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1、自动回转分度工作台毕业论文目 录1 绪 论11.1 历史背景11.2 发展前景12 工作台方案设计22.1 工作台原理及总体框图22.2 工作台传动系统方案22.3 工作台控制系统方案33 工作台传动系统设计53.1 工作台箱体设计53.2 传动比及参数确定63.2.1 传动比设定63.2.2 步进电机最大回转速度及频率73.2.3 步进电机分度精度73.3 步进电机选择73.3.1 步进电机启动力矩计算83.3.2 步进电机最大转速93.2.3 步进电机最大频率93.3.4 步进电机型号93.4 齿轮传动设计93.4.1 齿轮的材料及类型103.4.2 按齿面接触疲劳强度设计尺寸103.4.
2、3 确定齿轮的主要参数与主要尺寸113.4.4 校核齿根弯曲疲劳强度123.5 蜗杆传动设计133.5.1 蜗杆传动类型133.5.2 蜗轮蜗杆的材料143.5.3 按齿面接触疲劳强度设计143.5.4 蜗轮蜗杆主要参数与几何尺寸153.5.5 校核齿根弯曲疲劳强度163.5.6 蜗杆传动温度计算173.6 轴的设计183.6.1 蜗杆轴的设计183.6.2 蜗杆轴的计算183.7 键的选择213.7.1 键联接类型213.7.2 键连接的尺寸223.7.3 键联接的强度验算223.8 轴承的选择233.8.1 轴承的类型233.8.2 轴承的尺寸243.8.3 滚动轴承的密封装置243.9
3、联轴器的选择243.9.1 联轴器的类型253.9.3 联轴器的尺寸254 工作台控制系统设计274.1 控制系统元器件选择274.1.1 单片机选择274.1.2 I/O接口芯片选择284.1.3 存储器选择294.1.4 译码器选择304.1.5 地址锁存器选择314.2 控制系统电路设计324.2.1 主控电路设计324.2.2 I/O接口电路设计334.2.3 步进电机电路设计34结论35致谢36参考文献37附录38附录138附录248 .专业.专注. 1 绪论1.1 历史背景中国数控分度回转工作台产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技
4、术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 从什么角度分析中国数控分度回转工作台产业的发展状况？以什么方式评价中国数控分度回转工作台产业的发展程度？中国数控分度回转工作台产业的发展定位和前景是什么？中国数控分度回转工作台产业发展与当前经济热点问题关联度如何诸如此类，都是数控分度回转工作台产业发展必须面对和解决的问题中国数控分度回转工作台产业发展已到了岔口；中国数控分度回转工作台产业生产企业急需选择发展方向。 中国数控分度回转工作台产业发展研究报告阐述了世界数控分
5、度回转工作台产业的发展历程，分析了中国数控分度回转工作台产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型数控分度回转工作台产业” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型数控分度回转工作台产业” 及替代产品的涵。根据“新型数控分度回转工作台产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国数控分度回转工作台产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的数控分度回转工作台产业发展进行了全面的研究。1.2 发展前景60 年代以来，跨国公司推动的产业全球化发展使得国际分工和国际贸易格局发生了改变，加
6、工贸易成为全球化产业发展的本质要求。在全球化背景下，对于发展中国家而言，产业升级成为在全球化产业链条中由劳动密集环节向资本和技术密集环节逐步提升的过程。由跨国公司推动的加工贸易的发展，为发展中国家切入全球高新技术产业链条，实现产业升级提供了便捷路径。其中分度回转工作台的运用得到了广泛推广，各种新型工作台不断被引进，同时我国也自主研制和开发了一批适用、高效性的分度回转工作台。本次设计的意义是设计出一套结构简单、实用性强、精度系数比较高的自动分度回转工作台，并能满足生产和加工的需要。分度回转工作台作为数控机床中的一个非常大的部分，研究其设计、制造过程是非常有实际的工程应用价值。数控工作台的应用非常
7、多，而数控工作台像自动分度回转工作台的研究必然有着其实际的意义。2 工作台方案设计2.1 工作台原理及总体框图工作台工作原理是采用单片机控制步进电机带动工作台回转，通过键盘和显示屏幕发送指令给单片机，控制脉冲分配器向步进电机发送脉冲，步进电机直接带小齿轮，大齿轮在蜗轮轴上，经过蜗轮轮杆运动传动后，将工作台分度到设定好的角度。自动回转分度主要由两部分组成，工作台传动系统部分和控制系统部分。传动系统部分主要由步进电机、齿轮副传动和蜗杆传动组成；工作台控制系统部分主要由单片机、键盘显示屏、I/O接口芯片和驱动器组成。工作台总体框图见图2-1。图2-1 工作台总体框2.2 工作台传动系统方案分度回转工
8、作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。整个传动系统由，步进电机、轴、齿轮副、蜗轮蜗杆和工作台组成。图2-2为自动分度回转工作台。它的回转、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由蜗轮蜗杆带动工作台回转分度。图2-2自动分度回转工作台1）工作台箱体；2）回转工作台；3）步进电机；4）齿轮传动；5）调整套；6）圆锥滚子轴承；7）深沟球轴承；8）蜗轮轴；9）蜗杆传动。工作台回转分度工作时候，由控制系统发送指令给步进电机，步进电机带动齿轮副转动，由大齿轮带动蜗轮轴回转，并由蜗轮
9、带动工作台回转分度；工作台停止时，通过蜗轮蜗杆的自锁和步进电机的自锁保证工作台的自锁。2.3 工作台控制系统方案工作台控制系统电路由单片机主控电路、I/O扩展电路、步进电机接口电路和键盘显示电路组成。工作台控制系统元件主要单片机，外部RAM，ROM，I/O接口，光电隔离，功率放大，键盘，显示屏和驱动器等组成。由键盘输入参数，通过I/O接口芯片到进行单片机处理，然后一面通过I/O芯片输出到显示屏，另一面输出通过光电隔离与功率放大到驱动器，再由驱动器驱动步进电机。控制系统硬件结构如图2-3。图 2-3 控制系统硬件结构3 工作台传动系统设计3.1 工作台箱体设计自动分度回转工作台箱体起着支承并包容
10、各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。安全保护和密封作用，使箱体的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。自动分度回转工作台主要用于镗床，铣床，钻床等需要多面转位加工的工件，是机械加工中常用的机床附件，因此尺寸不易过大，要能配合机床的使用。考虑箱体零件的布置及与机床上的工件关系，设计尺寸图3-1所示：自动分度回转工作台尺寸：长 宽 高 550mm 5
11、00mm 160mm工作台右端盖部分尺寸：长 宽 高 240mm 50mm 160mm图3-1 工作台尺寸自动分度回转工作台的箱体蜗轮设计，考虑到蜗杆传动的装卸，设计成上端放置蜗轮，在蜗轮上面放置回转工作台，而蜗轮由蜗轮上的轴与箱体用轴承固定。蜗轮箱体布置如3-2图所示。图3-2 自动分度回转工作台箱体图1自动分度回转工作台的蜗杆及轴的设计，考虑蜗杆轴的拆卸不便，将箱体后方和右边放置蜗杆轴与蜗轮配对。蜗杆箱体布置如图3-3所示。图3-3 自动分度回转工作台箱体图23.2 传动比及参数确定3.2.1 传动比设定系统要实现的参数：工作台回转速度最大为20度/秒，工作台分度精度为0.25度。总传动比
12、为各级传动比、的乘积，即分配总传动比，即各级传动如何取值，是设计中的重要问题。传动比分配得合理，可使传动装置得到较小的外廓尺寸或较轻的重量，以实现降低成本和结构紧凑的目的；也可以使传动零件获得较低的圆周速度以减小动载荷或降低传动精度等级；还可以得到较好的润滑条件。要同时达到这几方面的要求比较困难，因此应按设计要求考虑传动比分配方案，以满足某些主要要求。为了保证工作台分度精度，传动比需要很大，同时为了保证结构尺寸，将蜗杆传动比设定在120，齿轮传动比设定为3，即传动系统的总传动比为360。3.2.2 最大回转速度工作台最大回转速度为20度/秒；即：根据系统总传动比为360，可得3.2.3 分度精
13、度工作台的分度精度保证主要靠步进电机的转速和系统的总传动比来确定，工作台分度精度为0.25度，既蜗轮最小的转动单位为0.25度，系统的总传动比为360，即可得步进电机最小分度精度为90度，即步进电机每次回转的度数为90度的倍数。3.3 步进电机选择步进电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以购置。选择步进电动机包括确定型号、结构、步距角、功率和转速，并在产品目录中查出其尺寸和型号。步进电动机又称脉冲电动机或为阶跃电动机，步进电机有三大部分组成：步进电动机本体，步进电动机控制器及步进电动机驱动器。如图3-4所示。选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而
14、在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的围。应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到工作台所需的脉冲当量。图3-4 步进电机3.3.1 步进电机启动力矩计算 步进电机选用三相步进电动机，初选步进电机步距角b=3。设步进电机等效负载力矩为T，负载力为P，根据能量守恒原理，电机做的功与负载力做的功有如式（3.1）关系： 式（3.1）式中 电机转角； S 转动部件的相应位移； 机械传动效率。 若取=b，则S=b，且P= Pz +（G+ W2），所以 式（3.2）式中 G转动部件负载，N； W转动部件重量，N； Pz与中立方向一致的作用在转动部件上的负载力，N； 摩擦系数； b步进电机步距角，rad； T电机轴负载力矩，Ncm。 取=0.03，=0.96，Pz=500N。 可求得 不考虑启动时运动部件的惯性影响，启动力矩为
