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1、双回转数控工作台的设计摘 要在现有的三坐标联动数控机床的工作台上再增加一个具有两个旋转自由度的数控回转工作台，将其安装在原有的工作台上，与原有的工作台成为一个整体，成为一个多自由度的回转工作台，即双回转数控工作台。再通过对数控系统的升级（不属于此题范畴），使该机床成为五坐标联动的数控机床。这样的双回转数控工作台不仅可以沿X、Y、Z方向作平行移动，在A、B两轴能同时运动，且能随时停止，在A轴上能够在一定角度内连续旋转，在B轴上可以做360度的连续旋转。不仅可以加工简单的直线、斜线、圆弧，还可适应更复杂的曲面和球形零件的加工。关键词：数控，回转工作台，五坐标联动，双回转，机床ABSTRACTAt
2、current three sit the mark connect the number that move the work on the stage controls the machine bed increases a number for having two revolve free degree controls the turn-over work set, will its gearing is in the original work on the stage, with originally possessed of the work set becomes a the
3、 whole, becoming the turn-over work set of a many free degrees, namely the double turns round the number controls the work set. Pass again the grade creep( do not belong to this category) that logarithms control system, make the machines bed become five sit the mark connect the dynamic number contro
4、ls the machine bed. Such a turn-over number controls the work set can not only make the parallel ambulation along the X, Y, the direction of Z, continuing to revolve in A, B two stalks can at the same time exercise, and can at any time stop, on the A stalk can in the certain angle, canning the 360 d
5、egrees of revolving continuously on the B stalk. Can not only process the simple straight line, oblique line, arc, can but also adapt to the more complicated curved face to processes with the spheroid spare parts.Key words：The numeric controls, Turning round the work set, Five sit the mark; Connect
6、to move, The double turns round, Machine bed机械工程及自动化 73目 录第1章 绪 论11.1 本课题的研究范围及应解决的主要问题11.2 本课题的研究目的和现实意义.11.3 国内外现有数控发展状况21.4当代数控发展的主要趋势31.4.1 基于PC的开放式数控系统已得到广泛认可，具有强大的生命力. 51.4.2 全数字化是未来数控系统发展的必然趋势.61.4.3 多通道软件体系结构是适应整合数控机床的不二选择.61.4.4 网络化功能已从单一的数据传输向网络监控、维护与管理方向发展.61.4.5 高速高精度控制是数控技术发展的永恒主题.81.4.
7、6 智能化控制是提高数控加工效率的有效手段.101.4.7 CAD/CAM与CNC的集成已成为扩展数控系统功能的重要途径.101.5 数控机床的升级（五轴联动）11第2章 电动机的选择与控制122.1 步进电动机的特点与种类122.1.1 步进电动机的特点122.1.2 步进电动机的种类122.2 步进电动机的选择142.3 步进电动机的控制142.3.1 步进电动机的速度控制142.3.2 步进电动机的点位控制202.3.3 步进电动机的加减速控制22第3章 工作台方案的选定243.1 分度工作台243.2 数控回转工作台253.2.1 开环数控转台263.2.2 闭环数控回转工作台273.
8、3 双螺距蜗杆传动27第4章 双回转数控工作台结构设计30第5章 蜗轮蜗杆设计计算345.1 蜗杆传动输入参数345.2 接触疲劳强度计算345.3 确定蜗轮蜗杆主要尺寸365.4 蜗杆的传动效率375.5 蜗杆蜗轮的精度等级的选择375.6 蜗杆传动的热平衡计算38第6章 齿轮设计计算396.1 齿轮设计输入参数396.2 齿轮传动结构形式和布置形式396.3 材料及热处理396.4 齿轮基本参数406.5齿面接触疲劳强度的校核436.6 齿根弯曲强度的校核44第7章 控制系统的设计467.1 单片机467.2 扩展数据存储器477.3 键盘及显示电路的设计487.4 越界报警电路设计487
9、.5 环形分配器的选用497.6 驱动电路的设计497.7 电源电路设计507.8 程序设计52第8章 误差补偿分析598.1 成型运动误差补偿概述608.2 基本运动形式的软件补偿62821 直线运动的数控指令修正63822 圆弧运动的数控指令修正63第9章 进给系统精度分析659.1 直线轨迹689.2 圆弧轨迹69第10章 结 论71参考文献72英文原文：错误!未定义书签。中文译文：错误!未定义书签。致 谢73第1章 绪 论1.1 本课题的研究范围及应解决的主要问题随着科学技术的迅速发展，机械产品的形状和结构不断地改进，这就要求机床设备具有较好的通用性和较大的灵活性，以适用生产对象频繁变
10、化的需要。特别是对于航天航空等部门中的加工批量不大、生产周期要求短、改型频繁、形状复杂、精度要求又很高的这类零件的加工，三坐标联动数控机床在这方面起了举足轻重的作用。但是随着高精尖技术要求的不断提高，三坐标联动机床已经不能满足要求。而五坐标联动机床就能满足这些要求。采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。在现有的三坐标联动的数控机床的工作台上，增加一个旋转工作台（一台带有两个
11、旋转自由度的数控回转工作台），在通过对数控系统的升级改造（不属于此设计范围）使该机床成为五坐标联动的数控机床.1.2 本课题的研究目的和现实意义.装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技
12、术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 而5轴联动加工又是数控技术发展的重中之重，采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制
13、约了5轴联动机床的发展.当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVOUTION系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。1.3 国内外现有数控发展状况我国数控系统分为3种型级，即经
14、济型、普及型和高级型。这是根据我国当前市场需求的实际情况，按技术应用不同领域和复杂程度进行的阶段性标准来划分的。在经济型数控系统中，我们具有很大优势，在当前每年数千台经济型数控车床和电加工机床的市场上，国产数控系统是“一花独秀”(其中有10%左右的是合资企业产品)。在普及型数控系统的市场中，我们正在取得进展。进入90年代以来，我国数控系统的各方面研究力量在集中优势、突破关键、以我为主、发展产业的原则基础上，逐步形成了以航天数控集团、机电集团、华中数控、蓝天数控等以生产普及型数控系统为主的国有企业，以及北京法那科、西门子数控(南京)有限公司等合资企业的基本力量。当然，拥有我国自主版权的数控系统在
15、市场开拓上仍要尽更大的力量。技术状况80年代以来，国家对数控机床的发展十分重视，经历了“六五”、“七五”期间的消化吸收引进技术，“八五”期间科技攻关开发自主版权数控系统2个阶段，已为数控机床的产业化奠定了良好基础，并取得了长足的进步。“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段。数控机床新开发品种300个，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际80年代中期水平，部分达到90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。在技术上也取得了突破，如高速主轴制造技术(12 000 r/min18 000 r/min)、快速进给(60 m/min)、快速换刀(1.5 s)、柔性制造、快速成形制造技术等为下一步国产数控机床的发展奠定的基础。当前，我国数控系统正处在
