目錄
一、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用
1.1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
1.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1.3 主要技術(shù)參數(shù)
1.4 本章小結(jié)
二、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的部分原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 步進(jìn)電機(jī)的原理
2.2 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求
2.3數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)
2.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.5軸承的選用
2.6 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配
2.7 滾動(dòng)軸承的配合
2.8 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑
三、控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)構(gòu)成
1. 控制系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件
2. 控制系統(tǒng)總設(shè)計(jì)
3. 單片機(jī)
四、控制系統(tǒng)仿真
總結(jié)
緒論
課程設(shè)計(jì)主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。而本科類學(xué)生更應(yīng)側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得產(chǎn)品的工藝需求和設(shè)計(jì)思路，獲得工程技術(shù)經(jīng)用性崗位的基本訓(xùn)練，通過課程設(shè)計(jì)，可樹立正確的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過渡。
使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對(duì)所學(xué)的知識(shí)，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的技能，提高解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴(kuò)大、深化所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和技能。培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。使學(xué)生學(xué)會(huì)初步掌握解決工程技術(shù)問題的正確指導(dǎo)思想、方法手段，樹立做事嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。
本次課程設(shè)計(jì)主要是解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路是先功能需求后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢(shì)是：在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的市場(chǎng)分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會(huì)越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計(jì)近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心將會(huì)達(dá)到每年600臺(tái)左右。預(yù)計(jì)未來5年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長(zhǎng)率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長(zhǎng)
- 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用
數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種球、圓弧曲線等。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。
1.1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng)。 自動(dòng)換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪 。
為了消除蝸桿副的傳動(dòng)間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動(dòng)蝸桿的軸向位置宋調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。
當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有8對(duì)夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時(shí)，活塞便壓向鋼球，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦將蝸輪松開。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾動(dòng)軸承支承，并由圓錐滾柱軸承及雙列向心圓柱滾子軸承保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動(dòng)精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實(shí)際測(cè)量工作臺(tái)靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償角度的位置和補(bǔ)償?shù)闹担洃浽谘a(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺(tái)精確到位信號(hào)，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回零運(yùn)動(dòng)時(shí)，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺(tái)降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號(hào)，使工作臺(tái)準(zhǔn)確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
1.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則我們的設(shè)計(jì)過程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1.在確定設(shè)備整體方案時(shí)，除了考慮技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、體積、重量、耗電等外，可靠性是首先要考慮的重要因素。在滿足體積、重量及耗電等于數(shù)條件下，必須確立以可靠性、技術(shù)先進(jìn)性及經(jīng)濟(jì)性為準(zhǔn)則的最佳構(gòu)成整體方案。
2.在方案論證時(shí)，一定要進(jìn)行可靠性論證。
3.在確定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要和實(shí)現(xiàn)可能確定可靠性指標(biāo)與維修性指標(biāo)。
4.對(duì)己投入使用的相同（或相似）的產(chǎn)品，考察其現(xiàn)場(chǎng)可靠性指標(biāo)，維修性指標(biāo)及對(duì)這兩種備標(biāo)的影響因素，以確定提高當(dāng)前研制產(chǎn)可靠性的有效措施。
5.應(yīng)對(duì)可靠性指標(biāo)和維修性指標(biāo)進(jìn)行合理分配，明確分系統(tǒng)（或分機(jī)）、不見、以至元器件的的可靠性指標(biāo)。
6.提出整機(jī)的元器件限用要求及選用準(zhǔn)則，擬訂元器件優(yōu)選手冊(cè)（或清單）
8.在滿足技術(shù)性要求的情況下，盡量簡(jiǎn)化方案及電路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，減少整機(jī)元器件數(shù)量及機(jī)械結(jié)構(gòu)零件。
9.盡量實(shí)施系列化設(shè)計(jì)。在原有的成熟產(chǎn)品上逐步擴(kuò)展，抅成系列，在一個(gè)型號(hào)上不能采用過多的新技術(shù)。采用新技術(shù)要考慮繼承性。
1.3 主要技術(shù)參數(shù)（1）最大回轉(zhuǎn)半徑：80 mm
（2）工作臺(tái)輸出精度：2 mrad
（3）最大承載重量10㎏
(4) 具備自鎖功能
1.4 本章小結(jié)主要簡(jiǎn)單介紹畢業(yè)設(shè)計(jì)題目（數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)）和其發(fā)展概況，設(shè)計(jì)背景、工作原理、設(shè)計(jì)參數(shù)也作了進(jìn)一步的說明。
- 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的部分原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 步進(jìn)電機(jī)的原理步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。
步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。
2.2 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。在本課題中，原動(dòng)機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，工作臺(tái)為T形槽工作臺(tái)，傳動(dòng)裝置由齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成。
合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求：
（1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求。
（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等。
（3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。
(4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。
圖 1總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖
2.3數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)1、機(jī)械部分
采用蝸輪蝸桿減速，蝸輪蝸杄傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比大，因工作臺(tái)轉(zhuǎn)速較低，所以發(fā)熱較輕，蝸桿與電機(jī)相連，蝸輪與回轉(zhuǎn)臺(tái)相連。
采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選擇適當(dāng)?shù)牟骄嘟桥c傳動(dòng)比便可達(dá)到分辨率要求。
2、電氣部分
采用專用環(huán)形分配器經(jīng)功率放大電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。
采用單片機(jī)控制環(huán)形分配器，并控制顯示系統(tǒng)顯示控制命令。
采用鍵盤輸入控制命令，單片機(jī)進(jìn)行顯示并處理。
2.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機(jī)、直流伺服交流伺服電機(jī)都可作為驅(qū)動(dòng)元件。對(duì)于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用步進(jìn)電機(jī)馬達(dá)作為執(zhí)行單元。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)馬達(dá)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）直接采用數(shù)字量進(jìn)行控制;
（2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止方便；
（3）成本低；
（4）無誤差積累；
（5）定位準(zhǔn)確；
（6）低頻率特性比較好；
（7）調(diào)速范圍較寬；
采用步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過一個(gè)脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
1）步進(jìn)電機(jī)的選擇
按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機(jī)。
初選電動(dòng)機(jī)步距角1.5°，由所選電動(dòng)機(jī)的步距角和任務(wù)書所要求的精度可得傳動(dòng)比i=
，任務(wù)書要求分辨率為2mrad。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用：
滑動(dòng)導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)設(shè)為f=0.005，導(dǎo)軌半徑為80mm，最大承載重量10kg，則工作臺(tái)承受的最大轉(zhuǎn)矩
=98*0.005*80*10-3=0.0392，故作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩
=0.0392，蝸桿渦輪減速器有轉(zhuǎn)矩放大作用，螺桿所承受的轉(zhuǎn)矩
=0.003。所以步進(jìn)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩不可低于它，由以上數(shù)據(jù)選的的步進(jìn)電機(jī)如下表所示。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
(r/min);α為步距角（1.5°）
f為通電頻率取f=625；
計(jì)算n=156.25（r/min）；
2）機(jī)械設(shè)計(jì)
蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)校核
根據(jù)GB/T10086-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）
選擇材料：蝸桿用45號(hào)鋼，螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC；渦輪齒圈用鑄錫磷青銅，輪芯用灰鑄鐵。
1.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)：
傳動(dòng)中心距
.
1）確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩T2
滑動(dòng)導(dǎo)軌副動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.005，導(dǎo)軌半徑為50mm，最大軸向載荷為
Fmax＝98N，則工作臺(tái)承受最大轉(zhuǎn)矩Tm＝400*0.005*50*10-3
= 0.02 N·m，故作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩T2＝20 N·m
2）確定載荷系數(shù)K
因工作荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)Kβ＝1：由表選取使用系數(shù)KA＝1：由于轉(zhuǎn)速不高，可取動(dòng)載系數(shù)Kv＝1：則
K= Kβ*KA*Kv=1*1*1=1
3）確定彈性影響系數(shù)Z
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故ZE＝160MPa2
4）確定接觸系數(shù)Zρ
先假設(shè)蝸輪分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1／a＝0.35，從圖中可查得
Zρ＝2.9
5）確定許用接觸應(yīng)力[σH]
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青鋼銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，可從表中查得蝸桿的基本許用應(yīng)力[σH]’＝268Mpa。
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N＝6jn2Lh＝60*1*
*10000＝6.7*10^6
壽命系數(shù)KHN=
=1.05
則[σH]＝KHN*[σH]’＝ 1.05*268Mpa＝281.78Mpa
6）計(jì)算中心距
a≥
mm= 4.73mm
取中心距a=50mm，因i=14，故從表取模數(shù)m＝1.6mm，蝸桿分度圓直徑d1＝20mm。這時(shí)d1／a=0．4，從圖中可查得接觸系數(shù)Zρ’=2.74，因?yàn)閆ρ’＜ Zρ因此以上結(jié)果可用。
2.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
1）蝸桿
蝸桿頭數(shù)Z1＝2；軸向齒距Pa＝Πm＝5.027；直徑系數(shù)q=12．5：齒頂圓直徑
da＝23.2mm(ha*＝1，c*＝0．2）；齒根圓直徑dn＝16.16：分度圓導(dǎo)程角＝9°05’25”；蝸桿軸向齒厚Sa＝2.5133mm
2）蝸輪
蝸輪齒數(shù)Z2＝51：變位系數(shù)x2＝－0．5
驗(yàn)算傳動(dòng)比i＝
＝
，傳動(dòng)比大于最低傳動(dòng)比14，因而是可以的：
蝸輪分度圓直徑d2＝mz2＝1.6*51mm＝81.6 mm
渦輪喉圓直徑da2=d2＋2ha2＝（ ＋2*0.8）＝83.2 mm
渦輪齒根圓直徑df2＝d2－2hf2＝（ -2*2.72）mm＝ 76.16mm
渦輪咽喉母圓半徑rg2=a-
da2＝8.4mm
3.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
σF=
YFa2Yβ
當(dāng)量齒數(shù)ZV2＝
=52.97
根據(jù)X2＝－0．5，ZV2＝52.97 ，從圖中可查得齒形系數(shù)YFa2＝2.73。
螺旋角系數(shù)Yβ＝1－
＝1－9.09°/140 ＝0.9351
許用彎曲應(yīng)力[σF]＝[σF]’KFN
從表中可查得 ACuSn10P1制造蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σF]’=56MPA
壽命系數(shù)KFN＝
=
[σF]=56*0.832Mpa=46.592 Mpa
σF=
*2.73*0.9351=0.239Mpa
彎曲強(qiáng)度是滿足的。
4.精度等級(jí)公差和表面粗度的確定
考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從
GB／T10089-1988圓柱蝸桿、渦輪精度中選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類為f．標(biāo)注
為8fGB／T10089-1988。然后由有關(guān)手冊(cè)差得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度，
此處從略。
5.蝸輪蝸桿零件圖
2.5軸承的選用滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動(dòng)軸承時(shí)，只要根據(jù)具體工作條件
正確選擇軸承的類型和尺寸。驗(yàn)算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計(jì)”問題。
2.6 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。
2.7 滾動(dòng)軸承的配合滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。
2.8 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤(rùn)滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。
- 控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)構(gòu)成- 由鍵盤輸入命令，顯示器顯示，以直觀的判別是否輸出對(duì)；
- 有復(fù)位按鍵，可以重新輸入，重新旋轉(zhuǎn)。
- 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)定角旋轉(zhuǎn)，分正逆方向；
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2018-7-19 04:28 上傳
由鍵盤按順序輸入五位數(shù)字：
第一位：運(yùn)行方向，“1”為正向運(yùn)行，“0”為逆向運(yùn)行，存于18H；
第二位：運(yùn)行模式，“0”為連續(xù)運(yùn)行模式，“1”為定角度運(yùn)行模式，存于19H
第三位：運(yùn)行角度百位數(shù)，在連續(xù)運(yùn)行模式時(shí)此位無效，在定角度運(yùn)行模式時(shí)此位乘以100即為旋轉(zhuǎn)度數(shù)，存于1AH;
第四位：運(yùn)行角度十位數(shù)，在連續(xù)運(yùn)行模式時(shí)此位無效，在定角度運(yùn)行模式時(shí)此位乘以10即為旋轉(zhuǎn)度數(shù)，存于1BH；
第五位：運(yùn)行角度個(gè)位數(shù)，在連續(xù)運(yùn)行模式時(shí)此位無效，在定角度運(yùn)行模式時(shí)此位乘以1即為旋轉(zhuǎn)度數(shù)，存于1CH；
五位數(shù)字輸完后，再輸入數(shù)字沒有意義，按下運(yùn)行鍵，將17H位置01H，顯示程序檢測(cè)到17H為01H時(shí)，跳轉(zhuǎn)運(yùn)行程序。
LED數(shù)碼管依次顯示輸入的數(shù)據(jù)，邊輸入邊顯示，數(shù)值輸入完后，按下“運(yùn)行鍵”，顯示程序檢測(cè)到17H為01H后，停止顯示，跳轉(zhuǎn)運(yùn)行程序，運(yùn)行程序處理數(shù)據(jù)后，單片機(jī)發(fā)出方向信號(hào)與CP脈沖信號(hào)，控制環(huán)形分配器，環(huán)形分配器輸入三相六拍信號(hào)，在經(jīng)過功率放大電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。任何時(shí)候按下“復(fù)位”鍵，程序從頭執(zhí)行，可以重新輸入。
因程序不是很復(fù)雜，I/O連接數(shù)碼管與環(huán)形分配器以及連接鍵盤電路，不需要太多I/O口，故選用80C51單片機(jī)，12MHZ振蕩器。
圖2 80c51
由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的要求，鍵盤應(yīng)有11個(gè)鍵，其中包括“0”“9”“運(yùn)行鍵”以及復(fù)位鍵，采用四行三列中斷式鍵盤。
鍵盤電路如下圖;
如圖所示，p1.0到p1.3與鍵盤行線連接，鍵盤行線通過與門與INTO連接，初始化時(shí)p1口寫1，p2口寫0，按鍵閉合時(shí)，INTO電平由高變低，響應(yīng)中斷，p1口的高電平被p2口的低電平拉低，此時(shí)p1口即為行值，接著p2口輪流送高電平，檢測(cè)p1口電平，當(dāng)p1口全為高電平時(shí)，此時(shí)p2口即為列值。接著由行值與列值判斷出鍵值，存于指定位置。鍵盤掃描程序完畢。按鍵行列值表如下：
單片機(jī)初始程序與鍵盤掃描程序如下：
- ORG 0000H
- AJMP CHUSHI
- ORG 0003H
- AJMP JPSM;中斷0地址
- ORG 0100H
- CHUSHI: MOV SP,#4FH;堆棧區(qū)
- MOV TMOD,#00H;置定時(shí)器
- SETB IT0;INT0脈沖沖觸發(fā)方式
- MOV R0,#18H;數(shù)據(jù)存放首地址
- MOV R1,#00H;存放顯示位數(shù)
- MOV 17H,#00H;運(yùn)行標(biāo)志位置零
- MOV A,#0ffH;P1口置1
- MOV P1,A
- MOV A,#00H
- MOV P2,A
- MOV IE,#81H;開中斷
- AJMP DISPLAY
- RETURN: RETI
- JPSM: CLR EA;建盤盤掃描子程序，關(guān)閉總中斷
- XIAODOU: MOV A,#0FFH;讀行線，消除抖動(dòng)
- MOV P1,A
- MOV A,P1
- MOV R3, A
- LCALL D_10ms;其中D_10ms為延日時(shí)子程序．延時(shí)10ms
- MOV A,#0FFH
- MOV P1,A
- MOV A, P1
- CJNE A,03H,RETURN;兩次結(jié)果不一致，轉(zhuǎn) RETURN，相等則R3中存放行值
- MOV R2,#01H
- SJMP LIEZHI_2
- LIEZHI_1: MOV A, R2
- RL A
- MOV R2,A
- LIEZHI_2: MOV A,R2
- MOV P2,A
- MOV A ,#0FFH
- MOV P1, A
- MOV A,P1
- MOV R4, A
- CJNE R4,#0FFH,LIEZHI_1;相等則R2中存放列值
- MOV A,#00H
- MOV P2,A
- HANG_1 : CJNE R3,#0FEH,HANG_2
- HANG_1_1 : CJNE R2,#01H,HANG_1_2
- MOV @R0, #09H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_1_2: CJNE R2,#02H, RETURN
- MOV 17H,01H;置運(yùn)行標(biāo)志位
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_2: CJNE R3 ,#0FDH,HANG_3
- HANG_2_1: CJNE R2,#01H,HANG_2_2
- MOV @R0, #06H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_2_2: CJNE R2,#02H,HANG_2_3
- MOV @R0,#07H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_2_3: CJNE R2,#04H,RETURN
- MOV @R0,#08H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_3: CJNE R3, #0FBH, HANG_4
- HANG_3_1: CJNE R2,#01H,HANG_3_2
- MOV@R0,#03H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_3_2: CJNE R2,#02H,HANG_3_3
- MOV @R0, #04H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_3_3: CJNE R2, #04, RETURN
- MOV @R0, #05H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_4: CJNE R3,#0F7H,RETURN_1
- HANG_4_1: CJNE R2,#01H,HANG_4_2
- MOV @R0, #00H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_4_2: CJNE R2,#02H,HANG_4_3
- MOV @R0, #01H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- HANG_4_3: CJNE R2,#04H,RETURN_1
- MOV @R0, #02H
- INC R0
- SETB EA;開中斷
- RETI
- RETURN_1: RETI
其中D-10ms為延時(shí)子程序，延時(shí)10ms。
2）顯示電路及顯示輸入的五位數(shù)據(jù)，因而需要五個(gè)LED數(shù)碼管，選用7SEG-MPX6-CC共陰極數(shù)碼管，為了輸出字位碼與字形碼，僅用單片機(jī)自帶I/O腳管是不夠的，因而增加74LS48與74LS138，前者輸出字形碼，后者輸出字位碼。
圖 3 74LS48和74LS138
其中E1連接+5V電壓，E1,E2與E3接地，Y0~Y5連接7SEG-MPX6-CC的位碼線。
（1）7SEG-MPX6-CC電路
電路連接如下圖所示
圖 4 7SEG-MPX6-CC
（2）顯示程序
#18H送R1，#00H送R5（字位碼）
R1是否和R0相等
R5的高四位互換與R1所指數(shù)據(jù)相互送P0口
延時(shí)10ms
R1自加14
R5自加1
DISPLAY: MOV A,17H
JNZ YUNXING
MOV R5, #00H;字位碼
MOV R1, #18H
XIANSHI: MOV A,R1
CJNE A ,00H, XUNHUAN
AJMP DISPLAY
XUNHUAN: CJNE A,#1DH, XUNHUAN_1
AJMP DISPLAY
XUNHUAN_1: MOV A,@R1
MOV R7, A;R7的低四位放字形碼，高四位放字形碼
MOV A, R5
SWAP A
ORL A,R7
MOV P0,A
LCALL D_10ms
INC R5
INC R1
AJMP XIANSHI
3）運(yùn)行程序
單片機(jī)輸出CP脈沖頻率：
使用定時(shí)器0，門控位GATE置0，以運(yùn)行控制位TR0啟動(dòng)定時(shí)器，C/T位置0，采用定時(shí)工作方式，M1M0=00，定時(shí)器采用0方式，ET0置0，禁止定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷，CH250的CP脈沖頻率由前所述應(yīng)為625HZ,固定時(shí)器所定時(shí)間應(yīng)為
1/625*2s=800us
(2^13-x)*1/2*12us=800us
進(jìn)制轉(zhuǎn)換: x=2^13-800=7392=1110011100000B
所以TH0＝＃0E7H，TLO＝＃00H
（1）模式0，連續(xù)回轉(zhuǎn)模式
程序如下：
YUNXING: CLR EA;禁止中斷
MOV A,18H;18H中存放方向標(biāo)志位
CJNE A, #00H, FX_1;18H不為0則轉(zhuǎn)FX1
FX_0: CLR 00H
MOV C,00H;將CY置0
MOV P3.0,C;將CY值送P3．0，P3．0連接CH250的CP口
AJMP YS
FX_1: CLR 01H
MOV C, 00H;將CY置1
MOV P3.0, C;將CY值送P3．0，P3．0連接CH250的CP口
YS: MOV A,19H
CJNE A,#00H, MODEL_1;19H若為＃00H則為0模式，不跳轉(zhuǎn)
MODEL_0: CLR P3.1
LOOP_1: CPL P3.1
CLR TF0;清定時(shí)器0的溢出標(biāo)志位
MOV TH0, #0E7H;置定時(shí)器初值
MOV TL0, #00H
SETB TR0;開始定時(shí)
LOOP_2: JBC TF0, LOOP_1;如果定時(shí)器0溢出轉(zhuǎn)LOOP1，否則繼續(xù)續(xù)檢測(cè)
AJMP LOOP_2
（2）模式1，定角度模式
i=51/2=25.5
工作臺(tái)轉(zhuǎn)1°則步進(jìn)電機(jī)需轉(zhuǎn)60′／（1.5°×60/25.5）=17步，因定時(shí)器到時(shí)兩次步進(jìn)電機(jī)旋一個(gè)步距角，所以定時(shí)器到時(shí)34次，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)1°為了利于程序編制，將程序分為三部分，第一部分為百位部分，第二部分為十位部分，第三部分為個(gè)位部分。這三個(gè)部分由前到后依次執(zhí)行，即發(fā)出定數(shù)目的脈沖，全部執(zhí)行完后所發(fā)脈沖數(shù)相加即為輸入命令所要求的。三段程序結(jié)構(gòu)相同，現(xiàn)僅就百位部分進(jìn)行詳細(xì)說明，鍵盤所輸入的回轉(zhuǎn)角度百位數(shù)乘以100再乘以34就是定時(shí)器應(yīng)溢出的次數(shù)，所以使用DINZ指令使定時(shí)程序段重復(fù)運(yùn)行以上所述次數(shù)，便可以完成百位數(shù)部分脈沖個(gè)數(shù)要求，十位部分與個(gè)位部分與百位部分相同。
程序如下：
- MODEL_1: CLR P3.1
- MOV A, 1AH
- CJNE A, #00H, BAIWEI;百位數(shù)判0，如如果為零跳轉(zhuǎn)十位數(shù)判0，否則百位循環(huán)
- AJMP SHIWEI_1
- BAIWEI: MOV 15H,#22H;百位循環(huán)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)1度對(duì)應(yīng)定時(shí)器溢出次數(shù)34=22H
- LOOP1_2: MOV 12H, #64H
- LOOP1_1: MOV R1, 1AH;將由鍵盤輸入的百位度數(shù)給R1
- LOOP1_3: CPL P3.1 ;由P3．1輸出CP脈沖
- CLR TF0
- MOV TH0, #0E7H
- MOV TL0, #00H
- SETB TR0
- LOOP1_4: JBC TF0, LOOP1_5;檢測(cè)定時(shí)器0是否溢出，溢出則轉(zhuǎn)L0OP1_5，否則繼續(xù)檢測(cè)
- AJMP LOOP1_4
- LOOP1_5: DJNZ R1, LOOP1_3
- DJNZ 12H,LOOP1_1
- DJNZ 15H,LOOP1_2
- SHIWEI_1: MOV A, 1BH ;十位循環(huán)
- CJNE A, #00H, SHIWEI
- AJMP GEWEI_1
- SHIWEI: MOV 15H,#22H
- LOOP2_2: MOV 13H, #0AH
- LOOP2_1: MOV R2, 1BH
- LOOP2_3: CPL P3.1
- CLR TF0
- MOV TH0, #0E7H
- MOV TL0, #00H
- SETB TR0
- LOOP2_4: JBC TF0, LOOP2_5
- AJMP LOOP2_4
- LOOP2_5: DJNZ R2, LOOP2_3
- DJNZ 13H, LOOP2_1
- DJNZ 15H, LOOP2_2
- GEWEI_1: MOV A,1CH ;個(gè)位循環(huán)
- CJNE A, #00H, GEWEI
- AJMP HERE
- GEWEI: MOV 15H, #22H
- LOOP3_2: MOV 14H, #01H
- LOOP3_1: MOV R3, 1CH
- LOOP3_3: CPL P3.1
- CLR TF0
- MOV TH0, #0E7H
- MOV TL0,#00H
- SETB TR0
- LOOP3_4: JBC TF0, LOOP3_5
- AJMP LOOP3_4
- LOOP3_5: DJNZ R3,LOOP3_3
- DJNZ 14H, LOOP3_1
- DJNZ 15H, LOOP3_2
- HERE: SJMP HERE
4）延時(shí)子程序
按前述要求，鍵盤防抖與顯示程序所需，延時(shí)程序需要有10ms的延時(shí)，使
用12MHz振蕩器，故一個(gè)機(jī)器周期為1us。
程序如下：
D_10ms: MOV11H#32H;1*1us
LOOP: MOV 10H,#63H;*50us
DJNZ 10H，$；2*99*50us，原地跳轉(zhuǎn)
DJNZ 11H，LOOP；2*50us，（1＋50＋9900＋100）us＝10050us≈10ms
RET
5）環(huán)形分配器電路
6）功率放大電路
采用單電壓功率放大電路，如圖所示，A、B、C分別為步進(jìn)電機(jī)的三相，每相由一組放大器驅(qū)動(dòng)。放大器輸入端與環(huán)形脈沖分配器相連。在沒有脈沖輸入時(shí)，3DK4和3DD15功率晶體管均截止，繞組中無電流通過。電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng)A相得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。當(dāng)脈沖依次加到到A、B、C三個(gè)輸入端時(shí)，三組放大器分別驅(qū)動(dòng)不同的繞組，使電動(dòng)機(jī)一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)。電路終于繞組并聯(lián)的二極管VD起續(xù)流作用，記載功功放管截止時(shí)，使儲(chǔ)存在繞組中的能量通過二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻R為限流電阻，限制通過繞組的電流不致超過其額定值，以免電動(dòng)機(jī)發(fā)熱厲害被燒壞。R的阻值一般在5“2092范圍內(nèi)選取。
電路如下圖：
Protues是一款可以對(duì)各種電路進(jìn)行仿真的軟件，可以驗(yàn)證電路連線與程序的正確性，現(xiàn)將仿真步驟與結(jié)果向述于下。
仿真方法：由前所述連接電路，因本軟件沒有環(huán)形分配器CH250，故僅對(duì)單片機(jī)發(fā)出的方向信號(hào)與脈沖信號(hào)進(jìn)行檢驗(yàn)是否滿足要求，由前所述，為了滿足工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)要求，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為625步／s，環(huán)形分配器每接到一個(gè)上升沿則走一拍，因而單片機(jī)的脈沖頻率應(yīng)為625HZ，即單片機(jī)發(fā)出的脈沖周期應(yīng)為1／625＝1．6ms，電壓為5V。
1、由前所述，連接仿真電路，從 DEVICES中PICK各種種元器件，并連接之，最后將示波器與P3．0和P3．1相連，電路圖如下：
其中用電壓表來檢測(cè)方向電壓是否正確，示波器來檢測(cè)脈沖波形是否正確；單片機(jī)所需程序由Keil軟件輸入，并導(dǎo)出成為hex文件，由上圖的單片機(jī)擊導(dǎo)入，并設(shè)定 Clock Frequency為12MHz，點(diǎn)擊仿真按鈕開始仿真。
2、將指令“00000”輸入（后三個(gè)零可以不用輸入，因?yàn)槭沁B續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，輸不輸
入皆可以），按下“運(yùn)行”鍵，指令表示正方向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：
總結(jié)為期三周的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)在這里終于改一段落了，由于自己的知識(shí)有限，這次的課程設(shè)計(jì)遇到了不少問題，很多地方也有欠缺，不過這個(gè)過程還是使我受益匪淺。通過這次的課程設(shè)計(jì)使我加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，并且對(duì)于之前的實(shí)習(xí)及課程設(shè)計(jì)有了更深刻的認(rèn)識(shí)
課程設(shè)計(jì)是我們?cè)谕瓿芍暗慕虒W(xué)計(jì)劃所規(guī)定的全部課之后，綜合運(yùn)用所學(xué)過的全部理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐性數(shù)學(xué)環(huán)節(jié)。它培養(yǎng)我們進(jìn)行綜合分析和提高解決實(shí)際問題的能力，從而達(dá)到鞏固，擴(kuò)大，深化所學(xué)知識(shí)的目的，它培養(yǎng)我們調(diào)查研究熟悉有關(guān)技術(shù)政策，運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，手冊(cè)，圖冊(cè)等工具書，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件的獨(dú)立工作能力。
通過我學(xué)到了很多，初步的讓我認(rèn)識(shí)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要。除了鞏固了所學(xué)的理論知識(shí)外，還學(xué)到不少的新知識(shí)和新方法。通過本次的設(shè)計(jì)使我對(duì)CAXA操作更熟練，能夠完整的畫出單片機(jī)接線圖圖紙。
剛開始做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我?guī)缀跏菬o從下手的.在同學(xué)的指導(dǎo)和自己不斷的錯(cuò)誤和摸索下找到了一定的方法. 不過在做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候還是遇到了很多問題，如在控制設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)泳�圖的設(shè)計(jì)處理不當(dāng)，遺漏了很多解口問題等等。設(shè)計(jì)控制程序時(shí),遺漏了延時(shí)程序,這些錯(cuò)誤我用了很長(zhǎng)的時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間才做好,幸好還是完成了這次設(shè)計(jì),使自己對(duì)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)有了一定的認(rèn)識(shí),但我對(duì)它里面的很多機(jī)械部分還是不太清楚。因而,要學(xué)好它，必須掌握不少的其他領(lǐng)域?qū)W科的知識(shí)，因此還要更多的時(shí)間和努力。由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間短和水平有限，做的不夠精細(xì)，難免有點(diǎn)錯(cuò)誤懇請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。
同時(shí)感謝老師們對(duì)我的悉心指導(dǎo)!
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