1、引 言對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設計主要是培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。而工科類學生更應側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實際知識和技能，獲得工程技術經(jīng)用性崗位的基本訓練，通過畢業(yè)設計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學生向工程技術人員的過渡。使學生進一步鞏固和加深對所學的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學生獨立工作、獨立思考和綜合運用所學知識的能力，提高 解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術問題的能力，從而擴大、深化所學的專業(yè)知識和技能。培養(yǎng)學生的設計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻、外文資

2、料的閱讀與翻譯、計算機應用、文字表達等基本工作實踐能力，使學生初步掌握科學研究的基本方法和思路。使學生學會初步掌握解決工程技術問題的正確指導思想、方法手段，樹立做事嚴謹、嚴肅認真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結(jié)協(xié)作的工作作風。本次畢業(yè)設計主要是解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機械機構(gòu)的設計與計算部分，設計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應用于數(shù)控機床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是：1在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺；2在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承 載能力；3在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的

3、數(shù)控轉(zhuǎn)臺。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達到每年600臺左右。預計未來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率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均1520左右的穩(wěn)定增長。閏土機械外文翻譯成品TB店第一章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應用 數(shù)控機床的圓周進給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標軸聯(lián)動，從

4、而加工出各種球、圓弧曲線等?；剞D(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，擴大了數(shù)控機床加工范圍。1.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進給軸聯(lián)動。 它的進給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進行控制的。工作臺的運動是由伺服電動機，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置調(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。當工作臺靜止時必須處于鎖緊狀

5、態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向有8對夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞便壓向鋼球，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，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?；剞D(zhuǎn)工作臺的導軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承及雙列向心圓柱滾子軸承保持準確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實際測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補償角度的位置和補償?shù)闹?，記憶在補償回路中，由數(shù)控裝置進行誤差補償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺精確

6、到位信號，反饋給數(shù)控裝置進行控制?；剞D(zhuǎn)工作臺設有零點，當它作回零運動時，先用擋鐵壓下限位開關，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進給運動。1.2 設計準則我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則1）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能2）分析原理和性能3）判別功能載荷及其意義4）預測意外載荷5）創(chuàng)造有利的載荷條件6）提高合理的應力分布和剛度7）重量要適宜8）應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸9）根據(jù)性能組合選擇材料10） 零件與整體零件之間精度的進行選擇11） 功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求1.3 主要

7、技術參數(shù)（1）最大回轉(zhuǎn)半徑：500 mm（2）回轉(zhuǎn)角度：0360°（3）回轉(zhuǎn)精度：001°（6）最大承載重量1001.4 本章小結(jié)主要簡單介紹畢業(yè)設計題目（數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺）和其發(fā)展概況，設計背景、工作原理、設計參數(shù)也作了進一步的說明。第二章：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設計2.1 傳動方案的確定2.1.1步進電機的原理步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。   步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速

8、控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。      選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負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大的電機，負載力矩大。      選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣

9、可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。   選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機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)工作頻率能滿足機床快速移動的需要2.1.2.傳動方案傳動時應滿足的要求 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原動機采用應采用步進電機，工作臺為T形槽工作臺

10、，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。 合理的傳動方案主要滿足以下要求： （1）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。 （2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 （4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟合理等。2.1.3.傳動方案及其分析數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：步進電機齒輪傳動蝸桿傳動工作臺該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿傳動有以下特點：1傳動比大，在分度機構(gòu)中可達1000以上。與其他傳動形式

11、相比，傳動比相同時，機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。2傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。4效率低、制造成本較高 蝸桿傳動方面：齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉

12、環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。兩種型式各有特點：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進給機構(gòu)一樣，都可以用功率步進電機來驅(qū)動。閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。2.2 步進電機的選擇及運動參數(shù)的計算許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅(qū)動元件。步進電機的特點:一是過載性好。其轉(zhuǎn)速不受負載大小的影響，不像普通電機，當負載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合；二是控制

13、方便。步進電機是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計算機控制帶來了很大的方便，反過來，計算機的出現(xiàn)也為步進電機開辟了更為廣闊的使用市場；三是整機結(jié)構(gòu)簡單。傳統(tǒng)的機械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復雜，調(diào)整困難，使用步進電機后，使得整機的結(jié)構(gòu)變得簡單和緊湊。所以選擇步進電機的計算如下：工作所需功率為：Pw=FwVw/1000w KW Pw=Tnw/9950w KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,電機工作效率w=0.97，代入上式得Pw=150×36/（9950×0.97）=0.56 KW電機所需的輸出功率為：P0= Pw/式中：為電機至工作臺主動軸之間的

14、總效率。由表2.4查得：齒輪傳動的效率為w=0.97；一對滾動軸承的效率為： w=0.99；蝸桿傳動的效率為w=0.8。因此，=1233=0.97×0.993×0.8=0.75P0= Pw/=0.56/0.75=0.747 KW一般電機的額定功率Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW則由表2.1取電機額定功率為：Pm=0.75 KW。確定電機轉(zhuǎn)速按表2.5推薦的各種機構(gòu)傳動范圍為，?。糊X輪傳動比：3-5，蝸桿傳動比：15-32，則總的傳動范圍為：i=i1×i2=3×15-5×32=45-160電機轉(zhuǎn)速的范

15、圍為N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min為降低電機的重量和價格，由表2.1中選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機，型號為Y132S2-2，其滿載轉(zhuǎn)速nm=2920r/min,此外，電機的安裝和外形尺寸可查表2.22.3 齒輪傳動的設計2.3.1 選擇齒輪傳動的類型根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用直齒輪傳動的形式。2.3.2 選擇材料 考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。 按齒面接觸疲勞強度設計先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒

16、根彎曲疲勞強度。傳遞轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106P1/N1=（9.55X106×載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，由表6-6取K=1.2齒寬系數(shù)d:由表6-7取d=1許用接觸壓力H：H=H2=220Mpa傳動比i:i=3將以上參數(shù)代入公式D13（671/h）2（6-21）KT1(i+1)/diD132.88mm 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸1）齒數(shù) 取Z1=22，則Z2=i×Z1=3×22=66,取Z2=66。2）模數(shù) m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取標準值m=1.5。3）中心距 標準中心距 =m/2(Z1+Z2)=60.5mm4）其他主要尺寸分度

17、圓直徑：d1=mZ1=1.5x22=33mm, d2=mZ2=1.5x66=99mm齒頂圓直徑：da1=d1+2m=33+2x1.5=36mm, da2=d2+2m=99+2x1.5=102mm齒寬：b= dd1=0.6x33=19.8mm, 取b2=b1+(5-10)=25-30mm,取b1=30mm。 校核齒根彎曲疲勞強度 F=22KT1YFS/bmd1F復合齒形系數(shù)Ys：由x=0（標準齒輪）及Z1 Z2查圖6-29得YFS1=4.12，YFS2=3.96則f1=2kT1YFS1/bmd1=3x4.12/(19.8x1.5x33)=74.6MpaF1f2=f1YFS2/YFS1=(74.6

18、x3.96/4.12)Mpa=71.70MPaF2彎曲強度足夠。 確定齒輪傳動精度齒輪圓周速度v=d1n/(60x1000)=3.14x72.5x970/(600x1000)=3.68m/s由表6-4確定第公差組為8級。第、公差組也定為8級，齒厚偏差選HK 齒輪結(jié)構(gòu)設計小齒輪 da1 =33mm 采用實心式齒輪大齒輪 da2 =99mm 采用腹板式齒輪2.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核由于前述所選電機可知T=2.93N.M傳動比設定為i=3，效率=0.8工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。2.4.1 選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用漸開線蝸桿。2.4.2 選擇材料

19、 考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。2.4.3 按齒面接觸疲勞強度設計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： (3-2) （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2按Z1=2，估取效率=0.8，則T2=T*i=153.4N.M (3-3)（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1

20、.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則 K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651.27 (3-4)（3）確定彈性影響系數(shù)ZE選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。 （4）確定接觸系數(shù)Z先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.30，從而可查出Z=3.12。（5）確定許用應力H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應力H=268MPA。因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則 H= KHNH=0.92×268=246.56247

21、MPA (3-5)（6）計算中心距 (3-6) 取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm，這時=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為Z，因此以上計算結(jié)果可用。2.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸2.5.1 蝸桿直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=22.4mm，蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導程角=3°1138蝸桿軸向齒距：PA=3.94mm； (3-7)蝸桿齒頂圓直徑： (3-8)蝸桿軸向齒厚：=1.97mm (3-10)2.5.2 蝸輪蝸輪齒數(shù)：Z2 =62，變位系數(shù)=0驗算傳動比：i=/=62/1=62 (3-11)這是傳動比誤差為：（6

22、0-62）/60=2/60=0.033=3.3% (3-12)蝸輪分度圓直徑：d2=mz2= (3-13)蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2ha2=93.5 (3-14)蝸輪喉母圓直徑rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25 (3-17)2.5.3 校核齒根彎曲疲勞強度 (3-18)當量齒數(shù) (3-19)根據(jù)2=0，ZV2=62，可查得齒形系數(shù)=2.31，螺旋角系數(shù) Y=1-/140°=0.9773 (3-20)許用彎曲應力F= KFN F=56×0.72=40.32MPa (3-21)=2.31×0.9773=4.29MPa (3-22)所以彎曲

23、強度是滿足要求的。2.6 軸的校核與計算2.6.1 畫出受力簡圖圖 3-1受力簡圖 計算出：R1=46.6N R2=26.2N 2.6.2 畫出扭矩圖 T=.i.T電機 =0.36×60×0.98 =21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖 2.6.3 彎矩圖M=72.8×180×10-3=13.1N. （3-34） 圖3-3彎矩圖2.7 彎矩組合圖由此可知軸的最大危險截面所在。組合彎矩 （3-35）2.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 （3-36） 扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6抗彎截面系數(shù)W=0.1d3根據(jù)各個零件在軸上的定位和

24、裝拆方案確定軸的形狀及小2.9 齒輪上鍵的選取與校核（1）取鍵連接的類型好尺寸因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=10mm。（2）鍵連接的強度鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力p= 5060MPa，取其平均值p=135MPa。鍵的工作長度l=L-b=10-5=5mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm，從而可得：p=2000T/(kld)=127p 可見滿足要求。 此鍵的標記為：鍵B5×10 GB/T 10961979。2

25、.10 軸承的選用滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關的“軸承裝置設計”問題。2.10.1 軸承的類型考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸

26、承的型號為：30208。2.10.2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。2.10.3 滾動軸承的配合滾動軸承是標準件，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；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。2.10.4 滾動軸承的潤滑考慮到電動刀架工作時轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的。 2.10.5 滾動軸承的密封裝置軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可

27、分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應朝外。2.11 本章小結(jié)對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進行設計 選型 零件校核，按照機械設計一書進行設計，完成機械部分。第三章 控制系統(tǒng)設計3.1 系統(tǒng)方案設計構(gòu)成本系統(tǒng)包括機械部分和伺服電機控制兩部分。根據(jù)所給的要求，擬用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)設計方案，其開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖。 單片機 光電 環(huán)形 功率 驅(qū)動 執(zhí)行 耦合 分配器 放大器

28、 機構(gòu) 機構(gòu) 具體原理：編寫單片機指令，通過掃描鍵盤輸入的數(shù)字記錄需要轉(zhuǎn)動的角度，然后計算需要輸出的脈沖，用軟件的方法實現(xiàn)脈沖的輸出，然后由光電耦合電路減小外部的干擾，接著用環(huán)行分配器使各相繞組按一定的順序通電，由功率放大電路實現(xiàn)功率的放大，然后接步進電動機，通過連軸器把力矩傳到蝸桿、蝸輪減速器。由于蝸輪與回轉(zhuǎn)工作臺以傳動軸相連接，具有相同的角速度，使得蝸輪的轉(zhuǎn)動帶動回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動。理論上，回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動角位移精度由微機發(fā)出的電平信號來控制。3.11 單片機 本設計選用8031芯片，片內(nèi)無ROM或者EPROM，使用時必須配置外部的程序存儲器EPROM。本設計選用了2764擴展其空間，803

29、1的引腳分3大功能：（1） I/O口線P0,P1,P2,P3共4個八位口。（2） 控制口線PSEN(片外取指控制)、ALE（地址鎖存控制）、EA（片外存儲器選擇）、RESET（復位控制）。（3） 電源和時鐘。8031最小應用系統(tǒng)。8031內(nèi)部不帶ROM，需要外接EPROM作為外部程序存儲器。又因為8031在外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時地址的低8位信息和數(shù)據(jù)信息分時送出，故還需要采用一片74LS373來鎖存低8為地址信息。這樣，一片2764EPROM和一片74LS373組成了一個最小的計算機應用系統(tǒng)。如圖 MCS-51的程序存儲器空間與數(shù)據(jù)存儲器空間是相互獨立的。用戶可最多擴展到64kb的程序存

30、儲器幾64kb的數(shù)據(jù)存儲器，編址為0000HFFFFH。片內(nèi)8kb單元地址要求地址線13根（A0A12）。它由P0和P2.0P2.4 組成。地址鎖存器的鎖存信號為ALE。程序存儲器的取地址消耗為PSEN。由于程序存儲器芯片只有一片，所以其片選端（31）直接接地。8031芯片本身的連接31必須接地來表明選擇外部存儲器外，還必須有復位和時鐘電路。在此系統(tǒng)中有P1、P3口作為用戶I/O口使用；74LS373為地址鎖存器，他是一片三態(tài)輸出8D觸發(fā)器，當OE=1時三態(tài)門導通，輸出線上為8為鎖存器的狀態(tài)。當OE=1時輸出為高住抗轉(zhuǎn)臺。G為鎖存信號輸入線，G=1時鎖存器輸出等于D端輸入，G輸入短跳變將輸入信

31、息鎖存到8為鎖存器中。當8031在訪問外部程序存儲器時，P2口輸入高8為地址：P6口分時傳送底8為地址和指令字節(jié)。在ALE為高電平時，P0口輸出的地址有效，并由ALE的下降沿鎖存到地址鎖存器中，此時外部程序存儲器宣統(tǒng)信號線PSEN出現(xiàn)低電平，選通相應的外部。EPROM存儲器；相應的指令字節(jié)出現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線（O0O7）上，輸入到P0口，CPU將指令字節(jié)讀入指令寄存器。3.12 光電耦合為了防止強電干擾及其干擾信號通過I/O控制電路進入計算機，影響其工作，通常的辦法是實現(xiàn)采用濾波吸收，控制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機與強電部件不共地，中斷干擾信號的傳導，光電隔離電路主要有

32、光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成。如圖控制輸出時，危機輸出的控制信號經(jīng)74LS04非門反相后，加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端。當控制信號為高電平時，經(jīng)過反相加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此，發(fā)光二極管不導通，沒有光發(fā)出。這時光敏三極管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏三極管集電極上的電源電壓。當控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導通并發(fā)光，光敏三極管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導通，于是輸出端的電平幾乎等于零。3.13 環(huán)形分配器 D相驅(qū)動 E相驅(qū)動步進電動機的各相繞組必須按一定的順序通電才能正常工作。這種使電動機按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器。實現(xiàn)環(huán)形脈沖分配器功能有兩種：一種是純軟件方法，即完

33、全用軟件來實現(xiàn)相序的分配，直接輸出各相導通或截止的信號；其電路圖如圖 P1.0 P1.18031 P1.2P1.3P1.4A相驅(qū)動B相驅(qū)動C相驅(qū)動D相驅(qū)動E相驅(qū)動本設計以五相十拍電機為控制對象，它的通電方式為AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB，共有10個通電狀態(tài)。如果P1口輸出的控制信號中，0代表繞組通電，1代表使繞組斷電，則可用10個控制字來對應這10個通電狀態(tài)。這10個控制字如下表通電狀態(tài)P1.4(E)P1.3(D)P1.2(C)P1.1(B)PP1.0(A)控制字AB11100FCHABC11000F8HBC11001F9HBCD10001F1HCD10

34、011F3HCDE00011E3HDE00011E7HDEA00111E6HEA01110EEHEAB01100ECH在程序中，只要依次將這10個控制字送到P1口，步進電動機就會轉(zhuǎn)動一個齒距角。每送一個空子就完成一拍，步進電動機轉(zhuǎn)過一個步距角。程序就是根據(jù)這個原理進行設計的。3.14 功率放大器R1L 80vR2 從計算機輸出口或從環(huán)形分配器輸出的信號脈沖電流一般只有幾個毫安，不能直接驅(qū)動步進電動機，必須采用功率放大器將脈沖電流進行放大，使其增大到幾至十幾安培，從而驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)。由于電動機各相繞組都是繞在鐵心上的鐵圈。所以電感較大，繞組通電時，電流上升受到限制，因而影響電動機各相繞組電流的大

35、小。繞組斷電時，電感中磁場的儲能元件將維持繞組中已經(jīng)有的電流不能突變。在繞組斷電時會產(chǎn)生反電動勢。為使電流盡快衰減并釋放反電動勢必須增加適當?shù)睦m(xù)流回路。本設計采用單電壓功率放大電路，如圖 TTqf步進電動機的距頻特性 步進電動機的輸出轉(zhuǎn)距隨頻率升高而下降的原因可以這樣接受：由于有繞組電感的一向，繞組中電流的波形如上所示，電流上升需要一定的時間，電流上升的驅(qū)動電流的時間常數(shù)a為 a =L/Ra L-繞組的電感；Ra通電回路的總電阻，包括繞組線圈電阻，限流電阻R1和晶體管結(jié)電阻。電流下降時放電回路的時間常數(shù)b b =L/RbL-繞組的電感Rb通電回路的總電阻，包括繞組線圈電阻，耗能電阻R2晶體管結(jié)

36、電阻。本設計考慮的精度原因，選取R1=R2=103.15 程序 鍵盤掃描流程圖： 記錄輸入的數(shù)據(jù) 計算程序，算出步進電機的步數(shù)等待鍵盤輸入 循環(huán)產(chǎn)生脈沖中斷時間到響應中斷，停止脈沖輸出鍵盤子程序：KEY： LCALL KS2 檢查有閉合鍵否？ JNZ MK1 A非0，有鍵閉合則轉(zhuǎn) LJMP MK7 無鍵閉合轉(zhuǎn)返回MK1： LCALL DIR 有鍵閉合，則延時12ms LCALL DIR 消抖 LCALL KS2 再次檢查有鍵閉合 JNZ MK2 若無鍵閉合則轉(zhuǎn) LJMP MK7 若無鍵閉合則轉(zhuǎn)返回MK2： MOV P1，#F0H 發(fā)行線全掃描信號，列線全1 MOV A，P1 讀入列狀態(tài) ANL

37、 A，#F0H 保留高4位 CJNE A，#FOH ，MK3 有鍵按下則轉(zhuǎn) LJMP MK7 無閉合鍵轉(zhuǎn)返回MK3： MOV R2，A 保存列值 ORL A，#0FH 列線信號保留，行線全1 MOV P1，A 從列先輸出 MOV A，P1 讀入P1口狀態(tài) ANL A，#0FH 保留行線值 ADD A，R2 將行線值和列線值合并 MOV R2，A 暫存與R2中 MOV R3，#00H R3存簡直 MOV DPTR，#TRBE 指向鍵值表首地址 MOV R4，#10H 查找次數(shù)送R4MK4： CLR A MOVC A，A+DPTR 表中值送入AMOV 70H,A 暫存與70H單元中MOV A,R2

38、 鍵特征值送入ACJNE A,70H,MK6 未查到則轉(zhuǎn)MK5: LCALL DIR 掃描1遍顯示器LCALL KS2 還有鍵閉合否？JNZ MK5 若鍵未釋放，則等待LCALL DIR 若鍵已釋放，則延時12msLCALL DIR 消抖MOV A,R3 將鍵值存入A中RET 返主MK6: INC R3 鍵值加一INC DPTR 表地址加1DJNE R4,MK4 未查到，反復查找MK7: MOV A,#FFH 無閉合鍵標志存入A中RET 返主KS2: MOV P1,#FOH 閉合鍵判斷子程序MOV A,P1 發(fā)全掃描信號，讀入列線值ANL A,#FOH 保留列線值CPL A 取反，無鍵按下全0

39、RET 返主TRBE: DB 01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08HDB 09H,00H,FFH,FFH,FFH,FFH,FFH,FFH把輸入的數(shù)字轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)：MOV A,30HMOV B,#64HMUL ABMOV R6,AMOV R7,AMOV A,#31HMOV B,#OAHMUL ABADD A,R6MOV A,#32HMOV R6,A 這樣高位在R7中，低位在R6中 計算程序： MOV R5,#00H MOV R4,#4BHDIV MOV A,R5 除數(shù)高8位送AJNZ BEGIN 除數(shù)非零則轉(zhuǎn)BEGINMOV A,R4 除數(shù)底8位送AJZ OVER 除數(shù)為

40、零置益出標志BEGIN: MOV A,R7 被除數(shù)高8位送A JNZ BEGIN1 被除數(shù)非零則轉(zhuǎn)BEGIN1 MOV A,R6 被除數(shù)低8位送A JNZ BEGIN1 被除數(shù)非零則轉(zhuǎn)BEGIN1 RET 被除數(shù)為零則返回BEGIN1: CLR A 清余數(shù)單元 MOV R2,A MOV R3,A MOV R1,#10H 雙字節(jié)除法計數(shù)器置16DIV1: CLR C 開始R3R2R7R6左移 MOV A,R6 被除數(shù)低8位送A RLC A R6循環(huán)左移一位 MOV R6,A 左移結(jié)果送回 MOV A,R7 被除數(shù)高8位送A RLC A R7循環(huán)左移一位 MOV R7,A 左移結(jié)果回送 MOV A

41、,R2 余數(shù)左移一位 RLC A MOV R2,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,ADIV2: MOV A,R2 開始部分余數(shù)減除數(shù) SUBB A,R3 低8位先減 MOV R0,A 暫存差值 MOV A,R3 MOV A,R5 高8位相減 JC NEXT 若部分余數(shù)除數(shù)則轉(zhuǎn)NEXT INC R6 若部分余數(shù)=除數(shù)則商為1 MOV R3,A 新余數(shù)存R3 R2 MOV A,R0 MOR R2,A NEXT: DJNZ R1,DIV1 16位除完則返回MOV A,R3 開始四舍5入處理JB A.7,ADD1 若余數(shù)最高位為1則進1CLR C 開始余數(shù)乘2處理MOV A,R2 RLC A 余數(shù)低8位乘2MOV R2,A MOV A,R3RLC A 余數(shù)8位乘2SUBB A,R5 余數(shù)*2-除數(shù)JC NOOVER 若余數(shù)*小除數(shù)則轉(zhuǎn)JNZ ADD1 若夠減則轉(zhuǎn)進1MOV A,R2 高8位相等時比較底8位SUBB A,R4 JC NOOVER 余數(shù)*2除數(shù)則轉(zhuǎn)ADD1: MOV A,R6 開始商進1處理ADD A,#01HMOV R6,AMOV A,R7ADDC A,#00HMOV R7,ANOOV