加工中心主轴箱控制系统设计

X X X X X X学院

课程设计报告

课程名称：机电一体化系统设计课程设计

设计题目：加工中心主轴箱控制系统设计

系别：XXXXXXX学院

专业：机械设计制造及其自动化

班级：XXXXXXXXXX

学生姓名: XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

学号: XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

起止日期:XXXXXXXXXXXXXXXXXX

指导教师:XXXXXXXX

教研室主任：XXXXXXXXX

目录

摘要 (Ⅰ)

1 课程设计的目标与任务 (1)

1.1设计的目标 (1)

1.1.1设计要求 (1)

1.1.2设计步骤 (2)

2 总体设计 (3)

2.1电动机与调速装置的选择 (3)

2.1.1电动机类型的选择 (3)

2.1.2调速装置的选择 (3)

2.2传动比的分配 (3)

2.3传动装置的运动和动力参数计算 (3)

2.3.1各轴转速计算 (3)

2.3.2各轴输入功率计算 (3)

2.3.3各轴输入转矩计算 (4)

2.4液动及气动装置动力源选择 (4)

2.5电气部分电源选择 (4)

2.6主轴箱整体示意简图 (4)

3主轴箱液压系统 (6)

3.1液压原理说明 (6)

3.2齿轮滑移和换刀液压原理设计 (6)

3.2.1动作逻辑液压原理设计 (7)

3.2.2齿轮滑移原理设计 (8)

3.2.3机械手上下移动原理设计 (9)

3.2.4机械手旋转的设计 (9)

3.2.5主轴夹紧和松刀原理设计 (10)

3.2.6液压站主油路 (10)

4液压元件的选择 (12)

4.1液压缸的选择 (12)

4.1.1齿轮滑移缸 (12)

4.1.2机械手上下移动液压缸 (14)

4.1.3主轴刀具夹紧液压缸 (16)

4.1.4机械手旋转液压马达 (17)

4.2液压阀的选择 (18)

4.2.1减压阀 (18)

4.2.2溢流阀 (18)

4.2.3单向阀 (18)

4.2.4换向阀 (18)

4.2.5流量阀 (19)

4.2.6压力继电器 (19)

4.3液压泵 (19)

4.4液压蓄能器 (19)

4.5液压站的设计 (19)

4.5.1油箱的设计要点 (20)

4.5.2油箱的设计 (20)

5液压元件的测试和维护要求 (22)

5.1液压元件的主要测试项目及要求 (22)

5.1.1泵站的调试 (22)

5.1.2阀的调试 (22)

5.2液压系统使用和维护注意事项 (22)

6机床主轴箱调速控制 (24)

6.1RS-485通信介绍 (24)

6.2电路平台介绍 (24)

6.3UART转RS-485电路部分介绍 (25)

6.4台达变频器通讯协议介绍 (26)

6.4.1基本通信格式介绍 (26)

6.4.2变频器指令格式介绍 (28)

7输入与输出功能设计 (31)

7.1HD7279A芯片介绍 (31)

7.1.1HD7279A电学特性 (31)

7.2键盘电路介绍 (32)

7.2.1HD7279A指令与时序说明 (33)

7.3继电器电路设计 (37)

7.3.1继电器驱动电路设计 (37)

总结 (38)

参考文献 (39)

附录 (40)

加工中心主轴箱控制系统设计

摘要：

机床工业是机械制造业的重要部门，肩负着为农业，工业，科学技术和国防现代化提供技术装备的任务,是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。随着科学技术不断发展，市场上对数控的要求也有很大的改变；数控机床的发展越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速高柔性化和模块化方向发展。加工中心集计算机技术、电子技术、自动化控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电—体化产品，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。现在的CAD/CAM、FMS、CIMS，都是建立在数控技术之上。目前数控技术已经广泛运用于制造业，数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志。而加工中心的发展最为重要。为追求加工效率及更通用化迫使数控机床结构模块化、智能化、柔性化、用户界面图形化，科学计算可视化，内置高性能,PLC多媒体技术应用等方面发展。

关键词：数控、加工中心、机电一体化、单片机、CAD/CAM

1 课程设计的目标与任务

1.1设计的目标

本设计分为加工中心主轴箱控制系统设计两部分。

加工中心主轴箱设计：

机床采用交流调速电动机，额定功率为18.5 kW，电机额定转速为l 500 r／min，电动机经中间轴，锥环无键连接驱动第一根齿轮轴，经第二根轴的两级滑移齿轮变速传至主轴，滑移齿轮中的大齿轮和小齿轮为一体，两者组成离合器，将三根轴连接在一起，对于主轴的换刀控制采用液压与气压相结合的方式控制，二轴的变速滑移也是采用液压装置来控制的，要求无级变速。

控制电路设计：

由C8051F120单片机作为控制中心，连接HD7279A作为键盘、显示接口芯片，并充分利用C805lFl20内部资源。

1.1.1设计要求

本设计为加工中心主轴箱设计及控制，要求所设计的机械结构能自动调节主轴的转速，电路控制系统采用C8051F120及外围电路，如变频器控制电路等。利用调节电动机的转速来控制主轴的转速。

加工中心主轴箱机械部分设计要求：

主轴加工中心箱体采用铸造件，要求无级变速；

主轴箱要求电机功率传送到一轴，一轴齿轮带动二轴齿轮，由于二轴齿轮可以滑动，形成一个变速器，经二轴齿轮的滑动和转动带动了三轴齿轮，从而完成整个齿轮传动过程。要求采用交流调速电动机拖动。

加工中心主轴箱控制系统设计要求：

采用C8051F120单片机作为控制中心

用HD7279A作为键盘、显示接口芯片