立式单面轴数控组合钻床主轴箱设计

1、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 perfor

2、mance, 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.

3、 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 wor

4、k piece processing precision, reduced the processing cycle and saves the work area the goal. This article simply briefed thenumerical control engine bed developmenttendency, as well as future aggregate machine-tool development key and aggregate machine-tool characteristic.In view of is processed the

5、 components to do the aggregate machine-tool system design, is processed by the detail drawing plan the components working procedure chart, the engine bed - 1 - / 16 relation dimensional drawing, the processing schematic drawing, as well as plan process heavy main point and limelight. By in the comp

6、onents 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

7、 box, numerical control目录摘 要 错 误！未定义书签。Abstract - 1 -目 录 - 2 -第一章 数控组合机床的发展趋势及特点 - 3 -1 .1 数控组合机床的发展趋势及特点 - 3 -1.2 组合机床品种的发展重点以及特点 - 4 -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 - 5 -第二章 组合机床工艺方案的制定 - 5 -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 - 6 -第

8、三章 组合机床的总体设计 - 7 - 2 - / 163.1 被加工零件的工序图 - 7 -3.2 加工示意图 - 7 -3.2.1 刀具的选择 - 7 -3.2.2 切削用量的选择 - 7 -3.2.3 接杆的选择 - 8 -3.2.4 导向结构的选择 - 9 -3.2.5 动力头工作循环及其行程的确定 - 10 -3.3 机床联系尺寸图的绘制 错误！未定义书签。3.3.1动力部件的选择 错误！未定义书签。3.3.2 绘制机床联系尺寸图应考虑的主要问题 错误！未定义书签。3.3.3 组合机床床身设计 错 误！未定义书签。3.4 组合机床主轴箱设计 错 误！未定义书签。3.4.1 概述 错 误

9、！未定义书签。3.4.2 主轴箱的设计方法 错 误！未定义书签。第四章 硬件电路图设计 错 误！未定义书签。4.1 微机数控系统的设计内容 错 误！未定义书签。4.2 MCS-51 系列单片机及其扩展 错 误！未定义书签。4.2.1 MCS-51 单片机的选择及简介 错 误！未定义书签。4.2.2 单片机的系统扩展 错 误！未定义书签。4.2.3 存储器扩展 - 13 -4.2.4 I/O 口的扩展 - 14 -设计总结 - 16 -参考文献 : - 16 -致 谢 - 16 -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

10、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

11、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- 3 - / 16 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

12、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

13、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 1990 1992 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

14、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，

15、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。- 4 - / 161.3 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： 4 M8 6H4 M14 6H1.3.2. 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

16、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

17、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。- 5 - / 162.1 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

18、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

19、。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

20、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。- 6 - / 16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

21、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

22、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

23、，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

24、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，- 7 - / 16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2 7 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 =200241HB=300400v（ 米/ 分）S转（毫米 /转）v（ 米/ 分）S转（毫米 /转）v（ 米 / 分）S转（毫米 /

25、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： QT450 10是球墨铸铁。 它的布氏硬度 160 210 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=D 1.9S0.8HB 0.6=6.8 1.9*0.12 0.8*210 0.6=173.1 KG.MM2） 钻 4 个 12.8

26、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 D B4 M式中 M轴所传递的扭矩（ KG.MM）；1033Wp轴的抗扭截面模数（毫米 3），实心轴的 Wp0.2d 3;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=2

27、5 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D1D2BB1LlL11T1422023101854858521182155003T202A22142243023051053011061B20122155108565722422305208T262A30389334250540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

28、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。- 9 - / 16dDD1D2lL1mRD1D2L046121918122025223035715.568142120816.5810162

29、322202535303545917.5101218262510.519M8161212152231302535453545551321.5151825363515.52418213041403545554555651826.5212535464520.529253040515045556555657522.532.530354556552535M101915354255717055657565758532.542.5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

30、于被加工部位长度与刀具切入和切出之和。- 10 - / 16切入 加工部分 切出工作进给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

31、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：此处省略NNNNNNNNNN字NN。如需要完整说明书和CAD图纸等 . 请联系 扣扣：二五一一三三四零八 另提供全套机械毕业设计下载！- 11 - / 16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

32、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

33、图中：D1 D8：信号输入端Q1 Q8 ：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 E 1 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- 12 - / 164.2.3 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（2K

34、8）、2732（4K8）、2764（8K 8）、27128（16K8）、27256（32K8）、27512（64K8）等，均为 28 脚双列直线插式扁平封 装长片，所用芯片为 EPROM 其引脚图见下图。EPROM 选用原则 选择程序存储器时，应考虑（a） 据控制对象和任务的复杂程度，以及是否需要大量计算来确定存储系统容量 （粗 略估计，留有一定余地，以备系统的功能扩充用），为使电路简化，尽可能选择大容量芯片，以减少芯片组合。（b） 芯片的工作速度满足系统的时序要求。 8031 访问 EPROM 时，其所提供的读取时 间 t 与所选的晶体时钟有关， 约为 3T，不同型号的 EPROM 工作速度

35、一般为 200 450ns， 故选取芯片时，应使其工作速度小于 t。（2）数据存储器数据存储器有动态和静态之分，两者相比，静态 RAM 无须考虑保持数据而设置的刷 新电路，扩展简单，在数据存储器扩展电路中应用较广泛。常用的静态 RAM 有 6116（ 2K 8）、6264（8K 8）、62128（16K8）等，它们都由 单一的 5V 电源供电， 28 脚双列直插式扁平封装， 典型时间为 150 200ns。本次设计所 用数据存储器为 6264其引脚图有 28 个。2. 存储器的扩展8031 芯片与存储器的连接 存储器扩展实质是三总线的连接。1）据芯片存储容量的大小确定数据、地址线的根数。2）数

36、据总线的连接将 8031 芯片的 P0.0P0.7 按位与 RAM 数据线 D D 直连。3）地址总线的连接- 13 - / 16据确定的地址线根数，将相应低位地址线相连，剩余高位地址线作片选。4）控制总线的连接 对应控制线相连。4.2.4 、 I/O 口的扩展MCS-51 单片机共有四个 8位并行 I/O 口，可提供给用户使用的只有 P1口和部分 P3口线， 因引不可避免地要进行 I/O 口的扩展Intel 公司常用的外围接口芯片有：8155 ：可编程的 RAMI/O 扩展接口电路；8255：可编程的通用并行接口电路；8279：可编程的键盘、显示接口。此外，还有 74LS 系列的 TTL 电路和 CMOS 电路锁存器、 三态门电路也可用为扩展 I/O 口。1. I/O 口扩展方法据扩展并行 I/O 口时数据线的连接方式， I/O 口扩展方式可分为三种：1） 总线扩展方法扩展的并行 I/O 芯片，数据输入线取自 8031 的 P0 口。这种扩展方法分