1、1 机电一体化机电一体化 课程设计课程设计 数控回转工作台数控回转工作台 2 目录目录 一、一、 设计任务设计任务 二、二、 总体方案总体方案 一、数控回转工作台总体设计 1、机械部分 2、电气部分 二、数控回转工作台功能的实现 三、三、 机械系统设计机械系统设计 一、传动比的计算及步进电机的选用 二、蜗杆传动设计校核 四、四、 控制、驱动系统设计控制、驱动系统设计 一、控制系统应满足的条件 二、控制系统总体设计 1、单片机选用 2、键盘电路及程序 3、显示电路及显示程序 4、运行程序 5、延时子程序 6、环形分配器电路 7、功率放大电路 三、控制系统仿真 五、五、 单片机程序单片机程序 3
2、一、设计任务一、设计任务 题目：题目：数控回转工作台（160） 时间：时间：1010 年 11 月 22 日至 1010 年 12 月 31 日共六周 要求：要求：设计一回转工作台并开发其控制、驱动系统，工作台直径 160mm， 分辨率均为=5/step，承受最大轴向载荷 Tmax=400N。 具体任务：具体任务： 1、确定总体方案，绘制系统组成框图 1 张（A2） ； 2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件； 3、机械部分装配图一张（A0） ； 4、数控系统控制电路设计，绘制电气原理图一张（A1 或 A0） ； 5、编写设计说明书 1 份（不少于 8000 字） 。 二、总体方案二、总体方
3、案 一、 数控回转工作台总体设计 数控回转工作台大致包括以下几部分： 1、完成回转功能的执行部件（即产品的机械装置） ； 2、操纵者操纵工作台的操作面板； 3、处理操作指令的控制系统； 4、对控制系统发出的控制信号进行处理以及放大以驱动电机的驱动电路； 系统总体示意图： 二、 数控回转工作台功能的实现 1、 机械部分 采用蜗轮蜗杆减速，蜗轮蜗杆传动平稳，传动比大，因工作台转速较低，所 以发热较轻，蜗杆与电机相连，蜗轮与回转台相连。 采用步进电机驱动，选择适当的步距角与传动比便可达到分辨率要求。 2、电气部分 4 采用专用环形分配器经功率放大电路驱动步进电机。 采用单片机控制环形分配器，并控制显
4、示系统显示控制命令。 采用键盘输入控制命令，单片机进行显示并处理。 三、机械系统设计三、机械系统设计 一、传动比的计算及步进电机的选用 传动比计算： 初选电机步距角为1.5，由传动示意图、所选电机步距角及任务书要求分辨 率可得传动比i = 1.560 5 = 18,因任务书要求分辨率 = 5step， 所以分辨率 不可低于以上所得的传动比，但可以高于它。 步进电机的选用： 滑动导轨副动摩擦系数设为 f=0.005，导轨半径为 80mm，最大轴向载荷为 Fmax= 400N，则工作台承受最大转矩Tmax= 4000.005 80 103= 0.16N m，故作用在涡轮上的转矩T2= 160N m
5、m，蜗轮蜗杆减速器有转矩 放大作用，蜗杆所承受转矩T1= 0.16 18 = 0.009N m，所以步进电机静转矩不 可低于它，由以上数据选得步进电机如下表所示。 参数 型号 相数 步距角 /() 最大静转矩 /( N M) 空载启动频率 /(步/s) 分配方式 外形尺寸 （轴径） /mm 75BF003 3 1.5 0.882 1250 3 相 6 拍 75 75(8) 步进电机转速计算公式n = f60 360 (r/min)，其中为步距角（） ，f为通电频 率 （步/s） ； 因工作台工作时带负载， 所以电机运行频率应低于空载启动频率， 取运行频率 f=625 （步/s） ， 进行转速计
6、算得n = 1.562560 360 = 156.25(r/min)。 二、蜗杆传动设计校核 1.选择蜗杆传动类型 根据 GB/T10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI） 。 2.选择材料 考虑到蜗杆传递的功率不大， 速度不高， 故蜗杆用 45 钢； 因希望效率高些， 耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 45-55HRC。涡轮用铸锡磷 青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜 制造，而轮芯用灰铸铁 HT100 制造。 3.按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核 齿根弯曲疲劳强度。 传动中心距 a KT2(ZEZ H )2 3 5 1）确定作用在涡轮上的转矩T2 滑动导轨副动摩擦系数 f=0.005，导轨半径为 80mm，最大轴向载荷为 Fmax= 400N，则工作台承受最大转矩Tmax= 4000.005 80 103= 0.16N m，故作用在涡轮上的转矩
