X53K立式铣床数控改造(纵向)-正文

X53K立式铣床数控改造(纵向)-正文 毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 说明书 毕 业 设 计 说 明 书 机械制造及自动化 专业 级 班 设计课题 X53K立式铣床数控改造 设计者 指导老师 职称 设计日期 年 月 1 毕业设计说明书 目录 第一章 概述 一( 设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 二( 设计课题„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 第二章 设计说明 一( 微机数控系统总体设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的拟定„„„„„„„5 二( 机床进给伺服系统机械部分设计计算„„„„„„6 三( 进给伺服系统机械部分结构设计„„„„„„„„12 四( 微机数控系统硬件部分电路的设计„„„„„„„14 五( 零件的编程„„„„„„„„„„„„„„„„„19 第三章 设计体会与参考资料 一( 设计体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 二( 参考资料„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 2 毕业设计说明书 第一章 概述 一 设计目的 3 毕业设计说明书 数控，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，其对零件的加工相比普通机床有着很多的优点: 1. 动化程度高: 2. 加工精度、加工质量稳定可靠; 3. 对零件加工的适应性强灵活性好，能加工形状复杂的零件; 4. 加工生产率高; 5. 有利于生产管理的现代化 并且目前在机械行业中，随着市场经济的发展，产品更新周期越来越短，中小批量的生产所占有的比例越来越大，对机械产品的精度和质量 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 也在不断地提高与推进。所以普通机床越来越难以满足加工的要求，同时由于技术水平的提高，数控机床的价格在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用将越来越普遍，而对原有普通机床的数控化改造也应是越来越广泛，依照设计任务本设计对X53K立式铣床进行了数控化改造。 二 、 设计课题 X53K立式铣床的经济型数控化改造设计 4 毕业设计说明书 1( 要求:将铣床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控铣 床，步进电机开环控制，要求具有直线和圆弧插补功能。机械部分要 求计算，硬件电路部分要求用8031作CPU，控制系统中要求包括扩 展程序存储器、扩展数据存储器、I/O接口芯片、译码电路及键盘、 显示等外设、硬件电路要求包括3个坐标系统。 2( 参考设计参数: 工作台尺寸:400×1600 工作台行程:纵向:880mm 工作台及夹具工作重力:纵向:3500N 工作台进给速度:纵向:1.4m/min 主电机功率:10KW 起动加速时间:30ms 定们精度:?0.01mm 代码制:ISO 输入方式:增量值、绝对值通用 控制坐标数:3 最小指令值:0.01,0.005/脉冲 自动升降速性能:有 第二章 设计说明 一 、 总体方案的确定及框图 5 毕业设计说明书 1( 总体方案的确定 根据设计任务的要求，决定采用点位控制，用步进电机驱动的开 环控制系统。这样可使控制系统结构简单，成本低廉，调试和维 修都比较容易，为确保数控系统的传动精度和工作平衡性，采用 低摩擦的传动和导向元件，此工作台采用滚珠丝杆螺母副和液动 导轨，为尽量消除传动间隙，可设法调整传动齿轮的中心距以消 除齿侧间隙，计算机系统采用高性能价格比的MCS-51系列单片机 扩展系统。 2(总体方案框图 二 、 机械部分设计计算 1(工作台外形尺寸及重量估算 6 毕业设计说明书 纵向:X=1600mm 工作加工范围:纵向:X=880mm 工作台及夹具工件策略:Gx=3500N 2( 钻削计算 XFYF Pz1=GFdfK F 查得:C=304.11,XF=1,YF=0.8,KF=1取f=0.005mm/r F 10.8则:Pz1= 304.11×4×0.05×1=111N 3. 铣削力计算 0.72,0.860.86tP=9.81×22.6aadaz z2efp a=0.05d(铣凸轮) — 铣削接触弧深 et a=0.1mm/z 每齿进给量 f 铣刀直径:d=12 t p铣削深度:a=8 铣刀齿数:z=3 0.860.72,0.86P=9.81×22.6×20.1×12×8×3=217 z2 查 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 得:P/P=1,则走刀抗力P=P=217N HFHF4.滚动导轨的参数确定 1)导轨形式:在原有滑动导轨的基础上，采用贴塑处理，摩擦特性好， 耐磨性好，减振特性好等特点，且工艺较简单。 5(滚珠丝杆的设计计算 滚珠丝杆的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应 按铣削时情况计算。 7 毕业设计说明书 3L(1)最大动负荷Q的计算:Q=fP w 1000V60nTs运转系数f=2，寿命值L=，n= w610L0 6式中 L — 寿命 ，以10转为一单位 n — 丝杆转速(r/min) V— 为最大切前力条件下的进给速度(m/min) s 可取最高进给速度的1/2 — 1/3纵向: V=0.6m/min s L — 丝杆导程(mm) 0 T — 为使用寿命(h),对于数控机床取15000h; f — 运转系数，表3 — 14 w 1000Vs初选丝杆螺距L=6mm，得丝杆转速n为:n==60r/min 0L0 60，60，15000所以L==54 610 X向丝杆牵引力:P=P+1.414fG z2xx =217+1.414×0.001×3500=222N 式中 f — 当量摩擦系数，取0.01 所以最大动负荷: 3LX向:Q=fP=2229N xw 查表取滚珠丝杆直径d=30,选用滚珠丝杆螺母副的型号为NL3005型，0 单螺母变导程预紧，见附录A表A—7 (2)滚珠丝杆螺母几何参数计算如下: 8 毕业设计说明书 名称 符号 计算公式和结果/mm d 公称直径 30 0 螺距 t 6 0螺纹滚道 接触角 ß 45 d 钢球直径 3.969 q 螺纹滚道法面半径 R 2.064 偏心距 e E=(R-dq/z)sinβ=0.045 , t 螺纹升角 ,=arctg=3º2? d,0螺杆 D=d-0.2d=29.5 螺杆直径 d 0q = d+2e-2R=26.8 dd 螺杆内径 101 ,d= d- dcos=27.8 螺杆接触直径 dz z0q螺母 螺母螺纹外径 D D=60 螺母内径 D1 D1= 50 (3)传动效率的计算 ,tan, ==0.96 tan(,，,) ,式中 — 摩擦角 约等于10ˊ , — 螺纹升角 (4)刚度验算 滚珠丝杆受工作负载P引起的导程L的变化量为 0 PL0 ΔL=? 1EF 9 毕业设计说明书 式中ΔL — 在工作负载P作用下引起每一导程的变化量(mm); 1 P — 工作负载，即进给牵引力(N); L — 滚珠丝杆导程(mm); 0 242 E — 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 弹性模数(N/mm),对钢为20.6×10N/mm; F — 滚珠丝杆截面积(按内径确定) X向: 42 P=222N. L=5mm, E=20.6×10 N/mm 0 22 F=R=5.638cm , 295，0.56所以ΔL=?=?1.27×10cm 1620.6，10，5.638 丝杆因受扭矩而引起的导的变化量ΔL很小，可忽略所以导程总误差 2 ,Δ=ΔL×100/ L=2.53m/m 0 ,查表知E级精度的丝杆允许误差1.5m，故刚度足够。 6)步进电机的选用 , (1)步进电机的步距角:对步进电机施加一个脉冲信息，步 b 进电机就回转一个固定的角度。 因为系统分辨率为0.01mm，所以取系统脉冲当量 ,=0.01mm/step p ,初选步进电机步距角=1.5º b (2)步进电机启动转距的计算 设步进电机等效负载转矩为T，负载力为P，根据能量守恒原理 ,,电机所做的功与负载力做的功有如下关系:T=Ps , 式中 — 电机转角; 10 毕业设计说明书 s — 移动部件的相应位移; , — 机械传动效率 ,,,,若取==1.5º，则s=,p=p+(G+P) bpHz ,36p,所以T=[P+(G+P)] Hz2,,,b 式中: p — 铣削时走刀抗力(N); H G — 移动部件重量(N); P — 与策略方向一致的切削力(N); z , — 导轨摩擦系数，取0.005; , — 步进电机的步距角; b T — 电机轴负载转距(N?cm); 代入数据得:T=10.45N T10.45,估算起动转矩:T=N?cm=34.8N.cm q0.3~0.50.3 ,对工作方式为三相六拍的步进电机，=0.866;可求出最大静转矩 TqT==46.4 jmax0.866 (3)步进电机的最高起动频率f及运行频率f计算 maxe 1000Vmaxf==2333Hz max60,p 1000Vsf==1000Hz e60,p (4)确定步进电机型号 根据以上计算，从表3—2.3中选出130BF001型电机可以满足要求，因为加工材料为青铜，切削力小，故不再进行校核计算。尺寸如下图: 11 毕业设计说明书 7) 确定齿轮传动比及模数和有关尺寸 ,=1.5º，滚珠丝杆螺距离t=5mm,要实现脉冲因为步进电机中距角b ,当量=0.01mm/step，在传动系统中应加一级齿轮降速传动，降速传动p ，360,Zp1比:I===0.48 1.5，5Z2 选Z=24，Z=50 12 因传递的扭矩较小，取模数m=2,齿轮有关尺寸如下表: Z Z 关系式 12 Z 24 50 d=mz 48 100 d=d+2m 52 104 a d=d-2×1.25 43 95 f B=(3~6 )mm 10 10 d，d 74 12 A= 2 三 、 进给伺服系统结构设计 12 毕业设计说明书 纵向进行机构装配图 1.经过计算,本设计采用130BF001型步进电机，内循环NL3005滚珠丝杆副，齿轮箱中装有三个齿轮Z=24，Z=52，Z=25，模数m=2。123 内循环螺纹调整的双螺母滚珠丝杆副,NL4006. 2.齿轮箱体在工作台的右侧,设计中将一对齿轮水平放置(图中没画出),避免箱体高工作台面影响工人操作.步进电机装在齿轮箱盖14上,为了保证电机与滚珠丝杆平衡度,在装配之前,应将端盖14与箱体11用螺钉坚固后打销孔.在上镗床,在一次装夹中镗出,100H8和,68H8两个孔,再将端盖坼下,进行装配. 3.将原回转台8中的锥齿轮,滑动螺母等零件去掉，将回转台稍作加工，装入滚珠螺母，再装调左端的丝杠支架和右端的箱体11，使滚珠丝杠与导轨平行，滚珠丝杠带动工作台运行灵活，无阻滞现象，再坚固螺钉，并打定位销。 4(在水平面内应使丝杆中心线距导轨的距离尽量小，否则将会产生颠复力矩，增大摩擦力使运动不平稳。此外设计中常见的错误是为了在大齿轮端面与箱壁的矩，任意加长电机伸出轴这是不允许的。如果齿轮端面与箱壁矩离太小，不便于装配，可以用加长齿轮轮毂的方法来解决。 5(本图的消隙齿轮，是采用两个薄片齿轮，中间开有三个月牙形的槽放入压簧，并用三个内六角螺钉固定(M——M和N——N)。这种消隙齿轮的装配顺序是:首先将双片齿轮相对转过一个齿距，使双片齿轮对齐，弹簧29受压，上紧螺钉26装入箱体后，将螺钉26松开，弹簧40将双片齿轮沿周向错开，以消除与齿轮23的侧隙，此时再将螺钉26 13 毕业设计说明书 上紧。设计时弹簧两端用削扁的销子压住。 6(将原来机床横向进给手轮，刻度盘及前面的护盖拆去，将螺杆换成NL3005滚珠丝杆，仍利用原来的一对圆锥滚子轴承，齿轮箱体直接装在升降台上。 为了将步进电机装在升降台右侧，齿轮箱体的后面，以便工人操作，必须加大丝杆中心与电机轴的中心距，故此设计中采用齿数为52的中间介轮。因Z=52齿轮直径较大做成双片齿轮，用以消除齿侧间隙。 ,,箱体上的电机止口孔100，中间轴轴承外圈孔42，及与升降台上 ,寂位座圈7作止口配合的孔75，是在镗床上一次镗出，其也中心距分 ,别是77?0.023与76?0。023，装配时将箱体止口孔75H8装在定位座圈4上，则保证了滚珠丝杆上装的齿轮8(Z=25，m=2)与箱体中问轴上的齿轮10(Z=52,m=2)的中心距，使齿轮能正确啮合。旋塞件4是为了旋下后，能从孔中伸进内六角杆，用来松紧介轮上的3个螺钉，使消隙齿轮错齿，以消除上下齿轮与之啮合的侧隙。 具体见装配图 四 、硬件部分电路的设计 14 毕业设计说明书 1( 控制系统的功能 6. X向、Y向、Z向的进给伺服运动; 7. 键盘显示; 8. 面板管理 9. 行程控制 10. 其他功能、例如光隔离电路、功率放大电路、红绿灯显示 2( CPU和存储器 CPU采用8031芯片，由于8031芯片内无程序存储器，需要有外部程序在存储器的支持，同时8031内部只有128B的数据存储器也远不能满足控制的要求。故扩展了16KB程序存储器由两片2764组成，又扩展了一片6264数据存储器。8031芯片的P和P用来传送外部低8位地址和数据，P口传送高8位地220 址，P口传送低8位地址和数据，故要采用74LS373地址锁存0 器的输入和输出透明，即输入的低8位存储器地址在输出端出现，此时不需锁存。当ALEN高电平弯低电平，出现下降沿时，低8位地址锁存入地址锁存器中，74LS373的输出不再随输入变化，这样P口就可用来传送读写的数据了。8031芯片的P20 口和74LS373送出的P口共组成16位地址，2764和6264芯0 片都是8KB，需要13根地址线。A~A低8位接74LS373芯07 12片的输出，A~A接8031芯片的P~P。系统采用全地址82.02.4 CEY译码，两片2764芯片片选信号分别接74LS138译码器的0 Y和系统复位以后程序从0000H开始执行。6264芯片的片选1 15 毕业设计说明书 信号CE也接74LS138的Y，单片机扩展系统允许程序存储器11 和数据存储器独立编址(即允许地址重叠)，8031芯片控制信 RDPSENOEWR号接2764的引脚，读写控制信号和分别接6264 OEWE芯片的和，以实现外部数据存储器的读写。由于8031 EA芯片内部没有ROM故始终要选外部存储器，故其必须接地。 3( T/O接口电路 由于8031只有P口和P部分能提供用户作为I/O口使用，不13 能满足输入输出口的需要，因而系统必须扩展输入输出接口电路。从附录H图H-2可以看出，系统扩展了一片8155和一片 CE8255可编程I/O接口芯片。8155的片选信号接74LS138的YCSY，8255芯片片选信号接到74LS138的端。74LS138译2 码器有三个输入A、B、C分别接到8031的P、P、P，2.52.62.7 YY输出~8个输出，低电平有效。Y~Y对应输入A、B、C0707 Y的000至111的8种组合，其中对应A、B、C为000，Y对70 GA应A、B、C为111。74LS138还有三个使能端，其中2上(2 GB和)为低电平使能，另一个G为高电平使能，只有当使能1 端处于有效电平时，输出才能产生，否则输出处于高电平无效状态。 I/O接口芯片与外设的连接是这样安排的，8155芯片PA~PB是显示器的位选信号输出，PC~PC5要线是键盘扫4070 M描输入。8155芯片的IO/引脚接8031芯片的P，因为使用2.0 16 毕业设计说明书 8155的I/O口，故P为高电平。 2.0 6 8255芯片PA~PA接X向、Y向和Z向步进电机硬件环0 形分配器，为输出PB~PB为三个方向的点动及回零输入， PC~PC为面板上的选择开关是输入，设有编辑单步运行，单段 运行、自动、手动I、手动II等方式。 系统各芯片采用全地址译码，各存储器及I/O接口芯片的 地址编码如下表: 接片内 芯片 74LS138地址选择线 地址地址编码 引脚 单元 2764(1) 0 0 0 ×××××××0000H, 8KB ×××××× 1FFFH 2764(2) 0 0 1 ×××××××2000H, 8KB ×××××× 3FFFH 6264 0 0 1 ×××××××2000H, 8KB ×××××× 3FFFH RAM 1 0 0 1 1 1 1 0 ××9E00H, 256B ×××××× 9EFFH 8155 I/O 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 9FF8H, 6B 1 ×××× 5FFFH 8255 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 5FFCH, 4B 1 1 ××× 5FFFH 17 毕业设计说明书 X向、Y向步进电机硬件环形分配器采用YB015，3-2相通电五相十拍方式工作，故A、A引脚均接+5V，Z向步进电机硬件环形分配器采用10 YB014，是以2-3相通电四相八拍试工作。A、A接高电平。三个芯片的10 RE选通输出控制分别接8255的PA、PA、PA，清零接8255的PA，0350 、PA、PA，时钟输入端CP接8155芯片的TIMROUT，正反转8255的PA246 用以决定脉冲分配器输出脉冲的频率。为实现插补时不同的进给速度，可给8155芯片定时/计数器中设置不同的时间常数。 4( 其他辅助电路 此控制系统中设有越界报警和急停处理电路。?X、?Y、?Z方向的越界和急停信号经或门引入 8031的P中断源、，同时接到8031的3.2 P口，采用硬件申请中断和软件查询的方法，这样无论哪个方向，越界1 都会引起中断，在中断服务程序中通过软件查询的方法，便可确定是哪个方向越界，当?X、?Y、 ?Z等方向越界，则相应的红灯这报警，另外，还有上电和按钮，相结合的复位电路、光电隔离电路和功率放大电路等。 面板 18 毕业设计说明书 五、 凸轮加工程序 19 毕业设计说明书 数控铣床铣削凸轮加工程序: 图示为压缩机壳焊接机上的仿形凸轮，凸轮曲线是四段圆弧构成，凸轮的上下两面和中心孔已加工好，现要在数控铣床上铣削凸轮的轮廓曲线，并一次铣削加工成形。 Z 20 450 20 Y(-71.666,29.926)(71.666,29.926) R310R310 200300R72 146.2X R72 (-71.666,(71.666,46-29.926)-29.926)190 以凸轮毛坯的中心孔为定位孔，将凸轮毛坯装到通用夹具上。选凸轮上的O点为工件坐标系的坐标原点，凸轮曲线各段圆弧的切点坐标如图所示。选用直径为20的立铣刀铣削凸轮。铣刀相对工件坐标系原点的距离X、Y、Z分别为450、200、300mm。程序启动时，刀具停在机床参考点位置。在数控铣床上铣削凸轮的加工程序如下: 20 毕业设计说明书 O0012 N0010 G92 X450.0 Y200.0 Z300.0 N0020 G90 G00 X95.0 Y70.0 N0030 Z-6.0 M3 N0040 G01 G41 H12 Y0 F100 N0050 G02 X71.666 Y-29.926 R72.0 N0060 X-71.666 R310.0 N0070 Y29.926 R72.0 N0080 X71.666 R310.0 N0090 X95.0 Y0 R72.0 N0100 G00 G40 Y70.0 N0110 M5 N0120 G91 G28 Z0 N0130 G28 X0 Y0 N0140 M02 21 毕业设计说明书 第三章 毕业设计体会及参考资料 一 、毕业设计体会 也许是一开始就对毕业有种恐惧感吧，接到设计任务书，想着自己要单独的面对设计，想着设计搞好后的答辩，答辩之后的离校。种种烦人思绪一下子全涌上了心头，即将结束学生的生涯，走上社会，是我最不愿意想的，可是我无法不面对现实。匆匆地要自己结束一幕幕的幻想，要自己坦然的面对，还是在老师的指引下，开始了设计，过程中的查资料，眼花的数据，繁复的计算，不时的让我产生了退缩的念头，可“这是自己学习生涯的最后一个设计了”让我继续着。慢慢的发现原来自己三年中还是学了挺多东西的，这次设计涉及到数控、单片机、机械设计及制图，工艺等，而我要把他们综合，这比以前的设计难多了，我也是在不知不觉中用到了它们，偶尔遇到难题百思不得其解的困惑，偶尔不经意的解决难题后的欣喜都让我深深的体味着毕业设计，而三年中我也学了不少东西，却是我这次毕业设计的最大体会和最大的收获了。 在本次设计过程中，我得到了教授的精心指导和技术资料方面的帮助，才使得设计得以顺利进行，借此表示谢意 二、参考资料 22 毕业设计说明书 1(《机床设计手册》编写组《机床设计手册》机械工业出版社，1979年 2(郝忠军 雷晓玲《综合作业指导书》全国高等教育自考指导委员会 3(陆玉、何在洲、佟延伟主编:《机械设计课程设计》，机械工业出版社，2000年8月第3版 4(华东纺织工学院，哈尔滨工业大学，天津大学主编:《机床设计图册》，上海科学技术出版社，1979年6月 5(石光源、周积义、彭福荫主编:《机械制图》，高等教育出版社，1990年5月第3版 6(李广弟主编:《单片机基础》，北京航空航天大学出版社，1994年6月第一版 7(中国机械工业教育协会组编 .数控技术. 北京:机械工业出版社， 2001出版 8(《机械设计手册》编写组编 机床设计手册2 机械工业出版社 1980年8月出版 9(《机械设计手册》编写组编 机床设计手册3 机械工业出版社 1986年12月出版 10(东北大学《机械零件设计手册》编写组编 机床零件设计手册 第三版 冶金工业出版社 1994年5月出版 11(华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编 机床设计图册 上海科学技术出版社 1979年6月出版 23