JCS-018型立式數(shù)控銑削加工中心Z向工作臺裝配、主軸箱裝配與BF3控制系統(tǒng)設(shè)計【說明書+CAD】
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摘要 數(shù)控加工中心是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機床之一。它的綜合加工能力較強,工件一次裝夾后能完成較多的加工內(nèi)容,加工精度較高,就中等加工難度的批量工件,其效率是普通設(shè)備的510倍,特別是它能完成許多普通設(shè)備不能完成的加工,對形狀較復(fù)雜,精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為適用。 JCS-018型立式加工中心是一種工序高度集中,自動化程度高的機電一體化設(shè)備。工件在一次裝夾后,可連續(xù)地進行銑,鉆,鏜,鉸,攻螺紋等多種工序的加工。該機床適用于小型板件,盤件,殼體件,模具和箱體件等復(fù)雜零件的多品種,小批量加工。主軸是主軸箱的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理,對主軸箱的工作性能有很大的影響。為了提高主軸的剛度和便于安裝,將JCS018立式加工中心的主軸設(shè)計成階梯圓柱形,前端外徑大,后端外徑小,為實現(xiàn)更換刀具時能自動夾緊,主軸內(nèi)部設(shè)計成空心。Z向工作臺的設(shè)計主要是對滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌的設(shè)計,在計算設(shè)計過程要通過剛度,扭矩和載荷等條件來選擇相應(yīng)的零件型號和尺寸。BF-3系統(tǒng)是功能比較簡單的標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用8086微處理器芯片,8284時鐘發(fā)生器,總線控制器8288,中斷控制器8259,串行接口8251A,可編程計時器8253,ROM,RAM以及緩沖器,譯碼器等電路,此外還有一些專用芯片。關(guān)鍵詞:滾珠絲杠 準(zhǔn)停滾 BF3控制系統(tǒng) AbstractCNC Machining Center is the worlds highest yield, the most widely used one of CNC machine tools. Its comprehensive processing ability, the workpiece can be completed after a single setup process more content, higher precision, the difficulty to medium batch processing jobs, and its efficiency is the common equipment 5 to 10 times, in particular, it can be completed many common processing equipment can not be completed on more complex shapes, high precision single piece or small batch processing of many varieties produce more applicable. JCS-018 Vertical Machining Center is a highly centralized process, a high degree of automation, electromechanical integration equipment. After the workpiece in a fixture can be continuously milling, drilling, boring, reaming, tapping and other machining processes. The machine is suitable for small plates, plate pieces, shell parts, molds and complex parts such as cabinet fittings and more variety, small batch processing. Spindle is an important part of the headstock. Size and shape of its structure, manufacturing precision, material and heat treatment, the performance of the work of the headstock has a great influence. In order to improve the stiffness of the spindle and easy to install, the JCS-018 vertical machining center spindle designed to step cylindrical, large diameter front end, back-end small diameter, for the realization of the tool can automatically replace the clamp, the spindle into the interior design hollow. Z key to the design table is the design of ball screw and linear guide rail, through the design process in the calculation of stiffness, torque and load conditions to select the appropriate type and size of parts. BF-3 system is a relatively simple function of the standard CNC system. The system uses 8086 microprocessor chip, 8284 clock generator, bus controller 8288, interrupt controller 8259, serial interface 8251A, programmable timer 8253, ROM, RAM, and buffers, decoders and other circuits, in addition to There are some special chips.Keywords:Ball Screw Quasi-stop roll BF-3 Control System長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文一 引言隨著數(shù)控計算技術(shù)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性的變革,各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資,對現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)進行研究開發(fā),提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造業(yè)系統(tǒng)中,數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù),他集微電子,計算機,信息處理,自動檢測,自動控制等高新技術(shù)于一體,具有高精度,高效率,柔性自動化等特點,對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化,集成化,智能化起著舉足輕重的作用。目前,數(shù)控技術(shù)正在由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上,數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型,超小型化;在智能化基礎(chǔ)上,綜合了計算機,多媒體,模糊控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù),數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速,高精,高效控制,加工過程中可以自動修正,調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù),實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理;在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上,CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體,數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。長期以來,我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系機構(gòu),CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗一固定參數(shù)形式事先設(shè)定,加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié),整個制造過程CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下,加工過程中的道具組合,工件材料,主軸轉(zhuǎn)速,進給速率,刀具軌跡,切削深度,步長,加工余量等加工參數(shù),無法再現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整,更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量,因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見,傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉制體系結(jié)構(gòu),限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展,已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程,因此,對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但費傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變話,制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大,他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT,汽車,輕工,醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用,因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢。從我國其本國請的角度出發(fā),以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導(dǎo)向,以提高制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo),用系統(tǒng)的方法,選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國制造裝備也發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù),配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容,實現(xiàn)制造裝備也的跨越式發(fā)展。強調(diào)以市場需求為導(dǎo)向,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主,以整機(如量大面廣的數(shù)控車床,銑床,高速高精高性能數(shù)控機床,典型數(shù)字化機械,重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等)帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部分(數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機,告訴電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等)的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品;當(dāng)然,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精簡裝備研發(fā)方面,要強調(diào)研究開發(fā)以及最終用戶的緊密結(jié)合,按國家意志實施攻關(guān),以解決國家之需。對數(shù)控方面,強調(diào)創(chuàng)新,強調(diào)研究考法具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品,為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè),裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。精密機械在生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中起著重要的作用。他是儀器設(shè)計的基礎(chǔ)和必不可少的組成部分,被越來越廣泛地 在工業(yè),農(nóng)業(yè),國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化建設(shè)的各個領(lǐng)域中,是實現(xiàn)對各種信息進行采集,傳輸,轉(zhuǎn)換,處理,存儲,顯示和控制的基本部分。在當(dāng)今信息時代,精密機械不僅促進了光電技術(shù),傳感技術(shù),微電子技術(shù),通信技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,而且也通過和這些技術(shù)的結(jié)合,加速了精密機械自身的發(fā)展,并形成了一些新的研究領(lǐng)域和技術(shù),如微機械控制,微光電系統(tǒng)。隨著光學(xué),電子學(xué),自動控制,計算機等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步和發(fā)展,人類綜合應(yīng)用各方面知識和技術(shù),不斷創(chuàng)造出光,機,電,計算機一體化的新型的精密機械及產(chǎn)品。這些產(chǎn)品擴大了精密機械的的應(yīng)用范圍,也為精密機械學(xué)科的發(fā)展開辟了更加廣闊的途徑。不論新型儀器的性能和功能多么現(xiàn)金和強大,都不可能完全脫離機械系統(tǒng)和機構(gòu)而獨立存在,常規(guī)的精密機械設(shè)計方法仍是實現(xiàn)精密儀器的機械系統(tǒng)的重要手段。不同的知是運用了新的工具和方法來實現(xiàn)常規(guī)的設(shè)計。因此,在現(xiàn)代儀器設(shè)計中,精密機械仍占有不可替代的地位。對于現(xiàn)代精密儀器總體設(shè)計人來說,在掌握好光學(xué),電子學(xué)和計算機等先進技術(shù)的同時,一定要掌握好精密機械的基本原理和方法,才能設(shè)計出先進的,多功能的和智能化的光,電,機,計算機一體化的新型儀器和設(shè)備,以滿足國家的經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的需要。二 JCS-018數(shù)控加工中心簡介JCS-018型立式加工中心是一種工序高度集中,自動化程度高的機電一體化設(shè)備。工件在一次裝夾后,可連續(xù)地進行銑,鉆,鏜,鉸,攻螺紋等多種工序的加工。該機床適用于小型板件,盤件,殼體件,模具和箱體件等復(fù)雜零件的多品種,小批量加工。1 JCS-018立式加工中心具有如下的特點(1)可進行強力切削 機床機床主軸箱電動機變速范圍中恒功率范圍寬,低速轉(zhuǎn)矩大,機床主要構(gòu)件剛度高,可進行強力切削。(2)高速定位 工作臺由直流伺服電機,通過聯(lián)軸器,滾珠絲杠帶動xy方向移動,速度可達14m/min,主軸箱Z向移動可達10m/min ,定位精度可達0.0060.015mm/30mm。(3)采用隨機換刀 隨機換刀有數(shù)控系統(tǒng)管理,刀具和刀座上不設(shè)固定編號,換刀由機械手執(zhí)行,結(jié)構(gòu)簡單,可靠。(4)機床采用CNC系統(tǒng) 換刀和主軸準(zhǔn)停由程序控制器控制,有自診功能。2機床主要性能參數(shù)(1)工作臺工作臺外形尺寸(工作面)1000mm*320mm工作臺T形槽寬*槽數(shù)18mm*3mm(2)移動范圍工作臺左右行程(X軸)750mm工作臺前后行程(Y軸)40mm主軸箱上下行程(Z軸)470mm主軸端面距工作臺距離180650mm(3)主軸箱主軸錐孔錐度7:24,BT-45主軸轉(zhuǎn)速(標(biāo)準(zhǔn)型/高速型)2252250r/min,454500r/min主軸驅(qū)動電動機3.8KW,ACZ130交流電動機系列(4)進給速度快速移動速度(X、Y軸)14m/min進給速度(X、Y、Z軸)14000mm/min進給驅(qū)動電動機1.5KW,ACS130電機系列(5)自動換刀裝置刀庫容量12把選刀方式任選最大刀具尺寸100mm*300mm最大刀具質(zhì)量10kg刀庫電動機1.5KW,ACS130電機系列(6)精度定位精度0.012mm/300mm重復(fù)定位精度0.006mm(7)承載能力工作臺允許負(fù)載500kg滾珠絲杠尺寸(X、Y、Z軸)40mm*10mm鉆孔能力(一次鉆出)32mm攻螺紋能力M24mm銑削能力100cm3/min(8)其他氣源4968.6Pa(250L/min)機床質(zhì)量4.5t占地面積3500mm*3060mm.數(shù)控裝置(FANUC-BESK 7CM CNC系統(tǒng))(1)規(guī)格控制軸數(shù)3軸同時控制軸數(shù)(X、Y、Y、Z、Z、X)或3軸軌跡控制方式直線/圓弧方式或空間直線/螺旋方式紙帶代碼EIA/ISO程序格式寫地址式可變程序段脈沖當(dāng)量0.001mm/脈沖最大指令值99999.9999mm或9999.9999英寸紙帶存儲和編輯30m紙帶信息(12KB)3 機床的結(jié)構(gòu)特點為了充分發(fā)揮數(shù)控機床自身的優(yōu)越性,加工中心機床在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要比一般的數(shù)控機床設(shè)計得更加完美,制造得更精密。加工中心機床的結(jié)構(gòu)除了具有一般數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點外,還具有獨特的結(jié)構(gòu)要求:(1)具有存儲加工所需刀具的刀庫刀庫用于存儲刀具,并根據(jù)要求將各工序所用的刀具運送到取刀位置。(2)具有自動裝卸刀具的機械手在加工中心機床上刀具的自動更換,多數(shù)借助機械手來進行。(3)具有主軸準(zhǔn)停機構(gòu)、刀桿自動夾緊松開機構(gòu)和刀柄切屑自動清除裝置這是加工中心機床主軸部件中三個主要組成部分,也是加工中心機床能夠順利地實現(xiàn)自動換刀所具備的結(jié)構(gòu)特征。(4)具有自動排屑、自動潤滑和自動報警的系統(tǒng)等。三 機床主軸箱設(shè)計及相關(guān)計算1 主要部件結(jié)構(gòu)(1)主軸部件圖3-70為JCS-018型立式加工中心的主軸結(jié)構(gòu)圖,刀具自動夾緊裝置裝在主軸內(nèi)孔中。該裝置由拉桿6和頭部的四個鋼球4、碟形彈簧5、活塞8和螺旋彈簧7組成。圖示位置為刀柄夾緊狀態(tài),當(dāng)需要松開刀柄時,液壓缸的上腔進油,活塞8向下移動壓縮螺旋彈簧7,并推動拉桿6向下移動,碟形彈簧5被壓縮,鋼球4隨拉桿一起向下移動。當(dāng)鋼球4移至主軸孔徑較大處時,便松開了刀柄1,刀具連同刀柄一起被機械手拔出。此機床采用靠彈簧力夾緊刀柄、靠液壓力松開刀柄的刀柄夾緊機構(gòu),其優(yōu)點是:如果突然停電,刀柄不會自行松脫。當(dāng)需要夾緊刀柄時,活塞8的上端無油壓,彈簧7使活塞8上移,拉桿5在碟形彈簧5的作用下上移,鋼球4進入刀柄尾部拉釘3的環(huán)形槽內(nèi)將刀柄拉緊?;钊?孔的上端接有壓縮空氣,機械手將刀具從主軸中拔出后,壓縮空氣通過活塞桿和拉桿6中的孔,可將主軸軸端裝刀柄的定位錐孔吹干凈。該機床用鋼球拉緊刀柄,易將主軸孔和刀柄拉釘壓出坑痕,現(xiàn)已改用彈性卡爪結(jié)構(gòu)。圖3-1是一種使用彈性卡爪的刀具自動夾緊機構(gòu)。彈性卡爪4由兩瓣組成,裝在主軸圖3-1 使用彈性卡爪的刀具自動夾緊機構(gòu)1主軸 2刀柄 3拉釘 4彈性卡爪 5蝶形彈簧 6拉桿1內(nèi)孔的軸向槽中。夾緊刀柄時(圖3-71a),液壓缸無壓力油作用(參見圖3-70活塞推桿8),液壓缸推桿上移,在碟形彈簧5的彈力作用下,拉桿6帶動彈性卡爪上移;卡爪在主軸內(nèi)孔錐面的作用下逐漸被收緊,卡住拉釘3,夾緊刀柄。松開刀柄時(圖3-71b),液壓缸推桿推動拉桿6克服碟形彈簧5的彈力下移,彈性卡爪4被推到主軸內(nèi)孔大孔徑處,并被拉桿6下端槽部的錐面撐開,彈性卡爪4與拉釘3脫開,拉桿6繼續(xù)向下移動將刀柄頂松,機械手便可將刀柄連同刀具取出進行換刀。(2)刀柄和拉釘加工中心的刀柄已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化,其刀柄模塊采用7:24錐柄,如圖371所示。加工中心刀柄有ISO(國際標(biāo)準(zhǔn))、GB(中國標(biāo)準(zhǔn))、MAS(日本標(biāo)準(zhǔn))、ANSI(美國標(biāo)準(zhǔn))、DIN(德國標(biāo)準(zhǔn))等多種標(biāo)準(zhǔn)和25、30、40、45、50、60等規(guī)格。固定在錐柄尾部與主軸內(nèi)拉緊機構(gòu)相配備的拉釘也已標(biāo)準(zhǔn)化,分為A型和B型,這里選用B型拉釘,裝配時首先要將拉釘旋緊在刀柄尾部,主軸內(nèi)拉緊機構(gòu)通過滾珠與拉釘?shù)呐浜蟻矶ㄎ坏毒?。裝配拉釘時要注意清理拉釘與刀柄的表面,防止夾雜鐵屑雜物。2主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主軸是主軸箱的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理,對主軸箱的工作性能有很大的影響。為了提高主軸的剛度和便于安裝,將JCS018A立式加工中心的主軸設(shè)計成階梯圓柱形,前端外徑大,后端外徑小,為實現(xiàn)更換刀具時能自動夾緊,主軸內(nèi)部設(shè)計成空心。其前端有7:24錐孔,用于裝錐柄刀具,并有自動定心作用,通過摩擦將刀柄夾緊于主軸的端部,大錐度既利于定心,也便于松夾。主軸端面裝有定向鍵,既可傳遞切削的轉(zhuǎn)矩,又可用于刀具的周向定位。主軸外圓柱面上有前后支承軸承的配合面。主軸的主要尺寸參數(shù)包括:主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨距。(1)主軸直徑主軸直徑越大,其剛度越強,但使得軸承和軸上的其他零件的尺寸相應(yīng)增大。前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高,工藝性能也越好。根據(jù)主軸功率5.5/7.5KW確定主軸的直徑為D1=F90mm。尺寸參數(shù)機床主軸端部結(jié)構(gòu)形狀:主軸中心孔前段錐度,摩氏3-6度。主軸前軸頸尺寸應(yīng)按所傳遞的功率確定,初選時可參照下表初定。表3-1主軸前軸徑的直徑 mm 功率KW D車床 1.47-2.52.6-3.63.7-5.55.6-7.37.4-1111-14.714.8-18.418.5-2222-29.5臥式車床60-8070-9070-10595-130110-145140-165150-190220230銑床50-9060-9060-9575-10090-105100-115-外圓磨床-50-9055-7070-8075-9075-10090-100105105(2)為裝配方便,車床主軸直徑通常是從前向后逐段遞減。一般車、銑床主軸后軸頸的直徑D2=(0.70.9)D1,D1為前軸頸尺寸。所以63D281。根據(jù)情況我們選D2=80mm主軸前端面到前支撐徑向支反力作用點之間的距離為主軸懸伸量,減小懸伸量對提高主軸組件的剛度與抗振性有明顯效果。主軸懸伸量的選擇,可參照下表確定。表3-2主軸懸伸量與前軸頸直徑之比機床和主軸的類型/D 通用和精密車床,自動車床和短主軸端銑床,用滾動軸承支承,適用于高精度和普通精度要求0.6-1.25中等長度和較長主軸端的車床和銑床,懸申不太長(不是細(xì)長)的精密鏜床和內(nèi)圓磨床,用滾動軸承和滑動軸承支撐,適用于絕大部普通生產(chǎn)的要求。1.25-2.5孔加工機床,專用加工細(xì)長深孔的機床,由加工技術(shù)決定,需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動,因切削較重而不適用于有高精度要求的機床。2.5初步確定時可取a=D1。主軸最佳跨距可據(jù)下列經(jīng)驗公式初定 式中 L0最佳跨距 a懸伸量(懸伸量大的機床 若實際跨距L實與最佳跨距L0不能相等時,可取合理跨距。若L實L0時,應(yīng)適當(dāng)加強主軸剛度;反之,L實L0時,應(yīng)適當(dāng)加強軸承剛度。其他傳動軸的徑向尺寸,可按該軸所傳遞的扭矩初定,軸向尺寸必須保證各軸間齒輪不相干涉。滑移齒輪在一對齒輪徹底脫開后,下一對才能進行嚙合,并且留有1-2mm間隙的實際需要的基礎(chǔ)上,據(jù)結(jié)構(gòu)要求確定。(3)主軸內(nèi)孔直徑JCS018A立式加工中心的主軸內(nèi)徑是用來通過刀具夾緊裝置固定刀具的。主軸孔徑越大,機床是使用范圍越廣,同時主軸部件的重量也越輕。但是孔徑的大小受主軸剛度的制約。.主軸內(nèi)孔直徑 其中 ,-空心主軸的剛度和截面慣性矩 K, I -實心主軸的剛度和截面慣性矩當(dāng)主軸孔徑與主軸直徑之比小于0.3時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸的剛度相當(dāng),大于0.7時空心主軸的剛度就急劇下降。此處取其比值為0.3,則主軸內(nèi)孔直徑為90*0.3=27mm。為了方便加工,取內(nèi)孔徑d=28mm主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點、耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。主軸材料選用38CrMoAIA。(4)主軸的剛度驗算 軸的變形和允許值軸上裝齒輪和軸承處的繞度和傾角(y和)應(yīng)該小于彎曲變形的許用值即y 表3-3繞度和傾角(y和)應(yīng)該小于彎曲變形的許用值軸的類型(mm)變形部位(rad)一般傳動軸4.00030.0005l裝向心軸承處0.0025剛度的要求較高-0.0002l裝齒輪處0.001安裝齒輪軸(0.010.00)m裝單列圓錐滾子軸承0.006其中:L表跨距,m表模數(shù)軸的變形計算公式計算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的繞度y及傾角時,一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁。按材料力學(xué)相關(guān)公式計算,主軸的直徑相差不大且計算精度要求不高的時候,可把軸看作等徑軸,采用平均直徑D來計算。 軸的計算簡圖在xz平面內(nèi):圖3-2軸計算簡圖圓軸: d慣性矩: I=矩形花鍵軸: d1= 慣性矩: 軸的分解和變形合成: 對于復(fù)雜受力的變形,先將受力分解為三個垂直面上的分力,應(yīng)用彎曲變形公式求出所求截面的兩個垂直平面的和y。然后進行疊加,在同以平面內(nèi)的可進行代數(shù)疊加,在兩平面內(nèi)的按幾何公式,求出該截面的總繞度和總傾角。提高軸剛度的一些措施:加大軸的直徑,適當(dāng)減少軸的跨度或增加第三支承,重新安排齒輪在軸上的位置改變軸的布置方位等。軸的校核計算:主軸的傳動功率:P主=5.9974KW主軸轉(zhuǎn)矩:T主=143188Nmm支點上的力:根據(jù)彎矩平衡: 求得:RHE=-244.9N根據(jù)力得平衡:5)垂直平面得彎矩:=868.6N=501.1 N根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有:再根據(jù)力得平衡: R則可得B、C點得彎矩圖:在B點和C 點為最危險截面,要滿足要求,B、C點滿足即可,在B、C截面得彎矩為:=110489.6N=708402.5 N扭矩圖為:經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險截面,只要B滿足條件即可,則剛度滿足。計算彎矩 M=942100 N軸得抗彎截面系數(shù)為:=58.94故滿足第三強度理論剛度驗算:在水平面內(nèi),單獨作用時: = =-0.018147mm其中I=2747500在單獨作用下: = =-0.00551mm在兩力得共同作用下:在垂直面內(nèi)有(在單獨作用時) = =-0.0066mm其中I=2747500在單獨作用下: = =-0.001515mm在兩力得共同作用下:所以在共同作用下,x處為危險截面,其最大繞度為而一般的剛度=0.210.35mm所以符合剛度要求,其轉(zhuǎn)角就不用驗算了。3支承方式的選擇(1)選擇軸承的型號由于絲杠工作時,既承受軸向載荷又承受徑向載荷,故支承絲杠的軸承選用能同時承受徑向載荷與單向軸向載荷的角接觸球軸承.絲杠在傳動是要正反轉(zhuǎn),則軸承承受的軸向力的方向可能反復(fù)變化,故采用兩個軸成面對面安裝.如圖所示:圖3-3 角接觸球軸承面對面安裝軸承型號:(2)計算軸承的壽命所謂軸承的壽命,是指軸承中任一滾動體或內(nèi),外圈輥道上出現(xiàn)疲勞點蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下工作的小時數(shù).滾動軸承壽命計算的目的是防止軸承在預(yù)期工作時間內(nèi)產(chǎn)生點蝕破壞,其壽命與所受載荷的大小有關(guān),作用載荷越大,引起的接觸應(yīng)力也就越大,因而在發(fā)生點蝕破壞前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)也就越少,即軸承的壽命越短.圖3-4 滾動軸承的疲勞曲線軸承的壽命:-基本額定動載荷-當(dāng)量動載荷-軸承轉(zhuǎn)速-溫度系數(shù)-壽命指數(shù),球軸承 ; 滾子軸承 對角接觸球軸承,其徑向當(dāng)量動載荷為: -軸向動載荷系數(shù)-徑向動載荷系數(shù)-軸承所承受的徑向載荷-軸承所承受的軸向載荷由于軸承工作時的溫度低于120 ,查表的溫度系數(shù)=3軸承成對安裝故 故軸承的壽命 軸承的預(yù)期壽命一般約為500020000h.本設(shè)計滿足要求。4 主軸準(zhǔn)停裝置 在數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床以及鏜銑為主的加工中心上,由于特殊加工或自動換刀,要求主軸每次停在一個固定的準(zhǔn)確的位置上。所以在主軸上必須沒有準(zhǔn)停裝置。準(zhǔn)停裝置分機械式和電氣式兩種。 圖5-8所示機械準(zhǔn)停裝置的工作原理如下:準(zhǔn)停前主軸必須是處于停止?fàn)顟B(tài),當(dāng)接收到主軸準(zhǔn)停指令后主軸電動機以低速轉(zhuǎn)動,主軸箱內(nèi)齒輪換擋使主軸以低速旋轉(zhuǎn),時間繼電器開始動作,并延時4-6s,保證主軸轉(zhuǎn)穩(wěn)后接通無觸點開關(guān)1的電源,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到圖示位置即凸輪定位盤3上的感應(yīng)塊2與無觸點開關(guān)1相接觸后發(fā)出信號,使主軸電動機停轉(zhuǎn)。另一延時繼電器延時0.2-0.4s后,壓力油進入定位液壓缸下腔,使定向活塞向左移動, 圖3-5機械式主軸準(zhǔn)停裝置1-無觸點開關(guān) 2-感應(yīng)塊 3-凸輪定位盤 4-定位液壓缸 5-定向滾輪 6-定位活塞圖3-6電器式主軸準(zhǔn)停裝置1-主軸 2-同步感應(yīng)器 3-主軸電動機 4-永久磁鐵 5-磁傳感器當(dāng)定向活塞上的定向滾輪5頂入凸輪定位盤的凹槽內(nèi)時,行程開關(guān)LS2發(fā)出信號,主軸準(zhǔn)停完成。若延時繼電器延時1S后行程開關(guān)IS2仍不發(fā)信號,說明準(zhǔn)停沒完成,需使定向活塞6后退,重新準(zhǔn)停。當(dāng)活塞桿向右移到位時,行程開關(guān)lSl發(fā)出滾輪5退出凸輪定位盤凹槽的信號,此時主軸可啟動工作。 機械準(zhǔn)停裝置比較準(zhǔn)確可靠,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。現(xiàn)代的數(shù)控銑床一般都采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置,只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號主軸就可以準(zhǔn)確地定向。如常用磁力傳感器檢測定向的工作原理如圖5-9所示是在主軸上安裝有一個永久磁鐵4與主軸一起旋轉(zhuǎn),在距離永久磁鐵4旋轉(zhuǎn)軌跡外12mm處固定有一個磁傳感器5,當(dāng)銑床主軸需要停車換刀時,數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)的指令,主軸電動機3立即降速,使主軸以很低的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn),當(dāng)永久磁鐵4對準(zhǔn)磁傳感器5時,磁傳感器發(fā)出準(zhǔn)停信號,此信號經(jīng)放大后,由定向電路使電動機準(zhǔn)確地停止在規(guī)定的周向位置上。這種準(zhǔn)停裝置機械結(jié)構(gòu)簡單,發(fā)磁體與磁感傳感器間沒有接觸摩擦,準(zhǔn)停的定位精度可達1。,能滿足一般換刀要求。而且定向時間短,可靠性較高。5 刀具自動夾緊裝置、切屑清除裝置 在加工中心上,為了實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸,并保證刀具在主軸中正確定位,主軸必須設(shè)計有刀具自動夾緊、切屑清除和主軸準(zhǔn)停裝置。如圖5-10所示為設(shè)計有以上三種裝置的自動換刀臥式鏜床(鏜銑加工中心)的主軸部件。 圖3-7 鏜銑加工中心主軸刀具夾緊機構(gòu)刀具自動夾緊裝置和切屑清除裝置由鋼球3、空氣噴嘴4、套筒5、拉桿7、碟形彈簧8、油缸(及活塞)11組成。圖示為刀具的夾緊狀態(tài),在碟形彈簧8的作用下,拉桿7始終保持約10000N的拉力,并通過拉桿7左端的鋼球3將刀桿1的尾部軸頸拉緊。刀桿1采用7:24的大錐度錐柄,在尾部軸頸拉緊的同時,通過錐面的定心和摩擦作用關(guān)鍵所在刀桿1夾緊于主軸2的端部。松開刀具,將壓力油通入油缸11的右腔,使活塞推動拉桿7向左移動,同時壓縮碟形彈簧8。拉桿7的左移使左端的鋼球3位于套筒5的喇叭口處,從而解除了刀桿1上的拉力。當(dāng)提桿7繼續(xù)左移,空氣噴嘴4的端部把刀具頂松,機械手便取出刀桿1。當(dāng)機械手將新刀裝入后,壓力油通入油缸11左腔,活塞向右退回原位,碟彈簧8又拉緊刀桿1。當(dāng)活塞處于左、右兩個極限位置時,相應(yīng)的限位開關(guān)發(fā)出松開和夾緊的信號。 自動清除主軸孔中的切屑和灰土是換刀操作中的一個不容忽視的問題。如果在主軸錐孔中掉進了切屑或其他污物,在拉緊刀桿時,就會劃傷錐孔和錐柄表面,甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜,破壞刀具正確定位,影響加工零件的精度,甚至使零件報廢。為了保持主軸錐孔的清潔,常用壓縮空氣吹屑。活塞和拉桿的中心,都有壓縮空氣通道,當(dāng)活塞向左移動時,壓縮空氣經(jīng)活塞和拉桿的通道,由空氣噴嘴噴出,將錐孔清理干凈。噴氣小孔要有合理的噴射角度,并均勻分布,以提高吹屑效果。 對自動換刀數(shù)控鏜銑床,切削扭矩是通過刀桿的端面鍵來傳遞的。為了保證自動換刀時使刀桿的鍵槽對準(zhǔn)主軸上的端面鍵,主軸需停在一個固定不變的方位上,這由主軸準(zhǔn)停裝置來實現(xiàn)。 圖3-7的主軸準(zhǔn)停裝置由定位盤9、10,滾子12,定位油缸(及活塞)13,無觸點開關(guān)14以及限位開關(guān)15、16組成。當(dāng)需要停車換刀時,發(fā)出準(zhǔn)停信號,主軸轉(zhuǎn)換到最低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。在時間繼電器延時數(shù)秒后,接通無觸點開關(guān)14。當(dāng)定位盤10上的感應(yīng)片對準(zhǔn)無觸點開關(guān)14時,發(fā)出信號切斷主軸的傳動使其作低速慣性空轉(zhuǎn)。再經(jīng)時間繼電器短暫延時,接通定位油缸13的滾子12時,滾子12進入槽內(nèi)使主軸準(zhǔn)確停止。同時,限位開關(guān)15發(fā)出完成準(zhǔn)停信號,如果在規(guī)定時間限位開關(guān)15未發(fā)出完成準(zhǔn)停信號,則時間繼電器發(fā)出重新定位信號重復(fù)上述動作,直到完成準(zhǔn)停為止。完成準(zhǔn)停后,活塞退回原位,開關(guān)16發(fā)出相應(yīng)信號。四 Z向工作臺設(shè)計及相關(guān)計算1 滾珠絲杠螺母副機構(gòu)(1)滾珠絲杠副的工作原理及特點滾珠絲杠副是一種新型的傳動機構(gòu),它的結(jié)構(gòu)特點是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動件,以減少摩擦,絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽,這兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線滾道,在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時,滾珠相對于螺母上的滾道滾動,因此絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來,在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置,使?jié)L珠能循環(huán)流動。滾珠絲杠副的特點是:1)傳動效率高,摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率0.920.96,比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍。因此,功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)的絲杠螺母副的1/41/3。2)給予適當(dāng)預(yù)緊,可消除絲杠和螺母的螺紋間隙,反向時就可以消除空行程死區(qū),定位精度高,剛度好。3)運動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象,傳動精度高。4)運動具有可逆性,可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動,也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動,即絲杠和螺母都可以作為主動件。5)磨損小,使用壽命長。6)制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高,表面粗糙度也要求高,故制造成本高。7)不能自鎖。特別是對于垂直絲杠,由于自重慣力的作用,下降時當(dāng)傳動切斷后,不能立刻停止運動,故常需添加制動裝置。(2) 滾珠絲杠副的參數(shù)名義直徑d0:滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑,它是滾珠絲杠副的特征尺寸。導(dǎo)程L:絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時,螺母上基準(zhǔn)點的軸向位移。基本導(dǎo)程L0:絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)2弧度時,螺母上基準(zhǔn)點的軸向位移。接觸角:在螺紋滾道法向剖面內(nèi),滾珠球心與滾道接觸點的連線和螺紋軸線的垂直線間的夾角,理想接觸角等于450。此外還有絲杠螺紋大徑d、絲杠螺紋小徑d1、螺紋全長l、滾珠直徑db、螺母螺紋大徑D、螺母螺紋小徑D1、滾道圓弧偏心距e以及滾道圓弧半徑R等參數(shù)。導(dǎo)程的大小是根據(jù)機床的加工精度要求確定的。精度要求高時,應(yīng)將導(dǎo)程取小些,這樣在一定的軸向力作用下,絲杠上的摩擦阻力較小。為了使?jié)L珠絲杠副具有一定的承載能力,滾珠直徑db不能太小。導(dǎo)程取小了,就勢必將滾珠直徑db取小,滾珠絲杠副的承載能力亦隨之減小。若絲杠副的名義直徑d0不變,導(dǎo)程小,則螺旋升角也小,傳動效率也變小。因此導(dǎo)程的數(shù)值在滿足機床加工精度的條件下,應(yīng)盡可能取大些。名義直徑d0與承載能力直接有關(guān),有的資料推薦滾珠絲杠副的名義直徑d0應(yīng)大于絲杠工作長度的1/30。數(shù)控機床常用的進給絲杠,名義直徑d0=3080mm2 滾珠絲杠副的選擇計算(1)滾珠絲杠副的計算已知:平均工作載荷Fm=3000N,絲杠工作長度L=0.47m。平均轉(zhuǎn)速n=100r/min,最大轉(zhuǎn)速n=4500r/mi,使用壽命15000左右,材料為鋼,滾道硬度為60HRC,傳動精度mm,求計算載荷【8】。= K 查表2-6 取 =1.6,查表2-7 取 K=1.0,因為精度等級為級,因此K1.0所以 1.21.01.0704800(2)計算額定動載荷計算值480021686額定動載荷21686N22556N故查機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)表 2-9考慮各種因素 選用5008-2.5由表選擇滾珠絲杠副數(shù)據(jù)如下:公稱直徑: D=50mm導(dǎo)程:6 螺 旋 角:滾珠直徑:3.969mm滾道半徑:0.52=0.523.969mm=2.064mm偏 心 距:=0.07(/2)0.07 (2.0643.969/2)=5.6mm絲杠內(nèi)徑:D2=45.76mm(3)穩(wěn)定性驗算由于一端軸固定的絲杠在工作時可能會發(fā)車生失穩(wěn),所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù),其值應(yīng)大于絲杠副傳動允許安全系數(shù)S計算臨界載荷剛彈性模量E2.0610根據(jù)已知條件: /64=3.14/64=2.0選取2/3【3】= 12978001.3N 安全系數(shù): /=12978001.3/70=185400.2查表2-10知S2.23.3 即絲杠是安全的,不會失穩(wěn)。(4)絲杠在高速工作時可能發(fā)生共振,因此需驗算其不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 9910取3.927,2/3【3】9910=527688.4r/minn4500/min。所以絲杠不會發(fā)生共振。(5)滾珠絲杠要求Dn7.0 mmr/min501000.5mmr/min7.0mmr/min所以該絲杠副工作穩(wěn)定,符合設(shè)計要求。(6)剛度驗算滾珠絲杠導(dǎo)程變形量: Ftan( ) 在本次設(shè)計中 取摩擦系數(shù)為tan,即 3000+0.1444)=3.0 = + =1.0 m因此絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 =0.1/4 =2.5m 要求該絲杠的導(dǎo)程誤差滿足上式,故其剛度滿足要求。(7)效率驗算 =tan/tan()=0.945 要求在0.90.98之間,所以此絲杠副是合格的。3 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌,他是有運動件和承導(dǎo)件組成,目的是用來支承和引導(dǎo)運動件外在驅(qū)動下按給定的方向做往復(fù)運動,依定位原理,在結(jié)構(gòu)設(shè)計上,必須限制運動件的五個自由度,而保留其按規(guī)定方向移動的自由度。 直線導(dǎo)軌副具有承載能力大,接觸剛性高,可靠性高等特點,主要在機床的床身,工作臺導(dǎo)軌和立柱上,下升降導(dǎo)軌上使用。我們可以根據(jù)負(fù)載大小,受載荷方向,沖擊和振動大小等多種情況來選擇。a:根據(jù)直線導(dǎo)軌的受力方向由于滾動直線導(dǎo)軌副的滑塊與導(dǎo)軌上通常有四列圓弧滾道,因此能承受四個方向的負(fù)荷和翻轉(zhuǎn)力矩。滾動直線導(dǎo)軌副承受能力會隨滾到中心距增大而加大。b:根據(jù)滾動直線導(dǎo)軌副的負(fù)荷大小不同規(guī)格有著不同的承載能力,可根據(jù)承受負(fù)荷大小選擇。為使每副滾動直線導(dǎo)軌都有比較理想的使用壽命,可根據(jù)所選廠家提供的近似公式計算額定壽命和額定小時壽命,以便給定合理的維修和更換周期。還需要考慮滑塊承受載荷之后,滑塊滾動阻力的影響,最好要進行滾動阻力的計算,以便確定合理的驅(qū)動力。c:預(yù)加負(fù)載的選擇根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的沖擊,振動情況以及精度要求,選擇合適的預(yù)壓值。(1)導(dǎo)軌型號的選擇已知滑座上的載荷為F=3000N,滑座個數(shù)4個,單向行程長度0.6m,每分鐘往返次數(shù)為4由得Ts=2*9000*0.6*4*60/1000=2592KM因滑座個數(shù)為4所以沒根導(dǎo)軌上使用2個滑座,由機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)表2-152-18確定fc=0.81,f=1,f=1,f=2所以由Ts= K為壽命系數(shù),一般取K=50 得 C=37556N 因為37556N43800N,所以選擇HJGD45型滾動直線導(dǎo)軌4 離合器的選擇離合器的基本要求:(1) 結(jié)合平穩(wěn),分離徹底,動作準(zhǔn)確可靠。(2) 質(zhì)量輕,外型小,慣性小,結(jié)構(gòu)簡單,工作安全。(3) 操作方便,省力,散熱性好,壽命長。選擇離合器可按以下公式確定計算轉(zhuǎn)矩:對于牙嵌式離合器 Tc=KT 對于摩擦式離合器 Tc=式中 Tc 離合器計算轉(zhuǎn)矩,N.m; T 離合器額定轉(zhuǎn)矩,N.m; K 工況系數(shù) K 離合器的結(jié)合次數(shù)修正系數(shù); K 離合器的圓周速度修正系數(shù)。摩擦面上的平均圓周速度V 圓周速度,m/sD 摩擦面平均直徑,mmD 摩擦面的內(nèi)徑,mmD 摩擦面的外徑,mmn 離合器的轉(zhuǎn)速,r/min。離合器形式與結(jié)構(gòu)選擇選用離合器首先應(yīng)在國家,機械行業(yè)以及企鵝也標(biāo)準(zhǔn)離合器中進行選擇,采用國標(biāo)或者機標(biāo)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)離合器產(chǎn)品便于易損件的配套互換。(1) 根據(jù)離合器的使用條件,選擇離合器的結(jié)合元件。a. 低速,地址轉(zhuǎn)動下離合,不頻繁離合可選剛性結(jié)合元件,剛性結(jié)合原件具有傳遞力矩大,傳動速比不變,不產(chǎn)生摩擦熱,體積等特點。b. 當(dāng)傳動系統(tǒng)要就緩沖,通過離合器吸收峰值力矩,則個選用半剛性結(jié)合原件,即摩擦元件。c. 長期打滑的工況,則應(yīng)選擇電磁和液壓傳遞能量的離合器。(2) 根據(jù)工作機的要求選擇離合器的操作方式。a 結(jié)合次數(shù)不多,傳遞力矩不大的離合器常用氣動或液壓操作系統(tǒng)。b 中小型,頻繁操作,結(jié)合速度快,可采用電磁操作系統(tǒng)。(3) 根據(jù)機械設(shè)備的工作要求確定離合器的容量,包括轉(zhuǎn)矩容量和熱容量,轉(zhuǎn)矩容量是離合器的基本參數(shù),必須大于機械的載荷力矩和慣性力矩。(4) 離合器的壽命也 是選用時必須考慮的因素,離合頻繁的離合器要保持磨損量小,使用壽命長。所以根據(jù)數(shù)控機床的特點和要求選用電磁離合器。電磁離合器是利用激磁線圈的電流所產(chǎn)生的磁力來控制離合器的接合與分離。電磁離合器結(jié)構(gòu)簡單,啟動轉(zhuǎn)矩大,離合迅速,安裝維修方便,使用壽命長,操作方便。電磁離合器可以單獨操縱,也可以集中控制及遠(yuǎn)距離控制,在設(shè)備中與其他電氣元件協(xié)同實現(xiàn)自動控制,還可以方便地調(diào)節(jié)激磁電流來改變離合器的工作轉(zhuǎn)矩或者在連續(xù)的滑差下維持恒定的轉(zhuǎn)矩。電磁離合器可分為:干式單片電磁離合器,干式多片電磁離合器,濕式多片電磁離合器,磁粉離合器,轉(zhuǎn)差式電磁離合器等。電磁離合器工作方式又可分為:通電結(jié)合和斷電結(jié)合。在這里我們選用濕式多片電磁離合器(1)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(摩擦片式電磁離合器):電磁離合器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。主要由激磁線圈、鐵芯、銜鐵、摩擦片及聯(lián)接件等組成。一般采用直流24V作為供電電源。圖4-1電磁離合器電氣符號圖4-2電磁離合器結(jié)構(gòu)圖1-主軸 2-主動摩擦片 3-從動摩擦片 4-從動齒輪 5-套筒 6-線圈7-鐵芯 8-銜鐵 9-滑環(huán)(2)動作原理分析:主動軸1的花鍵軸端,裝有主動摩擦片2,它可以沿軸向自由移動,因系花鍵聯(lián)接,將隨主動軸一起轉(zhuǎn)動。從動摩擦片3與主動摩擦片交替裝疊,其外緣凸起部分卡在與從動齒輪4固定在一起的套筒5內(nèi),因而從動摩擦片可以隨同從動齒輪,在主動軸轉(zhuǎn)動時它可以不轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈6通電后,將摩擦片吸向鐵芯7,銜鐵8也被吸住,緊緊壓住各摩擦片。依靠主、從動摩擦片之間的摩擦力,使從動齒輪隨主動軸轉(zhuǎn)動。線圈斷電時,裝在內(nèi)外摩擦片之間的圈狀彈簧使銜鐵和摩擦片復(fù)原,離合器即失去傳遞力矩的作用。線圈一端通過電刷和滑環(huán)9輸入直流電,另一端可接地。作用:電磁離合器是一種自動化執(zhí)行元件,它利用電磁力的作用來傳遞或中止機械傳動中的扭矩。類型認(rèn)識:根據(jù)結(jié)構(gòu)不同,分為摩擦片式電磁離合器、牙嵌式電磁器、磁粉式電磁器和渦流式電磁離合器等。根據(jù)設(shè)計要求以及配合條件選擇DLM5型濕式多片電磁離合器。 a.用途及特點: 濕式多片電磁離合器分為有滑環(huán)式和無滑環(huán)式,需要在有潤滑的條件下工作,磨擦片磨擦小,使用壽命長;徑向尺寸小,力矩大,可廣泛用于機床、軋鋼、冶金采礦、金屬壓延、搬運、船舶漁業(yè)等設(shè)備的機械傳動系統(tǒng)中,起到離合、換向、變速等作用。 b.穩(wěn)定工作條件: 1.海撥高度不超過2000m 2.周圍介質(zhì)中無爆炸危險且無足以腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體及導(dǎo)電塵埃; 3.周圍空氣溫度為-5至+40; 4.離合器線圈的供電電壓波動不超過-15%至5%的額定電壓; 5.磨擦片間需要有潤滑。 c.安裝注意事項: 1.離合器安裝前應(yīng)清洗干凈; 2.安裝時應(yīng)軸向固定,如分軸安裝應(yīng)保持同軸度為9級; 3.離合器工作時應(yīng)向磨擦片供油.在高速運轉(zhuǎn)和高頻工作時,應(yīng)采取軸心供油法。 4.離合器潤滑油應(yīng)清潔,否則會影響其使用可靠性。五 BF3控制系統(tǒng)設(shè)計1 BF-3控制系統(tǒng)簡介BF-3系統(tǒng)是功能比較簡單的標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng),該系統(tǒng)采用8086微處理器芯片,8284時鐘發(fā)生器,總線控制器8288,中斷控制器8259,串行接口8251A,可編程計時器8253,ROM,RAM以及緩沖器,譯碼器等電路,此外還有一些專用芯片,其中主要是一片專用控制器芯片MB8739.系統(tǒng)有地址總線(A0A19共20位)和數(shù)據(jù)總線(D0D15)兩條總線。地址總線中有16條和數(shù)據(jù)總線共用。 2 芯片簡介(1)中央處理單元(CPU)芯片8086a8086的功能 CPU的任務(wù)是從ROM或RAM中讀取指令,分析指令的含義及類別,然后執(zhí)行。從圖可見,8086芯片的內(nèi)部邏輯分為兩大部分,指令的執(zhí)行單元(EU)和總線接口單元(BIU)這兩部分并行工作。 執(zhí)行單元(EU)包括下面一些邏輯: 用作數(shù)據(jù)累加運算的16位算術(shù)/邏輯運算器(ALU)。 8個16位通用寄存器組。 用于累加前暫存數(shù)據(jù)的16位數(shù)據(jù)暫存寄存器。 16位狀態(tài)標(biāo)志寄存器。 對指令進行分析譯碼器的EU控制電路。總線接口單元(BIU)包括: 4個16位段基址寄存器。 16位的指令地址指針(寄存器)(IP) 與EU通訊的內(nèi)部寄存器。 加法器。 6個字節(jié)的指令隊列緩沖器(ISQ)。 總線控制邏輯。 由以上可知,EU和BIU執(zhí)行不同的任務(wù),但兩者同時工作,故大大提高了CPU的工作速度。8086的時針頻率可達8MHz。 圖5-1 8086芯片b.芯片的輸入與輸出8086芯片為雙列直插式芯片,共40個角,功能如下:CLK:系統(tǒng)的時鐘(輸入)RESET:CPU的復(fù)位信號(輸入)。READY:等待信號輸入。NMI:非屏蔽中斷輸入(上升沿觸發(fā))INTR:中斷請求輸入,高點平有效。AD00AD15:地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線。A16A19:地址總線的最高四位。MIN/MAX:CPU的工作模式控制,接地電平時就是8086的最大模式。RQ/GTO:總線的請求/允許請求。QS0QS1:內(nèi)部指令排隊信息的外部跟蹤信息(輸出)。BHE:數(shù)據(jù)總線的高位字節(jié)使能(輸出)。VCC:電源端,+5V。GND:地端。RD:讀控制(輸出)。WR:寫控制(輸出)。DT/R:數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收控制(輸出)。IO/M:輸入,輸出設(shè)備和存儲器控制(輸出)。DEN:數(shù)據(jù)信號的有效(輸出)。ALE:地址信號的有效(輸出),允許鎖存。INTR:中斷響應(yīng)。HOLD:保持請求(輸入)。HODA:保持響應(yīng)(輸出)。TEST:測試狀態(tài)(輸入)。c.8086的工作模式 8086允許用其組成單CPU或多CPU系統(tǒng)。其信號MNMAX用于工作模式的選擇。當(dāng)該信號端接5V時,為單CPU應(yīng)用,工作于最小模式;當(dāng)MN/MAX接地時,可以和其它處理機共享總線,工作于最大模式(BF系統(tǒng)即為此種方式)。調(diào)機時,和工程師面板調(diào)試系統(tǒng)共享總線。最小模式使用的控制總線是CPU8086芯片本身的信號端。最大模式時有些控制總線是由總線控制器8288產(chǎn)生的。也就是說,最大工作模式時微處理器是由8086和8288組成的。(2)譯碼器74LS138:實現(xiàn)譯碼功能的數(shù)字電路;74LS138是一個“3-8”譯碼器,即它有3個輸入端A、B、C和8個輸出端Y0-Y7,輸出端可分別與擴展芯片的片選端相連。3個輸入端可以組成8種輸入狀態(tài),分別對應(yīng)8種輸出狀態(tài),8種輸出中每一種只能有1位是“0”,其余7位全是“1”。只有片選端和74LS138輸出端為“0”的端口相連的芯片被選中,保證了每個芯片地址的唯一性。74LS138的引腳圖見圖4.3: 圖5-2 譯碼器74LS138引腳圖(3)時鐘發(fā)生器8284 8086芯片內(nèi)部沒有時鐘發(fā)生器,需由外部提供時鐘脈沖源。8284芯片除了設(shè)有時鐘發(fā)生電路外,還有復(fù)位信號和同步信號的發(fā)生電路。其結(jié)構(gòu)如圖所示。該電路用于產(chǎn)生時鐘輸出信號。振蕩源為外加石英晶體振蕩器,接于X1和X2之間,經(jīng)過XTAL Oscillator電路產(chǎn)生振蕩脈沖OSC。該電路有三個時鐘輸出:OSC,為OSC。的反相信號;PCLK,為TTL電平信號。該信號用于8086CPU 圖5-3 時鐘發(fā)生器8284和8088的系統(tǒng)時鐘,信號的占空比為3:1。FANUC-3系統(tǒng)的CLK頻率為5MHZ。此外,該電路提供了使用另外的脈沖源的可能性。圖中EFI端為外加脈沖源。F/為脈沖源選擇控制端,低電平時選擇晶體振蕩器為脈沖源,高電平時選擇EFI為脈沖源。(4)可編程接口芯片8255A 圖5-4 8255A管腳圖芯片說明:8255A是Intel公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片,它具有3個8位的并行I/O口,具有三種工作方式,可通過程序改變其功能,因而使用靈活,通用性強,可作為單片機與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。8255有三種基本工作方式,三種工作方式由工作方式控制字決定,方式控制字由CPU通過輸入/輸出指令來提供.三個端口中PC口被分為兩個部分,上半部分隨PA口稱為A組,下半部分隨PB口稱為B組.其中PA口可工作與方式0、1和2,而PB口只能工作在方式0和1。8255共有40個引腳,采用雙列直插式封裝,各引腳功能如下:D0-D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線,與單片機數(shù)據(jù)總線連接,用來傳送數(shù)據(jù)信息。CS:片選信號線,低電平有效,表示芯片被選中。RD:讀出信號線,低電平有效,控制數(shù)據(jù)的讀出。WR:寫入信號線,低電平有效,控制數(shù)據(jù)的寫入。Vcc:+5V電源。PA0-PA7:A口輸入/輸出線。PB0-PB7:B口輸入/輸出線。PC0-PC7:C口輸入/輸出線。RESET:復(fù)位信號線。A1、A0:地址線,用來選擇8255內(nèi)部端口。GND:地線。(5) A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809圖5-5 ADC0809管腳圖芯片介紹:ADC0809是一種比較典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,CMOS工藝,可實現(xiàn)8路模擬信號的分時采集,片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān),以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路,其轉(zhuǎn)換時間為100s左右,采用雙排28引腳封裝,其引腳說明如下: IN0IN7:8路模擬量輸入通道 ADDAADDC:地址線用于選擇模擬量輸入通道 ALE:地址鎖存允許信號 START:轉(zhuǎn)換啟動信號 D0D7:數(shù)據(jù)輸出線 OE:輸出允許信號,低電平允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出 CLOCK:時鐘信號輸入引腳,通常使用500KHz EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號,為0代表正在轉(zhuǎn)換,1代表轉(zhuǎn)換結(jié)束 Vcc:5V電壓 VREF()、VREF():參考電壓(6)中斷控制器8259A8086通過中斷控制器與中斷源聯(lián)系,以處理外部事件。8259A可接收8個中斷源的中斷申請,并對其優(yōu)先級別進行判別,將選出的當(dāng)時最高級別的送到CPU8086的INTR(中斷請求)輸入端。CPU響應(yīng)中斷后,通過8288送出響應(yīng)信號INTA加到8259A,于是8259A將中斷源的中斷矢量送到數(shù)據(jù)總線,開始CPU的中斷服務(wù)8259A芯片包括下列幾個功能 IRR,請求中斷寄存器。用于存放正在請求服務(wù)的中斷級。 ISR,服務(wù)寄存器。存放正在服務(wù)的中斷級(該位置1)。 優(yōu)先級分析器。判斷IRR被置1的最高級別的中斷源。當(dāng)*信號輸入后,將該位置入ISR。 IMR,中斷屏蔽寄存器。該寄存器中若某位置1,則對應(yīng)的中斷級被屏蔽。屏蔽字有CPU通過程序送來。 控制邏輯。向CPU發(fā)出中斷申請INT;接收中斷響應(yīng)信號* 數(shù)據(jù)總線緩沖器。對數(shù)據(jù)信號緩沖。 讀/寫邏輯??刂菩酒淖x/寫操作。 連續(xù)控制(緩沖/比較)。多個8259A時串級連接線。8259A的輸入,輸出信號包括:,片選,低電平有效。BF-3系統(tǒng)中由地址總線高8位譯出的*信號與此相連。,讀命令,低有效。為低時,8259A把信息送到總線,供CPU使用。,寫命令,低有效。為低時,8259A接收CPU送來的文字。,8259A地址的最低位。,中斷請求信號。8個中斷源與此相連。,中斷響應(yīng),低有效。由CPU送入,8259A接收該信號后把中斷向量送到總線。 ,雙向數(shù)據(jù)總線。 ,輸出到CPU的中斷申請。當(dāng)*中有一位置1時,便發(fā)出該信號。工作過程是;當(dāng)有中斷申請。當(dāng)*之一變高(置1),使IRR的相應(yīng)位置1;通過控制邏輯向CPU發(fā)出中斷申請INT,并判別優(yōu)先權(quán);CPU對INT做出反應(yīng),若承認(rèn)中斷發(fā)出做出回答;ISR中相應(yīng)于當(dāng)前最高優(yōu)先權(quán)的位置1,相應(yīng)的IRR位置0,發(fā)出CALL碼,然后發(fā)出中斷向量地址。(7)可編程計數(shù)器82538253除作計數(shù)器外,經(jīng)編程后還可用作:頻率脈沖發(fā)生器、方波頻率發(fā)生器、實時時鐘和單脈沖觸發(fā)計數(shù)。8253有3個獨立的16位計數(shù)器,每個計數(shù)器均以減法計數(shù),每個計數(shù)器都可按二進制計數(shù)或十進制(BCD碼)計數(shù)。每個計數(shù)器都可以有程序設(shè)置6種工作方式。每個計數(shù)器計數(shù)可達2MHz,所有I/O接口都可以與TTL兼容。(8)通行串行數(shù)據(jù)通訊接口8251A芯片介紹:它具有雙緩沖結(jié)構(gòu)的接收器和發(fā)送器,波特率發(fā)生器和接受器提供所需要的同步控制時鐘信號;還有實現(xiàn)與調(diào)制解調(diào)器控制邏輯,以及實現(xiàn)中斷控制和優(yōu)先權(quán)判斷的中斷控制邏輯。圖5-6 8251管腳排列圖(9)數(shù)據(jù)總線緩沖器74LS640數(shù)據(jù)總線緩沖器是CPU與8251之間的數(shù)據(jù)接口,它包含3個8位緩沖器,共中兩個寄存器分別用來存放CPU從8251取的信息或數(shù)據(jù),一個寄存器存放CPU向8251寫入的控制字或數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線緩沖器將8251的8條數(shù)據(jù)線
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