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，需要淬火的级齿轮般滚或插后要剃齿，使精度高于级，或者淬火后再珩齿。级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须达到级。机床主轴箱中的齿轮齿部般都需要淬火。齿轮的校核接触疲劳强度计算齿轮强度用的载荷系数，包括使用系数,动载荷系数,齿间载荷分配系数及齿向载荷分布系数，即.查表得.将数据代入得齿轮接触疲劳强度满足，因此接触的应力小于许用的接触应力。其它齿轮也符合要求，故其余齿轮不在验算，在此略去。轴的设计计算各传动轴轴径的估算滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的设计是在初步计算轴径的基础上进行的，因此先要初算轴径。轴的直径可按扭转强度法用下列公式进行估算。对于空心轴，则式中，轴传递的功率，轴的计算转速，其经验值见表取的值为.。计算各传动轴传递的功率根据电动机的计算选择可知，本次设计所选用的电动机额定功率各传动轴传递的功率可按下式计算电机到传动轴之间传动效率由传动系统图可以看出，本次设计中采用了联轴器和齿轮传动，则各轴传递的功率为.，.，所以，各传动轴传递的功率分别为.估算各轴的最小直径本次设计中，考虑到主轴的强度与刚度以及制造成本的经济性，初步选择主轴的材料为，其它各轴的材料均选择钢，取值为，各轴的计算转速由转速图得出所以各轴的最小直径为在以上各轴中，每根轴都开有平键或花键，所以为了使键槽不影响轴的强度，应将轴的最小直径增大，将增大后的直径圆整后分别取各轴的最小直径为,各轴段长度值的确定各轴段的长度值，应根据主轴箱的具体结构而定，且必须满足以下的原则应满足轴承及齿轮的定位要求轴的刚度与强度校核根据本次设计的要求，需选择除主轴外的根轴进行强度校核，而主轴必须进行刚度校核。在此选择第Ⅲ根轴进行强度校核。第Ⅲ根轴的强度校核轴的受力分析及受力简图由主轴箱的展开图可知，该轴的动力源由电动机通过弹性联轴器传递过来，而后通过齿轮将动力传递到下根轴。其两端通过对角接触球轴承将力转移到箱体上去。由于传递的齿轮采用的是直齿圆柱齿轮，因此其轴向力可以忽略不计。所以只要校核其在平面及平面的受力。轴所受载荷是从轴上零件传来的，计算时常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，般从传动件轮毂宽度的中点算起。通常把轴当作铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。其受力简图如下在平面内在平面内作出轴的弯矩图根据上述简图，分别按平面及平面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别作出两个平面的上的弯矩图。在平面内，根据力的平衡原理可得将各个力对取矩可得由以上两式可解出,数控,立式,镗床,控制系统,设计,毕业设计,全套,图纸摘要本次设计通过对现有数控铣镗床的分析研究，提出种新的设计方案,其自动化程度更高，结构也相对比较简单。这点在论文会得以体现。本方案中，主轴箱采用电磁离合器实现有级变速，在三个方向上的进给运动均采用滚珠丝杆，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。控制系统采用系列单片机，通过扩展程序存储器数据存储器和接口实现硬件电路的设计。论文中也对软件系统的设计做出了相关说明。关键词电磁离合器滚珠丝杆步进电机单片机系统扩展机床主要部件及其运动方式的选定主运动的实现因所设计的机床要求能进行立式的铣和镗，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，主轴箱主要采用离合器变换齿轮的有级变速。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。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，这点须根据实际情况而定。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。三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，详细图纸请参照号图纸。第二部分主传动的设计．拟定转速图㈠.确定结构式和结构网式.主传动的确定，和公比的确定根据的使用说明书，初步确定本次设计的数控立式铣镗床的主轴转速范围为，则.。由设计手册取标准值得.。令，则则取。.确定变速组和传动副数目为了满足结构设计和操纵方便的要求，主轴转速为级的变速系统，总共需要四个变速组。.确定传动顺序方案按着传动顺序，各变速组排列方案只有个也不存在符不符合“前多后少前疏后密”的原则，本次设计即采用此方案。.确定扩大顺序方案传动顺序方案确定以后，还可列出若干不同扩大顺序方案。如无特殊要求，根据“前密后疏”的原则，应使扩大顺序和传动顺序致，通常能得到最佳的结构式方案，故选用结构式方案。检查最后扩大组的变速范围故合符要求。㈡.拟定转速图根据已确定的结构式或结构网议定转速图时，应注意解决定比传动和分配传动比，合理确定传动轴的转速。定比传动在变速传动系统中采用定比传动，主要考虑传动结构和性能等方面的要求，以及满足不同用户的使用要求。在铣镗床的设计中，总降速比为.。若每个变速组的最小降速比均取。则三个变速组的总降速可达。故无需要增加降速传动，但为了使中间两个变速组做到降速缓慢，以利于减小变速箱的径向尺寸和有利于制动方便，在ⅠⅡ轴间增加对降速传动齿轮，同时，也有利于设计变型机床，因为只要改变这对降速齿轮传动比，在其他三个变速组不变的情况下，就可以将主轴的种转速同时提高或降低，以便满足不同用户的要求。分配降速比前面已确定，共需三个变速组，并在ⅠⅡ轴间增加对降速传动齿轮，要用到四个变速组，在主轴Ⅴ上标出级转速,在第Ⅰ轴上用点代表电动机转速，最低转速用点标出，因此,两点相距约格，即代表总降速传动比为。程序存贮器寻址空间为，片内不带，所以要进行程序存贮器的扩展。用作程序存贮器的常用的器件是。由于单片机的口是分别复用的地址数据总线，因此，在进行程序存贮器扩展时，必须用地址锁存器锁存地址信号。通常地址锁存器可使用带三态缓冲输出的八锁存器。当用作为地址锁存器时，锁存端可直接与单片机的锁存控制信号端相连，在下降沿进行地址锁存。根据应用系统对程序存贮器容量要求的不同，常采用的扩展芯片扩展和等。以上种均为单电源供电，维持电流为，工作电流为，读出时间最大为，均有双列直插式封装形式，是地址线，不同的芯片可扩展的存贮容量的大小不同，因而提供位地址的端口线的数量各不相同，故为，为是数据线是片选线，低电平有效是数据输出选通线是编程电源是工作电源是编程脉冲输入端。根据程序存贮器扩展的原理，以和锁存器为例对单片机进行程序存贮器的扩展。因为是容量的，故用到了根地址线，。如果只扩展片程序存贮器，故可将片选端直接接地。下图为扩展两片的连接方法。同时，运行所需的程序指令来自，要把其端接地，否则，将不会运行。数据存贮器的扩展单片机内部有个字节存贮器。对内部的具有丰富的的操作指令。但在用于数据采集和处理时，仅靠片内提供的个字节的数据存贮器是远远不够的。在这种情况下，可利用的扩展功能，扩展外部数据存贮器。数据存贮器只使用控制线而不用。正因为如此，数据存贮器与程序存贮器可完全重叠，均为，但数据存贮器与口与外围设备是统遍址的，即任何扩展的口以及外围设备均占用数据存贮器地址。的口为的复用地址数据线，口用于对进行页面寻址根据其容量不同，所占的端口不同，在对外部读写期间，产生信号。在单片机应用系统中，静态是最常用的，由于这种存贮器的设计无需考虑刷新问题，因而它与微处理器的接口很简单。最常用的静态芯片有和。单供电，额定功耗分别为和，典型存取时间均为，均有双列之插式封装，管脚分别为和线。下图是与的连接图。从图中知的片选接的.，第二片选线接高电平，保持直有效状态。因是容量的，故用到了根地址线。的地址范围为对于个完整的应用系统，必须具备定容量的程序存贮器和定容量的数据存贮器。单片机外部扩展两片和两片静态。螺旋升角，该丝杠为摩擦角约等于。则.刚度验算.丝杆的拉压变形量滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用，它将引起导程发生变化，因滚珠丝杠受扭时引起的导程变化量很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量式中弹性模数，对钢，滚珠丝杠截面积按丝杠螺纹底径确定.用于拉伸时，用于压缩时。则则丝杆的拉伸或压缩变形量.滚珠与螺纹滚道间的接触变形量该变形量与滚珠列圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杆的长度无关。当丝杆在工作时有预紧时，其计算公式为式中滚珠直径滚珠总数量圈数列数圈的滚珠数，外循环内循环滚珠丝杆的公称直径预紧力滚珠丝杆工作载荷则圈数列数.又滚珠丝杆的预紧力为轴向工作载荷的，值可减小半，因而。.支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形在垂直进给运动中采用角接触球轴承，其计算公式为式中轴承所受轴向载荷轴承的滚动休数目轴承滚动体直径工作载荷滚珠丝杆的滚动体数量，滚动体直径则因为有预紧力，故实际变形量根据以上的计算，则总变形量为四级精度丝杆允许的螺距误差为，故刚度足够。压杆稳定的校核滚珠丝杆通常属于受轴向力的细长杆，若轴向力工作负荷过大，将使丝杆失去稳定而产生纵向屈曲，即失稳。失稳时的临界载荷为式中为丝杆的弹性模量，对于钢，.，为截面惯性矩为丝杆底径,为丝杆最大工作长度，为丝杆支承方式系数.对于端固定端自由的情况.临界载荷与丝杆工作载荷之比称为稳定性安全系数，如果大于许用稳定性安全系数，则该滚珠丝杆不会失稳。般取.。压杆稳定步进电机的选择负载转矩计算及最大静转矩选择又.则折算到电动机轴上的总加速力矩为折算到电动机轴上的摩擦力矩，燕尾形导轨，总效率，.附加摩擦力矩预紧力,为滚珠丝杆未预紧时传动效率，取则步进电机快速空转启动力矩对于工作方式未五相十拍的步进电机最大静转矩为从相关资料查出型步进电动机最大静转矩为.，大于所需最大静转矩，可作为初选型号。校核步进电机的空载启动频率步进电机的空载启动频率是查相关资料知型步进电机允许的最高空载启动频率为,因而必须分三个阶梯启动，每个阶梯启动频率为,在.内完成升速，.过渡。取，则步进电机的运行频率为而步进电机允许的运行频率为，所以满足设计要求。滚珠丝杠没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，而主轴箱的重量相对来说比较大所以必须采用平衡装置，避免在工作时主轴箱的失控下降。四滚珠丝杆副的预紧方式为了消除间隙和提高滚珠丝杆副的刚度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，常用的预紧方法有双螺母垫片式预紧双螺母螺纹式预紧双螺母齿差式预紧等。预紧后的刚度可提高到为无预紧时的倍。但是，预紧载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杆在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杆副的额定动载荷有定的比例关系。双螺母垫片式预紧调整方法调整垫片厚