C3025回转刀架系统数控改造设计【毕业论文+CAD图纸全套】

购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 宁学 课程设计 (论文 ) 转刀架系统数控改造设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 购买 文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 程 设 计 任 务 书 班级： 机自 106 姓名： 周宇 题目： 回转刀架系统数控改造设计 时间： 2013 年 12 月 16 日至 2014 年 1 月 11 日共 4 周 要求：在现有 车床的结构基础上，对刀架的回转系统进行数 控改造，主传动系统保留。（ 换刀时要求刀架转速 30r/位精度 0. 1） 具体任务： 1. 确定改造总体方案，绘制系统组成框图 1 张 ； 2. 机械部分设计计算，选择适当的元器件； 3. 绘制 刀架回转系统机械部分改造装配图 1 张 ； 4. 设计 控制系统 ，画出电气原理图 1 张 ； 5. 编写设计说明书 1 份（不少于 8 千字）。 班级： 机自 106 学生： （签名） 指导教师： （签名） 2013 年 11 月 购买 文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 要 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备 ,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。 经济 型 数控车床 ，对于保证和提高被加工零件的精度， 主要依靠 两 方面来 实 现 ：一 是系 统的控制精度 ； 二 是机床本身的机械传 动 精度。数 控 车床的进 给 传动系统 ，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制。所以，数控车床与卧式 车床 相比应具有 有更好的 精度以确保机械传动系统的传动精度和工作平 稳性 。 关键词： 车床，数控， 传动系统 购买 文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 录 第 1 章 控改造设计总体方案 . 1 体方案设计要求 . 1 体设计方案的选择 . 1 统的运动方式与伺服系统的选择 . 1 算机系统 . 1 械传动方式 . 2 体方案的确定 . 2 第 2 章 转刀架系统结构设计 . 4 体结构设计 . 4 速传动机构的设计 . 4 刀体锁紧与精定位机构的设计 . 4 架抬起机构的设计 . 4 床刀架总体方案设计与选择 . 4 架的整体方案设计 . 4 床刀架的转位机构方案设计 . 5 架定位机构方案设计 . 6 床刀架的工作原理 . 6 架的设计计算 . 7 动刀架的伺服电机的选择计算 . 7 轮蜗杆的设计计算 . 10 架主轴的结构设计计算 . 14 第 3 章 电气原理图设计 . 15 件电路设计 . 15 控系统的硬件结构 . 15 控系统硬件电路的功能 . 16 于各线路元件之间线路连接 . 16 于电路原理图的一些说明 . 17 总 结 . 20 购买 文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 V 参考文献 . 21 致 谢 . 22 购买 文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买 文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买 文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 1 第 1 章 控改造设计 总体方案 体方案设计要求 总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。 （ 1）普通 车床 数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系统。 （ 2）经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统 。 （ 3）根据普通 车床 最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用 8 位微机。在 8 位微机中， 51 系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此，可选 1 系列单片机扩展系统。 （ 4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了 ，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、 I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电 脉冲发生器和其他辅助电路。 （ 6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。 （ 7）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。 （ 8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。 体设计方案的 选择 统的运动方式与伺服系统的选择 考虑到属于经济型数控机床加工精度不高，为了简化结构、降低成本容易调试和维护，经济型数控 车床 应选用 步进电机开环控制系统。 算机系统 根据机床要求采用 8 位微机。由于 列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强性能价格比高等特点，决定采用 列的 80子版图纸， Q 11970985 或 401339828 2 单片机扩展系统。 控制系统由微机部分、键盘、显示器， I/O 接口及光隔离电路，步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动给丝杠。为保证一定的传动精度和平稳 性，应尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 体方案的确定 床数控改造 设计方案的内容包括：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构及传动方式的确定、数控系统的选择等内容，应仔细考虑各种高性能、自动化等要求，也要考虑被 设计 机床的具备条件，是技术的先进性与经济性的合理性交好的统一。 对于横向进给机构，保留原手动于调刀，原支承结构也保留。和纵向进给一样步进电机与纵向滚珠丝杠间任何需一级齿轮减速，丝杠螺 母与横向施板任用一螺母座连接。施板后部开轴承孔以便滚珠丝杠的连通与支承，后接减速箱与步进电机。 纵、横向进给机构减速齿轮采用双片齿轮，靠错位消除啮合间隙。丝杠外加防尘罩，溜板箱上安装急停按钮，以适应意外情况的急停。 硬件方面控制系统的硬件配置是，基本系统包括单片机 存器、 行接口 8255用作连接开关量的输入输出和对伺服电机进行控制。 8279为键盘显示器接口。 软件方面，软包装件设计采用模块化结构，以便于系统功能的扩展。分为三块：手动操作、加工、编辑。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 3 图 2机床的操作模式图 根据设计任务，系统采用轮廓控制形式，控制系统硬件由微机控制部分、键盘及显示器、 I/O 接口及光电隔离器、步进电机、功率放大器等组成。刀架更换为位回转刀架。设计后 的机床传动系统图如图所示： 图 2车床 系统组成框图 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 4 第 2 章 转刀架系统 结构设计 体结构设计 设计 转刀架系统 ，使自动回转刀架在结构上具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，同时具有换刀时的快速性、稳定性和高定位精度的重复性。 换刀时要求刀架转速 30r/位精度 0. 1 速传动机构的设计 普通的三相异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位 刀架的结构特点，采用蜗杆副减速是最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互咬合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正传，抬起机构使上刀体抬起，等上下端 面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 架抬起机构的设计 要想使上，下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆 上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆 动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互咬合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离咬合时，上刀体就与螺杆一同转动。 床刀架总体方案设计与选择 架的 整体方案设计 刀架是车床的重要组成部分，用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响到车床的切削性能和切削效率。根据前部分对机床刀架类型、性能及其使用场合的综合比较，购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 5 并结合现有数控车床的实例，本次设计的数控车床 采用回转刀架中的六工位六方刀架。该刀架的换刀动作分为刀盘抬起、刀盘分度转位和刀盘锁紧三个步骤，其中刀盘抬起和刀盘锁紧定位由液压来实现，而刀盘的分度转位于伺服电机驱动。 床刀架的转位机构方案设计 一般来说，机床刀架的转位机构主要有以下几种： 1，液压（或气动）驱动的活塞齿条齿 轮转位机构 这种由液动机驱动的转位机构调速范围大、缓冲制动容易，转位速度可调，运动平稳，结构尺寸较小，制造容易，因而应用较广泛。而转位角度大小可由活塞杆上的限位档块来调整。也有采用气动的，气动的优点是结构简单，速度可调，但运动不平稳，有冲击，结构尺寸大，驱动力小。故一般多用于非金属切削的自动化机械和自动线的转位机构中。 2，圆柱凸轮步进式转位机构 这种转位机构依靠凸轮轮廓强制刀架作转位运动，运动规律完全取决于凸轮轮廓形状。圆柱凸轮是在圆周面上加工出一条两端有头的凸起 =轮廓，从动回转盘（相当于 刀架体）端面有多个柱销，销子数量与工位数相等。当圆柱凸轮按固定的旋转方向运动时，有的柱销会进入凸轮轮廓的曲线段，使凸轮开始驱动回转盘转位，与此同时有的圆柱销会与凸轮轮廓脱离，当柱销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段时，即使凸轮继续旋转，回转盘也不会转动，即完成了一次刀盘分度转位动作。如此反复下去，就能实现多次的刀架换刀操作。由于凸轮是一个两端开口的非闭合曲线轮廓，所以当凸轮正反转进均可带动刀盘正反两个方向的旋转。这种转位机构转位速度高、精度较低，运动特性可以自由设计选取但制造较困难、成本较高、结构尺寸较大。 这种转位机构可以通过控制系统中的逻辑电路或 序来自动选择回转方向，以缩短转位辅助时间。 3，伺服电机驱动的刀架转位 随着现代技术的发展，可以采用直流（或交流）伺服电机驱动蜗杆、蜗轮（消除间隙）实现刀架转位，转位的速度和角位移均可通过半闭环反馈进行精确控制加以实现，因而这种转位机构转位速度可以进行精确控制、精度高，结构简单、实现容易。所以在现代数控机床中被广泛采用 6。 结合上述三种转位机构的转位机理和特点，并结合实际情况，本次设计的数控车床 定采用第三种转位机构 动的刀架转位。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 6 架定位机构方案设计 目前在刀架的定位机构中多采用锥销定位和端面齿盘定位。由于圆柱销和斜面销定位时容易出现间隙，圆锥销定位精度较高，它进入定位孔时一般靠弹簧力或液压力、气动力，圆锥销磨损后仍可以消除间隙，以获得较高的定位精度。端齿盘定位由两个齿形相同的端面齿盘相啮合而成，由于齿合时各个齿的误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定位精度高。端齿盘定位的特点： （ 1）定位精度高 由于端齿盘定位齿数多，且沿圆周均布，向心多齿结构，经过研齿的齿盘其分度精度一般可达 3 左右，最高可过 上，一对齿盘啮合时具有自动定心作用。所以中心轴的回转精度、间隙及磨损对定心精度几乎没有影响，对中心轴的精度要求低，装置容易。 （ 2）重复定位精度好 由于多齿啮合相当于上下齿盘的反复磨合对研，越磨合精度越高，重复定位精度也越好。 （ 3）定位刚性好，承载能力大，两齿盘多齿啮合。由于齿盘齿部强度高，并且一般齿数啮合率不少于 90%，齿面啮合长度不少于 60%，故定位刚性好，承 载能力大。 考虑到端面齿盘具有以上的各种优点，因而本次设计的刀架采用端面齿盘定位 6。 床刀架 的工作原理 回转刀架的结构图刀架的松开和夹紧以及刀盘的分度转位分别由液压系统和直流伺服电机来实现。 5 为安装刀具的刀盘，它与轴 6 固定连接，当刀架主轴 6 带动刀盘旋转时，其上的端齿盘 4 和固定在刀盘上的端齿盘 3 脱开，旋转指定刀位后，刀盘的定位由端齿盘的啮合来完成。活塞 1 支承在一对推力球轴承上，它们可以通过推力球轴承带动刀架主轴来移动。当车床数控系统发出换刀指令后，刀架上的液压缸右腔通入压力油，活塞 1 及轴 6 在压力 油推动下向左移动，通过刀架主轴使端齿盘 3 和 4 脱开啮合，实现刀盘抬起动作。随后伺服电机启动，带动蜗杆 2 和蜗轮 7 转动，经刀架主轴 6 带动刀架的刀盘旋转，实现刀架换刀动作，转位的速度和角位移均通过半闭环反馈系统进行精确控制。当刀盘旋转到指定的刀位后，数控系统发出信号，指令伺服电机停转，这时，压力油进入液压缸的左腔，推动活塞 1 和刀架主轴 6 向右移动，使端齿盘 3 和 4 重新啮合，实现刀盘锁动作。刀盘被定位夹紧并向数控系统发出信号，于是刀架的转位、换刀循环完成。在车床自动工作状态下，当指定换刀的刀号后，数控系统可以通过内部的运 算判购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 7 断，实行刀盘就近转位换刀，即刀盘既可正转也可以反转。但当手动操作车床时，从刀盘方向观察，只充许刀盘顺时针转动换刀。 架的设计计算 动刀架的伺服电机的选择计算 刀架驱动电动机的选择应同时满足刀架运转的负载扭矩 起动时的加速扭矩 的要求。 1) 刀架负载扭矩 计算 回转刀架负载扭矩 算方法如下：由于这种刀架的负载扭矩主要用来克服刀具质量的不平衡，估算按如下的情况进行：用平均重力的刀具插满刀盘的半个圆，根据工艺要求所需的各种刀具，确定每个刀具的（包括刀柄）平均重力 而其重心则设定为离刀架回转中心 2/3 半径处。由以上的方法可知，由于该数控车床采用的是电和液换位的 6 工 位六方 自动 回转 刀架 ，因而 插满刀盘的半个圆需要 3 把刀具。设工艺要求所需的每个刀具的平均重力 盘的回转中心直径 270D 。 则有 12423 D 123 4 . 9 0 . 2 7 1 . 7 6 423 N m m 2) 刀架加速扭矩 估算 260 mj m 6 式中 r/ 通常取 150 200 2,可查样本 ; 2kg m ). 3) 负载惯量折算到电动机轴上的惯量 估算 22h m 2式中 的转动惯量 ( 2; h /s ); ; i / 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 8 /s )6. 4) 各旋转件 的转动惯量 估算 由刀架的结构简图可知 ,刀架在完成换刀动作时 ,伺服电机带动其旋转的部件共 3个 ,它们分别是蜗轮蜗杆副 ,刀架主轴和刀盘。因而只需估算这三者的传动惯量即可。 (1) 刀盘转动惯量的计算 刀盘采用烟台环球公司生产的 列数控转塔刀架的配套产品，其主要尺寸如下：刀盘外径 1 320D ；盘也刀架主轴相连的孔径 1 40d ；刀盘宽 56P 。 则刀盘的转动惯量 22111 12 2 2h 2 2 2 21 1 1112 2 2 2 2D d D 2 2 2 231 0 . 3 2 0 . 0 4 0 . 3 2 0 . 0 47 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 0 5 62 2 2 2 2 =(2) 刀架主轴转动惯量的计算 刀架主轴的转动惯量 2如下的方法估算： 刀架主轴的最大直径 0d ；最小直径 5d ；刀架主轴长度取 390l 。 则刀 架主轴的转动惯量 2m a x m i 22h 7 22m a x m i n m a x m i 2d d d 2231 0 . 0 4 0 . 0 2 5 0 . 0 4 0 . 0 2 57 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 3 92 2 2 =2(3) 蜗轮蜗杆转动惯量的计算 蜗轮蜗杆的转动惯量 3估 算方法如下： 设蜗轮的分度圆直径 3 124hD ；其与刀架主轴相连的孔径 3 ；蜗轮齿宽3 10hb . 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 9 则蜗轮的转动惯量 23331 12 2 2 2 2 2 23 3 3 312 2 2 2 2h h h hD d D 2 2 2 231 0 . 1 2 4 0 . 0 3 2 5 0 . 0 1 2 4 0 . 0 3 2 57 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 0 12 2 2 2 2 = 27 设蜗杆的分度圆直径 32 3 5 ;蜗杆长 200l . 则蜗杆的转动惯量 23232 122 223 2 3 212 2 2 2231 0 . 0 3 5 5 0 . 0 3 5 57 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 22 2 2 =2(4) 连轴器转动惯量的计算 由于连轴器已标准化，查表取连轴器的转动惯量 4 2(5) 对各旋转件的角速度作如下设定： 伺服电机的角速度 1 4 0 0 2 / 6 0 1 4 6 . 5 /r a d s ； 蜗杆的角速度 32 1 4 0 0 2 / 6 0 1 4 6 . 5 /h r a d s ； 蜗轮的角速度 31 1400 2 / 6 0 2 . 4 4 /60h r a d s ； 刀架主轴的角速 2 1400 2 / 6 0 2 . 4 4 /60h r a d s ； 刀盘转位时的角速度 1 1400 2 / 6 0 2 . 4 4 /60h r a d s 。 则将以上计算所得的数据代入下式： 得负载惯量折算到电动机轴上的惯量 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 10 22h m 22 2 2 2 22 . 4 4 2 . 4 4 2 . 4 4 1 4 6 . 5 1 4 6 . 50 . 4 5 0 . 0 0 4 8 0 . 0 0 2 0 . 0 0 0 2 4 0 . 0 0 0 31 4 6 . 5 1 4 6 . 5 1 4 6 . 5 1 4 6 . 5 1 4 6 . 5 =2取 1 6 0 0 jt m s s；刀架换刀时伺服电机的转速 1 4 0 0 / m ；伺服电动机转子转动惯量 20 . 0 0 0 0 3mJ k g m 。 则刀架加速扭矩 260 mj m 2 3 . 1 4 1 4 0 00 . 0 0 0 0 3 0 . 0 0 0 6 76 0 0 . 1 6 =) 驱动电动机输出扭矩 估算 7 驱动电动机的输出扭矩 同时满足刀架负载扭矩 加速扭矩 和，将以上计算的刀架负载扭矩和加速扭矩换为驱动电动机轴上的输出扭矩 公式为： 中 取 则有 1 . 7 6 4 0 . 3 22 . 7 80 . 7 5 虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电动机额定转矩 为 。 所以取 1 . 3 1 . 3 2 . 7 8 3 . 6 查阅西门子电机手册，选项用西门子 1流伺服电动机。该电机的额定转速为1500r/定输出转矩为 5定功率为 轮蜗杆的设计计算 参数的取定 本 刀架的转位机构是采用 直流伺服电机驱动蜗杆、蜗轮（消除间隙）实现刀架的转位，其中蜗轮蜗杆副的传动比取 i 60，伺服电机的转速取 n 1800 /刀架的转位购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 11 速度设计为 1 30 / m ，由于刀盘为 6 工位刀盘，则该刀架换一次刀的最大耗时不到1s 9。 换刀时要求刀架转速 30r/定位精度 0. 1 轮蜗杆副的设计计算 设计的普通圆柱蜗杆传动的功率为 ，蜗杆的转速为 1 1 4 0 0 / m ，传动比为 12 60i ，传动反向，工作载荷稳定，但有不大的冲击，要求设计寿命为 12000。 对蜗轮蜗杆 的设计计算如下； (1)根据 / 1 0 0 8 1 9 8 8G B T 的推荐，采用渐开线蜗杆（ 。 (2)根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用 45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 40轮用铸锡磷青铜 10 1 ，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 造。 (3)根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。 232 T 3、 确定作用在蜗轮上的转矩 2T 按 1 1Z ，估取效率 ，则 2T = 61 1 29 1 0 /= 6 0 . 3 0 . 89 . 5 5 1 01 4 0 0 / 6 0 N m m= 9 8 3 6 9 m m 4、 确定载荷系数 K 因为工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数为 1K ；由西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著的机械设计教材表 11取使用系数 ；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 ；则 K K =1 1 1 1 5、 确定弹性影响系数 因选用的是铸锡青铜轮和钢蜗杆相配，故 12160P 。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 12 6、 确定接触系数 Z 先假设蜗杆分度圆直径 1d 和传动中心距 a 的比值 1 / ，从图 11可查得Z = 7、 确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 10 1 ，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 45 可从表 11查得蜗轮的基本许用应力为 268 。 应力循环次数 72 14006 0 6 0 1 1 2 0 0 0 1 . 7 1 060hN j n L 寿命系数 78 710 0 . 9 41 . 7 1 0则 0 . 9 4 2 6 8 2 5 0 . 8H N H M P 6) 计算中心距 23 1 6 0 2 . 91 . 2 9 8 3 6 9 . 1 7 3 . 9 32 5 0 . 8a m m 取中心距 a=80 60,i 故从表 11取模数为 m=2杆分度圆直径1 。这时 1 / 3 5 . 5 / 8 0 0 . 4 4，从图 11可查得接触系数 ，因为 Z ，因此以上计算的结果可用。 (2) 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 1) 蜗杆 轴向齿距 3 . 1 4 2 6 . 2 8ap m m m 直径系数 1 / 3 5 . 5 / 2 1 7 . 7 5q d m m m 齿顶圆直径 *11 2 3 5 . 5 2 2 3 9 . 5d h m m m 齿根圆直径 *11 2 ( ) 3 5 . 5 2 2 3 1 . 5d h m c m m 分度圆导程角 1 1 01t a n ( / ) t a n ( 1 / 1 7 . 7 5 ) 3 . 2 2 蜗杆轴向齿厚 11 3 . 1 4 2 3 . 1 422as m m m 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 13 图 蜗杆的结构图 1) 蜗轮 蜗轮齿数 2 62z ；变位系数 2 验算传动比 1262 621zi z ，这时传动比误差为 6 2 6 0 0 . 0 3 3 3 3 3 . 3 %60 ，是允许的。 蜗轮分度圆直径 22 2 6 2 1 2 4d m z m m 蜗轮喉圆直径 *2 2 22 ( ) 1 2 4 2 2 ( 1 0 . 1 2 5 ) 1 2 8 . 5d m h x m m 蜗轮齿根圆直 *2 2 22 ( ) 1 2 4 2 2 ( 1 0 . 1 2 5 1 ) 1 1 5 . 5d m h x c m m 蜗轮咽喉母圆半径 22118 0 1 2 8 . 5 1 5 . 7 522a d m m 图 蜗轮的结构图 (4) 校核齿根弯曲疲劳强度 22121 . 5 3F F a Yd d m 当量齿数 22 33 62 6 2 . 2 9c o s c o s 3 . 2 2v zz r 根据 2 ， 2 ，从图 11可查得齿形系数 2 。 螺旋角系数 03 . 2 21 1 0 . 9 7 71 4 1 4 0 许用弯曲应力 F F F 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 14 从表 11查得由 10 1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 56 寿命系数 69 710 0 . 5 6 51 . 7 1 0 5 6 0 . 5 6 5 3 1 . 6 4 1 . 5 3 1 . 2 9 8 3 6 9 . 1 2 . 2 5 0 . 9 7 7 2 6 . 5 73 5 . 5 1 2 4 2 弯曲强度满足要求。 (6) 精度等级公差和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从 10089 1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 8 级精度，侧隙种类为 f，标注为 8f 10089 1988。然后由有关手册查得要求的公 差项目及表面粗糙度，此处从略 9。 架主轴的结构设计计算 由刀架装配图可知，刀架主轴的支承方式为两端游动支承，其一端与刀盘固连，另一端与液压缸的活塞间隙配合，同时起到左端支承作用。而轴的中间部位由刀盘至液压缸的方向分别与圆柱滚子轴承和蜗轮相连，圆柱滚子轴承起右支承作用。已知伺服电机的功率为 机转速 1 1 4 0 0 / m ，取经蜗轮蜗杆副传动的效率 ，蜗轮蜗杆副的传动比 60i 。 1) 先求出刀架主轴上的传递功率 2P 、转速 3n 和转矩 3T 2 0 . 3 0 . 9 6 0 . 2 8 8P P k W 31 1 1 4 0 0 / 6 0 2 3 . 3 / m i nn n 于是 33 3 0 . 2 8 89 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 1 1 8 0 4 2 . 92 3 . 3 m 2) 初步确定轴的最小直径 由式 03 可初步估算设计轴的最小直径。 式中： 0A 为系数，轴的材料不同，则 0A 的值会不同； P 为轴传递的功率，单位为 d 为计算截面处轴的直径，单位为 n 为轴的转速，单位为 / 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 15 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 15 3，取 0 105A ，于是得 3m i n 0 3 0 . 2 8 8331 0 5 2 4 . 2 72 3 . 3 m 从而取轴的最小直径为 5d ；轴的最大直径为 0d 9。 图 架主轴结构图 第 3 章 电气原理图 设计 数控 系统最核心的控制是位置控制，最重要的运算是插补运算，最主要的数据处理是刀具补偿。位置控制的实质就是位置负反馈，即指令位置和实际位置进行比较，用位置偏差进行控制；插补运算就是根据加工程序所确定的坐标点，通过一定的运算法则实时获得位置指令；刀具补偿就是要解决编程轨迹和刀具中心 不相符的矛盾。 件电路设计 控 系统的硬件结构 数控 系统根据其使用 单片机 结构的划分，一般可分为单微处理器和多微处理器结构两大类。单微处理器 数控 系统由于结构简单，价格便宜，在一些标准型 数控 系统中应用广泛。多微处理器 数控 系统可以满足当今 数控 机床高速度、高精度和许多复杂功能的要求，代表当今 数控 发展的水平。根据设计任务要求，本设计将采用较经济的单微处理器数控 结构，对于一般切削加工而言，其速度和精度已能满足实际要求。 数控 机床单微处理器硬件结构电路概括起来有以下几个部分组成： （ 1）中央处 理单元 （ 2）总线，包括数据总线、地址总线和控制总线； 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 16 （ 3）存储器，包括只读可编程存储器和随机读写存储器； （ 4）输入输出接口电路； （ 5）外围设备，如键盘、显示器及光电编码器