毕业论文终稿-可任意分度的插齿机齿轮加工回转工作台的设计（送全套CAD图纸 答辩通过）

下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763下载论文就送你全套CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763可任意分度的插齿机齿轮加工回转工作台的设计THEDESIGNOFGEARPROCESSINGROTARYTABLEONRANDOMINDEXINGGEARSHAPERI摘要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，在滚齿机、铣齿机上无法加工的一些齿轮，如双联齿轮和内齿轮，在插齿机上可加工制造出来。在本课题的设计中，采用步进电机控制回转工作台的转角。在单片机的控制下，步进电机每秒钟发出的脉冲数决定了工作台的转位角度，使该插齿机成为真正意义上的可任意分度加工，进而可实现加工任意齿数的齿轮。本课题所设计的回转工作台是用单片机作为控制系统来控制步进电机的转速，动力由步进电机发出，通过齿轮传动和蜗轮蜗杆传动，将动力传递到蜗轮上，蜗轮的转动再带动主轴转动，从而实现与主轴夹紧的工件的转动。所设计的回转工作台实用、简单、可靠、效率高。关键词步进电机；回转工作台；单片机；任意分度IIABSTRACTASONEKINDOFTHEGEARFINISHINGLATHES,THEGEARSHAPERHASMANIFESTEDTHESUPERIORITYINPROCESSINGGRADUALLY,ONTHEGEARHOBBINGMACHINE,THEGEARCUTTERCANNTBETRUE,FOREXAMPLE,THETWINGEARANDTHEANNULARGEAR,BUTTHEYCANBEPROCESSEDONTHEGEARSHAPERINTHISDESIGN,IUSEASTEPBYSTEPTHEELECTRICALMACHINERYTOCONTROLTHECORNEROFROTARYTABLEUNDERTHECONTROLOFMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUIT,THENUMBEROFPULSEOFTHESTEPBYSTEPELECTRICALMACHINERYEACHSECONDCANBESENTOUTTODECIDETHEROTARYTABLESINDEXINGANGLE,MAKINGTHEGEARSHAPERTOBECOMETHERANDOMINDEXINGPROCESSINGINTHETRUESENSEANDTHEN,THEGEARPROCESSINGWHICHISMENTIONEDWILLFULLYMIGHTBEREALIZEDTHEROTARYTABLEDESIGNEDINTHISTOPICISCONTROLEDBYTHEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITTOCONTROLTHEROTATIONALSPEEDOFSTEPBYSTEPELECTRICALMACHINERY,THESTEPBYSTEPELECTRICALMACHINERYSENDOUTTHEPOWERFIRSTLY,THROUGHTHEGEARDRIVEANDTHEWORMGEARWORMDRIVE,THENTHEPOWERISTRANSMISTEDTOWORMGEAR,ANDWORMGEARROTATINGMAKESTHEMAINAXLEROTATETHESAMETIME,ANDTHEN,ITCOMESTOBEREALIZEDTHATTHEWORKPIECECLAMPEDWITHMAINAXLECOMETOROTATEINMYOPINION，THISDESIGNOFTHEROTARYTABLEISPRACTICAL,SIMPLE,RELIABLE,ANDTHEEFFICIENCYISHIGHKEYWORDSSTEPBYSTEPTHEELECTRICALMACHINERYTHEROTARYTABLETHEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITRANDOMINDEXINGI目录1绪论111本课题的背景及应解决的主要问题112本课题的研究目的和现实意义113插齿概述214插齿机类型与适用范围2141插齿机类型2142各种插齿机的适用范围315插齿机的工作原理及其参数3151插齿机的外观图3152插齿机的工作原理4153插齿机的参数52设计方案选择621分度工作台622数控回转工作台6221开环数控转台6222闭环数控回转工作台73工作台设计831步进电机的选择与控制8311步进电动机的特点与种类8312步进电动机的选择9313步进电动机的控制932蜗轮蜗杆设计计算14321蜗杆传动输入参数14322接触疲劳强度计算15323确定蜗轮蜗杆的主要尺寸16324确定蜗轮蜗杆的传动效率16325选择蜗轮蜗杆的精度等级17326蜗轮蜗杆传动的热平衡计算1733齿轮设计计算18331齿轮设计输入参数18332齿轮的材料及热处理18333齿轮的基本参数18334齿面接触疲劳强度校核20II335齿根弯曲强度校核2134轴承设计计算21341轴承方案选择21342轴承动载荷和寿命计算2235箱体设计计算234控制系统设计2441单片机2442驱动电路的设计2443电源电路设计2544程序设计26结论32致谢33参考文献34附录35附录135附录242买文档送全套图纸扣扣414951605IIIIV11绪论11本课题的背景及应解决的主要问题齿轮是重要的基础传动元件。近年来，随着技术的发展，尽管采用电气、液压传动装置日益增多，对齿轮的需求仍有增无减。目前，中国齿轮市场的年销售额超过了800亿元。而齿轮加工机床也是结构复杂、制造难度大的机床产品之一。世界进入20世纪，齿轮的需求量迅速增长，从而促进了齿轮加工机床的开发和生产。20世纪70年代以后，由于现代机械设备的功率、速度、噪声与结构尺寸等工作参数的提高，以及对加工可靠性的进一步要求，目前齿轮装置的制造精度和内在质量都提高了。齿轮加工技术在高精度、高效率、自动化和柔性化等方面提出更高的要求。当前齿轮机床的发展趋势是提高精度；提高刚度；提高效率；应用数控技术增加柔性和扩展工艺性能。插齿机作为齿轮加工机床的一种，已逐步体现出其加工的特殊性，在滚齿机、铣齿机上无法加工的一些齿轮，如双联齿轮和内齿轮，在插齿机上可加工制造出来。为了插齿机工作的可靠性、工艺适应性，增强机床的柔性和自动化程度、简化机械传动结构，特别是为满足一些特殊齿轮加工需要，如各种非圆异形的内啮合齿轮加工，国外先进工业国家的插齿机产品早在80年代末就已全部数控化，近年来我国已开发了不同品种的数控插齿机，推向市场，逐步向机电一体化产品发展。在保证产品质量的前提下,如何扩大插齿机的加工范围和降低制造成本是提高产品竞争力的关键所在。产品成本一般包括原材料、工具损耗、机床折旧、工人工资等各项管理费用。他们与劳动生产效率密切相关,因此,扩大机床加工范围,提高产品加工效率是降低产品成本的有效途径。12本课题的研究目的和现实意义在本课题的设计中，采用步进电机控制回转工作台的转角。在单片机的控制下，步进电机每秒钟发出的脉冲数决定了工作台的转位角度，使该插齿机成为真正意义上的可任意分度加工，进而可实现加工任意齿数的齿轮。为了扩大插齿机的加工性能，适应某些齿轮加工的需要，插齿机的进给运动，除了X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，还可以绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周进给运动，分别称A、B、C轴。插齿机的圆周进给运动，一般由回转工作台来实现。插齿机除了可以实现圆周进给运动之外，还可以完成分度运动，一次装夹即可多次加工，大大提高生产率。一般插齿机等加工设备都配有回转工作台等标准附件。标准附件的普通回转工作台不能调整中心,使用很不方便,在操作过程中必须把中心与回转工作台中心重合装夹后,才能进行加工。若如工件有多个中心位置需要加工,一次装夹就无法完成。只能是逐个装夹、调整和加工,这样做使安装和调整的时间大幅度增加,不但影响了加工的效率,也降低了工2件的加工精度,增加产品的制造成本。本课题设计的回转工作台，在加工多个中心的工件时,显示出它的优越性,调整中心十分方便,省去了多次找正、调整和装夹的麻烦。由于一次装夹后实现了多个中心位置的加工,明显地减少了因多次调整安装所造成的积累误差,所加工零件的尺寸精度比原先有大幅度的提高,工效提高3倍以上。13插齿概述插齿加工（如图11所示）是由插齿刀具与工件齿轮之间作无间隙的啮合运动，插齿刀具作往复运动，并绕本身轴线转动，在展成运动中加工出工件齿形。插齿是广泛采用的切齿方法，用形状为齿轮或齿条的插齿刀具，与被加工齿轮按一定的速比作啮合运动的同时，刀具沿齿宽方向作往复运动形成切削加工。插齿运动包括往复运动、圆周运动、径向进给运动、分度运动和让刀运动。插齿，能加工滚齿、铣齿等无法加工的一些齿轮，如双联齿轮和内齿轮。插齿方法最常见的是用齿轮型插齿刀插齿，其次是用齿条型插齿刀插齿。以上两种方法为滚切法，此外还有成形法插齿。图11插齿刀和插齿运动1插齿刀2齿坯14插齿机类型与适用范围141插齿机类型插齿机按其工件轴线的空间位置分为立式插齿机和卧式插齿机。立式插齿机又可分为工件（工作台）让刀和插齿刀（刀架）让刀两种。卧式插齿机又可分为单插齿刀和双插齿刀两种。卧式插齿机的刀具轴线与工件主轴轴线是水平布置的。插齿机按其刀具形状分为齿条刀插齿机和圆盘刀插齿机两种型式。齿条刀插齿机也分立式和卧式两种。立式齿条刀插齿机以一把齿条刀作为切削工具；卧式齿条刀插齿机以两把齿条刀作为切削工具。齿条刀插齿机的生产厂家为数不多，主要以瑞士马格公司为代表，绝大多数厂家都生产圆盘刀插齿机。3目前生产和使用得最多的是立式插齿机。立式插齿机与卧式插齿机的加工原理是相同的，但结构形式差别很大。142各种插齿机的适用范围插齿是加工范围最广的制齿方法之一。和滚齿机一样，插齿机加工也采用展成原理，但插齿的主运动采用往复运动形式，因此圆盘插齿刀轴不仅可在工件的外部加工外齿轮，也可伸入到工件的内部加工内齿轮；由于插齿刀切出工件端面只需很小的空间，所以它是加工台阶齿轮双联或多联齿轮的主要方法；此外，它还是目前加工齿条、尤其是7级精度以上齿条的最重要的方法。但是，当用圆盘刀加工斜齿轮时，相应于每一种螺旋角和旋向的斜齿轮需要一特定的斜齿插齿刀，并且在一般情况下，还需要设计专用的插斜齿附件螺旋导轨。齿条刀插齿机加工外齿轮时，由于齿条刀的长度有限，当插销到一定齿数时工件必须自动退回到原始位置，同时完成分齿动作，因而滚切过程不是连续的，而是周期性的。用同一把齿条刀既可加工直齿又可加工斜齿，但螺旋角越大，刀具切出时需要的空间越大。齿条刀插齿机只有一对分度蜗轮副，并且齿条刀形状简单容易达到高精度，所以加工精度较圆盘刀插齿机高。特别是当切制大模数大直径的外齿轮时，齿条刀插齿机的刀架和齿条刀的刚性都可得到加强，因而可获得较高的加工精度和生产率。圆盘刀插齿机主要用于加工内、外啮合直齿圆柱齿轮，当刀架换装上螺旋导轨时，还可以加工相应的斜齿圆柱齿轮。特别适宜于加工带有台阶的双联或多联齿轮。如采用特殊刀具和专用附件时，可加工各种多边轮廓的工件无声链轮、棘轮、内外花键、齿形带轮、扇形齿轮、非完整齿齿轮和特殊齿形的离合器、齿条、端面齿轮和锥齿轮等。15插齿机的工作原理及其参数151插齿机的外观图插齿机的外观立体图如图12所示。4图12插齿机的外观立体图1插齿刀2刀架3横梁4工件5工作台6床身152插齿机的工作原理插齿加工按展成原理滚切法。插销过程如同一对齿轮作无间隙的啮合运转，其中一个是工件，另一个是特殊的齿轮（插齿刀）。插齿刀本身如同一个修正齿轮，它在磨损后可重复刃磨使用。插齿刀的模数和压力角必须与被加工齿轮的模数和压力角相等，当用圆盘刀插销斜齿轮时两者的螺旋角必须相等，加工外齿轮时两者螺旋方向相反；加工内齿轮时两者螺旋方向相同。插齿刀每个刀齿的渐开线齿廓和齿顶都做出刀刃一个顶刃和两个侧刃，它们有前角和后角。为了在切削时实现滚切过程，插齿刀和齿坯（工件）按不同的方向各绕其本身的轴线回转，它们的相互关系见式（11）N/N0Z0/Z式（11）式中N工件转速；NO插齿刀转速；5Z工件齿数；Z0插齿刀齿数。滚切运动是形成工件渐开线齿廓所必须的，插齿刀轴的上下往复运动（主运动）形成齿线。此外，整个加工过程还需要插齿刀相对于工件作径向进给（切入）运动。这个运动根据具体情况可分为一次至多次进行。若采用一次进给，则一次进给到全齿深时为止。此后插齿刀与工件继续对滚，当工件转过一整转时，全部轮齿切到全齿深，加工结束。刀架或工作台退出并回到原始位置。通常，插齿刀轴向下运动为工作行程，向上运动为空行程。滚切运动、进给运动和刀轴往复运动同时进行，为了避免插齿刀刮伤已加工的工件表面，在插齿刀空回行程时，插齿刀相对于工件还必须有一个让刀运动，而在工作行程开始时插齿刀（或工件）必须回复到原来的位置。153插齿机的参数插齿机的主要联系尺寸如图13所示，机床的参数应符合表11的规定。图13插齿机主要机床尺寸表11最大工件直径DMM200320500（800）1250（2000）3150最大模数MMM4681216最大加工齿宽BMM5070100160240轴颈DMM3174331743317433174380插齿刀主轴锥孔莫氏三号120孔径D2MM6080100180240T型槽槽数44816插齿刀槽宽MM12142236注1括号内参数主要用于变型产品。2当D1250MM时，刀轴应增加轴颈直径为889MM、1016MM的接套；当D3150MM时，刀轴应增加轴颈直径为31743MM、889MM、1016MM的接套62设计方案选择回转工作台是插齿机不可缺少的重要附件。它的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续作回转进给运动，以使插齿机能完成指定的加工工序。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。21分度工作台分度工作台的功能是完成回转分度运动，即按照控制系统的指令，在需要分度时，将工作台及其工作台回转一定角度。其作用是在加工中自动完成工作的转位换面，实现工件一次安装完成几个面的加工。按照采用的定位元件的不同，有定位销式分度工作台和鼠牙盘式分度工作台。分度工作台通常由于结构的关系，仅能作规定好的度数的分度运动，不能连续旋转运动。机床的分度结构，它本身很难保证工作台的分度的高精度的要求不适合本设计要求。22数控回转工作台数控回转工作台的功用有（1）使工作台进行圆周进给完成切削工作；（2）使工作台进行分度工作。它按照控制系统的指令，在需要时候完成任务。其作用是既能作为数控机床的一个回转坐标轴，用于加工直线、曲线、圆弧或与直线坐标轴联动加工曲面，又能作为分度头完成工作的转位换面。这正式本设计所需要的。再看数控回转工作台与分度工作台的区别，数控回转工作台，从外形上看，与分度工作台没有什么区别，但在结构上有以下一系列特点，现就开环数控工作台和闭环数控工作台分述如下221开环数控转台开环系统数控转台是由传动系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成。数控转台一般由电液脉冲马达或功率步进电机驱动，当接到控制系统的回转指令后，首先要把蜗轮松开，然后开动电液脉冲马达，按照指令脉冲来确定工作台回转的方向、回转的速度快慢、回转的角度大小以及回转过程中速度的变化等参数。当回转工作台回转完毕后，再把蜗轮夹紧恢复到原来的位置。数控转台的分度定位是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度的，没有其他的定位元件。因此，对开环数控转台的传动精度要求高，传动间隙应尽量小。数控回转工作台既没有鼠牙盘，也没有定位销，它的定位精度完全是由控制系统来决定的。因此，对于开环系统的数控回转工作台，要求它的传动系统中没有间隙，否则7在反向时产生传动误差而影响定位精度。当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向装有八对夹紧瓦，并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承及双列向心圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中，由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。回转工作台设有零点，当它作回零运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。这种数控回转工作台的驱动采用开环系统，其定位精度主要取决于蜗杆蜗轮的运动精度，虽然采用高精度的五级蜗杆蜗轮副，但还是不能满足机床的定位精度。因10此还需要借助于数控装置进行误差补偿。回转工作台的导轨面是由大型滚柱轴承支承，径向又有圆锥滚子轴承及双列向心圆柱滚子轴承保证回转平稳，并有上述强力夹紧机构。因此回转工作台的刚度很好。222闭环数控回转工作台闭环数控回转工作台一般采用直流或交流伺服电机驱动，其结构与开环数控转台大致相同。区别在于闭环数控回转工作台有角度测量元件（圆光栅或圆感应同步器）。所测量的结果反馈与指令进行比较，按闭环原理进行工作，使回转工作台定位精度更高。总结，对以上三种方案进行分析，它们各有优缺点，为了达到设计要求，我选择开环数控回转工作台。另外，为了消除蜗轮副的传动间隙，采用双导程蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。在此设计中将采用此结构来控制工作台绕Z轴的转动，采用步进电机驱动，通过变速齿轮和蜗杆传递动力给大蜗轮，从而带动附加工作台在Z轴方向的旋转。83工作台设计31步进电机的选择与控制311步进电动机的特点与种类3111步进电动机的特点步进电动机又称为脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其输入一个电脉冲就转动一步，既每当电动机的绕组接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数与频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量，频率以及电动机绕组的通电顺序，电动机即可获得所需的转角，转速及转向，很容易用微机实现数字控制。步进电动机具有以下主要特点（1）步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动，电流的大小与波形的变化，温度等）的影响，只要在他们的大小未引起步进电动机产生“丢失”现象之前，就不会影响其正常工作；（2）步进电动机的步距角有误差，转子转过一定的步数以后也会出现累计误差，但转子转过一转之后，其累计误差就会变为“零”，因此不会长期积累；（3）控制性能好，在启动、停止、反转时不易“丢失”。因此，步进电动机被广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠的获得较高的位置精度。3112步进电动机的种类步进电动机的种类很多,有旋转式步进电动机,也有直线步进电动机从励磁相数来分有三相,四相,五相,六相等步进电动机就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说,可将其分为一下三种（1）可变磁阻型VRVARIABLERELUCTANCE该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动,故又称作反应式步进电动机,其结构原理为其定子与转子由铁心构成,没有永久磁铁,定子上嵌有线圈,转子朝定子与转子之间磁阻最小方向转动,并由此而得名可变磁阻型这类电动机的转子结构简单,转子直径小，有利于高速下的响应由于VR型步进电动机的铁心无极性,故不需要改变电流极性,为此多为单极性励磁该类电动机的定子与转子均不含永久磁铁,故无励磁时没有保持力另外,需要将气隙做得尽可能小,例如几个微米这种电动机具有制造成本高,效率低,转子的阻尼差,噪声大等缺点（2）永磁型PMPERMANENTMAGNERPM型步进电动机的转子采用永久磁铁,定子采用软磁钢制成,绕组轮流通电,建立的磁9场与永久磁铁的恒定磁场相互吸引与排斥产生转矩,这种电动机采用了永久磁铁,即使定子绕组断电也能保持一定转矩,故具有记忆能力,可用作定位驱动PM型电动机的特点是励磁功率小,效率高,造价便宜,但由于转子磁铁的磁化间距受到限制,难于制造,故步距角较大（3）混合型HBHYBRID这种电动机转子上嵌有永久磁铁,故可以说是永磁型步进电动机,但从定子和转子的导磁体来看,又和可变磁组型相似,所以是永磁型和可变磁组型相结合的一种形式,故称为混合型步进电动机,它不仅具有VR型步进电动机步矩角小,响应频率高的优点,而且还具有PM型步进电动机励磁功率小,效率高的优点它的定子与VR型没有多大的差别,只是在相数和绕组接线方面有其特殊的地方,例如,VR型一般都作成集中绕组的形式,每极上放有一套绕组,相对的两极为一相,而HB型步进电动机的定子绕组大多数为四相,而且每极同时绕两相绕组或采用桥式电路绕一相绕组,按正反脉冲供电这种类型的电动机由转子铁心的凸极数和定子的副凸极数决定步距角的大小,可制造出步距角较小的电动机永久磁铁也可磁化轴向的两极,可使用轴向各向异性磁铁制成高效电动机312步进电动机的选择本设计选用反应式步进电动机，其技术性能数据如下型号75BF001相数3步距角15/O（）电压24V相电流3A最大静转矩0392（NM）空载起动频率1750步/S电感19MH电阻062分配方式三相六拍外形尺寸75X536转子动惯量12745210KGM重量11（KG）313步进电动机的控制控制步进电动机的运行速度实际上就是控制系统发出CP脉冲的频率或者是换相的周期,系统可用两种办法来确定CP脉冲的周期,一种是延时,一种是定时器（1）延时方法10这种方法是在每次换相后,调用一个延时子程序,待延时结束后再次执行换相子程序,延时子程序的延时时间与换相子程序所用的时间的和就是CP脉冲的周期例如SVLCALLCW正转一步LCALLOS调用延时子程序SJMPSV返回继续（2）定时器方法AT89S51芯片内部有两个定时器,都是可编程的利用定时器的定时功能就可以产生任意周期的定时信号,从而可以方便地控制系统输出CP脉冲周期我们将电动机的换相子程序放在定时器中断服务程序中则定时器中断一次电动机就换相一次,从而实现对电动机的速度控制,在本设计中,电动机的驱动频率是每秒2500步2500PPS,则周期为400S计算装载初值166602401TT初值XFE70H由于从定时器申请中断到系统响应中断,再到中断服务程序中对定时器进行装载,都需要花费一定的时间,这个时间形成附加延时,为实现精确定时,应将这个时间计算在内。下面的程序定时器需要7个机器周期,因此先把FE7OH加上7后得FE77H作为装载值先存在中间单元R6、R7中,R6存77H，R7存FEH。程序如下SPDMOVR6，77HMOVR7，FEHLCALLCWCLRTR0MOVA，TL0ADDA，R6MOVTL0，AMOVA，TH0ADDA，R7MOVTH0，ASETBTR0RET1系统在反复执行这个中断程序时，所产生的驱动步进电动机的时钟脉冲就是恒定的频率。而且与设定值之间不存在误差。程序如下（所列出的程序均通过编译）ORG0000HAJMPMAIN11ORG000BHLJMPSPDORG001BHLJMPDISBUFFORG0040HMAINMOVSP，60HMOVTMOD，O1HMOVTCON，01HMOVRO,8MOVSCON,00HMOVTL1,00HMOVTH1,00HSETBTR1PROLCALLKEY1LCALLKPSJMPPR0SPDMOVR6,1FHMOVR7,0FCHLCALLCWLCALLDISBUFFLCALLDISPCLRTR0MOVA,TL0ADDA,R6MOVTL0,AMOVA,TH0ADDA,R7MOVTH0,ASETBTR0RET1KEY1ACALLKSY1JNZLK1AJMPKEY1LK1ACALLTRMSACALLKS112JNZLK2AJMPKEY1LK2MOVR2,0FEHMOVR4,00HLK4MOVDPTR,7FFCHMOVA,R2MOVXDPTR,AINCDPTRINCDPTRMOVXA,DPTRJBACC0,LONEMOVA,00HAJMPLKPLTWOJBACC2,LTHRMOVA,16HAJMPLKPLTHRJBACC3,NEXTMOVA,24HLKPADDA,R4PUSHACCLK3ACALLKS1JNZLK3POPACCRETNEXTINCR4MOVA,R2JNBACC7,KNDRLAMOVR2,AAJMPLK4KNDAJMPKEY1KS1MOVDPTR,7FFCHMOVA,00HMOVXDPTR,AINCDPTR13INCDPTRMOVXA,DPTRCPLAANLA,0FHRETTRMSMOVR7,18HTMMOVR6,0FFHTM6DJMZR6,TM6DJMZR7TMRETKPMOVR3,ARLAADDA,R2MOVDPTR,JPTABJMPADPTRJPTABLJMPSPDRETCWINCR0CJNER0,8,CW1MOVRO,0CW1MOVA,ROMOVDPTR,7FFOHMOVCA,ADPTRMOVDPTR,7FF0HMOVXDPTR,ARETDISBUFFMOVR5,15DJNZR5,T1SMOVR1,30HMOVR1,AT1SMOVTL1,00HMOVTH1,00HSETBTR1RET1DISPSETBP1014MOVR7,4MOVR1,30HDISP0MOVA,R1MOVDPTR,6000HMOVCA,ADPTRMOVSBUF,ADISP1JNBT1,DISP1CLRT1INCR1DJNZR7,DISP0CLRP10RETORG6000HDB0C0H,OF9H,0F9H,0A0H,0B0H,99HDB92H,82H,0F8H,80H,98HORG7FF0HDB01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09HEND32蜗轮蜗杆设计计算321蜗杆传动输入参数蜗杆传递功率P07KW蜗杆转速N1800R/MIN传动比I1250传动比误差000预定寿命H24000H阿基米德类型蜗杆工作载荷平稳；单向工作；长期连续工作；喷油润滑方式，润滑情况良好；自然通风冷却方式。322接触疲劳强度计算15材料及热处理蜗杆蜗轮材料查机械设计手册表5127，蜗杆45，表面渗碳淬火，HRC4555查机械设计手册表5128，蜗轮ZQSN101,金属模铸造，选定蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2Z11所以Z280确定接触许用应力H查机械设计手册表5128H200MP蜗轮轴转矩T2式MNINPIT418075951212（31）确定模数MT及蜗杆直径系数Q式325KTZMHET（32）K11160EZ由机械设计手册表5119得Q10MT42确定蜗杆螺旋升角由机械设计手册表5121得385。确定中心距A式MQZ1021（33）蜗杆蜗轮弯曲强度校核许用弯曲强度F查机械设计手册表5128得70MPF蜗轮当量齿数Z式58COS32Z（34）蜗轮齿形系数YF2查机械设计手册表5129得YF2141弯曲强度校核式MPAQZMFKTF8736801642COS182023（35）16所以强度够。323确定蜗轮蜗杆的主要尺寸分度圆直径D式MMZDQ32084121（36）齿顶圆直径DA查机械设计手册表5142得HA3MM所以式MDA326421（37）齿根圆直径DF查机械设计手册表5142得HF4MM所以MDF312蜗杆螺纹长度L式ZT87095122（38）蜗轮外径DE2式MMDTAE3451322（39）蜗轮宽度BB1DA114848MM式（310）轴向齿距极限累积误差04PG轴向齿距极限偏差2XG蜗杆齿形公差、蜗杆螺牙跳动公差分别为036EYJ17蜗杆法向弦齿高和弦齿厚查机械设计手册表5142得0326XNHS324确定蜗轮蜗杆的传动效率因为本设计中采用闭式蜗杆传动，其传动效率的计算公式为式321（311）因为是蜗杆主动，所以啮合效率按下式计算1式TG（312）该式中蜗杆分度圆螺旋升角；为当量摩擦角，查机械设计手册表5130得取02O所以，9701搅油损失的效率，通常取09822轴承的效率，对滚动轴承常取09933所以，蜗杆的传动效率为940321325选择蜗轮蜗杆的精度等级本设计中，蜗杆蜗轮都选择的是7级精度。326蜗轮蜗杆传动的热平衡计算该工作台采用自然通风冷却方式，因此箱体表面散出的热量折合的功率为式21TAKPSC（313）导热系数，常取SKMWOS/7082传动装置的散热面积A式2150A（314）A1为内面被油浸溅着而外面又被自然循环的空气所冷却的箱壳的面积，A2为A1计算表面的补强筋和凸座的表面以及安装在金属底座或机械框架上的箱壳底面积。所以估算出18205MA达到热平衡时，传动的发热率应和箱体的散热率相等，依热平衡条件得式211TKPTS（315）式中P1蜗杆轴功率；润滑油的温度，对蜗杆传动可以允许到95度，这里取30度；T周围空气的温度，一般取20度。2综合以上数据，可以得出箱体表面散出的热量估算为式WTAKPSC3542057821（316）可以满足工作台的正常工作需要。33齿轮设计计算331齿轮设计输入参数传递功率P098KW齿轮1的转速N11500R/MIN齿轮2的转速N2800R/MIN传动比I1500/8001875预定寿命H24000H原动机载荷特性均匀平稳工作机载荷特性均匀平稳332齿轮的材料及热处理齿面类型软齿面热处理质量要求级别MQ（1）材料及热处理齿轮1查机械设计手册表578，齿轮1选择材料为45钢；热处理方式为调质处理。硬度范围为HB240270本设计取硬度为HB250齿轮2为了提高齿轮的抗胶合性能，大齿轮和小齿轮应选择不同牌号的钢来制造,根据这个原则，查机械设计手册表578齿轮2选择的材料为40CR；热处理为调质处理。硬度范围为HB200230所以本设计选用硬度为HB215（2）机械性能齿轮1查机械设计手册表578得19许用接触强度极限应力MPB6471许用弯曲强度极限应力FP3齿轮2查机械设计手册表578得许用接触强度极限应力B82许用弯曲强度极限应力PS59333齿轮的基本参数模数M的选取，取模数为M2齿数Z1、Z2的确定，取齿数为Z124所以458712I4521变位系数X由于齿轮有偏心调节环约束，所以取变位系数X0，总变位系数0X齿轮主要尺寸分度圆直径式MZD90452821（317）齿顶圆直径取0CHA所以式MDAA942521（318）齿根圆直径式CHZDAFF852321（319）基圆直径COSB取标准值为O20MDB145204817COS9CS2节圆直径20MD904821标准中心距A式ZA6921（320）中心距变动系数YY0001齿高变动系数为0001小齿轮齿宽B式1DB（321）因取值为1，所以B48MMD分度圆弦齿厚和弦齿高NSANH查机械设计手册表557得对齿轮156971NS02AH对齿轮2571NS03AH固定弦齿厚和固定弦齿高CNSCN查表机械设计手册表558得742CNS951H公法线跨齿数K和公法线长度KNW对齿轮1K376对齿轮2K59153KN334齿面接触疲劳强度校核有关参数和系数的确定确定圆周力FT式120DTFT21（322）因式MNNPT24615098951（323）所以式DFT48201（324）查机械设计手册表574得，因此0VAKSMNDV/76836015483601所以按V，查机械设计手册表582选齿轮的精度为7级；S/7重合度的计算，重合度可由下公式算出2/21TGTZTGTZAA因897045COS6221ABD所以O83921所以067查机械设计手册图526得780Z由于齿轮对称轴承布置，查机械设计手册图524得21BK查机械设计手册表575得19E查机械设计手册图524得42H核算齿面接触疲劳强度式MPAKUBDFTZVAHE07918214601875142608421（325）因已知许用接触疲劳强度，所以接触强度足够。MPAHF647HF335齿根弯曲强度校核22确定有关参数和系数与接触强度相同；FTAKV查图机械设计手册图529得齿形系数42FAY查图机械设计手册图530得重合度系数70因为是直齿圆柱齿轮，所以螺旋角系数1核算齿根弯曲强度式MPAYBMKFFAVAT47824801807461026（326）因许用齿根弯曲强度，所以，齿跟弯曲强度足够。PFP37FP34轴承的设计341轴承方案的选择（1）方案1两端单向固定常用于跨距L400MM的情况，支点常采用两端单向固定的方式，每个轴承分别承受一个方向的轴向力。（2）方案2一端双向固定，一端游动为保证滚动轴承系能正常传递轴向力且不发生窜动，在轴上各零件定位固定的基础上，必须合理设计轴系支点的轴向固定结构。轴上同时受径向和轴向联合载荷，一般选用角接触轴承或圆锥滚子轴承。但圆锥滚子轴承能同时受径向和单向轴向载荷、承载能力，成对使用。角接触轴承能同时受径向载荷和单向轴向载荷，由于角接触轴承受径向载荷会产生相应的附加力，故应成对使用。为保证滚动轴承能正常传递轴向力且不发生窜动，在轴上各零件定位固定的基础上，还要设计轴承的组合。当轴较长或工作温度较高时，轴的热膨胀伸缩量大，宜采用一端双向固定，一端游动的支点结构。综合考虑本设计，方案1较适合。342轴承的动载荷和寿命计算由上面所知径向力F150N，F15NRA根据机械设计手册表187查取滚动轴承当量动载荷计算的X,Y值为X1,Y023冲击载荷系数FD考虑到是轻微冲击,查机械设计手册表188取12DF当量动载荷PF121500180N式DAYFXR（327）L1510H式H13670PCNR318045678（328）该联结为受拉紧联结。有公式式21CFF（329）012C式中螺栓总拉力；F螺栓的预紧力；工作载荷；剩余预紧力；螺栓的相对刚度系数；12C下列数据可供选择时参考无变化时,0206；FFF有变化时,0610；因为100N,所以061060100N，即100100200N0强度校核公式式02413CD（330）在这里选螺栓的材料为40CR查工程材料785MPA；SSS为螺栓的许用拉应力安全系数,查机械设计手册表63取15；SSSSDMM07MM式C0314F35240（331）MPA5233MPA式SS517824（332）35箱体的设计1零件尺寸设计机械设计手册，机架设计中的铸铁箱体设计表288选用长400MM，宽400MM，垂直高160MM，最小壁厚选20MM,具体结构及尺寸由零件图知。2设计计算危险截面确定底座是主要起支撑作用的底座，所以主要承受压力它所受的插削冲击力传递给它，所以它的危险截面在主轴于底座的接触面上止推轴承与底座的接触面可以近似看成一个长为一圈轴承周长，宽为轴承半径R的一个矩形进行大致的计算接触面的面积SDR轴承的平均直径DDD2/23843/2405MMRD/2R25MMSDR318MM2F/S10MPA3选材由于底座主要承受压力的作用，铸铁相当与钢的受压能力也较好，铸铁和钢相比有较为便宜，铸铁又是箱体的首选材料，所以选用铸铁，选择结果牌号为HT150，抗压强度为150MPA。4校核远远小与许用应力，所以满足条件4控制系统设计25控制系统的设计包括单片机型号的选择,程序存储器的扩展,数据存储器的扩展,键盘及显示电路的设计,越界报警电路的设计,步进电动机驱动电路的设计,环形分配器的选择。此外,还包括电源电路的设计和程序设计。41单片机图41AT89S51引脚图AT89S51的选择首先ADC0809作为模数转换器,ADC0809内部带有输出锁存器，它可以和AT89S51单片机直接相连。ADC0809的各项指标多与AT89S51匹配。其次目前市场比较常用AT89S51,是一个低功耗，高性能CMOS八位单片机，片内含4KBYTESISPINSYSTEMPROGRAMMABLE的可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，兼容标准MCS51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFLASH存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。综合与ADC0809的匹配、目前的单片机通用情况,最终我们选择了AT89S51。42驱动电路的设计本设计采用斩波恒流驱动，其波形图T1是一个高频开关管，T2是开关管的发射极接一只小电阻R，电动机绕组的电流经过这个电阻到地，所以这个电阻是电流取样电阻上的压降。比较器的一端接给定的电压UC，另一段接取样电阻上的压降，当取样电压为0时，比较器输出高电平。当控制脉冲UI为低电平时，T1和T2均截止；当UI为高电平时，T1和T2两个开关均导通。电源向绕组供电。由于绕组电感的作用，R上的电感的作用，R上的电压逐渐升高，当超过给定电压UC时比较器输出低电平，使与门也输出低电平，T1截止电源被切断；当取样电阻上的电压小于给定电压时，比较器输出高电平，与门也输出高电平，T1又导通，电源又开始想绕组供电，这样反复循环，直到UI为低电平。如图42所示26图42驱动电路的设计43电源电路设计步进电机和单片机的接线图如图43所示图43单片机与步进电机接线图27电源电路设计如图44所示图4424V电源电路设计44程序设计流程图如图45所示图45流程框图键盘扫描记录输入的数据计算程序，算出步进电机的步数循环产生脉冲中断时间到响应中断，停止脉冲输出等待键盘输入28键盘子程序KEYLCALLKS2检查有闭合键否JNZMK1A非0，有键闭合则转LJMPMK7无键闭合转返回MK1LCALLDIR有键闭合，则延时12MSLCALLDIR消抖LCALLKS2再次检查有键闭合JNZMK2若无键闭合则转LJMPMK7若无键闭合则转返回MK2MOVP1，F0H发行线全扫描信号，列线全1MOVA，P1读入列状态ANLA，F0H保留高4位CJNEA，FOH，MK3有键按下则转LJMPMK7无闭合键转返回MK3MOVR2，A保存列值ORLA，0FH列线信号保留，行线全1MOVP1，A从列先输出MOVA，P1读入P1口状态ANLA，0FH保留行线值ADDA，R2将行线值和列线值合并MOVR2，A暂存与R2中MOVR3，00HR3存简直MOVDPTR，TRBE指向键值表首地址MOVR4，10H查找次数送R4MK4CLRAMOVCA，ADPTR表中值送入AMOV70H,A暂存与70H单元中MOVA,R2键特征值送入ACJNEA,70H,MK6未查到则转MK5LCALLDIR扫描1遍显示器LCALLKS2还有键闭合否JNZMK5若键未释放，则等待LCALLDIR若键已释放，则延时12MSLCALLDIR消抖MOVA,R3将键值存入A中29RET返主MK6INCR3键值加一INCDPTR表地址加1DJNER4,MK4未查到，反复查找MK7MOVA,FFH无闭合键标志存入A中RET返主KS2MOVP1,FOH闭合键判断子程序MOVA,P1发全扫描信号，读入列线值ANLA,FOH保留列线值CPLA取反，无键按下全0RET返主TRBEDB01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08HDB09H,00H,FFH,FFH,FFH,FFH,FFH,FFH把输入的数字转换成字节数MOVA,30HMOVB,64HMULABMOVR6,AMOVR7,AMOVA,31HMOVB,OAHMULABADDA,R6MOVA,32HMOVR6,A这样高位在R7中，低位在R6中计算程序MOVR5,00HMOVR4,4BHDIVMOVA,R5除数高8位送AJNZBEGIN除数非零则转BEGINMOVA,R4除数底8位送AJZOVER除数为零置益出标志BEGINMOVA,R7被除数高8位送A30JNZBEGIN1被除数非零则转BEGIN1MOVA,R6被除数低8位送AJNZBEGIN1被除数非零则转BEGIN1RET被除数为零则返回BEGIN1CLRA清余数单元MOVR2,AMOVR3,AMOVR1,10H双字节除法计数器置16DIV1CLRC开始R3R2R7R6左移MOVA,R6被除数低8位送ARLCAR6循环左移一位MOVR6,A左移结果送回MOVA,R7被除数高8位送ARLCAR7循环左移一位MOVR7,A左移结果回送MOVA,R2余数左移一位RLCAMOVR2,AMOVA,R3RLCAMOVR3,ADIV2MOVA,R2开始部分余数减除数SUBBA,R3低8位先减MOVR0,A暂存差值MOVA,R3MOVA,R5高8位相减JCNEXT若部分余数除数则转NEXTINCR6若部分余数除数则商为1MOVR3,A新余数存R3R2MOVA,R0MORR2,ANEXTDJNZR1,DIV116位除完则返回MOVA,R3开始四舍五入处理JBA7,ADD1若余数最高位为1则进1CLRC开始余数乘2处理31MOVA,R2RLCA余数低8位乘2MOVR2,AMOVA,R3RLCA余数8位乘2SUBBA,R5余数2除数JCNOOVER若余数小除数则转JNZADD1若够减则转进1MOVA,R2高8位相等时比较底8位SUBBA,R4JCNOOVER余数2除数则转ADD1MOVA,R6开始商进1处理ADDA,01HMOVR6,AMOVA,R7ADDCA,00HMOVR7,ANOOVERMOVOVER,00H清溢出标志RETOVERMOVOVER,00H置溢出标志RET中断、循环产生脉冲ORGOO1BHT1中断入口LJMPHERE转到HERE处ORG2000H主程序MOVTMOD,10HT1工作于方式1MOVA,R3设置计数初值MOVTH1,AMOVA,R2MOVTL1,ASETBEACPU开中断SETBET1允许T1中断SETBTR1启动T1定时INTINCR0正转加1CJNER0,0AH,ZZ如果计数器等于10修正MOVR0,00H32ZZMOVA,R0计数器值送AMOVDPTR,ABC指向数据存放首地址MOVCA,ADPTR取控制字MOVP1,A送控制字到P1口RETABCDBOFCH,OF8H,OF9H,OF1H,0F3HDBOE3H,0E7H,0E6H,0EEH,0ECH等待键盘再次输入中断就跳到在这里HERECJNEA,FFHKEY将以上程序输入单片机，可实现步进电机转速的控制。33结论在本次毕业设计中，我完成了回转工作台机械结构部分、电气控制部分的设计。机械部分我主要完成了一对圆柱直齿轮传动、蜗轮蜗杆传动的设计和箱体的设计，除了这些，我还对步进电机的选择、键与键槽的设计、轴承的选用等有所涉及，其中主要零部件的设计计算、校核最为复杂，占的篇幅也最多，如蜗轮蜗杆、齿