小型数控钻床旋转平移工作台控制系统设计

学 号 业 设 计 （ 论 文 ）题目：小型数控钻床旋转平移工作台控制系统设计作 者： 何强 届 别： 2015 届院 别： 机械工程学院 专 业： 机械电子工程指导教师： 余晓峰 职 称： 副教授完成时间： 2015/4/25湖南理工学院毕业设计( 论文)1摘要在机械加工行业中，旋转平移钻床工作台使用量很大，为了提高加工效率，保证加工精度，必须对钻床工作台进行数控化改进。本文对传统钻床工作台存在的不能很好的在圆周方向上钻孔问题，设计了一款立式钻床旋转工作台。本文确定数控钻床工作台整体结构设计方案，对机械部分对圆周方向上旋转，x、y 方向上平移做了重点设计。对控制系统部分，本文阐述了用单片机控制交流伺服电机以实现钻床工作台旋转、平移过程。阐述了整个系统的控制原理。本课题所设计的工作台，其加工过程是将所需加工孔的数据通过输入设备输入到控制系统，然后系统根据工件上所需加工孔的坐标，是工作台运动到孔的位置，实现对工件的全自动钻孔，并且系统在加工过程中实时显示加工数据。关键词：传动系统；控制系统；步进电动机湖南理工学院毕业设计( 论文)2AbstractIn the mechanical processing industries,rotary drilling machine working table used in large quantities,in order to improve the processing efficiency,ensuring the processing precision,to table of the drilling machine NC improvement.Based on traditional drilling machine working table problem,design a vertical drilling machine rotary table.Based on the domestic and intermational current situation and development trend undertook an anakysis,in determining the overall scheme,elaborated with SCM control ACservo motor to achieve drilling machine worktable rotation,translation process.The first running process of the CNC drilling designed by the subject,is to input the processing data about the hole into the control system by the entering equipment,then find the location of location of the hole by moving the table according to coordinate of the hole,and the procedding data of the system displayed in real-time.Key words: drive system；control system；stepping motor湖南理工学院毕业设计( 论文)3目 录1 绪论 .61.1 现状 .61.2 发展前景 .62.1 工作原理及总体框图 .72.2 流程 图 .73 旋转工作台传动系统设计 .93.1 旋转部分设计 .93.1.1 工作台箱体设计 .93.1.2 传动比及参数确定 .103.1.3 步进电机的选择 .113.1.4 轴的设计 .133.1.5 轴承的选择 .153.1.6 联轴器的选择 .153.2 工作台 X-Y 机械部分设计 .163.2.1 确定工作台的尺寸极其重量 .163.2.2 滚珠丝杠参数计算与选型 .173.2.3 滚动导程参数计算与选型 .183.2.4 步进电机参数计算与选型 .193.2.5 支撑座参数设计 .203.2.6 联轴器的选择 .214 工作台控制系统设计 .224.1 控制系统元器件的选择 .224.1.1 单片机的选择 .224.1.2 最小系统设计 .224.1.3I/O 接口芯片选择 .23湖南理工学院毕业设计( 论文)44.1.4 译码器的选择 .244.1.5 地址分配 .254.2 控制系统电路的设计 .264.2.1 主控电路设计 .264.2.2 I/O 接口电路设计 .264.3 辅助电力路的设计 .274.3.1 键盘显示接口电路 .274.3.2 步进电机控制电路 .284.3.3 脉冲分配 .294.3.4 驱动电路 .304.3.5 光隔离电路 .304.3.6 功率放大器和时钟电路 .314.3.7 复位电路 .314.3.8 越界报警电路 .324.3.9 掉电保护电路 .335 致谢-346 参考文献-357 附录-36湖南理工学院毕业设计( 论文)51 绪论1.1 现状中国分度回转工作台产业领域的发展存在很多问题，如在产业结构规划布局上不合理，劳动力密集型产品在生产上占据了主要部分；技术类密集型产品在生产上只占据了很少的一部分，并且与西方发达工业国家相比有很大的差距；生产要素至关重要的影响正在逐步削弱。从中国数控分度回转工作台产业发展报告可以大致了解世界数控分度回转工作台产业的发展历程，该报告有力的说明了中国的数控分度回转工作台产业发展现状也指出了和西方发达工业国家在此方面的差距，并且提出了“新型数控分度回转工作台产业”概念，这是之前没有出现过得，此份研究报告从“以人为本” 、 环境友好、科技创新和面向未来四个方面阐述了“新型数控分度回转工作台产业”内涵，对中国的行政和四大都市圈的数控分度回转工作台产业发展进行了全卖弄的研究。1.2 发展前景近几十年以来，各个跨国公司推动的产品全球化发展使得国际分工和国际贸易格局发生额改变，加工贸易成为全球化产业发展的要求。有跨国公司推动的加工贸易的全球化发展，因此可以为发展中国家快速进入全球高新技术产业链条提供条件，从而可能让发展中国家实现产业升级上提供便捷途径。其中分度旋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使用、高效行得分度宣战工作台、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旋转工作台，并能满足生产加工的需求。分度旋转工作台作为数控机床中的几个非常大的部分，研究其设计、制造过程是非常有实际要的工程应用价值。数控工作台的应用非常多，而数控工作台像自动分度旋转湖南理工学院毕业设计( 论文)6工作台的研究必然有着其实际的意义。2 工作台方案的设计2.1 工作原理及总体框图工作台工作原理采用单片机控制步进电机带动工作台的旋转和平移，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，步进电机带动蜗轮蜗杆传动，从而实现工作台的旋转运动。工作台总体框图见图 2.1图 2.1 工作台总体框图1-步进电机 2-燕尾导轨槽 3-固定端轴承座 4-蜗杆 5-旋转工作台 6-丝杠 2.2 流程图通过键盘输入信息到控制系统，单片机控制器向伺服驱动器发动器发出控制信号，通过驱动器驱动电机按要求工作以完成动作。1234 56湖南理工学院毕业设计( 论文)7I/O接口电路单片机 驱动器电动机电动机电动机X 向平移Y 向平移旋转运动键盘显示器图 2.2 工作台流程图湖南理工学院毕业设计( 论文)83 旋转工作台传动系统设计3.1 旋转部分设计3.1.1 工作台箱体设计自动分度旋转工作台箱体起着支撑并包容各种传动零件，如齿轮、轴、蜗杆、涡轮、轴承等零件，使它们能够正常运动情况下可以达到相关的运动精度。箱体还可以通过润滑剂来实现各种零件的润滑、安全保护和密封作用，既可以很好的让操作员的人生安全得到保障，又能够使箱体内的零件尽可能的少受外界环境的影响，并有一定隔振、隔热作用。分度旋转工作台是机械加工中常用的机床附件，因此尺寸不易过大，必须能配合机床的使用。自动分度旋转工作台尺寸：长*宽*高 550*500*160工作台右端盖部分尺寸：长*宽*高 240*50*160蜗杆箱体及钻台如下图所示：图 2.2 旋转工作台箱体图步进电机涡轮蜗杆工作台湖南理工学院毕业设计( 论文)9图 2.2 旋转工作台3.1.2 传动比及参数确定（1）传动比设定系统要实现的参数：工作台旋转速度最大为 20 度/秒，工作台分度精度 0.25.总传动比 i 为各级传动比 i1,i2乘积，即i=i1*i2 （3.1）在设计中分配总传动比是重要问题，传动比若分配得不合理，将不能有效的实现降低成本和结构紧凑的目的；也不能使传动零件获得较低的圆周速度从而影响到动载荷或对传动精度等级造成影响；但是如果要达到所有要求相对比较困难，因此应按设计要求考虑传动比分配方案，以满足要求。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，蜗杆传动比设定在