小型数控卧式镗铣床主轴箱升降和制动装置设计说明书

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1、摘要小型数控卧式镗铣床主轴箱沿着X轴升降。数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的升降系统、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。本文通过对小型数控卧式镗铣床主轴箱的机械系统、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。本说明书简要明确的说明了小型数控卧式镗铣床主轴箱升降和制动装置设计的过程及内容，包括机械传动系统和电气控制系统的设计，其中机械传动系统部分包含了确定系统脉冲当量和切削力，滚珠丝杠螺母副的计算和选型，电机的计算和选型。本次课程设计，主要设计和研究小型数控卧式

2、镗铣床主轴箱升降和制动装置及其电气原理图。确定小型数控卧式镗铣床主轴箱升降的传动系统，并且选择了螺旋传动，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。利用8031、6264、2764、373、8155、8255等MCS—51单片机设计其硬件电路图。关键词：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；MCS—51单片机23内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书目录摘要1目录11.总体方案设计21.1机械传动方式21.2进给伺服系统的类型21.3电气控制系统方案设计22.主轴箱升降进给伺服系统设计计算32

3、.1确定系统脉冲当量32.2确定系统切削力32.3滚动导轨副的计算和选型32.3.1滚动导轨副的额定寿命42.4滚珠丝杠螺母副的计算和选型52.4.1滚珠丝杠螺母副的计算52.5步进电机变速箱的选用92.6步进电机的计算与选型92.6.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量92.6.2初选步进电动机92.6.3步进电动机最大静转矩的选定122.6.4步进电动机的性能校核122.6.5起动频率的计算132.7联轴器的选型133.微机数控系统硬件电路设计153.1计算机系统153.2单片微机数控系统硬件电路设计内容153.2.1绘制电气控制系统框图153.2.2选择CPU的类型163.2

4、.3存储器扩展电路的设计163.2.4I/O接口电路设计1623内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书3.3各类芯片简介173.3.189C51芯片简介173.3.2373芯片简介173.3.36264芯片简介173.3.428C64芯片简介183.3.582C55A芯片简介183.4存储器扩展电路设计183.4.1程序存储器ROM的扩展183.4.2数据存储器RAM的扩展193.4.3译码电路的设计193.5I/O接口电路的设计203.5.182C55A可编程接口芯片203.5.2键盘显示接口电路203.689C51的时钟电路213.7复位电路213.8越界报警电路213.9掉电保护电

5、路223.10控制系统的功能223.11控制系统的工作原理2223内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书1.总体方案设计总体方案应考虑镗铣床系统的运动方式，进给伺服系统的类型，数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。1.1机械传动方式为了实现设计要求的分辨率，采用步进电机传动丝杠。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，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。1.2进给伺服系统的类型小型卧式镗铣床应具有单坐标定位，两坐标直线插补，圆弧插补以及螺纹插补的功能，因此数控系统应设计成连续控制系统。保证卧式镗铣床加工精度的前提下

6、，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机开环控制系统如下图1-1。指令脉冲步进电机驱动装置装置步进电动机镗铣床主轴箱图1-1步进电机开环系统1.3电气控制系统方案设计单片机方案根据设计要求，采用8位微机。由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，高性价比等特点，故采用MCS—51系列的8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。小型数控卧

7、式镗铣床主轴箱升降和制动装置电气控制系统单片机方案设计如23内蒙古工业大学专业综合设计Ⅱ说明书图1-2所示。图1-2小型数控卧式镗铣床主轴箱升降和制动装置电气控制系统单片机方案2.主轴箱升降进给伺服系统设计计算伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的脉冲当量、确定系统的负载、滚动导轨副的计算和选型，确定步进电动机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图等。现分述如下：2.1确定系统脉冲当量一个进给脉冲，使运动部件产生的位移量，称为脉冲当量