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加工中心动力头及换刀机构设计含6张CAD图,加工,中心,动力,机构,设计,CAD
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摘 要数控机床从总体上看没有脱离普通机床的结构和形式，在普通机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。该机器变为CNC机器。CNC加工中心以原始机床为基础，并增加了刀具记录和自动换刀装置。数控自动换刀不仅提高了产品质量，提高了生产效率，降低了人工成本，而且大大改善了员工的工作条件。本文经阅读国内外相关文献，到工厂进行实地调研，并且在老师的指导下完成。采用由交流电动机作为驱动源的变速。总之，它所具有的独特的优势，对机械产品的质量和生产率的提高都是十分必要的。关键词：自动换刀 加工中心 数控机床 AbstractGenerally speaking ，Numerically Controlled Machinre Tool doesnt divorce from the common lathe structure. After nipple up numerical control system on the General Purpose Machine Tool，This machine tool will change into a CNC. The machine becomes a CNC machine. CNC machining center is based on the original machine tool, and adds the tool record and automatic tool change device. This paper, according to the relevant documents, factories undertake field studies, designing the Numerically Controlled Machinre Tool under the teachersguaidence, Adopting electric infinite speed variation whose driving source come form interfluent speed regulating motor. Key words:Automatic reverse tool Numerically Controlled Machinre Tool 目 录绪 论1第一章 相关知识介绍21.1 数控机床出现的背景21.2 什么是数控和加工中心21.3 数控技术的出现和近况31.3.1 数控（NC）阶段31.3.2 计算机数控（CNC）阶段31.3.3 国内数控机床的特点41.3.4 国外数控机床的现状41.4 机床的组成和精度指标41.4.1 数控机床的组成51.4.2 数控机床的精度指标61.5 加工中心的工作原理61.6 数控机床的分类71.6.1 按工艺用途区分71.6.2 按操控方式分类71.7 机床的优点和不足91.7.1 采用数字控制的优点91.7.2 数控机床的缺点91.8 数控技术的发展前景91.8.1 继续多方向发展91.8.2向自动化发展101.9 加工中心的发展趋势101.9.1 高速化101.9.2 进一步提高精度111.9.3 机能更加完善11第二章 部分部件的设计计算122.1 主轴部件的结构安排122.1.1 主轴的性能分析122.1.2 主轴轴承的选择和校核132.1.3 主轴轴承的润滑142.1.4 刀具自动装卸及切屑清除装置142.1.5 主轴准停装置152.2 主轴部分零件的设计计算162.2.1 主轴电机的选取162.2.2 计算带传动172.2.3 轴的强度刚度校算202.2.4 轴承的寿命计算222.3 换刀机构的设计232.3.1 控制方式的选择232.3.2 换刀机构的原理24第三章 加工中心硬件的选择设计313.1 数控系统基本硬件组成313.2 硬件的选择313.2.1 CPU的选择313.2.2 程序存储器和数据存储器的扩展323.2.3 键盘和显示选择333.2.4 步进电机驱动器的选择343.2.5 液压缸的控制36结 论37参考文献38致 谢39II绪 论由于科学技术的持续发展趋势，清楚地阐明了对工件品质和生产效率的越来越高的要求，而这些都是由于机械设备技术的进一步提高。生产过程的自动化技术是达到规定要求的最重要方法之一。坦率地说，机械加工是将金属材料产品的工件零件加工成所需的形状，包括规格精度和几何图形精度。可以执行上述功能的机器称为CNC车床。数控车床是基于普通车床的发展趋势而设计的。数控意味着数字控制。当机器安装有CNC系统时，它将成为CNC机器。我们通常所说的CNC设备主要是自动操作的机床和加工中心。 CNC加工中心是高度集成化的机电产品。它在原始的CNC机床上增加了刀具记录和自动换刀装置，从而充分利用了更改计算机控制技术以及其他许多先进的精密机床和自动化控制器的优势。1952年，计算机技术应用于该机器，第一台CNC机器在美国诞生。从那时起，传统机器发生了质的变化。在中国，CNC加工技术的科学研究始于1956年，直到60年代中后期，一直处于研发，开发和设计阶段。70年代初以来，数控加工技术已广泛应用于车削，铣削，钻孔，镗孔，磨削，齿轮加工，点生产等行业。数控车床管理中心已在上海和北京建立。1990年之后，趋势转向高端CNC车床。我毕业设计选择的题目是“加工中心动力头及换刀机构设计”，本次设计主要包括主轴设计，换刀机械手设计，电器控制图。主要技术参数及技术要求： 1X，Y，Z轴的行程分别是600，300，400mm； 2进给精度 0.001mm； 3X，Y，Z轴的移动速度分别是2.5，2，1毫米/每分钟； 4工作台面尺寸为320100mm；5脉冲剂量0.01mm /步；6重复性等级0.01毫米。第一章 相关知识介绍1.1 数控机床出现的背景中国于1958年开始研究数字控制技术，其研发阶段一直持续到1960年代中期。自1970年代以来，CNC技术已在车削，铣削，钻孔，钻削，磨削，齿轮加工和点加工领域得到了全面发展。二十世纪末，它主要是为高端CNC机床开发的。随着每个人生活水平的不断提高和对物质文明的要求日益突出，产品质量也明显提出了更高的要求。最重大的变化是，人类消费的概念正在从单一产品的追求发展到从几个品种到批次的转化，这表明产品的品种和批次将发生相应的变化。在数量和种类上必须有一定的灵活性。这对产品制造商提出了更严格的要求，这是公司在新时代取得胜利的关键。另外，科学技术进步的发展趋势也清楚地提出了对机械设备商品质量和生产效率的越来越高的标准，机械加工制造技术的进一步发展起了决定作用。为了达到上述要求，最重要的是加工过程的自动化。这不仅提升了产品质量，加快了生产效率，缩减了生产成本，而且还大大改善了员工的工作条件。在大规模的自动化生产中，同时运用自动机床，组合机床和专用机床以及专用自动化生产线和多功能，多阶段和多工艺过程，以实现高效率和高自动化。但是，所有这些都是刚性自动化，当面对小批量生产时，这是不合适的，因为小批量生产需要不断更改产品类型，这要求生产线具有灵活性。1.2 数控及加工中心是什么车削，铣削，刨，磨，镗，钻，火花放电，弯曲，光纤激光切割等都是生产和加工方法。坦率地说，机械加工是将金属材料毛坯生产和加工成所需的形状，包括规格精度。及其几何精度。可以执行上面列出的功能的机器称为机床。自然，将一台简单的机器升级到CNC机器不仅像重新安装系统一样简单，例如：从铣床到CNC加工中心，机器结构也发生了变化。大大提高了准确性。CNC加工中心的主要功能是切削，镗和冲孔功能。我们通常所说的CNC设备主要是分度操作的车床和加工中心。 CNC加工中心是新一代的机电产品。它在原始的CNC机床上添加了刀具日志和自动换刀装置，从而充分利用了计算机控制技术以及许多其他先进的自动化技术来组成的。具有较高的加工精度和加工生产效率，有助于减轻劳动强度，改善劳动条件；同时由于数控加工的灵活性，具有显着的经济效益；此外，它由灵活的生产系统（FMS）和计算机集成生产系统（CIMS）组成，具有独特的优势，更有利于现代生产管理。1.3 数控技术的出现和近况世界上第一台计算机于1945年问世，这表明人们已经开发并设计了可以改善和替换人脑的特殊工具。与农业和工业界开发和设计的工具相比，这是质的飞跃，而后者是帮助人们进入信息社会的打下基础。六年后，电子信息技术开始应用于机床，第一台CNC机床在美国问世。从那时起，传统机器发生了质的变化。在近半个世纪的时间里，CNC经历了两个开发环节。1.3.1 数控（NC）阶段电子计算机的初始处理速度比较慢，对当时计算机应用和数据处理影响小，不能考虑机器的同步控制。必须使用数据逻辑为机器“构建”一台独特的电子计算机，称为硬件配置和计算机控制的自控系统软件。1.3.2 计算机数控（CNC）阶段到1972年，通用微型计算机已经出现并开始批量生产。因此，它被移植为自动数据控制系统的重要组成部分，然后进入CNC机床阶段。直到1985年。这家INTEL企业首次应用了称为微控制器的大规模集成电路芯片的技术，该技术集成了两个关键的电子计算机组件，即计算模块和控制板，称为微处理器。直到1974年，微控制器都使用CNC系统软件。这是因为小型计算机的作用太强，并且操纵一个设备的能力非常强，因此使用微控制器既经济又高效。当时，小型计算机的信誉并不理想。尽管微控制器的速度和功能还不够完整，但是可以使用多处理器系统架构来处理它们。由于微控制器是通用电子计算机的心脏，因此仍称为数据计算机系统控制。直到1991年，PC的性能一直很高，可以满足他成为系统的主架。从那时起，CNC系统软件已进入基于电子计算机的新时代。 中国于1958年开始研究数字控制技术，其研发阶段一直持续到1960年代中期。当时，一些高校和研究部门正在开发测试原型机，并且开发工作从电子管开始。 1965年中国已经开始开发晶体管数字控制系统。自1970年代以来，CNC线切割机由于其结构简单，易于使用且成本低廉而广泛用于加工模具。在1980年代，中国推出了5、7和3系列CNC系统，交流电机技术以及美国和德国的一些新科技。这使中国数控机床的性能和质量有了质的飞跃。 1985年中国自控机床的品种也有了新发展。在1990年代及以后，它主要向高端CNC机床开发。目前，中国可以生产各种类型的机械产品，但它们的水平不尽如人意。有些非常落后，只要国家肯施以援手，赶超将易如反掌。例如：沈阳机床集团对德国机床公司Sisi的收购就非常有意义，如果大力研究技术，将能够弥合许多差距。1.3.3国内数控机床的特点 1)新产品的研发水平得到了很大提高，高科技商品具有关键影响力。 2）产量变多，加快生产效率。3）关键配套商品有了全面突破。1.3.4国外数控机床的现状1998年世界上CNC车床是机床进口额的大部分。进口到美国的比例为70，中国则为60。当前，全球数控机床消费趋势已经从CNC车床和铣床的初始阶段转变为越来越高的自动化需求。当今世界，国家的工业机器拥有量可以反映经济能力和国防实力。西方工业国家的数控机床占有率一般能达到20%左右。欧、美、亚在国际上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线。特别是随着微电子技术的进步，数控机床也在加速发展。各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强工业实力、加速数控车床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。1.4 机床的组成和精度指标1.4.1 数控机床的组成CNC机器类型很多，但就组成完整的CNC机器而言，它包括四个部分：控制介质，CNC设备，伺服系统，机体和辅助设备。(1) 控制媒介为了控制机床，必须在人与机床之间建立一定的联系，该连接材料及时是介质。常见的几种为穿孔带，穿孔卡和磁带。将处理此零件所需的所有材料和说明保存在控制介质中。控制介质是指将数据处理信息发送到数字控制设备的信息介质。这取决于CNC机床的类型。随着CAD / CAM技术的发展，一些数字控制设备使用CAD / CAM软件在其他计算机上进行编程，然后通过计算机与数字控制系统进行通信，以将程序和数据直接传输到数字控制设备。(2) CNC设备CNC设备是机床的控制中心。由输入、控制、输出三方面构成。输入设备接收信息，并在识别和解码后将其发送到控制电子表格。此信息将是控制和计算的主要基础。控制算术单元基于输入设备发送的信息进行计算，并将控制命令发送至输出设备。输出设备将控制器发送的控制命令发送到随动系统，放大功率时相关部分做出动作。(3) 伺服系统进行接受信号然后执行。并根据命令指令驱动机器的运动部件，以处理柔性部件。团队信息由脉冲信息组成。机器每个运动部件的位移称为脉冲当量。(4) 机体和辅助装置机体是用来加工各种零件的必备条件。完美展显了机床的性能、布局和各种系统及结构等。故与普通车床内部大不相同。因此，需要进行比较和分析以从机器中获得最大的经济利益。我有几点粗浅的想法：1） 选择高品质的主轴，简化系统电路。2）在结构上，强度一定要有保障。3）采用高效的传动元件除此之外，CNC机床应具有电气，液压，气动系统与冷却、排屑、照明、储运等装置以及编程机、对刀仪等。1.4.2 数控机床的精度指标(1) 定位精度指加工件到达终点的位置准确程度。零件移动实际位置和预定位置的偏差我们叫做定位误差。重复定位错误意味着同时做一样的工件，得到的结果是相同的。(2)脉冲当量与像素分辨率表示两个相邻基点间可以分隔最小的距离。脉冲当量是自控机床初始记录，其标称值决定了CNC机床的加工精度和表面质量。简单来说，脉冲当量越小，机床的加工精准度和表面质量越高。1.5 加工中心的工作原理在CNC机器上制造和加工零件时，第一步应基于零件的外观和规格，然后应根据加工技术规定明确加工过程，协调运动和相对刀具频率以及基本适用性。最后，将基本参数，程序流程输入微计算机，并执行整个程序编写和操作过程。加工中心一般分为以下几个组成部分:程序编制、数控装置、伺服机构、机床本件。程序编制虽然不是加工中心的一个具体部件,但是它的作用已经远远的超过了一个部件的作用。尤其是复杂零件的价,程序的编制是非常的重要,它往往成为能非有效利用数控机床的关键。数控装置实施数控机床的计算和控制系统,它接受编制的程序之后,将程序控制和功能控制的指令发到机床的有关部件,以便能过完成任务。伺服机构是数控机床在机床结构方面有别于别的机床的地方,属于加工中心的一个特殊的部件。1.6 数控机床的分类1.6.1 按工艺用途区分(1) 通用CNC车床：通用车床通常是指在整个制造过程中都由计算机控制的自动化加工机，包括空CNC车床、立式加工中心、卧式加工中心、CNC机床、齿轮加工机等。CNC机器在自动化技术方面仍不够可靠。(2)全自动加工机：带有刀具和自动换刀设备的CNC车床。结合了铣床，数控钻床和数控钻床的功能。一旦安装了零件，其大部分表面都可进行铣削，钻孔，镗，膨胀，底涂和外螺纹加工。由于加工中心可以合理地防止由多台机器引起的精确位置偏差，因此它适用于频繁更换，零件复杂，精度要求高，生产量少且生产周期短的产品。1.6.2 按操控方式分类 (1) 1.回路控制系统：是指没有反馈装置的控制系统。它基于资料的指令，在运行和计算过程中传输信号。输入伺服电机驱动器（如伺服电机），以使伺服电机驱动器旋转相对角度，然后穿过减速齿轮和螺母机构，并转换成运动部件的平滑线性运动。开环传动控制系统的精度较低（0.02毫米）。它的优点是结构简单，运行平稳，维护方便，成本低。图1.1 开环控制系统框图(2) 环形自动控制系统：在CNC车床的运动部件上配备了线性方向检查装置，并将检测到的特定偏移量反馈给CNC机床的电压比较器。偏移的原始命令值将在之后应用。误差将控制健身运动组件以填充偏移量，并且运动不会终止，直到消除误差以完成精确定位。闭环系统的控制系统具有很高的精度（通常为0.01毫米，最高为0.001mm）。但是，该结构非常复杂，难以调整和维护。 图1.2 反馈控制系统框图(3) 半闭环控制系统：并且检查组件安装在电动机或滚珠丝杠的尾端。（见图 1.3)。系统软件的闭环控制不包括齿轮传动级，并且可以获得平稳的运行特性。由于使用了高像素的精密测量组件（例如单脉冲伺服电机)，我们可以获得更令人满意的精度和速度。半闭环 控制系统的软件线性度接近开环传递函数和闭环控制之间的线性度。结构难度比较小，稳定性好，目前应用比较广泛。图1.3 半闭环控制系统框图1.7 机床优点和不足1.7.1 采用数字控制的优点（1）具有出色的适应性，可用于改造回收设施。这为处理单个零件和小批量以及新产品的试生产提供了极大的便利。 （2）加工精度高。 CNC设备的全自动解决方案可防止操作员误操作。相同批号的零件具有出色的规格一致性，高质量的产品符合性以及稳定的生产和加工质量。 （3）数控机床通常不需要特殊的紧固件，这可以节省它们的设计和制造时间。与传统机器相比，生产率可以提高2-3倍。（4）劳动力正在减少。操作员无需执行繁重的手动操作，大大降低了工作强度。（5）可以处理复杂型面。 CNC机床可以加工表面复杂的零件，而这是传统机床难以加工的。（6）有助于生产管理的现代化。通过使用CNC机器加工零件，您可以准确估算零件的工作时间，这有助于准确地创建生产计划并有助于现代化生产管理。 1.7.2 数控机床的缺点（1）在启动阶段增加投资。（2）电子设备的维护频繁。（3）要求工人的操作水平更加苛刻。1.8 数控技术的发展前景1.8.1 继续多方向发展 由于计算机技术的成熟，价格便宜，质量也比较不错，因而CNC系统制造商大都选择这种方式。将计算机用作与人交流，来进行机器操作，互联网连接等。实现了远程就可以进行诊断和维护。1.8.2向自动化发展随着科技的进步，智能人工成为日后发展的重点。具体措施有：（1）自适应控制技术的应用 CNC系统可以自动适应并完成相关参数整理来完善系统。（2）单独处理数据以专家和工人的经验和加工的特别要求构建出特别的数据库。（3）可以自我修复（4）先进的随动单元1.9 加工中心的发展趋势自1958年以来,自动CNC机床（即MC加工控制），随着具有直接机器与自主软件的研制，自动化实现最佳控制。同时出现的还有小型计算机数控机床(CNC Computerized Number Control)。 1.9.1 高速化高速度意味着高轴速度，进给速度，自动换刀和自动换刀台操作的加快。（1）主轴转速的高速化1980年代诞生的最高主轴转速，最大4000-5000 rpm，近年来开发的电磁轴承主轴，转速为30000-40000 rpm。（2）进给速度上调切削时也能保持很快的速度。 （3）ATC走向迅捷化 拳头吊架可以提高ATC速度。（4）自动托盘交换装置的高速化转换过程中最大移动APC速度达到40 m / min，重新定位精度达到3m。1.9.2 进一步提高精度应采取措施提高机器，主轴以及x，y和z轴的整体定位精度。1.9.3 性能更加完善新功能层出不穷，有了更高级功能的NC设备以及MAP的使用。第二章 部分部件的设计计算2.1 主轴部件的结构安排常规机器通常使用机械有级变速传动装置，而CNC机器则需要自动变速箱，并且在切割不同直径的阶梯轴或切割弯曲表面和轮廓时，需要通过更改切割直径来自动改变以保持切割状态。这些自动换档也是无级换档，可以更轻松地在各种速度范围内选择理想的切削速度，这不仅有助于提高加工精度，而且有助于提高切削效率。有多种类型的无级调速，例如机械和电气等。当驱动源是DC或AC调速电动机时，CNC机器通常使用电动无级换挡。2.1.1 主轴的性能分析由于主轴轴承会导致产品工件的表面移动，其工作特性会立即危害生产和加工的质量和特性。主轴轴承支撑架，齿轮传动装置和密封设备是主轴轴承的核心组件。设备的关键组件的设计方案规定如下：（1）旋转精度零速线称为主轴轴承弧。旋转偏差，视角偏差和轴偏差很少独立发生。当轴向偏差 和视角偏差分开出现时，将发生轴向振动。因为主轴轴承的旋转偏差通常是室内 空间的旋转矢量材料，所以不一定代表生产和加工部件的外观。(2)主轴刚度主轴轴承连接器的抗弯刚度是指主轴轴承在外力作用下抵抗变形的能力。当 模块在主轴轴承的前面移动时，通用主轴轴承的弯曲刚度取决于主轴轴承结构的 规格，滚动轴承的间距，所选滚动轴承的类型和形状，调整砂缝和主轴轴承上的驱动组件。(3)基波稳定性主通道的阻力是指主通道的工作能力，在加工模式下运行稳定，无振动，必要时 可收集别墅的总地下室，另外，电机本身越多，支撑力的频率就越高。(4)主轴温度上升在主轴轴承的整个运行过程中，温度上升有两个不良危害：一是主轴轴承的 总长度和汽车底盘的热变形；二是主轴轴承的总长度和汽车底盘的热变形。改变 数控刀片主轴轴承和其他零件的扭矩线的相对位置，立即危及加工精度；其次， 例如滚动轴承和其他零件，由于高温会改变可调节性并破坏所有正常的润滑标准，因此经常会严重损害滚动轴承的精确定位甚至“径向条件”。(5)主轴寿命单轴颈应具有足够的耐磨性以保持长期精度；车刀产品的安装和移动部件互 不相同，例如高韧性，高速度，高精度等。下面深入分析：数字控制车床的主轴 轴承组件设计出色设计高精度数控车床时，性能必须满足高速和抗弯刚度的要求; 主轴必须满足高刚度的要求，主轴的低温提升和低温时间喷流应能保证所有部件 的可靠定位和良好的技术性能。2.1.2 主轴轴承的选择和校核主轴轴承连接的关键部件是机床主轴轴承。主轴轴承的类型，结构，设备， 润滑脂的安装和操作以及制冷方法会立即危害主轴轴承接合处的工作方式。滚动 轴承轴有两种类型：滚针轴承和NC车床导轨滑块滚动轴承。此设计使用角向滚动轴承。角接触轴承还可承受轴向和径向载荷。触摸精度 分为五个级别：2级，4级，5级，6级和0.2级是0级的最大总精度。共有四级 轴。高精度主轴轴承允许等级为P2。根据主轴轴承的直径，下一个额外的滚动轴 承或三个支撑板波可以是7015c和7017c型滚动轴承。寿命计算： 所以按轴承A的寿命计算由机械设计式13-5可知寿命计算公式： (3.19)2.1.3 主轴轴承的润滑 接触区域中的滚动轴承压强非常高。在如此高的压强下，接触区域变形。这是一小部分接触区域，而不是一条线或接触点，油脂在高压下被压缩，粘度增加。滚动元件和滚道的接触区域中形成一定厚度的油膜，将两者分开。（1） 油脂润滑这种方式的好处在于没有那么多的局限性，选择正确的润滑脂，添加一次可以用到机器大修，使用寿命特别长。（2） 气润滑油气润滑是把油按时间吹入空隙中即可用过后容易回收，十分方便。2.1.4 刀具自动装卸及切屑清除装置于数控车床而言，光精度和耐用性高还远远不够，还要有装卸与排屑装置。扳手可用于设置工具并通过主轴上的孔传递扭矩。为了实现工具的自动装卸，在轴上设有自动工具夹紧装置。该机器具有张紧机构，以在锥形柄刀架的末端拧紧撑杆，以实现自动夹紧装置。当夹持工具运作时，液压缸的上腔与回油连接，弹簧推动活塞向上移动并被锁定，杠杆自下往上运行。使牵引杆前的钢珠掉落在较小轴孔中，并被迫径向组装并插入牵引杆销的环形槽中。当在更换工具之前需要释放的时候，工作压力油进入液压缸的上腔，活塞杆带动活塞向下移动，蝶形弹簧减少。当轴承钢球随杆向下移动时，轴承钢球进入直径较大的主轴轴承孔中。不再拉动钉头，然后在支撑杆前部露出内螺纹的肩部内孔碰到了钉子并松开了铁夹。此时，限位开关发出信号，并且换刀器卸下CNC刀具。另外，根据活塞杆中间的孔和与主轴轴承的激光切割孔选择蒸汽管，以消除碎屑和污垢，并确保夹紧的精度。CNC刀具。在机械臂将新刀安装在主轴轴承上之后，液压油缸已连接到泵油，并且蝶形弹簧再次拧紧刀架。拧紧刀夹后，限位开关发出信号。自动消除主轴轴承孔中的切削和浮尘是一个棘手的问题，不能在实际的换刀操作中忽略。2.1.5 主轴准停装置主轴部分配有准停器，使主轴精确停在同样的轴向方位上，以便在换刀过程中将主轴端扳手与刀架键槽匹配。同时，每次安装工具时刀架和轴的相对位置不会改变，从而提高了工具的重新组装精度，从而提高了加工孔时孔直径的一致性。我们设计的轴组件使用电准攻丝装置。其操作原理如图所示。玻璃垫片安装在膝盖楔形滑轮的后表面上，从而使主轴旋转。一个小的永磁体安装在垫圈上。 磁传感器安装在轴箱的位置，与轴的精确制动相对应。当需要停止机器并更换道具时，主轴接到停止命令，电动机立刻降速。主轴以最小转数的速度缓慢旋转并且永磁体与磁感器位置平齐时。电机接受并放大信号把主轴停在指定位置。该装置可以确保主轴的重复精度在范围内。 图2.1 电气准停装置工作原理图1.磁性传感器2.永磁体3.厚垫圈4.多楔皮带轮5.主轴 2.2 主轴部分零件的设计与校算2.2.1 主轴电机的选取（1）铣削力F的计算刀具为高速钢圆柱铣刀或立铣刀加工钢时切削力F=CtBzfD 由机床数控技术表13-1查得C=669 =CtBzfD （2.1） =66920540.140 =1405N（2）铣削功率P的计算 P=C10tnBzfD由机床数控技术1表13-1查得C=3.5 =C10tnBzfD =3.510203000540.140 =8.8KW主电动机的功率 选主轴电机为FANUC12型交流电机P=12KW2.2.2 计算带传动由机械设计7查得以下数值（1）设置计算功率工作情况系数，故（2）选择窄V带型 根据、选SPA型（3）设置带轮直径取主动轮从动轮为取，验算带的速度 （2.2）带的速度满足条件（4）确定窄V带的参考长度和距传动中心的距离根据初步确定中心距 由机械设计7式8-20计算带所需的基准长度 （2.3） =mm由机械设计7表8-3选带的基准长度由机械设计7式8-21计算实际中心距a （2.4）（5）主动轮上包角的验算由机械设计7式8-6得： （2.5） 包角适合（6）计算V带根数z由机械设计7式8-22已知 （2.6）由、i=1.9,查表8-6c和表8-6d得 由机械设计7表8-1得表8-10得则取z=3根（7）计算预紧力由机械设计7式8-23知 （2.7）由机械设计7表8-5得q=0.07Kg/m,故8.计算作用在轴上的压轴力Q （2.8） 2.2.3 轴的强度刚度校算（1）检查主轴的设计强度：根据总弯曲和扭转条件计算 各截面弯矩 计算弯矩 （2.9） 校核轴的强度 （2.10）根据机械设计7轴的类型由表15-4得：轴的材料为45号钢，查表得 轴的弯曲强度符合要求。（2）轴的抗弯刚度预设：1)取轴等效直径，计算得出： （2.11） L -轴的总跨度 -各轴段长度 -各轴段直径2)轴的扭转刚度校核计算：a, 扭角的计算：轴受扭矩作用时其扭角轴的扭角刚度符合要求。b.轴的弯曲刚度计算 计算截面处的挠度：根据轴的挠度计算公式有： （2.12） 轴的刚度满足要求2.2.4 轴承的寿命计算（1）轴承的受力分析：1)径向力由于是双支撑轴承 2)两轴承的当量动载荷:由于轴承不受轴向力径向动荷系数 因轴承运转中无冲击或轻微冲击,按表13-6 取 3)寿命计算： 所以按轴承A的寿命计算寿命计算公式： (2.13)2.3 换刀机构的设计2.3.1 控制方式的选取为了便于自动控制交换过程，液压传动系统由以下五个部件组成： 1)驱动力分量（泵）的功能是将柴油机的机械动能转换为水力，这是液压 传动系统的驱动力分量。2)液压叉车，蓄电池充电器，工程车，平板车，手动进料器等。3）控制装置包括压力阀、船舶风阀、流量阀、控制阀等。速度控制，控制和 控制液压马达。无限调节后，调节液压系统工作过程的压力、流量和流量。4）除这三个组件外，其他组件还有气压计，过滤器，器具，冷却塔，三通 (主要是：扩展不同的三通），焊接，夹紧，法兰SAE，高球阀，快速接头，整体塑料软管，压力表连接器也很关键。5）终端设备仪表板的运行环境，是指液压机或乳化油在各种液压传动系统设 备中的作用。液压电磁阀是全自动组件和压力调节阀。通常，此系统软件与工作 压力继电器结合使用，以降低和平滑系统软件分支中的蒸气压。通常用于密封， 操纵所施加的润滑脂，汽车油和其他汽车油循环系统。液压传动的优势：与机械传动和电气传动相比有以下优点：（1）液压机控制器的每个部件都可以根据需要方便地进行布置。（2）液压部件重量轻，尺寸小，运动中的惯性力小，反应快。（3）便捷的实际操作和操作可以显示出无级变速。（4）过电压保护可以自动完成。（5）通常，使用矿物油作为工作物质，其本身可以使相对速度的表层增湿，并且使用寿命长。（6）容易实现均匀的直线运动。（7）设备自动化技术易于完成。2.3.2 换刀机构的原理原理如下：抓刀：在计算机发出换刀信号后，轴迅速停在正确的位置，向刀库中的液压缸中供油，刀套和刀具旋转到与轴平行的位置。为下一步做准备。液压缸2的液压腔进入液压油并推动活塞，以使活塞杆一起向右移动，从而使活塞杆将锁紧套7推到主轴上以一起旋转，并且花键销7插入齿轮8孔中。带动齿轮一起旋转。当液压缸2的活塞杆挡块接触到右侧的行程开关时，轴仅旋转75度，连接到该轴的机械手4一起抓住刀库和主轴上的刀具，完成抓刀。 拔刀：抓住刀后，计算机向液压缸1的上腔发送命令以进入液压油并推动活塞，以便当主齿轮8啮合时，活塞杆和主轴朝下，以使花键销7与齿轮8分离。 当垫块5碰到下限开关时，键销7插入齿轮6的孔中。以此方式，机械手4同时拉动主轴和刀库的刀具一起拔出。为下一步预备。动作完成后3左侧开始进油，就推动活塞和活塞杆一起向右运动，齿轮6与花键轴7向右旋转，下限开关被触发时，轴刚好转过半周，实现交换刀具。 图2.2 换刀机构原理图1：液压缸 2：液压缸 3：液压缸 4：机械手抓 5：挡板 6：齿轮 7：花键套 8：齿轮插刀：当主轴和刀库上的刀具交换了以后，液压缸1的下腔进入液压油，这样就推动活塞带动活塞杆和主轴向上运动，这样花键套7就和齿轮6脱离了，当主轴上的挡板5碰到上边的行程开关时，花键套7就插入齿轮8的孔中。这样机械手4就同时把主轴和刀库上的刀具一起插入主轴和刀套的孔中，为下一步的动作作准备。复位：液压缸2右腔进入液压油，推动活塞带动活塞杆一起向左运动，这样活塞杆上的齿条就会带动主轴上的花键套7一起旋转，花键套7的销插在齿轮8的孔里，带动齿轮8一起作旋转运动，当液压缸2活塞杆上的挡块碰到左边的行程开关后，主轴刚好转过75度，同时松开了主轴和刀库上的刀具。同时液压缸3的右腔进入液压油，推动活塞带动活塞杆一起向左运动，当液压缸2活塞杆上的挡块碰到左边的行程开关后，就停下来。这样就完成了自动换刀的全过程，所有的元件都回到原来的位置，为下一次换刀做好准备。（1）液压缸直径选择液压缸的公称压力有下列标准：1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10 16 25 单位：。在本次设计中拟选用液压缸的负载率 （2.14）一般的工程中取值在0.5-0.7之间，在本次设计中拟选=0.6。速比 (2.15) 在本设计中拟选取这样 推得 D：液压缸活塞的直径 d：液压缸活塞杆的直径经分析可以知道当移动液压缸有杆腔进入液压油，活塞杆往回收缩的时候，所需要的力最大。液压缸缩回时活塞需要克服的作用力 （2.16） 其中是外负载阻力，本次取1000N；是回油阻力，为了保证缸体运动的平稳，需要在出油口保持恒定压力，取背压为0.5MPa。是密封圈摩擦阻力 （2.17） 其中是摩擦系数 一般取值在0.05-0.2之间是密封圈两侧的压力差 是活塞和活塞杆的密封宽度，在本次设计中拟选用是活塞和活塞杆的摩擦修正系数，对唇形密封圈来说这样带入公式 是活塞及活塞杆的惯性力，在本次设计中，活塞和活塞杆的质量总和大约为50Kg，取运动加速度1m/s这样就有 当有杆腔进油时，活塞杆产生的拉力为 （2.18）其中是无杆腔有效面积是有杆腔有效作用面积是液压缸的工作压力是缸的回油压力是液压缸的机械效率一般取值在0.9-0.95之间，本次取上述值带入 由输出拉力和所需要克服的阻力相等可以得出 可以得到关于D的方程 解方程可得到查液压缸的直径系列 取D=50mm这样活塞杆的直径为（2）液压缸缸筒壁厚的计算当液压缸缸筒的壁厚/D的值为时 （2.19） 其中是液压缸的最高允许压力，在本次设计中拟取是液压缸缸筒材料的许用压力 (2.20)查表可以知道对于45号钢，在本次设计中拟取安全系数n=4所以 为了提高其安全性 本次设计中取=8mm。（3）液压缸的验算1）液压缸的额定压力Pn应低于一定的极限值 (2.21)其中 是液压缸的外径在本次设计中取值 所以满足要求2） 为防止工作时缸体发生形变，工作压力和回油压力应成比例。 （2.22）这样就有在本次设计中取值 所以满足要求第三章 加工中心硬件的选择3.1 数控系统基本硬件的构成 如果将人做比喻。硬件就是四肢负责执行，软件是存储在您大脑中的信息，负责收集，处理和发布指令。因此，硬件的可靠性直接影响整个系统的性能指标。数字控制系统的硬件配置电路概括为以下四个部分：CPU；三组总线：DB，AB，CB；存储器； I / O插座。其中CPU是系统软件的关键。其功能是发出指令以协调电路所有部分的正常运行。存储器用于手程序在其运行期间的分布式存储和操作以及各种数据信息。 I / O插孔是桥梁，系统软件在此处与外部交换信息。三者总线是中央处理器，内存，接口和其他各种转换电路之间的连接是中央处理器和各种电路通过其交换信息并进行通信的通道。此外，还要根据数控系统的要求配备一些外围设备和信号变换电路。 CPU、内存和输入/输出接口对于任何CNC系统都是必不可少的链接，而并非所有数控系统都可用。通常，CPU可通过I / O接口连接的人机交换外围设备是通信设备，例如键盘，打印机和录音机。信号转换为A / D转换，D / A转换，光电隔离，功率放大等。多用于在微型计算机和控制对象之间匹配和转换信号的中间电路。可以根据控制系统的要求选择这两部分。3.2 硬件的选择3.2.1 CPU的选择在微型计算机软件系统中选择CPU时，重要的是要考虑以下因素：时钟频率和字长（控制参数的响应速度）。扩展运行内存（ROM / RAM）的容量。具有强大的命令系统功能（这是编程的协调能力）和扩展I / O端口号的能力（是操纵外部设备的能力）的编程工具（包括适合开发的手机软件和硬件配置电路）和设计）。另外，应根据系统应用场所，操作目标和各种主要参数规定来选择CPU。所以我们打算使用8031系列单片机作为本机的主控制器。该产品是功能强大的控制器。集成了处理器、I / O端口和一些RAM。三种型号的针脚虽然相同，只是内部结构略有不同。可以说8031是不带ROM的8051，而8551是以EPROM代替内存的8051。3.2.2 程序存储器和数据存储器的扩展选用2764用为拓展芯片。 图3-1 8031与2764连接图本次使用6264芯片作为用于数据存储的外部扩展芯片。图3-2 8031与6264的连接3.2.3 键盘和显示选择选择32键的行列式键盘和一块8位的LED显示屏组合。3.2.4 步进电机驱动器的选择使用这一驱动器通常不需要A / D或D / A转换，并且可以使用相对简单的开环控制，使其成为经济型数字控制机床的最重要组成部分。对于该控制系统，必须选择一个集成的步进电机驱动器，该驱动器由环形脉冲分配器，光电隔离保护电路和功率放大器电路组成。这简化了硬件之间的连接，使电路简单可靠。环形脉冲分配器：把来源于控制环节的脉冲串按一定的2113规律分配给步进电动机驱动器的各相输入端。环形分配器的输出既是周期性的，又是可逆的。保护和放大电路：图3-3放大电路原理图表1 驱动器和电机的匹配关系表型号相数适 用 电 机输入电压输出电流细分数BD28Na242BYG009、42BYGH101、57BYG009、57BYG096 57BYG50120V-40VAC0.5A-2.5A二相八拍BD28Nb286BYG301、86BYG402、86BYG303、90BYG2501 90BYG2502、90BYG2601、90BYG2602 20V-100VAC2A-4A二相八拍BD28Nc2110BYG450A、110BYG450B、110BYG450C、110BYG2501110BYG2502、110BYG2601、110BYG2602、130BYG201130BYG202、130BYG2501、130BYG2502110V-220VAC4/6/8A二相八拍BD28Fa242BYG009、42BYGH101、57BYG009、57BYG09657BYG50120V40VAC0.5A2.5A1/2/4/5/8/10/20/40BD28Fb286BYG301、86BYG402、86BYG303、90BYG250190BYG2502、90BYG2601、90BYG2602 20V-100VAC2A-4A1/2/4/5/8/10/20/40BD28Fc2110BYG450A、110BYG450B、110BYG450C、110BYG2501110BYG2502、110BYG2601、110BYG2602、130BYG201130BYG202、130BYG2501、130BYG2502110V-220VAC3/4/6/8A1/2/4/5/8/10/20/40BD36Na336BF003、45BF005II/III、45BF008、45BC340C55BF003/004、55BF004II、55BC340B/C、75BF00175BF001A、75BC380A、75BF003、75BF003A 20VAC0.5A-3A三相六拍BD36Nb390BF003、90BC340AH、90BC340BH、90BC340CH90BF340、90BF340A20V-40VAC1.5-5A三相六拍BD36Nc3110BF003、110BC380、110BF004、110BC3100110V-220VAC4A/6A三相六拍BD36Nd3130BC3100、130BC3100A、130BC3100B、130BC3100E160BC380、160BC380A110V-220VAC6A-12A三相六拍BD36Fa336BF003、45BF005II/III、 45BF008、45BC340C55BF003/004、55BF004II、 55BC340B/C、75BF00175BF001A、75BC380A、75BF003、75BF003A 20VAC0.5A-3A1/2/4/5/8/10/20/40BD36Fb390BF003、90BC340AH、90BC340BH、90BC340CH90BF340、90BF340A20V-40VAC1.5-5A1/2/4/5/8/10/20/40BD36Fc3110BF003、110BC380、110B
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