大直径钻铣床

PAGEword文档可自由复制编辑摘要本设备主要用于对大直径圆形零部件在圆周上进行铣削和在规定位置上铣平面或钻孔,它的主控系统采用Siemens的SINUMERIC802Cbaseline控制,由流水线上的PLC信号作为引导,利用光栅尺作为反馈信号。在本次设计过程中,动力装置采用了易于控制的步进电机,控制方式为闭环控制,传感器采用精度较高，使用较为普遍的光栅尺作为闭环控制的反馈元件。机械执行机构采用滚珠丝杠副结构完成机床的横、竖向运动，机械导向机构采用滚珠导轨与滑动导轨相结合的方式完成横、竖向导向。数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床实现柔性自动化重要的装置，是发展柔性生产的基础。数控机床在零件的加工中，更能显示出它的优越性。关键词大直径圆形零部件；闭环控制；步进电机

TitleLarge-diameterboredmillingmachinedesignandcontrolAbstractThisequipmentmainlyforthelarge-diametercircleintheroundpartsonthespecifiedlocationandmillingontheplaneormillingdrilling,themaincontrolsystemusestheSiemensSINUMERIC802CbaselinecontrolledbythePLCsignalonthelineasaguide,Usinggratingfeedbackdeviceasasignal.Inthedesignprocess,ispoweredbyaneasycontrolofthesteppermotor,controlmethodsforclosed-loopcontrol,sensorsusinghighprecision,usethemorecommontypesoffootgratingfeedbackasaclosed-loopcontrolcomponents.Machineryimplementingagenciestocompletethestructureofaballscrewmachinehorizontal,verticalmovement,machine-orientedorganizationstoadoptBallGuidesandslidingrailscompletionofacombinationofhorizontalandverticalorientation.NCmachinetoolsisanewtypeofautomatedmachinetools,ithasawiderangeofgenericandahighdegreeofautomation.CNCmachinetoolstoachieveflexibleautomationequipmentimportantisthedevelopmentofflexibleproductionbase.NCmachinetoolpartsintheprocessing,itcanshowthesuperiorityKeywordsLarge-diametercircularparts；closed-loopcontrol；step-by-steptheelectricalmachinery

目录63241概述 1255821.1课题的提出 1116341.2数控技术的发展水平和趋势 1266891.2.1国内数控机床的发展情况 1263531.2.2.数控技术的发展水平和趋势 2158641.3系统设计方案 5241391.4系统设计内容 5289402机械部分的设计与计算 6291382.1导向机构的设计 6183842.2执行机构的设计 6293302.2.1竖向运动装置 628272.2.2横向运动装置 7231882.3传动机构设计和计算 7142242.3.1纵向运动装置 7149832.3.2横向运动装置 9117322.3.3伺服电机的设计、校验 12167702.3.4传动齿轮的设计与校验 15223063电控部分设计 1861363.1SINUMERIK802Cbaseline的系统介绍 18136413.2系统的电气组成原理示意图 19202383.3可编程序控制器(PLC)及其应用 19145973.4系统的主电路原理图 20286683.5系统的I/O电路原理图 20212803.6控制系统 23108293.7电柜设计 24258283.8系统的电源电路原理图 25245023.8.1控制变压器 25283343.8.2I/O系统电源及辅助控制电路 2615163.9光栅尺的基本原理 26277593.10运行程序 2811066结论 4529613设计体会 462655致谢 471692参考文献 481概述1.1课题的提出目前，在国内的数控机床中,大都是加工直径比较小的零部件，而那些大直径的零部件都很难加工，本设计正是为了解决这一问题，能够对大直径圆形零部件在圆周上进行铣削和在规定位置上铣平面或钻孔，全部过程为数控系统进行控制，通过流水线上的PLC信号引导，利用光栅尺作为反馈信号。数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床实现柔性自动化重要的装置，是发展柔性生产的基础。数控机床在下面一些零件的加工中，更能显示出它的优越性。它们是：批量小而又多次生产的零件；几何形状复杂的零件；在加工过程中必须进行多种加工的零件；切削余量大的零件；必须控制公差（即公差带范围小）的零件；工艺设计会变化的零件；加工过程中的错误会造成严重浪费的贵重零件；需全部检测的零件，等等。度。数控机床的优点：提高生产率；稳定产品质量；有广泛的适应性和较大的灵活性；可以实现一机多用；提高经济效益；不需要专用夹具；大大地减轻了工人的劳动强数控机床是具有广泛的通用性而又具有很高自动化程度的全新型机床。它的控制系统不仅能控制机床各种动作的先后顺序，还能控制机床运动部件的运动速度，以及刀具相对工件的运动轨迹。数控机床是计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），群控（DNC）,柔性制造系统（FMS）。计算机继承制造系统（CIMS）等柔性加工和柔性制造系统的基础。但是，数控机床的初投资及维修技术等费用较高，要求管理及操作人员的素质也较高。合理地选择及使用数控机床，可以降低企业的生产成本，提高经济效益和竞争能力。1.2数控技术的发展水平和趋势1.2.1国内数控机床的发展情况我国从1958年开始研究数控技术，一直到60年代中期处于研制、开发时期。当时，一些高等院校、科研单位研制出试验性样机，开始也是从电子管着手的。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。60年代末至70年代初研制成了劈锥数控铣床、数控非圆齿轮插齿机、CJK-18晶体管数控系统及X53K-1G立式铣床。从70年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。但由于电子元期间的质量和制造工艺水平差。致使数控系统的可靠性、稳定性未得到解决，因此未能广泛推广。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉，在磨具加工中得到了推广。80年代，我国从日本发那科（FANUC）公司引进了5，7，3等系列的数控系统和直流伺服电机，直流主轴电机技术，以及从美国、德国等国引进了一些新技术。并进行了商品化生产，这些系统可靠性高，功能齐全。推动了我国数控机床稳定的发展，使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985年，我国数控机床的品种有了新的发展。数控机床的品种不断增多，规格齐全。许多技术复杂的大型数控机床、重型数控机床都相继研制出来。为了跟踪国外技术的发展，北京机床研究所研制出了JCS-FM-1、2型的柔性制造单元和柔性制造系统。这个时期，我国在引进、消化国外技术的基础上，进行了大量开发工作。一些较高档次的数控系统（五轴联动）、分辨率为0.02μm的高精度数控系统都开发出来了。并造出样机。现在，我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。90年代将向高档数控机床发展。1.2.2.数控技术的发展水平和趋势随着科学技术的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量品种多样化的要求越来越强烈。中、小批量生产的比重明显增加，要求现代数控机床成为一种高效率、高质量、高柔性和低成本的新一代制造设备。同时，为了满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元（FMC），柔性制造系统（FMS），以及计算机集成制造系统（CIMS）提供基础设备，也要求数控机床向更高水平发展。这些要求主要有数字控制技术的发展来实现。数控技术体现在数控装置、伺服驱动系统、程序编制、机床主机和检测监控系统等方面：（一）数控装置推动数控技术发展的关键因素是数控装置。由于微电子技术的发展，当今占绝对优势的微型计算机数控系统发展非常快，其技术发展概况如下：1.数控装置的微处理器已经由8位CPU过渡到16位和32位CPU，频率有原来的5MHz,提高到16MHz,20MHz和32MHz,并且开始采用精简指令集运算芯片RISC作为主CPU，进一步提高了运算速度。采用大规模和超大规模集成电路和多个微处理器，使结构模块化、标准化和通用化，使其数控功能根据用户需要进行任意组合和扩展。2.具有强功能的内装式机床可编程控制器，用梯形图语言，C语言或Pascal语言进行编程。在CNC和PC之间有高速窗口，它们有机地结合起来。除能完成开关量的逻辑控制外，还有监控功能和轴控制功能等。3.配备多种遥控接口和智能接口。系统除配有RS232C串行接口，光纤维和20mA电流回路等外，还有CNC接口。可以实现几台数控机床之间的数据通讯，也可以直接对几台数控机床进行控制。现代数控机床，为了适应自动化技术的进一步发展，适应工厂自动化规模越来越大的要求，纷纷采用MAP等高级工业控制网络，实现不同厂家和不同类型机床的联网要求。4.具有很好的操作性能。系统具有“友好”的人机界面，普通采用薄膜软按钮的操作面板，减少指示灯和按钮数量，使操作一目了然。大量采用菜单选择操作方法，使操作越来越方便。CRT显示技术大大提高，彩色图像显示已很普通。不仅能显示字符，平面图形，还能显示三维动态立体图形。5.数控系统的可靠性大大提高。大量采用高集成度的芯片、专用芯片及混合式集成电路，提高了硬件质量，减少了元器件数量。这样降低了功耗，提高了可靠性。新型大规模集成电路，采用了表面安装技术（SMT），实现了三维高密度安装工艺。元器件经过严格筛选，建立由设计、试制到生产的一整套质量保证体系，使得数控装置的平均无故障时间MTBF=10000-36000小时。（二）伺服驱动系统伺服系统是数控机床的重要组成部分。与数控装置相配合，伺服系统的静态和动态特性直接影响机床的定位精度、加工精度和位移精度。现在，直流伺服系统被交流数字伺服系统代替。伺服电机的位置、速度及电流环都实现了数字化。并采用了新的控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统。其发展的技术如下：1.前馈控制技术。过去的伺服系统，是把检测器信号与位置指令的差值乘以位置环增益作为速度指令。这种控制方式总是存在着追踪滞后误差，这使得在拐角加工及圆弧加工时精度恶化。所谓前馈控制就是在远来的控制系统上加上速度指令的控制，这样使追踪之后误差大大减小。2.机械静止摩擦的非线性控制技术。对于一些具有较大精致摩擦的数控机床，新型的数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性控制功能。3.伺服系统的位置环和速度环，均采用软件控制。为适应不同类型的机床，不同精度和不同速度的要求，预先调整加、减速性能。4.采用高分辨率的位置检测装置。如高分辨率的脉冲编码器，内有微处理器组成的细分电路，使得分辨率大大提高。增量位置检测为10000P/r;绝对位置检测为1000000P/r5.补偿技术得到发展和广泛应用。现代数控机床利用CNC数控系统的补偿功能，对伺服系统进行了多种补偿，有轴向运动误差补偿、丝杠螺距误差补偿、齿轮间隙补偿、热补偿和空间误差补偿。（三）程序编制数控机床的零件程序编制是实现数控加工的主要环节。编程技术的发展有以下几方面的特点：1.脱机编程发展到在线编程。传统的编程是脱机进行的。由手工、电子计算机以及专用编程机来完成，然后再输入给数控装置。现代的CNC装置有很强的存储和运算能力，把很多自动编辑机具有的功能，植入到数控装置里，使零件的程序编制工作可以在数控系统上在线进行，实现了人机对话。在手工操作键和彩色显示器配合下，实现程序输入、编辑、修改、删除。数控系统具有了前台操作、后台编辑的前后台功能。2.具有机械加工技术中的特殊工艺方法和组合工艺方法的程序编制功能。除了具有圆切削、固定循环和图形循环外，还有宏程序设计功能、会话式自动编程、蓝图编程和实物编程功能。3.编程系统由只能处理几何信息发展到几何信息和工艺信息同时处理新阶段。新型的CNC数控系统中装入了小型工艺数据库，使得在线程序编制过程中，可以自动选择最佳刀具和切削用量。（四）机床主机数控机床机械结构适应数控技术的发展，采用机电一体化的总体布局。为提高生产率，一般都采用自动换刀装置，自动更换工件机构、“数控夹盘”和“数控夹具”等。为了提高数控机床的动态性能，伺服系统和机床主机进行了很好的机电匹配。同时，主机进行了优化设计。（五）数控机床的检测和监督数控机床加工过程中进行检测与监督越来越普通，装有各种类型的监控、检测装置。例如红外、声反射（AE）。激光检测装置，对刀具和工件进行监测。发现工件超差、刀具磨损、破损，都能及时报警，并给予补偿，或对刀具进行调换，保证了产品质量。现代的数控机床都具有很好的故障自诊断功能及保护功能。软件限位和自动返回功能避免了加工过程中出现的特殊情况而造成工件报废和事故。（六）适应控制（Adaptivecontrol）数控机床增加更完善的适应控制功能是数控技术发展的一个重要方向。适应控制机床是一种能随着加工过程中切削条件的变化，自动地调整切削用量，实现加工过程最佳化的自动控制机床。数控机床的适应控制功能由检测单一或少数参数（如功率、扭矩或力等）进行调整的“约束适应控制”，发展到检测调控多参数的“最佳适应控制”和“学习控制”。1.3系统设计方案在本次设计过程中,动力装置采用了易于控制的伺服电机,控制方式为闭环控制,传感器采用精度较高，较为普遍的光栅尺为闭环控制的反馈元件。它的主控系统采用Siemens的SINUMERIC802Cbaseline控制,由流水线上的PLC信号作为引导。机械执行机构采用滚珠丝杠副结构完成机床的横、竖向运动。机械导向机构采用滚珠导轨与滑动导轨相结合的方式完成横、竖向导向。1.4系统设计内容1.执行元件的选择：选择时应考虑负载能力、调速范围、运行精度等多方面要求，步进电机应用最为广泛，一般情况下，优先选用。因为步进电机控制简单，而且本次设计要求的速度不高，所以步进电机最为适合。2.传动机构方案的选择：传动机构实质上是执行元件和执行机构之间的一个机械接口，用于对运动和力进行变换和传递。竖直传动机构：通过滚珠丝杠与普通丝杠进行比较,综合考虑进给部分功能及精度要求,本次设计选择了滚珠丝杠。横向传动机构：通过水平的滚珠丝杠传递扭矩，完成工作台上夹持器的横向运动。3．导向机构的选择：导向机构即导轨，主要有滑动和滚动两大类。滑动导轨结构简单、制造方便和抗振性好，利于竖直导向，所以竖直导向装置采用滑动轨。而滚珠导轨精度高，导向性好，摩擦因数小，启动轻便，运动灵敏。不易爬行，寿命长，适用于水平导向及精度较高场合，所以本次设计水平导轨才用滚珠导轨。4．反馈元件的选择：由于光栅尺结构简单，精度高，控制容易，易于实现长度的测量，所以选用尺状的直线位移传感器光栅尺作为反馈元件。2机械部分的设计与计算2.1导向机构的设计导向机构其作用是支撑和导向，为机械系统中各运动装置能到安全、准确的完成其特定方向的运动提供保障。根据导轨副之间摩擦情况，导轨可分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨结构简单，制造方便个，刚度好，抗震性高。滚动导轨的导向面之间放置滚珠，滚珠或滚针等滚动体来实现两导轨无滑动地相对运动。这种导轨摩损小，寿命大，定位精度高，灵敏度好，运行平稳可靠，但对几何精度要求高，抗振性较差，防护要求高，本次设计采用了滑动导轨和滚珠导轨相结合的方式，因为滑动导轨是机械产品应用广，滚珠导轨传动精度高。2.2执行机构的设计2.2.1竖向运动装置图2-1纵向装置传动图竖向运动装置的工作过程如下：步进电机通过联轴器，由齿轮把扭矩传递给竖直方向的滚珠丝杠，带动升降台上下运动。由于滚珠丝杠无自锁，故采用电磁制动器，当需要停止是，由电子开关控制步进电机停转，同时起动电磁制动器，对滚珠丝杠自锁，防止滚珠丝杠自动下滑，达到精确定位。2.2.2横向运动装置具体传动过程如下：伺服电机通过联轴器将转矩递给滚珠丝杠，让丝杠带动刀头运动，从而完成进给的过程。图2-2横向装置传动图2.3传动机构设计和计算2.3.1纵向运动装置1．滚珠丝杠副的选择已知：工作载荷Fm=2800N，丝杠的工作长度为0.566m，平均转速1500r/min，最大转速2200r/min。2.计算载荷Fc=因为精度等级为D级所以K=1.0＝根据参考文献3选取：Ｋ=1.2，K=1.0，Ｋ＝1.0Fc==3360N3．额定动载荷C＝F＝3360＝39141.3N计算的额定动载荷为39141.3N＜40895N故选择FC1—8010－2.5型号滚珠丝杠，其主要数据如下：Ca＝40895Ｎ公称直径：D=80mm导程：P＝10mm螺旋角：＝滚珠直径：d＝5.953mm滚道半径：R＝＝0.525.953＝3.1mm偏心距：＝=丝杠内径：d＝D＋e－2R＝80＋0.308－23.1＝74.108mm4．稳定性验算（1）由于一端轴固定的丝杠在工作时可能会发车生失稳，所以在设计时应验算其安全系数，其值应大于丝杠副传动允许安全系数[S]。计算临界载荷FcrFcr＝弹性模量E＝2.0610Pa＝＝根据参考文献3取＝2/3Fcr＝=376729.54N安全系数：S＝Fcr/Fm＝376729.54/2800=289.2根据参考文献3，可知安全系数[S]＝2.2～3.3S>即丝杠安全,不会失稳。（2）丝杠需要验算其不会发生共振的最高转速n，要求丝杠的最大转速ｎ。ｎ＝9910根据参考文献3选取ｆ=3.927，µ=2/3ｎ＝9910=133782r/minｎn＝2200ｒ/min。所以丝杠不会发生共振。（3）要求滚珠丝杠副Dn70000mmr/minDｎ＝401500＝60000mmr/min〈70000mmr/min所以该丝杠副工作稳定。5．刚度验算滚珠丝杠在工作负载下F（N）和T（Nm）公同作用下引起每个导程的变形为：在本次设计中取摩擦系数为tan，即所以T＝1300＝1.72N·ｍ==4.358µm则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为==2.675µm要求该丝杠的导程误差满足上式，故其刚度满足要求。6．效率验算滚珠丝杠副的传动效率为=tan（3/tan（3）=0.936要求在0.9—0.96之间，所以此丝杠副是合格的。2.3.2横向运动装置1．导轨型号的选择滑座上的载荷为F=2400N，Ls=6m，每分钟往复次数2，工作时间Lh=12000hF=F/M=2400/4=600NTs=2TLsn/103=2120006460/1000=4608km计算动载荷CC=F=600=6691.8N查表2-15～2-18f=1.0，f=1.0，f=2.0，f=0.8K为寿命系数，一般取K=50㎞因为6691.8N<17500N,所以选择HJG－D55型滚动直线导轨。2．滚珠丝杠副的选择计算(1)．已知：平均工作载荷Fm=600N，丝杠工作长度L=0.8m。平均转速n=1500r/min，最大转速n=2500r/min，使用寿命Lh＝12000h左右，材料为钢，滚道硬度为60HRC，传动精度mm,求计算载荷F。F＝Ｋ查表2-6取K=1.2，查表2-7取K=1，因为精度等级为D级，因此K＝1.0所以Fc＝0.81.01.0600＝480N(2)．计算额定动载荷计算值CaC＝F＝480＝4921.45N额定动载荷4921.45N＜5982N故查表2-9选用2504—2.5选择滚珠丝杠副数据如下：导程：P＝10mm公称直径D=40mm螺旋角：＝滚珠直径：d＝5.381ｍｍ滚道半径：R＝0.52=0.522.381=1.238mm偏心距：ｅ=0.07（R－d/2）＝0.07(1.238－5.381/2）=3.29丝杠内径：d＝D＋e－2R=22.54mm(3)．稳定性验算由于一端轴固定的丝杠在工作时可能会发车生失稳，所以在设计时应验算其安全系数，其值应大于丝杠副传动允许安全系数[S]计算临界载荷FcrFcr＝刚弹性模量E＝2.0610Pa根据已知条件：＝d/64=3.14/64=1.26根据参考文献3，选取µ＝2/3Fcr＝=89970.04N安全系数：S＝Fcr/Fm=85686/600=149.96查表2－10知[S]＝2.2～3.3S即丝杠是安全的，不会失稳。(4)．丝杠在高速工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高转速ｎ＝9910根据参考文献3取f＝3.927，µ＝2/3ｎ＝9910=121084r/minｎn＝2500ｒ/min。所以丝杠不会发生共振。(5)．滚珠丝杠要求Dn70000mmr/minDｎ＝251500＝37500mmr/min〈70000mmr/min所以该丝杠副工作稳定，符合设计要求。(6)．刚度验算滚珠丝杠导程变形量：Ｔ＝Ftan（）在本次设计中取摩擦系数为tan，即T＝600+0.1432）=0.52N·m=+==4.254um因此丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为=0.8/4=8.5m要求该丝杠的导程误差满足上式，故其刚度满足要求。(7)．效率验算=tan/tan（）=0.945要求在0.9—0.98之间，所以此丝杠副是合格的2.3.3伺服电机的设计、校验１．伺服电机的选择取脉冲当量为：=0.005mm滚珠丝杠的导程：P＝4mm初设传动比为：i=2则=360=0.9因为0.9〈1.5故选用Y180L-4型号伺服电机2．伺服电机最大转矩T＝2.2Nm，＝1.5， 转动惯量Ｊｍ＝46.1（1）已知：滚珠丝杠直径d＝40mm导程P＝10mm刀头及附件质量m=100kg导轨摩擦系数＝0.2最大轴向载荷F＝1300N丝杠长度L＝6000mm丝杠最小拉压长度Lmin=60mm最大拉压长度Lmax=380mm丝杠支撑向刚度K=1.96丝杠螺母间的接触刚度K=1.02系统脉冲当量=0.005mm空载启动时间=40ms最大进给速度Vmax=2m/min定位精度0.01mm（2）传动比计算i==0.6=2（3）当量负载的转动惯量计算J=J==2.58kg·mJ==3.42kg·m==3.26kg·mＪ=J+1/(J+)+(m=4.158kg·m（4）惯量匹配验算==0.9因为满足1/4要求，说明惯量匹配合理。（5）负载能力校验J=Jm+Jd=4.61+4.158=8.768kg·m空载启动时，电机轴上的惯量转矩：Tj=J=J=8.768=1.84Nm电机轴上的当量摩擦转矩：Tu===0.158Nm其中电机传动链的总效率为=0.98设滚珠丝杠螺母副的预紧力为最大轴向载荷的1/3，因预紧力引起的折算到电机轴上的附加摩擦转矩为：T0====0.036Nm刀头上的最大轴向载荷折算到电机轴上的负载转矩为Tw===0.9Nm于是空载启动时，电机轴上的总负载转矩为：Tq=Tj+Tu+To=1.84+0.158+0.036=2.034Nm在最大外载荷下工作时，电机轴上的总负载转矩为：T=Tw+Tu+To=0.9+0.158+0.036=1.961Nm空载启动所需电机最大静转矩为：T=Tq/0.951=2.138Nm在最大外载荷下工作时所需电机最大静转矩为：T=T/（0.3—0.5）=5.93—3.56Nm因为Ts=5.0NmT=2.138Nm，所以，伺服电机能运转。（6）系统刚度计算丝杠最大，最小拉压刚度为：K===2.35N/mK===3.96N/m假设丝杠轴向支撑经过预紧并忽略轴承座和螺母座刚度的影响，求丝杠螺母机构的综合拉压刚度：==6.23N/m所以K=1.6==2.55+4.39+9.8K=2.5N/m（7）固有频率计算丝杠质量为：m=1/4=1/4=4.05kg刀头共振系统的最低固有频率为==1764r/s折算到丝杠轴上系统的总当量转动惯量为：J=J=8.657=3.46kg.m如果忽略电机轴及减速器的扭转变形，系统的最低扭转振动固有频率为：==2011rad/s都很高,说明系统动态特性好。（8）死区误差计算设齿轮传动和丝杠螺母机构分别采取了消隙和预紧措施求由摩擦力引起的最大反向死区误差为：=1.36mm<说明该系统能满足单脉冲进给的要求。（9）由系统刚度变化引起的定位误差计算=F=50）=0.0021mm 由于定位精度为即系统允许的定位误差为=0.02mm，故系统满足要求。2.3.4传动齿轮的设计与校验已知：输入电机转矩T1=5.0Nm，大齿轮转速n=620r/min，齿数比u=4，由步进电机驱动工作寿命15年，两班制，工作平稳，双向传动。1．选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。选用直齿圆柱齿轮传动。由参考文献选取大小齿轮的材料均为45#，齿面硬度为162--217HBS。（1）选取精度等级为7级.（2）选小齿轮齿数Z=20，Z=uZ=802．齿面接触强度(1)选载荷系数K=1.3(2)由参考文献查得材料的弹性影响系数Z=143.7MPa(3)由参考文献选取齿宽系数(4)由参考文献查得大小齿轮的接触疲劳强度极限=320MPa(5)进行应力循环次数计算N1=60=60=4.32N2=N1/i=8.64=2.16(6)由参考文献查得接触疲劳寿命系数K=0.88，K=0.90(7)接触疲劳许用应力的计算假设失效概率为0.01,取安全系数s=1==0.88=281.6MPa=K/S=0.9=288.0MPa3．计算尺寸(1)小齿轮分度圆直径d2.3249.86mm(2)齿轮的圆周速度为:V==3.14=2.61m/s(3)尺宽数值为:B==0.4=19.8mm(4)齿轮模数和齿高模数m=d/z=49.86/25=1.99mm齿高h=2.25mt=2.251.99=4.378mm(5)计算载荷系数根据V=2.61/m/s，7级精度，所以根据参考文献,查得动载荷系数为Kv=1，因为所选齿轮为直齿轮，初选KFt/b100Nm，由参考文献,查得K=K=1.1由参考文献,查得使用系数K=1;K=1.6;K=1.64K=KK=1=1.75(6)对分度圆直径进行校正d=d=49.8=61.43mm(7)模数尺寸m=d/z=61.43/25=2.457mm初选各传动齿轮齿数Z=20Z=40m=2.5mmB=35mmB=20mm4．按齿根弯曲强度计算设计(1)由参考文献查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限=60MPa弯曲疲劳寿命系数K=0.89，K=0.90初选疲劳安全系数S=1.4=K/S=38.2MPa=K/S=38.5MP(2)计算载荷系数K=K=1=1.804(3)由参考文献,取Y=2.8，Y=2.40(4)计算应力,校正各项系数由参考文献,取Y=1.55，Y=1.67(5)计算大小齿轮的YY/=2.8=2.4=0.104根据计算进行比较,小齿轮的数值大。(6)计算模数：m=2.34mm2.5mm故取m=2.5mmd=61.43mZ=d/m=61.43/2.5=24.5取Z=25Z=uZ=225=505．几何尺寸的计算(1)确定齿轮中心距的大小a=（d+d/2）=（62.5+125/2）=93.75mm(2)齿轮分度圆直径的大小:d=m=2.525=62.5mmd=m=2.550=125mm(3)齿轮宽度的大小为:B==0.462.5=25mm取B1=25mm，B2=37mm3电控部分设计3.1SINUMERIK802Cbaseline的系统介绍SINUMERIK802Cbaseline是在SINUMERIK802C基础上新开发的全功能数控系统。它可以控制2~3个步进电机进给轴和一个伺服主轴或变频主轴。连接SIMODRIVE611U或SIMODRIVEbaseline。当系统匹配SIMODRIVE611U或SIMODRIVEbaseline时，连接1FK7系列伺服电机。SINUMERIK802Cbaseline的系统组成·CNC控制器集成式、紧凑型CNC控制器，配置8”·驱动器和电机伺服进给驱动SIMODRIVE611U或者SIMODRIVEbaseline带1FK7系列伺服电机。目前SIMODRIVEbaseline带1FK7的配置有3种：3Nm+6Nm;6Nm+8Nm;11Nm,光轴，带/不带抱闸；使用SIMODRIVEbaseline与1FK7的配置为：3Nm/6Nm/8Nm/11Nm,光轴，带/不带抱闸。·电缆连接CNC控制器到驱动器的电缆为速度给定值电缆和位置反馈值电缆；连接驱动器到电机的电缆为编码器电缆和电机动力电缆。图3-1SINUMERIK802Cbaseline接口布置3.2系统的电气组成原理示意图图3-2电气组成原理图3.3可编程序控制器(PLC)及其应用可编程序控制器(PLC)是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物,是近年来发展最迅速应用最广泛的工业自动控制装置之一。它以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速计数与位控等高性能模块等优异性能,日益取代由大量继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电器-接触器控制系统,在机械、化工、电力、轻工等工业控制领域得到广泛应用。尽管各国生产的PLC品种繁多,性能规模各异,但其主体均主要由微处理器(CPU)、存储器、电源、输出输入组件等部分组成;各部分之间均采用总线连接。3.4系统的主电路原理图图3-3系统主电路原理图主电动机1M,功率为22KW,由SIMODRIVE611U控制其转向,由接触器1KM控制起停。2M为丝杠电机,功率为22KW,由2KM1、2KM2控制其正、反转以实现刀头左右方向运动。3.5系统的I/O电路原理图输入图3-4I/O输入原理图（1）图3-5I/O输出原理图（2）3.6控制系统图3-6控制系统原理图3.7电柜设计机床厂在设计电柜时应注意以下事项:(1)电柜应有冷却或通风装置，在使用风扇时必须在进气窗口安装防尘过滤网；(2)电柜中所有部件必须安装在无油漆的镀锌金属板上。(3)电柜的防护等级为IP54。(4)接地应遵守国标GB/T5226.1-2002/IEC60204-1:2000“机械安全机械电气设备第三者部分；通用技术条件。(5)现声没有良好接地的情况下，应断开所有PE与24VDC零线（M24)的连接，使CNC控制器处于浮地状态。(6)当CNC控制器牌浮地状态时，如果使用RS232接口，必须采用RS232隔离器（订货号：6FX2003-0DS00),否则会烧坏接口。(7)电柜中布线时，交流电源线（如85VAC,220VAC,380VAC,变频器到主轴电机的电缆）必须与24VDC电缆和信号线电缆分开走线。(8)如果机床使用变频器作为主轴驱动单元，在设计电柜时应考虑采取必要的搞干扰措施（主要是电源干扰和无线干扰）。(9)系统直流稳压电源24DVC之前需接入隔离变压器（控制变压器380VAC-220VAC,JBK3-400VA);步进驱动85VAC必须采用独力的隔离变压器（驱动变压器380VAC->85VAC,JBK3系列）。两个变压器的初级不可以接入到380VAC的同一相。(10)现场没有良好接地的情况下，控制变压器必须为浮地设计，但此时任何与CNC控制器连接的外设（如PC/PG),其220VAC电源必须连接到控制变压器。3.8系统的电源电路原理图3.8.1控制变压器电柜中必须采用独立的控制变压器，给系统的24VDC供电。控制变压器接线如图所示。图3-7变压器接线图(1)U,