立式單面8軸數(shù)控組合鉆床主軸箱設(shè)計,立式單面8軸數(shù)控組合鉆床主軸箱設(shè)計,立式,單面,數(shù)控,組合,鉆床,主軸,設(shè)計 立式單面8軸數(shù)控組合鉆床主軸設(shè)計 機械設(shè)計制造及其自動化 02122104 葉孝武 指導(dǎo)老師 王羽萍 摘 要 4月19日從第七屆中國國際機床展獲悉，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展也越來越快，數(shù)控機床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。在美國芝加哥舉辦的國際制造技術(shù)展覽會，發(fā)現(xiàn)復(fù)合加工機床已成為機床發(fā)展的一個重要方向。因為復(fù)合加工機床突出體現(xiàn)了工件在一次裝卡中完成大部分或全部加工工序，從而達到減少機床和夾具，免去工序間的搬運和儲存，提高工件加工精度，縮短加工周期和節(jié)約作業(yè)面積的目的。 本文簡單介紹了數(shù)控機床的發(fā)展趨勢，以及未來組合機床的發(fā)展重點和組合機床的特點。 針對被加工零件做了組合機床的總體設(shè)計，由零件圖繪制被加工零件工序圖，機床聯(lián)系尺寸圖，加工示意圖，以及繪制過程的重要點和注意點。由零件孔的位置和動力確定主軸箱內(nèi)各軸的齒輪之間的傳動關(guān)系，由各種參數(shù)繪制主軸箱總圖。最后設(shè)計硬件電路圖控制刀具的運動。 關(guān)鍵詞：組合機床 主軸箱 數(shù)控 Abstract On 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 錄 摘 要 - 1 - Abstract - 2 - 目 錄 - 3 - 第一章 數(shù)控組合機床的發(fā)展趨勢及特點 - 4 - 1 .1 數(shù)控組合機床的發(fā)展趨勢及特點 - 4 - 1.2 組合機床品種的發(fā)展重點以及特點 ? - 5 - 1.3 本論文工作的內(nèi)容與安排 - 5 - 1.3.1. 主要技術(shù)參數(shù)： - 5 - 1.3.2.設(shè)計任務(wù) - 6 - 第二章 組合機床工藝方案的制定 - 6 - 2.1 工藝基面的分析 - 6 - 2.1.1 已給定工藝基準(zhǔn)及夾壓部位 - 6 - 2.1.2 選擇工藝基面的原則及注意問題 - 6 - 2.2 加工工藝的分析 - 7 - 第三章 組合機床的總體設(shè)計 - 7 - 3.1 被加工零件的工序圖 - 7 - 3.2 加工示意圖 - 8 - 3.2.1 刀具的選擇 - 8 - 3.2.2切削用量的選擇 - 8 - 3.2.3 接桿的選擇 - 9 - 3.2.4 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 - 10 - 3.2.5 動力頭工作循環(huán)及其行程的確定 - 11 - 3.3 機床聯(lián)系尺寸圖的繪制 - 12 - 3.3.1動力部件的選擇 - 12 - 3.3.2 繪制機床聯(lián)系尺寸圖應(yīng)考慮的主要問題 - 16 - 3.3.3 組合機床床身設(shè)計 - 17 - 3.4 組合機床主軸箱設(shè)計 - 21 - 3.4.1 概述 - 21 - 3.4.2 主軸箱的設(shè)計方法 - 23 - 第四章 硬件電路圖設(shè)計 - 24 - 4.1 微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容 - 24 - 4.2 MCS-51系列單片機及其擴展 - 26 - 4.2.1 MCS-51單片機的選擇及簡介 - 26 - 4.2.2 單片機的系統(tǒng)擴展 - 26 - 4.2.3 存儲器擴展 - 28 - 4.2.4 I/O口的擴展 - 29 - 設(shè)計總結(jié) - 31 - 參考文獻: - 31 - 致 謝 - 31 - 第一章 數(shù)控組合機床的發(fā)展趨勢及特點 1 .1 數(shù)控組合機床的發(fā)展趨勢及特點 隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展也越來越快，數(shù)控機床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。 高性能：隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強，數(shù)控機床也實現(xiàn)多臺集中控制，甚至遠距離遙控。高精度：數(shù)控機床本身的精度和加工件的精度越來越高，而精度的保持性要好。高速度：數(shù)控機床各軸運行的速度將大大加快。高柔性：數(shù)控機床的柔性化將向自動化程度更高的方向發(fā)展，將管理、物流及各相應(yīng)輔機集成柔性制造系統(tǒng)。模塊化：數(shù)控機床要縮短周期和降低成本，就必然向模塊化方向發(fā)展，這既有利于制造商又有利于客戶。機床制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，機床制造業(yè)的基礎(chǔ)是機床。機床是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.機床是先進制造技術(shù)的基本單元載體，機械產(chǎn)品的質(zhì) 量、更新速度、對市場的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于機床的效能。因此，機床制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家. 但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國外機床產(chǎn)品充斥市場。 組合機床及其自動線將獲得更加迅速的發(fā)展。其發(fā)展方向： （1）提高生產(chǎn)率 為了減少自動線的停車損失，提高自動線的柔線，采用電子計算機進行自動線的管理。 （2） 擴大工藝范圍 現(xiàn)在組合機床及其自動線一般不是完成一個工件的某幾道工序，而常常是用于完成工件的全部加工工序。 （3） 提高加工精度 為了自動線能穩(wěn)定地保證加工精度，已廣泛采用自動測量和刀具自動補償技術(shù)，做到調(diào)刀不停車。 （4） 提高自動化程度 組合機床向全自動方向發(fā)展。重點是解決工件夾壓自動化和裝卸自動化。 （5） 創(chuàng)制超小型組合機床 為了適應(yīng)儀器儀表工業(yè)小箱體加工需要，創(chuàng)制超小型組合機床。 1.2 組合機床品種的發(fā)展重點以及特點 ? 在組合機床這類專用機床中，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床和自動線占有很重要的地位。因為這?兩類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上，并同時能從多個方向?qū)ぜ膸讉€面進行加工，此?外，還可以通過轉(zhuǎn)位夾具(在回轉(zhuǎn)工作臺機床上)或通過轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置(在自動線上)實現(xiàn)工件的五面加工或全部?加工，因而具有很高的自動化程度和生產(chǎn)效率，被汽車、摩托車和壓縮機等工業(yè)部門所采用。? ?根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，德國在1990～1992年期間，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床和自動線的產(chǎn)量約各占組合機床總數(shù)?的50%左右。 ?應(yīng)指出，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床實際上是一種特殊型式的小型自動線，適合于加工輪廓尺寸≤250mm的中小?件。與自動線相比，在加工同一種工件的情況下，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床所占作業(yè)面積要比自動線約小2/3。 組合機床和萬能機床和專用機床的相比的特點： 1. 組合機床有重新改裝的優(yōu)越性，他的通用零。部件可以多次重復(fù)利用。 2. 組合機床是按具體的加工對象專門設(shè)計的。因而可以按最合理的工藝過程進行加工。 3. 在組合機床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進行加工。他是實現(xiàn)集中工序的最好途徑，是提高生產(chǎn)效率的有效設(shè)備。 4. 組合機床是多軸對箱體零件一個面上的許多孔同時進行加工。這樣就能比較好的保證個孔相互之間的精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；減少了工件工序間的搬運，改善勞動條件；也減少了機床占地面積。 5. 由于機床大多數(shù)零.部件是同類的通用部件，這就簡化了機床的維護和修理。必要時可以更換整個部件，以提高機床的維修速度。 6. 組合機床的通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)。這樣可以采用專用高效設(shè)備進行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本。 1.3 本論文工作的內(nèi)容與安排 1.3.1. 主要技術(shù)參數(shù)： 1） 被加工工件 名稱：R180 柴油機變速箱后蓋（圖號：12Y -37 -137B） 材料： QT450 --- 10 2） 工藝基準(zhǔn)及夾壓部位： 工藝基準(zhǔn)：N面（三點）。? 6262B11（一點）.L面（二點） 夾壓部位：G面 3）加工部位：4——M8——6H 4——M14——6H 1.3.2.設(shè)計任務(wù) 1）翻譯外文資料3000字左右，查閱文獻15篇左右，并就某一問題寫一篇讀書報告。 2） 總體方案的擬定及可行論證。 3）繪制工序圖.刀具布置圖和機床尺寸聯(lián)系圖。 4）繪制主軸箱裝配圖。 5）數(shù)控系統(tǒng)硬件電路原理圖的設(shè)計。 6）編寫設(shè)計說明書。 第二章 組合機床工藝方案的制定 制定組合機床工藝方案是設(shè)計組合機床最重要的步驟之一。為了使機床方案指定的合理.先進，必須開展以工人為主題的“三結(jié)合”設(shè)計。密切聯(lián)系實際，總結(jié)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，前面了解 被加工零件的加工情況和影響機床方案制定的因素。影響機床工藝方案制定的主要因素有： （1） 加工的工序和加工精度的要求 被加工零件需要在組合機床上完成的工序及加工精度，是制定機床工藝方案的主要依據(jù)。 （2） 被加工零件的特點 如工件材料及硬度.加工部位的結(jié)構(gòu)形式.工件的剛性，工藝基面等，對機床工藝方案的制定都有總要的影響。 （3） 工件的生產(chǎn)方式 被加工零件餓生產(chǎn)批量的大小，對機床工藝方案的制定也有影響。 （4） 使用廠的技術(shù)后方能力 如使用廠是否有相當(dāng)?shù)墓ぞ咧圃炷芰ΑＨ羰褂脧S制造刃磨復(fù)雜的復(fù)合刀具或特殊刀具有困難，則在制定機床工藝方案時候，就應(yīng)避免采用這類刀具。 2.1 工藝基面的分析 2.1.1 已給定工藝基準(zhǔn)及夾壓部位 N面（三點）、?62B11（一點）、L面（二點） 夾壓部位：G 面 2.1.2 選擇工藝基面的原則及注意問題 (a) 應(yīng)當(dāng)盡量選用設(shè)計基面作為在組合鉆床上加工用的定位基面。這樣能減少累積誤差，有利于保證加工精度。 （b） 選擇的定位基面應(yīng)確保工件穩(wěn)定定位。 (c) 選擇基面時要保證在一次安裝下，能對盡可能多的面進行加工。這樣便于有效地集中加工工序，提高機床生產(chǎn)率，保證加工部位相互間的精度要求。 (d) 統(tǒng)一基面的原則。即在各臺機床上采取共同的定位基面來加工工件不同面上的孔，或?qū)ν粋€面上的孔完成不同的工序。這一原則對加工工序長的箱體件尤有必要。 (e)選擇定位基面應(yīng)考慮夾緊方便，夾具結(jié)構(gòu)簡單。 （f） 當(dāng)被加工零件不具備理想工藝基面時，可在機床夾具上增加輔助支承機構(gòu)。 在選擇工藝基面的同時要相應(yīng)地決定夾壓位置。因為他 定位的可靠，工作的穩(wěn)定以及保證加工精度都有直接的影響。確定夾壓位置時應(yīng)注意的問題： （a） 保證工件夾壓后定位穩(wěn)定。組合機床是按集中工序組成的。常常是多軸、多面同時加工，切削負(fù)荷重。特別是多軸鉆孔時，往往產(chǎn)生很大的切削力。為了使工件在加工過程中不產(chǎn)生位移和振動，必須將工件牢固的夾住，并具有足夠的夾壓剛度。 （b） 夾壓點應(yīng)比買年放在工件加工部位的上方。力求使其靠近箱體的壁，以減少夾壓變形而影響加工精度。 （c） 對剛性差的工件，力求使夾壓點對著定位支承點。 2.2 加工工藝的分析 組合機床用來鉆孔是最常見的，也是最高效的加工方法。鉆孔有一般鉆孔和鉆深孔兩種情況。從鉆深孔角度來看，鉆孔深度為３～４倍直徑的占大多數(shù)。鉆深孔時，為了防止切屑堵塞而引起鉆頭折斷，要采取分級進給的辦法，即在加工過程中鉆頭定期退出以排除切屑。 而我的任務(wù)是鉆8個螺紋底孔（不通孔），應(yīng)該注意以下的問題： 1. 切屑排除困難。由于切屑阻塞使扭矩增大，造成鉆頭經(jīng)常折斷。這在加工鋼件小直徑深孔時尤為嚴(yán)重。 2. 刀具冷卻困難。加工小直徑深孔，冷卻液不易進入加工空間，鉆頭發(fā)熱嚴(yán)重，降低了鉆頭的使用壽命。 3. 鉆孔軸線容易歪斜。由于鉆頭細(xì)長，強度與剛度很弱，特別當(dāng)鉆頭刃磨得不對稱時，鉆孔很易偏斜。 第三章 組合機床的總體設(shè)計 3.1 被加工零件的工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺機床上或一條自動線上完成的工藝內(nèi)容、加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位、以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前毛坯情況的圖紙。它是在原有的工件圖基礎(chǔ)上，以突出本機床或自動線加工內(nèi)容，加上必要的說明繪制的，它是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造使用時調(diào)整機床、檢查精度的重要技術(shù)文件。被加工零件工序圖應(yīng)包括以下內(nèi)容： 1） 在圖上應(yīng)表示出被加工零件的形狀，尤其是要設(shè)置中間導(dǎo)向時，應(yīng)表示出工件內(nèi)部筋的布置和尺寸，以便檢查工件裝進夾具是否相碰，以及刀具通過的可能性。 2） 在圖上應(yīng)表示出加工用基面和夾壓的方向及位置，以便依此進行夾具的支承，定位及夾壓系統(tǒng)的設(shè)計。 3） 在圖上應(yīng)表示出加工表面的尺寸、精度、光潔度、位置尺寸及精度和技術(shù)條件（包括對上道工序的要求及本機床保證的部分）。 4） 圖中還應(yīng)注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及被加工部位的余量。 加工零件工序圖的注意事項： （1） 本機床的加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基面標(biāo)起，尤其在本機床加工，所選用的定位基面和設(shè)計基面不一致時，還必須對各孔要求的位置尺寸精度進行分析和換算。 （２） 對孔的加工余量要認(rèn)真分析。 為了使被加工零件工序圖清晰明了，能突出本機床的加工內(nèi)容，繪制出對本機床加工部位用粗實線表示，其尺寸打上方框，其余部位用細(xì)實線表示。 3.2 加工示意圖 加工示意圖，要放映機床的加工過程和加工方法，并決定浮動夾頭或接桿的尺寸，刀具種類及數(shù)量，刀具長度及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長度，主軸、刀具、導(dǎo)向與工件間的聯(lián)系尺寸等。 加工示意圖應(yīng)繪制成展開圖，其繪制順序是：首先，按比例繪制工件的外形及加工部位的展開圖。然后，根據(jù)工件加工要求及選定的加工方法繪制刀具，并確定導(dǎo)向形式、位置及尺寸，選擇主軸和接桿。從這些刀具中找出影響其聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具，按其中最長的一根刀具，從主軸箱到工件間的最小距離來確定全部刀具、導(dǎo)向及工件之間的尺寸關(guān)系。因此，在繪制加工示意圖時，必須將拖架聯(lián)系尺寸標(biāo)出。 3.2.1 刀具的選擇 一臺機床刀具選擇是否合理，直接影響到機床的加工精度、生產(chǎn)率、和工作情況。正確地選擇刀具是一個相當(dāng)重要的工作。在組合機床上鉆孔，大多采用工具廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)高速鋼錐柄或者直柄麻花鉆。在本設(shè)計中，我們使用的是錐柄長麻花鉆。 3.2.2切削用量的選擇 組合機床的正常工作與合理的選用切削用量，即確定合理的切削速度和工作進給量，有很大的關(guān)系。切削用量選用得恰當(dāng)，能使組合機床以最少的停車損失，最高的生產(chǎn)效率，最大的刀具壽命和最好的加工質(zhì)量，也就是多快好省地進行生產(chǎn)。由表2—7所列數(shù)值選擇加工零件的切削用量。 表2-7 用高速鋼鉆頭加工鑄鐵件的切削用量 加工直徑d （毫米） HB= 160~200 HB =200~241 HB=300~400 v(米/分) S轉(zhuǎn)（毫米/轉(zhuǎn)） v(米/分) S轉(zhuǎn)（毫米/轉(zhuǎn)） v(米/分) S轉(zhuǎn)（毫米/轉(zhuǎn)） 1~6 16~24 0.07~0.12 10~18 0.05~0.1 5~12 0.03~0.08 6~12 0.12~0.2 0.1~0.18 0.08~0.15 12~22 0.2~0.4 0.18~0.25 0.15~0.20 22~50 0.4~0.8 0.25~0.4 0.20~0.30 鉆零件的4個M6和M10的螺紋孔，零件材料是：QT450—10是球墨鑄鐵。它的布氏硬度ＨＢ＝160～210 所以應(yīng)選擇在HB=200-241范圍內(nèi)： 1） 鉆4個Φ6.8，由表選擇 S=0.12mm/r V=15m/min M=D1.9S0.8HB0.6=6.81.9*0.120.8*2100.6 =173.1 KG.MM 2) 鉆4個Φ12.8 由表選擇 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—軸所傳遞的扭矩（KG.MM）； Wp—軸的抗扭截面模數(shù)（毫米3），實心軸的Wp≈0.2d3; B –系數(shù)。 [Ψ]（度/米） 1/4 1/2 1 B 7.3 6.2 5.2 剛性主軸[Ψ]=1/4 B=7.3 鉆4個Φ6.8的孔時 主軸直徑D = 14.89 mm 鉆4個Φ12.8的孔時 主軸直徑 D = 22.3 mm 可以取鉆4個Φ6.8的孔主軸直徑 D=20mm 外伸的直徑是30/20 鉆4個Φ12.8的孔主軸直徑D=25 外伸的直徑是38/26 3.2.3 接桿的選擇 為在主軸上裝卡刀具，采用了接桿（有的工廠叫延伸軸）。在鉆孔、擴孔、锪孔、倒角及鉸小孔時，通常采用接桿。在選用接桿時，應(yīng)盡量避免采用直徑為15毫米的主軸。 基本尺寸如下表： 接桿號 D×S 莫氏號 類型 D1 D2 B B1 L l L1 1 T14×2 1 A 20 23 10 1 185~485 85 2 T20×2 18 30 12 215~500 110 85 3 22 4 2 24 230~510 5 30 6 T26×2 1 B 20 38 2 215~510 65 7 2 A 24 230~520 8 30 9 3 34 250~540 注：2長度L設(shè)計時根據(jù)實際需要，在表中所列尺寸范圍內(nèi)，當(dāng)L小于520mm時按5的倍數(shù)選取，當(dāng)l大于520時則按10的倍數(shù)來選取。 根據(jù)表格設(shè)計中鉆4個Φ6.8孔時選取2號接桿 4個Φ12.8孔時選取6號接桿 3.2.4 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 組合機床上加工孔時，除用剛性主軸加工的方案外，其尺寸和位置精度都是依靠夾具導(dǎo)向來保證的。如何正確地選擇導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，確定導(dǎo)向的參數(shù)和精度，是設(shè)計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時要解決的問題。固定式導(dǎo)套在夾具上是固定不動的，它通常由三個元件組成： 1壓套螺釘，2 可換導(dǎo)套，3 中間套。 d D D1 D2 l L1 m R D1 D2 L0 4～6 12 19 18 12 20 25 22 30 35 7 15.5 M8 16 12 ＞6～8 14 21 20 8 16.5 ＞8～10 16 23 22 20 25 35 30 35 45 9 17.5 ＞10～12 18 26 25 10.5 19 ＞12～15 22 31 30 25 35 45 35 45 55 13 21.5 ＞15～18 25 36 35 15.5 24 ＞18～21 30 41 40 35 45 55 45 55 65 18 26.5 ＞21～25 35 46 45 20.5 29 ＞25～30 40 51 50 45 55 65 55 65 75 22.5 32.5 M10 19 15 ＞30～35 45 56 55 25 35 ＞35～42 55 71 70 55 65 75 65 75 85 32.5 42.5 由表中選擇加工示意圖中的通用導(dǎo)套尺寸。 3.2.5 動力頭工作循環(huán)及其行程的確定 動力頭工作循環(huán)一般包括快速進給、工作進給和快速退回等動作。 （1）工作進給長度的確定 工作進給長度應(yīng)等于被加工部位長度與刀具切入和切出之和。 動力頭工作進給的長度是按加工長度最大的孔來選取。切入長度應(yīng)根據(jù)工件端面的誤差 情況確定，一般為5~10毫米。切出長度如表確定 工藝方法 鉆孔 擴孔 鉸孔 鏜孔 切出長度（毫米） 1/3d+（3～8） 10～15 10～15 5～10 注：1。D為鉆頭直徑（毫米）。 2.表中數(shù)值在刀具出口平面為已加工時取最小值，反之取最大值 （2）快速引進長度的確定 快速引進是動力頭把刀具送到工作進給的位置，其長度按具體工作情況確定。 （３） 快速退回的長度的確定 快速退回的長度等于快速引進和工作進給的長度之和。一般在固定式夾具鉆孔的機床上，動力頭快速退回的行程，只要把所以刀具退至導(dǎo)套內(nèi)，不影響工件的裝卸就行了。 （４） 動力頭總行程的確定 動力頭的除了滿足工作循環(huán)所需長度外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具的方便性。裝卸刀具的理想情況是：刀具退離導(dǎo)向套外端面的距離，要大于刀桿插入主軸孔內(nèi)的長度。 由上面所述做加工示意圖 如下： 3.3 機床聯(lián)系尺寸圖的繪制 機床聯(lián)系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯(lián)系關(guān)系的，是開展各專用部件設(shè)計和確定機床最大占地面積的指導(dǎo)圖紙。 3.3.1動力部件的選擇 動力部件用以實現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進給運動或用于進給運動（動力滑臺），是組合機床最主要的通用部件。必須選用適合的動力部件，使機床具有先進的工藝水平和技術(shù)水平，以及良好的經(jīng)濟效果。 1）、電動機功率的確定 每種規(guī)格的動力頭都有一定的功率范圍，根據(jù)所選切削用量計算的切削功率及進給功率之需要，并適當(dāng)?shù)目紤]提高切削用量的可能性（一般按30%考慮），選用相應(yīng)規(guī)格的動力頭，可按下列公式計算： 式中 ——動力頭電動機功率 ——切削功率 ——進給功率 ——傳動功率 當(dāng)主軸少于15根是，=0.9，主軸多于15根時，=0.8。 2）、進給力的計算 每個型號的動力頭都有其最大允許的進給力。選用時計算的切削進給抗力必須稍小于動力頭允許的最大進給力，并注意主軸切削力的合力中心應(yīng)處在動力頭接合面的范圍內(nèi)，力求使其在動力頭接合面的下方。 4個而言 切削功率為： 切削抗力為： 4個而言 切削功率 ： 切削抗力： 主軸箱所需動力的驗算： 切削總抗力： 切削總功率： 根據(jù)這個驗算，認(rèn)為電機選用3KW是適宜的。 由下列所列表格： ITD－ITD80動力箱聯(lián)系尺寸： 型號 型式 電動機型號 電動機功率 （KW） L3(mm) 電動機轉(zhuǎn)速 (r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速 (r/min) 　 ITD32 　 I Y100L1－4 2.2 320 1430 715 II Y100L2－4 3.0 III Y112M－4 4.0 340 1440 720 IV Y100L－6 1.5 320 940 470 V Y112M－6 2.2 340 　 ITD40 　 I Y1132S－4 5.5 395 1440 720 II Y132M－4 7.5 435 III Y132S－6 3.0 395 960 　 480 　 IV Y132M1－6 4.0 435 V Y132M2－6 5.5 　 ITD50 　 I Y132M－4 7.5 435 　 1440 720 II Y132M1－6 4.0 960 480 III Y132M2－6 5.5 IV Y160M－4 11 490 1460 730 V Y160M－6 7.5 970 485 　 ITD63 　 　 I Y160M－4 11 490 1460 730 II Y160L－4 15 535 III Y160M－6 7.5 490 970 485 IV Y160L－6 11 535 V Y180M－4 18.5 560 1470 735 VI Y180L－6 15 600 970 485 　 ITD80 　 　 I Y180L－6 15 600 970 485 II Y180M－4 18.5 560 1470 735 III Y180L－4 22 600 IV Y200L1－6 18.5 665 　 970 485 V Y200L2－6 22 VI Y200L－4 30 1470 735 型號 名義尺寸 djs6 L L1 nXL2 L4 d3 ITD32 320 φ30 400 50 4X75 150 GI” ITD40 400 φ40 500 50 4X100 170 GI” ITD50 500 φ45 630 50 5X100 170 GI1/4” ITD63 630 φ50 800 50 7X100 200 GI1/4” ITD80 800 φ60 900 75 7X100 220 GI1/4” ITD32－ITD80動力箱性能： ? 由上可知：選用動力箱ITD40 電機Y132M2-6 根據(jù)需要選擇最大 3.3.2 繪制機床聯(lián)系尺寸圖應(yīng)考慮的主要問題 1） 夾具輪廓尺寸的確定 夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)。夾具底座高度應(yīng)視夾具大小而定。既要保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度。為了便于布置定位元件，一般夾具底座的高度不小于240毫米。 2） 中間底座尺寸的確定 中間底座長度的選定是比較靈活的，在確定時應(yīng)照顧其他各部聯(lián)系尺寸的合理性，以求得既符合節(jié)省的原則，又達到布局勻稱。還有要考慮鐵屑的儲存及排除，電氣接線盒的安排，以及冷卻液的儲存，為了使冷卻液有足夠的沉淀，容量應(yīng)大一些，大約取10～15分鐘冷卻泵的流量。 3） 主軸箱輪廓尺寸的確定 標(biāo)準(zhǔn)主軸箱的厚度由主軸箱體、前蓋和后蓋三層尺寸構(gòu)成。主軸箱體厚為180毫米。前蓋立式厚為70毫米。后蓋厚通常采用90毫米。立式主軸箱通常為340毫米。 由下表： 序號 多軸箱體 適用動力箱代號 規(guī)格B*H 型號 重量 25 32 40 50 63 1 400*400 T0714-11 112 2 500*500 165 3 630*400 170 4 630*500 200 5 630*630 235 6 800*500 260 7 800*630 310 8 800*800 410 9 1000*500 330 10 1000*630 385 11 1000*800 510 12 1000*1000 630 13 1250*800 610 查得本設(shè)計中主軸箱的規(guī)格B*H為630*500 由主軸箱設(shè)計中可知最低主軸高度H1為122毫米。 3.3.3 組合機床床身設(shè)計 組合機床床身設(shè)計，包括選擇通用的床身、立拄、滑座、立式機床底座和設(shè)計專用的中間底座等工作 。床身和立柱是用于固定動力部件的導(dǎo)軌——滑座的，它們有多種規(guī)格?？筛鶕?jù)動力部件的尺寸大小、行程長短來選用。 1）立柱的聯(lián)系尺寸： 10 單位（mm） 立柱型號 名義尺寸 B L H H1 滑臺名義尺寸 及行程 H2 H3 ICL25 ICL25M 250 320 630 1900 1150 250 250 450-800 275 400 450-650 ICL32 ICL32M 320 400 710 2000 1350 320 400 450-650 325 ICL40 ICL40M 400 500 800 2420 1650 400 400 450-860 410 630 450-630 ICL50 ICL50M 500 630 900 2520 1850 500 400 450-860 435 630 450-630 ICL63 ICL63M 630 800 1000 2620 2050 630 630 450-580 460 由上面所述可 ： 立柱應(yīng)選ICL40 。 2）滑臺的聯(lián)系尺寸 型 號 配套 滑臺 行程 L2 L1 B B1 b h H 緊固 螺釘 H1 ICC251 ICC251M I 250 900 500 450 395 270 110 560 M20 210 II 400 1050 650 ICC252 ICC252M I 250 900 500 160 630 280 II 400 1050 650 ICC321 ICC321M I 400 1180 780 520 465 340 110 560 210 II 630 1410 1010 ICC322 ICC322M I 400 1180 780 160 630 280 II 630 1410 1010 ICC401 ICC401M I 400 1350 950 600 545 420 110 560 210 II 630 1580 1180 III 1000 1950 1550 ICC402 ICC402M I 400 1350 950 160 630 280 II 630 1580 1180 ? 型 號 配套 滑臺 行程 L2 L1 B B1 b h H 緊固 螺釘 H1 ICC402 ICC402M III 1000 1950 1550 600 545 420 160 630 　 　 M20 280 ICC501 ICC501M I 400 1550 1150 700 645 520 11 560 210 II 630 1780 1380 III 1000 2150 1750 ICC502 ICC502M I 400 1550 1150 160 630 280 II 630 1780 1380 III 1000 2150 1750 ICC631 ICC631M I 400 1800 1400 830 775 650 110 560 　 M24 210 II 630 2030 1630 III 1000 2400 2000 ICC632 ICC632M I 400 1800 1400 160 630 280 II 630 2030 1630 III 1000 2400 2000 由上面可知道 滑臺側(cè)底座 應(yīng)選ICC401 3）數(shù)控滑臺的聯(lián)系尺寸 滑臺型號 臺面寬度（mm） 臺面長度（mm） 行　程（mm） 最大進給力（N） 滾珠絲杠直徑X螺距（mm） 伺服電機 功率（kw） 扭矩（N/m） 轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） NC－1HJ32 320 630 400，630 12500 40X10 2 20 1000 3 30 NC－1HJ40 400 800 400 20000 50X10 2 20 1000 3 30 4 40 NC－1HJ401YHJ50 500 1000 400，630，1000 32000 50X10 2 20 1000 3 30 4 40 滑臺型號 B B1 B2 B3 H L L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 D NC－1HJ32 320 320 280 72.5 280 630 400 1070 200 435 105 200 250 250 ? ? ? M12 630 1300 200 200 200 150 ? ? NC－1HJ40 400 400 350 67.5 320 800 400 1240 200 435 105 200 250 250 ? ? ? M16 630 1470 200 250 250 200 ? ? NC－1HJ50 500 500 450 67.5 360 1000 400 1440 200 455 110 200 200 250 200 ? ? M16 630 1670 200 200 200 250 200 ? 1000 1840 200 250 250 250 250 200 ?由上面可知道 數(shù)控滑臺的型號應(yīng)該選NC—1HJ40 最大行程即為動力頭最大允許的行程，除了滿足鉆床工作循環(huán)的要求外，還必須保證調(diào)整和裝卸刀具的方便性，對于多工位回轉(zhuǎn)工作臺式機床，還要保證回轉(zhuǎn)時工作臺上夾具不碰刀。 根據(jù)需要選擇最大行程為400mm。 由上面的數(shù)據(jù)可以做如下圖： 3.4 組合機床主軸箱設(shè)計 3.4.1 概述 主軸箱是組合機床的重要組成部件。主軸箱是用于布置機床工作軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加結(jié)構(gòu)的。它通過按一定速比排布傳動齒輪，把動力從動力部件——動力頭、動力箱、電動機等，傳遞給各工作主軸，使之獲得所要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等。 組合機床主軸箱，按其組成和用途分為：大型標(biāo)準(zhǔn)主軸箱、小型標(biāo)準(zhǔn)主軸箱和專用主軸箱三大類。大型標(biāo)準(zhǔn)主軸箱稱為非剛性主軸箱，因為這種標(biāo)準(zhǔn)主軸箱，主軸的前后支承距離平均只有150毫米左右，而刀具的懸伸長度往往是主軸支承距的好幾倍。在這種懸伸比之下，單靠主軸本身是不能保證孔加工的位置精度的，，而主要由夾具的導(dǎo)向裝置來保證。 由上面的圖可知：它主要由通用的箱體類零件、通用的傳動類零件及潤滑和防油元件等組成。 屬于通用箱體類零件的有：主軸箱體、前蓋、后蓋、上蓋、側(cè)蓋等。 屬于通用傳動類零件的有：主軸、傳動軸、六方頭手柄軸（手柄軸是供更換、調(diào)整刀具和主軸箱裝配及維修檢查主軸精度時回轉(zhuǎn)主軸用）、傳動齒輪（在主軸箱體前后壁之間、可裝32毫米寬的齒輪兩排或24毫米寬的齒輪三排；在主軸箱體后壁和后蓋之間，可裝齒輪一排）、動力頭或電機齒輪等。 屬于潤滑和防油元件的有：標(biāo)準(zhǔn)的葉片潤油泵（葉片潤滑油泵盡可能采用直接驅(qū)動——即齒輪直接裝在泵軸上）、分油器、注油杯、排油塞等。 1）通用箱體 通用主軸箱體、前蓋和后蓋，已經(jīng)由機床聯(lián)系尺寸圖設(shè)計中可知：主軸箱體的厚度為180毫米；后蓋的厚度了90毫米；立式前蓋厚度為70毫米。 2）通用主軸和傳動軸 通用鉆削類主軸的系列參數(shù)： 主軸外伸 主軸類 型 主軸直徑（毫米） 短主軸 滾錐短主軸 25 30 35 40 50 60 長主軸（立式L-15） 滾錐長主軸 20 25 30 35 40 50 60 滾珠主軸 15 20 25 30 35 40 滾針主軸 15 20 25 30 35 40 主軸外伸尺寸（毫米） D/d1 22/14 30/20 38/26 50/36 50/36 65/44 80/60 90/60 L 85 115 115 115 115 135 135 135 接桿莫氏圓錐號 1 1，2 1，2，3 2，3 2，3 3，4 4，5 4，5 由上表和刀具布置圖可查：30/20和38/26兩種型號 L=100 通用傳動軸的系列參數(shù)： 傳動類型 傳 動 軸 直 徑（ 毫米） 滾錐傳動軸 20 25 30 35 40 手柄軸 30 40 傳動軸選用Φ20和Φ25 手柄軸選用Φ30 3）通用齒輪 主軸箱用的通用齒輪，有傳動齒輪、動力頭齒輪和電機齒輪三種。 動力頭齒輪有A。B型，寬度為84和44毫米。當(dāng)采用90毫米的后蓋時，動力頭齒輪要選用A型。 3.4.2 主軸箱的設(shè)計方法 一、主軸的型式與主竟的確定和主軸箱所需動力的計算 主軸的型式和直徑，主要取決于刀具的進給抗力和切削牛矩或主軸——刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的需要。通常，鉆孔時采用前支承有止推軸承的主軸。設(shè)計時，盡可能不選用15毫米直徑的主軸和滾針主軸，因為這種主軸的精度低，既不便于制造裝配，也不便于使用和維修。 又刀具布置圖設(shè)計中可知：Φ6.8孔的主軸Φ20 Φ12.8孔的主軸Φ25 二、傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 傳動系統(tǒng)的設(shè)計，就是通過一定的傳動鏈，按要求把動力從動力部件的驅(qū)動軸傳遞到主軸上去。同時，滿足主軸箱其他結(jié)構(gòu)和傳動的要求。 傳動系統(tǒng)的設(shè)計的一般要求： 1）在保證主軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求使傳動軸和齒輪為最少。 2）通常應(yīng)避免通過主軸帶動主軸，否則將增加主動主軸的負(fù)荷； 3）最佳傳動比為1~1.5，打扮允許采用到3~5； 4）粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。 傳動系統(tǒng)布置圖見 《主軸箱圖》 三、傳動軸的直徑的設(shè)計 1TD40系列電動機的轉(zhuǎn)速為480轉(zhuǎn)/分， 鉆4個Φ6.8，M =173.1 KG.MM 鉆4個Φ12.8 M=867 KG.MM 12號傳動軸： 按《組合機床設(shè)計》表5-10，取軸徑D=25MM。 11號手柄軸： M11=997KG　MM 由傳動軸的系列參數(shù)表可知道 D=30 10號傳動軸： 按《組合機床設(shè)計》表5-10，取軸徑D=25MM。 9號傳動軸： 可取D=25MM 第四章 硬件電路圖設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件和軟件兩部分，而我們只是進行了硬件電路設(shè)計。 4.1 微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容 硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是軟件編制的前提，數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計包括以下幾部分內(nèi)容： 1、 繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖 據(jù)總體方案及機械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結(jié)構(gòu)圖，機床硬件電路由五部分組成： （1） 主控制器，即中央處理單元CPU。 （2） 總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址部線和控制總線。 （3） 存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 （4） 接口，即輸入/輸出接口電路。 （5） 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機等 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開環(huán)系統(tǒng)） 2、 選擇中央處理單元CPU的類型 CPU的種類很多，如Z80，8080，MCS-51系列等，在數(shù)控系統(tǒng)中選擇CPU應(yīng)考慮： （1） 應(yīng)用場合：對于數(shù)控機床等機械，工作環(huán)境惡劣，且要求控制部分體積小，MCS-51系列單片機集成度高，穩(wěn)定性、可靠性好、體積小，因此推薦用MCS-51系列單片機作為工控機。 （2） 外部擴展功能，包括存儲器的擴展，I/O口擴展，定時/計數(shù)器擴展等，而MCS-51系列單片機有很強的外部擴展功能，外圍擴展電路芯片大多是一些常規(guī)芯片，用戶很容易通過標(biāo)準(zhǔn)擴展電路來構(gòu)成較大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 （3） 指令系統(tǒng)的功能，影響編程靈活性。 （4） 開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟硬件。 （5） 時鐘頻率：對于一確定CPU，系統(tǒng)時鐘頻率是有一定范圍的，用戶可根據(jù)需要選擇，選擇時鐘頻率時要考慮： （A） CPU處理的工作量，當(dāng)工作量大時，選擇較高的時鐘頻率； （B） 響應(yīng)速度要求，響應(yīng)速度要求快時，選擇高的時鐘頻率； （C） 在滿足以下兩個條件的前提下，盡可能選用較低的時鐘頻率，這是因為高頻對外圍芯片及開發(fā)工具的要求高。 3、 存儲器擴展電路設(shè)計 存儲器擴展包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器擴展兩部分。 選擇EPROM作程序存儲器時，應(yīng)考慮： 1) 速度應(yīng)與CPU時鐘匹配； 2) 容量適中，太大會使電路復(fù)雜，降低可靠性，且會造成不必要的浪費。 4、 I/O接口電路設(shè)計 設(shè)計內(nèi)容包括：據(jù)外部要求選用I/O接口芯片，步進電機伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設(shè)計（如復(fù)位、掉電保護等）。這部分設(shè)計考慮系統(tǒng)的驅(qū)動能力，驅(qū)動能力不足的時，系統(tǒng)工作不可靠。 在存儲器擴展I/O接口電路中，均涉及到地址譯碼器的問題. 4.2 MCS-51系列單片機及其擴展 4.2.1 MCS-51單片機的選擇及簡介 MCS-51系列單片機廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟型數(shù)控機床，目前在我國最常用的為8031單片機，故本設(shè)計選用8031。 1、 8031單片機引腳及片外總線結(jié)構(gòu) （1） 8031芯片有40個引腳功能，如圖： （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） (2) 各引腳按功能可以分為三部分： I/O口線：P0、P1、P2、P3共4個8位口； 控制口線：PSEN，ALE，EA，RST 電源及時鐘：VCC，VSS，XTAL1，XTAL1，XTAL2。 (3) 應(yīng)用特性： I/O口線不能都用作用戶I/O口線； I/O口的驅(qū)動能力，P0口可驅(qū)動8個TTL門電路，P1，P2，P3則只能驅(qū)動4個TTL門 P3是雙重功能。 2、 MCS-51單片機內(nèi)結(jié)構(gòu) 8031單片機由7個部分組成，即微處理器（CPU、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、特殊功能寄存器、I/O口、串行口、定時/計數(shù)器及中斷系統(tǒng)，它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成的。 4.2.2 單片機的系統(tǒng)擴展 8031片內(nèi)無程序存儲器，如不擴展外部存儲器則不能工作，且片內(nèi)僅有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，對于需要較多