手動式雙軸精密回轉工作臺設計

30頁 12000字數+論文說明書+3張CAD圖紙【詳情如下】

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回轉工作臺電氣原理圖.dwg

回轉工作臺系統(tǒng)框圖.dwg

回轉工作臺裝配圖.dwg

外文翻譯--擁有大型盤銑刀具的能夠促進回轉體加工生產率的深槽銑床.doc

手動式雙軸精密回轉工作臺設計論文.doc

精密回轉工作臺設計

目  錄

前言 1

第一章：精密回轉工作臺的原理與應用 3

1.1  精密回轉工作的原理 3

1.2  設計準則 4

1.3  主要技術參數 4

1.4  本章小結 4

第二章：精密回轉工作臺的結構設計 5

2.1  傳動方案的確定 5

2.2  齒輪傳動的設計 6

2.3  蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 9

2.4  直流伺服電動機的選擇及運動參數的計算 11

2.5  軸承的選用 12

2.6  加緊機構的計算 13

2.7  本章小結 14

第三章 控制系統(tǒng)硬件設計 16

3.1  CPU板 16

3.2  驅動系統(tǒng) 17

3.3  傳感器和人機界面 17

3.4  本章小結 17

第四章  控制系統(tǒng)軟件設計 18

4.1 總體方案 18

4.2 鍵盤掃描的程序 18

4.3 數碼管顯示程序 19

4.4 智能化新一代PCNC精密系統(tǒng) 19

第五章  精密技術發(fā)展趨勢 20

5.1 性能發(fā)展方向 20

5.2 功能發(fā)展方向 20

5.3 體系結構的發(fā)展 21

5.4 智能化新一代PCNC精密系統(tǒng) 21

第六章  總結 22

參考文獻 22

前言

這次畢業(yè)設計主要是培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。通過機電一體化畢業(yè)設計設計，可樹立正確的生產觀點、經濟觀點和全局觀點，實現由學生向工程技術人員的過渡。

使學生進一步鞏固和加深對所學的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。

培養(yǎng)學生獨立工作、獨立思考和綜合運用所學知識的技能，提高解決本專業(yè)范圍內的一般工程技術問題的能力，從而擴大、深化所學的專業(yè)知識和技能。

培養(yǎng)學生的設計計算、工程繪圖、實驗研究、數據處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應用、文字表達等基本工作實踐能力，使學生初步掌握科學研究的基本方法和思路。

使學生學會初步掌握解決工程技術問題的正確指導思想、方法手段，樹立做事嚴謹、嚴肅認真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結協(xié)作的工作作風。

本次畢業(yè)設計設計主要是解決精密回轉工作臺的工作原理和機械機構的設計與計算部分，設計思路是先原理后結構，先整體后局部。

目前精密回轉工作臺已廣泛應用于精密機床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是：

   1．在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉臺；

   2．在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉速和轉臺的承載能力；

3．在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉的精密轉臺。 

精密轉臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備精密轉臺的加工中心將會達到每年600臺左右。

預計未來5年，雖然某些行業(yè)由于產能過剩、受到宏觀調控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長。

第一章 精密回轉工作臺的原理與應用

     精密機床的圓周進給由回轉工作臺完成，稱為精密機床的第四軸：回轉工作臺可以與X、Y、Z三個坐標軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲線等?；剞D工作臺可以實現精確的自動分度，擴大了精密機床加工范圍。 

1.1  精密回轉工作臺

    精密回轉工作臺主要用于精密鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅動是伺服系統(tǒng)的驅動方式。它可以與其他伺服進給軸聯(lián)動。

1-電機；2-小齒輪；3-偏心套；4-大齒輪；5-柱銷；6、7、8、11-軸承蓋、套筒；9-蝸桿；10-蝸輪；12、13-加緊瓦；14-油缸；15-活塞；16-彈簧；17-鋼球；18-光柵；

如圖所示為閉環(huán)精密轉臺的結構圖，該精密轉臺用直流伺服電機1通過減速齒輪2和4帶動蝸桿9，通過蝸輪10使工作臺回轉。為了盡量消除反向間隙和傳動間隙，通過調整偏心環(huán)3來消除齒輪2和4嚙合側隙。齒輪4與蝸桿9是靠楔形拉緊圓柱銷5（A第五章:精密技術發(fā)展趨勢

5.1性能發(fā)展方向

(1)高速高精高效化　速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由   

于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測 元件的交流數字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。

   (2)柔性化　包含兩方面：精密系統(tǒng)本身的柔性，精密系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

   (3)工藝復合性和多軸化　以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。精密機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。精密技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數可達24軸。

   (4)實時智能化　早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在精密技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在精密系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使精密系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。

5.2功能發(fā)展方向

(1)用戶界面圖形化　用戶界面是精密系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。 

(2)科學計算可視化　科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在精密技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

    (3)插補和補償方式多樣化　多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。

    (4)內裝高性能PLC　精密系統(tǒng)內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。

    (5)多媒體技術應用　多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在精密技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。

5.3體系結構的發(fā)展

(1)集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高精密系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。

    (2)模塊化　硬件模塊化易于實現精密系統(tǒng)的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的精密系統(tǒng)。

    (3)網絡化　機床聯(lián)網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。

    (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的精密系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的精密系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。

5.4智能化新一代PCNC精密系統(tǒng)

當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代PCNC精密系統(tǒng)已成為可能。

智能化新一代PCNC精密系統(tǒng)將計算機智能技術、網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。

第六章  總結

一個多月的機械設計制造工藝畢業(yè)設計已經完成，由于我的知識有限，使得這次的畢業(yè)設計在很多地方有欠缺，不過在這個過程中我依然是獲益匪淺的。畢業(yè)設計作為大學期間的一個很有必要的環(huán)節(jié)，使我加深了對于理論知識的理解，并且對前幾次的實習有了更深刻的理解。

在這次畢業(yè)設計中主要包括兩方面，一方面：精密機床傳動部分的設計；另一方面：精密機床電氣部分的設計。通過這次課設使我對減速器又加深認識，主傳動部分就是靠減速器實現的，一些標準件的用法有了更深的了解，軸承、軸承端蓋、鍵、螺釘、螺母……電器部分做的不是很好，單片機沒學過，只能靠近期了解的知識解決，再加上老師和同學的幫助，電器部分算是完成了，從這次課設中了解到自己電器方面的知識很弱，我會利用時間加強這方面的知識的學習。

通過此次畢業(yè)設計，使我鍛煉了獨立思考解決問題的能力，并且將入學以來所學的東西有了一個系統(tǒng)的應用，我相信這是除畢業(yè)設計之外的最大一次的運用專業(yè)知識來解決問題，相信為以后的畢設，尤其是工作打下很好的基礎。

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[20] 戈曉嵐，王特典主編.工程材料 [M].南京：東南大學出版社.2000.19-26

英文翻譯 第 1 頁 擁有大型盤銑刀具的能夠促進回轉體加工生產率的深槽銑床 大型高強度 工中心（橋型加工中心） 1、 背景介紹 謝您購買 工中心，機器是今年裝配的，首先，您是否能夠解釋一下背景資料來導入購買 理由？ 2000 年 7 月， 子建立了一項共同的商業(yè)冒險，這三家公司在日本電機公司同意在小型發(fā)電機制造方面的協(xié)作。 的任務是在合理的花費和規(guī)定的方式下，為用戶提供高質量高產量的產品。為此， 結合三家 公司強勁的技術力量、知識與人力資源。 不得不升級自身的生產設備，因為公司已被選擇為 氣動力產品的合作伙伴，電力總公司的主要輔助公司。 是否意味著最新裝配的 床只是現有機床的附加？我的意思是，這種機床用來填補某種需要，不是嗎？ 國安裝的動力生產設備，在最近幾年已經變的不足，面對這樣的情況，許多種行動已經被執(zhí)行，包括放寬動力市場的自由度，在這樣的情況下，對發(fā)電機的需求就立即產生了。作為一家發(fā)電機制造商， 圖去滿足這種需求，但是這需要提高公司生產設備， 這就是我們加入的理由。 電動機的生產是我們在行的領域，但我們對需求增長的估計使得我們明確，我們必須為新的生產設備建立一個公司去加強我們回轉體加工的能力。 這是我們希望通過新的生產設備獲得的兩個主要指標。 （ 1） 第一個目標是減少人力，機器，時間要求（增加 60%生產力）。這要求我們提高加工條件并確定生產技術； （ 2） 第二個目標是縮短加工引導時間（時間減半），這需要我們精簡加工過程并且排除工件在機器間移動的需求。 為獲得這些目標，我們?yōu)樾碌纳a設備制定了三項要求： 1）盡量減少傳送時間來滿足不斷增加的需求， 2）一種有大 切削量的機床來提高生產率，這要求我們必須要保證高度的剛性和可靠性， 英文翻譯 第 2 頁 3） 提高自動化定位特性去提高時間和原料搬運率。 2．什么是發(fā)電機轉子 進入新機床細節(jié)描述之前，你是否能夠解釋一下“發(fā)電機轉子”，什么樣的工件將被在這個新機器上進行加工。 電機有多種型號，如水輪發(fā)電機與窩輪發(fā)電機。例如，我們使用的發(fā)電機系統(tǒng)是由我們 燃機的輸出功率為 20種發(fā)電機系統(tǒng)受到高度的關注，不僅因為普通目標的備份電機系統(tǒng)，也因為緊急情況內燃機動力系統(tǒng)。它 們應用于世界許多地區(qū)，包括各種日本建筑甚至南極極度寒冷地區(qū)的中間站。 為生產這些產品，我們的工廠需要 2 臺 100 噸的起重機，大型的機床包括 10 米和 7 米的車床，一間干凈的房間用來制造轉子電扇。 已經親自到了工廠，它已被配備了各種型號的機床，我真切的被工廠制造的高精度與高質量的大型電動機零件所震撼。我也有幸見到了許多發(fā)電機的制造過程。“精力充沛”是我參觀了工廠后，在我腦海中產生的詞。 謝，現在，讓我解釋回轉軸，這個在我們新的機床上制造的工件，以有兩極的、空氣冷卻的渦電動機為例。不同于 我提過的后備型 /經濟型的電動機，這種電機是由在 廠用風力或天然氣驅動而制造出的大型電動機組成的。這種電動機被廣泛的應用于工業(yè)或動力電動機。標準的生產設備功率要 75000 千瓦安或更少。 這種電動機的動力產生部分由定子，轉子和螺旋軸承構成，這種回轉體是由磁鐵芯、軸承和風扇所組成的。 這個我們希望在新機床上制造的部件是鐵磁芯和軸承，為使事情簡單易懂，讓我們叫它“回轉軸”。 明白了，那么你們是怎樣制造回轉軸的呢？ 轉軸是由一種被鍛造出的優(yōu)質磁性低合金切割而成。主要的制造步驟如下 ： 1）車削， 2)磨槽、鉆磨， 3）磨軸承， 4）孔配合， 5）完成車 3、五面加工系統(tǒng)的應用 么，最新安裝的 目的是用來對回轉軸進行磨槽、鉆削和精磨了。 英文翻譯 第 3 頁 我們聽說許多制造者利用專門的機器完成回轉體的深度磨槽。那么，為什么你們要選擇我們的五面加工系統(tǒng)呢？ 果我們只是為了回轉體銑槽，我們可以使用水平機床或者是基于車床的在托架上裝置平面切削的平面機器。無論如何，一臺平面機器，不能夠達到我們高的加工效率，并且我們認為這種形式的機器不能滿足我們在外觀上的要求。這就是原因。 這個回轉軸 總共有 42 個叫做螺旋槽的深槽，最深的有每旋 105 米，深槽銑削是加工過程中最消耗時間的操作，我們常用三次成型的槽加工技術， 運用面切削刀具進行平面銑削。 因此我們決定使用德國生產的能夠穿過和完成深槽加工，一次成型的面切削工具。運用這種切削工具，我們就需要一種有足夠強度的，能夠承受深度切削的專用機床。 提到的深度切削，那種面切削工具能夠提供多大的切削力呢？ 據刀具制造者計算大約有 20 千牛，這樣的切削力能夠切削直徑為 700毫米的工件為了將走刀次數由 3 次減到 1 次，這需要提高機床 3 倍的 排屑力，這種排屑力是現有傳統(tǒng)機床切削條件下切削力的 3 倍。 另外，深槽銑削并不是我們希望獲得的唯一目標，減少引導時間是我們的另一考慮。銑削回轉軸包括許多獨立的加工，如深槽、鑰匙槽和導向槽等，因此，每一個工件不得不在機器間傳來傳去，這正是制造過程中的障礙。 明白了，這就是為什么你們決定使用我們五面加工系統(tǒng)的只需一次停車的機床來加工你們的工件。 極了，就像它的名字描述的那樣，五面加工系統(tǒng)能夠在一次啟動后，完成工件的五面加工。通過運用附件，它也能夠完成一些特有的加工操作，如在單一的機床 上加工斜面槽而不需要更換啟動。我們決定針對這種優(yōu)勢。 4、有效的開發(fā) 行面切割 此，這就是你們?yōu)楹芜x擇 定選擇 ，你們對我們有什么樣的期待呢？ 是我們第一次與 作，但是我們聽說 一家非常引人注目的五面英文翻譯 第 4 頁 加工機床的制造者，運用引人注目的方法，例如使用高硬度的鋼材建造主要零件。這是對于生產我們的工件的機床應具有的最重要的特征。我們決定使用 如下 3個原因： （ 1）一份作為五面加工系統(tǒng)制造者的證明資料（不同自動定位特征和可靠性） （ 2）加工時 ，制造高硬度機床的能力 （ 3）合作意愿 —— 通過測試加工，例如對用戶生產技術問題的解決方案不必多說，無論如何，最重要的是按時傳遞。 的，現在，讓我簡潔的描述這臺最新開發(fā)的機器并總結它的特性。我們選擇 寬工作臺的 為機器本體，去滿足你們之前提過的加工需求，我們增加主軸的硬度和盤銑的附加功能（ 4 倍強度的型號）。在自動化主軸連桿系統(tǒng)中，那個為了增加機器的硬度最主要的組成部分，我們使用了兩倍于標準夾具強度的夾具機構。我們做了改進去排除噪音，特別是在深度加工的時候，減少機構的變形而獲 得切削力，并且使偏差值在默認值的 0/+米之內。在為工件回轉系統(tǒng)開發(fā)新的夾具裝置時，我們提供幾年積累的設計大型機床的知識去緊固工件，不引起加工震動和工件變形。 我們來咨詢我們想要的機床類型時，我們已經召開了許多技術性的會議，在那個過程中，我們一起工作討論并遵守每一個提及的細節(jié)去開發(fā)我們所需要的機床。這對我們是一個學習的過程，我們學習到合作的重性，例如運用活動部件進行加工方法的證明，與機床制造者尋找解決我們生產技術的問題，與制造者保持協(xié)作關系的重要性。 5、新加工系統(tǒng)的益處 終，我要詢問一下新加工系統(tǒng)的效果。加工是否符合你們的期望？ 機器的裝配在今年二月份完成后，我們持續(xù)的完成回轉軸的加工，結果，我們在生產率上的組織目標，引導時間的減少與要求被大大的滿足。作為對事實的坦承，我非常滿意這樣的結果。 們未來的打算是什么呢？ 很難預言，但從實際看來，我們?yōu)檫@次計劃所選擇的機器對加工效率的提高大有作用。不僅是回轉軸的加工，也有其他大型工件的加工，我將重新認識五面英文翻譯 第 5 頁 加工系統(tǒng)的作用。 日本的市場條件在將來的幾年中將會有一些增長，海外市場也將更有競 爭力，特別是亞洲國家市場的增長。我認為我們應當繼續(xù)在設備的集成與產品的技術上發(fā)揮我們的作用去提高生產率，就像我們在 品上所做的，目標是要繼續(xù)做勝者。 常感謝您花費了時間。 生，在您有價值的建議的幫助和我們在協(xié)作工程中收集到的成果，我們將繼續(xù)提高我們的產品和技術，去贏得更多的用戶包括 。 再次的感謝。 英文翻譯 第 6 頁 a 1. NK’s of to of 000, a o., on a of M&G is to in a To of of to as a E a NK in a to I is to a of t in in To of As a GE to it to (1) is to 文翻譯 第 7 頁 0 us to (2) is to by us to to to To we (1) is a to to (2) is a of to be to (3) is of to 2. s a of is to be on of as of at an 0 874 as as in of in To is 000a in I’ve to it a 文翻譯 第 8 頁 I of in I an to “is to me to be on a as an of by or 5000 or of of a a a is an of an To to s it a “ I do a A is of a in 1) (2) (3) (4)in 5) 3. of is to be of We of on If we of of we go a or a a 文翻譯 第 9 頁 on a we t we of at is a 2 7mm 40mm of 05 m is in we to in a a So we to a a in a To we a to is to 0KN to s is to of 00 mm in t In to of to it is to by a of a as as In we to of of of of as to be a in I s to go of of s As a it 文翻譯 第 10 頁 to of a in By an it’s to as on a We to 4. se s to go of is ’ve NK a of as to be We to go NK (1) a as a of (2) to a of 3) to in to to is me We a as To we of In is of in to we a is 英文翻譯 第 11 頁 We to a +mm in a In of we in in to we of we in we’ve we of to a we an to me in of by in a to to of a 5. of I’d to of of we’ve of As a in As a I’m It’s to in of we to be in of of I of a to be 文翻譯 第 12 頁 in to of I we to of as we in in to to be a of we we to in to to M&G. - 1 - 精密回轉工作臺設計 目 錄 前言 ....................................................................................................................................... 1 第一章：精密回轉工作臺的原理與應用 ........................................................................... 3 精密回轉工作的原理 .......................................................................................... 3 設計準則 .............................................................................................................. 4 主要技術參數 ...................................................................................................... 4 本章小結 .............................................................................................................. 4 第二章：精密回轉工作臺的結構設計 ............................................................................... 5 傳動方案的確定 .................................................................................................. 5 齒輪傳動的設計 .................................................................................................. 6 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 .................................................................. 9 直流 伺服電動機的選擇及運動參數的計算 ..................................................... 11 軸承的選用 ........................................................................................................ 12 加緊機構的計算 ................................................................................................ 13 本章小結 ............................................................................................................ 14 第三 章 控制系統(tǒng)硬件設計 ............................................................................................... 16 .................................................................................................................. 16 驅動系統(tǒng) ............................................................................................................ 17 傳感器和人機界面 ............................................................................................ 17 本章小結 ............................................................................................................ 17 第四章 控制系統(tǒng)軟件設計 ............................................................................................. 18 體方案 .............................................................................................................. 18 盤掃描的程序 .................................................................................................. 18 碼管顯示程序 .................................................................................................. 19 能化新一代 .............................................................................. 19 第五章 精密技術發(fā)展趨勢 ............................................................................................. 20 能發(fā)展方向 ...................................................................................................... 20 能發(fā)展方向 ...................................................................................................... 20 - 2 - 系結構的發(fā)展 .................................................................................................. 21 能化新一代 .............................................................................. 21 第六章 總結 ..................................................................................................................... 22 參考文獻 ............................................................................................................................. 22 - 3 - 前言 這次畢業(yè)設計主要是培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。通過機電一體化畢業(yè)設計設計，可樹立正確的生產觀點、經濟觀點和全局觀點，實現由學生向工程技術人員的過渡。 使學生進一步鞏固和加深對所學的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。 培養(yǎng)學生獨立工作、獨立思考和綜合運用所學知識的技能，提高解決本專業(yè)范圍內的一般工程技術問題的能力，從而擴大、深化所學的專業(yè)知識和技能。 培養(yǎng)學生的設計計算、 工程繪圖、實驗研究、數據處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應用、文字表達等基本工作實踐能力，使學生初步掌握科學研究的基本方法和思路。 使學生學會初步掌握解決工程技術問題的正確指導思想、方法手段，樹立做事嚴謹、嚴肅認真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結協(xié)作的工作作風。 本次畢業(yè)設計設計主要是解決精密回轉工作臺的工作原理和機械機構的設計與計算部分，設計思路是先原理后結構，先整體后局部。 目前精密回轉工作臺已廣泛應用于精密機床和加工中心上，它的總的發(fā)展 趨勢是： 1． 在規(guī)格 上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉臺； 2． 在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉速和轉臺的承載能力； 3． 在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉的 精密 轉臺。 精密 轉臺的市場分析：隨著我 國制造業(yè) 的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備 精密 轉臺的加工中心將會達到每年 600臺左 右。 預計未來 5年，雖然某些行業(yè)由于產能過剩、受到宏觀調控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產業(yè)政策鼓勵振興和發(fā) 展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均15％－ 20％左右的穩(wěn)定增長。 - 4 - 第一章 精密回轉工作臺的原理與應用 精密 機床的圓周進給由回轉工作臺完成，稱為 精密 機床的第四軸：回轉工作臺可以與 X、 Y、 而加工出各種球、圓弧曲線等。回轉工作臺可以實現精確的自動分度，擴大了 精密 機床加工范圍。 精密回轉工作臺 精密回轉工作臺 主要用于 精密 鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅動是伺服系統(tǒng)的驅動方式。它可以與其他伺服進給軸聯(lián)動。 1 23456、 7、 8、 11筒； 91012、 131415161718 如圖所示為閉環(huán)精密轉臺的結構圖，該精密轉臺用直流伺服電機 1 通過減速齒輪 2和 4帶動蝸桿 9，通過蝸輪 10使工作臺回轉。為了盡量消除反向間隙和傳動間隙，通過調整偏心環(huán) 3來消除齒輪 2和 4嚙合側隙。齒輪 4與蝸桿 9是靠楔形拉緊圓柱銷 5（ A - 5 - 一 連接。這種連接方式能消除軸與套的配合間隙。工作臺的轉角位置用光柵18測量，測量結果發(fā)出反 饋信號與精密裝置發(fā)出的指令信號進行比較，若有偏差經放大后控制伺服電機朝消除偏差的方向轉動，使工作臺精確定位，，臺面的鎖緊用均布的 8個小油缸 14來完成，需要加緊時油缸上腔進壓力油，活塞 15下移，通過鋼球 17，推開夾緊塊 12及 13，將蝸輪夾緊。當工作臺需要回轉時，精密系統(tǒng)發(fā)出指令，夾緊液壓缸14上腔的油流回油箱，鋼球 17在彈簧 16的作用下向上抬起，夾緊塊 12 和 13松開蝸輪，這時蝸輪和回轉工作臺可按照控制系統(tǒng)的指令作回轉運動。 回轉工作臺的導軌面由大型滾柱軸承支承，并由圓錐滾子軸承及圓錐孔雙列圓柱滾子軸承保持準確 的回轉中心。工作臺支撐在鑲鋼滾柱導軌上，運動平穩(wěn)且耐磨。 設計準則 我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則： 1）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能； 2）分析原理和性能； 3）判別功能載荷及其意義； 4）預測意外載荷； 5）創(chuàng)造有利的載荷條件； 6）提高合理的應力分布和剛度； 7）重量要適宜； 8）應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸； 9）根據性能組合選擇材料； 10）零件與整體零件之間精度的進行選擇； 11）功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求。 主要技術參數 （ 1）工作臺直徑： 400 （ 2） 工作臺水平回轉 0度精度≤ 2”； （ 3）工作臺傾斜角度 0 分度精度≤ 2” ； （ 4）臺面端跳 2 - 6 - （ 5）轉臺驅動方式：手動帶微調，轉動靈活，快速 （ 6） 最大載荷： 300N （ 7） 重復定位精度 ≤± 1” 本章小結 主要簡單介紹畢業(yè)設計題目（精密回轉工作臺）和其發(fā)展概況，設計背景、工作原理、設計參數也作了進一步的說明。 - 7 - 第二章：精密回轉工作臺的結構設計 動方案的確定 如圖，采用電 機帶減速動齒輪傳動，帶動渦輪蝸桿轉動，從而使工作臺轉動 原理 伺服電動機（ 用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機。又稱執(zhí)行電動機。其功能是將電信號轉換成轉軸的角位移或角速度。 伺服電動機分交、直流兩類。交流伺服電動機的工作原理與交流感應電動機相同。在定子上有兩個相空間位移 90°電角度的勵磁繞組 用施加到 到控制電動機運行的目的。交流伺服電動機具有運行穩(wěn)定、可控性好、響應快速、靈敏度高以及機械 特性和調節(jié)特性的非線性度指標嚴格（要求分別小于 10％～ 15％和小于 15％～ 25％）等特點。直流伺服電動機的工作原理與一般直流電動機相同。電動機轉速 n＝ E／ 中 變 可控制直流伺服電動機的轉速，但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動機中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。 直流伺服電動機具有良好的線性調節(jié)特性及快速的時間響應。 傳動時應滿足的要求 - 8 - 精密回轉工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現分度運動。在本課題中，原動機采用直流伺服電機，工作臺為 動裝置由齒輪傳動和渦輪蝸桿傳動組成。 合理的傳動方案主要滿足以下要求： （ 1）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉速和運動形式的要求。 （ 2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （ 3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 （ 4）結構工藝性要求；如結構簡單、 尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經濟合理等。 精密回轉工作臺傳動方案為：直流伺服電機 —— 齒輪傳動 —— 蝸桿傳動 ——工作 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結構緊湊。 蝸桿傳動有以下特點： 1．傳動比大 在分度機構中可達 1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構緊湊。 2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3．可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為 有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。 由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。 同時，對于精密回轉工作臺，結構簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉工作臺、閉環(huán)回轉工作臺。 兩種型式各有特點： - 9 - 開環(huán)回 轉工作臺 開環(huán)回轉工作臺和開環(huán)直線進給機構一樣，都可以用步進電機來驅動。 閉環(huán)回轉工作臺 閉環(huán)回轉工作臺和開環(huán)回轉工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉工作臺有轉動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結果經反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉臺分度定位精度更高。 齒輪 的 設計 1、 選用傳動 比： 先選為 2 1） 選用 直 齒圓 柱 齒輪傳動 ； 2）精密機床速度高，要求精度高，故 選 6級 精度； 3) 材料 選擇 ，小 齒輪 材料 選 35質 后氮化 )，硬度 為 65 齒輪 材料18 碳后淬火 )硬度 為 60 4) 選 小 齒輪齒數 0，大 齒輪齒數為 40。 2、按 齒面 接觸 強 度 設計 2])([))(1(1? (1)確定公 式內 的各 計 算 數 值 1） 試選載 荷系 數 2) 計 算小 齒輪傳遞 的 轉矩 10000??=） 選 取 齒寬 系 數 ，小 齒輪做懸 臂布置， d? = 4）材料的 彈 性影 響 系 數 5）按 齒面 硬度查的小 齒輪 的接觸疲 勞強 度極限 ? 200 齒輪 的接觸疲勞強 度極限 ? 00 6）接觸疲 勞壽命 系 數 ,； 7） 計 算接觸疲 勞許 用 應 力 取失效概率 為 1%,安全系 數為 S=1 [? H]1=1200 [? H]2=800(2)計 算 1）算小 齒輪 分度 圓 直 徑 入 [? H]中 較 小的值 - 10 - 代入各 數 值的 2])([))(1(1? =22） 計 算 圓 周速度 V V=10006011?=s 3)計 算 齒寬 b b= d? 22=)計 算 齒寬 與 齒 高之比模 數 ? 高 h=） 計 算 載 荷系 數 根據 V=s， 6級 精度，查的 動載 系 數 直 齒輪 ==查表的使用系數 ； 用插值法查得 6級精度，小齒輪相對支撐懸臂布置時 =由=F? =故載荷 系數 K=3 =13 13 ）按實際的載荷系數校正所算得分度圓直徑 d1=22?)計算模數 m m=11按齒根彎曲強度設計 - 11 - 彎曲強度的設計公式為 M≥3 2 ][112 ?（ 1） 確定公式內的各計算數值 1） 查表得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ? 00齒輪的彎曲疲勞強度極限 ? 00 2） 查得彎曲疲勞壽命系數 3） 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數。 S=[? F]1=0 ?S N ?00? F]2=0 ?S N ?)計算載荷系數 K K= 3 =13 13 )查取齒形系數 查表的 )應力校正系數 ）計算大、小齒輪的][ 加以比較 1][ 11400 =][ 22= 2） 設計計算 m=3 1 0 8 0 ????比計算結果，齒面接觸疲勞強度計算模數 輪模數 m 大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，可取彎曲強度算得的模數 - 12 - 就近圓整為標準值 m=1，按接觸強度算得的分度圓直徑 2出小齒輪齒數 Z1=2 大齒輪齒數 23 2=44 4幾何尺寸計算 （ 1） 計算分度圓直徑 13 m=223 1=22mm 23 m=443 1=442)計算中心距 a=2 44222 21 ??? 3 2） 計算齒輪寬度 （ 3） b= d? 3 22= 5 0． 3 蝸桿傳動 1選擇蝸桿傳動類型 采用漸開線蝸桿 2選擇材料 考慮到蝸桿傳動速度中等，蝸桿用 45 鋼，并淬火，硬度為 45～ 55輪用鑄錫磷青銅 屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 3 按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據閉式齒輪傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度 進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距 a≥3 2)][(2 (1)確定在蝸輪上的轉矩 ，取消率為 ? =2=- 13 - (2)確定載荷系數 K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數 K? =1,由表選取使用系數 于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數 K=3 13 3)確定彈性影響系數 選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故 60 (4)確定接觸系數 假設蝸桿分度圓直徑 傳動中心距 a 的比值查圖得(5)確定許用接觸應力 [? H] 根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅 屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞的蝸輪的基本許用應力 [? H]′ =268N=6003 13 1003 15000=108 壽命系數 [? H]=[? H]′ =26800 （ 6）計算中心距 a≥3 2)2 0 0 0(6 0 0 0 ?=其中心距 a=80 i=102,故從表中去模數 m=桿分度圓直徑時圖中可查的接觸系數 =為 此以上計算可用。 4、蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 （ 1）蝸桿 - 14 - 軸向齒距 m=徑系數 q=頂圓直徑 3 13 齒 根 圓 直 徑 m+c)=度圓導程角 r=蝸桿軸向齒厚 m=（ 2）蝸輪 蝸輪齒數 9;變位系數 驗算傳動比 i=43912 ?時傳動比誤差為10 =是允許的。 蝸輪分度圓直徑 d2=39=123蝸輪喉圓直徑 23+23 +蝸輪齒根圓直徑 23蝸輪咽喉母圓半徑 5校核齒根彎曲疲勞強度 ? F= ][221 ? ?當量齒數 o s 39c o s 2 33 ?據 螺旋角系數 Y? =1-?140r=1-??用彎曲應力 [? F]= [? F]‵ 的 ? F]‵ =56 壽命系數 ? F]=563 F= ??? ?? 0 驗算效率 ? ? =（ )vr r?? 已知 r=v? = - 15 - ?? ???? o 0060 1 4 o 0060 11 ?? s 從表中用 插值法查的 v? =,代入式中得 ? =用重算。 流伺服電機的選擇及運動參數的計算 許多機械加工需要微量進給。要實現微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現微量進給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用直流伺服電機作為執(zhí)行單元。這是因為它具有以下優(yōu)點： ● 響應特性高，響應速度快 ; ● 轉動慣量小，啟動、停 止方便； ● 高功率密度（體積小、重量輕）； ● 可實現高精度數字控制； ● 停電制動； ● 調速范圍較寬； 采用直流伺服電機為驅動單元，其機構也比較簡單，主要是變速齒輪副、渦輪蝸桿。通常步進電機每加一個脈沖轉過一個脈沖當量；但由于其脈沖當量一般較大，如 精密系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用直流伺服電機的閉環(huán)反饋控制。 1）選擇 直流伺服電機 的額定功率 電機的額定轉矩應等于或稍大于工作要求的轉矩。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價 格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。 折算到電機軸上的轉矩為： d ??? ??? a x?則選擇電機的額定轉矩應該大于 4 2）電機與工作臺的慣量匹配計算 回轉體的慣量： )(32 24 ?? ?則各回轉部件的轉動慣量為 : - 16 - 27141 ???? ??? 262 1039.4 ??? ? 25 ?? ?蝸桿J 241001.5 ?? ?蝸輪 20150 ? 。工作臺 折算到電機軸上的轉矩為 ? ? ? ? 222121 0 2 ??????作臺蝸輪蝸桿電機轉子慣量為 20018.0 ?? ?3）定位加速時的最大轉矩計算 ?? )(602 ? 取時間常數 00?計算得到定位最大轉矩為 M=a x ??? 綜上，選擇電機為法納克 5 承的選用 滾動軸承是現代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數已經標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調整、潤滑、密封等有關的 “軸承裝置設計 ”問題。 2. 5. 1 軸承的類型 - 17 - 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向 載荷，外圈可分離，安裝時可調整軸承的游隙。其機構代碼為 3000，然后根據安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為： 30208。 2. 5. 2 軸承的游隙及軸上零件的調配 軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調整的，這樣比較方便。 2. 5. 3 滾動軸承的配合 滾動軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產，軸承內孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準。 動軸承的潤滑 考慮到電動刀架工作時轉速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故 采用油潤滑，轉速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的。 2. 5. 5 滾動軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應朝外。 緊機構的計算 采用液壓 缸作為工作臺的夾緊裝置， 液壓缸又稱為油缸，它是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能就是將液壓能轉變成直線往復式 ，或擺動式 機械運動。 液壓具有很多優(yōu)點： 1、工作比較平穩(wěn)，反應快，沖擊小，能高速啟動； 2、液壓缸的的體積小、重量輕，慣性小，結構緊湊，能輸出較大的力； 3、控制調節(jié)方便，易于實現自動化； 4、由于功率損失所產生的熱量可由流動的油帶走，所以可避免在系統(tǒng)某些局部位置所產生的過度溫升，等等。 單個油缸的主要尺寸設計計算： 1、活塞： - 18 - 鋼筒、活塞的材料為 45鋼，查《機械設計手冊》得抗拉強度為 600安全系數為 許用應力為： 600/00塞直徑 28 2、缸筒直徑： 按《機械設計手冊》選取液壓缸鋼筒內徑 D=28 3、活塞行程： 確定活塞行程為： 7 4、活塞及桿重計算： G=π /43 ( 228 3 29)3 910? 3 310 3 、彈簧選擇計算： 按《機械設計手冊》選取彈簧截面直徑 簧中徑 效圈數為 4，單圈彈簧剛度為 整根彈簧的剛度 K== 6、夾緊力的計算： 彈簧預壓縮量為： S=G/K=定活塞的行程 彈簧力為： K(S+L)=(5+42N 查表得液壓缸的系統(tǒng)壓力 P=6率系數η = 則液壓缸的夾緊力為： F=(π /4（ 2D - 2d ） P3η - 230F=(π /43 228 3 63 2302461N 其中，取夾緊塊蝸輪的摩擦系數μ為 則摩擦力為： - 19 - f=μ3 F=2461=工作臺采用八個液壓缸進行加緊，八個液壓缸的總夾緊力： 總F =8=、制動力矩的演算： M=初始條件確定回轉工作臺所承受的負載轉矩為： 結構知： L=204 M=2043 310? ==章小結 對精密回轉工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進行設計 選型 零件校核，按照機械設計一書進行設計，完成機械部分。 - 20 - 第三章、控制系統(tǒng)硬件設計 精密回轉工作臺控制系統(tǒng)硬件主要包括 動驅動、傳感器、人機交互界面。 硬件系統(tǒng)設計時，應注意幾點：電機運轉平穩(wěn)、響應性能好、造價低、可維護性、人機交互界面可操作性比較好。 選擇 隨著微電子技術水平的不斷提高，單片微型計算機有了飛躍的發(fā)展。單片機的型號很多，而目前市場上 應用 目前應用最廣的 8位單片機 89格低廉，而性能優(yōu)良，功能強大。 在一些復雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用 16 位單片機， 列單片機廣泛應用于伺服系統(tǒng)，變頻調速等各類要求實時處理的控制系統(tǒng)，它具有較強的運算和擴展能力。但是定位合理的單片機可以節(jié)約資源，獲得較高的性價比。 從要設計的系統(tǒng)來看，選用較老的 8051單片機需要拓展程序存儲器和數據存儲器，無疑提高了設計價格，而選用高性能的 16 位 顯得過于浪費。生產基于 51 為內核的單片機的廠家有 中在 件生產領域 司的工藝和封裝技術一直處于領先地位。 程序開發(fā)過程中可以十分容易的進行程序修改，同時掉電也不影響信息的保存；它和80且采用靜態(tài)時鐘方式可以節(jié)省電能。 因此硬件 司的產品， 9表示內含 表示支持 性能參數為： 儲器容量為 416 位定時器 2 個、中斷源 6 個（看門狗中斷、接 收發(fā)送中斷、外部中斷 0、外部中斷 1、定時器 0和定時器 1中斷）、 28B、 14位的計數器 I/2個。 口設計 - 21 - 口部分包括傳感器部分、傳動驅動部分、人機交互界面三部分。示意圖如下所示 ： （ 1）將行程開關的狀態(tài)讀入 過中斷進行處理，它的優(yōu)先級別最高。 （ 2）通過程序實時控制電機和電磁閥的運行。 （ 3）接受鍵盤中斷指令，并響應指令，將當前行程開關狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應到 現人機交互作用。 所以 ： （ 1） 4 （ 2） （ 3） （ 4） 柵）、電磁閥驅動、急停信號等； 驅動系統(tǒng) 傳動驅動部分包括直流伺服電機的驅動和電磁閥的驅動，直流伺服電機須滿足快速急停、定位和退刀時能快速運行、工作時能帶動工作臺并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運行。在定位和退刀時夾緊機構放松。 傳感 器和人機界面 由于步進電機不需要反饋電路，但是要注意工作臺不能超過最大行程。因此，必須加上行程開關。 人機界面設計的準則就是要有良好的人機交互能力，一般要求操作簡便，界面簡潔明了。此系統(tǒng)中共有八個數碼管，其中前四個可以顯示鍵盤輸入的數據等指令，后四個（行程開關） 前向通道 傳動驅動 （電磁閥） （伺服電機） 人機界面 傳感 器 鍵盤、 后向通道 - 22 - 可以工作臺下顯示光柵反饋給單片機的位置信號，并將角度位移實時顯示出來。有 43 4的矩陣鍵盤，用于輸入外部指令及數據信息。 本章小節(jié) 本章著重介紹了精密工作臺控制系統(tǒng)的硬件設計。 選擇及其外圍的接口設計和控制流程；此外還敘述了人 機界面各個按扭和 - 23 - 第四章、控制系統(tǒng)軟件設計 總體方案 對于 用 譯器采用 編譯器是 51 系列單片機程序設計的常用工具，既可用匯編，也支持 C 語言編譯。同時具有完善的調試功能。 鍵盤掃描的程序 # ){ ; ; } } i; i=200;i>0;} } /*鍵掃描函數 */ /*發(fā)全 0 行掃描碼 ， 列線輸入 */ = 0 /*若有健按下 */ - 24 - ; /*延時去抖動 */ = 0 /*逐行掃描初值 */ =0){ P1= /*輸出行掃描碼 */ =0 /*本行有鍵按下 */ 0~(~; /*返回特征字節(jié)碼 */ } #A #B #C ]={2,4,6,8,10,12}; 8]={00 d); ){ - 25 - i; /*送命令字 */ /*選最右邊的 i=0;i<6;i++){ PB=P]; /*送段碼 */ PA= /*送位選碼 */ ); /*緩沖 區(qū)下移 1 位 */ 1; /* 左移一位 */ } } ); } - 26 - 第五章 :精密技術發(fā)展趨勢 (1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由 于采用了高速 元件的交流數字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施， 機床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化 包含兩方面：精密系統(tǒng)本身的柔性，精密系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3)工藝復合性和多軸化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。精密機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合 加工。精密技術軸，西門子 880系統(tǒng)控制軸數可達 24軸。 (4)實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在精密技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控 制、學習控制、前饋控制等。例如在精密系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使精密系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。 (1)用戶界面圖形化 用戶界面是精密系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前 擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通 - 27 - 過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。 (2)科學計算可視化 科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計 周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在精密技術領域，可視化技術可用于 自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 (3)插補和補償方式多樣化 多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、 2D+2 螺旋插補、 補、 補 (非均勻有理 、樣條插補 (A、 B、 、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相 關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。 (4)內裝高性能 密系統(tǒng)內裝高性能 直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準 戶可在標準 而方便地建立自己的應用程序。 (5)多媒體技術應用 多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在精密技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化 、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。 系結構的發(fā)展 (1)集成化 采用高度集成化 及專用集成電路 片，可提高精密系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現超大尺寸顯示，成為和 21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝 技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 - 28 - (2)模塊化 硬件模塊化易于實現精密系統(tǒng)的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如 儲器、位置伺服、 入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的精密系統(tǒng)。 (3)網絡化 機床聯(lián)網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時 顯示在每一臺機床的屏幕上。 (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的精密系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的精密系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝