, and in
3、the motion of , we all adopt ball bearing thread haulm for the X、Y、Z direction ,The power of which is step by step electromotor transferred by gear that used for adjusting gaps. And more, we used singlechip for numerical control.The control system introduces MCS-51 series singlechip, and the realiza
4、tion of hardware circuit was accomplished by enlarging program memorizer、data memorizer and I/O meet meatus. Also, the paper explained the design for software system.Keywords: Electromagnetism clutch、Ball bearing thread haulm、The step by step electromotor、The enlarge for SCM system 目 录第一部分 机床总体布局设计
5、1l 1-1 机床总体尺寸参数的选定 1l 1-2 机床主要部件及其运动方式的选定 1l 1-3 机床总体布局的确定 2第二部分 主传动的设计 3l 2-1拟定转速图 3l 2-2主传动主要零件的强度计算 7第三部分 进给系统的设计计算 27l 3-1垂直进给系统的设计计算 27l 3-2横向进给系统的设计计算 36第四部分 控制系统的设计 40l 4-1控制系统总体方案的拟定 40l 4-2总控制系统硬件电路设计 41l 4-3部分控制程序 56l 4-4控制系统的软件设计61参考文献 66谢辞 67第一部分 机床总体布局设计一、机床总体尺寸参数的选定根据设计要求并参考实际情况，初步选定机床
6、主要参数如下：工作台宽度长度 4001600 mmmm主轴锥孔 724工作台最大纵向行程 900 mm工作台最大横向行程 375 mm主轴箱最大垂直行程 400 mm主轴转速级数 16级主轴转速范围 502000r/minX、Y轴步进电机 130BF001（反应式步进电动机） Z轴步进电动机 130BF001（反应式步进电动机） 主电动机的功率 4.0 KW主轴电动机转速 1440 r/min机床外形尺寸（长宽高） 245012002300 mmmmmm机床净重 500 Kg二、机床主要部件及其运动方式的选定1、主运动的实现因所设计的机床要求能进行立式的铣和镗，垂直方向的行程比较大,因而采用工
7、作台不动,而主轴箱各轴向摆放为立式的结构布局；为了使主轴箱在数控的计算机控制上齿轮的传动更准确、更平稳，工作更可靠，主轴箱主要采用离合器变换齿轮的有级变速。 2、进给运动的实现 本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、Y、Z三个方向上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过调隙齿轮传递。3 、数字控制的实现 采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。4、机床其它零部件的选择考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。三、机床总体布局的确定 根据以上
8、参数及主要部件及其运动方式，则可拟定机床的总体布局图，详细图纸请参照1号A0图纸。第二部分 主传动的设计一 拟定转速图.确定结构式和结构网式：1.主传动的确定，和公比的确定： 根据XK5040的使用说明书，初步确定本次设计的XTK7140数控立式铣镗床的主轴转速范围为401600rmin，则=1.28。由设计手册取标准值得：=1.26。令，则则取。2.确定变速组和传动副数目：为了满足结构设计和操纵方便的要求，主轴转速为16级的变速系统，总共需要四个变速组。3. 确定传动顺序方案： 按着传动顺序，各变速组排列方案只有一个：162222也不存在符不符合“前多后少、前疏后密”的原则，本次设计即采用此
9、方案。4. 确定扩大顺序方案： 传动顺序方案确定以后，还可列出若干不同扩大顺序方案。如无特殊要求，根据“前密后疏”的原则，应使扩大顺序和传动顺序一致，通常能得到最佳的结构式方案，故选用16结构式方案。检查最后扩大组的变速范围： r=10 故合符要求。 . 拟定转速图：根据已确定的结构式或结构网议定转速图时，应注意解决定比传动和分配传动比，合理确定传动轴的转速。 定比传动 在变速传动系统中采用定比传动，主要考虑传动、结构和性能等方面的要求，以及满足不同用户的使用要求。在铣镗床的设计中，总降速比为u=50/1440=1/30=0.035。若每一个变速组的最小降速比均取1/4。则三个变速组的总降速可
10、达。故无需要增加降速传动，但为了使中间两个变速组做到降速缓慢，以利于减小变速箱的径向尺寸和有利于制动方便，在轴间增加一对降速传动齿轮（），同时，也有利于设计变型机床，因为只要改变这对降速齿轮传动比，在其他三个变速组不变的情况下，就可以将主轴的16种转速同时提高或降低，以便满足不同用户的要求。 分配降速比 前面已确定，162222共需三个变速组，并在轴间增加一对降速传动齿轮，要用到四个变速组，在主轴上标出16级转速：501600r/min,在第轴上用A点代表电动机转速，最低转速用E点标出，因此A,E两点相距约15格，即代表总降速传动比为。 定出各变速组的最小传动比 根据降速前慢后快的原则，在轴间
11、变速组取，在轴间变速组取，在轴间变速组取，在I轴间变速组取则： 根据结构式可知：轴间变速组的级比指数分别为：2，4，8。传动副为：2，2，2。则画出上图的转速图。. 确定各齿轮的齿数：在确定齿轮齿数时应注意：齿轮的齿数和不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床的结构庞大，而且增大齿数和还会提高齿轮的线速度而增大噪声，所以在设计时要把齿数和控制在；为了控制每组啮合齿轮不产生根切现象，使最小齿数，因而齿轮的齿数和不应过小。在轴间： 则可查表1.58和3.98两行又而最小齿轮的齿数是在的齿轮副中，令 则等，在高速轴中尽量使齿轮的几何尺寸小一点以减小主轴的尺寸，所以可取 可查出：， ，同理： 且查得
12、. 取 则查得：， ， 查得： 取 则查得：， ， 查得： 取 则查得：， ，. 传动系统图的拟定：根据以上分析及计算，拟定如下传动系统图：二主传动主要零件的强度计算： 电动机的选择1电动机的功率计算 查机床主轴/变速箱设计指导:端铣：硬质合金端铣刀D=120mm；铣刀材料是45号钢；半精铣=150m/min, 齿数Z=34，取Z=4；,取=0.1mm/z；，取=0.6D；，取=3mm。1) 主（切向）切削力硬质合金端面铣刀铣削碳钢工件：N2) 切削功率根据上面两个公式求得：1148.72 N 2、电动机参数的选择在选择电动机时，必须使得PP，根据这个原则，查机械设计手册选取Y112M-4型电动机，其基本参数如下（单位为mm）：A=190 B=140 C=70 D=28 E=60 F=8G=24 H=112 K=12 AB=245 AC=230AD=190 HD=265 BB=180 L=400齿轮传动的设计计算 由于直齿圆柱齿轮具有加工和安装方便、生产效率高、生产成本低等优点，而且直齿圆柱齿轮传动也能满足设计要求，所以本次设计选用渐开线直齿圆柱齿轮传动；主轴箱中的齿轮用于传递动力和运动，它的精度直接与工作的平稳性、接触误差及噪声有关。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都选用较高的精度，但考虑到制造成本，本次设计都选用7-6-6的精度
