毕业论文---数控插齿机工作台结构与控制系统设计

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1、 毕 业 设 计毕 业 设 计 院系名称院系名称 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院 设计题目设计题目 数控插齿机工作台结构与控制系统设计 目录 中文摘要. 1 英文摘要 2 1 引言 . 3 1.1 设计的目的和意义 3 1.2 数控插齿机在国内外的发展概况及存在的问题 4 1.2.1 国内研究现状 4 1.1.2 国外研究现状 4 1.3 课题的研究内容 5 2.整机运动方案的确定. 5 2.1 机床主要设计参数及规格 5 2.1.1 机床的用途和使用范围 5 2.1.2 机床的技术规格 5 2.2 数控插齿机的设计原理及主要结构 6 2.2.1 插齿机加工原理分析 6 2.2.2 数控

2、插齿机主要运动及结构 6 2.3 新方案的提出和分析 7 2.3.1 结构改进设计 7 2.3.2 优缺点比较和分析 7 3 工作台进给结构各个传动部件的方案选择 . 8 3.1 导轨的选型和分析计算 . 8 3.1.1 导轨类型的选择 8 3.1.2 丝杠螺母副的选用 . 10 3.2.滑动导轨副的选型和计算 . 10 3.2.1 导轨上移动部件的重量估算 . 10 3.2.2 插削力的计算 . 10 3.2.3 滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 . 12 3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 14 3.3.1 丝杠螺母副的确定 . 14 3.3.2 确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号和规格

3、 . 17 3.4 伺服电机的选择 18 3.4.1 计算负载扭矩及负载惯量 . 18 3.4.2 伺服电机的校核： . 19 3.4.3 伺服电动机最大静转矩的选定 . 19 3.4.4 伺服电动机的性能校核 . 22 4.工作台主轴蜗轮蜗杆计算分析和校核 22 4.1 蜗轮蜗杆传动输入参数 . 22 4.2 蜗轮蜗杆分析计算 23 4.3 伺服电机的选型 26 5.工作台翻转机构蜗轮蜗杆及齿轮副相关计算 26 5.1 翻转机构蜗轮蜗杆计算分析及校核 . 26 5.2 传动副齿轮的确定 29 5.2.1.选定齿轮类型、精度等级、材料及螺旋角 . 29 5.2.2.按齿面接触强度设计 . 29

4、 5.2.3 按齿根弯曲强度设计 . 31 5.2.4 几何尺寸计算 . 32 5.3 电机的计算与选型 33 6.机床的三维建模 34 6.1 机床的整体外观图 34 6.2 主要传动机构细图： 35 6.2.1 工作台进给传动（丝杠螺母和滑动导轨副） . 35 6.2.2 工作台圆周运动 . 35 6.2.3 工作台翻转机构 . 36 7.机床的润滑. 36 8.工作台进给控制系统的设计 36 8.1 数字化控制系统的选择 36 8.1.1 工作台中电机常用控制方案分析 . 36 8.1.2 直流伺服电机与交流伺服电机的区别 . 37 8.1.3 主流运动控制方法 . 38 8.2 PLC

5、 控制系统的设计 39 8.2.1 PLC 控制方式的优点 . 40 8.2.2 控制伺服电机的方案确定 . 40 8.2.3 伺服电机与伺服驱动器的硬件连线图 . 41 8.2.4 硬件设计及线图的搭建 . 41 8.2.5 控制方案简单实例的试验 . 42 8.3 其他控制系统方案的简介和初步设计构思 44 8.3.1 基于单片机的系统结构的分析 . 44 8.3.2 PMAC 运动控制卡 45 结论. 46 致谢. 47 参考文献 48 1 数控插齿机床工作台结构与控制系统设计 摘 要： 齿轮是机械工业中重要的基础传动元件，具有恒功率输出、承载能 力大、传动效率高、使用寿命长、传动比稳定

6、等优点。它的设计、制 造水平已成为一个国家现代工业技术水平的标志之一。因此，研究齿 轮及齿轮加工的相关技术具有很大的理论和现实意义。 插齿机作为齿 轮加工机床的一种， 已逐步体现出其加工的优越性。 本课题的设计中， 在现有的数控插齿机产品基础上， 进一步研究数控插齿机工作台机械 结构。 在工作台设计中， 根据插齿机加工齿轮的原理， 对工作台进给、 圆周运动以及工作台小角度翻转运动的结构部件进行详细地分析和 设计，选择合理的传动方式，并对传动装置进行结构计算和校验。在 设计时，要注重理解工作台各个结构部件的运动关系，对其空间结构 进行合理地布局。为了实现数字化控制，在结构设计后还需进行控制 系统的初步设计.由于课题时间较短，工作量较大，主要考虑伺服电 机的调速问题，选择相应的驱动器，进而提出控制方案以及选择相应 的控制硬件。 关键词：插齿机 ；工作台； 结构设计 ； 数字化控制 2 Structure and Control System Design of CNC Gear Shaper Machine Workbench Abstract：Gear is an