1、 2016 届毕业设计（论文） 简易数控铣齿机设计 教 学 部： 机电信息工程 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 罗源 班 级： 机设1204 学号 1212110127 指导教师姓名： 明兴祖 职称 教授 最终评定成绩 2016 年 5 月 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） 简易数控铣齿机设计 教 学 部：机电信息工程 专 业：机械设计制造及其自动化 学 号： 1212110127 学生姓 名： 罗源 指导教 师： 明兴祖 教授 2016 年 5 月 湖南工业大学科技学院 毕业论文（设计） 诚信声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目简易数控铣齿机设计是本人在
2、指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。 作者签名： 日期： 2016 年 5 月 20 日 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） I 摘 要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。 铣齿 是一种常用的机械加工方法，普通 铣齿不仅生产效率低、加工质量不稳定，而且齿 尺寸 变化的适应性差
3、，加工成本较高。为了解决这些 问题，使加工过程自动化，试设计一种专用的数控机床 数控铣齿机， 用于 铣削 锁 的 钥匙片 齿，以满足锁厂的生产需要。 本文介绍了数控铣齿机的基本结构，工作原理，铣齿机各运动的实现及其控制，铣齿机有关部件的计算及单片机控制程序框图，电气控制原理。 该数控铣齿机具有生产效率高，加工质量稳定和结构简单等特点。 关键词 ： 铣齿机，数控，设计湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） II ABSTR AC T With the continuous development of numerical control technology and application fie
4、ld expands, he to the national economy and peoples livelihood some important industry (IT, automobile, light industry, medical, etc.) is playing a more and more important role in the development, because the digital equipment needed for the industry has been the trend of modern development. The mill
5、ed tooth is one commonly used machine-finishing method, the ordinary milled tooth production efficiency is not only low, the processing quality is unstable, moreover the tooth size changes compatibility is bad, the processing cost is high. In order to solve these problems, causes the processing proc
6、ess automation, tries to design one special-purpose numerically-controlled machine tool - - numerical control gear cutter, uses in key piece tooth which the milling locks, locks the factory satisfiedly the production need. This article introduced the numerical control gear cutters basic structure, t
7、he principle of work, gear cutter various movements realization and controls, gear cutter related parts computation and monolithic integrated circuit control procedure diagram, electric control principle. This numerical control gear cutter has the production efficiency to be high, the processing qua
8、lity is stable and structure simple and so on characteristics. Keywords: Gear mill, NC, Design 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） III 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 数控机床简介 1 1.1.1 数控机床的产生和发展 1 1.1.2 数控机床的特点 2 1.2 数控机床的工作原理和组成 3 1.2.1 数控机床的工作原理 3 1.2.2 数控机床的组成 3 1.3 数控机床的分类 4 第 2 章 铣齿机的总体及各部件的工作原理 6 2.1 产品概述 6 2.2 数控铣齿机总体的工作原理
9、7 2.3 铣齿机各运动的实现 8 2.4 铣齿机各部件的工作原理 9 第 3 章 铣齿机机械部分的结构设计 11 3.1 机座 11 3.2 走刀组件及动力 11 3.3 圆盘凸轮的设计 12 3.4 回位弹簧的设计 16 3.5 走刀电动机的功率计算 19 3.6 切削组件及动力 23 3.7 分距夹持组件 27 3.8 进刀组件 27 第 4 章 电气控制部分 29 4.1 铣削动力电机 29 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） IV 4.2 走刀动力电机 29 4.3 步进电机 29 4.4 数控板 29 4.5 8098 单片机的工作方式 31 4.6 8255 可编程并行 I/O
10、 芯片的工作方式 31 4.7 键盘 31 4.8 显示器 32 4.9 控制程序图 33 结论 42 参考文献 43 致谢 44 附录 设计图纸 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 数控机床简介 1.1.1 数控机床的产生和发展 科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。它不仅提高产品的质量、提高生产效率、降低生产成本、还能够大大 改善工人的劳动条件。 大批量的自动化生产广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、多工位多面同时加工，以达到高效率和高自动化。
11、但这些都属 于刚性自动化，在面对小批量生产时并不是适用，因 为小批量生产需要经常变化产品的种类，这就要求生产线具有柔性。而从某种程度上说，数控机床的出现 正是很地满足了这一要求。 1952 年，美国麻省理工学院成功地研制出一套三坐标联动，利用脉冲乘法器原理的试验性数控系统，并把 它装在一台立式铣床上。当时用的电子元件是电子管，这就是第一代世界上第一台数控床。 我国是从 1958 年开始研究数控技术，一直到 60 年代中期处于研制、开发时期。当时一些高等院校、科研单位研制出试验样机，开发也是从电子管开始的。 1965 年国内开始研制晶体管数 控系统。从 70 年代开 始，数控技术在车、铣、钻、镗
12、、磨、齿轮加工、点加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单，使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。 80 年代，我国从日本发那科公司引进了 5、 7、 3 等系列的数控系统和交流伺服电机、交流主轴电机技术，以及从美国、德国引进一些新技术。这使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。 1985 年，我国数控机床品种有了新的发展。 90年代以及接下来主要是向高档数控机床发展。 所谓经济型数控机床是指价格低廉、操作使用 方便、适合我国国情发展的装有数控系统的高效自动化机床。 1.1.2 数控机床的特点 数控机床在机械制造业中得到日益广
13、泛的应用，是因它具有如下的特点： 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） 2 （ 1） 能适应不同零件的加工。数控机床是按照被加工零件的数控程序来进行自动加工的，当改变加工零件时，只要改变加工程序，不必用凸轮、靠模、样板等专用工艺装备。因此，生产准备周期短，不利于机械产品的更新换代。 1 （ 2） 生产效率和加工精度高、加工质量稳定。数控机床可以采用较大的切削用量，有效的节省了机动工时。还有自动换速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功能，使辅助 时间大为缩短，而且无需工序间的检验与测量，所以，比普通机床的生产率高 3-4倍甚至更高。同时由于数控机床本身的精度较高，还可以利用软件进行精度校正和补偿，
14、又因为它是根据数控程序自动进行加工，可以避免人为的误差，因此，不但加工精度高，而且质量稳定。 2 （ 3） 能完成复杂型面的加工。 （ 4） 工序集中，一机多用。数控机床，特别是自动换刀的数控机床，在一次装夹的情况下，几乎可以完成零件的全部加工，一台数控机床可以代替数台普通机床。这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测量和装夹等辅助时间，和可以节省机床的占地面 积，带来较高的经济效益。 （ 5） 数控机床是一种高技术的设备。因此，机床价格较高，而且要求具有较高技术水平的人员来操作和维修。尽管如此，使用数控机床的经济效益还是很高的。 以驱动和定位方式划分，经济型数控机床系统可以分为以下三类：
15、 （ 1） 步进电机式 采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其他措施补偿位置误差，由于目前功率步进电机的力矩不太大，所以机床的空行程速度极低，一般用于半精加工。这种系统具有 2-3 种插补功能，通过软件控制接口，可加工锥面、螺纹、简单外形的曲面，十分灵活。由于性能价格 比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现。因此，在全国较容易推广、普及。 （ 2） 交流定位式 采用交流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相比，提高了定位精度。该类系统在盘类、轴类零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点位式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹，功能上有局限，而且成本
16、较高，使性价比相对下降。一般在大企业和专业化工厂使用。 （ 3） 半闭环连续控制式 采用直流伺服电机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用了高性能直流电动机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可进 行强力切割。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强电设计大大简化。但由于造价较高，性能价格比较低。 3 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） 3 1.2 数控机床的工作原理和组成 1.2.1 数控机床的工作原理 数控机床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入到数控装备，再用数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以
17、及其它诸如刀具选择交换、工作夹松紧和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其它辅助装置严格的按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合 要求的零件。 1.2.2 数控机床的组成 如图 1.1 所示，数控机床由以下几个部分组成。 （ 1）程序编制和程序载体 数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系的相对位置，即零件在机床的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线或加工时序；主运动的启、停、换向、变速；进给运动的速度、位移大小等工艺参数，以及辅助装置的动作。这样得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，然后用标准的由文字、数字和符号组成的数控代码，按规定的方法和格式， 编制零件加工的数控程序。编制程序的工作可由人工进行，或者在数控机床以外用自动编程计算机系统来完成，比较先进的数控机床，可以在它的装置上直接编程。 5 图 1.1 数控机床控制流程图 编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、录音磁卡、软磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。 （ 2） 伺服驱动系统和位置检测装置 伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行
