本次设计通过对现有加工中心的分析研究,提出一种新的设计方案,其自动化程度更高,结构也相对比较简单.这一点在会得以体现.本方案中,主轴箱采用交流调速电机实现无级变速,在X、Y、Z三个方向上的进给运动均采用滚珠丝杠,而动力则由步进电动机通过调隙齿轮来传递,并且采用单片机进行数字控制. 控制系统采用MCS-51系列单片机,通过扩展程序存储器、数据存储器和I/O接口实现硬件电路的设计.中也对软件系统的设计做出了相关说明. 目录 前言1 1、机床总体方案设计1 1.1机床总体尺寸参数的选定1 1.2机床主要部件及运动方式的选定2 1.3机床总体布局的确定3 2、主传动的设计计算8 2.1电机的选择8 2.2齿轮传动的设计计算9 2.3轴的设计计算13 2.4离合器的选用21 3、进给系统的设计计算22 3.1概述22 3.2设计计算22 3.3工作台部件的装配图设计29 3.4滚珠丝杠螺母副的承载能力的校验30 3.5计算机械传动系统的刚度31 3.6驱动电动机的选型与计算33 3.7机械传动系统的动态分析36 3.8机械传动系统的误差计算与分析37 3.9确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号38 3.10滚珠丝杆副的预紧方式38 3.11齿轮传动消隙39 4、控制系统的设计39 4.1控制系统总体方案的拟订39 4.2总控制系统硬件电路设计39 参考文献56 谢辞57 科技译文58 1、机床总体方案设计 1.1机床总体尺寸参数的选定 根据设计要求并参考实际情况，初步选定机床主要参数如下： 工作台宽度×长度400×1600mm×mm 工作台最大纵向行程650mm 工作台最大横向行程450mm 工作台最大垂直行程500mm X、Y轴步进电机a12/3000i Z步进电机a12/3000i 主轴最大输出扭矩70公斤力×米 主轴转速范围45～2000r/mi
n 主电动机的功率4kw 主轴电动机转速1500r/mi
n 机床外行尺寸（长×宽×高） 2488×1200×2710mm×mm×mm 机床净重500kg 1.2机床主要部件及其运动方式的选定 1、主运动的实现 因所设计的卧式加工中心要求能进行车、铣和镗，横向方向的行程比较大，因而采用工作台不动，而主轴箱各轴向摆放为卧式的机构布局；采用交流无级调速电动机实现无级调速，并且串联有级变速箱来扩大变速范围。为了使主轴箱在数控的计算机控制上齿轮的传动更准确、更平稳、工作更可靠，主轴箱主要采用离合器交换齿轮的有级变速。 2、给运动的实现 本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、Y、Z三个方向上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过调隙齿轮传递。 3、数字控制的实现 采用单片机控制，各个控制按钮均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。 4、机床其他零部件的选择 考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。 1.3机床总体布局的确定 （一）确定主轴箱传动系统方案： 主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。 加工中心主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担。 机床上常用的变速电动机有直流电动机和交流变频电动机，在额定的转速上为恒功率变速，通常变速范围仅为2-3；额定转速以下为恒转矩变速，调整范围很大，变速范围可大30甚至更大。上述功率和转矩特性一般不能满足机床的使用要求。为了扩大恒功率调速范围，在变速电动机和主轴之间串联一个有级变速箱。 本机床采用交流调速电机变速，为了在变速范围内，满足一定恒功率和恒转矩的要求，为了进一步扩大变速范围，在后面串联机械有级变速装置。 2.2.3齿轮宽度B的确定 齿轮影响齿的强度，但如果太宽，由于齿轮制造误差和轴的变形，可能接触不均匀，反而容易引起振动和噪音。一般取B=（6～10）m。本次设计中，取主动轮宽度B=9m=18mm(最后一对齿轮也取B=79m=18mm)。 2.2.4齿轮其他参数的计算 根据《机械原理》中关于渐开线圆柱齿轮参数的计算公式及相关参数的规定，齿轮的其他参数都可以由以上计算所得的参数计算出来，本次设计中，这些参数在此不在一一计算。 2.2.5齿轮结构的设计 不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构的要求也不同，七级精度的齿轮，用较高精度的滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的7级齿轮一般滚或插后要剃齿，使精度高于7级，或者淬火后再珩齿。6级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须达到6级。机床主轴箱中的齿轮齿部一般都需要淬火。