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1、徐州工程学院毕业设计(论文)图书分类号：密 级：- 10 -毕业设计(论文)自动分度回转工作台设计 THE DESIGN OF AUTO-INDEXING ROTARY TABLE学生姓名学院名称专业名称指导教师2010年5月28日徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文
2、版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要分度回转工作台是机械加工中常用的机床附件，用于镗床，铣床，钻床等需要多面转位加工的工件。传统分度回转工作台操作不便，而且
3、分度只限于某些规定的角度,难以满足一些特殊分度工件的加工要求。本课题利用单片机控制技术、步进电动机控制技术对分度回转工作台进行了数控化改造，设计了一种自动分度回转工作台。它以单片机为控制核心，通过控制脉冲分配器向步进电机发送脉冲, 驱动步进电动机带动蜗轮蜗杆实现对工件的回转分度，相对于传统机械分度头，操作方便，分度精度高。关键词 自动分度回转工作台；齿轮传动；蜗杆传动；单片机控制AbstractIndexing rotary table is commonly used in machining machine tool accessories, for boring, milling, dr
4、illing, etc. need more processing of the workpiece surface translocation. Traditional indexing rotary table to maneuver, but only some of the provisions of sub-degree angle, it is difficult to meet some special requirements indexing workpieces. Control technology for the use of this topic, stepper m
5、otor control technology to sub-degree rotary table for the NC transformation, design of an automatic indexing rotary table. It MCU to control the core, by controlling the pulse distributor to send pulses to the stepper motor, stepper motor drives the worm gear drive to achieve sub-degree rotation of
6、 the workpiece, as opposed to traditional mechanical dividing head, easy operation, high precision indexing. Keywords Auto-Indexing Rotary Table Gear Transmission Worm drive SCM control54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
7、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103.4.3 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
8、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 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
9、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2481 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
10、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
11、品的内涵。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
12、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
13、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
14、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，使箱体内的零件不受外界环境
