目 录

1 绪 论............................................................................................................................................1 1.1 历史背景................................................................................................................................1 1.2 发展前景................................................................................................................................1 2 工作台方案设计..........................................................................................................................2 2.1 工作台原理及总体框图........................................................................................................2 2.2 工作台传动系统方案............................................................................................................2 2.3 工作台控制系统方案............................................................................................................3 3 工作台传动系统设计..................................................................................................................5 3.1 工作台箱体设计....................................................................................................................5 3.2 传动比及参数确定................................................................................................................6 3.2.1 传动比设定......................................................................................................................6 3.2.2 步进电机最大回转速度及频率......................................................................................7 3.2.3 步进电机分度精度..............................................................................................................7 3.3 步进电机选择........................................................................................................................7 3.3.1 步进电机启动力矩计算..................................................................................................8 3.3.2 步进电机最大转速..........................................................................................................9 3.2.3 步进电机最大频率..........................................................................................................9 3.3.4 步进电机型号..................................................................................................................9 3.4 齿轮传动设计........................................................................................................................9 3.4.1 齿轮的材料及类型........................................................................................................10 3.4.2 按齿面接触疲劳强度设计尺寸....................................................................................10 3.4.3 确定齿轮的主要参数与主要尺寸................................................................................ 11 3.4.4 校核齿根弯曲疲劳强度................................................................................................12 3.5 蜗杆传动设计......................................................................................................................13 3.5.1 蜗杆传动类型................................................................................................................13 3.5.2 蜗轮蜗杆的材料............................................................................................................14 3.5.3 按齿面接触疲劳强度设计............................................................................................14 3.5.4 蜗轮蜗杆主要参数与几何尺寸....................................................................................15 3.5.5 校核齿根弯曲疲劳强度................................................................................................16 3.5.6 蜗杆传动温度计算........................................................................................................17 3.6 轴的设计..............................................................................................................................18 3.6.1 蜗杆轴的设计................................................................................................................18

3.6.2 蜗杆轴的计算................................................................................................................18 3.7 键的选择..............................................................................................................................21 3.7.1 键联接类型....................................................................................................................21 3.7.2 键连接的尺寸................................................................................................................22 3.7.3 键联接的强度验算........................................................................................................22 3.8 轴承的选择..........................................................................................................................23 3.8.1 轴承的类型....................................................................................................................23 3.8.2 轴承的尺寸....................................................................................................................24 3.8.3 滚动轴承的密封装置....................................................................................................24 3.9 联轴器的选择......................................................................................................................24 3.9.1 联轴器的类型................................................................................................................25 3.9.3 联轴器的尺寸................................................................................................................25 4 工作台控制系统设计................................................................................................................27 4.1 控制系统元器件选择..........................................................................................................27 4.1.1 单片机选择....................................................................................................................27 4.1.2 I/O接口芯片选择..........................................................................................................28 4.1.3 存储器选择....................................................................................................................29 4.1.4 译码器选择....................................................................................................................30 4.1.5 地址锁存器选择............................................................................................................31 4.2 控制系统电路设计..............................................................................................................32 4.2.1 主控电路设计................................................................................................................32 4.2.2 I/O接口电路设计..........................................................................................................33 4.2.3 步进电机电路设计........................................................................................................34 结论................................................................................................................................................35 致谢................................................................................................................................................36 参考文献........................................................................................................................................37 附录................................................................................................................................................38 附录1............................................................................................................................................38 附录2............................................................................................................................................48

1 绪论

1.1 历史背景

中国数控分度回转工作台产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。

从什么角度分析中国数控分度回转工作台产业的发展状况？以什么方式评价中国数控分度回转工作台产业的发展程度？中国数控分度回转工作台产业的发展定位和前景是什么？中国数控分度回转工作台产业发展与当前经济热点问题关联度如何??诸如此类，都是数控分度回转工作台产业发展必须面对和解决的问题——中国数控分度回转工作台产业发展已到了岔口；中国数控分度回转工作台产业生产企业急需选择发展方向。

中国数控分度回转工作台产业发展研究报告阐述了世界数控分度回转工作台产业的发展历程，分析了中国数控分度回转工作台产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型数控分度回转工作台产业” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型数控分度回转工作台产业” 及替代产品的内涵。根据“新型数控分度回转工作台产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国数控分度回转工作台产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的数控分度回转工作台产业发展进行了全面的研究。

1.2 发展前景

60 年代以来，跨国公司推动的产业全球化发展使得国际分工和国际贸易格局发生了改变，加工贸易成为全球化产业发展的本质要求。在全球化背景下，对于发展中国家而言，产业升级成为在全球化产业链条中由劳动密集环节向资本和技术密集环节逐步提升的过程。由跨国公司推动的加工贸易的发展，为发展中国家切入全球高新技术产业链条，实现产业升级提供了便捷路径。其中分度回转工作台的运用得到了广泛推广，各种新型工作台不断被引进，同时我国也自主研制和开发了一批适用、高效性的分度回转工作台。本次设计的意义是设计出一套结构简单、实用性强、精度系数比较高的自动分度回转工作台，并能满足生产和加工的需要。

分度回转工作台作为数控机床中的一个非常大的部分，研究其设计、制造过程是非常有实际的工程应用价值。数控工作台的应用非常多，而数控工作台像自动分度回转工作台的研究必然有着其实际的意义。

2 工作台方案设计

2.1 工作台原理及总体框图

工作台工作原理是采用单片机控制步进电机带动工作台回转，通过键盘和显示屏幕发送指令给单片机，控制脉冲分配器向步进电机发送脉冲，步进电机直接带小齿轮，大齿轮在蜗轮轴上，经过蜗轮轮杆运动传动后，将工作台分度到设定好的角度。

自动回转分度主要由两部分组成，工作台传动系统部分和控制系统部分。传动系统部分主要由步进电机、齿轮副传动和蜗杆传动组成；工作台控制系统部分主要由单片机、键盘显示屏、I/O接口芯片和驱动器组成。工作台总体框图见图2-1。

图2-1 工作台总体框

2.2 工作台传动系统方案

分度回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。整个传动系统由，步进电机、轴、齿轮副、蜗轮蜗杆和工作台组成。

图2-2为自动分度回转工作台。它的回转、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由蜗轮蜗杆带动工作台回转分度。