自动回转分度工作台设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 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 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is in of to of of it is to of to C of an CU to by to to to of as to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 1 绪 论 .史背景 .展前景 . 工作台方案设计 .作台原理及总体框图 .作台传动系统方案 .作台控制系统方案 . 工作台传动系统设计 .作台箱体设计 .动比及参数确定 . 传动比设定 . 步进电机最大回转速度及频率 . 步进电机分度精度 .进电机选择 . 步进电机启动力矩计算 . 步进电机最大转速 . 步进电 机最大频率 . 步进电机型号 . 轮传动 设计 . 齿轮的材料及类型 . 按齿面接触疲劳强度设计尺寸 . 确定齿轮的主要参数与主要尺寸 . 11 核齿根弯曲疲劳强度 .杆传动 设计 . 蜗杆传动类型 . 蜗轮蜗杆的材料 . 按齿面接触疲劳强度设计 . 蜗轮蜗杆主要参数与几何尺寸 . 校核齿根弯曲疲劳强度 . 蜗杆传动温度计算 .的 设计 . 蜗杆轴的设计 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 蜗杆轴的 计算 .的选择 . 键联接类型 . 键连接的尺寸 . 键联接的强度验算 .承的选择 . 轴承的类型 . 轴承的尺寸 . 滚动轴承的密封装置 .轴器的选择 . 联轴器的类型 . 联轴器的尺寸 . 工作台控制系统设计 .制系统元器件选择 . 单片机选择 . I/. 存储器选择 . 译码器选择 . 地址锁存器选择 .制系统 电路设计 . 主控电路设计 . I/. 步进电机电路设计 .论 .谢 .考文献 .录 .录 1.录 2.文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 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。 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 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 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 2 工作台方案设计 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/作台总体框图见图 2 图 2作台总体框 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 21）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。 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 I/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/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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 图 2制系统硬件结构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 3 工作台传动系统设计 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。 考虑箱体内零件的布置及与 机床上的工件关系， 设计尺寸图 3 自动 分度 回转工作台尺寸：长 宽 高 550 500 160作台右端盖部分尺寸：长 宽 高 240 50 160 3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，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 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 图 3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 图 3动分度回转工作台 箱体图 2 传动比及 参数确定 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 总传动比为各级传动比 1i 、 2i 的乘积，即 21i 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。 大回转速度 工作台最大回转速度为 20度 /秒；即： r a d / 作台蜗轮 r / 2036 0n 蜗轮蜗轮 根据系统总传动比为 360，可得 r / 蜗轮电机 n 度精度 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 蜗轮最小的转动单位为 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。 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 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买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 线的范围内。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进电机 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（ 系： 式（ 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= （ G+ 所以 ）（ 式（ 式中 G 转动部件负载， N； W 转动部件重量， N； 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， T 电机轴负载力矩， N 取 = =00N。 325 810302 1075 810702 可求得 . ）（不考虑启动时运动部件的惯性影响，启动力矩为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 （ =10N m（取安全系数 步进电机为三相六拍的电机 . 6 T mm a x 进电机最大转速 根据工作台最大转速 r/工作台与系统总传动比 i=360，可得 1 2 0 0 r / m 电机 所以，步进电机的选择的最大转速 1 2 0 0 r / m m a x 电机电机 进电机最大频率 根据步进电机的步距角 3b 与步进电机最大转速 s/电机 ，可得 s te p / 电机f 所以步进电机选择最高的频率 s te p / a x 电机电机 进电机型号 由于步进电机步距角 3b ，步进 电机最高转速 1 2 0 0 r/m a 电机 ，步进电机最高频率 s te p /a x 电机f ，步进电机最大转矩 m a x ，选择的步进电机型号参数如表 3 表 3型号 主要技术参数 外形尺寸 /量/(步 距 角/( ) 保持转矩 / N 数 电压/V 电流/A 外径 长度 轴径 130 12 3 27 3 100 168 22 10 轮传动设计 齿轮传动是利用两齿轮 的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接、传递运动和动力的装置。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置不远的两轴之间的运动和动力。 齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有 专门的设备，啮合传动会产生噪声。 根据两轴的相对位置和轮齿的方向，可分为以下类型：圆柱齿轮传动；锥齿轮传动和交错轴斜齿轮传动。根据齿轮的工作条件，可分为：开式齿轮传动式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑；半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭；闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮传动。 轮的材料及类型 由于前述所选电机可知 :T=5N m，齿轮传动比设定为 i=3，效率 =每年 300工作日计，寿命为 10年。 根据整体传动的要求，传动效率不大、速度中等和使用寿命长， 需要在封闭条件下工作，因此 设计 为闭式 齿轮传动 ， 采用圆柱直齿轮传动的形式。 齿轮材料应具备下列条件： 1）齿面具有举个的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨粒磨损、抗胶合和抗塑性流动的能力； 2）在变载荷和冲击载荷下有足够的弯曲疲劳强度； 3）具有良好的加工和热处理工艺性； 4）价格较低。 考虑到齿轮传动效率不大，速度只是中等，故齿轮用 45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，进行整体淬火后再低温回火，使齿轮面硬度达到 45 齿面接触疲劳强度设计尺寸 先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。按齿面接触疲劳强度设计公式如式（ 3 211 )(12 K 式（ 式中 小齿轮直径； K 载荷系数 小齿轮转矩； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 H 许用接触应力； d 齿宽系数； 弹性系数； 节点区域系数； 重合度系数。 取：小齿轮转矩 51 ； 载荷系数 因载荷平稳，取 ； 齿宽系数 ； 摩擦系数 03.0u ； 许用接触压力 H ； 查图表得试验齿轮的接触疲劳极限 00 ； 接触强度的最小安全系数 接触疲劳强度计算的寿命系数 1 M P 300S H l i m nH l i m 弹 性系数 查表得 M /； 节点区域系数 查表得 Z ； 重合度系数 Z ； 将以上参数代入公式 2 定齿轮的主要参数与主要尺寸 齿数 取 301Z ，则 9012 模数 311 取标准值 。 中心距 标准中心距 ) （ 其他主要尺寸 分度圆直径： 030111 090122 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 齿顶圆直径： 2230211 2290211 齿宽：取齿宽系数 6.0d ， d 核齿根弯曲疲劳 强度 齿根弯曲疲劳强度校核公式如式 (示。 T2 式 (式中 K 载荷系数； 1T 小齿轮转矩； b 齿轮齿宽； 齿形系数； 应力修正系数； 5Y 重合度系数。 取：载荷系数 ； 小齿轮转矩 51 ； 齿轮齿宽 8 重合度系数 Y 齿形系数 应力修正系数 6.2所以 M P F 许用弯曲应力计算公式如式（ 所示。 m 式（ 式中 齿轮的齿根弯曲疲劳极限； 弯曲疲劳强度的最小安全极限； 弯曲疲劳强度计算的寿命系数 尺寸系数。 取： 齿轮的齿根弯曲疲劳极限 400曲疲劳强度的最小安全极限 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 弯曲疲劳强度计算的寿命系数 尺寸系数 以 M P 0 F 根据计算， F F 所以齿轮齿根 弯曲强 度足够。 杆传动设计 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为 90。蜗杆传动用于在交错轴间传递运动和动力。蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分蜗杆传动，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。按蜗杆形状的不同可分：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。 蜗杆传动特点：传动比大，结构紧凑。蜗杆 头数用 般 4），蜗轮齿数用 传动比公式 I=1可以看出，当 ，即蜗杆为单头，蜗杆须转 而可得到很大传动比，一般在动力传动中，取传动比 I=10分度机构中， 000。这样大的传动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。 传动平稳，无噪音。因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。蜗杆传动。具有自锁性。蜗杆的螺旋升 角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低。尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在 般效率只有 热量大，齿面容易磨损，成本高。 杆传动类型 由于前述所选电机可知 T=5N m， 蜗杆传动比设定为 i=120，效率 =工作日安排每年 300工作日计，寿命为 10年。 根据本次传动场合用于机床上的工作台，整体传动要求传动精度高，所以蜗杆采用渐开线蜗杆；根据整体传动比需要设计比较大，蜗轮蜗杆的传动比也需比较大，而且 工作台的在工作中需要有自锁功能，蜗杆采用单头蜗杆；为了工作台在工作中需要受力平衡与工作平稳，蜗杆的旋向采用右旋。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 轮 蜗杆的材料 考虑 到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用 45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为 45轮用铸锡青铜 属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 齿面接触疲劳强度设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度 。传动中心距公式如式（ 3 22 )( 式（ 式中 蜗轮转矩； k 使用系数； 弹性系数； 接触系数； H 许用应力。 确定作用在蜗轮上的转距 ，估取效率 = 确定载荷系数 k