手動(dòng)式雙軸精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)

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回轉(zhuǎn)工作臺(tái)電氣原理圖.dwg

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)系統(tǒng)框圖.dwg

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配圖.dwg

外文翻譯--擁有大型盤(pán)銑刀具的能夠促進(jìn)回轉(zhuǎn)體加工生產(chǎn)率的深槽銑床.doc

手動(dòng)式雙軸精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)論文.doc

精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)

目  錄

前言 1

第一章：精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用 3

1.1  精密回轉(zhuǎn)工作的原理 3

1.2  設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 4

1.3  主要技術(shù)參數(shù) 4

1.4  本章小結(jié) 4

第二章：精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5

2.1  傳動(dòng)方案的確定 5

2.2  齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 6

2.3  蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 9

2.4  直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 11

2.5  軸承的選用 12

2.6  加緊機(jī)構(gòu)的計(jì)算 13

2.7  本章小結(jié) 14

第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16

3.1  CPU板 16

3.2  驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 17

3.3  傳感器和人機(jī)界面 17

3.4  本章小結(jié) 17

第四章  控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18

4.1 總體方案 18

4.2 鍵盤(pán)掃描的程序 18

4.3 數(shù)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(shù)發(fā)展趨勢(shì) 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(jié)構(gòu)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(jié) 22

參考文獻(xiàn) 22

前言

這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。通過(guò)機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，可樹(shù)立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過(guò)渡。

使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對(duì)所學(xué)的知識(shí)，使之系統(tǒng)化、綜合化。

培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的技能，提高解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的能力，從而擴(kuò)大、深化所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和技能。

培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。

使學(xué)生學(xué)會(huì)初步掌握解決工程技術(shù)問(wèn)題的正確指導(dǎo)思想、方法手段，樹(shù)立做事嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要是解決精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算部分，設(shè)計(jì)思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。

目前精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢(shì)是：

   1．在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開(kāi)發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；

   2．在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；

3．在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的精密轉(zhuǎn)臺(tái)。 

精密轉(zhuǎn)臺(tái)的市場(chǎng)分析：隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會(huì)越來(lái)越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計(jì)近幾年要求配備精密轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心將會(huì)達(dá)到每年600臺(tái)左右。

預(yù)計(jì)未來(lái)5年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過(guò)剩、受到宏觀調(diào)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(zhǎng)率，特別是那些國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長(zhǎng)。

第一章 精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用

     精密機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為精密機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種球、圓弧曲線等。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了精密機(jī)床加工范圍。 

1.1  精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

    精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于精密鏜床和銑床，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng)。

1-電機(jī)；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(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖，該精密轉(zhuǎn)臺(tái)用直流伺服電機(jī)1通過(guò)減速齒輪2和4帶動(dòng)蝸桿9，通過(guò)蝸輪10使工作臺(tái)回轉(zhuǎn)。為了盡量消除反向間隙和傳動(dòng)間隙，通過(guò)調(diào)整偏心環(huán)3來(lái)消除齒輪2和4嚙合側(cè)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(shù)發(fā)展趨勢(shì)

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(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。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(duì)式檢測(cè) 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)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(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，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(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

   (3)工藝復(fù)合性和多軸化　以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。精密機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。精密技術(shù)軸，西門(mén)子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。

   (4)實(shí)時(shí)智能化　早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在精密技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)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(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)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(dá)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(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開(kāi)發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)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(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)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(shí)現(xiàn)。 

(2)科學(xué)計(jì)算可視化　科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在精密技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過(guò)程的可視化仿真演示等。

    (3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化　多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?/p>

    (4)內(nèi)裝高性能PLC　精密系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。

    (5)多媒體技術(shù)應(yīng)用　多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)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(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。

5.3體系結(jié)構(gòu)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(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，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(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過(guò)提高集成電路密度、減少互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)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(shí)現(xiàn)精密系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的精密系統(tǒng)。

    (3)網(wǎng)絡(luò)化　機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作。通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫(huà)面可同時(shí)顯示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。

    (4)通用型開(kāi)放式閉環(huán)控制模式　采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開(kāi)放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級(jí)，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(duì)傳統(tǒng)的精密系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開(kāi)環(huán)控制模式提出的。由于制造過(guò)程是一個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量。加工過(guò)程中采用開(kāi)放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。

5.4智能化新一代PCNC精密系統(tǒng)

當(dāng)前開(kāi)發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過(guò)程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系。

第六章  總結(jié)

一個(gè)多月的機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，由于我的知識(shí)有限，使得這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)在很多地方有欠缺，不過(guò)在這個(gè)過(guò)程中我依然是獲益匪淺的。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為大學(xué)期間的一個(gè)很有必要的環(huán)節(jié)，使我加深了對(duì)于理論知識(shí)的理解，并且對(duì)前幾次的實(shí)習(xí)有了更深刻的理解。

在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中主要包括兩方面，一方面：精密機(jī)床傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)；另一方面：精密機(jī)床電氣部分的設(shè)計(jì)。通過(guò)這次課設(shè)使我對(duì)減速器又加深認(rèn)識(shí)，主傳動(dòng)部分就是靠減速器實(shí)現(xiàn)的，一些標(biāo)準(zhǔn)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(jī)沒(méi)學(xué)過(guò)，只能靠近期了解的知識(shí)解決，再加上老師和同學(xué)的幫助，電器部分算是完成了，從這次課設(shè)中了解到自己電器方面的知識(shí)很弱，我會(huì)利用時(shí)間加強(qiáng)這方面的知識(shí)的學(xué)習(xí)。

通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我鍛煉了獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力，并且將入學(xué)以來(lái)所學(xué)的東西有了一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用，我相信這是除畢業(yè)設(shè)計(jì)之外的最大一次的運(yùn)用專業(yè)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，相信為以后的畢設(shè)，尤其是工作打下很好的基礎(chǔ)。

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