手動式雙軸精密回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計【3張CAD圖紙+畢業(yè)論文+外文翻譯】

手動式雙軸精密回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計

30頁 12000字?jǐn)?shù)+論文說明書+3張CAD圖紙【詳情如下】

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回轉(zhuǎn)工作臺電氣原理圖.dwg

回轉(zhuǎn)工作臺系統(tǒng)框圖.dwg

回轉(zhuǎn)工作臺裝配圖.dwg

外文翻譯--擁有大型盤銑刀具的能夠促進(jìn)回轉(zhuǎn)體加工生產(chǎn)率的深槽銑床.doc

手動式雙軸精密回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計論文.doc

精密回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計

目  錄

前言 1

第一章：精密回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用 3

1.1  精密回轉(zhuǎn)工作的原理 3

1.2  設(shè)計準(zhǔn)則 4

1.3  主要技術(shù)參數(shù) 4

1.4  本章小結(jié) 4

第二章：精密回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5

2.1  傳動方案的確定 5

2.2  齒輪傳動的設(shè)計 6

2.3  蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 9

2.4  直流伺服電動機(jī)的選擇及運(yùn)動參數(shù)的計算 11

2.5  軸承的選用 12

2.6  加緊機(jī)構(gòu)的計算 13

2.7  本章小結(jié) 14

第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 16

3.1  CPU板 16

3.2  驅(qū)動系統(tǒng) 17

3.3  傳感器和人機(jī)界面 17

3.4  本章小結(jié) 17

第四章  控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 18

4.1 總體方案 18

4.2 鍵盤掃描的程序 18

4.3 數(shù)碼管顯示程序 19

4.4 智能化新一代PCNC精密系統(tǒng) 19

第五章  精密技術(shù)發(fā)展趨勢 20

5.1 性能發(fā)展方向 20

5.2 功能發(fā)展方向 20

5.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 21

5.4 智能化新一代PCNC精密系統(tǒng) 21

第六章  總結(jié) 22

參考文獻(xiàn) 22

前言

這次畢業(yè)設(shè)計主要是培養(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)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。通過機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計設(shè)計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、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)一步鞏固和加深對所學(xué)的知識，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)知識和技能。

培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計計算、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)新意識和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。

本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計主要是解決精密回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。

目前精密回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于精密機(jī)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)的精密轉(zhuǎn)臺。 

精密轉(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(kuò)大加工范圍。估計近幾年要求配備精密轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達(dá)到每年600臺左右。

預(yù)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(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長。

第一章 精密回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用

     精密機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為精密機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲線等?；剞D(zhuǎn)工作臺可以實(shí)現(xiàn)精確的自動分度，擴(kuò)大了精密機(jī)床加工范圍。 

1.1  精密回轉(zhuǎn)工作臺

    精密回轉(zhuǎn)工作臺主要用于精密鏜床和銑床，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(jìn)給軸聯(lián)動。

1-電機(jī)；2-小齒輪；3-偏心套；4-大齒輪；5-柱銷；6、7、8、11-軸承蓋、套筒；9-蝸桿；10-蝸輪；12、13-加緊瓦；14-油缸；15-活塞；16-彈簧；17-鋼球；18-光柵；

如圖所示為閉環(huán)精密轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)圖，該精密轉(zhuǎn)臺用直流伺服電機(jī)1通過減速齒輪2和4帶動蝸桿9，通過蝸輪10使工作臺回轉(zhuǎn)。為了盡量消除反向間隙和傳動間隙，通過調(diào)整偏心環(huán)3來消除齒輪2和4嚙合側(cè)隙。齒輪4與蝸桿9是靠楔形拉緊圓柱銷5（A第五章:精密技術(shù)發(fā)展趨勢

5.1性能發(fā)展方向

(1)高速高精高效化　速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由   

于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。

   (2)柔性化　包含兩方面：精密系統(tǒng)本身的柔性，精密系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

   (3)工藝復(fù)合性和多軸化　以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。精密機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。精密技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。

   (4)實(shí)時智能化　早期的實(shí)時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時智能控制這一新的領(lǐng)域。在精密技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在精密系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運(yùn)動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使精密系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。

5.2功能發(fā)展方向

(1)用戶界面圖形化　用戶界面是精密系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。 

(2)科學(xué)計算可視化　科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在精密技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

    (3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化　多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、多項式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?/p>

    (4)內(nèi)裝高性能PLC　精密系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗脩艨稍跇?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。

    (5)多媒體技術(shù)應(yīng)用　多媒體技術(shù)集計算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在精密技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。

5.3體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

(1)集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高精密系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。

    (2)模塊化　硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)精密系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的精密系統(tǒng)。

    (3)網(wǎng)絡(luò)化　機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時顯示在每一臺機(jī)床的屏幕上。

    (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的精密系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的精密系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實(shí)時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機(jī)實(shí)時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。

5.4智能化新一代PCNC精密系統(tǒng)

當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代PCNC精密系統(tǒng)已成為可能。

智能化新一代PCNC精密系統(tǒng)將計算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。

第六章  總結(jié)

一個多月的機(jī)械設(shè)計制造工藝畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成，由于我的知識有限，使得這次的畢業(yè)設(shè)計在很多地方有欠缺，不過在這個過程中我依然是獲益匪淺的。畢業(yè)設(shè)計作為大學(xué)期間的一個很有必要的環(huán)節(jié)，使我加深了對于理論知識的理解，并且對前幾次的實(shí)習(xí)有了更深刻的理解。

在這次畢業(yè)設(shè)計中主要包括兩方面，一方面：精密機(jī)床傳動部分的設(shè)計；另一方面：精密機(jī)床電氣部分的設(shè)計。通過這次課設(shè)使我對減速器又加深認(rèn)識，主傳動部分就是靠減速器實(shí)現(xiàn)的，一些標(biāo)準(zhǔn)件的用法有了更深的了解，軸承、軸承端蓋、鍵、螺釘、螺母……電器部分做的不是很好，單片機(jī)沒學(xué)過，只能靠近期了解的知識解決，再加上老師和同學(xué)的幫助，電器部分算是完成了，從這次課設(shè)中了解到自己電器方面的知識很弱，我會利用時間加強(qiáng)這方面的知識的學(xué)習(xí)。

通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我鍛煉了獨(dú)立思考解決問題的能力，并且將入學(xué)以來所學(xué)的東西有了一個系統(tǒng)的應(yīng)用，我相信這是除畢業(yè)設(shè)計之外的最大一次的運(yùn)用專業(yè)知識來解決問題，相信為以后的畢設(shè)，尤其是工作打下很好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 任嘉卉.《公差與配合手冊》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1990

[2] 張孝恩. 加工中心交換工作臺定位機(jī)構(gòu)的改進(jìn)[J].制造技術(shù)與機(jī)床2005.7:117

[3] 張孝恩. 保證加工中心交換工作臺定位精度的方法[J].機(jī)械制造  2005.5:63 

[4] 徐錦康.《機(jī)械設(shè)計》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2001

[5] 周建方.《材料力學(xué)》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2002

[6] 沈世德.《機(jī)械原理》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2001

[7] 代曉明、楊慶東.高架橋式龍門高速加工中心直線進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計機(jī)械制造[J].2005.1:12-14

[8] 范真.《加工中心》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2004

[9] 沙杰.《加工中心結(jié)構(gòu)、調(diào)試與維護(hù)》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2003

[10] 韓鴻鸞、榮維芝.《數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與維修》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2004

[11] 羅敏.用分度數(shù)控軸實(shí)現(xiàn)加工中心工作臺分度功能的設(shè)計方法[J].制造技術(shù)與機(jī)床  2007.2:35-38

[12] 南京市機(jī)械研究所 《金屬切削機(jī)床夾具圖》[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社  1990

[13] 戴曙.《金屬切削機(jī)床設(shè)計》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1981

[14] 謝家瀛主編.組合機(jī)床設(shè)計簡明手冊 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.53-80

[15] 張耀宸主編.機(jī)械加工工藝設(shè)計手冊 [M].北京：航空工業(yè)出版社，1987.56-79

[16]《機(jī)床設(shè)計手冊》編寫組編.機(jī)床設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.56-62

[17] 王先逵主編.機(jī)械制造工藝學(xué) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.127-145

[18] 周建方主編.材料力學(xué) [M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.132-142

[19] 花國梁主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：北京工業(yè)學(xué)院出版社，1984.6-32

[20] 戈曉嵐，王特典主編.工程材料 [M].南京：東南大學(xué)出版社.2000.19-26

- 1 - 精密回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計 目 錄 前言 ....................................................................................................................................... 1 第一章：精密回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用 ........................................................................... 3 精密回轉(zhuǎn)工作的原理 .......................................................................................... 3 設(shè)計準(zhǔn)則 .............................................................................................................. 4 主要技術(shù)參數(shù) ...................................................................................................... 4 本章小結(jié) .............................................................................................................. 4 第二章：精密回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................................... 5 傳動方案的確定 .................................................................................................. 5 齒輪傳動的設(shè)計 .................................................................................................. 6 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 .................................................................. 9 直流 伺服電動機(jī)的選擇及運(yùn)動參數(shù)的計算 ..................................................... 11 軸承的選用 ........................................................................................................ 12 加緊機(jī)構(gòu)的計算 ................................................................................................ 13 本章小結(jié) ............................................................................................................ 14 第三 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 ............................................................................................... 16 .................................................................................................................. 16 驅(qū)動系統(tǒng) ............................................................................................................ 17 傳感器和人機(jī)界面 ............................................................................................ 17 本章小結(jié) ............................................................................................................ 17 第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................................................................. 18 體方案 .............................................................................................................. 18 盤掃描的程序 .................................................................................................. 18 碼管顯示程序 .................................................................................................. 19 能化新一代 .............................................................................. 19 第五章 精密技術(shù)發(fā)展趨勢 ............................................................................................. 20 能發(fā)展方向 ...................................................................................................... 20 能發(fā)展方向 ...................................................................................................... 20 - 2 - 系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 .................................................................................................. 21 能化新一代 .............................................................................. 21 第六章 總結(jié) ..................................................................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 22 - 3 - 前言 這次畢業(yè)設(shè)計主要是培養(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)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。通過機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計設(shè)計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、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)一步鞏固和加深對所學(xué)的知識，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)知識和技能。 培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計計算、 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)新意識和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。 本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計主要是解決精密回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。 目前精密回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于精密機(jī)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 精密 轉(zhuǎn)臺。 精密 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(kuò)大加工范圍。估計近幾年要求配備 精密 轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達(dá)到每年 600臺左 右。 預(yù)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(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15％－ 20％左右的穩(wěn)定增長。 - 4 - 第一章 精密回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用 精密 機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為 精密 機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與 X、 Y、 而加工出各種球、圓弧曲線等。回轉(zhuǎn)工作臺可以實(shí)現(xiàn)精確的自動分度，擴(kuò)大了 精密 機(jī)床加工范圍。 精密回轉(zhuǎn)工作臺 精密回轉(zhuǎn)工作臺 主要用于 精密 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(jìn)給軸聯(lián)動。 1 23456、 7、 8、 11筒； 91012、 131415161718 如圖所示為閉環(huán)精密轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)圖，該精密轉(zhuǎn)臺用直流伺服電機(jī) 1 通過減速齒輪 2和 4帶動蝸桿 9，通過蝸輪 10使工作臺回轉(zhuǎn)。為了盡量消除反向間隙和傳動間隙，通過調(diào)整偏心環(huán) 3來消除齒輪 2和 4嚙合側(cè)隙。齒輪 4與蝸桿 9是靠楔形拉緊圓柱銷 5（ A - 5 - 一 連接。這種連接方式能消除軸與套的配合間隙。工作臺的轉(zhuǎn)角位置用光柵18測量，測量結(jié)果發(fā)出反 饋信號與精密裝置發(fā)出的指令信號進(jìn)行比較，若有偏差經(jīng)放大后控制伺服電機(jī)朝消除偏差的方向轉(zhuǎn)動，使工作臺精確定位，，臺面的鎖緊用均布的 8個小油缸 14來完成，需要加緊時油缸上腔進(jìn)壓力油，活塞 15下移，通過鋼球 17，推開夾緊塊 12及 13，將蝸輪夾緊。當(dāng)工作臺需要回轉(zhuǎn)時，精密系統(tǒng)發(fā)出指令，夾緊液壓缸14上腔的油流回油箱，鋼球 17在彈簧 16的作用下向上抬起，夾緊塊 12 和 13松開蝸輪，這時蝸輪和回轉(zhuǎn)工作臺可按照控制系統(tǒng)的指令作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 回轉(zhuǎn)工作臺的導(dǎo)軌面由大型滾柱軸承支承，并由圓錐滾子軸承及圓錐孔雙列圓柱滾子軸承保持準(zhǔn)確 的回轉(zhuǎn)中心。工作臺支撐在鑲鋼滾柱導(dǎo)軌上，運(yùn)動平穩(wěn)且耐磨。 設(shè)計準(zhǔn)則 我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(zhǔn)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(yù)測意外載荷； 5）創(chuàng)造有利的載荷條件； 6）提高合理的應(yīng)力分布和剛度； 7）重量要適宜； 8）應(yīng)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(jìn)行選擇； 11）功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求。 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）工作臺直徑： 400 （ 2） 工作臺水平回轉(zhuǎn) 0度精度≤ 2”； （ 3）工作臺傾斜角度 0 分度精度≤ 2” ； （ 4）臺面端跳 2 - 6 - （ 5）轉(zhuǎn)臺驅(qū)動方式：手動帶微調(diào)，轉(zhuǎn)動靈活，快速 （ 6） 最大載荷： 300N （ 7） 重復(fù)定位精度 ≤± 1” 本章小結(jié) 主要簡單介紹畢業(yè)設(shè)計題目（精密回轉(zhuǎn)工作臺）和其發(fā)展概況，設(shè)計背景、工作原理、設(shè)計參數(shù)也作了進(jìn)一步的說明。 - 7 - 第二章：精密回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 動方案的確定 如圖，采用電 機(jī)帶減速動齒輪傳動，帶動渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動，從而使工作臺轉(zhuǎn)動 原理 伺服電動機(jī)（ 用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機(jī)。又稱執(zhí)行電動機(jī)。其功能是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。 伺服電動機(jī)分交、直流兩類。交流伺服電動機(jī)的工作原理與交流感應(yīng)電動機(jī)相同。在定子上有兩個相空間位移 90°電角度的勵磁繞組 用施加到 到控制電動機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電動機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械 特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于 10％～ 15％和小于 15％～ 25％）等特點(diǎn)。直流伺服電動機(jī)的工作原理與一般直流電動機(jī)相同。電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n＝ E／ 中 變 可控制直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動機(jī)中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。 直流伺服電動機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時間響應(yīng)。 傳動時應(yīng)滿足的要求 - 8 - 精密回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機(jī)、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機(jī)和工作臺之間傳遞運(yùn)動和動力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動。在本課題中，原動機(jī)采用直流伺服電機(jī)，工作臺為 動裝置由齒輪傳動和渦輪蝸桿傳動組成。 合理的傳動方案主要滿足以下要求： （ 1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)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(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。 精密回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：直流伺服電機(jī) —— 齒輪傳動 —— 蝸桿傳動 ——工作 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動準(zhǔn)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(diǎn)： 1．傳動比大 在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá) 1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機(jī)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(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機(jī)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 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為 有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 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，對于精密回轉(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、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。 兩種型式各有特點(diǎn)： - 9 - 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(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用步進(jìn)電機(jī)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(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。 齒輪 的 設(shè)計 1、 選用傳動 比： 先選為 2 1） 選用 直 齒圓 柱 齒輪傳動 ； 2）精密機(jī)床速度高，要求精度高，故 選 6級 精度； 3) 材料 選擇 ，小 齒輪 材料 選 35質(zhì) 后氮化 )，硬度 為 65 齒輪 材料18 碳后淬火 )硬度 為 60 4) 選 小 齒輪齒數(shù) 0，大 齒輪齒數(shù)為 40。 2、按 齒面 接觸 強(qiáng) 度 設(shè)計 2])([))(1(1? (1)確定公 式內(nèi) 的各 計 算 數(shù) 值 1） 試選載 荷系 數(shù) 2) 計 算小 齒輪傳遞 的 轉(zhuǎn)矩 10000??=） 選 取 齒寬 系 數(shù) ，小 齒輪做懸 臂布置， d? = 4）材料的 彈 性影 響 系 數(shù) 5）按 齒面 硬度查的小 齒輪 的接觸疲 勞強(qiáng) 度極限 ? 200 齒輪 的接觸疲勞強(qiáng) 度極限 ? 00 6）接觸疲 勞壽命 系 數(shù) ,； 7） 計 算接觸疲 勞許 用 應(yīng) 力 取失效概率 為 1%,安全系 數(shù)為 S=1 [? H]1=1200 [? H]2=800(2)計 算 1）算小 齒輪 分度 圓 直 徑 入 [? H]中 較 小的值 - 10 - 代入各 數(shù) 值的 2])([))(1(1? =22） 計 算 圓 周速度 V V=10006011?=s 3)計 算 齒寬 b b= d? 22=)計 算 齒寬 與 齒 高之比模 數(shù) ? 高 h=） 計 算 載 荷系 數(shù) 根據(jù) V=s， 6級 精度，查的 動載 系 數(shù) 直 齒輪 ==查表的使用系數(shù) ； 用插值法查得 6級精度，小齒輪相對支撐懸臂布置時 =由=F? =故載荷 系數(shù) K=3 =13 13 ）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑 d1=22?)計算模數(shù) m m=11按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 - 11 - 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為 M≥3 2 ][112 ?（ 1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1） 查表得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ? 00齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ? 00 2） 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 3） 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)。 S=[? F]1=0 ?S N ?00? F]2=0 ?S N ?)計算載荷系數(shù) K K= 3 =13 13 )查取齒形系數(shù) 查表的 )應(yīng)力校正系數(shù) ）計算大、小齒輪的][ 加以比較 1][ 11400 =][ 22= 2） 設(shè)計計算 m=3 1 0 8 0 ????比計算結(jié)果，齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算模數(shù) 輪模數(shù) m 大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) - 12 - 就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 2出小齒輪齒數(shù) Z1=2 大齒輪齒數(shù) 23 2=44 4幾何尺寸計算 （ 1） 計算分度圓直徑 13 m=223 1=22mm 23 m=443 1=442)計算中心距 a=2 44222 21 ??? 3 2） 計算齒輪寬度 （ 3） b= d? 3 22= 5 0． 3 蝸桿傳動 1選擇蝸桿傳動類型 采用漸開線蝸桿 2選擇材料 考慮到蝸桿傳動速度中等，蝸桿用 45 鋼，并淬火，硬度為 45～ 55輪用鑄錫磷青銅 屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計 根據(jù)閉式齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度 進(jìn)行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動中心距 a≥3 2)][(2 (1)確定在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ，取消率為 ? =2=- 13 - (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,由表選取使用系數(shù) 于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù) K=3 13 3)確定彈性影響系數(shù) 選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故 60 (4)確定接觸系數(shù) 假設(shè)蝸桿分度圓直徑 傳動中心距 a 的比值查圖得(5)確定許用接觸應(yīng)力 [? H] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞的蝸輪的基本許用應(yīng)力 [? H]′ =268N=6003 13 1003 15000=108 壽命系數(shù) [? H]=[? H]′ =26800 （ 6）計算中心距 a≥3 2)2 0 0 0(6 0 0 0 ?=其中心距 a=80 i=102,故從表中去模數(shù) m=桿分度圓直徑時圖中可查的接觸系數(shù) =為 此以上計算可用。 4、蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 （ 1）蝸桿 - 14 - 軸向齒距 m=徑系數(shù) q=頂圓直徑 3 13 齒 根 圓 直 徑 m+c)=度圓導(dǎo)程角 r=蝸桿軸向齒厚 m=（ 2）蝸輪 蝸輪齒數(shù) 9;變位系數(shù) 驗(yàn)算傳動比 i=43912 ?時傳動比誤差為10 =是允許的。 蝸輪分度圓直徑 d2=39=123蝸輪喉圓直徑 23+23 +蝸輪齒根圓直徑 23蝸輪咽喉母圓半徑 5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ? F= ][221 ? ?當(dāng)量齒數(shù) o s 39c o s 2 33 ?據(jù) 螺旋角系數(shù) Y? =1-?140r=1-??用彎曲應(yīng)力 [? F]= [? F]‵ 的 ? F]‵ =56 壽命系數(shù) ? F]=563 F= ??? ?? 0 驗(yàn)算效率 ? ? =（ )vr r?? 已知 r=v? = - 15 - ?? ???? o 0060 1 4 o 0060 11 ?? s 從表中用 插值法查的 v? =,代入式中得 ? =用重算。 流伺服電機(jī)的選擇及運(yùn)動參數(shù)的計算 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)動元件。對于后兩者，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，廣泛采用直流伺服電機(jī)作為執(zhí)行單元。這是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)： ● 響應(yīng)特性高，響應(yīng)速度快 ; ● 轉(zhuǎn)動慣量小，啟動、停 止方便； ● 高功率密度（體積小、重量輕）； ● 可實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)字控制； ● 停電制動； ● 調(diào)速范圍較寬； 采用直流伺服電機(jī)為驅(qū)動單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡單，主要是變速齒輪副、渦輪蝸桿。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個脈沖轉(zhuǎn)過一個脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如 精密系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用直流伺服電機(jī)的閉環(huán)反饋控制。 1）選擇 直流伺服電機(jī) 的額定功率 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)等于或稍大于工作要求的轉(zhuǎn)矩。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機(jī)器正常工作，或使馬達(dá)長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達(dá)價 格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi)。 折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為： d ??? ??? a x?則選擇電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于 4 2）電機(jī)與工作臺的慣量匹配計算 回轉(zhuǎn)體的慣量： )(32 24 ?? ?則各回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量為 : - 16 - 27141 ???? ??? 262 1039.4 ??? ? 25 ?? ?蝸桿J 241001.5 ?? ?蝸輪 20150 ? 。工作臺 折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為 ? ? ? ? 222121 0 2 ??????作臺蝸輪蝸桿電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量為 20018.0 ?? ?3）定位加速時的最大轉(zhuǎn)矩計算 ?? )(602 ? 取時間常數(shù) 00?計算得到定位最大轉(zhuǎn)矩為 M=a x ??? 綜上，選擇電機(jī)為法納克 5 承的選用 滾動軸承是現(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(diǎn)。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)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(guān)的 “軸承裝置設(shè)計 ”問題。 2. 5. 1 軸承的類型 - 17 - 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(jī)構(gòu)代碼為 3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為： 30208。 2. 5. 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. 5. 3 滾動軸承的配合 滾動軸承是標(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)。 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(yīng)采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。 2. 5. 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(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可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(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應(yīng)朝外。 緊機(jī)構(gòu)的計算 采用液壓 缸作為工作臺的夾緊裝置， 液壓缸又稱為油缸，它是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能就是將液壓能轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式 ，或擺動式 機(jī)械運(yùn)動。 液壓具有很多優(yōu)點(diǎn)： 1、工作比較平穩(wěn)，反應(yīng)快，沖擊小，能高速啟動； 2、液壓缸的的體積小、重量輕，慣性小，結(jié)構(gòu)緊湊，能輸出較大的力； 3、控制調(diào)節(jié)方便，易于實(shí)現(xiàn)自動化； 4、由于功率損失所產(chǎn)生的熱量可由流動的油帶走，所以可避免在系統(tǒng)某些局部位置所產(chǎn)生的過度溫升，等等。 單個油缸的主要尺寸設(shè)計計算： 1、活塞： - 18 - 鋼筒、活塞的材料為 45鋼，查《機(jī)械設(shè)計手冊》得抗拉強(qiáng)度為 600安全系數(shù)為 許用應(yīng)力為： 600/00塞直徑 28 2、缸筒直徑： 按《機(jī)械設(shè)計手冊》選取液壓缸鋼筒內(nèi)徑 D=28 3、活塞行程： 確定活塞行程為： 7 4、活塞及桿重計算： G=π /43 ( 228 3 29)3 910? 3 310 3 、彈簧選擇計算： 按《機(jī)械設(shè)計手冊》選取彈簧截面直徑 簧中徑 效圈數(shù)為 4，單圈彈簧剛度為 整根彈簧的剛度 K== 6、夾緊力的計算： 彈簧預(yù)壓縮量為： S=G/K=定活塞的行程 彈簧力為： K(S+L)=(5+42N 查表得液壓缸的系統(tǒng)壓力 P=6率系數(shù)η = 則液壓缸的夾緊力為： F=(π /4（ 2D - 2d ） P3η - 230F=(π /43 228 3 63 2302461N 其中，取夾緊塊蝸輪的摩擦系數(shù)μ為 則摩擦力為： - 19 - f=μ3 F=2461=工作臺采用八個液壓缸進(jìn)行加緊，八個液壓缸的總夾緊力： 總F =8=、制動力矩的演算： M=初始條件確定回轉(zhuǎn)工作臺所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 結(jié)構(gòu)知： L=204 M=2043 310? ==章小結(jié) 對精密回轉(zhuǎn)工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計 選型 零件校核，按照機(jī)械設(shè)計一書進(jìn)行設(shè)計，完成機(jī)械部分。 - 20 - 第三章、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 精密回轉(zhuǎn)工作臺控制系統(tǒng)硬件主要包括 動驅(qū)動、傳感器、人機(jī)交互界面。 硬件系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)注意幾點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)性能好、造價低、可維護(hù)性、人機(jī)交互界面可操作性比較好。 選擇 隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號很多，而目前市場上 應(yīng)用 目前應(yīng)用最廣的 8位單片機(jī) 89格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。 在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用 16 位單片機(jī)， 列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實(shí)時處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性價比。 從要設(shè)計的系統(tǒng)來看，選用較老的 8051單片機(jī)需要拓展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，無疑提高了設(shè)計價格，而選用高性能的 16 位 顯得過于浪費(fèi)。生產(chǎn)基于 51 為內(nèi)核的單片機(jī)的廠家有 中在 件生產(chǎn)領(lǐng)域 司的工藝和封裝技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位。 程序開發(fā)過程中可以十分容易的進(jìn)行程序修改，同時掉電也不影響信息的保存；它和80且采用靜態(tài)時鐘方式可以節(jié)省電能。 因此硬件 司的產(chǎn)品， 9表示內(nèi)含 表示支持 性能參數(shù)為： 儲器容量為 416 位定時器 2 個、中斷源 6 個（看門狗中斷、接 收發(fā)送中斷、外部中斷 0、外部中斷 1、定時器 0和定時器 1中斷）、 28B、 14位的計數(shù)器 I/2個。 口設(shè)計 - 21 - 口部分包括傳感器部分、傳動驅(qū)動部分、人機(jī)交互界面三部分。示意圖如下所示 ： （ 1）將行程開關(guān)的狀態(tài)讀入 過中斷進(jìn)行處理，它的優(yōu)先級別最高。 （ 2）通過程序?qū)崟r控制電機(jī)和電磁閥的運(yùn)行。 （ 3）接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到 現(xiàn)人機(jī)交互作用。 所以 ： （ 1） 4 （ 2） （ 3） （ 4） 柵）、電磁閥驅(qū)動、急停信號等； 驅(qū)動系統(tǒng) 傳動驅(qū)動部分包括直流伺服電機(jī)的驅(qū)動和電磁閥的驅(qū)動，直流伺服電機(jī)須滿足快速急停、定位和退刀時能快速運(yùn)行、工作時能帶動工作臺并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運(yùn)行。在定位和退刀時夾緊機(jī)構(gòu)放松。 傳感 器和人機(jī)界面 由于步進(jìn)電機(jī)不需要反饋電路，但是要注意工作臺不能超過最大行程。因此，必須加上行程開關(guān)。 人機(jī)界面設(shè)計的準(zhǔn)則就是要有良好的人機(jī)交互能力，一般要求操作簡便，界面簡潔明了。此系統(tǒng)中共有八個數(shù)碼管，其中前四個可以顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)等指令，后四個（行程開關(guān)） 前向通道 傳動驅(qū)動 （電磁閥） （伺服電機(jī)） 人機(jī)界面 傳感 器 鍵盤、 后向通道 - 22 - 可以工作臺下顯示光柵反饋給單片機(jī)的位置信號，并將角度位移實(shí)時顯示出來。有 43 4的矩陣鍵盤，用于輸入外部指令及數(shù)據(jù)信息。 本章小節(jié) 本章著重介紹了精密工作臺控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。 選擇及其外圍的接口設(shè)計和控制流程；此外還敘述了人 機(jī)界面各個按扭和 - 23 - 第四章、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 總體方案 對于 用 譯器采用 編譯器是 51 系列單片機(jī)程序設(shè)計的常用工具，既可用匯編，也支持 C 語言編譯。同時具有完善的調(diào)試功能。 鍵盤掃描的程序 # ){ ; ; } } i; i=200;i>0;} } /*鍵掃描函數(shù) */ /*發(fā)全 0 行掃描碼 ， 列線輸入 */ = 0 /*若有健按下 */ - 24 - ; /*延時去抖動 */ = 0 /*逐行掃描初值 */ =0){ P1= /*輸出行掃描碼 */ =0 /*本行有鍵按下 */ 0~(~; /*返回特征字節(jié)碼 */ } #A #B #C ]={2,4,6,8,10,12}; 8]={00 d); ){ - 25 - i; /*送命令字 */ /*選最右邊的 i=0;i<6;i++){ PB=P]; /*送段碼 */ PA= /*送位選碼 */ ); /*緩沖 區(qū)下移 1 位 */ 1; /* 左移一位 */ } } ); } - 26 - 第五章 :精密技術(shù)發(fā)展趨勢 (1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由 于采用了高速 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施， 機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化 包含兩方面：精密系統(tǒng)本身的柔性，精密系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3)工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。精密機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合 加工。精密技術(shù)軸，西門子 880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá) 24軸。 (4)實(shí)時智能化 早期的實(shí)時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時智能控制這一新的領(lǐng)域。在精密技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控 制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在精密系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運(yùn)動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使精密系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。 (1)用戶界面圖形化 用戶界面是精密系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前 擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通 - 27 - 過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。 (2)科學(xué)計算可視化 科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計 周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在精密技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于 自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 (3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、 2D+2 螺旋插補(bǔ)、 補(bǔ)、 補(bǔ) (非均勻有理 、樣條插補(bǔ) (A、 B、 、多項式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相 關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取? (4)內(nèi)裝高性能 密系統(tǒng)內(nèi)裝高性能 直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn) 戶可在標(biāo)準(zhǔn) 而方便地建立自己的應(yīng)用程序。 (5)多媒體技術(shù)應(yīng)用 多媒體技術(shù)集計算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在精密技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化 、智能化，在實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。 系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 (1)集成化 采用高度集成化 及專用集成電路 片，可提高精密系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和 21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝 技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 - 28 - (2)模塊化 硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)精密系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如 儲器、位置伺服、 入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的精密系統(tǒng)。 (3)網(wǎng)絡(luò)化 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時 顯示在每一臺機(jī)床的屏幕上。 (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的精密系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的精密系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝