小型立式铣床工作台升降

学校代码： 10128

学号：

机电装备课程设计

设计说明书

题目：小型立式铣床工作台升降

和制动装置

学生姓名：

学院：机械学院

专业:机械设计制造及其自动化

班级：机制08-2班

指导教师：苗淑静

二零一一年十二月

摘要

【摘要】：小型立式铣床工作台升降和制动装置设计。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。本文通过对小型立式铣床工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计中共性和关键的技术。

本次课程设计，主要设计和研究小型立式铣床工作台及其电气原理图。确定小型立式铣床工作台的传动系统，选择了螺旋传动，验算了螺旋传动的刚度、稳定性，寿命等参数；还设计了导轨，根据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。

【关键词】：小型立式铣床工作；滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进服电机；

目录

第一章总体设计方案拟定 (1)

1.1系统运动方式的确定与伺服系统的选择 (1)

1.2机械传动方式 (1)

1.3计算机系统选择 (1)

2.1 设计参数 (2)

2.2.2 计算进给牵引力 (3)

2.2.2 计算最大动载荷C (3)

2.2.3 滚珠丝杠螺母副的选型 (4)

2.2.4 传动效率计算 (4)

2.2.5 刚度的验算 (5)

2.2.6 稳定性验算 (6)

2.2.7 滚珠丝杠副的几何参数 (7)

2.3 滚动导轨的计算与选择 (8)

2.3.1 滚动导轨副的额定寿命 (8)

2.3.2 直线导轨副的参数 (10)

2.4 步进电机的计算与选择 (10)

2.4.1 转动惯量的计算 (10)

2.4.2 电机的力矩的计算 (12)

第三章微机数控硬件电路设计 (15)

3.1 计算机系统 (15)

3.2 单片微机数控系统硬件电路设计内容 (15)

3.2.1 绘制电气控制系统框图 (15)

3.2.2 选择CPU的类型 (16)

3.2.3 存储器扩展电路的设计 (16)

3.2.4 I/O接口电路设计 (16)

3.3 各类芯片简介 (16)

3.3.1 8031芯片简介 (16)

3.3.2 373芯片简介 (17)

3.3.3 138芯片简介 (17)

3.3.4 6264芯片简介 (17)

3.3.5 2764芯片简介 (18)

3.3.6 8155芯片简介 (18)

3.3.7 8255芯片简介 (19)

3.4 存储器扩展电路设计 (20)

3.4.1 程序存储器ROM的扩展 (20)

3.4.2 数据存储器RAM的扩展 (20)

3.4.3 译码电路的设计 (21)

3.5 I/O接口电路的设计 (21)

3.5.1 8155通用可编程接口芯片 (21)

3.5.2 8255可编程接口芯片 (22)

3.6 8031的时钟电路 (22)

3.7 复位电路 (23)

3.8 越界报警电路 (23)

3.9 掉电保护电路 (23)

3.10 控制系统的功能 (23)

3.11 控制系统的工作原理 (23)

参考文献 (25)

第一章 总体设计方案拟定

1.1系统运动方式的确定与伺服系统的选择

数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/点线系统和连续控制系统。为了满足小型立式铣床工作台运动定位,暂停,急停等功能,故选择连续控制系统。伺服系统有开环、闭环和半闭环。考虑到工作台实际位移的检测，补偿系统的误差，故采用半闭环控制系统，利用步进电机进行驱动。

1.2机械传动方式

为了实现设计要求的分辨率，采用步进电机转动丝杠。为了保证一定的传动精度和传动平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。

1.3计算机系统选择

采用三菱PLC 伺服系统

1.4总体方案的确定

图1—1总体方案设计

微

机 伺服驱动器 光码交流伺服电机 G

M L

第二章机床进给伺服系统机械部分设计计算2.1 设计参数

1、工作台尺寸：长*宽=600*320

2、工作台升降行程：320

3、工作台总重：N

1000

4、最高运行速度：

步进电机运行方式：空载：0.5m/mim：切削：0.1m/min；

交流伺服电动机运行方式：空载：8m/mim：切削：2m/min；

5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式 0.005mm/step；

6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm；

7、切削负载：X向800N；Y向1000N；Z向 1500N；

2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型

图2-1 丝杠螺母副设计框图

2.2.2 计算进给牵引力

作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力在导轨上的摩擦力。因而其数值的大小与导轨的型式有关，由于在设计中采用的是加有导轨块的滚动导轨，所以选择的计算公式为综合导轨的计算公式。计算公式为：

y z M F f G F K F ')(++=

式中 Z F ---Z 向切削分力（N ）；

G ---移动工作台总重（N ）

'f ---导轨上的摩擦系数，随导轨型式而不同；

K ---考虑颠复力矩影响的实验系数；

综合导轨的15.1=K , 005.0~003.0'=f ，取004.0'=f ，式中N F z 1500=， N F y 1000=，N G 1000=

代入计算得 N F M 2879=

2.2.2 计算最大动载荷C

选用滚珠丝杠副的直径0d 时，必须保证在一定轴向载荷作用下，丝杠在回转100万转（106转）后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载C ，用下式计算选择： 31

6)1060(e h w R m n L f f F C = 01000L v n s

e =

式中 h L --滚珠丝杠副额定寿命，单位为1000000r 。普通机械取5000—10000h ，数控机床一般取15000h 。n 为丝杠每分钟的转数。

e n --丝杠转速，()m in /r ，用下式计算

h f ---硬度系数（大于等于58HRC 时取1.0；等于55HRC 时取1.1；等于52.5HRC 时取1.35；等于50HRC 时取1.56；等于45HRC 时取2.40） w f ---载荷系数，查表——3—30取k f =1.1