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1、目录1. 摘要12. 任务与分分析23. 总体方案案的设计计33.1机机械部分分的设计计43.1.1步进进电机的的选择443.2.1蜗轮轮蜗杆的的配合663.2.2齿轮轮传动的的设计883.2.3轴的的校核与与计算993.2.4角接接触球轴轴承的选选择1103.2.5齿轮轮上键的的选取与与校核1103.3驱驱动电路路的设计计1003.4控控制系统统的设计计1223.4.1操作作控制面面板的功功能设计计及按钮钮的布局局设计1124.总结结1165.参考考文献117第1章 摘要要随着数控控技术的的普及，越越来越多多的设备备都离不不开这项项技术了了。本课课程设计计说明书书围绕数数控技术术展开了了一系
2、列列的讨论论和说明明。首先先，为满满足设计计的要求求，控制制系统采采用的是是MCSS51单片片机控制制系统，该该系统的的性能较较好，价价格也还还算公道道，比较较适合完完成此课课程设计计（即数数控回转转工作台台的数控控化改造造）的相相关任务务。但由由于MCCS51单片片机的驱驱动能力力有限，不不能直接接带动工工作台旋旋转，所所以还必必须外接接一个驱驱动器，所所以驱动动电路的的设计在在此说明明书中占占有比较较大的比比例，根根据任务务书的要要求，可可采用开开环控制制的步进进电机驱驱动电路路。当然然整个系系统离不不开机械械系统的的支持，所所以机械械部分的的设计也也尤为重重要，此此说明书书主要针针对步进
3、进电机，轴轴的校核核与计算算，蜗轮轮与蜗杆杆的选用用与校核核，齿轮轮传动的的设计以以及机械械部分的的设计与与计算等等。第2章 任务务与分析析为进一步步巩固与与机电一一体化相相关的知知识，特特撰写了了这本关关于利用用MCSS511单片机机控制的的数控回回转工作作台的设设计说明明书。该该设计以以数控技技术为核核心展开开了一系系列的讨讨论，主主要包括括机械部部分的设设计和控控制系统统的设计计两大部部分，此此毕业设设计以“简约而而不简单单”的总原原则，设设计出了了一套性性价比高高，劳动动强度弱弱，操作作简单及及可靠性性好的数数控回转转工作台台，该数数控回转转工作台台所能达达到的功功能主要要包括以以下几
4、点点：1.工作台台回转角角度为：03600；2.工作台台最大回回转半径径：2000mmm；3.工作台台所能承承受的最最大重量量：200kg；4.工作台台分度精精度：1100/；5.由键盘盘输入回回转角度度；6.分度角角度显示示5位；7.工作台台最大回回转最大大速度：20rr/miin。它它所应用用的领域域比较广广泛，主主要用于于精密的的机械加加工设备备，各类类医疗设设备，各各类军事事设备等等。需要要说明的的是，该该说明书书上许多多东西都都是理论论上的，还还缺乏足足够的实实际应用用，该设设备目前前还未投投产。第3章总总体方案案设计数控分度度转台根根据其特特点，大大致包括括以下主主要部件件：1.
5、完成最终终功能的的机械执执行部分分（即产产品的机机械装置置）2. 操作者操操纵产品品的工作作以及了了解产品品的工作作状态的的操作面面板3. 处理操作作指令的的控制系系统4. 对控制系系统发出出的控制制信号进进行放大大以及驱驱动相应应设备的的驱动电电路图 3-1图3-2231机机械部分分的设计计311步进电电机的选选择首先必须须要明白白步进电电机的工工作原理理，它将将是电脉脉冲信号号变为角角位移或或线位移移的开环环控制元元件，所所以步进进电机常常用于开开环系统统的控制制，这一一点刚好好能满足足毕业设设计中开开环控制制的要求求。要正确地地选择步步进电机机，还必必须清楚楚它的特特性，主主要有以以下几
6、点点：1. 步进进电机必必须加驱驱动才可可以运转转，驱动动信号必必须为脉脉冲信号号，没有有脉冲的的时候，步步进电机机停止，如如果加入入适当的的脉冲信信号，就就会以一一定的角角度转动动，转动动的速度度和脉冲冲的频率率成正比比；2.步进电电机电机机具有瞬瞬时启动动和急速速停止的的优越特特点；33.改变变脉冲的的顺序，可可以方便便地对步步进电机机进行调调整。要根据转转矩和步步矩角选选择合适适的步进进电机，综综上所述述，可选选择型号号为DMM39系系列的步步进电机机，步矩矩角为11.2度度，保持持转矩为为7.66N .m，步步进最高高转速为为9000转/分钟钟。表3-113.2.1涡轮轮蜗杆的的配合蜗
7、轮蜗杆杆配合常常用来传传递两交交错轴之之间的运运动和动动力，它它主要有有以下的的一些特特点：11.可以以得到很很大的传传动比（ii可达7780），比比交错轴轴斜齿轮轮机构紧紧凑；22.两轮轮啮合面面为线接接触，其其承载能能力大大大高于交交错轴斜斜齿轮机机构；33.蜗杆杆传动相相当于螺螺旋传动动，故传传动平稳稳，噪音音很小；4.具具有自锁锁性。当当蜗杆的的导程角角小于啮啮合轮间间的当量量角时，机机构具有有自锁性性，可实实现反向向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能用蜗轮带全保护作用；5.传动效率低，磨损较严重；6.蜗杆轴向力大；7.常用于间歇工作的场合。蜗杆传动的这些特点刚好符合本毕业设计的相关要
8、求。另外，还必须清楚蜗杆传动的基本参数包括模数m，压力角，蜗杆直径系数，导程角，蜗杆头数，蜗轮齿数，齿顶高系数以及顶隙系数。其中，模数和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，即蜗轮端面的模数和压力角，且均为标准值：蜗杆直径系数q为蜗杆分度圆直径与其模数的比值。蜗杆传动动比i=蜗杆的的转速/蜗轮的的转速，蜗蜗杆的转转速即是是步进电电机的转转速，蜗蜗轮的转转速即是是回转工工作台的的转速。回转工作台的最高转速：要求为20转/分钟，由于步进电机的最高转速为900转/分钟，由此能计算出蜗杆传动比为900/20=45。1.选择择蜗杆传传动类型型根据GBB/T1100885-119888推荐,采用渐渐开线蜗蜗杆
9、2.选择择材料考虑到蜗蜗杆传动动效率不不大，速速度只是是中等，故故蜗杆用用45号号钢，为为达到更更高的效效率和更更好的耐耐磨性，要要求蜗杆杆螺旋齿齿面淬火火，硬度度为455-555HRCC。蜗轮轮用铸锡锡磷青铜铜金属制制造，为为节省贵贵重的有有色金属属，仅齿齿圈用青青铜制造造，而轮轮芯用灰灰铸铁HHT1000制造造。3.按齿齿面解除除疲劳强强度设计计根据闭式式蜗杆传传动的设设计准则则，先按按齿面接接触疲劳劳强度进进行设计计，再校校核齿根根弯曲疲疲劳强度度。传动动中心距距：(3-11)(1)确确定作用用在蜗杆杆上的转转矩按=2，估估取效率率=0.8.，则则=Ti=22.3990.8845=86.
10、04NN.m (3-22)(2)确确定载荷荷系数KK因工作载载荷较稳稳定，故故载荷分分布不均均匀系数数=1;由使用用系数表表选取=1.115；由由于转速速不高，冲冲击不大大，可取取动载荷荷系数=1.11，则K=11.26651.27 (3-3)(3)确确定弹性性影响系系数选用的铸铸锡磷青青铜蜗轮轮和蜗杆杆相配（4）确确定接触触系数先假设蜗蜗杆分度度圆直径径和传动动中心距距a的比比值/aa=0.30从从而可以以查出=3.112（5）确确定许用用应力根据蜗轮轮材料为为铸锡磷磷青铜，金金属模制制造，蜗蜗杆螺旋旋齿面硬硬度大于于45HHRC，从从而可查查得蜗轮轮的基本本许用应应力（3-44）（6）计计
11、算中心心距 （33-5）4.蜗杆杆直径系数数q=117.992;分分度圆直直径=222.44mm,蜗杆头头数=11，分度度圆导程程角=331138蜗杆轴向向齿距：=3.94mmm (3-66)蜗杆齿顶顶圆直径径：（33-7）蜗杆轴向向齿厚： （33-8）5.蜗轮轮蜗轮齿数数=455，变位位系数XX=0蜗轮分度度圆直径径 =mm=1.2545=56.25mmm (33-9)蜗轮喉圆圆直径 =+2=772.225mmm (3-10)6.校核核齿根弯弯曲疲劳劳强度 （33-111）当量齿数数 （3-12） （33-133）（3-114）=4.229Mppa （33-155）所以弯曲曲强度是是满足要要
12、求的。3.2.2齿轮传传动的设设计由于前述述所选电电机可知知T=22.399N.mm传动比比设定为为i=33，效率率=0.97，工工作日安安排在3300工工作日/年，寿寿命为110年。根据GBB/T1100885-119888的推荐荐，采用用直齿轮轮传动的的形式。1.选择择材料 考考虑到齿齿轮传动动效率不不大，速速度只是是中等，故故蜗杆用用45号号钢；为为达到更更高的效效率和更更好的耐耐磨性，要要求齿轮轮面硬度度为455-555HRCC。2.按齿齿面接触触疲劳强强度设计计先按齿面面接触疲疲劳强度度进行设设计，再再校核齿齿根弯曲曲疲劳强强度。传递转矩矩:=9.55=(99.5550.775/33
13、0000)=22.399N.mm (3-16)载荷系数数K:因因载荷平平稳，取取K=11.2齿宽系数数：取=11许用接触触压力：= 2220MMpa (3-17)传动比:=3将以上代代入公式式得3.确定定齿轮的的主要参参数与主主要尺寸寸1）齿数数 取=22，则则=i=322=66 （33-188）2)模数数 m=322.888/222=1.49mmm，取取标准值值m=11.5 （33-199）3）中心心距 标标准中心心距a=m/22(+)=660.55mm （33-200）4）其他他主要尺尺寸分度圆直直径=mm=1.522=33 （33-211）=m=11.566=99 （33-222）齿顶圆
14、直直径 =+2mm=333+3=36mmm （33-233）=+2mm=999+3=1022mm （33-244）齿宽 bb=133=33mmm取=40mmm （33-255）4.确定定齿轮传传动精度度齿轮圆周周速度vv=/(6010000)=3.668m/s （33-266）则可确定定公差组组为8级级5.齿轮轮及结构构设计小齿轮 =333mmm 采用用实心式式齿轮大齿轮 =999mmm 采用用腹板式式齿轮3.2.3轴的校校核与计计算1.受力力简图计算出：R1=46.6N R22=266.2NN2.画出出扭矩图图T=3.画出出弯矩图图由此可知知轴的最最大危险险截面所所在组合弯矩矩 (3-27)
15、3.2.4角接触触球轴承承的选择择由于此机机构主要要承受轴轴向方向向的载荷荷，以及及部分的的径向载载荷，在在此部分分选择角角接触球球轴承是是最合适适不过的的了，因因为角接接触球轴轴承可同同时承受受径向载载荷和轴轴向载荷荷。要知知道接触触角是角角接触球球轴承中中一个很很重要的的参数，它它直接决决定了角角接触球球轴承轴轴向方向向的承载载能力，接接触角越越大，轴轴向承载载能力越越大，但但精度回回略微减减小。单单列的角角接触球球轴承只只能承受受一个方方向的轴轴向负载载，在承承受径向向负荷时时，将引引起附加加轴向力力，并且且只能限限制轴或或外壳在在一个方方向的轴轴向位移移，这不不是我们们想要的的，若是是
16、成队双双联安装装，使一一对轴承承的外圈圈相对，即即宽端面面对宽端端面，窄窄端面对对窄端面面，这样样既可避避免引起起附加轴轴向力，而而且可在在两大载载荷为220Kgg，分度度精度为为1000”，可选选择接触触角为225度的的，70000AAC型的的角接触触球轴承承，最好好选择进进口的SSKF轴轴承（因因为该轴轴承相对对于其他他轴承而而言，性性能更好好），为为避免产产生附加加的轴向向力，采采用成队队双联安安装方式式，保持持架的材材质可选选择性能能优异，寿寿命相对对较长的的合成树树脂。3.2.5齿轮上上键的选选取与校校核1.取键键连接的的类型号号尺寸因其轴上上键的作作用是传传递扭矩矩，用平平键连接接
17、就可以以了，由由资料可可查出键键的截面面尺寸为为:宽度度b=55mm，高高度h=5mmm，由联联轴器的的宽度并并参考键键的长度度系列，从从而取键键长L=10mmm。2.键的的连接强强度3.3驱驱动电路路的设计计在步进电电机已选选择好的的情况下下，再来来对驱动动电路进进行设计计，因为为步进电电机对驱驱动电路路有如下下要求：1.驱驱动电路路的通电电数、通通电方式式、驱动动电压、驱驱动电流流都必须须能满足足步进电电机的要要求；22.驱动动电路的的设计要要满足步步进电机机启动频频率和连连续运行行的要求求；3.能最大大限度抑抑制步进进电机的的振荡；4.工工作可靠靠，抗干干扰能力力强，能能承受一一定的过过
18、载；55.成本本低，效效率高，安安装和维维护方便便。另外，还还必须知知道步进进电机驱驱动电路路的基本本组成部部分，主主要包括括：脉冲冲发生器器、脉冲冲分配器器和脉冲冲功率放放大器三三个部分分，具体体执行情情况如下下：指令令脉冲发发生器脉冲分分配器脉冲功功率放大大器步进电机机。在不不同的机机电应用用系统中中，步进进电机各各部分有有所不同同。根据据课程设设计的要要求，选选择脉冲冲的产生生和分配配均由MMCS51单单片机来来完成的的方式，输输出脉冲冲信号经经功率放放大器放放大再进进入步进进电机。经过多方方综合的的考虑，选选择继电电器驱动动方式（因因为继电电器方式式的开关关量输出出是最常常见的输输出方
19、式式，通过过弱电控控制外界界的交流流或直流流的高电电压、大大电流设设备，继继电器驱驱动电路路的设计计要根据据所用继继电器线线圈的吸吸和电压压和电流流而定，控控制电流流一定要要大于继继电器的的吸和电电流才能能使继电电器可靠靠地工作作），具具体的接接口电路路如图（33-3）图3-33继电器的的动作由由单片机机的P00.0端端控制，PP0.00端输出出低电平平时，继继电器JJ吸和；P0.0端输输出高电电平时，继继电器JJ释放，采采用这种种控制逻逻辑可以以使继电电器在上上电复位位或单片片机受控控复位时时不吸和和。低电电平时，VV导通，继继电器吸吸和；当当P0.0端输输出高电电平时，VV截止，继继电器断
20、断开。在在继电器器吸和到到断开的的瞬间，由由于线圈圈中的电电流不能能突变，将将在线圈圈产生较较高的下下正上负负的感应应电压，使使晶体管管集电极极承受较较高电压压，有可可能烧坏坏驱动三三极管VV。为此此在继电电器J线线圈两端端并接一一个续流流二极管管VD，使使线圈产产生的感感应电流流有二极极管VDD流回。正正常工作作时，线线圈上的的电压上上正下负负，二极极管VDD截止，对对电路没没有影响响。机械械继电器器可在继继电器节节电两端端并接火火花抑制制电路，减减少电火火花影响响，如图图（3-3）中中的0.0Uff的电容容。4N255使两部部分的电电信号独独立。UUCC是是单片机机系统电电源，UUDD是是
21、供继电电器的电电源。输输出部分分的地线线接机壳壳或接大大地，而而单片机机系统的的电源地地线数字地地（浮空空的）不不与交流流电源的的地线相相接。这这样可避避免输出出部分电电源变化化对单片片机电源源的影响响，减少少系统所所受的干干扰，提提高系统统的可靠靠性。3.4控控制系统统的设计计3.4.1操作作控制面面板的功功能设计计及按钮钮的布局局设计布局如图图3-44，包括括LCDD显示器器（用于于显示五五位分度度角度）、数数字键009（用用于输入入分度角角度）、LLeftt和Riightt键（用用于左右右移动光光标）、UUp和DDownn键（用用于增加加和减少少每一位位的数值值）、回回零按钮钮（用于于分
22、度转转台的机机械回零零）、显显示器开开关按钮钮、报警警指示灯灯、串口口RS2232指指示灯以以及Ennterr键（完完成输入入分度角角度之后后，按下下此键分分度转台台转过相相应角度度）。图3-44图3-55串行通通讯电路路接线图图3-6串串行通讯讯PCBB接线图图由于单片片机具有有以下特特点：1.优异异的性价价比；2.集成成度高、体体积小、可可靠性高高。单片片机把各各功能部部件集中中在一块块芯片上上，内部部采用总总线结构构，减少少了各芯芯片之间间的连续续，大大大提高了了计算机机的可靠靠性与抗抗干扰能能力，另另外，其其体积小小，对于于强磁环环境，易易于采取取屏蔽措措施，适适合在恶恶劣环境境下工作
23、作；3.控制制功能强强。为了了满足工工业控制制的要求求，一般般单片机机的指令令系统中中有丰富富的转移移指令、II/O的的逻辑操操作以及及位处理理功能。单单片机的的逻辑控控制功能能及运行行速度均均高于同同一档次次的微机机；4.低功功耗、低低电压，便便于生产产便携式式产品；5.单片片机的系系统扩展展和系统统配置较较典型、规规范，容容易构成成各种规规模的应应用系统统。由于于单片机机具有以以上的特特点，微微处理器器可选择择MCSS-511的单片片机。MCS-51的的单片机机具有四四个8位位的并行行I/OO口，分分别记作作P0 、P11、 PP2、 P3也也就是说说一共有有32个个接口，这这四个88位的
24、并并行I/O口都都有相同同的特殊殊功能寄寄存器，并并且具有有字节寻寻址和位位寻址功功能，每每一个口口都包含含一个锁锁存器，一一个输出出驱动器器和输入入缓冲器器，其中中P0口口的驱动动能力最最强，可可驱动八八个LSSTTLL负载，其其他只能能驱动四四个，另另外P33口具有有第二功功能（包包括RXXD、TTXD、IINT00、INNT1、TT0、TT1 WWR、RRD） MCSS-511的单片片机与控控制面板板的链接接设计如如图3-7图3-77，境小的的ia、 第4章总总结经过两个个月的努努力，课课程设计计终于完完成了。在在这个过过程中我我对书本本有了更更深的了了解，学学到了很很多有价价值的东东西
25、，能能达到这这样的效效果是所所有曾经经指导过过我的老老师、帮助过过我的同同学、一直支支持着我我的家人人，对我我的教诲诲、帮助和和鼓励的的结果，我要在这里对他们表示深深的谢意！首先，要要特别感感谢我的的指导老老师陈建建刚，陈陈老师渊渊博的专专业知识识，严谨谨的治学学态度，朴朴实无华华，平易易近人的的人格魅魅力对我我影响深深远，使使我对完完成这门门课程设设计有了了很大的的兴趣，同同时明白白了许多多待人接接物与为为人处事事的道理理。其次，要要感谢陕陕西理工工学院所所有曾经经为我们们机自专专业任课课的老师师，老师师们教会会我的不不仅仅是是专业知知识，更更多的是是对待学学习，对对待生活活的态度度。第三，
26、感感谢我的的父母亲亲，你们们是我力力量的源源泉，只只要有你你们，不不管面对对什么样样的困难难，我都都不会害害怕，谢谢谢你们们对我的的支持与与鼓励！再次，感感谢在这这次设计计中帮助助我的室室友、队队友及班班级好友友，因为为有你们们的帮助助，我的的毕业设设计得以以顺利完完成。我我们之间间相互探探讨，相相互激励励，使我我总能攻攻克困难难。再我我不开心心时你们们总会安安慰我，我我开心的的时候总总能有你你们陪伴伴，我不不会忘记记，谢谢谢你们！最后对老老师、同同学、对对友及家家人再次次致以我我最衷心心的感谢谢！教导导过我的的老师，你你们的人人格魅力力永记我我心间。身身边的同同学和朋朋友，有有你们我我的大学
27、学才算完完整。寝寝室的密密友，你你们的天天赋犹如如上天恩恩赐，有有了你们们我的生生活更加加精彩！我由衷的的感谢在在设计过过程中所所有提供供帮助的的人，我我一定会会拿出自自己最好好的设计计来回报报他们的的。第5章 参考考文献1 任玉玉田，机机床计算算机数控控技术，北北京理工工大学出出版社，1199992 张柱柱银，数数控原理理与数控控机床，化化学工业业出版社社，200033 林宋宋，现代代数控机机床，化化学工业业出版社社，200024 张毅毅刚，MMCS51单单片机应应用设计计，哈尔尔滨工业业大学出出版社，2200115 邓中中成，王王燕，单单片机原原理与应应用技术术，西安安电子科科技大学学出版社社，200076 全国国数控培培训网络络天津分分中心编编，数控控机床，北北京：机机械工业业出版社社，199977 隋明明阳，机机械设计计基础，机机械工业业出版社社，20005