数控工作台的设计

数控回转工作台的设计

目录

目录 (1)

引言 (2)

一、蜗轮蜗杆传动设计 (2)

（一）、蜗杆类型的选择 (2)

（二）、蜗杆蜗轮材料的选择 (2)

（三）、蜗杆蜗轮参数计算 (2)

（四）、蜗轮带动工作台转动需克服的力 (4)

二、步进电动机的选择 (4)

三、控制系统设计 (5)

（一）系统方案设计构成 (5)

（二）、单片机的选用 (5)

（三）、光电耦合 (6)

（四）、环形分配器 (7)

（五）、功率放大器 (8)

四、程序编写 (9)

五、结束语 (14)

六、参考文献 (15)

引言

随着生产力水平的发展，数控技术越来越广泛的应用于各个领域。数控机车是数控技术最普遍的应用。数控回转工作台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被使用于卧式的镗床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。

一、蜗轮蜗杆传动设计

（一）、蜗杆类型的选择

蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择

由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择: 蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬45-55HRC。牌号为20GrMnTi

蜗轮材料为：铸锡磷青铜Zcusn10p1，轮芯用灰铸铁HT100制造

（三）、蜗杆蜗轮参数计算

蜗杆传动尺寸的确定

由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克.由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm;估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z=1;z=90

估取模数m:

m=(1.4~1.7)a/z=3.6

取m=4

q=d/m=80/4=20

6tan =γz/q则γ=2.86°

蜗杆尺寸：

蜗杆轴向齿距:p=πm=3.14×4=12.56

螺旋线导程:p=p×z=15.4×4=12.56

法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α=15°

直径系数:q=d/m=80/4=20

蜗杆分度圆(中圆)直径:d(d)=d=qm=80

蜗杆分度圆(中圆柱)导程角:γ=2.86°

渐开线蜗杆:

基圆柱导程角: cosγ=cosαncosγ所以γ=15.264°

基圆直径:d=zm/tanγ=14.16

法向基节:p=πmcosγ=12.12

蜗杆齿轮顶高:h=hm=1×4=4

蜗杆齿根高:h=1.2m=4.8

蜗杆全齿高:h=h+h=4+4.8=8.8

顶隙:c=0.2m=0.8

齿根圆半径:ρ=0.3m=1.2

蜗杆齿顶圆直径:d=d+2h=88

蜗杆齿根圆直径:d=d-2h=70.4

蜗杆齿宽:b=95

蜗轮尺寸:

蜗轮中圆螺旋角:β=γ=2.86°

蜗轮分度圆(节圆)直径:d=mz=4×60=240mm

蜗轮中圆直径:d=d=240mm

蜗轮齿顶高:h=1×4=4mm

蜗轮齿根高:h=1.2×4=4.8mm

蜗轮全齿高:h=h=8.8mm

蜗轮齿顶圆直径:d=d+2ha=240+8=248mm

蜗轮齿根圆直径:df2=d-2h=240-9.6=230.4mm

蜗轮外圆直径:d=d+m=248+5=253mm

蜗轮齿宽:b=80.3mm

（四）、蜗轮带动工作台转动需克服的力

滚动导轨的摩擦系数为:f=0.0025～0.005取:f=0.005工作台重量为:50㎏×9.8=490N

摩擦力:则可知:周向力F=Gf=490×0.005=2.46N

二、步进电动机的选择

磁阻式步进电动机由于其结构简单，性能可靠，分辨率高等优点，故选择磁阻式步进电动机。

90BF006磁阻式步进电动机产品数据

相数：5

步距角：0.36

电压：24V

相电流：3A

最大静转矩2.156NM

空载起动频率：f=2400step/s

电阻：0.76Ω

分配方式：五相十拍

重量：2.2kg

三、控制系统设计

（一）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，拟用开环控制结构设计方案如图1。

图1 开环系统结构原理

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，通过联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。

（二）、单片机的选用

本设计选用8031芯片如图2，8031的引脚分3大功能：

I/O 口线：

P0,P1,P2,P3共4个八位口。

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）。

电源和时钟。

单片机

光电

耦合 执行 机构

驱动 机构 功率 放大器 环形 分配器