XTK7140数控立式铣镗床及控制系统设计说明书[带图纸].doc

南华大学机械工程学院毕业设计第1页共69页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MCS51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ABSTRACTTHISDESIGNTRIESANEWMETHODAFTERTHEANALYZEANDRESEARCHOFTHEEXITEDNUMERICALCONTROLBEDFORMILLANDBOREWITHTHEHIGHERAUTOMATIZATIONDEGREESANDTHESIMPLERCONFIGURATION,WHICHWILLBEEXPLAINEDINTHEPAPERINTHEMETHOD,ELECTROMAGNETISMCLUTCHISUSEDFORTHEREALIZATIONOFTHELEVELSHIFTINTHEHEADSTOCK,ANDINTHEMOTIONOF,WEALLADOPTBALLBEARINGTHREADHAULMFORTHEX、Y、ZDIRECTION,THEPOWEROFWHICHISSTEPBYSTEPELECTROMOTORTRANSFERREDBYGEARTHATUSEDFORADJUSTINGGAPSANDMORE,WEUSEDSINGLECHIPFORNUMERICALCONTROLTHECONTROLSYSTEMINTRODUCESMCS51SERIESSINGLECHIP,ANDTHEREALIZATIONOFHARDWARECIRCUITWASACCOMPLISHEDBYENLARGINGPROGRAMMEMORIZER、DATAMEMORIZERANDI/OMEETMEATUSALSO,THEPAPEREXPLAINEDTHEDESIGNFORSOFTWARESYSTEMKEYWORDSELECTROMAGNETISMCLUTCH、BALLBEARINGTHREADHAULM、THESTEPBYSTEPELECTROMOTOR、THEENLARGEFORSCMSYSTEM南华大学机械工程学院毕业设计第2页共69页目录第一部分机床总体布局设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄111机床总体尺寸参数的选定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄112机床主要部件及其运动方式的选定┄┄┄┄┄┄┄113机床总体布局的确定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2第二部分主传动的设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄321拟定转速图┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄322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┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2731垂直进给系统的设计计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2732横向进给系统的设计计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄36第四部分控制系统的设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4041控制系统总体方案的拟定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4042总控制系统硬件电路设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4143部分控制程序┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5644控制系统的软件设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄61参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄66谢辞┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄67南华大学机械工程学院毕业设计第3页共69页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，初步选定机床主要参数如下工作台宽度长度4001600MMMM主轴锥孔7∶24工作台最大纵向行程900MM工作台最大横向行程375MM主轴箱最大垂直行程400MM主轴转速级数16级主轴转速范围50～2000R/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40KW主轴电动机转速1440R/MIN机床外形尺寸（长宽高）245012002300MMMMMM机床净重500KG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。南华大学机械工程学院毕业设计第4页共69页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。南华大学机械工程学院毕业设计第5页共69页第二部分主传动的设计一．拟定转速图㈠确定结构式和结构网式1主传动的确定NMAX，NMIN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40～1600R／MIN，则＝1ZNR1MINMAXZNN＝15401600＝128。由设计手册取标准值得Ф126。令MIN/1600MAXRN，则MIN/96492611600151MAXMINRZNNФ则取MIN/1600MIN,/50MAXMINRRNN。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16＝2222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＝1224282结构式方案。检查最后扩大组的变速范围R83562618812222～10故合符要求。㈡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