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弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计【机电一体化】【6张图纸+电路图】【优秀】

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弧面蜗杆 加工 专用 数控机床 控制系统 设计 电机 一体化 图纸 电路图 优秀
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弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计

89页 35000字数+说明书+任务书+6张CAD图纸【详情如下】

A0主轴箱装配图.dwg

A0变速箱.dwg

A0回转工作台.dwg

A0总装图.dwg

A0纵向进给.dwg

A1主轴.dwg

弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计说明书.doc

电路图2张.DDB

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       弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计

摘     要

   根据设计任务书的要求,本设计说明书针对球面蜗杆专用数控机床的加工及控制系统进行设计说明。主要内容包括三种球面蜗杆传动原理和加工特点,球面蜗杆专用数控机床的机械结构及控制系统的总体设计方案,进给系统的机械结构设计和数控系统的电路设计。

关键字:  球面蜗杆  数控系统  设计

Arc-worm the numerical control processing of special tools and control system design

 Abstract

   According to the requirement of the design,this design aims at the machining of Arc-worm numerical control machine and the control system. The main contents include the transmission theory and machining characteristic of three kinds of Arc-worm ,the blue print of the engine configuration of Arc-worm numerical control machine and control system, the design of the feed system’s transmission theory and the circuit design of numerical control system.  


                  目  录

任务书·i

中文摘要·ii

ABSTRACT ii

第1章 绪论·4

第2章 球面蜗杆涡轮的特点·5

2.1  蜗杆蜗轮的形成、类型及其结构5

2.2蜗杆传动的特点及其应用·7

2.3球面蜗杆的加工·8

2.4球面蜗轮的加工9

第3章球面蜗杆蜗轮数控专用机床13

3.1加工球面蜗杆蜗轮传统机床13

3.1.1在滚齿机上加工球面蜗杆和蜗轮·13

3.1.2在改装车床上加工球面蜗杆14

3.2球面蜗杆加工专用机床设计·15

第4章球面蜗杆数控专用机床总体结构方案设计16

4.1加工机床运动的基本要求16

4.2球面蜗杆数控专用机床总体方案·17

4.3专用球面蜗杆数控车床的基本结构18

第5章球面蜗杆数控专用机床的主传动系统设计19

5.1传动结构式和结构网的选择·19

5.1.1主传动的确定,和公比Ф的确定·19

5.1.2确定变速组和传动副数目19

5.1.3确定传动顺序方案·20

5.1.3确定扩大顺序方案20

5.1.4结构网图·20

5.2转速图的拟订·20

5.3传动方案的拟订 ·21

5.4齿轮传动部分的设计· ·23

5.5轴的设计计算· 28

5.5.1轴Ⅱ的设计计算29

5.5.2轴Ⅶ的设计计算· ·29

5.5.3主轴的设计计算· ·35

第6章球面蜗杆数控专用机床的进给系统设计·36

6.1进给系统传动方案拟订36

6.2纵向进给系统的设计计算·36

6.2.1纵向进给系统的设计36

6.2.2纵向进给系统的设计计算 ·37

6.3横向进给系统的设计计算41

6.4齿轮传动间隙的消除 48

第7章球面蜗杆数控专用机床回转工作台设计·49

第8章球面蜗杆数控专用机床控制系统的设计·51

8.1控制系统总体方案的拟定51

8.2总控制系统硬件电路设计·51

8.2.1单片机的设计51

8.2.2系统的扩展54

8.2.3键盘、显示器接口设计·59

8.2.4步进电机控制电路设计61

8.2.5光电隔离电路设计63

8.2.6其他接口电路设计·64

8.2.7部分控制程序65

8.2.8控制系统的软件设计 69

第9章球面蜗杆蜗轮主要参数与润滑油的选用·74

9.1蜗杆与蜗轮主要参数及几何计算 74

9.2 数控机床的润滑油· 78

结束语80

参考文献·81

致 谢·82

这种蜗杆按其蜗旋面的形成特征可分为阿基米德螺线蜗杆、法向直廓蜗杆和渐开线蜗杆,通常都采用前面两种。

  蜗杆的技术要求与轴类零件相同,只是增加了蜗杆螺牙的制造程度和光洁度。

  在车床上用车刀加工蜗杆是最普通的方法。车蜗杆和车梯形螺纹的方法相类似,所用的车刀刃是直线型的,刀尖角等于2e=40°。一般在蜗杆时将车刀刀刃放于水平位置,并且与蜗杆轴线在同一水平面内,这样加工出来的蜗杆在垂直于轴心线的截面内齿形是阿基米德螺线,所以叫阿基米德蜗杆,它的轴向截面齿形是直线的,法向截面齿形不是直线的。当螺旋线升角较大时,如果仍把车刀刀刃放置在水平位置上,车刃的两个刀刃的前后角就很不理想,总会有一个刀刃是没前角,为了使车刀获得合理的前角和后角,常用的把车刀分别加工蜗杆的两个侧面,或者将车刀刀刃放在蜗杆齿面的法向位置来加工蜗杆,这样加工出来的蜗杆,轴向截面齿形不是直线的,而法向截面齿形才是直线的。所以叫法向直廓蜗杆,也有叫延长渐升线蜗杆的,正因为如此,小螺旋线升角(小于5°)常用阿基米德蜗杆,大螺旋线升角常用法向直廓蜗杆,也是由加工方法而决定的。

  当批量较大时,可以在专用铣床或车床改装成专用铣床上,采用长状铣刀和指状铣刀来精铣蜗杆,然后再用车刀来进行精加工,可提高生产率。

  如果蜗杆精度要求不太高,通常用车削就可完成加工。但对于高精度的分度蜗杆,或较高精度的高转速传动蜗杆,由于需经淬火处理,故车削只能作为淬火前的加工,而需采用启削作为终加工,用来启削蜗杆的机床,可以用车床改装,也可以用铲启车床,还有专门设计的蜗杆启床(例如S7712蜗杆启床)和精密螺母启床(如S7520W万能螺丝启床)。


2.4弧面蜗轮的加工

  普通蜗轮的技术要求与圆柱齿轮基本相同,主要包括三个方面:(1)齿形的加工精度和齿侧;(2)蜗轮胚基准孔,喉结部分的尺寸精度和几何形状精度,基准孔与喉结轴心线的不同轴度,基准端面对基准孔轴心线的不垂直度,如果是嵌入轮圈式蜗轮,还必须对组装的配合表面提出一定的精度要求;(3)装面光洁度。

  与圆柱齿轮加工相似,蜗轮加工也是经过蜗轮胚加工和齿形加工两个阶段。齿胚加工与圆柱齿轮齿胚加工基本上相同,但胚加喉结部分的加工,如果是嵌入轮圈式的,首先将轮壳和轮圈分别进行加工,然后组装在一起时进行轮胚的精加工,在进行精加工时,应将喉结,基准孔和基准端面在一次安装下加工出来,或首先加工好基准孔,用心轴定位安装来加工喉结和基准端面,以保证喉结、基准孔的不同轴度,以及基准端面和轴心线的不垂直度。

  螺轮齿形的加工是蜗轮整个加工过程中的关键工序,也是加工中的主要矛盾。齿形加工方法有滚齿、飞刀切齿、剃齿等。冶金矿山机械和重型机械厂主要采用滚齿和飞刀切齿。

 1.用蜗轮滚刀加工蜗轮

  在滚齿机上用蜗轮滚刀加工蜗轮齿形是加工蜗轮的一种基本方法,滚动蜗轮与滚切圆柱齿轮有许多共同点,但椰油很多不同点,这些特点是:

  ①齿轮滚刀的基本蜗杆没有严格的规定,可以采用阿基米德型,法向直廓型或渐升线型,按工作条件由自己选择,基本蜗杆的直径也可由自己决定。但蜗轮滚刀的基本蜗杆相当于一般加工蜗轮相啮合的蜗杆,不但蜗杆的类型应相同,而且主要尺寸(如轴向模数,分度圆直径,头数,螺旋方向,螺旋升角等)均须一致,只是外径比工作蜗杆稍大一些,以便使加工后的螺轮与蜗杆啮合时有齿顶间隙。坛大量通常为径向间隙的两倍,即2×0.2m  =0.4m  (m  为轴向模数)。

   ②蜗轮滚刀水平安装,不需要象加工圆柱齿轮那样刀架要搬角度,同时蜗轮滚刀轴心线应和蜗轮蜗杆传动啮合状态一样,应在蜗轮中心平面内。

   ③工件的分齿运动应符合蜗杆蜗轮传动速比的关系,即蜗轮滚刀一转,被加工蜗轮应转一个齿(单头滚刀)或几个齿(多头滚刀)。滚齿机分齿蜗轮的计算与加工圆柱齿轮的计算或相同。例如Y38滚齿机:

  当Z≤161时,i分齿=a/b*c/d=24k/z

  当Z>161时, i分齿=a/b*c/d=48k/z

但滚切蜗轮时,不能忽视蜗轮滚刀的头由文K。

  ④进给方向,加工圆柱齿轮时,滚刀相对被切齿轮由上向下或由下向上作垂直进给运动。但加工蜗轮时,蜗轮滚刀要保持在蜗轮中心平面内,因此蜗轮滚刀相对工件只能作径向进给或切向进给。

  a)径向进给法:这时蜗轮滚刀向被加工蜗轮作径向进刀,逐渐切至全齿深为止。这种方法在生产中应用较广,因为生产率高,而且不需要切向刀架(许多滚齿机往往没有这种附件)。

   径向进给运动是滚切过程中被加工蜗轮转一转,滚刀在水平面没被切蜗轮半径方向移动S径毫米,运动是通过径向丝杆来实现的。Y38滚齿机径向供给传动关系。

  工作台—蜗轮付Z96/K—蜗杆蜗轮K1/Z30—进给挂轮i进给—接通离合器M1—齿轮Z45/Z36—锥齿轮Z17/Z17—锥齿轮Z17/Z17—蜗杆蜗轮K4/Z20—接通M2—螺旋齿轮X10/Z20—脱落蜗杆K4/Z20—蜗杆蜗轮K4/Z16—锥齿轮Z20/Z25—径向进给丝杆(t=10毫米)—刀架立柱水平移动。

   列成计算式:S径=(工作台转一转)*(96/1)*(1/30)*i进给*(45/36)*(17/17)*(17/17)*(4/20)*(10/20)*(4/20)*(4/16)*(20/25)*10

  经简化和整理得到径向进给挂轮调整公式:

     i进给(径)=(a1/b1)*(c1/d1)=25/4*S径

  b)切向进给法:此时用一端为锥形的蜗轮滚刀(也有叫玉米滚刀的),沿被加工蜗轮位切向进给,滚刀和被加工蜗轮的中心距,予先调整到蜗轮蜗杆的中心距A,加工时保持不变,依滚刀齿高由小到大,逐渐切至全齿架。滚刀圆锥部分刀齿依切入和粗加工用,圆锥部分刀齿位精加工和最后修整用。

  用切向进给法加工蜗轮时,由于需要滚刀在刀架上作轴向移动,故必须用切向刀架。这时刀具和工件之间的相互运动关系,除了分齿运动外,还需要切向进给运动和差动运动。

切向进给运动:指滚刀沿蜗轮切向(即滚刀本身轴线方向)移动,以实现连续进给的目的。Y38滚齿机是由专用切向刀架来完成的,其传动关系是工作台或工作转一转,


内容简介:
毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)题目:球面蜗杆专用数控机床加工及控制系统设计设计(论文)的基本内容:1、查阅弧面蜗杆传动有关资料,研究三种球面蜗杆传动原理和加工特点,了解专用球面蜗杆专用数控机床的传动原理、结构特点和主要技术参数。 2、拟订球面蜗杆专用数控机床的机械结构及控制系统的总体方案设计。 3、完成球面蜗杆专用数控机床的主轴箱和进给系统机械结构设计。4、完成进给系统的数控系统电路设计。毕业设计(论文)专题部分:题目:设计或论文专题的基本内容: 学生接受毕业设计(论文)题目日期第周指导教师签字:王伟2010年7月13日- 2弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计作 者 姓 名:周立颖指 导 教 师:王伟 教授单 位 名 称:沈阳理工大学应用技术学院专 业 名 称:数控技术东 北 大 学2010年10月Arc-worm the numerical control processing of special tools and control system design by Zhou Li YingSupervisor: Professor Wang WeiNortheastern UniversityOctober 2010东北大学毕业设计(论文) 弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计摘 要根据设计任务书的要求,本设计说明书针对球面蜗杆专用数控机床的加工及控制系统进行设计说明。主要内容包括三种球面蜗杆传动原理和加工特点,球面蜗杆专用数控机床的机械结构及控制系统的总体设计方案,进给系统的机械结构设计和数控系统的电路设计。关键字: 球面蜗杆 数控系统 设计Arc-worm the numerical control processing of special tools and control system design Abstract According to the requirement of the design,this design aims at the machining of Arc-worm numerical control machine and the control system. The main contents include the transmission theory and machining characteristic of three kinds of Arc-worm ,the blue print of the engine configuration of Arc-worm numerical control machine and control system, the design of the feed systems transmission theory and the circuit design of numerical control system. Key word: Arc-worm numerical control system design- i东北大学毕业设计(论文) 目 录任务书i中文摘要iiABSTRACT ii第1章 绪论4第2章 球面蜗杆涡轮的特点52.1 蜗杆蜗轮的形成、类型及其结构52.2蜗杆传动的特点及其应用72.3球面蜗杆的加工82.4球面蜗轮的加工9第3章球面蜗杆蜗轮数控专用机床133.1加工球面蜗杆蜗轮传统机床133.11在滚齿机上加工球面蜗杆和蜗轮133.1.2在改装车床上加工球面蜗杆143.2球面蜗杆加工专用机床设计15第4章球面蜗杆数控专用机床总体结构方案设计164.1加工机床运动的基本要求164.2球面蜗杆数控专用机床总体方案174.3专用球面蜗杆数控车床的基本结构18第5章球面蜗杆数控专用机床的主传动系统设计195.1传动结构式和结构网的选择195.1.1主传动的确定,和公比的确定195.1.2确定变速组和传动副数目195.1.3确定传动顺序方案205.1.3确定扩大顺序方案205.1.4结构网图205.2转速图的拟订205.3传动方案的拟订 215.4齿轮传动部分的设计 235.5轴的设计计算 285.5.1轴的设计计算295.5.2轴的设计计算 295.5.3主轴的设计计算 35第6章球面蜗杆数控专用机床的进给系统设计366.1进给系统传动方案拟订366.2纵向进给系统的设计计算366.2.1纵向进给系统的设计366.2.2纵向进给系统的设计计算 376.3横向进给系统的设计计算416.4齿轮传动间隙的消除 48第7章球面蜗杆数控专用机床回转工作台设计49第8章球面蜗杆数控专用机床控制系统的设计518.1控制系统总体方案的拟定5182总控制系统硬件电路设计51821单片机的设计51822系统的扩展54823键盘、显示器接口设计59824步进电机控制电路设计61825光电隔离电路设计63826其他接口电路设计64827部分控制程序65828控制系统的软件设计 69第9章球面蜗杆蜗轮主要参数与润滑油的选用7491蜗杆与蜗轮主要参数及几何计算 749.2 数控机床的润滑油 78结束语80参考文献81致 谢82-79-东北大学毕业设计(论文) 第一章 绪论机床作为工作母机和维修工具,早已成为各个工业领域不可或缺的必要装备。数控机床的产生与发展,更是制造高质量、高效率、高一致性产品的有力保障。随着人类社会的飞速发展与进步,各种新材料、新技术、新工艺、新结构、新配件不断涌现,各个领域不断提出新的要求,这一切都使得机床的结构、性能千变万化。计算机技术的高速发展又使得机床数控系统正在以更短的周期更新。面对如此的形势,机床制造者在不断努力跟踪时代的步伐,机床的使用者、维修者也要努力跟上。为使读者及时了解球面蜗杆专用数控机床及控制系统的技术与知识,加深球面蜗杆专用数控机床及控制系统使用与维修理念上的认识,编辑了此设计说明书,力图对读者有所帮助。 本设计说明书以大量图例来说明球面蜗杆专用数控机床及控制系统设计的思路。设计中得到颜竟成教授的悉心指导,在此向他表示诚挚的感谢。由于编者的水平和经验有限,加之设计时间较短、资料收集较困难,说明书中难免有缺点和错误,在此恳请读者谅解,并衷心希望广大读者提出批评意见,使本设计说明书能有所改进。编者 年 月第2章 弧面蜗杆蜗轮的特点2.1蜗杆蜗轮的形成、类型及其结构1、蜗轮蜗杆的形成 蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕一周以上,这样的小齿轮外形像一根螺杆,称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为了改善啮合状况,将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形,使之将蜗杆部分地包住,并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮,这样齿廓间为线接触,可传递较大的动力。 蜗杆蜗轮传动的特征: 其一,它是一种特殊的交错轴斜齿轮传动,交错角为90,z1很少,一般z114; 其二,它具有螺旋传动的某些特点,蜗杆相当于螺杆,蜗轮相当于螺母,蜗轮部分地包容蜗杆。 2、蜗杆传动的类型 杆形状的不同可分: 圆柱蜗杆传动-普通圆柱蜗杆(阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆、锥面包络蜗杆)和圆弧蜗杆。 普通圆柱蜗杆圆弧蜗杆 环面蜗杆传动 环面蜗杆 锥蜗杆传动 锥蜗杆动3、蜗轮蜗杆结构 蜗杆结构: 蜗杆通常与轴为一体,采用车制或铣制,结构分别见下图 蜗轮结构: 蜗轮常采用组合结构,由齿冠和齿芯组成。联结方式有:铸造联结、过盈配合联结和螺栓联接,结构分别见下图。蜗轮只有在低速轻载时采用整体式。 2.2 蜗杆传动的特点及其应用1、蜗杆传动的特点 在动力传动中,一般传动比i5-80;在分度机构或手动机构的传动中,传动比可达300;若只传递运动,传动比可达1000。由于传动比大,零件数目又少,因而结构十分紧凑。 在蜗杆传动中,由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿,它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的,同时啮合的齿对又较多,故冲击载荷小,传动平稳,噪声低。 当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时,蜗杆传动便具有自锁性。这时,只能以蜗杆为主动件带动蜗轮传动,而不能由蜗轮带动蜗杆运动。 蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似,在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大,工作条件不够良好时,会产生较严重的摩擦与磨损,从而引起过分发热,使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大,效率低;当传动具有自锁性时,效率仅为04左右。为保证有一定使用寿命,蜗轮常须采用价格较昂贵的减磨材料,因而成本高。 蜗杆轴向力较大,致使轴承摩擦损失较大。 2、蜗杆传动的应用 由于蜗杆蜗轮传动具有以上特点,故常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。当要求传递较大功率时,为提高传动效率,常取z124。此外,由于当1较小时传动具有自锁性,故常用在卷扬机等起重机械中,起安全保护作用。它还广泛应用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或设备中;利用蜗杆传动传动比大省力的特点,以及它的自锁性能,在起重机械中广泛应用。蜗杆传动由蜗杆相对于蜗轮的位置不同分为上置蜗杆和下置蜗杆传动。 2.3弧面蜗杆的加工 这种蜗杆按其蜗旋面的形成特征可分为阿基米德螺线蜗杆、法向直廓蜗杆和渐开线蜗杆,通常都采用前面两种。 蜗杆的技术要求与轴类零件相同,只是增加了蜗杆螺牙的制造程度和光洁度。 在车床上用车刀加工蜗杆是最普通的方法。车蜗杆和车梯形螺纹的方法相类似,所用的车刀刃是直线型的,刀尖角等于2=40。一般在蜗杆时将车刀刀刃放于水平位置,并且与蜗杆轴线在同一水平面内,这样加工出来的蜗杆在垂直于轴心线的截面内齿形是阿基米德螺线,所以叫阿基米德蜗杆,它的轴向截面齿形是直线的,法向截面齿形不是直线的。当螺旋线升角较大时,如果仍把车刀刀刃放置在水平位置上,车刃的两个刀刃的前后角就很不理想,总会有一个刀刃是没前角,为了使车刀获得合理的前角和后角,常用的把车刀分别加工蜗杆的两个侧面,或者将车刀刀刃放在蜗杆齿面的法向位置来加工蜗杆,这样加工出来的蜗杆,轴向截面齿形不是直线的,而法向截面齿形才是直线的。所以叫法向直廓蜗杆,也有叫延长渐升线蜗杆的,正因为如此,小螺旋线升角(小于5)常用阿基米德蜗杆,大螺旋线升角常用法向直廓蜗杆,也是由加工方法而决定的。 当批量较大时,可以在专用铣床或车床改装成专用铣床上,采用长状铣刀和指状铣刀来精铣蜗杆,然后再用车刀来进行精加工,可提高生产率。 如果蜗杆精度要求不太高,通常用车削就可完成加工。但对于高精度的分度蜗杆,或较高精度的高转速传动蜗杆,由于需经淬火处理,故车削只能作为淬火前的加工,而需采用启削作为终加工,用来启削蜗杆的机床,可以用车床改装,也可以用铲启车床,还有专门设计的蜗杆启床(例如S7712蜗杆启床)和精密螺母启床(如S7520W万能螺丝启床)。2.4弧面蜗轮的加工 普通蜗轮的技术要求与圆柱齿轮基本相同,主要包括三个方面:(1)齿形的加工精度和齿侧;(2)蜗轮胚基准孔,喉结部分的尺寸精度和几何形状精度,基准孔与喉结轴心线的不同轴度,基准端面对基准孔轴心线的不垂直度,如果是嵌入轮圈式蜗轮,还必须对组装的配合表面提出一定的精度要求;(3)装面光洁度。 与圆柱齿轮加工相似,蜗轮加工也是经过蜗轮胚加工和齿形加工两个阶段。齿胚加工与圆柱齿轮齿胚加工基本上相同,但胚加喉结部分的加工,如果是嵌入轮圈式的,首先将轮壳和轮圈分别进行加工,然后组装在一起时进行轮胚的精加工,在进行精加工时,应将喉结,基准孔和基准端面在一次安装下加工出来,或首先加工好基准孔,用心轴定位安装来加工喉结和基准端面,以保证喉结、基准孔的不同轴度,以及基准端面和轴心线的不垂直度。 螺轮齿形的加工是蜗轮整个加工过程中的关键工序,也是加工中的主要矛盾。齿形加工方法有滚齿、飞刀切齿、剃齿等。冶金矿山机械和重型机械厂主要采用滚齿和飞刀切齿。 1.用蜗轮滚刀加工蜗轮 在滚齿机上用蜗轮滚刀加工蜗轮齿形是加工蜗轮的一种基本方法,滚动蜗轮与滚切圆柱齿轮有许多共同点,但椰油很多不同点,这些特点是:齿轮滚刀的基本蜗杆没有严格的规定,可以采用阿基米德型,法向直廓型或渐升线型,按工作条件由自己选择,基本蜗杆的直径也可由自己决定。但蜗轮滚刀的基本蜗杆相当于一般加工蜗轮相啮合的蜗杆,不但蜗杆的类型应相同,而且主要尺寸(如轴向模数,分度圆直径,头数,螺旋方向,螺旋升角等)均须一致,只是外径比工作蜗杆稍大一些,以便使加工后的螺轮与蜗杆啮合时有齿顶间隙。坛大量通常为径向间隙的两倍,即20.2m =0.4m (m 为轴向模数)。蜗轮滚刀水平安装,不需要象加工圆柱齿轮那样刀架要搬角度,同时蜗轮滚刀轴心线应和蜗轮蜗杆传动啮合状态一样,应在蜗轮中心平面内。工件的分齿运动应符合蜗杆蜗轮传动速比的关系,即蜗轮滚刀一转,被加工蜗轮应转一个齿(单头滚刀)或几个齿(多头滚刀)。滚齿机分齿蜗轮的计算与加工圆柱齿轮的计算或相同。例如Y38滚齿机: 当Z161时,i分齿=a/b*c/d=24k/z 当Z161时, i分齿=a/b*c/d=48k/z但滚切蜗轮时,不能忽视蜗轮滚刀的头由文K。进给方向,加工圆柱齿轮时,滚刀相对被切齿轮由上向下或由下向上作垂直进给运动。但加工蜗轮时,蜗轮滚刀要保持在蜗轮中心平面内,因此蜗轮滚刀相对工件只能作径向进给或切向进给。a)径向进给法:这时蜗轮滚刀向被加工蜗轮作径向进刀,逐渐切至全齿深为止。这种方法在生产中应用较广,因为生产率高,而且不需要切向刀架(许多滚齿机往往没有这种附件)。 径向进给运动是滚切过程中被加工蜗轮转一转,滚刀在水平面没被切蜗轮半径方向移动S径毫米,运动是通过径向丝杆来实现的。Y38滚齿机径向供给传动关系。工作台蜗轮付Z96/K蜗杆蜗轮K1/Z30进给挂轮i进给接通离合器M1齿轮Z45/Z36锥齿轮Z17/Z17锥齿轮Z17/Z17蜗杆蜗轮K4/Z20接通M2螺旋齿轮X10/Z20脱落蜗杆K4/Z20蜗杆蜗轮K4/Z16锥齿轮Z20/Z25径向进给丝杆(t=10毫米)刀架立柱水平移动。 列成计算式:S径=(工作台转一转)*(96/1)*(1/30)*i进给*(45/36)*(17/17)*(17/17)*(4/20)*(10/20)*(4/20)*(4/16)*(20/25)*10 经简化和整理得到径向进给挂轮调整公式: i进给(径)=(a1/b1)*(c1/d1)=25/4*S径b)切向进给法:此时用一端为锥形的蜗轮滚刀(也有叫玉米滚刀的),沿被加工蜗轮位切向进给,滚刀和被加工蜗轮的中心距,予先调整到蜗轮蜗杆的中心距A,加工时保持不变,依滚刀齿高由小到大,逐渐切至全齿架。滚刀圆锥部分刀齿依切入和粗加工用,圆锥部分刀齿位精加工和最后修整用。用切向进给法加工蜗轮时,由于需要滚刀在刀架上作轴向移动,故必须用切向刀架。这时刀具和工件之间的相互运动关系,除了分齿运动外,还需要切向进给运动和差动运动。切向进给运动:指滚刀沿蜗轮切向(即滚刀本身轴线方向)移动,以实现连续进给的目的。Y38滚齿机是由专用切向刀架来完成的,其传动关系是工作台或工作转一转,滚刀沿切向移动S切毫米。工作台蜗轮蜗杆Z96/K1蜗杆蜗轮K1/Z30进给挂轮i进给接通离合器M1齿轮Z45/Z36锥齿轮Z17/Z17锥齿轮Z17/Z17(进入切向刀架)锥齿轮Z17/Z17齿轮Z35/Z35蜗杆蜗轮K1/Z50切向进给丝杆(t=5毫米)切向进给。列成计算式:S切=(工作台转一转)*(96/1)*(1/30)*(a1/b1*c1/d1)*(45/36)*(17/17)*(17/17)*(17/17)*(35/35)*(1/50)*5 经简化和整理得到切向进给挂轮调整公式: i进给(切)=(a1/b1)*(c1/d1)=5/2*S切 差动运动:切向进给法加工蜗轮时,由于滚刀多了一个切向进给运动。这时被加工蜗轮(工作台)必须随着刀具移动方向,相应地转过一定角度,称它为附加运动,因此需要挂差动挂轮。差动挂轮速比的计算,根据滚刀切向(轴向)移动一个轴向齿距ms 时,被加工蜗轮的附加转动应为1/Z转的关系,由刀具与工件的转动关系列出。 切向进给丝杆(t=5毫米)蜗杆蜗轮Z50/K1齿轮Z35/Z35锥齿轮Z17/Z17锥齿轮Z17/Z17锥齿轮Z17/Z17齿轮Z36/Z45插动挂轮i差挂蜗杆蜗轮K1/Z30差动机构i差动2分齿挂轮i分齿蜗杆蜗轮K1/Z96工作台。 列成计算式:ms/5*(50/1)*(35/35)*(17/17)*(17/17)*(17/17)*(36/45)*i差挂*(1/30)* i差动2*i分齿*(1/96)=1/Z 其中:i差动2=2,i分齿=24K/Z(当Z161时),代入并化简,得到切向进给时,差动挂轮调整公式: i差挂=a2/b2*(c2/d2)=15/(2msK)=0.38733/msK式中:ms被加工蜗轮轴向模由文; K蜗轮滚刀头数。 必须指出,用切向进给法加工蜗轮挂差动挂轮,与加工斜齿轮时挂差动挂轮的目的不同,斜齿轮主要为了保证螺旋角,而切向进给法是刀具多了一个切向移动,故工件(工作台)必须相应地附加转动以补偿刀具切向的移动。 切向进给法的加工精度和光洁度,要比径向进给法高,因为切向进给的滚刀是由不同的刀齿进行粗加工和精加工的。但切向进给时滚齿机必须富有单独的切向刀架,而一般中小型滚齿机除专门订货外是不带切向刀架的。因此径向进给法比切向进给法应用要广泛得多。 由以上看出,在滚齿机上用蜗轮滚刀加工蜗轮,只要滚刀和滚齿机的精密度较高,就可以加工出程度较高的蜗轮来。但这种无法需要有专门的蜗轮滚刀。在冶金厂或矿山机修车间里,也有用一般齿轮滚刀来加工蜗轮的,因为滚刀也是一个蜗杆,当加工时若齿轮滚刀的螺旋升角不等于被加工蜗轮的螺旋升角时,可用转动刀架的办法来解决。这种方法当滚刀与蜗杆的直径和螺旋升角相差较大时,加工误差越大。因此,采用这种方法加工,在设计蜗杆时应尽量按齿轮滚刀的形状来设计。 2.用飞刀加工蜗轮 用蜗轮滚刀加工蜗轮比较精确,而且生产率也高,但需要专门蜗轮滚刀。当单件小批生产,特别是一个或几个大型蜗轮时,专做蜗轮滚刀就不合算,而且时间要拖久。因此,许多冶金矿山机械厂和重型机械厂经常采用飞刀里加工蜗轮。 在滚齿原理和蜗杆蜗轮啮合原理中知道,滚刀或蜗杆在中心平面剖面内相当于一个齿条,旋齿加工就象齿条与齿轮相啮合的情况一样。如果只用蜗轮滚刀沙锅内一个刀齿来切削,使这个刀齿一方面旋转,同时又作相应的轴向移动,这样刀齿走的路线和滚刀刀齿的螺旋线一样,因此象滚刀一样能铣出正确的齿形来,这就是飞刀加工的原理。 飞刀刀头的齿形和蜗轮滚刀上一个刀齿一样,也和蜗杆轴向剖面内的齿形相同,仅齿顶高大0.2ms,飞刀刀头的尺寸根据被加蜗轮的模数=2,压力角=20的蜗轮飞刀刀头尺寸。飞刀在刀杆上的安装,其中: R=d顶1/2+0.2ms , L=Rd刀杆/2,(d顶1蜗杆外径,d刀杆 飞刀刀杆直径 ) 飞刀刀杆材料选用W18Cr4V高速钢,淬大后切削部分硬度达HRC6064,齿形部分要进行研究,并用梯板透光检查。 飞刀刀杆的结果主要应满足刀头浆固,不致在加工中松动,是一种加工中小模数的飞刀刀杆,飞刀装在刀杆1的圆孔中,由螺母面通过压紧套筒工来压紧,这种结构简单调节方便。另外,在加工大模数蜗轮时,可采用刀杆结构,它用斜面或圆弧面来卡紧,使飞、刀不会转动或滑动,所以能承受较大的切削力。 用飞刀加工蜗轮时,飞刀装在专用的飞刀刀杆上,由刀杆带动飞刀一面旋转,一面切向(轴向)进给,这就要求在滚齿机上装上切向刀架,挂上切向进给挂轮,就能使飞刀在铣齿过程中连续的作轴向移动。由于飞刀作轴向移动,故被加工蜗轮除了有分齿运动外,还应有和上述切向进给法相同的附加转动,即应挂差挂轮。升车加工之前,应将刀杆中心的距离按图纸调整到蜗杆螺啮合时的中心距离,分几次将蜗轮切成,由于飞刀只有一个刀齿,一转内在蜗轮上的切痕比液刀一转的切痕少得多,为了保证齿面有一定的光洁度,切向进给很小,因此因产率很低,所以只是没有蜗轮滚刀并且单件小批生产才采用飞刀加工。 3.蜗轮的剃齿和珩齿 为了提高蜗轮付的接触精度,有些工厂在蜗轮粗精滚之后,采用剃齿作为最终齿形加工工序。剃齿刀的形状和主要尺寸与工作蜗杆相同,只是在这蜗杆螺旋工作台上开出很多小槽,以形成切削刃。剃齿刃的外径比工作蜗杆外径较大一点(约0.2ms),以保证蜗轮全部有效齿面都能加工。 剃齿方法有自由剃和强通剃两种,自由剃在剃削时蜗轮与机床传动能脱开,只是依靠顶尖和转台,由剃刀在切削过程中自由带动,只辅加以一定的阻尾力来提高切削效率,因此机床分变机构精度没有影响,被加工蜗轮的相邻周节误差主要取决于剃齿刀的齿距精度和机床装刀轴的径向和轴向窜动。强迫剃在剃齿时蜗轮仍与机床传动链相联系,故相邻周期误差仍与机床有关。 有些工厂在蜗轮经粗滚精滚后,采用珩面方法来作为精密蜗轮的最终工序。珩面是用珩面蜗杆装在滚齿机的滚刀上,以自由或强迫的运动来带动蜗轮进行切削。珩面杆是由面料、粘结剂(如环氧树脂等)浇注成形并经修面而制成,其参数除外径略小,齿厚称法外,其余与工作蜗杆在同样条件刃面出。 一般珩面蜗杆的线速度比剃齿高一些,珩面时应采用足够的冷却。珩齿对提高蜗轮齿面光洁度十分显著,一般可达 8。 剃齿和珩齿目前工厂里均有采用,剃齿的优点能提高接触粘度,生产率较高,但剃齿制造困难,且剃刀使用寿命有限,因此有些工厂多采用珩齿法加工,因珩齿蜗杆制造简单,成本低,周期小,其主要缺点是生产率低。第3章 弧面蜗杆数控专用机床3.1 加工弧面蜗杆蜗轮传统机床3.1.1在滚齿机上加工圆弧面蜗杆和蜗轮 根据目前我国的情况,采用专用机床还很少,大多数工厂采用滚齿机来加工圆弧面蜗杆和蜗轮,滚齿机已具有上述加工圆弧面蜗杆蜗轮的各项基本运动,原则上只要将弧面蜗杆毛胚安装到滚齿机刀架上,刀盘装到工作台上就能加工蜗杆。至于圆弧面蜗轮的加工与普通蜗轮在滚齿机上加工完全相同,仅仅刀具是圆弧面蜗轮滚刀。然而滚齿机不是打算用来加工弧面蜗杆的,所以必须对滚齿机进行适当的改装,或者由机床厂生产专门加工圆弧面蜗杆的变型滚齿机。改装滚齿机主要是: 1.毛胚的安装,在滚齿机沙锅内加工圆弧面蜗杆,最简单的办法是将蜗杆毛胚一端作出工艺锥,直接将蜗杆毛胚安装到刀架主轴上,而另一端用支承架支承。但是,圆弧面蜗杆的直径和角度通常较大,原滚齿机的刀架大部分不能装夹,因此,许多工厂设计制造一种结构简单,刚性好的专用刀架,专供切制圆弧面蜗杆和蜗轮之用,也有些工厂将原切向刀架改装为加工圆弧面蜗杆的。 2.主轴转速的降低,用切刀加工圆弧面蜗杠螺牙时需要低的转速,如果用指状铣刀杆螺牙需要更低的转速,而滚齿机主轴的最低转速还是偏高,例如Y320滚齿机最低转速为0.6转/分,因此,必须设法降低主轴转速。通常是设计另外一套减速系统来代替原来机床主电动机,某重型机械厂设计制造的减速减置用在5330(1.5米)滚齿机上,为了提高生产率,应将空程转速加快,在减速装置中配置一超越离合器,空程时快速运动直接由原机床电动机通过超越离合器来带动。 另一种减速装置,当电磁离合器1吸合时,运动由电动机经蚂杠蚂轨付传到轴上,再由皮带轮传到机床主运动中去,这时获得低转速,用来切削圆弧面蜗杠。若电磁离合器2吸合时,运动由电动机经转轴、锥齿轮、轴到,再由皮带轮传进机床主运动,用于空程和精车弧面。 3.周围进给机构,在滚齿机上加工圆弧面蜗杆,当粗切达到中心距后,精切时必须采用圆周进刀。一种办法是将分齿挂轮的一个齿轮拔出后错动1个或几个牙齿再装进去,另一个办法是转动差动机构。前者需要仃止机床,操做麻烦,后者差动机构离工件很远,可以从差动挂轮架齿轮通过一长轴引到工作台附近,并在轴上装上分度盘,这样就能在工作台附近操作差动机构,方便而准确地进行圆周进刀。3.1.2在改装车床上加工圆弧面蜗杆 有些中小型冶金矿山机械厂,采用改装普通车床来加工圆弧面蜗杆获得较好的效果。有些矿山机械厂将C630车床改装为圆弧面蜗杆加工机床。 将原有小拖板卸掉,换上一特制拖板,此拖板上装上回转工作台,在大拖板后安装上差动箱,分齿挂轮架固定在床身上,工件安装在卡盘和后顶尖之间,由车床主轴带动旋转,由于C630车床最低转速为14转/分,需降低到3.5转/分,故在主电动机和主轴箱之间加一减速机(i=4)。刀盘装在回转工作台上,分齿运动由主轴上Z140齿轮,经分齿挂轮架上升轮E43齿轮,轴、差动机构、锥齿轮、花毡轴、蜗杆蜗轮付传动。主轴和工作台的旋转运动应符合工作蜗杆蜗轮付的传动比,如果采取对称修型,则传动比应符合修型后传动比,比处修型后传动比为i=43,故传动链计算式为: i分齿=(工件转一转)*Z140/Z43*i差动*(Z25/Z25)*K1/Z70 式中:i差动=1/2 故 i分齿=i=43 如果被加工圆弧面蜗杆蜗轮付的传动比改变了,只需要换分齿挂轮架上齿轮就能满足要求。回转工作台的径向进给可用原车床横向进给机构来实现。但必须进一步降低进给量。可以更换从主轴到进给箱之间挂轮来获得。工作台的周围进给靠手柄经差动机构来达到。 在普通车床上加工圆弧面蜗杆具有操作方便,改装容易等优点。缺点是目前没有高精度回转工作台,有些工厂采用铣床回转工作台附件,其精度较差,另一个是安装工作台的大拖板刚性较差,床身导轨的宽度也不够。但对于中小型工厂,采用普通车床加工中小型圆弧面蜗杆容易实现,解决上述缺点的办法是制造高精度回转工作台,并在车床前面加辅助导轨,换一个刚性好的大拖板。3.2 弧面蜗杆加工专用机床设计 普通机床改装成加工弧面蜗杆专用机床的优点是容易实现,但制造精度较高,所以新设计加工弧面蜗杆专用机床时,几乎都采用数控技术,用伺服电机来控制各种进给运动。图4是将普通车床进行数控改造成弧面蜗杆加工专用机床的传动结构示意图,更换原车床上纵向,横向丝杆为滚珠丝杆,分别用1#、2#步进电动机控制;将回转工作台2固定在拆除刀架后的中拖板1上,由3#步进电动机控制,使回转工作台做旋转运动2;回转工作台上新增加纵向丝杆4,横向丝杆8和横向托架9,由4#、5#步进电动机控制其运动,并将动力磨削头11固定在此托架上。工作装夹在分度头13和尾座顶尖10之间,6#步进电动机控制并带动工件作旋转运动。 这台数控专用机床由两套单片微机系统串联控制,主单片微机控制3#,4#,5#步进电机;子单片微机控制1#,2#,6#步进电机。子微机由主微机通过发讯控制启动运行。微机装置具有直线,斜线,圆弧插补加工功能,直线插补由单台步进电机控制,斜线和圆弧插补由两台步进电机联动控制运动。当控制回转工作台旋转和分度头转动的3#,6#步进电机联动运行时,安装在回转工作台上的动头磨头带动砂轮12或盘形铣刀切削工件,能复合插补出弧面蜗杆所需的轨迹曲线,从而完成弧面蜗杆的切削加工。在加工弧面蜗杆螺旋齿面时,应用斜线指令,用回转工作台和分度头的两旋转长度来代替斜线指令中的两直线长度,完成弧面蜗杆加工所需的展成运动。加工中进刀退刀或变换弧面半径的运动,则由4#、5#步进电机来控制。普通圆拄蜗杆也可以在此专用机床上加工,只需要换回转工作台的旋转位移为机床纵向丝杆的直向位移,由1#步进电机控制运行,采用斜线插补指令来实现。 这套机床单片微机系统具有三坐标控制,并可实现任意两坐标联动进给的功能。利用收发讯指令,可启动子微机运行,实现两套单片微机的串联并行控制,由此可达到六坐标中任意四坐标的联动运动。四坐标的联动,完全可以满足弧面蜗杆加工专用机床的加工运动要求,也可以满足加工普通圆柱蜗杆的要求。第4章 弧面蜗杆数控专用机床总体结构方案设计4.1 加工机床运动的基本要求根据圆弧面蜗杆蜗轮的加工原理,对机床的运动要求如图所示,由于加工蜗轮的刀具与蜗杆相似,所以加工蜗杆的机床也能加工蜗轮,加工圆弧面蜗杆专用机床,必须具有以下基本运动:(1)切削运动(主运动)1:即被加工蜗杆的旋转运动。(2)分齿运动2:随着蜗杆以1旋转,刀盘也要以2的速度相应旋转,并要求1和2之间有准确的传动关系,即U分齿=1/2=Z2/Z1,被加工蜗杆和刀盘的旋转方向应符合蜗杆蜗轮副的啮合关系。1和2也可统一称齿廓形成运动(展成运动)。这两个运动是切削弧面蜗杆齿面或滚动蜗轮齿面的最基本运动,由速度挂轮和分齿挂轮来调整。(3)径向进给运动S1和圆周进给运动3。(4)调整运动S2和S3:此两个运动是用来调整蜗杆的轴向位置和刀盘的上下位置。4.2 弧面蜗杆数控专用机床总体方案设计任务是将CK6163型数控卧式车床改造成经济型弧面蜗杆数控专用机床。根据圆弧面蜗杆蜗轮的加工原理,初步选择弧面蜗杆数控加工专用机床参数如下:1、车床纵向运动由X1向(1#)步进电动机联接控制130BF001型步进电动机:配套丝杆螺距:8mm 脉冲当量:0.01mm2、车床横向运动由Z1向(2#)步进电动机联接控制110BF001型步进电动机:配套丝杆螺距:6mm 脉冲当量:0.005mm3、圆盘工作台由Y1向(3#)步进电动机联接控制130BF001型步进电动机:配套丝杆螺距:6mm 脉冲当量:0.005mm4、圆盘工作台上纵向运动由X2向(4#)步进电动机联接控制110BF001型步进电动机:配套丝杆螺距:6mm 脉冲当量:0.01mm5、圆盘工作台上横向运动由Z2向(5#)步进电动机联接控制110BF001型步进电动机:配套丝杆螺距:6mm 脉冲当量:0.005mmCK6163数控车床改造为弧面蜗杆专用加工机床后,要求能完成一般车削及加工任意锥面、球面、螺纹等,并具有回转工作台及其它辅助功能。根据设计任务,选用JWK-5/2经济型机床微机控制系统。该系统采用MCS-51系列单片机,ISO国际标准数控代码编程,功能较完备,驱动性能好。纵向和横向均采用步进电动机降速齿轮滚珠丝杠螺母副溜板的传动方式。4.3 专用弧面蜗杆数控车床的基本结构1、床身 床身是用HT300浇铸而成的。它由牢固的横向十字筋组成,振动低。2个90V形平导轨是经过高频淬火和精密磨削加工而成的,拖板和尾架各使用一个90V形平导轨。纵向走刀(Z向)采用滚珠丝杆传动,丝杆安装在床身前面,主电机安装在床身后面。2、主轴箱 主轴箱是用HT250浇铸而成的,它由4颗螺钉固定在床身上。在床头箱里,主轴安装在2个圆锥滚子轴承(7210、7212)上。主轴有一个38的通孔,主轴端内孔锥度为莫氏5号。3、拖板 大拖板是用HT200浇铸而成的,其滑动导轨面经过精密磨削,它与床身上的90V形平导轨之间无间隙,下面的滑动部分能够简单而又方便的调整。中拖板是安装在大拖板上的,通过滚珠丝杆传动可带动中拖板在大拖板上滑动,可通过镶条来调整中拖板与大拖板燕尾导轨的间隙。4、尾架及其调整 尾架通过锁紧受柄拉紧锁紧块,固定在床身上,尾架有一个带3号莫氏锥孔的套筒。尾架套筒在任何位置都能用锁紧手柄将其锁紧。5、工作台 弧面蜗杆数控专用加工机床的回转工作转台由滑座、十字滑台、工作台等零件组成。工作台X轴向移动,由已预紧且通过座、紧固在工作台上的滚珠螺母和两端分别用右托架、电机座固定在十字滑台上的丝杆的转动来实现。丝杆是由电机通过同步齿形带及两带轮来驱动的。工作台Y向移动由已预紧且通过底座、紧固在十字滑台上的滚珠螺母和用电机座固定在滑座上的丝杆转动来实现的。丝杆是由电动机通过同步齿形带及带轮来驱动的。工作台面有六条T形槽,用来对工件进行安装、定位,中间的T形槽是定位T形槽。第5章 弧面蜗杆数控专用机床的主传动系统设计5.1 传动结构式和结构网的选择5.1.1主传动的确定,和公比的确定:根据ZJK-7532的使用说明书,初步定主轴转速范围为321000rmin, 则=1.36由设计手册取标准值得:=1.26。令,则则取。5.1.2确定变速组和传动副数目:大多数机床广泛应用滑移齿轮的变速方式,为了满足结构设计和操纵方便的要求,通常采用双联或三联滑移齿轮,因此主轴转速为12级的变速系统,总共需要两个变速组。5.1.3确定传动顺序方案: 按着传动顺序,各变速组排列方案有: 12322 12232 12223从电机到主轴,一般为降速传动。接近电机处的零件,转速较高,从而转矩较小,尺寸也就较小。如使传动副较多的传动组放在接近电机处,则可使小尺寸的零件多些,而大尺寸的零件可以少些,这样就节省省材料,经济上就占优势,且这也符合“前多后少”的原则。从这个角度考虑,以取18=332的方案为好,本次设计即采用此方案。5.1.4 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12结构式方案。检查最后扩大组的变速范围: r=10 故合符要求。5.2 转速图的拟订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。 1. 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。在钻铣床的设计中,总降速比为u=125/1440=0.087。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12种转速同时提高或降低,以便满足不同用户的要求。2. 分配降速比前面已确定,12322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12级转速:1251600r/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11格,即代表总降速传动比为。 3. 定出各变速组的最小传动比绘制转速图 根据降速前慢后快的原则,在轴间变速组取,在轴间变速组取,在轴间变速组取,则:5.3 传动方案的拟订根据以上分析及计算,拟定主轴箱、变速箱传动结构图如下:图4-3中,第轴至第轴,其结构式为: 4=22.21图4-2中,第轴至第轴,机床主轴箱传动系统采用分离传动,其主要特点是:(1) 在满足传动副极限传动比的条件下,可以得到较大的变速范围。(2) 高速由短支传动,有助于减少高速时机床的空运转功率损失。而且高速分支的尺寸可相对小些。(3) 变速级数不像常规变速系统那样受2,3因子的限制,如与部分转速重合的方法配合,几乎可以得到任意的变速级数,大大增加了可供选择方案的数目。5.4 齿轮传动部分的设计选择以机床变速箱中第轴和第轴间,两啮合直齿圆柱齿轮Z1和Z2,对其进行齿轮传动部分的设计和验算。根据总体结构方案,主电机功率13KW,转速1450r/min,要求输出轴转速1000 r/min,齿轮齿数比U=1.25。具体计算如下:(1)大、小齿轮的材料均为45钢,经调质与表面淬火处理,硬度为4050HRC(2)选小齿轮齿数Z1=28,大齿轮齿数Z2=U3Z1=1.25328=35,齿数比U=1.25(3)按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算,即d1t 1选取载荷系数 Kt=1.2 2计算大齿轮传递的转矩 T2 =95.5310P1/n1=95.53103 13/1450 N.mm =8.562310 N.mm 3选取齿宽系数d =1 4查得材料的弹性影响系数ZE =189.8MPa 5按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1 =Hlim2 =550 MPa 6计算应力循环次数N2 =60n1jLh=6031450313(2383365315)=7.6212310N1 =7.621231031.25=9.5265310 7查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.86;KHN2=0.88 8计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数S=1,得 = =9 试算小齿轮分度圆直径d1t,带入中较小的值d1t =69.429mm10计算圆周速度n11计算齿宽bb=d3d1t=1369.429 mm=69.429 mm12计算齿宽与齿高之比b/h模数 mt=d1t/Z1=69.429/28 mm=2.480 mm齿高 h=2.253mt=2.2532.480 mm=5.58 mm b/h=69.429/5.58=12.4413计算载荷系数根据n=3.64m/s,7级精度,查得动载荷系数Kv=1.14;直齿轮,假设KAFt/b 100 N/mm。查表得KH=KF=1.2;查表得使用系数KA=1;查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时,KH=1.14+0.18(1+0.6d)d+0.23310b将数据带入后,得KH=1.14+0.18(1+0.631)31+0.23310369.429=1.444;由b/h=10.66,KH=1.444查图机械设计10-13得KF=1.32;故载荷系数 K=KAKvKHKH=131.1431.231.444=1.97514按实际的载荷系数效正所得的分度圆直径,由式 69.4293mm 15计算模数m m=d1/Z1=79.81/28 mm=2.85 mm(4)按齿根弯曲强度设计1查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限均为FE1=710MPa;2查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.805,KFN2=0.82;3计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由式 4计算载荷系数KK=KAKvKFKF=131.1431.231.32=1.8065查取齿形系数查得YFa1=2.61; YFa2=2.52。6查取应力校正系数查得YSa1=1.58;YSa2=1.625。7计算大、小齿轮的并加以比较小齿轮的数值大。8设计计算 mm=1.53 mm对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得的模数1.53并就近圆整为标准值m=3 mm,按接触强度算得的分度圆直径d1=79.81 mm,算出小齿轮的齿数,取Z1=32 mm大齿轮齿数 Z2=U3Z1=1.25332=40,取Z2=40。(5)几何尺寸计算 1计算分度圆直径d1= Z13m=3233 mm=96 mm ;d2= Z23m=4033 mm=120 mm 2计算中心距 a=(d1+d2)/2=108 mm 3计算齿轮宽度b=d3d1=1396 mm=96 mm因为变速箱中,小齿轮1固定安装在第轴上;大齿轮2安装在第轴上,且为双联滑移齿轮,两齿轮副传动比取值为1.25,变速箱做减速传动。考虑整个变速系统的总体结构及其安装,取B2=108 mm,B1=42 mm。4验算100 N/mm,合适。5结构设计及绘制齿轮零件图如下:机床主轴箱中,第轴和轴间为一对斜齿轮,两齿轮的材料选用40Cr,经过调质与表面淬火处理,硬度为4855HRC,许用接触强度疲劳应力,精度等级取7级。经校核,齿轮齿面接触强度和齿根弯曲疲劳强度均满足要求。此处,计算和验算过程略。两斜齿轮参数选择具体如下:1齿轮齿数Z1=30 ; Z2=u3Z1=2330=602中心距,将中心距圆整为210mm3按圆整后的中心距修正螺旋角:4大、小齿轮的分度圆直径5齿轮宽度圆整后取B2=100 mm,B1=110 mm。6齿轮结构如图所示 弧面蜗杆加工专用数控机床是对CK6163型数控车床的改造,弧面蜗杆数控加工机床主轴箱齿轮传动系统的总体结构布置和参数的选择均参考原CK6163型数控车床。主轴箱中,各轴间齿轮的齿数和模数与原CK6163型数控车床主轴箱内部齿轮的齿数和模数相同。变速箱和主轴箱内部齿轮结构简图如下所示:5.5 轴的设计计算5.5.1 轴的设计计算 1轴的材料选用45钢,并经调质处理。2轴的结构设计 轴的结构是参考了CK6163的轴,如图所示:3 由于轴的实质结构没有变化,而且各部分直径也大于等于原轴的最小直径,故轴的强度是可以满足工作要求的,具体的校核计算就略去了。5.5.2 轴的设计计算 1轴的材料选用45号钢,并经过调质处理。2估算周的最小直径 查表得常数, 3 轴的结构设计(见图如下所示)4 轴的刚度验算 轴的变形条件和允许值轴上装齿轮和轴承处的挠度和倾角(y和)应小于弯曲刚度的许用值Y和,即 yY,。表4-1 轴的弯曲变形的允许值轴的类型Y(mm)变形部位(rad)一般传动轴(0.00030.0005)L装向心轴承处0.0025刚度要求较高(0.0002)L装齿轮处0.001安装齿轮轴(0.010.03)m装单列圆锥滚子轴承0.0006安装蜗轮轴(0.020.05)m装滑动轴承处0.001装单列圆柱滚子轴承处0.001L:轴的跨度 ; m:模数 轴的变形计算公式: 计算轴本身弯曲的挠度y及倾角时,一般常将一轴简化为集中载荷下的简支架,按材料力学的有关公式计算,当轴的直径相差不大且计算精度要求不高时,可把轴看做等直径,采用平均直径d1计算,计算轴时选择用平均直径(d1)或当量直径(d2)。圆轴: 平均直径 惯性矩矩形花键轴:平均直径 当量直径 惯性矩 轴的力分解和变形合式 对于复杂受力的变形,先将受力分解为三个垂直面上的分力,应用弯曲变形的公式求出所求截面的两个垂直平面的y和,然后进行叠加,在同一平面内进行代数叠加,在两个垂直面内则按几何合成,求出该截面的总载度和总倾角。 危险工作截面的判断: 验算刚度时应选择最危险的工作条件进行,一般是轴的计算转速最低,传动齿轮直径最小且位于周的中央,这时轴的受力将使总的变形剧烈。如果对两三种工作工作条件难以判断哪一种最危险,就分别进行计算,找到最大弯曲变形值y和。 提高轴的刚度的一些措施加大轴的直径,适当减小周的跨度或者增加第三支撑,重新安排齿轮在轴上的位置;改变轴的布置方位等。 轴的校核计算轴的受力简图:轴的传动路线有两条,一条是、由齿轮9传动至轴上,再又齿轮12至齿轮13带动主轴运转;另一条是由齿轮10和齿轮11传动至轴上,再又齿轮12至齿轮13带动主轴运转。a ) 先校核又齿轮10传入,齿轮12传出时轴的强度1)作轴的水平面(H)弯矩图和垂直面(V)弯矩图1计算轴上的功率: 轴上的转矩:齿轮11的圆周力齿轮11的径向力齿轮12的圆周力齿轮12的径向力齿轮12的轴向力2求在水平面内的支反力,由受力图,MA=0 ,ME=0 3求在垂直面内的支反力,由受力图,MA=0 ,ME=0 4画轴水平面(H)和垂直面(V)内的受力图、弯矩图如下2)作弯矩和转矩图1 齿轮11的作用力在水平面的弯矩图如上:齿轮11的作用力在垂直面的弯矩图如上:齿轮11在B截面作出的最大合成弯矩为2 齿轮12的作用力在水平面的弯矩图如上:齿轮12的作用力在垂直面的弯矩图如上:齿轮12在D截面作出的最大合成弯矩为3)作B、D两截面最大合成弯矩图和扭矩图4)轴的强度校核,经过分析可知,B所在的截面为危险截面,按第三强度理论计算弯矩查设计手册第二版第四卷,轴的抗弯截面系数 故满足第三强度理论。刚度校核: 在水平面(H)内FtB单独作用时FtD单独作用时 在和FtBFtD共同作用下在垂直面(V)内:单独作用时 单独作用时 在与 共同作用下时故在共同作用下,处为危险截面。其最大挠度为而一般y=(0.00030.0005)l =01221750203625mm.故,符合要求。轴的转角校核就不再验算。b)再校核由齿轮9传入,齿轮12传出时轴的强度;步骤方法同上,经过校核轴的强度和刚度均满足要求。设计过程中,依b)组传动方案,此处轴的强度和刚度校核过程省略。5.5.3 主轴的设计计算 轴的材料选用45号钢,并经过调质处理,结构设计如图。由于主轴的结构基本上采用原CK6163型数控车床的主轴,没有明显的改动,故具体的校核计算过程就略去不作。第6章 弧面蜗杆数控专用机床的进给系统设计6.1 进给系统传动方案拟订进给运动是数字控制的直接对象,被加工工件的最终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有关。因此,在进行数控加工机床进给系统传动设计方案过程中,选用传动零件应充分注意减小摩擦阻力,提高传动精度和刚度,消除传动间隙和减小运动惯量等相关因素。弧面蜗杆数控专用机床的进给运动可采用无级调速的伺服驱动方式,控制系统的选择可以采用闭环、开环或半闭环控制。传动部分的选择,可以考虑采用伺服电机经过由最多一两级齿轮或带轮传动副和滚珠丝杆螺母副或齿轮齿条副或蜗杆蜗条副组成的传动系统传动给工作台等运动执行部件。根据设计任务,弧面蜗杆数控专用加工机床的伺服驱动装置采用开环伺服系统,机床纵向进给运动、横向进给运动,回转工作台上的纵向进给、横向进给以及回转工作台采用的均为步进电机驱动的开环伺服系统。6.2 纵向进给系统的设计计算6.2.1 纵向进给系统的设计根据设计任务,系统应采用连续控制系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成。纵向进给系统采用步进电机减速齿轮滚珠丝杆螺母溜板的传动方式,数控工作台为数控回转转台。6.2.2 纵向进给系统的设计计算已知条件:工作台质量: W=100kgf=1000N时间常数: T=25ms滚珠丝杆: Lo=8mm脉冲当量: p=0.01mm/脉冲1、 切削力计算由机床设计手册可知, 最大切削功率: 式中:-主电机功率,=7.5kW-主传动系统的总效率,一般为0.70.85,取=0.8则: 切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力(或转矩)和最大切削速度(转速)来计算,即:式中:-主切削力(N);-最大切削速度(m/min)。按用硬质合金刀具半精车钢件时的速度取值=100m/min;在一般外圆车削时,;取;2、滚珠丝杠副的计算和选型:滚珠丝杠副的设计主要是型号的选择和性能验算。纵向进给为综合型导轨,按式计算丝杠轴向进给切削力。其中K=1.5,取=0.16,则:最大切削力下的进给速度可取最高进给速度量的1/21/5(取为1/2),纵向最大进给速度为0.6m/min,丝杠导程=8mm,则丝杠转速为:丝杠使用寿命时间取为T=15000h。则丝杠的计算寿命L为:根据工作负载、寿命L,计算滚珠丝杠副承受的最大动载荷,取,;由参照某厂滚珠丝杠副产品样本,可采用W6008内循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副,1列3.5圈,其额定动负载为181000N,精度等级选为3级。其几何参数如下:公称直径=63mm,导程=8mm,螺纹升角, 滚珠直径=4.763mm,螺杆内径=60mm。按式(5-9)校验丝杆螺母副的传动效率,其中磨擦角纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图所示支承间距。丝杠螺母及轴承均进行预紧,预紧力为最大轴向负荷的1/3。丝杠的变形量计算如下:滚珠丝杠截面面积,按丝杠螺纹的底径确定:工作负载引起的导程的变化量可用下式计算:则丝杠拉伸或压缩变形量:由于两端均采用角接触,且丝杠又进行了预紧,故其拉压刚度可比一端固定的丝杠提高4倍。其实际变形量为::滚珠与螺纹滚道间接变形量按下式进行计算:因丝杠加有预紧力,且预紧力为轴向最大负载的1/3时,可减少一半,因此实际变形量为:支承滚珠丝杆的轴承为51209型推力球轴承,几何参数为: =40mm,滚动体直径=10mm,滚动体数量=18。轴承的轴向接触变形量可按式(5-16)计算:注意,此公式中单位应为kg.f。因施加预紧力,故实际变形量:根据以上计算,总变形量为:三级精度丝杆允许的螺距误差为,故刚度足够。因为滚珠丝杆两端都采用推力球轴承并预紧,因此不会产生失稳现象,故不需做稳定性校核。1 ) 减速齿轮设计根据给定的纵向进给脉冲当量0.01mm,滚珠丝杠导程,及初选的步进电动机步距角,可计算出传动比选取齿轮齿数为=30、=50,m=2mm。2 ) 步进电动机的选择1 负载转动惯量计算:参考同类型机床,初选反应式步进电动机130BF001,其电动机转动惯量。传动系统折算到步进电动机轴上的等效转动惯量按表5-15中介绍方法计算。齿轮、的转动惯量为: 丝杠的转动惯量可从表5-16查出:等效惯量: 考虑步进电动机与传动系统惯量匹配问题不完全满足惯量匹配的要求。1 负载转矩计算及最大静转矩选择机床在不同的工况下,其所需转矩不同,下面分别进行计算快速空载起动时所需转矩可按下式进行计算考虑了电动机转子的转动惯量以后,传动系统折算到电动机轴上的总转动惯量:折算到电动机轴上的磨擦力矩:附加磨擦力矩:=9.98Ncm则: =633.84Ncm快速移动时所需力矩:最大切削负载时所需力矩:从上面计算看出、三种工况下,以快速空载起动的需力矩最大,以此项作为初选步进电动机的依据。对于工作方式为五相十拍的步进电动机最大静转矩:从相关资料查出,130BF001型步进电动机最大静转矩为9.31N.m,大于所需最大静转矩,可作为初选型号,但需考核步进电动机起动矩频特性和运行特性。2 步进电动机的空载起动频率:查相关资料知:130BF001型步进电动机允许的最高空载起动频率为3000Hz,运行频率为16000 Hz,满足设计要求。根据计算综合考虑,机床纵向进给机构选用130BF001型步进电机。6.3 横向进给系统的设计计算6.3.1 横向进给系统的设计计算1、脉冲当量和传动比的确定传动比的选定:2、传动系统等效转动惯量计算 初选步进电机的型号为110BF001则查表查出电机转子转动惯量40.06为了机床的布局紧凑且方便可取i=1.0。则滚珠丝杆转动惯量折算:工作台质量折算:传动系统等效转动惯量计算:+=(40.06+36.81+12.7)3、工作载荷分析及计算滚珠丝杠上的工作载荷是指滚珠丝杠副在驱动工作台是滚珠丝杠所承受的轴向力,也叫作进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩檫力。据机床加工的特点,当转速较低时,工作载荷最大,工作载荷既包括车削时沿着丝杠轴的方向的力(即轴向力),也包括工作台及工件的重量(即垂直丝杠轴方向的力)。取机床的计算转速为250r/min,则而,机床主传动系统的传动效率则选端铣,对称,其中端铣,时,则得: 则可得 则在燕尾导轨上滚珠丝杆的工作载荷Fm为:其中, =0.2, G=1960N4、滚珠丝杆螺母副的选型和校核滚珠丝杠副已经标准化,因此,滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。1)计算作用在丝杠上的最大动负荷 首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给抗力,计算出丝杠的轴向载荷,再根据要求的寿命值计算出丝杠副应能承受的最大动载荷C:=式中运转状态系数,一般运转取1.21.5,有冲击的运转取1.52.5;滚珠丝杠工作载荷(N);工作寿命,单位为10r,可按下式计算 =式中 滚珠丝杠的转速(r/min); 使用寿命时间(h),数控机床取15000h。主轴燕尾导轨滚珠丝杆副驱动时滚珠丝杆的工作载荷:式中 F切削时的轴向切削抗力; 轴套和轴架以及主轴键上的摩擦系数0.15; M主轴上的扭矩; 主轴直径;则 =其中为最大切削力条件下的进给速度(),可取最高进给速度的;为丝杠基本导程(),计算时,可初选一数值,等刚度验算后再确定;则 为额定使用寿命(),可取15000h;则 60.03万转根据工作负载、寿命,计算出滚珠丝杠副承受的最大动负载,取1.2,则: =37997.8N 由查机床设计手册,选择丝杠的型号。选择滚珠丝杠的直径为40mm,型号为CDM4010-5-P4,其额定动载荷是53411N,强度足够用。2) 效率计算 根据机械原理的公式,丝杠螺母副的传动效率为 式中 螺纹的螺旋升角,该丝杠为541; 摩擦角约等于10。则 0.971 3) 刚度验算 .丝杆的拉压变形量 滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用,它将引起导程发生变化,因滚珠丝杠受扭时引起的导程变化量很小,可忽略不计,故工作负载引起的导程变化量 式中 弹性模数,对钢,; 滚珠丝杠截面积()(按丝杠螺纹底径确定)834.7 “”用于拉伸时,“”用于压缩时。则 则丝杆的拉伸或压缩变形量 .滚珠与螺纹滚道间的接触变形量该变形量与滚珠列、圈数有关,即与滚珠总数量有关,与滚珠丝杆的长度无关。当丝杆在工作时有预紧时,其计算公式为:式中 滚珠直径; 滚珠总数量Z圈数列数; Z一圈的滚珠数,Z=(外循环),Z=()3(内循环); 滚珠丝杆的公称直径; 预紧力; 滚珠丝杆工作载荷; Z=40/5.95321.11 则Z圈数列数21.112.5273.88又滚珠丝杆的预紧力为轴向工作载荷的1/3,值可减小一半,因而。.支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形在垂直进给运动中采用角接触球轴承,其计算公式为:式中 轴承所受轴向载荷; 轴承的滚动休数目; 轴承滚动体直径; 工作载荷 滚珠丝杆的滚动体数量,滚动体直径 则 因为有预紧力,故实际变形量根据以上的计算,则总变形量为:四级精度丝杆允许的螺距误差为25m,故刚度足够。4)、压杆稳定的校核滚珠丝杆通常属于受轴向力的细长杆,若轴向力工作负荷过大,将使丝杆失去稳定而产生纵向屈曲,即失稳。失稳时的临界载荷为: = 2 EI/L2(N)式中: E为丝杆的弹性模量,对于钢,E=20.6104,I为截面惯性矩,I=d14/64,(d1为丝杆底径),L为丝杆最大工作长度,为丝杆支承方式系数. I=32.64/64=55442.2对于一端固定一端自由的情况 =0.25 =20.2520.610455442.2/5802=8.38104临界载荷与丝杆工作载荷之比称为稳定性安全系数,如果大于许用稳定性安全系数,则该滚珠丝杆不会失稳。一般取=2.5-4。 =8.38104/808710.4 压杆稳定5、导轨的选型 经济型数控车床的导轨可采用镶钢导轨或铸铁淬火导轨。采用HT200铸铁,淬火硬度为HRC45以上。与它们相配的动导轨则用“贴塑”或“注塑”导轨。近年来数控机床中广泛采用直线滚动导轨,以降低摩擦系数。以降低摩擦系数、保持导轨精度、提高导轨的使用寿命,使导轨生产进一步标准化、系列化。6、驱动电机的选用负载转矩计算及最大静转矩选择 又 则折算到电动机轴上的总加速力矩为:折算到电动机轴上的摩擦力矩附加摩擦力矩 预紧力,滚珠丝杆未预紧时的传动效率取则则步进电动机快速空转启动力矩:对于工作方式为五相十拍得步进电动机最大静转矩:从相关资料查出130BF001型步进电动机最大静转矩为9.31,大于所需快速空载启动力矩,可作为初选型号。校核步进电机的空载启动频率 步进电机的空载启动频率是而130BF001型步进电动机最高空载启动频率为f=3000HZ,因而必须分三个阶段启动,每个阶段启动频率为,在0.25s内玩完成升速0.05s过渡,取,则步进电动机运行频率为:而步进电机允许的运行频率为16000HZ,因而满足要求。6.4 齿轮传动间隙的消除齿轮传动的间隙也叫侧隙,它是指一个齿轮固定不动,另一个齿轮能够作出的最大角位移。传动间隙是不可避免的,其产生的这样原因有:由于制造及装配误差所产生的间隙;为使用热膨胀而特意留出的间隙。为了提高定位精度和工作的平稳性,要尽可能减小传动间隙。除了提高制造和装配精度外,消隙的主要途径有:设计可调整传动间隙的机构;设置弹性补偿元件。 对于数控机床进给系统中的减速齿轮,除了要求其本身具有很高的运动精度和工作平稳性以外,还必须尽可能消除配对齿轮之间的传动间隙;否则,在进给系统每次反向之后就会使运动滞后于指令信号,这将对加工精度产生很大影响。所以,对于数控机床的进给系统,必须采用各种方法去减少或消除齿轮传动间隙。 1、 刚性调整法 刚性调整法是指调整之后齿侧间隙不能自动补偿的调整方法。它要求严格控制齿轮的齿厚及周节公差,否则传动的灵活性将受到影响。但用这种方法调整的饿齿轮传动有较好的传动刚度,而且结构比较简单。 图是最简单的偏心轴套式消除间隙结构。电机是通过偏心轴套装到壳体上,通过转动偏心轴套就能够方便地调整两齿轮的中心距,从而消除了齿侧间隙。 2、柔性调整法 柔性调整法是指调整之后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。这种调整法在齿轮的赤厚和周节有差异的情况下,仍可始终保持无间隙啮合。但将影响其传动平稳性,而且这种调整法的结构比较复杂,传动刚度低。 图是双齿轮错齿式消除间隙结构。弹簧的拉力使薄齿轮错位,即两个薄齿轮的左、右齿面,分别紧贴在厚齿轮齿槽的左右齿面上,消除了齿侧间隙。第7章 弧面蜗杆数控专用机床回转工作台设计 回转工作台是数控铣床、数控镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要附件(或部件)。它的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动,以使数控机床能完成指定的加工工序。弧面蜗杆专用机床回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。 数控回转工作台的功能是使工作台作连续回转进给,以完成切削工作,同时能完成0360范围内的任意角度的分度。其作用是既能作为数控机床的一个回转坐标轴,用于各加工各种圆弧或直线坐标轴联动加工曲面,又能作为分度头完成工件的转位换面。 由于数控回转工作台的功能要求连续回转进给并与其他坐标轴联动,因此采用伺服驱动系统来实现回转、分度和定位,其定位精度由控制系统决定。根据控制方式,有开环数控回转工作台和闭环数控回转工作台。 开环数控工作台采用电液脉冲马达或功率步进电机驱动。开环数控回转工作台由功率步进电机驱动,经齿轮副,蜗轮副,带动其作回转进给运动。由于是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度,因此,对开环数控回转工作台的传动精度要求高,传动间隙应尽量小。 为了消除累积误差,数控回转工作台设有零点。当数控回转工作台用于分度时,分度回转结束后,要把工作台夹紧。该数控回转工作台的圆形导轨采用大型滚珠轴承,使回转运动灵活,双列短圆柱磙子轴承及圆锥磙子轴承保证回转精度和定心精度。调整轴承的预紧力,可以消除回转轴的径向间隙,调整轴承的调整套的厚度,可以使大型滚珠轴承有适当的预紧力,保证导轨哟一定的接触刚度。第8章 弧面蜗杆数控专用机床控制系统的设计8.1 控制系统总体方案的拟定.机电一体化控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成.控制系统的控制对象主要包括各种机床,如车床、铣床、磨床等等.控制系统的基本组成如下图所示:通信接口软件微机 步进电机驱动电路步进电机机床开关量控制电路主运动驱动电路主轴电动机8.2总控制系统硬件电路设计8.2.1单片机的设计1、MCS-51系列单片机的设计MCS-51系列单片机的所有产品都含有8051除程序存贮器外的基本硬件,都是在8051的基本上改变部分资源(程序存贮器、数据存贮器、I/O口、定时/计数器及一些其他特殊部件)。在控制系统设计中,我们采用的是8031,8031可寻址64KB字节程序存贮器和64KB字节数据存贮器。内部没有程序存贮器,必须外接EPROM程序存贮器。8031采用40条引脚的双列直插式封装(DIP),引脚和功能分为三部分。a.电源及时钟引脚此部分引脚包括电源引脚Vcc、Vss及时钟引脚XTAL1、XTAL2。电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc(40脚):接+5V电源。Vss(20脚):接地。时钟引脚(18、19脚):外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器,它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。XTAL1(19脚):接外部晶体的一个引脚。在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端。当采用外接晶体振荡器时,此引脚应接地。XTAL2(18脚):接外部晶体的另一端,在单片机内部接至反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时,该引脚接受振荡器的信号,即把信号直接接至内部时钟发生器的输入端。b.控制引脚它包括RST、ALE、等。此类引脚提供控制信号,有些引脚具有复用功能。RST/VPD(9脚):当振荡器运行时,在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位(RST)。复位后应使此引脚电平为0.5V的低电平,以保证单片机正常工作。掉电期间,此引脚可接备用电源(VPD),以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc下降到低于规定值,而VPD在其规定的电压范围内(50.5)V)时,VPD就向内部RAM提供备用电源。ALE/(30脚):当单片机访问外部存贮器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存贮器,ALE端仍有周期性正脉冲输出,其频率为振荡器频率的1/6。但是,每当访问外部数据存贮器时,在两个机器周期中ALE只出现一次,即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个TTL负载。(29脚):此输出为单片机内访问外部程序存贮器的读选通信号。在从外部程序存贮器指令(或常数)期间,每个机器周期两次有效。但在此期间,每当访问外部数据存贮器时,这两次有效的信号不出现。同样可以驱动8个TTL负载。/Vpp(31脚):当端保持高电平时,单片机访问的是内部程序存贮器,但当PC值超过某值时,将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当端保持低电平时,则不管是否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器。对8031来说,因其无内部程序存贮器。所以该引脚必须接地,即此时只能访问外部程序存贮器。c.输入/输出引脚输入/输出(I/O)口引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口(P0.0-P0.7):为双向8为三态I/O口,当作为I/O口使用时,可直接连接外部I/O设备。它是地址总线低8位及数据总线分时复用口,可驱动8个TTL负载。一般作为扩展时地址/数据总线口使用。P1口(P1.0-P1.7):为8位准双向I/O口,它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线(作为输入口时,锁存器必须置1),可驱动4个TTL负载。P2口(P2.0-P2.7):为8位准双向I/O口,当作为I/O口使用时,可直接连接外部I/O设备。它是与地址总线高8位复用,可驱动4个TTL负载,一般作为扩展时地址总线的高8位使用。P3口(P3.0-P3.7):为8位准双向I/O口,是双功能复用口,可驱动4个TTL负载。2、MCS-51单片机的时钟电路时钟电路是计算机的心脏,它控制着计算机的工作节奏.MCS-51片内有一个反相放大器,XTAL1、XTAL2引脚分别为该反相放大器的输入端和输出端,该反相放大器与片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器,产生的时钟送至单片机内部的各个部件.单片机的时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式两种,大多单片机应用系统采用内部时钟方式.最常用的内部时钟方式采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路,不论是HMOS还是CHMOS型单片机,其并联谐振回路及参数相同.如下图所示:MCS-51单片机允许的振荡晶体可在1.2MHz-24MHz之间可以选择,一般取11.0592MHz.电容C1、C2的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有少许影响.C1、C2可在20pF-100pF之间选择,一般当外接晶体时典型取值为30pF,外接陶瓷谐振器时典型取值为47pF,取60pF-70pF时振荡器有较高的频率稳定性.在设计印刷电路板时,晶体或陶瓷谐振器和电容应尽量靠近单片机XTAL1、XTAL2引脚安装,以减少寄生电容,更好地保证振荡器稳定和可靠的工作.为了提高温度稳定性,应采用NPO电容.3、MCS-51单片机的复位电路计算机在启动运行时都需要复位,使中央处理器CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作.单片机的复位都是靠外部电路实现的,MCS-51单片机有一个复位引脚RST,高电平有效.它是施密特触发输入,当振荡器起振后,该引脚上出现两个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平,使器件复位,只要RST保持高电平,MCS-51便保持复位状态.此时ALE ,P0,P1,P2,P3口都输出高电平.RST变位低电平后,退出复位状态,CPU从初始状态开始工作.复位操作不影响片内RAM的内容.MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式.通常因为系统运动等的需要,常常需要人工按钮复位,如下图所示:对于CMOS型单片机因RST引脚的内部有一个拉低电阻,故电阻R2可不接.单片机在上电瞬间,RC电路充电,RST引脚端出现正脉冲,只要RST端保持两个机器周期以上的高电平(因为振荡器从起振到稳定大约要10ms),就能使单片机有效复位.当晶体振荡频率为12MHz时,RC的典型值为C=10F,R=8.2K.简单复位电路中,干扰信号易串入复位端,可能会引起内部某些寄存错误复位,这时可在RST引脚上接一去耦电容.上图那上电按钮复位电路只需将一个常开按钮开关并联于上电复位电路,按下开关一定时间就能使RST引脚端为高电平,从而使单片机复位.8.2.2系统的扩展在以8031单片机为核心的控制系统中必须扩展程序存贮器,用以存放控制程序。同时,单片机内部的存贮器容量较小,不能满足实际需要,还要扩展数据存贮器。这种扩展就是配置外部存贮器(包括程序存贮器和数据存贮器)。另外,在单片机内部虽然设置了若干并行I/O接口电路,用来与外围设备连接。但当外围设备较多时,仅有几个内部I/O接口是不够的,因此,单片机还需要扩展输入输出接口芯片。1、程序存贮器的扩展 MCS-51系列单片机的程序存贮器空间和数据存贮器空间是相互独立的。程序存贮器寻址空间为64KB(0000H-0FFFFH),8031片内不带ROM,所以要进行程序存贮器的扩展。用作程序存贮器的常用的器件是EPROM。 由于MCS-51单片机的P0口是分别复用的地址/数据总线,因此,在进行程序存贮器扩展时,必须用地址锁存器锁存地址信号。通常地址锁存器可使用带三态缓冲输出的八D锁存器74LS373。当用74LS373作为地址锁存器时,锁存端G可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连,在ALE下降沿进行地址锁存。根据应用系统对程序存贮器容量要求的不同,常采用的扩展芯片扩展EPROM2716(2KB8)、2732A(4KB8)、2764A(8KB8)、27128A(16KB8)、27256(32KB8)和27512(64KB8)等。以上6种EPROM均为单一+5V电源供电,维持电流为35mA-40mA,工作电流为75mA-100mA,读出时间最大为250ns,均有双列直插式封装形式,A0-A15是地址线,不同的芯片可扩展的存贮容量的大小不同,因而提供8位地址的P2端口线的数量各不相同,故2716为A0-A10,27512为A0-A15;D0-D7是数据线;CE是片选线,低电平有效;OE是数据输出选通线;Vpp是编程电源;Vcc是工作电源;PGM是编程脉冲输入端。根据程序存贮器扩展的原理,以EPROM2764A和锁存器74LS373为例对8031单片机进行程序存贮器的扩展。因为2764A是8KB容量的EPROM,故用到了13根地址线,A0-A12。如果只扩展一片程序存贮器EPROM,故可将片选端CE直接接地。下图为扩展两片EPROM的连接方法。同时,8031运行所需的程序指令来自2764A,要把其EA端接地,否则,8031将不会运行。2、数据存贮器的扩展8031单片机内部有128个字节RAM存贮器。CPU对内部的RAM具有丰富的的操作指令。但在用于数据采集和处理时,仅靠片内提供的128个字节的数据存贮器是远远不够的。在这种情况下,可利用MCS-51的扩展功能,扩展外部数据存贮器。数据存贮器只使用WR、RD控制线而不用PSEN。正因为如此,数据存贮器与程序存贮器可完全重叠,均为0000H-FFFFH,但数据存贮器与I/O口与外围设备是统一遍址的,即任何扩展的I/O口以及外围设备均占用数据存贮器地址。8031的P0口为RAM的复用地址/数据线,P2口用于对RAM进行页面寻址(根据其容量不同,所占的P2端口不同,在对外部RAM读/写期间,CPU产生RD/WR信号。在8031单片机应用系统中,静态RAM是最常用的,由于这种存贮器的设计无需考虑刷新问题,因而它与微处理器的接口很简单。最常用的静态RAM芯片有6116(2KB8)和6264(8KB8)。单一+5V供电,额定功耗分别为160mW和200mW,典型存取时间均为200ns,均有双列之插式封装,管脚分别为24和28线。下图是6264与8031的连接图。从图中知:6264的片选接8031的P2.7,第二片选线CS2接高电平,保持一直有效状态。因6264是8KB容量的RAM,故用到了3根地址线。6264的地址范围为0000H-7FFFH对于一个完整的应用系统,必须具备一定容量的程序存贮器和一定容量的数据存贮器。8031单片机外部扩展两片2764EPROM和两片6264静态RAM。程序存贮器2764的地址为:0000H-1FFFH。数据存贮器6264的地址为0000H-7FFFH。3、 I/O口的扩展 MCS-51系列单片机大多具有四个8位I/O口(即P0、P1、P2、P3),原理上这四个I/O口均可用作双向并行I/O接口。但在实际应用中,P0口常被用作为数据总线和低8位地址总线使用,P2口常被用作为高8位地址总线使用,P3口某些位又常用它的第二功能,特别是无ROM型的单片机因必须扩展外部程序存贮器,则更是如此。所以,若一个MCS-51应用系统需连接较多的并行输入/输出的外围设备(如打印机、键盘、显示器等),单片机本身所提供的输入输出口不能满足,就不可避免地要扩展并行I/O接口。常用的MCS-51并行I/O接口扩展方法主要有四种:采用可编程的并行接口电路,如8255A;采用可编程的RAM/IO扩展器,如8155;采用TTL或CMOS电路的三态门、锁存器,如74LS377、74LS373、74LS244;利用MCS-51的并行扩展并行I/O接口。a.8255A可编程外围并行I/O接口 8255A是可编程输入输出接口芯片,它具有3个8位的并行I/O口,具有三种工作方式,可通过程序改变其功能,因而使用方便,通用性强,可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。 在单片机的I/O口扩展8255芯片,其接口相当简单,如下图所示: 图中8255的分别与MCS-51的相连;8255的D0-D7直接接MCS-51的P0口。片选信号CS口及地址选择线A0、A1分别由8031的P0.0、P0.1、P0.2经地址锁存器后提供。故8255的A、B、C口及控制口地址分别为FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的复位端与8031的复位端相连,都接到8031的复位电路上。 在实际的应用系统中,必须根据外围设备的类型选择8255的操作方式,并在初始化程序中把相应的控制字写入操作口。8255接口芯片在MCS-51单片机应用系统中广泛用于连接外部设备,如打印机,键盘,显示器以及作为控制信息的输入、输出口。b.8155可编程外围并行I/O接口8155/8156芯片内包含有256个字节RAM,2个8位和一个6位的可编程并行I/O口,1个14位定时器/计数器。8155/8156可直接与MCS-51单片机连接,不需要增加任何硬件逻辑。由于8031单片机外接一片8155后,就综合地扩展了数据RAM、I/O端口和定时器/计数器。因而是MCS-51单片机系统中最常用的外围接口芯片之一。在8155的控制逻辑部件中,设置一个控制命令寄存器和一个状态标志寄存器。8155的工作方式由CPU写入控制命令寄存器中的控制字来确定。控制命令寄存器只能写入不能读出,8位控制命令寄存器的低4位用来设置A口、B口和C口的工作方式。第4、5位用来确定A口、B口以选通输入输出方式工作时是否允许中断请求。第6、7位用来设置定时器/计数器的操作。8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或选通方式,C口可作为输入输出口线,也可作为A口、B口选通方式工作的状态控制信号。其工作情况与8255方式0、方式1时大致相同,控制信号的含义也基本相同。另外,在8155中还设有一个状态标志、寄存器,用来存放A口和B口的状态标志。状态标志寄存器的地址与命令寄存器的地址相同,CPU只能读出,不能写入。8155中还设有一个14位的定时器/计数器,可用来定时或对外部事件计数,CPU可通过程序选择计数长度和计数方式。计数长度和计数方式由输入计数寄存器的计数控制字来确定。MCS-51单片机可以和8155直接相连而不用任何外加逻辑,MCS-51单片机扩展一片8155可以为系统增加256字节外RAM,22根I/O口线及一个14位定时器。下图为8155与8031的一种接口逻辑,图中P2.7连片选信号CE,P2.0连,所以8155的RAM的地址为7E00H-7EFFH;I/O寄存器地址分别为:命令字/状态字寄存器地址为7F00H,PA口地址为7F01H,PB口地址为7F02H,PC口地址为7F03H,定时器/计数器低字节寄存器地址为7F04H,定时器/计数器高字节寄存器地址为7F05H。8.2.3键盘、显示器接口设计1、矩阵式键盘接口设计矩阵式键盘适用于按键较多的场合,它由行线和列线组成,按键位于行、列交叉点上。如一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘等等。在按键数量较多时,矩阵键盘比独立键盘节省了很多I/O口。按键设置在行、列线分别连接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时,行线处于高电平状态,而当有按键按下时,行线电平状态将由此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低,则行线电平为低;列线电平为高,则行线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用,各按键均影响该键所在的行和列电平。所以,必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理,才能确定闭合键的位置。对于矩阵式键盘,按键的位置由行号和列号唯一确定,所以分别对行号和列号进行二进制编码,然后将两值合成一个字节,高4位是行号,低4位是列号将是非常直观的。2、显示器接口设计 在单片机系统中,常用的显示器有:发光二极管显示器,简称LED。LED显示块由发光二极管显示字段组成,有7段和“米”字型之分,一片显示块显示一位字符。共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮,相应的段被显示。 由于7段LED显示块有7个段发光二极管,所以其字形码为一个字节;“米”字形LED显示块有15段发光二极管,所以字形码为两个字节。由n片LED显示块可拼接成n位LED显示器,共有n根位选线和8n根段选线,根据显示方式不同,位选线和段选线的连接也各不相同,段选线控制显示字符的字型,而位选线则控制显示位的亮、暗。LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。在多位LED显示时,为了节省I/O口线,简化电路,降低成本,一般采用动态显示方式。动态显示方式是一位一位地分别轮流点亮各位显示器,对每位显示器来说,每隔一段时间轮流点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关,也与点亮和熄灭时间的比例有关。这种显示方式将七段LED显示器的所有段选位并联在一起,由一个8位I/O口控制,实现各位显示器的分时选通。下图是LED显示器采用共阴极方式,6个显示器的段选码由8155的PB口提供,位选码由8155的PA口提供(PA口同时也提供行列式未编码键盘的列线),行列式未编码键盘的行线由PC口提供。图中设置了36个键。如果继续增加PC口线,设全部PC口线(PC0-PC5)用作键盘的行线,全部PA口线(PA0-PA7)作键盘列线,则按键最多可达86个。下图中8155的PB口扫描输出总是只有一位为高电平,即PB口经反相后仅有一位公共阴极为低电平,8155的PA口则输出相应位(PB口输出为高对应的位显示器)的显示数据,使该位显示与显示缓冲器相对应的字符,而其余各位均为熄灭,依次改变8155的PB口输出为高的位,PB口输出对应的显示缓冲器的数据。8.2.4步进电机控制电路设计1、步进电机开环驱动原理每输入一个脉冲,步进电机就前进一步,因此,它也称作脉冲电动机.其种类很多,但主要分三大类:反应式步进电动机,永磁式步进电动机,以及永磁感应式步进电动机.反应式电动机结构最简单,是应用最广泛的一种.按控制绕组的相树分有三相,四相,五相,六相等等.无论哪种步进电动机,他们的工作原理都有相同之处:数字式脉冲信号控制定子磁极上的控制绕组,按一定顺序依次通电,在顶子和转子的气隙间形成步进式的磁极轴旋转. 步进电动机主要用于开环系统,当然也可以闭环系统.下图是步进电动机开环伺服系统的原理图,它由以下几部分组成: 脉冲信号源是一个脉冲发生器,通常脉冲频率连续可调,送到脉冲分配器的脉冲个数和脉冲频率由控制信号控制.因脉冲频率可调,也称为变频信号源. 脉冲分配器脉冲按一定的顺序送到功率放大器中进行放大,驱动步进电动机工作用硬件进行脉冲顺序的分配,有时称为环行分配器,也简称环分功率放大器将脉冲分配器送来的脉冲放大,使步进电动机获得必要的功率步进电动机伺服系统的执行元件,它带动工作机构,如减速装置,丝杆,工作台2、脉冲分配对每一个五相步进电动机而言,其脉冲分配方式是五相十拍的的其五相分别用,表示五相十拍的运行方式是顺序轮流通电,则转子便顺时针方向一步一步转动要改变步进电动机的转动方向,只需改变通电的顺序即可脉冲分配器是将脉冲电源按规定的通电方式分配到各相,该分配可由硬件来实现在微机控制中,脉冲的分配也可由软件来完成,.,.,.,.,.五位分别输出时序脉冲,经光电隔离、驱动放大使步进电机运转延时的长短决定了步进电动机运行一拍的时间,也就决定了步进电机的转速3、驱动电路由微机根据控制要求发出的脉冲,并依次将脉冲分配到各相绕组,因其功率很小,电压不足,电流为m级,必须经过驱动器将信号电流放大到若干安培,才能驱动步进电动机因此,步进电机驱动器实际上是一个功率放大器驱动器的质量直接影响步进电动机的性能,驱动器的负载是电机的绕组,是强电感应负载对驱动器的主要要求是:失真要小,要有较好的前后沿和足够的幅度;效率要高;工作可靠;安装调试和维修方便下图是一个a绕组的高低压驱动电路,脉冲变压器p组成高压控制电路。 无脉冲输入时,均截止,电机绕组a中无电流通过,电机不转有脉冲输入时,饱和导通,在由截止到饱和期间,其集电极电流也就是脉冲变压器的初级电流急速增加,在变压器次级感应一个电压,使导通,高压经高压管加到绕组a上,使电流迅速上升,约经数百微妙,当进入稳压状态后,p初级电流暂时恒定,次级的感应电压降到,截止,这时低压电流经加到绕组a上,维持a中的电流为恒定值输入脉冲结束后,又均截止,储存在a中的能量通过的电阻和二极管泄放,的电阻的作用是减小放电回路的时间常数,改善电流波形后沿由于采用高低压驱动,电流增长快,电机的力矩和运行频率都得到改善,但由于电机转动时产生的反电动势,使电流波形顶部下凹,使平均电流下降,转矩下降8.2.5光电隔离电路设计为了避免外部设备的电源干扰,防止被控对象电路的强电反窜,通常采取将微机的前后向通道与被连模块在电气上的隔离的方法。过去通常隔离变压器或中间继电器来实现,而目前已广泛被性能高、价格低的光电耦合器来代替。光电耦合器是把发光元件与受光元件封装在一起,以光作为媒体来传输信息的。其封装形式有管形,双列直插式、光导纤维连接等。发光器件一般为砷化镓红外发光二极管。光电耦合器具有以下特点:1、信号采取光电形式耦合,发光部分与受光部分无电气回路,绝缘电阻高达1010-1012,绝缘电压为1000-5000V,因而具有极高的电气隔离性能,避免输出端和输入端之间可能产生的反馈和干扰。2、由于发光二极管是电流驱动器件,动态电阻很小,对系统内外的噪声干扰信号形成低阻抗旁路,因此抗干扰能力强,共模抑制比高,不受磁场的影响,特别是用于长线传输时作为终端负载,可以大大地提高信噪比。3、光电耦合器可以耦合零到数千赫的信号,且响应速度快(一般为几毫秒,甚至少于10ns),可以用于高速信号的传输。下图的光电耦合器是采用硅光电二极管作受光元件。其CTR为10%-100%,脉冲上升和下降时间小于5s,输出电路饱和压降小(0.2V-0.3V),电路构件简单,是目前应用较多的一种,主要用于驱动TTL电路、传输线隔离、脉冲放大等。晶体管输出型的光电耦合器用于开关信号耦合时,发光二极管和光电晶体管平常都处于关断状态。在发光二极管通过电流脉冲时,光电晶体管在电流脉冲持续的时间内导通。下图是使用4N25光电耦合器的接口电路,这里4N25起到耦合脉冲信号和隔离单片机8031系统与输出设备电气回路的作用,使两部分的电流相互独立。输出部分的地线Vss接地壳或大地,而单片机的电源地线(GND)浮空,这样可以避免输出部分电源变化对单片机电源的影响。8.2.6其他接口电路设计面板操作键和功能选择开关:面板操作键与8255的PB口接口电路。图中SB1-SB6为手动操作进给键,分别完成人工操作的X、Y、Z的进给。运行时按下此键,可中断程序的运行。回零,使工具电极沿X轴、Y轴、Z轴回到机械零点。功能选择开关SA为一个单刀7掷波段开关,它与系统的8255PA口相连。用于连续、单步、自动、手动、暂停、启动等功能的选择。 8.2.7部分控制程序: 1、 直线圆弧插补程序设计在机电设备中,执行部件要实现平面斜线和圆弧曲线得路径运动,必须通过两个方向得合成来完成,在数控机床中,这是由X,Y两个方向运动得工作台,按照插补控制原理实现得。插补原理在有关课程中学过。2、直线插补程序ORG 2000HMAIN: MOV SP,#60HLP4: MOV 28H, #0C8H; Xe MOV 29H, #0C8H; Ye MOV 2AH, #00H; X MOV 2BH, #00H; Y MOV 2EH, #00H; F MOV 70H, #0AHLP3: MOV A, 2EH JB ACC,7, LP1 MOV A, 70H SETB ACC. 0 CLR ACC. 2 MOV 70H,A; LCALL MOTR; 调步进电机得控制子程序,+X方向进给一步 SUBB A。 29H; F-Ye INC 2AH;X+1AJMP LP2LP1: MOV A ,70HSETB ACC。2CLR ACC.0; LCALL MOTR; 调步进电机得控制子程序,+Y方向进给一步LCALL DELAYMOV A,2EHADD A,28H;F+YLP2: MOV 2EH,A MOV A,28H CJNE A,2AH,LP3;Xe=X? RET程序中MOTR为步进电机得控制子程序。如用硬件实现环分。如采用环形分配器,则需要由软件程序完成硬件环分得功能,见步进电机控制程序设计。3、圆弧插补程序得设计 XL EQU 18H XH EQU 19H YL EQU 28H YH EQU 29H XeL EQU 1AH XeH EQU 1BH YeL EQU 2BH FL EQU 2CH FH EQU 2DH ORG 2400H MAIN: MOV SP,#60H; MOV 70H, #08H; MOV XL, #80H;XL MOV XH,#0CH;XH MOV YeL, #80H;YeL MOV XeL,#00H;XeL MOV XeH,#00H;XeH MOV YL, #00H;YL MOV YH,#00H;YH MOV FL, #00H;FLMOV FH, #00H;FH LP3 MOV A,FH JNB ACC.7,LP1 MOV A,70H SETB ACC.2 CLR ACC.0; LCAAL MOTR;MOV R1, #28H;MOV R0,#1CH;MOV R7,#02H;LCALL MULT2; 2*YADD CLR C MOV A,FL ADDC A,1CH MOV FL,A MOV A,FH ADDC A,1DH;F+2Y MOV FH,A CLR C MOV A,YL ADD A,#00H MOV 28H,A MOV A,YH ADDC A,#00H MOV YH,A CLR C MOV A,FL ADD A,#01H MOV FL,A MOV A,FH ADDC A,#00H MOV FH,A;F+2Y+1 AJMP LP2 MOV A,70H SETB ACC.0 MOV 70H,A; LCALL MOTR MOV R1,#18H;XL MOV R0,#1CH MOV R7#02H LCALL MULT2,2* SUB CLR CMOV A,1CHSUBB A,FLMOV FL,AMOV A,FHSUBB A,1DHMOV XL,AMOV A,XLSUBB A,#00HMOV XH,A;X-1CLR CMOV A,FLADD A,#01HMOV FL,AMOV A,FHADDC A,#00HMOV FH,A;F-2X+1 LP2: MOV A,YHCJNE A,YeH,LP3A;YH=Ye?MOV A,YLCJNE A,Ye,LP3A;YL=YeL? LP3A: AJMP LP3ORG 2500H MULT2: PUSH PSW;双字节乘2子程序 PUSH APUSH BCLR CMOV R2,#00H SH1: MOV A,R1MOV B,#02HMUL ABPOP PSWADDC A,R2MOV R0,AINC R0INC R1DJNZ R7,SH1POP BPOP PSWRET8.2.8控制系统的软件设计 1、步进电机控制程序设计 我们知道步进电动机的控制需要变频信号源、环形分配器以及功率放大器等硬件。而在微机控制步进电机的驱动的系统中,变频信号和环形分配器可用软件代替,并且还可以方便地实现步进电机的加减速控制。我们设计所选用的步进电机是五相十拍的。8255的PA口为输出口,分别控制步进电机的A、B、C、D、E五相,由软件实现环形分配器的功能,PA口分别输出时序脉冲,经光电隔离,驱动放大使步进电机转动。五相十拍的步进电机的通电方式为:A-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA。按以上顺序通电,步进电机正转,按反相通电,步进电机转动。由8255的PA口输出控制字,即可实现对步进电机的正反转控制。同时在两控制字之间加入一定的延时时间,延时时间的长短决定可步进电机运行一拍得时间,从而也就决定了步进电机的转速。步进电机控制程序的框图如下图-保护现场设步长计数器转向标志为1?置正转控制字指针置反转控制字指针输出控制字延时、控制字地址指针+1是结束标志总步数为0?恢复控制字首指针恢复现场 返回YYN步进电机控制的程序框图 步进电动机正反转及转速控制程序如下: PUSH A; 保护现场 MOV R4, #N; 设步长计数器 CLR C; ORL C, D5H; 转向标志为1转移 JC ROTE; MOV R0, #20H; 正转控制字首指针 AJMP LOOP; ROTE: MOV R0, #27H; 反转控制字首指针 LOOP: MOV A, R0; MOV P1, A; 输出控制字 ACALL DELAY; 延时 INC R0; 指针加1 MOV A, #00H; ORL A, R0; JZ TPL; 是结束标志转移 LOOP1: DJNZ R4, LOOP; 步数不为零转移 POP A; 恢复现场 RET; 返回 TPL: MOV A, R0; CLR C; SUBB A, #06H; MOV R0, A; 恢复控制字首指针 AJMP LOOP1 DELAY: MOV R2, #M; DELAY1: MOV A, #M1; LOOP: DEC A; JNZ LOOP; DNJZ R2, DELAY1 RET上述程序的延时是由循环程序完成的,在CPU繁忙的情形下,可通过定时器延时,中断方式输出控制字。2.LED动态显示接口程序设计LED动态显示接口MOD: PUSH ACC ;保护现场PUSH DPHPUSH DPLSETB RS0MOV R0,#CWR ;指向8155控制口MOV A,#4DH ;设置8155工作方式字MOVX R0,A ;设A口、C口都为输入DIR: MOV R0,#DIS5 ;指向显示缓冲区首单元MOV R6,#20H ;选中最左数码管MOVX R7,#00H ;设定显示时间MOV DPTR,#TAB ;指向字形表首址DIRI: MOV A,#00HMOV R1,#POC ;指向8155A口(字形口)MOVX R1,AMOVX A,R0 ;取要显示的数MOVC A,A+DPTR ;查表得字形码MOV R1,#POA ;指向8155A口(字形MOV R1,A ;送字形码MOV A,R6 ;取位选字MOV R1,#POC ;指向位选口MOV R1,A ;送位选字HERE: DJNZ R7,HERE ;延时INC R0 ;更新显示缓冲单元CLR CMOV A,RaRRC A ;位选字移位MOV Ra,AJNZ DIR1 ;未扫描完继续循环CLR RS0 ;恢复现场POP DPLPOP DPHPOP ACCRETTAB: DB 3FH,06,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07 ;07 DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ;80FH第9章 弧面蜗杆蜗轮主要参数与润滑油的选用9.1 蜗杆与蜗轮主要参数及几何计算普通圆柱蜗杆传动的基本尺寸和参数列于下表。设计普通圆柱蜗杆减速装置时,在按接触强度或弯曲强度确定了中心距a或 m2d1后,一般应按表中的数据确定蜗杆与蜗轮的尺寸和参数,并按表值予以匹配。表9-1:普通圆柱蜗杆传动的基本尺寸和参数与蜗轮参数的匹配 中心距 a (mm) 模数 m (mm) 分度圆直径
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