步进电动机驱动的伺服转台的设计
44页 15000字数+说明书+外文翻译+5张CAD图纸
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工作台.dwg
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步进电动机驱动的伺服转台的设计说明书.doc
目录.doc
蜗杆.dwg
蜗轮.dwg
装配图.dwg
装配图.exb
齿轮.dwg
目 录
引言 ……………………………………………………………………………………………………1
1 数控转台的工作原理及其方案论证…………………………………………………2
1.1 数控转台的工作原理 …………………………………………………………………………2
1.2 方案论证…………………………………………………………………………………………2
1.2.1 转台系统的方案论证………………………………………………………………………2
1.2.2 控制系统的方案论证……………………………………………………………………4
2 机械部分设计……………………………………………………………………………………4
2.1 转台本体设计…………………………………………………………………………………4
2.2 选择电动机……………………………………………………………………………………5
2.2.1 各轴转速的计算……………………………………………………………………………5
2.2.2 计算最大静转矩……………………………………………………………………………5
2.3 齿轮的设计……………………………………………………………………………………6
2.3.1 选择齿轮材料、热处理齿面硬度、精度等级及齿数 ……………………………6
2.3.2 设计计算……………………………………………………………………………………7
2.4 蜗轮蜗杆设计…………………………………………………………………………………9
2.4.1 双导程蜗杆蜗轮副概述 …………………………………………………………………10
2.4.2 蜗轮蜗杆设计计算…………………………………………………………………………11
3 控制部分的设计 ………………………………………………………………………………15
3.1 系统功能与设计要求…………………………………………………………………………15
3.2 方案选择 ………………………………………………………………………………………16
3.2.1 转台系统……………………………………………………………………………………16
3.2.2 步进电动机控制器…………………………………………………………………………16
3.3 系统硬件设计…………………………………………………………………………………17
3.3.1 步进电动机的选择………………………………………………………………………17
3.3.2 脉冲分配器接口电路设计………………………………………………………………17
3.3.3 功率放大器电路…………………………………………………………………………18
3.3.4 8098单片机及其EPROM、RAM系统扩展……………………………………………19
3.3.5 LED显示器与小键盘的扩展……………………………………………………………20
3.4 系统控制与软件编程………………………………………………………………………22
3.4.1用DDA方法产生参考脉冲序列…………………………………………………………22
3.4.2 软件分配器…………………………………………………………………………………29
3.4.3 8279的编程………………………………………………………………………………32
3.4.4 系统总体软件编程…………………………………………………………………………33
小结……………………………………………………………………………………………………36
总结……………………………………………………………………………………………………37
致谢……………………………………………………………………………………………………38
参考文献………………………………………………………………………………………………39
摘要
现代数控技术的发展日新月异，机床的新结构、新技术不断出现，使机床附件也随之发展迅速。伺服转台在数控机床上的应用越来越多。本次设计的是数控机床上使用的伺服转台，通过在原工作台上安装数控转台，可以实现较高精度的旋转定位。一些难于加工的零件因为有了数控转台，从而使加工过程变得简单。
数控回转工作台主要应用于铣床等，特别是在加工复杂的空间曲面方面（如航空发动机叶片、船用螺旋桨等），由于回转工作台具有圆周进给运动，易于实现与X、Y、Z三坐标的联动，但需与高性能的数控系统相配套。伺服转台的出现，可以替代原有精度不高的机械转台，伺服转台可以实现高的精度要求，使一些难以达到加工要求的零件很轻松的达到要求.
此次设计采用的是步进电动机驱动蜗轮蜗杆转动从而带动数控转台转动。采用开环系统回转工作台，其特点为结构简单、控制方便、投资少。采用步进电动机伺服驱动，满足中等精度的数控机床的控制要求。
此设计中的传动机构主要包括两部分：齿轮传动和蜗轮蜗杆传动。
齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，它由装在两轴上的主、从动齿轮所组成，通过轮齿间的啮合传递运动和动力。
蜗杆传动由蜗轮和蜗杆组成，用于传递空间两交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90°，该传动广泛应用于各种机器和仪器中。
本设计的控制部分是由Intel MCS-8098单片机构成的步进电动机通用驱动控制器来控制其运动的。主要由人机接口、参考脉冲与脉冲分配器及功率放大等功能块组成。
把机械部分和控制部分结合起来，就可以满足步进电动机伺服系统的精度要求。
关键词 数控伺服转台 数空机床附件 传动机构
科学技术的迅猛发展使当今世界进入信息化时代，把信息技术融入机电设备中，产生了机电一体化技术。数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品。其中,数控转台也是一种典型的机电一体化产品.
本次设计的是数控机床上使用的伺服转台，通过在原工作台上安装数控转台，可以实现较高精度的旋转定位。一些难于加工的零件因为有了数控转台，从而使加工过程变得简单。
数控回转工作台主要应用于铣床等，特别是在加工复杂的空间曲面方面（如航空发动机叶片、船用螺旋桨等），由于回转工作台具有圆周进给运动，易于实现与X、Y、Z三坐标的联动，但需与高性能的数控系统相配套。
本次设计说明书共分为三章，主要包括数控转台的工作原理及其方案论证、机械部分的设计和控制部分的设计等内容。
通过对有关资料的收集和查阅，机械部分我们选用步进电动机驱动蜗轮蜗杆来带动伺服转台的转动。控制部分是由Intel MCS-8098单片机构成的步进电动机通用驱动控制器来控制其运动的。
本次设计可以实现的功能有：在机床的原工作台上使用；由步进电动机驱动；由单片机控制；实现三种脉冲分配方式的控制；系统有关参数可通过LED显示器显示出来；转台能够实现顺、逆两个方向的转动，转角范围不定；可实现匀速、加速控制以及点控制；转台最高转速达100°/s,定位精度为2′。
通过本次设计，使我更加地了解到当前制造业发展的迅速，同时，可以巩固在校所学到的知识，给我们以后的工作奠定了坚实的基础。由于时间仓促和本人的水平有限，设计中的错误和不妥之处在所难免，恳请老师和同学们批评指正。
1 数控转台的工作原理及其方案论证
1.1 数控转台的工作原理
数控机床是一种高效率的加工设备，当零件被装夹在工作台上以后，为了尽可能完成多工序或者全部完成一次装夹后所有工序的加工，以扩大工艺范围和提高机床利用率。除了要求机床有X、Y、Z三个坐标轴直线运动之外，还要求工作台在周围方向有进给运动和分度运动。
通常回转工作台可以实现上述运动，用以进行圆弧加工或与直线联动进行曲面加工，以及利用工作台精确的自动分度，实现箱体在零件各个面的加工。在自动换刀多工序数控机床，加工中心上，回转工作台已成为不可缺少的部件，为快速更换工件，带有托板交换装置的工作台应用也越来越多。
数控机床回转工作台主要有两种：数控进给回转工作台和分度回转工作台，其工作台面的形式有带托板交换装置和不带托板交换装置两种。
数控回转工作台的主要功能有两个：一是工作台进给分度运动，即在非切削时。装有工件的工作台在整个圆周（360o范围内）进行分度旋转；二是工作台作圆周方向进给运动，即在进行切削时，与X、Y、Z三个坐标轴进行联动，加工复杂的空间曲面。
数控回转工作台主要应用于铣床等，特别是在加工复杂的空间曲面方面（如航空发动机叶片、船用螺旋桨等），由于回转工作台具有圆周进给运动，易于实现与X、Y、Z三坐标的联动，但需与高性能的数控系统相配套。
1.2 方案论证
此次设计采用的是步进电动机驱动蜗轮蜗杆转动从而带动数控转台转动。采用开环系统回转工作台，其特点为结构简单、控制方便、投资少。采用步进电动机伺服驱动，满足中等精度的数控机床的控制要求。
本次设计包括两大方面内容：转台系统设计和步进电动机控制设计。
1.2.1转台系统的方案论证
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