JCS-018立时加工中心主轴箱及进给系统设计
59页 21000字数+论文说明书+3张CAD图纸【详情如下】
JCS-018加工中心进给系统装配图.dwg
JCS-018立时加工中心主轴箱及进给系统设计说明书.doc
JCS-018立时加工中心主轴箱系统装配图.dwg
任务书.doc
机床外观图.SLDPRT
电路图.dwg
摘要:本次设计通过对现有加工中心的分析研究,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,主轴箱采用交流调速电机实现无级变速,在X、Y、Z三个方向上的进给运动均采用滚珠丝杠,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:交流调速电机 滚珠丝杠 步进电机 单片机系统扩展
Abstract: This design tries a new method after the analyze and research of the exited machining center with the higher automatization degrees and the simpler configuration,which will be explained in the paper. In the method, AC adjustable-speed motor is used for the realization of the level shift in variable speed,and in 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 realization 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: AC adjustable-speed motor、ball bearing thread haulm、the step by step electromotor、the enlarge for SCM system
目录
前言1
1、机床总体方案设计1
1.1 机床总体尺寸参数的选定1
1.2 机床主要部件及运动方式的选定2
1.3 机床总体布局的确定3
2、主传动的设计计算8
2.1 电机的选择8
2.2 齿轮传动的设计计算9
2.3 轴的设计计算13
2.4 离合器的选用21
3、进给系统的设计计算22
3.1 概述22
3.2 设计计算22
3.3 工作台部件的装配图设计29
3.4 滚珠丝杠螺母副的承载能力的校验30
3.5 计算机械传动系统的刚度31
3.6 驱动电动机的选型与计算33
3.7 机械传动系统的动态分析36
3.8 机械传动系统的误差计算与分析37
3.9 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号38
3.10 滚珠丝杆副的预紧方式38
3.11 齿轮传动消隙39
4、控制系统的设计39
4.1 控制系统总体方案的拟订39
4.2 总控制系统硬件电路设计39
参考文献56 前 言
加工中心集计算机技术、电子技术、自动化控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。现在的CAD/CAM、FMS、CIMS，都是建立在数控技术之上。目前数控技术已经广泛运用于制造业，数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志。而加工中心的发展最为重要。
随着科学技术的高速发展，市场上对数控的要求也有很大的改变，正要求数控系统朝着高速、高精度、高可靠性发展，为追求加工效率及更通用化迫使数控机床结构模块化、智能化、柔性化、用户界面图形化，科学计算可视化，内置高性能PLC，多媒体技术应用等方面发展。
加工中心的优点有：1）提高加工质量；2）缩短加工准备时间；3）减少在制品；4）减少刀具费；5）最少的直接劳务费；6）最少的间接劳务费；7）设备利用率高。总的来说，加工中心的发展动向是高速、进一步提高精度和愈发完善的机能。
本设计说明书以大量图例来说明加工中心的主轴箱设计及横向进给机构的设计的思路。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。
1、 机床总体方案设计
1.1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 400×1600mm×mm
工作台最大纵向行程 650mm
工作台最大横向行程 450mm
工作台最大垂直行程 500mm
X、Y轴步进电机 a12/3000i
Z步进电机 a12/3000i
主轴最大输出扭矩 70公斤力×米
主轴转速范围 45～2000r/min
主电动机的功率 4kw
主轴电动机转速 1500r/min
机床外行尺寸（长×宽×高） 2488×1200×2710mm×mm×mm
机床净重 500kg
1.2机床主要部件及其运动方式的选定
1、主运动的实现
因所设计的卧式加工中心要求能进行车、铣和镗，横向方向的行程比较大，因而采用工作台不动，而主轴箱各轴向摆放为卧式的机构布局；采用交流无级调速电动机实现无级调速，并且串联有级变速箱来扩大变速范围。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交换齿轮的有级变速。
2、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，各个控制按钮均安装在控制台上，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、机床其他零部件的选择
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。
1.3 机床总体布局的确定
（一）确定主轴箱传动系统方案：
主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。
加工中心主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担。
机床上常用的变速电动机有直流电动机和交流变频电动机，在额定的转速上为恒功率变速，通常变速范围仅为2-3；额定转速以下为恒转矩变速，调整范围很大，变速范围可大30甚至更大。上述功率和转矩特性一般不能满足机床的使用要求。为了扩大恒功率调速范围，在变速电动机和主轴之间串联一个有级变速箱。
本机床采用交流调速电机变速，为了在变速范围内，满足一定恒功率和恒转矩的要求，为了进一步扩大变速范围，在后面串联机械有级变速装置。
（二）确定主轴箱有级变速级数：
取变速箱的公比为 等于电动机的恒功率变速范围 ，即 ，功率特性图是连续的，无缺口和无重合。如变速箱级数为Z，则主轴的恒功率变速范围 等于
4.2.6 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-SB2为手动操作进给键，分别完成人工操作的 、 、 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。
参考文献
⑴ 吉林工业大学主编，《金属切削机床设计》［M］，上海科学技术出版社；
⑵ 顾维邦主编，《金属切削机床概论设计》［M］，机械工业出版社；
⑶ 龚桂义主编，《机械设计课程设计手册》［M］，高等教育出版社；
⑷ 哈尔滨工业大学主编，《机床设计图册》［M］，上海科学技术出版社；
⑸ 康元国主编，《加工中心设计与应用》［M］，机械工业出版社；
⑹ 何立民主编，《单片机应用系统设计》［M］，北京航天航空大学出版社；
⑺ 濮良贵 纪名刚，《机床设计》［M］，高等教育出版；
⑻ 吴振彪主编，《机电综合设计指导》［M］，中国人民大学出版社；
⑼ 成大先主编，《机床设计手册》［M］，机械工业出版社；
⑽ 成大先主编，《机械设计手册》［M］，化学工业出版社；
⑾ 谢铁邦主编，《互换性与技术测量》［M］，华中科技大学出版社；
⑿ 哈尔滨工业大学主编，《理论力学》［M］，高等教育出版社；
⒀ 黄鹤汀主编，《金属切削机床设计》［M］，机械工业大学出版社；
⒁ 朱张校主编，《工程材料》 ［M］，清华大学出版社；
⒂ 孙恒、陈作模主编，《机械原理》［M］，高等教育出版社；
⒃ 范钦珊主编，《材料力学》［M］，高等教育出版社。
谢辞
毕业设计是高等院校人才培养计划的重要部分，是训练和培养专业人才的教学过程中最后的也是极为重要的实践教学环节，是人才培养质量的全面性、综合性、系统性理论联系实际的设计活动，我感到自己从中获益匪浅。通过本次毕业设计，培养了我科学的思维方式和正确的设计思想，综合运用和深化所学的理论知识和技能，增强分析和解决工程实际问题的能力，全面完成工程师的基本训练或者从事科研工作的初步训练，是我们毕业前全面素质教育的重要实践训练。
此设计是关于工程钻车的设计，分析了方案的具体数据，设计选择最优的系统方案。在这次毕业设计中，我曾多次到图书馆查取资料，上网浏览相关课题，积极和老师沟通，请教问题。在不断的学习过程中积累了大量的相关知识，对过去学到的理论知识的认识得到了极大的升华，为即将走向工作岗位做好了准备。
在本次设计中，本人得到了老师及多位同学的帮助，特别是颜竟成老师的精心指导，使我顺利完成本次毕业设计。在此本人谨表深深的感谢！特别是颜老师的敬业精神使我深深感动，让我发现自己身上存在的惰性，我相信在今后的工作中一定会不断完善自己。由于本水平有限，时间较仓促，错误疏漏或不完善之处可能较多存在，敬请给与批评指正。
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