手动式双轴精密回转工作台设计
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回转工作台电气原理图.dwg
回转工作台系统框图.dwg
回转工作台装配图.dwg
外文翻译--拥有大型盘铣刀具的能够促进回转体加工生产率的深槽铣床.doc
手动式双轴精密回转工作台设计论文.doc
精密回转工作台设计
目 录
前言 1
第一章：精密回转工作台的原理与应用 3
1.1 精密回转工作的原理 3
1.2 设计准则 4
1.3 主要技术参数 4
1.4 本章小结 4
第二章：精密回转工作台的结构设计 5
2.1 传动方案的确定 5
2.2 齿轮传动的设计 6
2.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 9
2.4 直流伺服电动机的选择及运动参数的计算 11
2.5 轴承的选用 12
2.6 加紧机构的计算 13
2.7 本章小结 14
第三章 控制系统硬件设计 16
3.1 CPU板 16
3.2 驱动系统 17
3.3 传感器和人机界面 17
3.4 本章小结 17
第四章 控制系统软件设计 18
4.1 总体方案 18
4.2 键盘扫描的程序 18
4.3 数码管显示程序 19
4.4 智能化新一代PCNC精密系统 19
第五章 精密技术发展趋势 20
5.1 性能发展方向 20
5.2 功能发展方向 20
5.3 体系结构的发展 21
5.4 智能化新一代PCNC精密系统 21
第六章 总结 22
参考文献 22
前言
这次毕业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。通过机电一体化毕业设计设计，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技能，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。
本次毕业设计设计主要是解决精密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。
目前精密回转工作台已广泛应用于精密机床和加工中心上，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精密转台。
精密转台的市场分析：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精密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15％－20％左右的稳定增长。
第一章 精密回转工作台的原理与应用
精密机床的圆周进给由回转工作台完成，称为精密机床的第四轴：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，扩大了精密机床加工范围。
1.1 精密回转工作台
精密回转工作台主要用于精密镗床和铣床，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。
1-电机；2-小齿轮；3-偏心套；4-大齿轮；5-柱销；6、7、8、11-轴承盖、套筒；9-蜗杆；10-蜗轮；12、13-加紧瓦；14-油缸；15-活塞；16-弹簧；17-钢球；18-光栅；
如图所示为闭环精密转台的结构图，该精密转台用直流伺服电机1通过减速齿轮2和4带动蜗杆9，通过蜗轮10使工作台回转。为了尽量消除反向间隙和传动间隙，通过调整偏心环3来消除齿轮2和4啮合侧隙。齿轮4与蜗杆9是靠楔形拉紧圆柱销5（A第五章:精密技术发展趋势
5.1性能发展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由
于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测 元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化 包含两方面：精密系统本身的柔性，精密系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
(3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。精密机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。精密技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
(4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在精密技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在精密系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使精密系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。
5.2功能发展方向
(1)用户界面图形化 用户界面是精密系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
(2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在精密技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
(3)插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(4)内装高性能PLC 精密系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
(5)多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在精密技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
5.3体系结构的发展
(1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高精密系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。
(2)模块化 硬件模块化易于实现精密系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的精密系统。
(3)网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
(4)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的精密系统。闭环控制模式是针对传统的精密系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。
5.4智能化新一代PCNC精密系统
当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC精密系统已成为可能。
智能化新一代PCNC精密系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。
第六章 总结
一个多月的机械设计制造工艺毕业设计已经完成，由于我的知识有限，使得这次的毕业设计在很多地方有欠缺，不过在这个过程中我依然是获益匪浅的。毕业设计作为大学期间的一个很有必要的环节，使我加深了对于理论知识的理解，并且对前几次的实习有了更深刻的理解。
在这次毕业设计中主要包括两方面，一方面：精密机床传动部分的设计；另一方面：精密机床电气部分的设计。通过这次课设使我对减速器又加深认识，主传动部分就是靠减速器实现的，一些标准件的用法有了更深的了解，轴承、轴承端盖、键、螺钉、螺母……电器部分做的不是很好，单片机没学过，只能靠近期了解的知识解决，再加上老师和同学的帮助，电器部分算是完成了，从这次课设中了解到自己电器方面的知识很弱，我会利用时间加强这方面的知识的学习。
通过此次毕业设计，使我锻炼了独立思考解决问题的能力，并且将入学以来所学的东西有了一个系统的应用，我相信这是除毕业设计之外的最大一次的运用专业知识来解决问题，相信为以后的毕设，尤其是工作打下很好的基础。
参考文献
[1] 任嘉卉.《公差与配合手册》[M].北京：机械工业出版社 1990
[2] 张孝恩. 加工中心交换工作台定位机构的改进[J].制造技术与机床2005.7:117
[3] 张孝恩. 保证加工中心交换工作台定位精度的方法[J].机械制造 2005.5:63
[4] 徐锦康.《机械设计》[M].北京：机械工业出版社 2001
[5] 周建方.《材料力学》[M].北京：机械工业出版社 2002
[6] 沈世德.《机械原理》[M].北京：机械工业出版社 2001
[7] 代晓明、杨庆东.高架桥式龙门高速加工中心直线进给系统的设计机械制造[J].2005.1:12-14
[8] 范真.《加工中心》[M].北京：化学工业出版社 2004
[9] 沙杰.《加工中心结构、调试与维护》[M].北京：机械工业出版社 2003
[10] 韩鸿鸾、荣维芝.《数控机床的结构与维修》[M].北京：机械工业出版社 2004
[11] 罗敏.用分度数控轴实现加工中心工作台分度功能的设计方法[J].制造技术与机床 2007.2:35-38
[12] 南京市机械研究所 《金属切削机床夹具图》[M] .北京：机械工业出版社 1990
[13] 戴曙.《金属切削机床设计》[M].北京：机械工业出版社 1981
[14] 谢家瀛主编.组合机床设计简明手册 [M].北京：机械工业出版社，1999.53-80
[15] 张耀宸主编.机械加工工艺设计手册 [M].北京：航空工业出版社，1987.56-79
[16]《机床设计手册》编写组编.机床设计手册.北京：机械工业出版社，1986.56-62
[17] 王先逵主编.机械制造工艺学 [M].北京:机械工业出版社，2005.127-145
[18] 周建方主编.材料力学 [M] .北京：机械工业出版社，2001.132-142
[19] 花国梁主编.互换性与测量技术基础 [M].北京：北京工业学院出版社，1984.6-32
[20] 戈晓岚，王特典主编.工程材料 [M].南京：东南大学出版社.2000.19-26