簡述Solidworks三坐標(biāo)數(shù)控銑床
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論文導(dǎo)讀：實(shí)驗(yàn)型微型數(shù)控銑床以開放式CNC體系為指導(dǎo)思想，在Windows98下開發(fā)系統(tǒng)的硬件、軟件。本研究將用Delphi語言、Solidworks及Protel軟件完成對該數(shù)控銑床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和控制系統(tǒng)的接口電路(IO/TIMER控制板)、驅(qū)動電路、有關(guān)外圍電路、相應(yīng)控制軟件的設(shè)計。本機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸和Z軸三坐標(biāo)聯(lián)動。
關(guān)鍵詞：Solidworks，開放式數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控銑床，三坐標(biāo)
隨著數(shù)控機(jī)床的普及，采用數(shù)控機(jī)床己成為機(jī)械制造業(yè)改革的主要方向，如何能高質(zhì)量、高效率、低費(fèi)用的培訓(xùn)操作人員成為亟待解決的問題之一。由于數(shù)控機(jī)床的教學(xué)比較抽象需要借助實(shí)驗(yàn)來加深對課堂知識的理解，生產(chǎn)用的數(shù)控機(jī)床一般價格都比較昂貴，軟件也不是開放式的結(jié)構(gòu)，無法用于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此設(shè)計一種功能齊全，結(jié)構(gòu)簡單，軟件結(jié)構(gòu)開放，低成本，且具有代表性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)型微型數(shù)控機(jī)床可以滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。
�。薄】傮w方案的確定
實(shí)驗(yàn)型微型數(shù)控銑床以開放式CNC體系為指導(dǎo)思想，在Windows98下開發(fā)系統(tǒng)的硬件、軟件。本研究將用Delphi語言、Solidworks及Protel軟件完成對該數(shù)控銑床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和控制系統(tǒng)的接口電路(IO/TIMER控制板)、驅(qū)動電路、有關(guān)外圍電路、相應(yīng)控制軟件的設(shè)計。繪制出試驗(yàn)型數(shù)控銑床的虛擬樣機(jī)，根據(jù)零件圖，設(shè)計零件制造的工藝；在零件加工完成后，進(jìn)行裝配調(diào)試，完成微型數(shù)控銑床的制作。
2 機(jī)械部分設(shè)計
微型銑床的機(jī)械部分是機(jī)床的主體部分，其設(shè)計計算主要包括：總體傳動方案的確定，電機(jī)、主軸、絲杠的選取等。機(jī)械部分Solidworks虛擬制圖如圖1所示
圖1 銑床的機(jī)械部分虛擬制圖
2.1 機(jī)床總體傳動方案的確定
本機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸和Z軸三坐標(biāo)聯(lián)動。X軸、Y軸的進(jìn)給是通過電機(jī)帶動絲杠，絲杠又與螺母傳動來實(shí)現(xiàn)。電機(jī)與絲杠的連接可以通過銷釘來實(shí)現(xiàn)。在傳動過程中電機(jī)帶動絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，螺母沿導(dǎo)軌做水平移動，從而帶動工作臺運(yùn)動。論文參考網(wǎng)。Z軸的進(jìn)給也是通過電機(jī)帶動絲杠，絲杠又與Z軸螺母傳動來實(shí)現(xiàn)。主軸套與Z軸螺母相連，在傳動過程中電機(jī)帶動絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，螺母沿導(dǎo)軌做上下移動，從而帶動主軸做上下運(yùn)動。
2.2 設(shè)計計算部分
2.2.1 主軸的選取和校核
1）主軸選取
立式銑削切削力的計算:
由機(jī)械設(shè)計手冊[1],對高速鋼圓柱銑刀:
其參數(shù)按實(shí)際加工過程中平均銑削條件為準(zhǔn)選取:
對圓柱銑刀逆加工:
主軸材料為 40Cr 鋼取C=102
2）主軸校核
2.2.2 滾珠絲杠的選取
由最大動載荷Q值和導(dǎo)程P可以選擇滾珠絲杠的型號為：CWM165-2.5-P3。
3機(jī)床控制部分設(shè)計
3.1系統(tǒng)硬件組成
經(jīng)過分析，本三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)決定采用單CPU結(jié)構(gòu)(采用的控制PC機(jī)主頻達(dá)到797MHz)。本三坐標(biāo)數(shù)控銑床主要用于教學(xué)演示故對精度要求不是特別高，采用開環(huán)控制方式，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動輸出，設(shè)計數(shù)控接口電路進(jìn)行定時中斷、脈沖輸出以及其它開關(guān)量的輸入輸出。論文參考網(wǎng)。論文參考網(wǎng)。其數(shù)控系統(tǒng)硬件組成如圖2所示[2－4]
3.1.1接口電路設(shè)計
本數(shù)控接口電路主要完成外部開關(guān)量的輸入和步進(jìn)電機(jī)的控制以及一些機(jī)床輔助功能的實(shí)現(xiàn)，性能優(yōu)良、工作可靠。接口電路的結(jié)構(gòu)如圖3所示[5－6]。
3.1.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器輸出控制電路
為了輸出脈沖去控制三個方向的步進(jìn)電機(jī)，以及接收機(jī)床行程開關(guān)等開關(guān)量信號，在電路設(shè)計中設(shè)計了兩片可編程接口芯片8255，可以對48點(diǎn)數(shù)字量進(jìn)行I/O操作。但本微型數(shù)控銑床三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)中僅用到了一片8255，另一片暫時未用，用于以后的功能擴(kuò)展。使用的8255的 PA口、PB口、PC口均工作在基本輸入輸出方式。8255控制字格式如下：
D7：1，D6：0，D5：0，D4：0，D3：0，D2：0，D1：0，D0:0,
即控制字為80H
用Delphi編寫CNC程序，初始化8255：
procedure TForm1.FormCreate(Sender: Object);
begin
asm
mov al,80H
mov dx,0213H
out dx,al
……
end；
在實(shí)時中斷服務(wù)程序中，用8255經(jīng)光電隔離向三個方向的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器輸出控制信號，進(jìn)而控制三個方向步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動，如圖4所示。
4 結(jié)束語
型微型數(shù)控銑床具有體積小，價格低，功能完善，安全系數(shù)高，是三坐標(biāo)驅(qū)動和生產(chǎn)型數(shù)控銑床工作原理相同，且具有開放的軟硬件結(jié)構(gòu)，基于以上的優(yōu)點(diǎn)微型數(shù)控銑床將具有廣泛的應(yīng)用前景。
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