数控回转工作台的设计.pdf

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1、东华理工大学长江学院毕业设计 -1-引 言 对数控回转工作台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。培养 学生 独 立 工 作、独 立 思 考和综 合运 用所 学知识 的能力，提 高 解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。培

2、养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。本次毕业设计主要是解决数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是：1在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；2在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转

3、速和转台的承 载能力；3在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600 台左右。预计未来 5 年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均1520左右的稳定增长。数控回转工作台的设计 -2-闰土机械外文翻译成品 TB 店 第一章 数控回转工作台的原理与应用 数控机床的

4、圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与 X、Y、Z 三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。1.1 数控回转工作台 数控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。它的进给、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，经齿轮减速后由蜗杆传给蜗轮。为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一

5、侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。当工作台静止时必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向有 8 对夹紧瓦，并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承及双列向心圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路

6、中，由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中，由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。回转工作台设有零点，当它作回零运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。东华理工大学长江学院毕业设计 -3-1.2 设计准则 我们的设计过程中，本着以下几条设计准则 1）创造性的利用所需要的物理性能 2）分析原理和性能 3）判别功能载荷及其意义 4）预测意外载荷 5）创造有利的载荷条件 6）提高合理的应力分布和刚度 7）重量要适宜 8）应用基本公式求相称尺寸

7、和最佳尺寸 9）根据性能组合选择材料 10）零件与整体零件之间精度的进行选择 11）功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求 1.3 主要技术参数（1）最大回转半径：500 mm（2）回转角度：0360（3）回转精度：001（6）最大承载重量100 1.4 本章小结 主要简单介绍毕业设计题目（数控回转工作台）和其发展概况，设计背景、工作原理、设计参数也作了进一步的说明。数控回转工作台的设计 -4-第二章：数控回转工作台的结构设计 2.1 传动方案的确定 2.1.1 步进电机的原理 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机

8、总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。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线的范围内。一般地说最大静力矩大的电机，负载力矩大。选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这

9、样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要 东华理工大学长江学院毕业设计 -5-2.1.2.传动方案传动时应满足的要求 数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用应采用步进电机，工作台

10、为T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。合理的传动方案主要满足以下要求：（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。（2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。（3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。（4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。2.1.3.传动方案及其分析 数控回转工作台传动方案为：步进电机齿轮传动蜗杆传动工作台 该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能力较高，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆传动有以下特点：1传动比大，在分度机构中可达1000以上。与其他传

11、动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。2传动平稳 蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。3可以自锁 当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4效率低、制造成本较高 蜗杆传动方面：齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。同时，对于数控回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作

12、台、闭环回转工作台。数控回转工作台的设计 -6-两种型式各有特点：开环回转工作台 开环回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用功率步进电机来驱动。闭环回转工作台 闭环回转工作台和开环回转工作台大致相同，其区别在于：闭环回转工作台有转动角度的测量元件（圆光栅）。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。2.2 步进电机的选择及运动参数的计算 许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。步进电机的特点:一是过载性好。其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速

13、度和位置都有严格要求的场合；二是控制方便。步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场；三是整机结构简单。传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。所以选择步进电机的计算如下：工作所需功率为：Pw=FwVw/1000w KW Pw=Tnw/9950w KW 式中T=150N.M,nw=36r/min,电机工作效率w=0.97，代入上式得 Pw=15036/（99500.97）=0.56 KW 电机所需的输出功率为：P0=Pw/式中：为电机至工作台

14、主动轴之间的总效率。由表2.4查得：齿轮传动的效率为w=0.97；一对滚动轴承的效率为：w=0.99；蜗杆传动的效率为w=0.8。因此，=1233=0.970.9930.8=0.75 P0=Pw/=0.56/0.75=0.747 KW 一般电机的额定功率 Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW 则由表2.1取电机额定功率为：Pm=0.75 KW。确定电机转速 按表2.5推荐的各种机构传动范围为，取：齿轮传动比：3-5，蜗杆传动比：15-32，则总的传动范围为：i=i1i2=315-532=45-160 电机转速的范围为 东华理工大学长江学院毕业设计 -7

15、-N=inw=(45-160)36=1620-5760 r/min 为降低电机的重量和价格，由表2.1中选取常用的同步转速为3000r/min的Y系列电机，型号为Y132S2-2，其满载转速nm=2920r/min,此外，电机的安装和外形尺寸可查表2.2 2.3 齿轮传动的设计 2.3.1 选择齿轮传动的类型 根据GB/T100851988的推荐，采用直齿轮传动的形式。2.3.2 选择材料 考虑到齿轮传动效率不大，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，要求齿轮面，硬度为45-55HRC。2.3.3 按齿面接触疲劳强度设计 先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲

16、劳强度。传递转矩T1=9.55106P1/N1=（9.55X1060.75/3000）=2.39N.M 载荷系数K：因载荷平稳，由表6-6取K=1.2 齿宽系数d:由表6-7取d=1 许用接触压力H：H=H2=220Mpa 传动比i:i=3 将以上参数代入公式 D13（671/h）2（6-21）KT1(i+1)/di D132.88mm 2.3.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸 1）齿数 取Z1=22，则Z2=iZ1=322=66,取Z2=66。2）模数 m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取标准值m=1.5。3）中心距 标准中心距=m/2(Z1+Z2)=60.5mm 数控回转工作

17、台的设计 -8-4）其他主要尺寸 分度圆直径：d1=mZ1=1.5x22=33mm,d2=mZ2=1.5x66=99mm 齿顶圆直径：da1=d1+2m=33+2x1.5=36mm,da2=d2+2m=99+2x1.5=102mm 齿宽：b=dd1=0.6x33=19.8mm,取b2=b1+(5-10)=25-30mm,取b1=30mm。2.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度 F=22KT1YFS/bmd1F 复合齿形系数Ys：由x=0（标准齿轮）及Z1 Z2查图6-29得YFS1=4.12，YFS2=3.96则 f1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x2.39x103x4.12/(19.8x

18、1.5x33)=74.6MpaF1f2=f1YFS2/YFS1=(74.6x3.96/4.12)Mpa=71.70MPaF2 弯曲强度足够。2.3.6 确定齿轮传动精度 齿轮圆周速度v=d1n/(60 x1000)=3.14x72.5x970/(600 x1000)=3.68m/s 由表6-4确定第公差组为8级。第、公差组也定为8级，齿厚偏差选HK 2.3.7 齿轮结构设计 小齿轮 da1=33mm 采用实心式齿轮 大齿轮 da2=99mm 采用腹板式齿轮 2.4 蜗轮及蜗杆的选用与校核 由于前述所选电机可知T=2.93N.M传动比设定为i=3，效率=0.8工作日安排每年300工作日计，寿命为

19、10年。2.4.1 选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆。东华理工大学长江学院毕业设计 -9-2.4.2 选择材料 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45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10p1，金属铸造。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HT100制造。2.4.3 按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：232()EHZ ZakT (3-2)（1）确定作用在蜗轮上的转距T

20、2 按Z1=2，估取效率=0.8，则 T2=T*i=153.4N.M (3-3)（2）确定载荷系数K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由使用系数KA表从而选取KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 KV=1.1；则 K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.265 1.27 (3-4)（3）确定弹性影响系数ZE 选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配。（4）确定接触系数Z 先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.30，从而可查出Z=3.12。（5）确定许用应力H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，从而可

21、查得蜗轮的基本许用应力H=268MPA。因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则 H=KHNH=0.92268=246.56247MPA (3-5)（6）计算中心距 数控回转工作台的设计 -10-231602.71.27 3538.2()24247amm (3-6)取中心距a=50mm，m=1.25mm，蜗杆分度圆直径d1=22.4mm，这时=0.448，从而可查得接触系数=2.72，因为Z，因此以上计算结果可用。2.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 2.5.1 蜗杆 直径系数q=17.92；分度圆直径d1=22.4mm，蜗杆头数Z1=1；分度圆导

22、程角=31138 蜗杆轴向齿距：PA=3.94mm；(3-7)蜗杆齿顶圆直径：*11232.2aaddhmmm (3-8)蜗杆轴向齿厚：1/2aSm=1.97mm (3-10)2.5.2 蜗轮 蜗轮齿数：Z2=62，变位系数=0 验算传动比：i=2z/1z=62/1=62 (3-11)这是传动比误差为：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12)蜗轮分度圆直径：d2=mz2=1.256277.5mm (3-13)蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=93.5 (3-14)蜗轮喉母圆直径rg2=a-1/2 da2=50-1/293.5=3.25 (3-17)2.5.3 校核齿

23、根弯曲疲劳强度 22121.53aFFFkTY Yd d m(3-18)当量齿数 东华理工大学长江学院毕业设计 -11-322362/cos 3.1862oVZZCOS (3-19)根据2=0，ZV2=62，可查得齿形系数2aFY=2.31，螺旋角系数 Y=1-/140=0.9773 (3-20)许用弯曲应力F=H KF N F=5 6 0.7 2=4 0.3 2 M P a (3-2 1)H=1.53 1.27 1704045 155 2.5 2.3 1 0.9 7 7 3=4.2 9 M P a (3-2 2)所 以 弯 曲 强 度 是 满 足 要 求 的。2.6 轴的校核与计算 2.6.

24、1 画出受力简图 图 3-1受力简图 计算出：R1=46.6N R2=26.2N 数控回转工作台的设计 -12-2.6.2 画出扭矩图 T=.i.T 电机 =0.36600.98 =21.2 N.M （3-33）图3-2扭矩图 2.6.3 弯矩图 M=72.818010-3=13.1N.（3-34）图3-3弯矩图 2.7 弯矩组合图 由此可知轴的最大危险截面所在。组合弯矩 22()MMaT （3-35）东华理工大学长江学院毕业设计 -13-2.8 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 221()caMaTW （3-36）扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6 抗弯截面系数W=0.1d3 根据各

25、个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及小 2.9 齿轮上键的选取与校核（1）取键连接的类型好尺寸 因其轴上键的作用是传递扭矩，应用平键连接就可以了。在此用平键。由资料可查出键的截面尺寸为：宽度b=5mm，高度h=5mm，由连轴器的宽度并参考键的长度系列，从而取键长L=10mm。（2）键连接的强度 键、轴和连轴器的材料都是钢，因而可查得许用挤压力p=5060MPa，取其平均值p=135MPa。键的工作长度l=L-b=10-5=5mm，键与连轴器的键槽的接触高度k=0.5h=2.5mm，从而可得：p=2000T/(kld)=127p 可见满足要求。此键的标记为：键B510 GB/T 10961

26、979。2.10 轴承的选用 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。2.10.1 轴承的类型 考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选数控回转工作台的设计 -14-用调心性能比较好的圆锥滚子轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。其机构代码

27、为3000，然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：30208。2.10.2 轴承的游隙及轴上零件的调配 轴承的游隙和欲紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。2.10.3 滚动轴承的配合 滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。2.10.4 滚动轴承的润滑 考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。2.10.5 滚动轴承的密封装置 轴承的密封装置是为了阻止灰尘，水，酸气和其他

28、杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。此处，采用接触式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，蜜蜂唇应朝外。2.11 本章小结 对数控回转工作台的主要零件及传动系统的零件进行设计 选型 零件校核，按照机械设计一书进行设计，完成机械部分。东华理工大学长江学院毕业设计 -15-第三章 控制系统设计 3.1 系统方案设计构成 本系统包括机械部分和伺服电机控制两部分。根据所给的要求，拟用开环控制结构

29、设计方案，其开环系统结构原理如图。单片机 光电 环形 功率 驱动 执行 耦合 分配器 放大器 机构 机构 具体原理：编写单片机指令，通过扫描键盘输入的数字记录需要转动的角度，然后计算需要输出的脉冲，用软件的方法实现脉冲的输出，然后由光电耦合电路减小外部的干扰，接着用环行分配器使各相绕组按一定的顺序通电，由功率放大电路实现功率的放大，然后接步进电动机，通过连轴器把力矩传到蜗杆、蜗轮减速器。由于蜗轮与回转工作台以传动轴相连接，具有相同的角速度，使得蜗轮的转动带动回转工作台的转动。理论上，回转工作台的转动角位移精度由微机发出的电平信号来控制。3.11 单片机 本设计选用 8031 芯片，片内无 RO

30、M 或者 EPROM，使用时必须配置外部的程序存储器 EPROM。本设计选用了 2764 扩展其空间，8031 的引脚分 3 大功能：（1）I/O 口线 数控回转工作台的设计 -16-P0,P1,P2,P3共 4 个八位口。（2）控制口线 PSEN(片外取指控制)、ALE（地址锁存控制）、EA（片外存储器选择）、RESET（复位控制）。（3）电源和时钟。8031 最小应用系统。8031 内部不带 ROM，需要外接 EPROM 作为外部程序存储器。又因为 8031 在外接程序存储器或数据存储器时地址的低 8 位信息和数据信息分时送出，故还需要采用一片 74LS373 来锁存低 8 为地址信息。这

31、样，一片2764EPROM和一片74LS373组成了一个最小的计算机应用系统。如图 MCS-51的程序存储器空间与数据存储器空间是相互独立的。用户可最多扩展到 64kb的程序存储器几64kb的数据存储器，编址为0000HFFFFH。片内 8kb单元地址要求地址线13 根（A0A12）。它由 P0和 P2.0P2.4 组成。地址锁存器的锁存信号为 ALE。程序存储器的取地址消耗为 PSEN。由于程序存储器芯片只有一片，所以其片选端（31）直接接地。8031 芯片本身的连接 31 必须接地来表明选择外部存储器外，还必须有复位和时钟电路。在此系统中有 P1、P3 口作为用户 I/O 口使用；74LS

32、373 为地址锁存器，他是一片三态输出 8D 触发器，当 OE=1 时三态门导通，输出线上为 8 为锁存器的状态。当 OE=1 时输出为高住抗转台。G 为锁存信号输入线，G=1 时锁存器输出等于 D 端输入，G 输入短跳变将输入信息锁存到 8 为锁存器中。当 8031 在访问外部程序存储器时，P2口输入高 8 为地址：P6 口分时传送底 8为地址和指令字节。在 ALE 为高电平时，P0口输出的地址有效，并由 ALE 的下降沿锁存到地址锁存器中，此时外部程序存储器宣统信号线 PSEN 出现低电平，选通相应的外部。EPROM 存储器；相应的指令字节出现在 EPROM 的数据线（O0O7）上，输入到

33、 P0口，CPU 将指令字节读入指令寄存器。东华理工大学长江学院毕业设计 -17-3.12 光电耦合 为了防止强电干扰及其干扰信号通过 I/O 控制电路进入计算机，影响其工作，通常的办法是实现采用滤波吸收，控制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法，使微机与强电部件不共地，中断干扰信号的传导，光电隔离电路主要有光电耦合器的光电转换元件组成。如图 控制输出时，危机输出的控制信号经74LS04 非门反相后，加到光电耦合器G的发光二极管正端。当控制信号为高电平时，经过反相加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。这时光敏三极管截止，输出信号几乎等于加在光敏三极管集电极上的

34、电源电压。当控制信号为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏三极管接收发光二极管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。3.13 环形分配器 步进电动机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作。这种使电动机按一定规律变化的部分称为脉冲分配器。实现环形脉冲分配器功能有两种：一种是纯软件方法，即完全用软件来实现相序的分配，直接输出各相导通或截止的信号；其电路图如图 数控回转工作台的设计 -18-本 设 计 以 五 相 十 拍 电 机 为 控 制 对 象，它 的 通 电 方 式 为AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB，共有 10 个通电状态。如果 P1 口输出的控

35、制信号中，0 代表绕组通电，1 代表使绕组断电，则可用 10 个控制字来对应这10 个通电状态。这 10 个控制字如下表 通电状态 P1.4(E)P1.3(D)P1.2(C)P1.1(B)PP1.0(A)控制字 AB 1 1 1 0 0 FCH ABC 1 1 0 0 0 F8H BC 1 1 0 0 1 F9H BCD 1 0 0 0 1 F1H CD 1 0 0 1 1 F3H CDE 0 0 0 1 1 E3H DE 0 0 0 1 1 E7H DEA 0 0 1 1 1 E6H EA 0 1 1 1 0 EEH EAB 0 1 1 0 0 ECH 在程序中，只要依次将这 10 个控制字

36、送到 P1 口，步进电动机就会转动一个齿距角。每送一个空子就完成一拍，步进电动机转过一个步距角。程序就是根据这个原理进行设计的。A 相驱动 B 相驱动 C 相驱动 D 相驱动 E 相驱动 P1.0 P1.1 8031 P1.2 P1.3 P1.4 东华理工大学长江学院毕业设计 -19-R1 R2 3.14 功率放大器 L 80v 从计算机输出口或从环形分配器输出的信号脉冲电流一般只有几个毫安，不能直接驱动步进电动机，必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大，使其增大到几至十几安培，从而驱动电动机运转。由于电动机各相绕组都是绕在铁心上的铁圈。所以电感较大，绕组通电时，电流上升受到限制，因而影响电动机

37、各相绕组电流的大小。绕组断电时，电感中磁场的储能元件将维持绕组中已经有的电流不能突变。在绕组断电时会产生反电动势。为使电流尽快衰减并释放反电动势必须增加适当的续流回路。本设计采用单电压功率放大电路，如图 T Tq f 步进电动机的距频特性 步进电动机的输出转距随频率升高而下降的原因可以这样接受：由于有绕组电感的一向，绕组中电流的波形如上所示，电流上升需要一定的时间，电流上升的驱动电流的时间常数a为 a =L/Ra L-绕组的电感；Ra通电回路的总电阻，包括绕组线圈电阻，限流电阻 R1和晶体管结电阻。电流下降时放电回路的时间常数b b=L/Rb L-绕组的电感 Rb通电回路的总电阻，包括绕组线圈

38、电阻，耗能电阻 R2晶体管结电阻。本设计考虑的精度原因，选取R1=R2=10 数控回转工作台的设计 -20-3.15 程序 流程图：键盘子程序：KEY：LCALL KS2 检查有闭合键否？JNZ MK1 A 非 0，有键闭合则转 LJMP MK7 无键闭合转返回 MK1：LCALL DIR 有键闭合，则延时 12ms LCALL DIR 消抖 LCALL KS2 再次检查有键闭合 JNZ MK2 若无键闭合则转 LJMP MK7 若无键闭合则转返回 MK2：MOV P1，#F0H 发行线全扫描信号，列线全 1 MOV A，P1 读入列状态 ANL A，#F0H 保留高 4 位 CJNE A，#

39、FOH，MK3 有键按下则转 LJMP MK7 无闭合键转返回 MK3：MOV R2，A 保存列值 ORL A，#0FH 列线信号保留，行线全 1 键盘扫描 记录输入的数据 计算程序，算出 步进电机的步数 循环产生脉冲 中断时间到响应中断，停止脉冲输出 等待键盘输入 东华理工大学长江学院毕业设计 -21-MOV P1，A 从列先输出 MOV A，P1 读入 P1 口状态 ANL A，#0FH 保留行线值 ADD A，R2 将行线值和列线值合并 MOV R2，A 暂存与 R2 中 MOV R3，#00H R3 存简直 MOV DPTR，#TRBE 指向键值表首地址 MOV R4，#10H 查找次

40、数送 R4 MK4：CLR A MOVC A，A+DPTR 表中值送入 A MOV 70H,A 暂存与 70H 单元中 MOV A,R2 键特征值送入 A CJNE A,70H,MK6 未查到则转 MK5:LCALL DIR 扫描 1 遍显示器 LCALL KS2 还有键闭合否？JNZ MK5 若键未释放，则等待 LCALL DIR 若键已释放，则延时 12ms LCALL DIR 消抖 MOV A,R3 将键值存入 A 中 RET 返主 MK6:INC R3 键值加一 INC DPTR 表地址加 1 DJNE R4,MK4 未查到，反复查找 MK7:MOV A,#FFH 无闭合键标志存入 A

41、 中 RET 返主 KS2:MOV P1,#FOH 闭合键判断子程序 MOV A,P1 发全扫描信号，读入列线值 ANL A,#FOH 保留列线值 CPL A 取反，无键按下全 0 RET 返主 TRBE:DB 01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H DB 09H,00H,FFH,FFH,FFH,FFH,FFH,FFH 把输入的数字转换成字节数：MOV A,30H 数控回转工作台的设计 -22-MOV B,#64H MUL AB MOV R6,A MOV R7,A MOV A,#31H MOV B,#OAH MUL AB ADD A,R6 MOV A,#32H MOV

42、R6,A 这样高位在 R7 中，低位在 R6 中 计算程序：MOV R5,#00H MOV R4,#4BH DIV MOV A,R5 除数高 8 位送 A JNZ BEGIN 除数非零则转 BEGIN MOV A,R4 除数底 8 位送 A JZ OVER 除数为零置益出标志 BEGIN:MOV A,R7 被除数高 8 位送 A JNZ BEGIN1 被除数非零则转 BEGIN1 MOV A,R6 被除数低 8 位送 A JNZ BEGIN1 被除数非零则转 BEGIN1 RET 被除数为零则返回 BEGIN1:CLR A 清余数单元 MOV R2,A MOV R3,A MOV R1,#10H

43、 双字节除法计数器置 16 DIV1:CLR C 开始 R3R2R7R6 左移 MOV A,R6 被除数低 8 位送 A RLC A R6 循环左移一位 MOV R6,A 左移结果送回 MOV A,R7 被除数高 8 位送 A RLC A R7 循环左移一位 MOV R7,A 左移结果回送 MOV A,R2 余数左移一位 东华理工大学长江学院毕业设计 -23-RLC A MOV R2,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A DIV2:MOV A,R2 开始部分余数减除数 SUBB A,R3 低 8 位先减 MOV R0,A 暂存差值 MOV A,R3 MOV A,R5 高 8 位相

44、减 JC NEXT 若部分余数除数则转 NEXT INC R6 若部分余数=除数则商为 1 MOV R3,A 新余数存 R3 R2 MOV A,R0 MOR R2,A NEXT:DJNZ R1,DIV1 16 位除完则返回 MOV A,R3 开始四舍 5 入处理 JB A.7,ADD1 若余数最高位为 1 则进 1 CLR C 开始余数乘 2 处理 MOV A,R2 RLC A 余数低 8 位乘 2 MOV R2,A MOV A,R3 RLC A 余数 8 位乘 2 SUBB A,R5 余数*2-除数 JC NOOVER 若余数*小除数则转 JNZ ADD1 若够减则转进 1 MOV A,R2

45、 高 8 位相等时比较底 8 位 SUBB A,R4 JC NOOVER 余数*2除数则转 ADD1:MOV A,R6 开始商进 1 处理 ADD A,#01H MOV R6,A MOV A,R7 ADDC A,#00H 数控回转工作台的设计 -24-MOV R7,A NOOVER:MOV OVER,#00H 清益出标志 RET OVER:MOV OVER,#00H 置益出标志 RET 中断、循环产生脉冲：ORG OO1BH T1 中断入口 LJMP HERE 转到 HERE 处 ORG 2000H 主程序 MOV TMOD,#10H T1 工作于方式 1 MOV A,R3 设置计数初值 MO

46、V TH1,A MOV A,R2 MOV TL1,A SETB EA CPU 开中断 SETB ET1 允许 T1 中断 SETB TR1 启动 T1 定时 INT:INC R0 正转加 1 CJNE R0,#0AH,ZZ 如果计数器等于 10 修正 MOV R0,#00H ZZ:MOV A,R0 计数器值送 A MOV DPTR,#ABC 指向数据存放首地址 MOVC A,A+DPTR 取控制字 MOV P1,A 送控制字到 P1 口 RET ABC:DB OFCH,OF8H,OF9H,OF1H,0F3H DB OE3H,0E7H,0E6H,0EEH,0ECH 等待键盘再次输入：中断就跳到在

47、这里 HERE CJNE A,#FFH K 东华理工大学长江学院毕业设计 -25-第四章：结语 毕业设计是我们在学完四年教学计划所规定的全部课之后，综合运用所学过的全部理论知识与实践相结合的实践性数学环节。它培养我们进行综合分析和提高解决实际问题的能力，从而达到巩固，扩大，深化所学知识的目的，它培养我们调查研究熟悉有关技术政策，运用国家标准，规范，手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件的独立工作能力。通过我学到了很多，初步的让我认识到理论和实践相结合的重要。除了巩固了所学的理论知识外，还学到不少的新知识和新方法。例如在CAD 画图中要标注极限偏差时，要先做好标注样式，在标注时

48、只要选种再右击选出你做好的样式，在公差栏里写入你要的上、下偏差值。这是我以前所不会的。通过本次的设计使我对 AUTCAD操作更熟练，能够完整的画出简单零件的设计图纸。刚开始做这个作业的时候，我几乎是无从下手的.让人深感烦燥.幸好在同学的指导和自己不断的错误和摸索下找到了一定的方法.不过在做这个设计的时候还是遇到了很多问题，如在机械设计的时候对蜗轮蜗杆的设计处理不当，使计算结果偏大等等。有计剪力和弯矩时,没有进行校核,又出现错误,这些错误我用了很长的时长的时间才做好,幸好还是完成了这次设计,使自己对数控机床的工作台有了一定的认识,但我对它里面的很多电器控制还是不太清楚。因而,要学好它，必须掌握不

49、少的其他领域学科的知识，因此还要更多的时间和努力。由于本次设计时间短和水平有限，做的不够精细，难免有点错误恳请各位读者批评指正。同时感谢万老师您对我们的教导!数控回转工作台的设计 -26-参考文献 1.机床改造的思路与实用技术 机械工业出版社 2.数控机床及应用 清华大学出版社 3.机械设计手册 15 机械工业出版社 4.机床设计手册 2 卷 机械工业出版社 5.数控原理与数控机床 化学工业出版社 6.数控机床的结构与传动 国防工业出版社 7.制造技术基础 机械工业出版社 8.Rajput R K.Elements of Mechanical Engineering.Katson Publ.House,1985 9.Orlov P.Fundamentals of Machine Design.Moscow:Mir Pub.,1987