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立式单面8轴数控组合钻床主轴箱设计,立式,单面,数控,组合,钻床,主轴,设计
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立式单面8轴数控组合钻床主轴设计机械设计制造及其自动化 02122104 叶孝武 指导老师 王羽萍摘 要4月19日从第七届中国国际机床展获悉，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。在美国芝加哥举办的国际制造技术展览会，发现复合加工机床已成为机床发展的一个重要方向。因为复合加工机床突出体现了工件在一次装卡中完成大部分或全部加工工序，从而达到减少机床和夹具，免去工序间的搬运和储存，提高工件加工精度，缩短加工周期和节约作业面积的目的。 本文简单介绍了数控机床的发展趋势，以及未来组合机床的发展重点和组合机床的特点。针对被加工零件做了组合机床的总体设计，由零件图绘制被加工零件工序图，机床联系尺寸图，加工示意图，以及绘制过程的重要点和注意点。由零件孔的位置和动力确定主轴箱内各轴的齿轮之间的传动关系，由各种参数绘制主轴箱总图。最后设计硬件电路图控制刀具的运动。关键词：组合机床 主轴箱 数控AbstractOn April 19 unfolds from the seventh session of Chinese international engine bed learned that, develops unceasingly along with the science and technology, the numerical control engine bed development more and more is also quick, the numerical control engine bed also is facing the high performance, the high accuracy, the high velocity, the high flexibility and the modular direction develops. International manufacture technology exposition conducts which in the American Chicago, discovered the compound processing engine bed has become an important direction which the engine bed develops. Because the compound processing engine bed prominently manifested the work piece to complete in an attire card majority of or processes the working procedure completely, thus achieved reduced the engine bed and the jig, the exemption working procedure transporting and the storage, increased the work piece processing precision, reduced the processing cycle and saves the work area the goal. This article simply briefed the numerical control engine bed development tendency, as well as future aggregate machine-tool development key and aggregate machine-tool characteristic.In view of is processed the components to do the aggregate machine-tool system design, is processed by the detail drawing plan the components working procedure chart, the engine bed relation dimensional drawing, the processing schematic drawing, as well as plan process heavy main point and limelight. By in the components hole position and the power determination headstock between various axes gear transmission relations, draw up the headstock assembly drawing by each kind of parameter. Finally designs the hardware circuit diagram to control the cutting tool the movement.Keyword: combination machine, main axle box, numerical control目 录摘 要- 1 -Abstract- 2 -目 录- 3 -第一章 数控组合机床的发展趋势及特点- 4 -1 .1 数控组合机床的发展趋势及特点- 4 -1.2 组合机床品种的发展重点以及特点 - 5 -1.3 本论文工作的内容与安排- 5 -1.3.1. 主要技术参数：- 5 -1.3.2.设计任务- 6 -第二章 组合机床工艺方案的制定- 6 -2.1 工艺基面的分析- 6 -2.1.1 已给定工艺基准及夹压部位- 6 -2.1.2 选择工艺基面的原则及注意问题- 6 -2.2 加工工艺的分析- 7 -第三章 组合机床的总体设计- 7 -3.1 被加工零件的工序图- 7 -3.2 加工示意图- 8 -3.2.1 刀具的选择- 8 -3.2.2切削用量的选择- 8 -3.2.3 接杆的选择- 9 -3.2.4 导向结构的选择- 10 -3.2.5 动力头工作循环及其行程的确定- 11 -3.3 机床联系尺寸图的绘制- 12 -3.3.1动力部件的选择- 12 -3.3.2 绘制机床联系尺寸图应考虑的主要问题- 16 -3.3.3 组合机床床身设计- 17 -3.4 组合机床主轴箱设计- 21 -3.4.1 概述- 21 -3.4.2 主轴箱的设计方法- 23 -第四章 硬件电路图设计- 24 -4.1 微机数控系统的设计内容- 24 -4.2 MCS-51系列单片机及其扩展- 26 -4.2.1 MCS-51单片机的选择及简介- 26 -4.2.2 单片机的系统扩展- 26 -4.2.3 存储器扩展- 28 -4.2.4 I/O口的扩展- 29 -设计总结- 31 -参考文献:- 31 -致 谢- 31 -第一章 数控组合机床的发展趋势及特点1 .1 数控组合机床的发展趋势及特点 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。机床制造业是国家重要的基础工业之一，机床制造业的基础是机床。机床是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平.机床是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于机床的效能。因此，机床制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上机床产量最多的国家.但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类机床产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场。组合机床及其自动线将获得更加迅速的发展。其发展方向：（1）提高生产率 为了减少自动线的停车损失，提高自动线的柔线，采用电子计算机进行自动线的管理。（2） 扩大工艺范围 现在组合机床及其自动线一般不是完成一个工件的某几道工序，而常常是用于完成工件的全部加工工序。（3） 提高加工精度 为了自动线能稳定地保证加工精度，已广泛采用自动测量和刀具自动补偿技术，做到调刀不停车。（4） 提高自动化程度 组合机床向全自动方向发展。重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化。（5） 创制超小型组合机床 为了适应仪器仪表工业小箱体加工需要，创制超小型组合机床。1.2 组合机床品种的发展重点以及特点 在组合机床这类专用机床中，回转式多工位组合机床和自动线占有很重要的地位。因为这两类机床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，此外，还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自动化程度和生产效率，被汽车、摩托车和压缩机等工业部门所采用。 根据有关统计资料，德国在19901992年期间，回转式多工位组合机床和自动线的产量约各占组合机床总数的50%左右。 应指出，回转式多工位组合机床实际上是一种特殊型式的小型自动线，适合于加工轮廓尺寸250mm的中小件。与自动线相比，在加工同一种工件的情况下，回转式多工位组合机床所占作业面积要比自动线约小2/3。 组合机床和万能机床和专用机床的相比的特点：1. 组合机床有重新改装的优越性，他的通用零。部件可以多次重复利用。2. 组合机床是按具体的加工对象专门设计的。因而可以按最合理的工艺过程进行加工。3. 在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工。他是实现集中工序的最好途径，是提高生产效率的有效设备。4. 组合机床是多轴对箱体零件一个面上的许多孔同时进行加工。这样就能比较好的保证个孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工件工序间的搬运，改善劳动条件；也减少了机床占地面积。5. 由于机床大多数零.部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维护和修理。必要时可以更换整个部件，以提高机床的维修速度。6. 组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产。这样可以采用专用高效设备进行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本。1.3 本论文工作的内容与安排1.3.1. 主要技术参数：1） 被加工工件 名称：R180 柴油机变速箱后盖（图号：12Y -37 -137B） 材料： QT450 - 102） 工艺基准及夹压部位： 工艺基准：N面（三点）。 6262B11（一点）.L面（二点） 夹压部位：G面3）加工部位：4M86H 4M146H1.3.2.设计任务1）翻译外文资料3000字左右，查阅文献15篇左右，并就某一问题写一篇读书报告。2） 总体方案的拟定及可行论证。3）绘制工序图.刀具布置图和机床尺寸联系图。4）绘制主轴箱装配图。5）数控系统硬件电路原理图的设计。6）编写设计说明书。第二章 组合机床工艺方案的制定制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。为了使机床方案指定的合理.先进，必须开展以工人为主题的“三结合”设计。密切联系实际，总结生产实践经验，前面了解 被加工零件的加工情况和影响机床方案制定的因素。影响机床工艺方案制定的主要因素有：（1） 加工的工序和加工精度的要求 被加工零件需要在组合机床上完成的工序及加工精度，是制定机床工艺方案的主要依据。（2） 被加工零件的特点 如工件材料及硬度.加工部位的结构形式.工件的刚性，工艺基面等，对机床工艺方案的制定都有总要的影响。（3） 工件的生产方式 被加工零件饿生产批量的大小，对机床工艺方案的制定也有影响。（4） 使用厂的技术后方能力 如使用厂是否有相当的工具制造能力。若使用厂制造刃磨复杂的复合刀具或特殊刀具有困难，则在制定机床工艺方案时候，就应避免采用这类刀具。2.1 工艺基面的分析2.1.1 已给定工艺基准及夹压部位N面（三点）、62B11（一点）、L面（二点） 夹压部位：G 面2.1.2 选择工艺基面的原则及注意问题(a) 应当尽量选用设计基面作为在组合钻床上加工用的定位基面。这样能减少累积误差，有利于保证加工精度。（b） 选择的定位基面应确保工件稳定定位。(c) 选择基面时要保证在一次安装下，能对尽可能多的面进行加工。这样便于有效地集中加工工序，提高机床生产率，保证加工部位相互间的精度要求。(d) 统一基面的原则。即在各台机床上采取共同的定位基面来加工工件不同面上的孔，或对同一个面上的孔完成不同的工序。这一原则对加工工序长的箱体件尤有必要。(e)选择定位基面应考虑夹紧方便，夹具结构简单。（f） 当被加工零件不具备理想工艺基面时，可在机床夹具上增加辅助支承机构。在选择工艺基面的同时要相应地决定夹压位置。因为他 定位的可靠，工作的稳定以及保证加工精度都有直接的影响。确定夹压位置时应注意的问题：（a） 保证工件夹压后定位稳定。组合机床是按集中工序组成的。常常是多轴、多面同时加工，切削负荷重。特别是多轴钻孔时，往往产生很大的切削力。为了使工件在加工过程中不产生位移和振动，必须将工件牢固的夹住，并具有足够的夹压刚度。（b） 夹压点应比买年放在工件加工部位的上方。力求使其靠近箱体的壁，以减少夹压变形而影响加工精度。（c） 对刚性差的工件，力求使夹压点对着定位支承点。2.2 加工工艺的分析组合机床用来钻孔是最常见的，也是最高效的加工方法。钻孔有一般钻孔和钻深孔两种情况。从钻深孔角度来看，钻孔深度为倍直径的占大多数。钻深孔时，为了防止切屑堵塞而引起钻头折断，要采取分级进给的办法，即在加工过程中钻头定期退出以排除切屑。而我的任务是钻8个螺纹底孔（不通孔），应该注意以下的问题：1. 切屑排除困难。由于切屑阻塞使扭矩增大，造成钻头经常折断。这在加工钢件小直径深孔时尤为严重。2. 刀具冷却困难。加工小直径深孔，冷却液不易进入加工空间，钻头发热严重，降低了钻头的使用寿命。3. 钻孔轴线容易歪斜。由于钻头细长，强度与刚度很弱，特别当钻头刃磨得不对称时，钻孔很易偏斜。 第三章 组合机床的总体设计3.1 被加工零件的工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部位、以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的，它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。被加工零件工序图应包括以下内容：1） 在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性。2） 在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便依此进行夹具的支承，定位及夹压系统的设计。3） 在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度、位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。4） 图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量。加工零件工序图的注意事项：（1） 本机床的加工部位的位置尺寸应由定位基面标起，尤其在本机床加工，所选用的定位基面和设计基面不一致时，还必须对各孔要求的位置尺寸精度进行分析和换算。（） 对孔的加工余量要认真分析。为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床的加工内容，绘制出对本机床加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示。3.2 加工示意图加工示意图，要放映机床的加工过程和加工方法，并决定浮动夹头或接杆的尺寸，刀具种类及数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件间的联系尺寸等。加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是：首先，按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。然后，根据工件加工要求及选定的加工方法绘制刀具，并确定导向形式、位置及尺寸，选择主轴和接杆。从这些刀具中找出影响其联系尺寸的关键刀具，按其中最长的一根刀具，从主轴箱到工件间的最小距离来确定全部刀具、导向及工件之间的尺寸关系。因此，在绘制加工示意图时，必须将拖架联系尺寸标出。3.2.1 刀具的选择 一台机床刀具选择是否合理，直接影响到机床的加工精度、生产率、和工作情况。正确地选择刀具是一个相当重要的工作。在组合机床上钻孔，大多采用工具厂生产的标准高速钢锥柄或者直柄麻花钻。在本设计中，我们使用的是锥柄长麻花钻。3.2.2切削用量的选择组合机床的正常工作与合理的选用切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量，有很大的关系。切削用量选用得恰当，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最大的刀具寿命和最好的加工质量，也就是多快好省地进行生产。由表27所列数值选择加工零件的切削用量。 表2-7 用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量加工直径d（毫米）HB= 160200HB =200241 HB=300400v(米/分)S转（毫米/转）v(米/分)S转（毫米/转）v(米/分)S转（毫米/转）1616240.070.1210180.050.15120.030.086120.120.20.10.180.080.1512220.20.40.180.250.150.2022500.40.80.250.40.200.30钻零件的4个M6和M10的螺纹孔，零件材料是：QT45010是球墨铸铁。它的布氏硬度160210 所以应选择在HB=200-241范围内：1） 钻4个6.8，由表选择 S=0.12mm/r V=15m/minM=D1.9S0.8HB0.6=6.81.9*0.120.8*2100.6 =173.1 KG.MM2) 钻4个12.8 由表选择 S=0.2mm/r V=15m/min M=D1.9S0.8HB0.6=12.81.9*0.20.8*2100.6= 867 KG.MM由 式中M轴所传递的扭矩（KG.MM）； Wp轴的抗扭截面模数（毫米3），实心轴的Wp0.2d3; B 系数。（度/米）1/41/21B7.36.25.2刚性主轴=1/4 B=7.3钻4个6.8的孔时 主轴直径D = 14.89 mm钻4个12.8的孔时 主轴直径 D = 22.3 mm可以取钻4个6.8的孔主轴直径 D=20mm 外伸的直径是30/20 钻4个12.8的孔主轴直径D=25 外伸的直径是38/263.2.3 接杆的选择为在主轴上装卡刀具，采用了接杆（有的工厂叫延伸轴）。在钻孔、扩孔、锪孔、倒角及铰小孔时，通常采用接杆。在选用接杆时，应尽量避免采用直径为15毫米的主轴。基本尺寸如下表：接杆号DS莫氏号类型D1D2BB1LlL11T1421 A2023101185485852T2021830122155001108532242242305105306T2621B203822155106572A242305208309334250540注：2长度L设计时根据实际需要，在表中所列尺寸范围内，当L小于520mm时按5的倍数选取，当l大于520时则按10的倍数来选取。根据表格设计中钻4个6.8孔时选取2号接杆 4个12.8孔时选取6号接杆3.2.4 导向结构的选择组合机床上加工孔时，除用刚性主轴加工的方案外，其尺寸和位置精度都是依靠夹具导向来保证的。如何正确地选择导向结构，确定导向的参数和精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时要解决的问题。固定式导套在夹具上是固定不动的，它通常由三个元件组成： 1压套螺钉，2 可换导套，3 中间套。dDD1D2 l L1mRD1D2L046121918122025223035715.5 M8161268142120816.5810162322202535303545917.5101218262510.51912152231302535453545551321.5151825363515.52418213041403545554555651826.5212535464520.529253040515045556555657522.532.5M10191530354556552535354255717055657565758532.542.5 由表中选择加工示意图中的通用导套尺寸。3.2.5 动力头工作循环及其行程的确定动力头工作循环一般包括快速进给、工作进给和快速退回等动作。（1）工作进给长度的确定 工作进给长度应等于被加工部位长度与刀具切入和切出之和。 动力头工作进给的长度是按加工长度最大的孔来选取。切入长度应根据工件端面的误差 情况确定，一般为510毫米。切出长度如表确定工艺方法钻孔扩孔铰孔镗孔切出长度（毫米）1/3d+（38）10151015510注：1。D为钻头直径（毫米）。2.表中数值在刀具出口平面为已加工时取最小值，反之取最大值（2）快速引进长度的确定 快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体工作情况确定。（） 快速退回的长度的确定快速退回的长度等于快速引进和工作进给的长度之和。一般在固定式夹具钻孔的机床上，动力头快速退回的行程，只要把所以刀具退至导套内，不影响工件的装卸就行了。（） 动力头总行程的确定 动力头的除了满足工作循环所需长度外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性。装卸刀具的理想情况是：刀具退离导向套外端面的距离，要大于刀杆插入主轴孔内的长度。由上面所述做加工示意图 如下： 3.3 机床联系尺寸图的绘制机床联系尺寸图是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的，是开展各专用部件设计和确定机床最大占地面积的指导图纸。3.3.1动力部件的选择 动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动或用于进给运动（动力滑台），是组合机床最主要的通用部件。必须选用适合的动力部件，使机床具有先进的工艺水平和技术水平，以及良好的经济效果。 1）、电动机功率的确定 每种规格的动力头都有一定的功率范围，根据所选切削用量计算的切削功率及进给功率之需要，并适当的考虑提高切削用量的可能性（一般按30%考虑），选用相应规格的动力头，可按下列公式计算： 式中 动力头电动机功率 切削功率 进给功率 传动功率 当主轴少于15根是，=0.9，主轴多于15根时，=0.8。 2）、进给力的计算 每个型号的动力头都有其最大允许的进给力。选用时计算的切削进给抗力必须稍小于动力头允许的最大进给力，并注意主轴切削力的合力中心应处在动力头接合面的范围内，力求使其在动力头接合面的下方。4个而言切削功率为： 切削抗力为：4个而言切削功率： 切削抗力： 主轴箱所需动力的验算： 切削总抗力： 切削总功率： 根据这个验算，认为电机选用3KW是适宜的。由下列所列表格： ITDITD80动力箱联系尺寸： 型号型式电动机型号电动机功率（KW） L3(mm)电动机转速(r/min) 输出轴转速(r/min) ITD32 I Y100L14 2.2 3201430715II Y100L24 3.0 III Y112M4 4.0 340 1440 720 IV Y100L6 1.5 320 940 470 V Y112M6 2.2 340 ITD40 I Y1132S4 5.5 395 1440720II Y132M4 7.5 435 III Y132S6 3.0 395 960 480 IV Y132M16 4.0 435V Y132M26 5.5 ITD50 I Y132M4 7.5 435 1440 720 II Y132M16 4.0 960480III Y132M26 5.5 IV Y160M4 11 4901460 730 V Y160M6 7.5 970 485 ITD63 I Y160M4 11 490 1460730II Y160L4 15 535 III Y160M6 7.5 490 970485IV Y160L6 11 535 V Y180M4 18.5 560 1470 735 VI Y180L6 15 600 970 485 ITD80 I Y180L6 15 600 970 485 II Y180M4 18.5 560 1470735III Y180L4 22 600 IV Y200L16 18.5 665 970485V Y200L26 22 VI Y200L4 30 1470 735 型号 名义尺寸 djs6 L L1 nXL2 L4 d3 ITD32 320 30 400 50 4X75 150 GI” ITD40 400 40 500 50 4X100 170 GI” ITD50 500 45 630 50 5X100 170 GI1/4” ITD63 630 50 800 50 7X100 200 GI1/4” ITD80 800 60 900 75 7X100 220 GI1/4” ITD32ITD80动力箱性能： 由上可知：选用动力箱ITD40 电机Y132M2-6根据需要选择最大3.3.2 绘制机床联系尺寸图应考虑的主要问题1） 夹具轮廓尺寸的确定夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。夹具底座高度应视夹具大小而定。既要保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度。为了便于布置定位元件，一般夹具底座的高度不小于240毫米。2） 中间底座尺寸的确定中间底座长度的选定是比较灵活的，在确定时应照顾其他各部联系尺寸的合理性，以求得既符合节省的原则，又达到布局匀称。还有要考虑铁屑的储存及排除，电气接线盒的安排，以及冷却液的储存，为了使冷却液有足够的沉淀，容量应大一些，大约取1015分钟冷却泵的流量。3） 主轴箱轮廓尺寸的确定标准主轴箱的厚度由主轴箱体、前盖和后盖三层尺寸构成。主轴箱体厚为180毫米。前盖立式厚为70毫米。后盖厚通常采用90毫米。立式主轴箱通常为340毫米。由下表：序号多轴箱体适用动力箱代号规格B*H型号重量25324050631400*400T0714-111122500*5001653630*4001704630*5002005630*6302356800*5002607800*6303108800*80041091000*500330101000*630385111000*800510121000*1000630131250*800610查得本设计中主轴箱的规格B*H为630*500由主轴箱设计中可知最低主轴高度H1为122毫米。3.3.3 组合机床床身设计 组合机床床身设计，包括选择通用的床身、立拄、滑座、立式机床底座和设计专用的中间底座等工作 。床身和立柱是用于固定动力部件的导轨滑座的，它们有多种规格。可根据动力部件的尺寸大小、行程长短来选用。1）立柱的联系尺寸：10单位（mm） 立柱型号 名义尺寸 B L H H1 滑台名义尺寸及行程 H2 H3 ICL25ICL25M 250 320 630 1900 1150 250 250 450-800 275 400 450-650 ICL32ICL32M 320 400 710 2000 1350 320 400 450-650 325 ICL40ICL40M 400 500 800 2420 1650 400 400 450-860 410 630 450-630 ICL50ICL50M 500 630 900 2520 1850 500 400 450-860 435 630 450-630 ICL63ICL63M 630 800 1000 2620 2050 630 630 450-580 460由上面所述可 ：立柱应选ICL40 。2）滑台的联系尺寸型 号 配套滑台行程 L2 L1 B B1 b h H 紧固螺钉 H1 ICC251ICC251M I 250 900 500 450 395 270 110 560 M20 210 II 400 1050 650 ICC252ICC252M I 250 900 500 160 630 280 II 400 1050 650 ICC321ICC321M I 400 1180 780 520 465 340 110 560 210 II 630 1410 1010 ICC322ICC322M I 400 1180 780 160 630 280 II 630 1410 1010 ICC401ICC401MI 400 1350 950 600 545 420 110 560 210 II 630 1580 1180 III 1000 1950 1550 ICC402ICC402M I 400 1350 950 160 630 280 II 630 1580 1180 型 号 配套滑台行程 L2 L1 B B1 b h H 紧固螺钉 H1 ICC402ICC402M III100019501550600 545 420 160 630 M20 280 ICC501ICC501M I 400 1550 1150 700 645 520 11 560 210 II 630 1780 1380 III 1000 2150 1750 ICC502ICC502M I 400 1550 1150 160 630 280 II 630 1780 1380 III 1000 2150 1750 ICC631ICC631M I 400 1800 1400 830 775 650 110 560 M24 210 II 630 2030 1630 III 1000 2400 2000 ICC632ICC632M I 400 1800 1400 160 630 280 II 630 2030 1630 III 1000 2400 2000 由上面可知道 滑台侧底座 应选ICC4013）数控滑台的联系尺寸滑台型号台面宽度（mm）台面长度（mm）行程（mm）最大进给力（N）滚珠丝杠直径X螺距（mm）伺服电机功率（kw）扭矩（N/m）转数（r/min）NC1HJ32320630400，6301250040X102201000330NC1HJ404008004002000050X102201000330440NC1HJ401YHJ505001000400，630，10003200050X102201000330440滑台型号BB1B2B3HLL1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11DNC1HJ3232032028072.52806304001070200435105200250250 M126301300200200200150 NC1HJ4040040035067.53208004001240200435105200250250 M166301470200250250200 NC1HJ5050050045067.536010004001440200455110200200250200 M166301670200200200250200 10001840200250250250250200由上面可知道 数控滑台的型号应该选NC1HJ40最大行程即为动力头最大允许的行程，除了满足钻床工作循环的要求外，还必须保证调整和装卸刀具的方便性，对于多工位回转工作台式机床，还要保证回转时工作台上夹具不碰刀。根据需要选择最大行程为400mm。由上面的数据可以做如下图： 3.4 组合机床主轴箱设计3.4.1 概述 主轴箱是组合机床的重要组成部件。主轴箱是用于布置机床工作轴及其传动零件和相应的附加结构的。它通过按一定速比排布传动齿轮，把动力从动力部件动力头、动力箱、电动机等，传递给各工作主轴，使之获得所要求的转速和转向等。组合机床主轴箱，按其组成和用途分为：大型标准主轴箱、小型标准主轴箱和专用主轴箱三大类。大型标准主轴箱称为非刚性主轴箱，因为这种标准主轴箱，主轴的前后支承距离平均只有150毫米左右，而刀具的悬伸长度往往是主轴支承距的好几倍。在这种悬伸比之下，单靠主轴本身是不能保证孔加工的位置精度的，而主要由夹具的导向装置来保证。由上面的图可知：它主要由通用的箱体类零件、通用的传动类零件及润滑和防油元件等组成。属于通用箱体类零件的有：主轴箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等。属于通用传动类零件的有：主轴、传动轴、六方头手柄轴（手柄轴是供更换、调整刀具和主轴箱装配及维修检查主轴精度时回转主轴用）、传动齿轮（在主轴箱体前后壁之间、可装32毫米宽的齿轮两排或24毫米宽的齿轮三排；在主轴箱体后壁和后盖之间，可装齿轮一排）、动力头或电机齿轮等。属于润滑和防油元件的有：标准的叶片润油泵（叶片润滑油泵尽可能采用直接驱动即齿轮直接装在泵轴上）、分油器、注油杯、排油塞等。1）通用箱体通用主轴箱体、前盖和后盖，已经由机床联系尺寸图设计中可知：主轴箱体的厚度为180毫米；后盖的厚度了90毫米；立式前盖厚度为70毫米。2）通用主轴和传动轴通用钻削类主轴的系列参数：主轴外伸主轴类 型主轴直径（毫米）短主轴滚锥短主轴253035405060长主轴（立式L-15）滚锥长主轴20253035405060滚珠主轴152025303540滚针主轴152025303540主轴外伸尺寸（毫米）D/d122/1430/2038/2650/3650/3665/4480/6090/60L85115115115115135135135接杆莫氏圆锥号11，21，2，32，32，33，44，54，5由上表和刀具布置图可查：30/20和38/26两种型号 L=100通用传动轴的系列参数：传动类型传 动 轴 直 径（ 毫米）滚锥传动轴2025303540手柄轴3040传动轴选用20和25手柄轴选用303）通用齿轮主轴箱用的通用齿轮，有传动齿轮、动力头齿轮和电机齿轮三种。动力头齿轮有A。B型，宽度为84和44毫米。当采用90毫米的后盖时，动力头齿轮要选用A型。3.4.2 主轴箱的设计方法一、主轴的型式与主竟的确定和主轴箱所需动力的计算 主轴的型式和直径，主要取决于刀具的进给抗力和切削牛矩或主轴刀具系统结构上的需要。通常，钻孔时采用前支承有止推轴承的主轴。设计时，尽可能不选用15毫米直径的主轴和滚针主轴，因为这种主轴的精度低，既不便于制造装配，也不便于使用和维修。又刀具布置图设计中可知：6.8孔的主轴20 12.8孔的主轴25二、传动系统的设计与计算传动系统的设计，就是通过一定的传动链，按要求把动力从动力部件的驱动轴传递到主轴上去。同时，满足主轴箱其他结构和传动的要求。传动系统的设计的一般要求：1）在保证主轴的强度、刚度、转速和转向要求的前提下，力求使传动轴和齿轮为最少。2）通常应避免通过主轴带动主轴，否则将增加主动主轴的负荷；3）最佳传动比为11.5，打扮允许采用到35；4）粗加工主轴上的齿轮，应尽可能靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。 传动系统布置图见 主轴箱图 三、传动轴的直径的设计1TD40系列电动机的转速为480转/分，钻4个6.8，M =173.1 KG.MM钻4个12.8 M=867 KG.MM12号传动轴：按组合机床设计表5-10，取轴径D=25MM。11号手柄轴：M11=997KGMM由传动轴的系列参数表可知道 D=3010号传动轴：按组合机床设计表5-10，取轴径D=25MM。9号传动轴： 可取D=25MM第四章 硬件电路图设计数控系统的设计包括硬件和软件两部分，而我们只是进行了硬件电路设计。4.1 微机数控系统的设计内容硬件是组成系统的基础，也是软件编制的前提，数控系统硬件的设计包括以下几部分内容：1、 绘制系统电气控制的结构框图据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制电气控制结构图，机床硬件电路由五部分组成：（1） 主控制器，即中央处理单元CPU。（2） 总线，包括数据总线、地址部线和控制总线。（3） 存储器，包括程序存储器和数据存储器。（4） 接口，即输入/输出接口电路。（5） 外围设备，如键盘、显示器及光电输入机等机床数控系统硬件框图（开环系统）2、 选择中央处理单元CPU的类型CPU的种类很多，如Z80，8080，MCS-51系列等，在数控系统中选择CPU应考虑：（1） 应用场合：对于数控机床等机械，工作环境恶劣，且要求控制部分体积小，MCS-51系列单片机集成度高，稳定性、可靠性好、体积小，因此推荐用MCS-51系列单片机作为工控机。（2） 外部扩展功能，包括存储器的扩展，I/O口扩展，定时/计数器扩展等，而MCS-51系列单片机有很强的外部扩展功能，外围扩展电路芯片大多是一些常规芯片，用户很容易通过标准扩展电路来构成较大规模的应用系统。（3） 指令系统的功能，影响编程灵活性。（4） 开发手段，包括支持开发的软硬件。（5） 时钟频率：对于一确定CPU，系统时钟频率是有一定范围的，用户可根据需要选择，选择时钟频率时要考虑：（A） CPU处理的工作量，当工作量大时，选择较高的时钟频率；（B） 响应速度要求，响应速度要求快时，选择高的时钟频率；（C） 在满足以下两个条件的前提下，尽可能选用较低的时钟频率，这是因为高频对外围芯片及开发工具的要求高。3、 存储器扩展电路设计存储器扩展包括数据存储器和程序存储器扩展两部分。选择EPROM作程序存储器时，应考虑：1) 速度应与CPU时钟匹配；2) 容量适中，太大会使电路复杂，降低可靠性，且会造成不必要的浪费。4、 I/O接口电路设计设计内容包括：据外部要求选用I/O接口芯片，步进电机伺服控制电路，键盘、显示部分以及其他辅助电路设计（如复位、掉电保护等）。这部分设计考虑系统的驱动能力，驱动能力不足的时，系统工作不可靠。在存储器扩展I/O接口电路中，均涉及到地址译码器的问题.4.2 MCS-51系列单片机及其扩展4.2.1 MCS-51单片机的选择及简介MCS-51系列单片机广泛应用于经济型数控机床，目前在我国最常用的为8031单片机，故本设计选用8031。1、 8031单片机引脚及片外总线结构（1） 8031芯片有40个引脚功能，如图： （2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）(2) 各引脚按功能可以分为三部分：I/O口线：P0、P1、P2、P3共4个8位口；控制口线：PSEN，ALE，EA，RST电源及时钟：VCC，VSS，XTAL1，XTAL1，XTAL2。(3) 应用特性：I/O口线不能都用作用户I/O口线；I/O口的驱动能力，P0口可驱动8个TTL门电路，P1，P2，P3则只能驱动4个TTL门P3是双重功能。2、 MCS-51单片机内结构8031单片机由7个部分组成，即微处理器（CPU、数据存储器（RAM）、特殊功能寄存器、I/O口、串行口、定时/计数器及中断系统，它们都是通过片内单一总线连接而成的。4.2.2 单片机的系统扩展8031片内无程序存储器，如不扩展外部存储器则不能工作，且片内仅有128字节的数据存储器，对于需要较多数据缓冲区的程序来说，片内RAM也不够用，须扩展。8031片内四个I/O口中仅P1口可作为8位双向的I/O接口供用户使用，也须扩展。1) 单片机的扩展概述8031的片外总线结构：所有的外部芯片都通过三组总线进行扩展。（） 数据总线(DB)：由P0口提供，数据总线要连到的所有外围芯片上，但在同一时间只能够有一个是有效的数据传送通道。（） 地址总线(AB)：16位，可寻址范围为64K字节，AB由P0口提供低8位地址由P0口提供。（） 控制总线(CB)：系统扩展用控制总线有WR、RD、PSEN、ALE、EA。2).系统扩展能力据地址线的宽度，在片外可扩展的存储器最大容量为64K字节。片外数据存储器与程序存储器的操作使用不同的指令和控制信号，允许两者的地址重复，故片外可扩展的数据存储器与程序存储器分别为64KB。片外数据存储器与片内数据存储器的操作指令不同，允许两者地址重复。扩展的I/O口与片外数据存储器统一编址，不再另外提供地址线。3) . 总线驱动能力与扩展所有系统扩展的外围芯片都通过总线驱动，而总线只能带动一定数量的电路。系统规大时，可能造成负载过重，使驱动能力不够，系统不能可靠工作。在设计系统扩展电路时，首先要估计总线的负载情况，以确定是否需要对总线的驱动能力进行扩展。8031单片机系统中，P0口作为数据总线和低8位地址总线，联接的外围芯片最多，故常用到P0口的驱动扩展。地址总线和控制总线的驱动器为单向的，具有三态输出功能，而数据总线的驱动器为双向的，三态输出。常用的单向驱动器有：74LS240、74LS241和74LS244，常用的双向驱动器有74LS245。4) .地址锁存器8031扩展系统时，由P0口提供数据及低8位地址，分时传送，故须地址锁存。常用的地址锁存器芯片是74HC373（带三态缓冲输出的8D触发器），其引脚及与8031的连接见下图图中：D1D8：信号输入端Q1Q8：信号输出端G：下降沿时，将D1D8锁存于内部E：使能端，E0时，三态门处于导通状态，输出端Q1Q8与输入端D1D8连通，当E1时，输出三态门断开，输入数据锁存。5) .地址译码8031扩展电路中，都涉及到外部地址空间的分配问题，即当8031数据总线分时与多个外围芯片进行数据传送时，首先要进行片选，然后再进行片内地址选择。地址译码实现片选的方法可分为三种：线选法，全地址译码法和部分地址译码法4.2.3 存储器扩展1. 存储器常用芯片(1) EPROM芯片常用的程序存储器芯片(EPROM)有2716（2K8）、2732（4K8）、2764（8K8）、27128(16K8）、27256（32K8）、27512（64
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