机械毕业设计（论文）-CK6125型数控车床的设计【全套图纸】.pdf

2013 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 ck6125 型数控车床的设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 院 、 部： 机械工程学院 学生姓名： 指导教师: 职 称： 教 授 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 机本 0903 完成时间： 2013 年 5 月 前 言 据了解，2001 年中国机床产值已进入世界前 10 名的第 5 名，机床消费额 在世界排名上升到第 3 位，达 47.39 亿美元，仅次于美国的 53.67 亿美元， 消费额比上一年增长 25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国 机床的进口额呈逐年上升态势， 2001 年进口机床跃升至世界第 2 位， 达 24.06 亿美元，比上年增长 27.3%。 我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差 距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。 随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。以微 处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、 大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的 效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、 技术和手段上都发生了飞跃的变化。 随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝 着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。高性能：随着数 控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高 精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。 高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化 将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造 系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展， 这既有利于制造商又有利于客户。 机床工业被称之为装备工业，装备工业又是技术密集、技术更新速度十 分快的行业，数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量 和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。面对入世 和世界经济一体化的进程，我们必须在新一轮经济结构调整中找准自己的位 置，加快发展、更新的频率，用“限普增数“来加快集约化进程，促进装备工 业的发展，参与世界经济竞争。缩小与世界先进水平的差距。 摘摘 要要 ck6125数控车床由主传动系统，进给系统和控制系统三部分组成。设计 中首先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图，根据给定的设计参数 对主传动和进给系统中的主要传动件进行了校验计算。进给系统由步进电机 驱动滚珠丝杠实现进给。控制系统是由cpu、键盘，显示，接口电路，脉冲分 配器和电机驱动部分组成。ck6125通过单片机反馈补偿实现半闭环控制。最 后进了技术经济分析得出设计生产该产品是经济合理的。 关键词关键词：数控 车床 设计 abstract ck6125 cnc lathe is made up by three parts ,that is main transmission system, feeding system and control system . in the design scheme for the first, draw the simple transmission system graph, according to the design parameters of a transmission and the main transmission system into the calibration calculation. feeding system by stepping motor drive the ball screw realize feed.control system consists of cpu, keyboard, display, interface circuit, pulse distributors and motor driving part. through the feedback compensation of the single-chip microcomputer ck6125 realize half closed loop control .finally into the technical and economic analysis of the design and production of the product is reasonable in economy . keywords: the numerical control lathe design i 目目 录录 1 传动系统设计传动系统设计 1 1.1 参数的拟定 . 1 1.2 传动结构或结构网的选择 . 1 1.2.1 确定变数组数目和各变数组中传动副的数目 1 1.2.2 传动组传动顺序的安排 1 1.2.3 确定变速组扩大顺序 2 1.3 转速图拟定 . 2 1.3.1 主电机的选择 3 1.3.2 分配最小传动比，拟定转速图 3 1.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 . 5 1.4.1 齿轮齿数的确定的要求 5 1.4.2 变速传动组中齿轮齿数的确定 6 1.4.3 主轴转速系列的验算 7 1.4.4 传动系统图的绘制 8 2 结构设计结构设计 9 2.1 结构设计的内容及技术要求 . 9 2.1.1 设计内容 9 2.1.2 技术要求 10 2.2 齿轮块的设计 . 11 2.2.1 齿轮块特点 11 2.2.2 变速箱中齿轮用于传递动力和运动 11 2.2.3 结构与加工方法 12 2.2.4 齿轮的轴向定位 12 2.3 传动轴的设计 12 2.3.1 传动轴特点 12 2.3.2 轴的结构 13 2.3.3 轴承的选择 13 2.3.4 轴的轴向定位 14 2.4 齿轮结构设计 . 14 2.4.1 直齿圆柱齿轮 14 ii 2.4.2 齿轮模数的计算(验算) 14 2.5 电磁离合器的选择和计算 . 16 2.5.1 按扭矩选择 16 2.5.2 步骤 16 2.5.3 摩擦离合器的强度验算 17 2.5.4 离合器的选择 . 18 3 进给传动部件的计算和选型进给传动部件的计算和选型 19 3.1 脉冲当量的确定 . 19 3.2 切削力的计算 . 19 3.3 纵向丝杠的设计 . 20 3.3.1 计算载荷 20 载荷的计算： 20 3.3.2 求必需的额定动载荷 20 3.3.3 选择滚珠丝杠的型号和主要尺寸 20 3.3.4 稳定性验算 20 3.3.5 刚度验算 21 3.3.6 计算效率 21 3.4 横向(床鞍)进给丝杠设计 . 22 3.4.1 计算载荷 . 22 3.4.2 求必需的额定动载荷 . 22 3.4.3 选择滚珠丝杠的型号和主要尺寸 . 22 3.4.4 稳定性验算 22 3.4.5 刚度验算 . 23 3.4.6 计算效率 . 23 3.5 步进电机选择 . 23 3.5.1 纵向步进电机选择 23 3.5.2 横向步进电机选择 24 3.6 校核 . 24 3.6.1 键的校核 24 3.6.2 轴的校核 25 3.6.3 轴承的校核 27 4 数控系统硬件电路设计数控系统硬件电路设计 28 4.1 微机控制系统硬件组成 . 28 4.2 确定硬件电路方案 . 29 iii 4.3 8031 储存器扩展电路设计 31 4.3.1 程序存储器扩展 31 4.3.2 数据存储器扩展 32 4.3.3 联线方式 32 4.3.4 地址锁存器 74ls373 . 32 4.3.5 i/o 口扩展电路设计 32 4.3.6 显示器，接口电路 33 4.4 步进电机驱动电路设计 . 34 4.4.1 计算机接口 34 4.4.2 脉冲分配器 34 4.4.3 隔离电路的设计 36 4.5 其它辅助电路设计 . 39 4.5.1 8031 时钟电路 . 39 4.5.2 复位电路 39 4.5.3 越程报警电路 40 4.5.4 光电编码器(用于反馈检测) 41 5 技术经济分析技术经济分析 42 5.1 提高技术经济价值 . 42 5.2 机械零件的设计 . 42 5.3 结构的设计 . 42 参考文献参考文献 44 致致 谢谢 45 附附 录录 46 1 1 传动系统设计 1.1 参数的拟定 选定公式，确定各级传送。 主运动为回转运动的机床， 主运动参数是主轴转速， 它与切削速度的关系为： d v n 1000 = 其中： n主轴转速(r/min); v切削速度(m/min); d工件或刀具的直径(mm)； 在调查和分析所设计机床可能完成的工序基础上，选择需要最低、最高转速 的典型工序，根据典型工学的切削速度和工件直径，按式 n=1000v/d 计算主轴 的最低、最高转速，即： max min min 1000 d v n = ， min max max 1000 d v n = 其中: max n， min n主轴最低、最高转速(r/min) max v， min v典型工序需要的最低、最高切削速度(m/min); max d， min d最大、最小计算直径(mm)。 根据已知条件以及根据标准数列表，可以选择最高转速为 1400r/min，最 低转速为 31.5r/min;主轴转速公比 =1.41；已知转速级数为 12. 根据给出的条件mind：主运动部分 z=12 级，根据标准数列表，确定各级转 速为：(31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400r/min). 1.2 传动结构或结构网的选择 1.2.1 确定变数组数目和各变数组中传动副的数目确定变数组数目和各变数组中传动副的数目 该机床的变数范围较大， 必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到 主轴所需的转速。级数为 z 的传动系统由若干个传动副组成，各传动组分别有 ll 321 zzz个传动副，即 ll 321 zzzz= 传动副数由于结构的限制， 通常采用 p=2 或 3， 即变速 z 应为 2 或 3 的因子： z=2a 2b；z 轴，这里 12=322，共需三个变速组。 1.2.2 传动组传动顺序的安排传动组传动顺序的安排 确定变速组传动副数目： 实现 12 级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合： a.12=34,b.12=43，c.12=322，d.12=232，e.12=223. 方案 a.b 可节省一根传动轴，但是，其中一个传动组内有四个变速传动副， 增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。 根据前多后少的原则，方案 c 是可取的，但是，由于主轴换向采用双向离合 器结构，致使 i 轴尺寸加大，此方案也不适宜。故选择方案 d. 2 1.2.3 确定变速组扩大顺序确定变速组扩大顺序 12=232 的组合传动组合，其传动组合的扩大顺序又可以有以下的 6 种形式： .22312. .22312. .22312. .22312. .22312. .22312. 124 214 361 162 612 631 = = = = = = f e d c b a 根据级比指数分配要“前疏后密”的原则，即传动顺序与扩大顺序一致，应该 选用方案 a.即 . 631 22312=其结构网如下： 图 1 ( . 631 22312=结构网) 检验最大扩大组的变速范围：841 . 1 )12(61p c c = ）（ r，符合设计原则要求。 1.3 转速图拟定 在其中的三种传动副中，变速机床共需 4 轴，加上电动机共 5 轴，故转速图 需要 5 条竖线。如下图 2 所示。主轴共 12 级，电动机轴与主轴的最高转速相近， 故需要 12 条横线。 中间各轴的转速可以从电动机轴往后推，也可以从主轴开始往前推。通常以 往前推比较方便，即先决定轴 iii 的转速。 传动组 c 的变速范围为841 . 1 66 =，可知两个传动副的传动比为： 3 4 1 1 5 . 2 1 = c i 11 2 i 2 c2 = 这样就确定了轴 iii 的六种转速只有一种可能，即为：125、180、250、355、 500、710r/min. 可见，iii 轴的最低速度为 125r/min。 然后确定 ii 轴的转速，传动组 b 是第一扩大组，级比指数3 1= x。可知，ii 轴的最低速度是 180r/min、250r/min、355r/min、500r/min，为避免升速，同时不 使最小传动比太小，并满足降速符合递减原则，因此取： 3 1min /1 = bb ii ; 1 2max = bb ii 即 ii 轴 的 最 低 转 速 定 为 355r/min 。 ii 轴 的 三 级 转 速 分 别 为 ： 355r/min,500r/min,710r/min。 1.3.1 主电机的选择主电机的选择 中型机床上，一般都采用交流异步电动机为动力源，可在下列中选用，在选 择电机型号时，应注意： (1)电机的 n： 根据机床切削能力的要求确定电机功率， 但电机产品的功率已标准化， 因此， 按要求应选取相近的标准值。 (2)电机的转速 d n 异步电动机的转速有：3000，1500，1000，750r/min,这取决于电动机的极 对数 p d n =60f/p=60x50/p ( r/min) 机床中最常用的是 1500 r/min 和 3000r/min 两种，选用是要使电机转速与 主转最高速度 n 和工轴转速相近为宜，以免采用过大或过小的降速传动。 根据以上要求， 我们选择功率为 5.5kw， 转速为 1500r/min 的电机， 查书 机 械设计综合课程设计表 6-164，其型号为 y132s-4，其主要性能如表 1： 表 1 电机型号 额定功率 kw 荷载转速 r/min 同步转速 r/min y132s- 4 5.5kw 1440 1500 1.3.2 分配最小传动比，拟定转速图分配最小传动比，拟定转速图 (1) 轴的转速： 轴从电机得到运动， 经传动系统转化为主轴各级转速， 电机转速和主轴最 小转速应相近，显然，从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑， 4 轴转速不宜将电机转速降得太低。 弱轴上装有离合器等零件时， 高速下摩檫损耗， 发热都将成为突出矛盾，因此， 轴转速也不宜也太高， 轴转速一般取 7001000r/min 左右较合适。 因此，使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸，在电机轴 i 到主传 动系统前端轴 增加一对 118/165 的降速齿轮副， 这样， 也有利于变型机床的设 计，改变降速齿轮传动副的传动比，就可以将主轴 12 级转速一起提高或降低。 (2)中间轴的转速 对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小和噪音，振动 等性能要求之间的矛盾。 中间传动轴转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮 模数小些： d 4 m , m 3 m 从而可使结构紧凑。 但这样引起空载功率 p l 和噪音加 大： n空=1/ 6 10 (3.5 n da+cd主n)kw 式中：c系数，两支承滚动轴承和滑动轴承 c=8.5，三支承滚动轴承 c=10； da所有中间轴轴径的平均值； d主主轴前后轴径的平均值 n 中间传动轴的转速之和 n主轴转速(r/min) p l =20lg 6 10 lg()4.5(1tan)() an k mzqmzn + 主主 -k 式中：()amz所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值 mm; ()mz 主主轴上齿轮分度圆直径的平均值 mm; q传到主轴上所经过的齿轮对数 主轴齿轮螺旋角 1 c ,k系数，根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床、铣床 1 c =3.5， 车床 k=54，铣床 k=50.5。 从上述经验公式可知， 主轴 n 和中间传动轴的转速和对机床噪音和发热的关 系，确定中间轴转速时，应结合实际情况做相应的修正。 a，对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低些 b,控制齿轮圆周速度 v15m/s 6- 5- 5 c d 工作平稳性和接触误差对振动和噪音的影响比运动误差更大。为了控制噪 音，机床上主传动齿轮都选用较高的精度，大都用 7- 6- 6。 2.2.3 结构与加工方法结构与加工方法 不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有不同。8 级 精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。7 级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插 齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度下降，因此，需淬火的 7 级齿轮一般 滚(插)后要剃齿，使精度高于 7 级淬火或衍齿后才能达到 6 级。机床主轴变速箱 中齿轮一般都需要淬火。 (1)齿宽 b 齿宽影响齿的强度。但如果太宽，由于齿轮误差和轴的变形，可能接触不均 匀，反而容易引起振动和噪音。一般取=(610)m。齿轮模数 m 小，装在轴的中 部或单片齿轮，取大值齿轮模数 m 大，装在靠近支承处或多联齿轮，取小值。 薄的大齿轮容易产生板振动，成为噪音发射体，因此，齿轮基体不宜太薄，设计 单片齿轮时要注意，这里均是单片齿轮，取齿宽(m 为模数)。 2.2.4 齿轮的轴向定位齿轮的轴向定位 要保证正确啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠，空套齿轮和固定在轴上的齿 轮的轴向定位可采用隔套定位。 图图 4 (1.隔套隔套 2.离合器离合器 3.空套齿轮空套齿轮) 2.3 传动轴的设计 2.3.1 传动轴特点传动轴特点 机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支承。轴上要安装齿轮，离合器和制动器 等。 传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。 传动轴应有足够的强度和刚度， 13 如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动，噪音、空 载功率、磨损和发热增大。 两轴中心距误差和轴心线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。 2.3.2 轴的结构轴的结构 传动轴可以是光轴也可以是花键轴，成批生产中，有专门加工花键轴的铣床 和磨床，工艺上并无困难。所以一般都采用花键轴，花键轴承载能力高，加工如 转盘也比但单键的光轴方便。这里 i 轴与电机轴相连，i 轴上只装有一个齿轮， 可选光轴 ii、iii、iv 轴采用花键轴，v 轴采用光轴。 2.3.3 轴承的选择轴承的选择 机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升。空载功率和噪音 等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支承孔的加工精 度要求都比较高，异常球轴承用得更多。但滚锥轴承的内外圈可以公开。装配方 便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的 型式和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其它结构条件。 即要满足承载能力要求，又要符合孔的加工工艺，可以用轻、中、或重系列 的轴承来达到支承孔直径的安排要求花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个 应小于花键的内径，一般传动轴上轴承选用 g 级精度。 (1) 滚动轴承的选择计算 滚动轴承的寿命计算公式如下： l= c p l额定寿命( x 6 10 )转 c额定动载荷(kgf) p当量负载荷(kgf) 寿命指数，对球轴承 =3 对滚子轴承 =10/3； 在实际计算中， 一般采用工作小时数表示轴承的额定寿命， 这时上试可变为： h l = 6 10 60n h l 额定寿命(h) n轴承的计算转速(r/min) 当量动载荷 p=x r f +y a f r f 径向负荷(kgf) a f 轴向负荷(kgf) x径向系数 y轴向系数 (2) 按照负载荷选择轴承 按额定静负载选择轴承的基本公式如下： 14 0 c = 0 s 0 p 0 p 当量静负荷(kgf) 按下列两式计算，取大值 000ra px fy f=+ 0r pf= 0 c 额定静负荷(kgf) 0 s 安全系数 (3) 轴承的选择 i 轴两端轴承的选择 根据前面估算的直径及该轴的结构和受力情况，选择单列向心球轴承 (gb27664)轴承型号为 7000308(左轴承)，7000307(右轴承)。 ii 轴两端轴承的选择 左轴承：7000307 右轴承：7000306 iiia轴：左，7000309 右，7000308 iiib轴:左，7000310，右 7000409 iv a轴：左，7000310 右，7000409 ivb轴:左端型号：27310(gb29864) 右端：27610 v 轴轴承的选择， 由于轴 v 右端悬伸部分与锥齿轮不相连， 承受一定的轴向 负荷及径向负荷， 因此， 可选用圆锥磙子轴承左端型号： 27310(gb29864)右端： 27610。 2.3.4 轴的轴向定位轴的轴向定位 传动轴必须在箱体内保持准确的位置， 相对保证安装在轴上各传动件的位置 正确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有轴的定位。对受轴向力的轴， 其轴向定位更重要。回转轴的轴向包括轴承在轴上的定位和在箱体孔中定位，在 选择定位方式时应注意： (1)轴的长度，长度要考虑热 伸长的问题，宜有一端定位； (2)轴承的间隙是否需要调整； (3)整个轴的轴向位置是否需要调整； (4)在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈； (5)加工和装配的工艺性等。 根据轴的结构特点和收里情况，轴均采用弹簧卡圈定位或压盖和轴肩定位。 2.4 齿轮结构设计 2.4.1 直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮 考虑到结构尺寸要求，及齿轮的强度，直齿圆柱齿轮均设计以下结构。 2.4.2 齿轮模数的计算齿轮模数的计算(验算验算) 轴 ii- iiia间齿轮模数的计算 (1) 按接触疲劳计算齿轮模数: 15 wndyn39 . 5 5 . 598 . 0 = min/1000rnj= 4m=8 27 1 =z 5926. 1 27 43 1 2 = z z i qnnts kkkkk = 取 ,99 . 0 = n k ,58 . 0 = n k 64 . 0 = q k 1253. 2 10 160010006060 3 7 0 = =m t c nt k 则 90. 164. 058. 099. 0125. 2= qnnts kkkkk 取 , 4 . 1 1 =k 线速度 smmzv/4821. 810327 60 21000 10 60 21000 33 = = = 取 4 . 1 2 =k 2963. 08 27 11 1 = md z 取 1 3 =k 取 mpa650=. 因此:456. 2 10006505926. 1278 39. 59 . 114 . 14 . 1) 15926. 1 ( 16300 3 22 = + + = j m. (2)根据弯曲疲劳强度计算 4 275 1 321 wj s w mnyz nkkkk m = 查表取 : , 4 . 1 1 =k , 4 . 1 2 =k , 1 3 =k . qnnts kkkkk = 而 1988. 1 102 1600010006060 6 8 0 = =m t c nt k 查表取 85. 0,78. 0,99. 0= qnn kkk. y=0.43, mpa w 275= 91 . 0 85 . 0 78 . 0 99 . 0 382 . 1 = s k 因此: 159. 0 2751000843. 027 39. 591. 014 . 14 . 1 275= = w m。 16 由以上计算结果知，齿轮模数合格。 2.5 电磁离合器的选择和计算 按照要求，电磁离合器所能传递的静扭矩 j m和动扭矩 d m 选择各类电磁离合 器的规格，型号，从而确定其尺寸。 2.5.1 按扭矩选择按扭矩选择 一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩 j m和额定动扭矩 d m 满足工作 要求。 额定静扭矩： j my n n kkm j n =9550 mn 对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭矩设计。 额定动扭矩： d mmnm ta ngd kmmk f a =) 5 . 37 ()( 0 2 0 式中： a m 加速扭矩； f gd 2 所有被离合器带动的零件折算到离合器轴上的当量飞轮矩 2 mkg ； l+= 22 2 221 1 222 )()()()()( n n gd n n gdgdgd zf .360)()( 2 22 a v g n n gd i i +; f gd 2 安装轴(转速为 n)及轴上零件的非轮矩之和 ; l 2 2 1 2 )(,)(gdgd 分别为离合器带动的其他各轴(转速为 n1n, 1 n2 i nl)上零件的飞轮矩之和; a t加速时间,中型车床取 1- - - 3s,位行用 0.010.02s； 0 m空转扭矩。湿式多片式离合器一般为 j m的 12%，油量小，精度 高。 水平安装是取小值； 。，r、nmin/被动侧的相对转速离合器的主 2.5.2 步骤步骤 (1) 选择外摩擦片的内径 d 17 根据结构需要，如果为轴装式时，摩擦片的内径 d 应比安装轴的轴径大约 2- 3mm。 (2) 选择摩擦片尺寸。 (3) 计算摩擦面对数 z mv zn kkddpf kkm z )( 120 33 = 式中：f- - - - - 摩擦片间的摩擦系数； p- - - - 许用压强 mpa； d- - - - - - 摩擦片内片外径 mm； d- - - - - - - 摩擦片外片内径 mm； v k - - - - 速度修正系数； z k- - - - - 接合面数修正系数； m k - - - - - 接个次数修正系数； k- - - - - - 安全系数。 (4) 摩擦片片数 摩擦片总数为(z+1)片。 2.5.3 摩擦离合器的强度验算摩擦离合器的强度验算 (1) 许用传递转矩t (n.cm) t=tkkkpmddd k tvip )( 8 1 2 2 2 1 式中:t离合器额定转矩, n.cm; k工况系数; 摩擦系数； p许用比压； m摩擦面对数； i k摩擦片数修正系数； v k速度修正系数； t k接个次数修正系数； p d摩擦热工作面的平均直径，cm。 摩擦面上的平均圆周速度： 60000 nd v m m = . 2 21 dd dm + = 18 m v圆周速度, m/s; m d摩擦面平均直径, mm; 1 d摩擦面的内径, mm; 2 d摩擦面的外径 , mm; n离合器的转速, r/min。 (2)压紧力 f(n) md tk f p 2 = (3)摩擦面上比压 p )( 4 2 2 2 1 p dd f p = (4)外壳与外摩擦片擦合处挤压应力 1 1 )( 8 2 4 2 3111 = ddaiz kt (5)内壳与内摩擦片接合处挤压应力 2 )( 8 2 6 2 5222 2 = ddaiz kt 式中: 21,a a外、内摩擦片的厚度， cm； 1 z外摩擦片的齿数； 2 z内摩擦片的齿数； 1 i外摩擦片数； 2 i内摩擦片数； 许用挤压应力， (n/cm 2 ) 述各式中 61 dd单位为 cm。 2.5.4 离合器的选择离合器的选择 (1)按扭矩选择 km n y n n kkmm jj j 84.9799.0 95502 9550 max = = 结合轴的轴径，可以选轴上的离合器为： 轴 i 上的离合器: dlm310 68 轴 ii 上的离合器: dlm310 68 轴 iiia上的离合器: dlm325 78.5 19 轴 iv a上的离合器: dlm325 78.5 轴 iiib上的离合器: dlm340 91 轴 ivb上的离合器： dlm340 91 轴 v 上的离合器： dlm340 91 计算摩擦面对数 z. mv zn kkddpf kkm z )( 120 33 = 3 进给传动部件的计算和选型 3.1 脉冲当量的确定 根据设计任务的要求，选取横向脉冲当量为005. 0= x mm/脉冲，纵向 01 . 0 = z mm/脉冲。 3.2 切削力的计算 以下公式，数据根据机床切削手册获得7： 切削速度的计算公式(/min) vv v xym p c vm t af = 加工材料碳素结构钢 b =650mpa 外圆纵车，刀具 yt15，车刀刀杆尺寸 b*h（mm） 16*25，工件直径 d=40mm， 车削深度 p a 3mm， 进给量。 f=0.40.5(mm/r)(0.70), 242.0.15.0.35.0.20 rvv cxym=耐用度 t=120min，修正系数 tv k=0.87， z tf k=1.03， m tp k=0.89 车削力及主车削功率 主车削力 n ff zzzz z xy ff zfp fc afvk= n 径向车削力 n ff yyyy y xy ff yfp fc afvk= n 走刀力（轴向力） n ff xxxx x xy ff xfp fc afvk= n 车削时消耗的功率 4 6 10 z m f v pkw= 加工材料：结构钢及铸钢 b =650mpa 刀具材料 硬质合金 2650,1.0,0.75,0.15 1950,0.90,0.6,0.3 2880,1.0,0.5,0.4 zzz yyy xxx n fffz n fffy n fffx cxyf cxyf cxyf = = = 20 , zyx fff kkk 分别为三个分力计算中，代入车削速度 0.20.150.35 242 10.7.64/min 12030.4 vm= 车削力 1.00.750.15 0.90.60.3 1.00.50.4 2650 30.4107.641.082140.73 1950 30.4107.641.561166 2880 30.4107.641.341122.46 z y z fn fn fn = = = q车削深度不大，形状不复杂的轮廓时理论车削减少 10%15%，车削时消 耗的功率 2140.73 (1 15%) 107.64 3.26 60000 m pkw = 而实际进给量 f=0.37 ap=2.8。实际 fz=1882.8n 2.873 60000 z m f v pkw=50mm，载荷稳定。 1 选择键的类型：选 a 型普通平键 2 确定键的尺寸：查的可选键的尺寸为4556=lhb 3 挤压强度：取 k=h/2 l=l- b,则工件表面的挤压应力为 3 22 0.927 10 0.736 29 (456) 5/2 p t mpa kdl = mpampa pp 200120736 . 0 =18 . 0 8 . 242 5 . 42 查表可得： x=0.50,y=2.0 3 3 1.1 () 16670 5000 1480 5 227 16670 dd dra h ff fxfyf l n p = + = r 系数 查表可得 当量动载荷p p= =1.1（0.50 242.8+2.0 42.5） =227n 计算额定动载荷 c = =2961n 基本额定动载荷 r c=17200n r c=2961n。则选用轴承可以满足寿命要求。 4 数控系统硬件电路设计 4.1 微机控制系统硬件组成 任何一个微机控制系统都由硬件和软件组成。 硬件是数控系统的基础， 其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能，有了硬件才能有软件进行 的基础，而只有配置了软件控制系统才有可能工作。 构成微机控制系统的基本硬件由以下四部分： （1）中央处理单元，即 cpu。 （2）总线，包括数据总线（db） ，地址总线（ab） ，控制总线（cb） 。 （3）存储器，包括可编程存储器 eprom，和随机读写存储器 ram。 （4）输入，输出接口电路。 其中 cpu 是整个系统的核心，是控制其他各部分协调工作的“大脑” 。 存储器则是系统软件及系统运行中各数据的存储库。i/o 接口电路是系统 与外界进行信息交换的桥梁。总线则是 cpu 与存储器，接口以及其他转换 电路联接的纽带，是 cpu 与部分电路进行信息交换和通讯的必由之路。 29 微机控制系统的硬件设计，主要就上述四部分的具体设计。 4.2 确定硬件电路方案 ck6125 型数控系统概述起来主要有以下四部分组成： 主控器 cpu：cpu 由 mcs- 52 系列的 8031 承担，8031 的基本特征如 下： 具有一个 8 位的 cpu 和下列主要部分 （1）片内有时钟发生电路(6mh z或 12mhz)每执行一条指令时间为 1 s2 s。 （2）具有 128b 的 ram，内部编址为 00h7fh 用于工作寄存器。 管脚功能介绍 v cc编程和正常操作正确时单片机的工作电源端，接+5v 电源。 v ss脚接地，它是工作电端的一个输入端。 p 0：p0口的 p0 . 0 p 7 . 0 占引脚 39- 32，这 8 位双向单行 i/o 线。作为输出 口时，负载能力为 8 个 lstt4 电路，当访问片外存储器使 p 0口是复用的， 以分时多路转换方式输出低 8 位地址而过后再传送数据，在组成单片机系 统电路中，都需要设一个专用的 8 位锁储存器来锁存，由 p 0口输出的低 8 位地址。 p1：p1口的 p 0 . 1 p 7 . 1 占用引脚 1- 8。它是双向并行 i/o 线。p1口的 8 位 可以完成输入输出数据。而他的每一位口线还能独立的用作输出线或输入 线。他的负载能力为 4 个 lstt4 电路，在 eprom 编程时，它接收低 8 位 地址。 p 2：p2口的 p0 . 2 p 7 . 2 占用引脚的 21- 28。在访问片外储存器时，p 2口 输出高 8 位存储器地址在 eprom 编程时，p 2口接收高 8 位地址。对从 p 口输出的地址，它本身具有锁存功能，不需要另加锁存功能。 p 3：p3口的 p0 . 3 p 7 . 3 占用引脚 10- 17，它是 8 位双向口。但在组成 mcs- 51 单片机系统电路中，它的 8 个引脚有重要的专门功能，例如 p 7 . 3 引 脚为 rd 引脚，它是读取片外数据的控制线，其他的各脚的专用功能在下 面列出。 p 0 . 3 r xd（串行输入口） p 1 . 3 t xd（串行输出口） p 2 . 3 0 int (外部中断) 30 p 3 . 3 1 int (外部中断) p 4 . 3 t 0（定时器 o 外部输入） p 5 . 3 t1 (定时器 1 外部输入 ) p 6 . 3 wr（外部数据存储器写选通） p 7 . 3 rd（外部数据存储器读选通） p 3的负载功能为 4 个 lsttl 电路 ale/ prog ：访问外部储存器。用于锁存地址低位字节的地址锁存允 许输出， 即使不访问外部存储器， ale 也可以振荡频率 i/o 固定频率输出， 故而它能作为外部时钟或固定时用，ale 主要是提供定时信号，在外部程 序存储器取地址时把 p 0口的低位地址字节锁存到外接的锁存器中每一个 机器周期 ale 的两次有效，这个引脚也是 eprom 编程时的编程脉冲 （rrog） psen :程序存储器允许输出。是外部程序存储器的选通信号。在外部 程序存储器取指令时, psen 每个周期有效两次，在从外部内部程序存储器 取指令时无 psen 脉冲。 ea/v pp：ea 高电平时，并保持此状态，这时访问内部程序存储器。 即访问地址从 0000h0fffh 共 4kb,但是超过这么个范围时将自动访问外 部存储器。当 ea接地，并保持低电平时，则只访问片外存储器，由于 8031 单片机没有片内程序存储器，所以在使用时 ea 引脚必须接地，v pp是当 eprom 编程期间，此脚接编程电源。 xtal1与 xtal 2引脚： 它们分别接外部晶体的两端，构成晶体振荡器提供给单片机主脉冲源， 主振荡器的频率由晶体的谐振频率决定，其范围在 2- 12mh z之间。通常采 用 6mh z的晶体，若使用外部振荡器时，xtal1接地，xtal2引脚作为送 进单片机主振荡信号的输入端。 st r/v pd：复位控制，在振荡器运行时，是 rst引脚至少保持两个机器 周期为高电平， 可实现复位操作。 cpu 通过执行内部复位来响应， 在 r st为 高电平的第二周期时执行内部复位，在 v cc关断增加上 vpd（掉电保护） ram 的内部将保持不变。 8031 单片机存储器的结构 8031 单片机没有程序存储器，只有 256 字节的数据存储器，即地址从 31 00hffh，其中内部数据 ram 地址为 0127（00h- 7fh）,特殊功能寄存 器（sfh）的地址为 128255，256 个字节的 00h1fh 为四个工作寄存区， 其中 00h07h 为 0 区，8h17h 为 2 区，18h1fh 为 3 区，每个区都有 8 个 8 位寄存器，r 0r7，要确定采用哪个工作寄存器，只需改变标志寄存 器的 psw 中的 r s0，rs1即可实现。 从 20h2fh 是位寻址空间，在此空间中 cpu 既可以对其执行按字节 操作，又可以对其中的每个单元的八位二进制代码执行按位的操作。 从 30h7fh，只能按字节寻址的数据缓冲器区，由于 8031 复位后， 指针 sp 指向工作寄存器 0 区，所以程序编制时，在初始化程序中对 sp 设 置的 30h 以后的地址区间为初始值。 单 片 机 8031 的 外 部 数 据 存 储 器 最 大 可 以 扩 展 到 64k， 地 址 从 0000hffffh，用以存储数据。 8031 中断系统可编程为高优先级或低优先级中断，并能实现二级中断 嵌套，各中断源所对应的中断嵌套服务程序的入口地址和优先级如下： 中断源 入口地址 优先级 int 0 00003h 0 t 0 0000bh 1 int1 0013h 2 t1 001bh 3 串行口中断 0023h 4 8031 响应中断后，即从以上入口地址开始执行中断服务程序，直到遇 到一条 ret 的指令为止。 4.3 8031 储存器扩展电路设计 4.3.1 程序存储器扩展程序存储器扩展 8031 是一个无 rom 的 8051，单片的 8031 不能构成完整的计算机， 必须按 eprom 或 rom 作为程序存储器，所以外接一个 2764 芯片。 2764 是一种高速容量为 8k8 的 eprom 存储电路， 读出时间为 250ns， 2764 为 28 线器件， 其中 a 0-a12为 13 位地址线， ， o0-o7为 8 位数据线，ce 为片选信号低电平有效，oe 为数据输出选通信号线，低电平有效，pgm 为 32 编程输入线 v cc为主电源线，vcc= 5v；vpp为编程电源线，电压端为 12.5v； v ss为接地，n 脚不用。 2764 芯片中低 8 位地址线通过地址锁存器 74ls373 与 8031 中的 p 0口 相连接，当地址由锁存允许信号 ale 为高电平时，则 p 0口输出地址有效。 高 5 位地址线分别是 p 0 . 2 -p 4 . 2 相连， 8 位数据线直接与 8031p 0口相连， oe 引脚直接同 8031 引脚相连， 片选 ce直接接地， 故 2764 始通选通有序 8031 只能选通外部程序存储器， ea接地。 4.3.2 数数据存储据存储器扩器扩展展 由于 8031 内部 ram 只有 128 字节，这不能满足系统的控制要求，需扩 展片外的数据存储器，故采用 6264 静态 ram 数据存储器。 6264 芯片是 8k8 的数据存储器电路，集成度很高，其中 a 0-a12位 13 位地址线，输入地址数据与内部字节的单元对应，00h-07h 为 8 位数据线， ce为片片选信号线，oe ，we 为读写控制信号线，都是低电平有效，v cc 为+5v 电源。gnd 接地，n 为空脚无用。 4.3.3 联线联线方方式式 6264 低 8 位地址线通过地址储存器 74ls373 专 8031p 0接口， 高 5 位地 址线分别与 p 0 . 2 -p 4 . 2 相连，8 位数据线直接接到 8031 的 p 0口。读写控制引 脚oe 。we 与 8031 的读写控制引脚 rd。wr直接相连，片选 ce 通过译 码电路与 8031 相连，译码器的 y 2输出提供。所以 6264 的空间地址为 4000h-5fffh。 4.3.4 地址锁存地址锁存器器 74ls373 单片机规定 p 0口提供低 8 位地址线，同时又要做数据线，所以为分时 输出低 8 位地址和数据通道口，为了把地址信息分离出来保存以便为外接 存储器提供 8 位地址信息，一般采取 74ls373 作为地址锁存器，74ls373 是带之缓冲输出的 8d 触发器，用作地址锁存器时，应使其 oe 端为低电平， 输入端 g 与 8031 的地址锁存信号 ale 连接，当 g=1 时，74ls373 的输出端 1g-8g 与输入端的 1d-8d 相同，当 g 高电平道会低电平时，输入的数据被 锁存入 1q-8q 中。 4.3.5 i/o 口口扩扩展展电电路路设计设计 8031 单片机共有四个 8 位并存 i/o 接口， 但是供用户使用的只有 p1口 33 及部分 p 3口线， 因此在大部分应用