ZXK7532数控立式钻铣床主运动、进给系统及控制系统的设计

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目 录

目 录.............................................................................................................................. 1 1.1 机床总体尺寸参数的选定 ................................................................................. 3 1.2 机床主要部件及其运动方式的选定 ................................................................. 3 1.2.1 主运动的实现............................................................................................... 3 1.2.2 进给运动的实现........................................................................................... 3 1.2.3 数字控制的实现........................................................................................... 3 1.2.4 机床其它零部件的选择............................................................................... 3 1.3 机床总体布局的确定 ......................................................................................... 3 第2章 主传动的设计.................................................................................................. 5 2.1定转速图 .............................................................................................................. 5 2.1.1 确定结构式和结构网式............................................................................... 5 2.1.2 拟定转速图................................................................................................... 6 2.1.3 确定各齿轮的齿数....................................................................................... 8 2.1.4 传动系统图的拟定....................................................................................... 9 2.2主传动主要零件的强度计算 ............................................................................ 10 2.2.1电动机的选择.............................................................................................. 10 2.2.2齿轮传动的设计计算.................................................................................. 11 2.3 轴的设计计算 ................................................................................................... 14 2.3.1 各传动轴轴径的估算................................................................................. 14 2.3.2 各轴段长度值的确定................................................................................. 16 2.3.3 轴的刚度与强度校核................................................................................. 16 第3章 进给系统的设计计算.................................................................................... 30 3.1垂直进给系统的设计计算 ................................................................................ 30 3.1.1 脉冲当量和传动比的确定......................................................................... 30 3.1.2滚珠丝杠设计计算...................................................................................... 31 3.1.3 步进电机的选择......................................................................................... 35 3.1.4 滚珠丝杆副的预紧方式............................................................................. 36 3.2 横向进给系统的设计计算 ............................................................................... 37 3.2.1 脉冲当量和传动比的确定......................................................................... 37 3.2.2 滚珠丝杠设计计算..................................................................................... 39 第4章 控制系统的设计.......................................................................................... 42 4.1控制系统总体方案的拟定 ................................................................................ 42 4.2 总控制系统硬件电路设计 ............................................................................... 42 4.2.1 单片机的设计............................................................................................. 42 4.2.2 系统的扩展................................................................................................. 45 4.2.3 键盘、显示器接口设计........................................................................... 50 4.2.5 光电隔离电路设计..................................................................................... 55 4.2.6 其它接口电路设计..................................................................................... 56 4.3部分控制程序................................................................................................. 56

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4.3.1 直线圆弧插补程序设计............................................................................. 56 4.3.2 直线插补程序............................................................................................. 56 4.3.3 圆弧插补程序设计................................................................................... 57 4.4 控制系统的软件设计 ....................................................................................... 61 4.4.1步进电机控制程序设计.............................................................................. 61 4.4.2 LED动态显示接口程序设计 ..................................................................... 63 结 论.......................................................................................................................... 66 致 谢.......................................................................................................................... 67 参考文献...................................................................................................................... 68

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第1章 机床总体布局设计

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3长度 40031600mm 主轴锥孔 7∶24 工作台最大纵向行程 300mm 工作台最大横向行程 375mm 主轴箱最大垂直行程 400mm 主轴转速级数 12级 主轴转速范围 30~1500r/min

X、Y轴步进电机 130BF001（反应式步进电动机） Z轴步进电动机 130BF001（反应式步进电动机） 主电动机的功率 4.0KW 主轴电动机转速 1440r/min

机床外形尺寸（长3宽3高） 1503120032300mm 机床净重 500Kg

1.2 机床主要部件及其运动方式的选定

1.2.1 主运动的实现

因所设计的机床要求能进行立式的钻和铣，垂直方向的行程比较大,因而采用工作台不动,而主轴箱各轴向摆放为立式的结构布局；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，主轴箱主要采用液压系统控制滑移齿轮和离合器变换齿轮的有级变速。 1.2.2 进给运动的实现

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。 1.2.3 数字控制的实现

采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，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。 1.2.4 机床其它零部件的选择

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

根据以上参数及主要部件及其运动方式，则可拟定机床的总体布局图，详细图纸请参照1号A1图纸。

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