基于Solidworks三坐标数控铣床的设计

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高校理科研究
部信号特征放人显示等功能。图４右图片框显示图形为实际点焊过程 采集的六路动态信号原始波形．｝ｔ－ｘ．ｔ Ｉ．Ｏｍｍ低碳钢板搭接焊接．电极压 力２．ＯｋＮ，焊接ＩＩ，ｔ１日－Ｉ ２０周波。焊接电流５．ＯｋＡ获得．白下而上分别为极 间电压、焊接电流、电极位移、初级电Ｊ矗、初级电流原始信ｕ．，其中第三 通道空闲．以备将来增加监测点焊过程信号源使州．数据显示于窗ｕ利 用ＶＢ语言提供的ＬｉｓｔＶｉｅｗ列表框控件实现点焊过程六路信号数据显 示．显永数扒疗式ｎｆ以选样牧据源码或者信号电压值万式．如罔５所示，
（２）主轴校核
主轴材料为４５＃钢．调质处理ａ，－－６５０ＭＰａ．ａｑ＝３６０ＭＰａ
ｏ＇。＝６０ＭＰａ，对主轴受力分析校核得：
ｄＦＶＭＩＩ，ｏ．１ｌｏｒ．■＝Ｖ６３７／ｏ．１ｘ６０－－４．７３５ｍｍ，：１８ｍｍ
（３）
一７８一
万方数据
图２三坐标ＣＮＣ系统硬件图 （１）接口电路设计
图３接门电路结构图 本数控接ｎ电路主要完成外部开关量的输入和步进电机的控制以 及一些机床辅助功能的实现，性能优良、工作可靠。接ｕ电路的结构如 图３所示ｐ叫。 （２）步进电机驱动器输出控制电路 为ｒ输出脉冲去控制三个方向的步进电机以及接收机床行程开关 等开关量信号，在电路设计中设计ｒ两片口，编程接 （下转第８０页）
３８３ｓ一３９０ｓ
［３ Ｊｏｍ Ｂｕｒｍｅｉｓｔｅｒ ｅｔ ａ１．Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｐＯｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｂｙ Ｆｕｚｚｙ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｓ．＆Ｓ．１９９４，（６）：
Ｅ１（１３～Ｅ１０６
３．结论 搭建的以ＡＣ６１ １５ＡＤ卡、Ｒｏｇｏｗｓｋｉ线圈、ＤＡ一５型直流差动变压器
（卜．接第７８贞）
口芯片８２５５，可以对４８点数字量进行ＦＯ操作．但
本微型数控铣床ｉ坐标数控系统中仅用到了一片８２５５．另一片暂时未
用．用ｒ以后的功能扩展：使用的８２５５的ＰＡ １３、ＰＢ ｕ、ＰＣ １３均工作在
基本输入输出方式。８２５５控制宁格式如下：
（５）
其中：ｆｎ为载衙系数取ｌ；ｆｈ为硬度系数取１．１；Ｐ。为最大工作载 荷；Ｌ为使用寿命，
Ｐ。．＝ｋＰ。＋ｆｆＰ：＋２Ｐ、＋Ｇ）
（６）
其中：ｋ为实验系数取１．１；ｆ为导轨摩擦系数取０．１５；ＰＩ，Ｐ。Ｒ为＝三个
方向的切削力，分别取２０Ｎ，ＯＮ，３７．５Ｎ；Ｇ取１００Ｎ，代入（６）得Ｐｒ。‘＝４２．６Ｎ
Ｐｃ机主频达到７９７ＭＨｚ）。本三坐标数控铣床主要用于教学演示，故对
精度要求不是特别高，采用开环控制方式，用步进电机！；｝《动输出，设计 数控接口电路进行定时中断、脉冲输出以及其它开关量的输入输出。其 数控系统硬件组成如图２所示【２叫。
ＰＣ
ＢＵＳ
Ｕ
撸口电路
ຫໍສະໝຸດ Baidu图ｌ铣床的机械部分虚拟制图 ２．１机床总体传动方案的确定
6.赵国勇;赵玉刚;赵福玲 等基于Windows98磁粒光整加工CNC系统的开发研究[期刊论文]-大连理工大学学报
2005(01)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjxx200906066.aspx
２００１：２００－２２３
［６］赵玉刚．具有图形编程和仿形缟程功能的ＣＮＣ ｇｇＲ＃［Ｊ］．大 连理工大学学报，１９９９，（１）：１２０－１２２
基于Solidworks三坐标数控铣床的设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
孙智杰， 高玉龙 孙智杰(山东工业职业学院)， 高玉龙(山东理工大学机械工程学院)
ｌ奎｜５六通道信号数据显示窗口 ２．３主要功能程序实现流程 针对焊点形核过稃短暂的特点，试验确定了阈值触发、手动触发两 种采集方式实现六通道监测信号同步无相蓐采集．阈值触发采集是利
用点焊过程某通道信号从无到有时电压的突然跳变（达到或超过阈值） 为开始采集的标忐，如点焊机主电路品闸管导通瞬间，电极间电压值从 无到自．的变化。电极头压紧工件瞬间，电极位移信号的变化等：采集过 程结束标志通过定时器控件设定．设定时间到，系统产生中断，终止各 通道采样。各通道信号数据文件的长度由ＡＤ卡预制的采样率和采样 定时时长决定。手动触发采集方式卜各通道的信号的采集和结束都由 手动完成．这种方式信号数据的文件长度受人为影响严重．需要设计额 外的数据截取软件来实现有效数据文件的截取？对于采集监测点焊过 程信号，阈值触发采集方式更为适合．软件以电极间电佧信号第一次大 于ｌｖ作为开始保存各通道采样数据的标志，图６给出ｒ阈值触发采集 方式程序实现流程图，软件主窗ｕ除实现采集方式选择、采集参数颅制 等功能外，还实现了波形分屏显示、缩放显示、波形颜色和线型调整，图 片框背景设置等波形编辑功能。
Ｆｚ＝９．８ｌｘ６８．２ｘ５“４×０．１“７ｚ×４ｘ３ｘ１０４”＝８８．４Ｎ
综合考虑其它因素按Ｆｚ＝１００Ｎ计算
对圆柱铣刀逆加工：
Ｐａ＝（１一一２）Ｆ２取Ｐｈ＝ｌ ＩＯＮ
Ｐ，＝（Ｏ．２一－Ｏ．３）Ｒ取Ｐｖ＝２５Ｎ
Ｐ．、／Ｐ＾Ｐｖ２＝１１２．８Ｎ
（２）
主轴材料为４０Ｃｒ钢取Ｃ＝１０２
估算轴径ｄ≥１０２Ｖ丽＝１７．２ｍｍ 取ｄ＝１８ｍｍ
参考文献 ［１］中国机械工程学会焊接学会电阻焊（Ⅲ）专业委员会．电阻焊理 论与实践．北京：机械工业出版社．１９９４：３１９—３９８ ［２］Ａ Ｇ．Ｌｉｖｓｈｉｔｓ．Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｓｓｕｒａｎｃｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｐｏｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅｓｉｓｍｎｃｅ．ＷｅｌｄｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，１９９７．７６（５）：
２．机械部分设计 微割铣床的机械部分是机床的主体部分．其设计计算主要包括：总 体传动方案的确定，电机、主轴、丝杠的选取等。机械部分Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ虚 拟制图如图ｌ所示。
ｄｎ＝ＶＭ加．１【盯＿¨Ｊ＝Ｖ２３４４，ｏ．Ｉｘ６０＝７．３ｍｍ＜１８ｍｍ
（４）
２．２．２滚珠丝杠的选取
最大动负载：Ｑ＝Ｐ—Ｖ１＝－瞩
科技信息．
高校理科研究
基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ三坐标数控铣床的设计
山东工业职业学院 孙智杰 山东理工大学机械工程学院 高玉龙
（摘要］为了提高高校及职业技术学校中相关专业的数控教学和工人的数控培训，解决大型数控机床价格昂贵问题．本文设计了教 学试验型微型数控铣床。借助于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ和Ｐｒｏｔｅｌ等软件对数控铣床的整体结构和控制系统进行了设计。 ［关键词］Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 开放式数控系统 数控铣床 三坐标
开始
定义数据存储文件名
初始化扳卡
启动ＡＤ采样
丫 兰墨芝竺！ 谈取ＰＩＦＯ状＼． 等 待
存ＦＩＦＯ数据到内存
翻盖而卜Ｙ ＼／ 态是否溢出！——≯
上Ｎ
读取ＦＩＦ０电极间电压数据
厂—百ｉ赢 兰兰堂堕！皇卜＿１１Ｙ
显示破形
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间电压＞１Ｖ？
～厂厂
数据丹离．保存数据文件 鲒柬
图６点焊过秤阈值采集流程图 基于Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０程序平台设计开发的采集软件，秉承ｗｉｎｄｏｗｓ 系统虚用软件界面风格，操作简便．运行稳定，能够快速、实时、稳定地 实现点焊过程监测信号采集、波形显示、图形编辑、数据显示、数据文件 存储等功能．为基于动态信号特征分析的焊点质壁在线监测奠定了坚 实基础。
ｍｏｖ ａｌ。８０Ｈ ｍｏｖ ｄ＇Ｌ０２１３Ｈ ｏｕｔｄｘ．ａｌ
ｅｎｄ；
在实时中断服务程序中，用８２５５经光电隔离向三个方向的步进电 机驱动器输出控制信号，进而控制三个方ＩａＪ步进电机的运动．如图４所 示。
４．结束语 微犁数控铣床体积小．价格低，功能完善，安全系数高，三坐标驱动 和生产型数控铣床工作原理相同，且具有开放的软硬件结构，基于以上 的优点，微型数控铣床将具有广泛的应用前景。
。
罔４输出控制电路
Ｄ７：１．Ｉ）６：０。Ｄ５：Ｏ，ＩＭ：Ｏ，Ｄ３：０，Ｄ２：０，ＤＩ：０．１３０：０， 即控制字为８０Ｈ
用Ｄｅｌｐｈｉ编写ＣＮＣ程序．初始化８２５５： ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ＺＦｏｒｍＩ．ＦｏｒｍＣｒｅａｌｅ（Ｓｅｎｄｅｒ：Ｏｂｊｅｃｔ）； ｈｅｇｉｎ
ａＳｍ
一８０—
万方数据
位移传感器、霍尔电压、电流传感器为核心的采集系统．具有高速、准 确、适应性强的特点．能够实现同步无相差的采集点焊过程仞、次极电 压、电流、电橄位移信号。
［４］Ｃｈｉｅｎ Ｃ ｓ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ．Ｉｎ：ＷｅｌｄｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２００２，９：１９５—１９９
［５］薛海涛，宋永伦．李恒等点焊过程工艺参数采集及缺陷信息分 析．焊接学报，２００４，２５（４）：１０３—１０６
随着数控机床的普及，采用数控机床已成为机械制造业改革的主 要方向，如何能高质量、高效率、低费＿Ｉ｝｛地培训操作人员成为亟待解决 的问题之一。由ｒ数控机床的教学比较抽象，需要借助实验来加深对课 堂知识的理解．生产用的数控机床一般价格都比较昂贵，软件也不是开 放式的结构，无法用于学生的实验教学。冈此设计·种功能齐全，结构 简单，软件结构开放，低成本，且具有代表性的教学实验型微型数控机 床可以满足教学实验的要求。
Ｌ＝６０ｎＴ／１０６
（７）
其中：ｎ为转速取２２５ｒ／ｍｉｎ；Ｔ为使用寿命取１５０００ｈ．代入（７）得
１．＝２０２．５；将Ｐ～－－４２．６Ｎ，１．＝２０２．５代入（５）式得Ｑ＝２７５Ｎ 由最大动载衙Ｑ值和导程Ｐ可以选择滚珠丝杠的型号为：ＣＷＭ
１６５－２．５一Ｐ３二 ３．机床控制部分设计 系统硬件组成 经过分析．本三坐标数控系统决定采用单ＣＰＵ结构（采用的控制
程巾电机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做上下移动，从而带动主轴
做上下运动。
２．２设计计算郎分
２．２．１主轴的选取和校核
（１）主轴选取
立式铣削切削力的计算：
由机械设计手胛¨＿对高速钢圆柱铣刀：
Ｆｚ＝９．８Ｉ Ｃｒｚｘ扩鞠ｘ酽段ａＩｌ×Ｚｘｆｌ０“
（１）
其参数按实际加工过程中平均铣削条件为准选取：
ＣＨ工件为碳钢取６８．２；ａ，．＝５ｍｍ；ａｔ＝０．Ｊ ｍｍ；ａｖ－－４ｍｍ－，Ｚ＝３；ｃｌｏ＝１０ｒｔｍａ；
１．总体方案的确定
实验型微型数控铣床以开放式ＣＮＣ体系为指导思想．在Ｗｉｎ— ｄｏｗｓ９８下开发系统的硬件、软件．本研究将用Ｄｅｌｐｈｉ语言、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ及 Ｐｒｏｔｅｌ软件完成对该数控铣床整体结构的设计和控制系统的接口电路 （ＩＯｆＩ＇ＩＭＥＲ控制板）、驱动电路、有关外围电路、相应控制软件的设计。绘 制出试验捌数控铣床的虚拟样机，根据零件罔设计零件制造的工艺；在 零件加丁完成后，进行装配凋ｉ式．完成微型数控铣床的制作。
本机床可以实现ｘ轴、Ｙ轴和ｚ轴三坐标联动。Ｘ轴、Ｙ轴的进给 是通过电机带动丝杠．丝杠又与螺母传动来实现。电机与丝杠的连接可
以通过销钉柬实现ｊ在传动过程中电机带动丝杠做旋转运动．螺母沿导
轨做水平移动．从而带动工作台运动。Ｚ轴的进给也足通过电机带动丝
杠，丝杠又与ｚ轴螺母传动来实现。主轴套与ｚ轴螺母相连，在传动过
参考文献 ［１］邱宣怀．机械设计［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９７：３２４－３７３ ［２］赵玉刚．宋现春数控技术［Ｍ］机械工业出版社，２００３：２００一２０６ ［３］赵国勇，赵玉刚。赵福玲等基于Ｗｉｎｄｏｗｓ９８磁粒光整加工ＣＮＣ 系统的开发研究［Ｉ］大连理工大学学报。２００５．（１）：７５－７８ ［４］赵玉刚．王敏．基于ＩＰＣ和Ｗｉｎｄｏｗｓ的激光加工ＣＮＣ系ｇ ＥＪ］． 机电一体化，１９９９，（５）：２４—２７ ［５］郑学坚．周斌．微型计算机原理及应用［Ｍ］．清华大学出版社．
科技信息 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2009(6)
参考文献(6条) 1.赵玉刚;宋现春 数控技术 2003 2.邱宣怀 机械设计 1997 3.赵玉刚 具有图形编程和仿形缟程功能的CNC系统软件 1999(01) 4.郑学坚;周斌 微型计算机原理及应用 2001 5.赵玉刚;王敏 基于IPC和Windows的激光加工CNC系统 1999(05)