镗铣加工中心系统设计
镗铣加工中心数控回转工作台设计
学 校： 昆 明 理 工 大 学
专 业： 机械工程及自动化
班 级： 2008级3班
学生姓名： 代 祖 民
指导教师： 彭 用 新
教师单位： 机电工程学院
教师职称： 讲 师
时 间： 2012年6月
The Design of Boring Milling Machining
Center System
Subtitle:The NC Rotary T able Design for Boring Milling
Machining Center
University: Kunming University of Science and Technology Major: Mechanical Engineering and Automation Grade: Grade 2008
Name: Dai Zumin
Advisor: Peng Y ongxin
Department: Mechanical and Electrical Engineering Date: June 2012
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
前言 (3)
第1章 数控机床概述 (5)
1.1 数控机床的基本概念 (5)
1.1.1 什么是数控机床 (5)
1.1.2 数控机床的产生 (5)
1.2 数控机床的发展史 (6)
1.2.1 数控机床的发展 (6)
1.2.2 发展数控机床的原因及特点 (7)
1.3 国内外数控技术发展现状和趋势 (9)
1.3.1 高精度化 (9)
1.3.2 高可靠性 (9)
1.3.3 高柔性化 (10)
1.3.4 复合化 (10)
1.3.5 高速度化 (10)
1.3.6 制造系统自动化 (11)
第2章 数控机床的机械结构 (12)
2.1 数控机床的构成及分类 (12)
2.1.1 数控机床的构成 (12)
2.1.2 功能及特点 (12)
2.2 数控机床的分类 (14)
2.2.1 按控制系统的特点分类 (14)
2.2.2 按执行机构的伺服系统类型分类 (15)
2.2.3 按数控装置类型分类 (16)
2.2.4 按功能水平分类 (18)
2.3 典型的数控机床 (19)
2.3.1 数控车床 (19)
2.3.2 数控铣床 (19)
2.3.3 数控模仿形铣床 (20)
2.3.4 加工中心 (21)
2.3.5 数控钻床及镗床 (21)
2.3.6 数控磨床 (22)
2.3.7 数控电加工机床 (22)
2.3.8 数控重型机床 (23)
第3章 数控回转工作台 (24)
3.1 五轴联动机床简介及加工特点 (24)
3.1.1 简介 (25)
3.1.2 加工特点 (25)
3.2 五轴联动机床的结构类型 (26)
3.2.1 依靠立式主轴头的回转 (27)
3.2.2 依靠回转工作台的回转 (27)
3.2.3 分度工作台 (28)
3.3 数控回转工作台 (28)
3.3.1 开环数控回转工作台 (28)
3.3.2 闭环数控回转工作台 (29)
第4章 回转工作台的设计及计算 (30)
4.1 传动方案的分析 (30)
4.1.1 方案的确定 (31)
4.2 电动机的选择 (32)
4.2.1 各轴的转动惯量和回转工作台的转动惯量 (32)
4.3 斜齿圆柱齿轮的传动设计及计算 (33)
4.3.1 第一对齿轮啮合的计算 (33)
4.3.2 其他齿轮的相关参数值 (38)
4.4 输出轴与轴承的校核 (39)
4.5 齿轮上键的选取与校核 (43)
4.5.1 取键连接的型号尺寸 (43)
4.5.2 键连接的强度 (43)
4.6 轴承的设计 (43)
4.6.1 滚动轴承的结构 (43)
4.6.2 滚动轴承的作用 (43)
4.6.3 滚动轴承的性能 (44)
4.6.4 滚动轴承类型的选择 (44)
4.6.5 轴承的拆装 (45)
4.6.6 轴承的润滑 (45)
4.6.7 轴承的游隙及轴上零件的调配 (45)
4.6.8 滚动轴承的配合 (46)
第5章 结论 (47)
结论与心得 (48)
谢辞 (49)
参考文献 (50)
附录 (51)
外语文献 (51)
中文翻译 (52)
摘要
数控机床已经用它所显示的效益和巨大的潜力，引起了世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展现代数控机床是当今机械改造，技术更新的必由之路，是未来工厂自动化的基础。现在发展多自由度数控机床，多轴联动机床，减少加工工序，缩短加工时间，提高加工效率，能实现一次装夹，一次编程完成全部加工过程，实现加工自动化。
数控回转工作台的设计是在普通三轴联动机床的基础上改进工作台，使工作台不仅仅只有X,Y ,Z 三方向上的平面移动，而且在Z 向上有回转运动，增加了机床的加工空间，即加工多维化，使机床不仅可以加工简单的直线、斜线、圆弧，还可适应更复杂的曲面和球形零件的加工。本课题主要是对回转工作台的机械机构和原理的设计，及各个轴强度的校核。
关键词：数控机床；多轴联动；回转工作台；
ABSTRACT
The benefit and huge potential of the numerical control machine cause the all countries in the world pay attention to the science and industry areas. To find the numerical control machine is the only way of mechanical transformation and update technology , as the basis of factory automation. Nowadays, to develop the more freedom numerical control machine, the multiaxial linkage machine tools, reduce processing operations, shorten the processing time, increase processing efficiency , can realize a fixture, and a programming finish all the processing procedure to make processing automation come true.
The design of numerical control rotary table is improvement of operating platform bases on the ordinary three axis machine, to make it not only plane mobile of X, Y , Z three directions, what’s more, it turns up in z direction to increase the processing space, it also called processing diversification. It not only to process the simple straight line, slash and arc but also to process the more complex curved surface and spherical parts. The paper is mainly to check the mechanism, the principle of design and the axial intensity .
Key words ： Numerical control machine ；Multi-axis linkage ；Rotary worktable ；
前言
（1）设计目的及意义
此次毕业设计是对机械专业学生四年来的一次全方位、具体的专业考察，是一次各个专业知识的集合，是对学生专业知识进一步的巩固和温习。它给了学生一次理论联系实际的机会—学着用自己所学过的专业知识来解决生活中遇到的实际问题，用机械专业知识来设计新的机械结构，无疑让学生知道了设计机构的一般步骤，一般的传动原理，一般的解决方案和该项研究在世界乃至国内的发展历史和前景。是一次学生自我能力的提升和体现。
（2）该设计的应用范围
数控回转工作台是一种由计算机控制编程的多工位，多自由度的工作台。它由于数控机床的发展而发展，由于科学技术水平的进步，国际生产水平的要求而随着数控机床的提升而改进，由原来的平面移动发展到现在的多工位。它越来越具有通用型，它可以用于各种大小，各种型号，各种类型的机床，如数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、加工中心等间互换。这样提高了工作台的生产率，生产质量，生产规模，降低了生产成本和人工操作量。
（3）设计要求
通过此次设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。
课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如机床的总体设计、精密执行机构(或装置)的设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。
说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、机械传动设计计算以及机械和其他部分的说明。[1]
（4）数控回转工作台的传动
现阶段数控回转工作台有多种传动技术，如：带轮传动、链条传动、齿轮传动和蜗杆涡轮传动。现在应用比较广泛的是蜗杆涡轮传动，带传动传动精度较低，链传动
抗冲击性能差，噪音大，润滑效果差，只适用于低速段。这里我主要研究的是齿轮传动，对其进行设计、改进、校核。
（5）设计内容
第1章对数控机床基本概念的简述，在这章中回答了什么是数控机床，数控机床的产生原因及发展历史（国内外发展情况相对比），数控机床有哪些特点？现阶段的发展情况和往后的发展前景。
第2章是对数控机床结构特点及分类的介绍，它从不同的角度对数控机床进行全方位的描述、分析。
第3章对数控回转工作台的现有技术和发展进行概述分析，为下一章回转工作台的设计奠定基础，发掘思路理念。
第4章回转工作台的相关设计及计算，里面包括：电动机型号及参数的选定，齿轮系传动比的分配，齿轮的基本参数的设定计算，轴的强度校核和相关参数的选定。
第5章对本次设计进行总结，分析这次设计的优点、意义及不足。
第1章 数控机床概述
1.1 数控机床的基本概念
1.1.1 什么是数控机床
数字控制（numerrical control)是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称为数控（NC ）。
数控机床，就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。 国际信息处理联盟（International Federation of Information Processing,即IFIP ）第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：
数控机床是一个装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。
定义中指出的那种程序控制系统，就是所说的数控系统。
数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字值，并将其译码，从而使机床运动和加工零件。
数控系统包括：数控装置、可编程序控制器、主轴驱动及进给驱动装置等部分。 数控机床是一种高度机电一体化的产品。[2]
1.1.2 数控机床的产生
随着产生和科学技术的发展，机械产品日趋精密、复杂，而且改型频繁，因此对加工机械产品的机床提出了新的要求，即高性能、高精度和高自动化。在机械产品中单件和小批量产品占到70%—80%。
1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出来计算机控制机床的设想。1949年，该公司和麻省理工学院开始研制数控机床，于1952年试制成了世界上第一台三坐标数控铣床。
1.2 数控机床的发展史
1.2.1 数控机床的发展
1952年，第一台数控机床问世后，随着微电子技术、控制技术、通信技术的不断发展，数控系统也在不断地更新换代，先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、集成电路（1965年）、小型计算机（1970年）、微处理器（1974年）和基于工控PC 机的通用型CNC 系统（1990年）六代。其中前三代为第一阶段，称为硬件直接数控，简称为NC 系统阶段，后三代为第二阶段，称为计算机软件数控系统，简称CNC 系统阶段。我国从1958年由清华大学和北京机床研究所研制了第一台数控机床以来，也同样经历了这六代数控系统。我国与世界上其他国家机床的发展情况对比如表1-1所列。
表1-1我国与世界其他国家机床的发展情况对比[3] 数控系统发展的历史
世界上发达国家数控机床的发展史 我国数控机床的发展史 NC 阶段 第一代电子管数控系统
第二代晶体管数控系统
第三代集成电路数控系统
1952年 1959年 1965年 1958年 1964年 1972年 NCN 阶段
第四代小型计算机数控系统
第五代微处理器数控系统
第六代基于工控PC 机的通用
型CNC 系统
1970年 1974年 1990年 1978年 1981年 1992年 从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下：
(1)技术水平上，与国外先进水平大约落后10～15年，在高精尖技术方面则更大。
(2)产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。
(3)可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。
分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面：
(1)认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。
(2)体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。
(3)机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。
(4)技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。[4]
1.2.2 发展数控机床的原因及特点
近代，大工业生大量采用了刚性自动化。在汽车工业及轻工消费品生产方面，采用了大量的组合机床自动线，生产流水线，在标准件（如螺钉，螺母及带轮等）的生产中则采用凸轮控制等用于特殊加工的专用机床。这类机床，适用于大批量零件的生产，但由于建立制造过程较难，所以更换产品及修改生产工艺需要较长的时间和比较多的费用。
进入80年代以来，随着航空工业、汽车工业以及轻工消费品生产的高速增长，复杂图形的零件越来越多，精度要求也越来越高。这就使传统的刚性自动化不能满足要求，而柔性加工的重要性更加突出，可调的柔性自动化也就迅速地发展起来。
数控机床就是实现柔性自动化最重要的装备，是发展柔性制造的基础。
数控机床的有点：
（1）能完成很多普通机床难以完成，或者根本不能加工的复杂型面的零件加工。因此，数控机床首先在航空，航天等领域或得应用。在复杂型面的模具加工中，在涡轮叶片及螺旋桨的加工中，也得到了广泛的应用。
（2）采用数控机床，可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。由于数控机床是按照预定的程序进行自动加工，加工过程不需要人工干预。而且加工精度还可以利用软件来进行校正及补偿。因此，可以获得比机床本身精度要求还高的加工精度及
重复精度。
（3）可以提高生产率。采用数控机床比普通机床可提高生产率2—3倍。尤其对某些复杂零件的加工，生产率可提高十几倍甚至几十倍。
（4）可以实现一机多用。一些数控机床，例如加工中心、车削中心等，都可以自动换刀。一次装卡后，几乎能完成零件的全部加工部位的加工，可以替代5—7台普通机床，并节省了厂房面积。
（5）几乎不需要专用的工装卡具。采用普通的通用工夹具，只需更换程序，就可以适应不同品种及尺寸规格零件的自动加工。
（6）加少了在制品，从而加速了流动资金的周转，提高经济效率。
（7）大大减轻了工人的劳动强度。
数控机床与普通机床的性能对比见表1-2
表1-2 数控机床与普通机床的对比 序号
项目 数控机床 普通机床 1
加工异型复杂零件的能力 强 弱 2
改变加工对象的柔性程度 高 低 3
加工零件质量和加工精度 高 低 4
加工效率 高 低 5
设备利用率 高 低 6
产品优化设计与CAD 连接功能 高 低 7
初期投资 高 低 8
对操作人员的素质要求 高 低 9
对生产计划，生产准备和生产调度的要求 高 低
10
运转费（包括人力、原材料、电力、厂房） 低 高 11
维修技术及费用 高 低 12 对不合格产品在加工（即回用）
的费用
低 高
从表1-2可以看出，数控机床不仅可以节约劳动力，提高劳动生产率，而且可以提高产品质量，对开发新产品和促进老产品的更新换代，加速流动资金运转和缩短交货期，都起着很大的作用。
综上所述，对于单件、中小批量生产；形状比较复杂，精度要求较高的零件加工；产品更新频繁，生产周期要求短的加工，大都采用数控机床，可以提高产品质量，降低生产成本，满足用户的要求，获得很好的经济效益。
1.3 国内外数控技术发展现状和趋势
随着科学技术的发展，特别是微电子技术、计算机控制技术、通信技术的不断发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，数控设备性能日趋完善，应用领域不断扩大，成为新一代设备发展的主流。而作为数控设备中的最典型代表—数控机床，已成为衡量一个国家工业化水品和综合实力的重要标志。
1.3.1 高精度化
高精度化一直是数控机床加工所追求的指标。提高数控机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础部件结构特性和热稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。在减少CNC 系统误差方面，通常采取提高数控系统分辨力，使CNC 控制单元精细化，提高位置检测精度以及在位置伺服系统中为改善伺服系统的响应特性，采用前馈与非线性控制等方法。
1.3.2 高可靠性
数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益，关键取决于它的可靠性。近些年来，已在数控机床产品中应用了可靠性技术，并获得了明显的进展。
衡量可靠性的重要量化指标是平均无故障时间（MTBF)，作为数控机床的大脑—数控系统的MTBF 值已经由20世纪70年代时的大于3000h 提高到20世纪90年代初的大于30000h 。日本FANUC 公司CNC 系统MTBF 值已达125个月。
数控机床整机的可靠性水平也有显著提高，整机的MTBF 值由20世纪80年代初的100h~200h 提高到现在的1000h 以上。
目前，很多企业正在对可靠性设计技术、可靠性试验技术、可靠性评价技术、可靠性增长技术以及可靠性提高到一个新的水平，增强市场的竞争力。
1.3.3 高柔性化
柔性是数控机床最主要的特点，也是在数控机床的各种发展趋势中，隐含在所有新发技术中的主导思想。
柔性化是指机床适应加工对象变化的能力，传统的自动化生产线，由于是由机械或刚性连接和控制的，当被加工对象变化时，调整很困难，甚至不可能的，有时值得全部更新、更换。数控机床的出现，开创了柔性自动化加工的新纪元，对于满足加工对象的变化，已具有很强的适应能力。目前，在进一步提高单机柔性化的同时，正努力向单元柔性化和系统柔性化的方向发展。
近些年来，不仅中小批量的生产在努力提高柔性化能力，就是在大批量生产中，也积极向柔性化方面转向。如出现了PLC 控制的可调组合机床、数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工中心和介于传统自动线与FMS 之间的柔性自动线（FTL)。在1988年至1992年，日本组合机床和自动线产量的数控化率已达32%~39%；德国组合机床和自动线产量的数控化率为18%~62%。这些数字表明，近十年来，组合机床的数控化发展是十分迅速的。
1.3.4 复合化
复合化是包括工序复合化和功能复合化。数控机床的发展也模糊了粗、精加工工序的概念。加工中心的出现，又把车、铣、镗、钻等工序集中到一台机床机床来完成，打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程。一台具有自动换刀装置、自动交换工作台和自动转换立卧主轴头的镗铣加工中心，不仅一次装夹便可完成镗、铣、钻、铰、攻螺丝和检验等工序，而且还可以完成箱体件五个面粗、精加工的全部工序。
1.3.5 高速度化
提高生产率是数控机床技术发展追求的基本目标之一，而实现这个目标的最主要、最直接的方法就是提高切削速度和减少辅助时间。
提高主轴转速是提高切削速度的最有效方法。近十年来，主轴转速已翻了几番。
20世界80年代中期，中等规格的加工中心主轴最高转速为4000r/min~6000r/min ，20世界90年代初期，提高到8000r/min~12000r/min ，目前，有的主轴最高转速已达到100000r/min 以上。
减少辅助时间，主要体现在提高快速移动速度和缩短换刀时间与工作台交换时间上，目前，快速移动速度已由10年前的8m/min~12m/min ，提高到现在的18m/min~24m/min ，因而大大减少了辅助时间。
在缩短换刀时间和交换工作台时间方面也取得了较大的进展。数控机床刀架的转位时间从过去的1s~3s 减少到0.4s~0.6s ；加工中心由于倒库和换刀结构的改进，使换刀时间从5s~10s 减少到0.5s~3s ；而工作台交换时间也由12s~20s 减少到6s~10s ，有的达到2.5s 以内。
1.3.6 制造系统自动化
制造系统的自动化除进一步提高其自动编程、自动换刀、自动上下料、自动加工等自动化程度外，在自动检测、自动监控、自动诊断、自动对刀、自动传输、自动调度、自动管理等方面也进一步得到发展，同时也提高了其标准化的适应能力，达到“无人化”管理正常生产的目标。
第2章 数控机床的机械结构
2.1 数控机床的构成及分类
2.1.1 数控机床的构成
数控机床一般由下列几个部分组成：
（1）主机是数控机床的上体，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
（2）CNC 装置是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT 显示器、键盘、纸袋阅读机等）以及相应的软件。
（3）驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机及进给电机等。
（4）数控机床的辅助装置指数空机床的一些必须的配套部件，用于保证数控机床运行。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置。
（5）编程机及其他的一些附属装备。
2.1.2 功能及特点
(1)主机
主机是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。根据不同的零件加工要求，有车车、铣床、钻床、镗床、磨床、重型机床、电加工机床以及其它类型。与普通机床不同的是，数控机床的主机结构具有以下特点：
①由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短。
②为了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。
③更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杆副，直线滚动导轨等。
（2）CNC （compurterized numerical control)装置
只是数控机床的核心。用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、
数据的变换、插补运算及实现各种控制功能。
现代数控机床的数控装置都具有下面的一些功能。
①多坐标控制（多轴联动）。
②实现多种函数的插补（直线、圆弧、抛物线等）。
③代码转换（EIA/ISO 代码转换、英制/公制转换、二/十进制转换、绝对值/增量值转换等）。
④人机对话、手动数据输入，加工程序输入，编辑及修改。
⑤加工选择，各种加工循环，重复加工、凹（凸）模加工，镜像加工等。
⑥可实现各种补偿功能，进行刀具半径、刀具长度、穿的间隙、螺距误差的补偿。 ⑦实现故障自诊断。
⑧CRT 显示，实现图形、轨迹、字符显示。
⑨联网及通信功能。
（3）驱动装置
是数控机床执行机构的驱动部件。
普通机床的主轴和进给系统，主要由电机驱动进给箱主轴箱的齿轮来实现运动和变速。而数控机床主轴和进给则是由数控装置发出进给指令，通过电气或电液伺服系统实现的。当几个进给轴实现了联动时，可以完成点位、直线、平面曲线或空间曲面的加工。
一般来说，数控机床的伺服驱动，要求有好的快速响应性能，能灵敏而准确的跟踪由数字控制装置发送来的数字指令信号。
（4）数控机床的辅助装置
他是保证机床功能充分发挥所需要的配套零件。
由于这些配套装置包括的面很广，有电器、液压、气动元件及系统，冷却、排屑、防护、润滑、照明、储运等一系列装置，它对开发数控机床本身的功能具有很大的作用，因此受到了各产业部门的重视，发展及其迅速。
（5）编程机及其他一些附属设备
现代数控机床，不仅可以利用CNC 装置上的键盘直接输入零件的程序，也可以利用自动程编机，在机外进行零件的程序编程，将程序记录在信息载体上（如织带、磁带、磁盘等），然后送人数控装置。对于较复杂的零件，一般采用这种方法。对这
种方式，我们称为自动程序编制，或计算机程序编制。
数控机床构成框图见图
2-1
图2-1 数控机床构成框图
大型的，特殊曲面的零件程序，往往要用小型计算机来实现，还可以利用电子计算机的通用外围设备，如打印机、自动穿孔机来制作程序单及控制带。
现在随着微电子技术及计算机技术的发展，大多数零件的程序编制工作，已经可以由微型计算来实现了。
为了便于使用，一些公司还可以提供一些专用的编程机，并配有完善的附属设备。使用专门的程编软件，可以方便的，高质量的编制出各种需要零件程序。
2.2 数控机床的分类
目前，为了研究数控机床，可以从不同的角度对数控机床进行分类。
2.2.1 按控制系统的特点分类
（1）点位控制数控机床 对于一些孔加工用数控机床，只要求获得精确的孔系坐标定位精度，而不管从一个孔到另外一个孔是按照什么轨迹运动的，如坐钻床、坐标镗床以及冲床等，就是可以采用简单而价格低廉的点位控制系统。
这种点位控制系统，为了确保准确的定位系统在高速运行后，采用3级减速，以减小定位误差。但是由于移动体本身存在惯性，而且在低速运动时，摩擦力有可能变化。所以即使系统关断后，工作台并不立即停止，形成定位误差Δd ，而且这一值有一定的分散性。
（2）直线控制数控机床 某些数控机床不仅要求具有精确的定位功能，而且要求从一点到另一点之间按直线移动，并能控制位移速度，因为这一类型的数控机床在两点间移动时，要进行加工。所以对不同的刀具和工件，需要选用不同的切削用量及进给速度。
这一类的数控机床包括：数控铣床、数控车床、加工中心等。一般情况下这些数控机床，有两个到三个控制轴，担同时控制轴这有一个。
（3）轮廓控制的数控机床 更多的数控机床，具有轮廓控制的功能，即可以加工曲线或者曲面的零件。这类机床有二坐标及二坐标以上的数控铣床，可加工曲面的数控车床，加工中心等。
这类数控机床应能同时控制两个或者两个以上的轴具有插补功能，对位移和速度进行严格的不间断控制。
现代数控机床绝对多数都具有两坐标或两坐标以上联动功能，不仅有刀具半径补偿、刀具长度补偿、还有机床轴向运动误差补偿、丝杆、齿轮的间隙误差补偿等一系列功能。
按照可联动（同时控制）轴数，且相互独立的轴数，可以有2轴控制、2.5轴控制、3轴控制、4轴控制、5轴控制等。
2.5轴控制（两轴是连续控制，第三轴是点位或者直线控制）的原理，实现了三个主要轴X,Y ,Z 内的两维控制。
3轴控制是三个坐标轴X,Y ,Z 都同时插补，是三维连续控制。
5轴连续控制是一种很重要的加工形式，这时3个坐标X,Y ,Z ，与转台的回转，刀具的摆动，同时联动(也可以是与两轴的数控转台联动，或刀具做两个方向的摆动）。
2.2.2 按执行机构的伺服系统类型分类
（1）开环伺服系统数控机床 这是比较原始的一种数控机床，这类机床的数控系统将零件的程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。没有来自位置传感器的反馈信号。最典型的系统就是采用步进电机的伺服系统。这类机床较为经济，但是速度及精度都较低。因此，目前在国内，仍作为一种经济型的数控机床，多用于对旧机床的改造。
引言 对数控回转工作台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。 使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。 培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的能力，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。 培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。 使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。 本次毕业设计主要是解决数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。 目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是： 1．在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2．在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力； 3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。
内容摘要 本课题中三工位旋转工作台是钻孔加工中在工作台三个不同工位分别同时完成上料、钻孔、卸料等工艺过程的工艺技术，这大大提高了机械加工的效率、提高了生产率。但是新的问题接踵而至：三个工位同时动作就要要求操作工人完成上料、装夹工件、钻孔、卸工件。这样高强度的工作工人是否能承受的了，怎样降低工人的劳动强度呢？提高自动化程度就成了我们面临的首要课题。 随着科技的发展，继电器控制已经逐步被可编程控制器(PLC)控制所代替。PLC是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的使用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。 在PLC的支持下，怎样实现操作流程的自动化这个问题迎刃而解。于是在机加工过程中我们可以选择各种控制机制去简化工人操作以及降低工人劳动强度、提高效率等。 关键词：三工位旋转工作台；可编程控制器；提高效率；自动化
目录 第1章引言 (1) 第2章设计方案 (2) 2.1总体方案说明 (2) 2.1.1控制要求 (2) 2.1.2制定控制方案 (2) 2.2 控制方式选择 (2) 第3章P L C控制系统设计 (3) 3.1 动作特性 (3) 3.2 液压控制部分设计 (4) 3.3 控制流程图 (4) 3.4I/O地址分配表 (6) 3.5I/O接线图 (6) 3.6梯形图 (7) 3.7语句表 (12) 结论 (16) 设计总结 (17) 谢辞 (19) 参考文献 (20)
第1章引言 随着科学技术的不断发展，机械加工的方法和手段也逐渐变得丰富起来，各种先进技术被人们引入机械行业中来形成各种新兴学科，机电一体化就是其中一门。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术和机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械和电子的有机结合产物。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。 三工位工作台旋转机床设备在机加工等自动化机床设备中得到广泛引用，通过控制工作台旋转，可以实现在加工过程中同时完成上料和卸料工作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率,降低工人劳动强度。若在上料和卸料工位设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料工作。 ＰＬＣ的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛使用。 目前ＰＬＣ已经在工业生产过程中得到广泛使用，它具有结构简单易于编程、性能优越、可靠性能高、维修方便和使用方便的一系列优点。根据课程设计要求，以西门子S7-200系列PLC来实现控制钻床三工位工作台旋转控制设计。 钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。工作台每旋转120°完成一个工位，循环运行。来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。 第2章设计方案 2.1总体方案说明 从我们入大学开始接触机械设计开始起，老师就教导我们任何设计都要先从整体上对要做的设计内容要构想一下。只有对整体设计做出全局的把握，设计才会有所针对。拿到课程设计题目后，我并没有直接进入主题开始着手设计，而是逐步先将设计要求研究了一遍，认真对设计思路做了一个规划然后才开始了设计。 2.1.1 控制要求 （1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 （2）手动调整采用按钮点动的控制方式。包括上料进、退操作、工件夹紧、放松操作，钻头下降、上升操作，卸料进、退操作，工作台旋转操作。 （3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮
目录 一、总体 (2) 二、机械结构设计 (3) 1、脉冲当量和传动比的确定 (3) 2、机械部件(工作台)总体尺寸 (3) 3、工作载荷分析及计算 (4) 4、滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (5) 5、导轨的选型和计算 (10) 6、联轴器的选择及计算 (11) 7、传动系统等效转动惯量计算 (12) 8、步进电机的选用 (13) 三、控制系统设计 (18) 1、控制系统硬件的基本组成 (18) 2、接口程序初始化及步进电机控制程序 (19) 3、直线圆弧插补程序设计 (22) 参考文献 (30) 一、总体 1、总体参数 设计一个数控XY工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。已知的设计参数如下： 开环伺服系统——步进电机驱动——没有检测装置 半闭环伺服系统——交流或直流伺服电机驱动——脉冲编码器——速度反馈 闭环伺服系统——交流或直流伺服电机驱动——位置检测装置——位置反馈
本设计采用开环步进电机驱动。 3、传动初步设计 电动机——联轴器——滚珠丝杠——工作台 4、系统组成框图 大致确定为：控制、接口、驱动、传动再到执行。 即为 XY →→→→控制器接口电路驱动装置传动机构工作台 5、机械传动系统简图 X 轴与Y 轴的传动系统简图都如图所示 二、机械结构设计 1、脉冲当量和传动比的确定 1.1、脉冲当量的确定 根据机床或工作 台进给系统所需要的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系统的误差存在，脉冲当量值必须小于定位精度值。本次设计给定脉冲当量 为0.01mm 。 1.2、传动比的确定 传动比计算公式：P b L i δθ3600 = 专业课课程设计指导书（2－1） 其中：为步进电机的步距角，为滚珠丝杠导程，为系统脉冲当量。根据传动设计，采用联轴器，初选电机步距角?=9.0b θ，丝杠导程mm L 40=，mm P 01.0=δ。 则其传动比101 .03604 9.03600=??== P b L i δθ 2、机械部件(工作台)总体尺寸 由于工作台的加工范围为X ＝200mm ，Y ＝150mm 。工作台尺寸一般为工作台加工范围的1.1倍。所以：X ＝200×1.1＝220mm, Y ＝150×1.1＝165mm ，其厚度初定为30mm 。 选择工作台的型槽为T 型槽，查电子版《袖珍机械设计师手册》中的T 型槽和相应螺栓(摘自 GB/T158-1996) 表
3D打印机的设计 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
3D打印机总体方案及结构 设计 题目： 3D打印机设计 专业班级机械电子工程1班 届次 2013届 学生姓名揭硕 学号 指导教师 二O一六年十月十二日
一、总体框架的设计 系统概述 系统由输人设备制定部分参数,从存储设备或者直接从计算机中得到事先建好的三维模型,由单片机对模型进行分析,切片,建立必要的支撑结构,再从单片机输出控制指令,控制喷头型材料融化,并通过一定的驱动电路驱动电机,带动喷头进行X、Y、Z三个方向的移动,并控制喷头的喷出系统调节喷出材料的多少。每打好一层,从外部设备读取下一层的参数,再打印下一层,直到全部模型完成。完成模型的打印之后,还需要后期的材料回收工作。 系统框架 输入设备、存储外设、上位机、温度传感器的测量值----单片机分析----温度控制回路、XYZ各方向电机控制、喷出量控制、显示设备打印耗材的选用
为了实现3 D打印机的功能,所选材料也很重要。既要由较低的熔点,也要有较好的粘滞性,同时也需要快速成型。综合考虑,我们最终选择了P L AA /B S耗材。 设计思路概述 ABS/PLA耗材熔点为230℃左右,分解温度260℃以上,故其通常成型 温度在250℃以下。控制回路使用温度传感器返回当前温度,反馈回路保 证了温度保持恒定,控制器统一使用了单片机来输出指令 (3)控制回路方框图如下： 设置的空气温度→单片机→D/A转换器→加热电路→当前温度→温度传感器→A/D转换器→单片机 x y z三方向控制电机的设计 采用化繁为简的思路,将三维打印转化为二维进而转化为一维打 印。即Z方向采用步进电机,由步进电机固定的给量算出所需的步进角,用这种方式将三维打印先转化为每一平面内的二维打印,再由Y方向也为步进电机带动,则每一平面内的二维打印又转化为很多条直线上的一维 打印。 喷头移动及喷出量调节的设计 熔融挤出系统对喷头系统的基本要求是:将成型料丝送人液化器中,在其中及时而充分地熔化,由固态变为熔融态,然后再进一步从更小 直径的喷嘴中以极细丝状挤出,按扫描路径堆积成型。而且送丝速度要与扫描速度相匹配,以保证均匀一致的材料堆积路径。成型工艺对喷头系 统的功能要求可以分解为以下几点:
毕 业 论 文（设 计） 论文（设计）题目： 系 别：机电系 专 业: 机电一体化 完成时间: 目 录 一．毕业设计的目的 (3) 二．加工零件的分析……………………………………………… 三．加工工艺的编排与分析………………………………………
四．结构设计……………………………………………………… 五．各部件的计算与校核………………………………………… 六．整体的液压设计……………………………………………… 七．整体的电气控制设计………………………………………… 八．毕业设计总结………………………………………………… 九．主要参考资料………………………………………………… 一．毕业设计的目的 毕业设计是学生综合运用所学过的基本理论，基本知识与基本技 能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练， 其主目 的： （1） 培养学生综合分析的解决本专业的一般工程技术问题的独立 工作能力，拓宽和深化学过的知识 （2）培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握 工程设计的一般程序规范和方法。 （3）培养学生正确使用技术资料，国家标准，有关手册图册等工 具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 （4）培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，面向工作和 工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
二．法兰盘加工的回转工作台设计 （一）加工零件的分析 如此法兰盘为一个式厂常用件，加工精度要求不太高，但年需求量较大。 因此，加工此法兰盘时，首先，需要考虑的问题就是加工的生产效率。 1、采用通用机床夹加工此法兰盘时，加工的范围可以进行扩大，可以加工 出一系列的法兰盘，但通用机床的调整时间较长，装央与拆卸工件的时间较工， 使得法兰盘的加工效率无法进行提高。 2、专门化机床的工艺范围较窄，只能加工一尺寸范围内的某一类零件，完 成某一种特定工序，但生产效率较通用的机床高。 3、专用机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序，但 专用机床的加工效率是这三类机床中最高的。 因此专用机床较为适用了加工此类 法兰盘。 4、组合机床作为专用机床中的一种与通用机床的专门化机床相比较。 （1）组合机床由 70-90％的通用零部件组成，可以缩短设计和制造周期， 而且在需要的时候，还可以部分或全部改装。以组成适应新加工要求的设备就是 说组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。 （2）组合机床是按具体加工对象专门设计的，中以按最佳工艺方案进行加 工。 （3）在加工零件时，组合机床可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工 件进行加工，是实现集中工序，提高生产效率的最好途径，这也正是加工法兰盘 所需要的。 （4）组合机床是在工件一次装夹下用的轴实现多孔同时加工，有利保证各 孔相互之间的精度要求，提高产品质量，减少了工件工序间的搬运，改善了劳动
第1章设计背景 今天的办公空间正向着信息化、高效化发展，科技和人文的含量日益增多，表现在办公家具的功能上已不仅仅是物质上的，也包括精神上的。新世纪的上班族，走在时代的前端，他们追求个性和时尚，渴望拥有良好的办公环境和人性化的办公家具。对于很多企业来讲，也希望通过优质的办公家具，营造高效、舒适、便捷的现代办公氛围，激增员工的信赖感和归属感，树立企业形象，体现文化品质。 另外，从办公家具的消费市场看，消费者的选购倾向也发生了许多变化，中高档市场和低端市场的分化越来越明显，中高档市场的规模越来越大，很多国际著名的办公家具公司如美国的STEEL-CASE、日本的内田洋行纷纷以高格调、高品位的精品打入国内市场。这说明，消费者的选择层面不断提高，开始追求高品质的办公家具， 这也对办公家具的设计提出了新的要求。 第2章办公家具设计的四大要素 家具由功能、色彩、材料、结构等方面组成一定的形态，给人一种整体视觉形象。家具形态是信息的载体，设计师通过特有的造型语言进行家具的形态设计，传达思想理念，消费者通过家具的特有形态，寻求一种文化、身份的体现。因此要确定办公家具的形态必须先从四大要素的研究开始。 2.1 功能设计 办公家具设计的任务是为人们的工作创造便利、舒适的物质条件，功能要在家具构成的形态中得以实现，离开功能去谈家具的美感是毫无意义的。既然家具是为人所用的，研究家具产品的功能要素，其出发点必然要满足人的各种心理、生理和行为
要求。 通常单人的办公空间包括以下五大办公家具：办公桌、办公椅、访客椅、储物柜、 接待用的沙发和茶几。 多人办公空间主要包括三大办公家具：工作台、办公椅、储物柜。 2.2 色彩设计 1．功能要求：办公家具的色彩设计应服从功能的要求。如黑、棕色向来给人凝重感，用它们装点会议室，会促使人集中思考，用于老板椅和会客室桌椅，凸显权利、地位、档次和品位。可以用色彩变化技术与造型细节点、功能延伸处结合，来突出家具使用功能的识别。如多功能的组合家具，用色彩的区分加以“标识”，可以使消费者充分利用组合家具的任一种功能，实现物尽其用，也是辩证理解节约的一个方面。2．室内环境：对于具体的办公环境而言，家具应与室内环境的色彩相适应，使整个房间的色调和谐统一。室内空间较小，墙面为冷色调时，选用冷色调的家具，可以使家具隐退到墙壁中，与墙壁浑然一体，形成一个同一的背景，以扩大空间感；室内空间较大，家具也不多的情况下，家具色彩可以与墙面色彩成补色关系，突出家具的前景位置，使墙面起衬托的背景作用，减少空旷感；采光较好的室内采用浅色调或中等深浅色调的家具：采光较差则应采用纯度较高的家具，以便突出家具形体。3．人的心理、生理要求：近年来医学研究表明，家具色彩能“左右”人的心理，从而影响身体健康。如白色对易动怒的人可起调节作用，这样有助于保持血压正常；蓝色具有调节神经、镇静安神的作用；绿色具有镇静神经、降低眼压、解除眼疲劳、改善肌肉运动能力等作用；黑色具有镇静、安定的作用。
广州大学学生实验报告 开课学院及实验室：机械与电气工程学院、计算机楼603B 年月日学院机电年级、专业、班姓名学号 实验课 程名称 高级程序设计实验成绩 实验项 目名称 基础控件应用与界面设计指导老师VisualBasic认知实验 第一部分：熟悉VB6.0集成开发环境 一、实验目的 1．掌握VB6.0的启动与退出。 2．了解VB6.0的集成开发环境，熟悉各主要窗口的作用。 3．掌握窗体中控件对象的建立、选定、调整布局、属性设置和删除等操作方法。 4．掌握在VB6.0中使用帮助的方法。 二、实验内容 1．练习Visual Basic 6.0的启动与退出。 2．熟悉工具箱中的控件。 3．Visual Baisc6.0帮助系统的使用。 三、实验题目 练习一 1．创建一个“标准EXE”应用程序。 方法: 1、启动VB的办法："开始"→"程序"→"Microsoft Visual Basic 6.0 中文版"→"Microsoft Visual Basic 6.0 中文版" 2、在启动时显示的"新建工程"对话框中单击"打开"就可以实现"创建标准工程" 2．主要窗口的显示与关闭。 方法： 单击每一个窗口上的关闭按钮即可关闭相应窗口。 显示各窗口： （1）对象窗口：单击“视图”菜单栏中“对象窗口”或按Shift+F7。 （2）工具箱：单击“视图”菜单栏中“工具箱”或单击工具栏上的“工具箱”按钮。 工程资源管理器：单击“视图”菜单栏中“工程资源管理器”或 单击工具栏上的“工程资源管理器”按钮或按Ctrl+R组合键。属性窗口：单击“视图”菜单栏中“属性”或单击工具栏上的“属 性”按钮或按F4功能键。 （5）窗体布局窗口：单击“视图”菜单栏中“窗体布局”或单击工具栏上的“窗体布局”按钮。练习二 1、将工具箱中的每一个空间添加到窗体，并识别这些控件。 方法： 1、双击工具箱中的控件，在窗体的中央出现一个系统默认大小的控件。 2、用鼠标单击工具箱中的某个控件，然后在窗体上拖拽鼠标，画出控件。 2．对窗体中的控件，作选定、调整大小、剪切、复制、粘贴、删除和调整布局等操作。 方法： 1、用鼠标在控件拖拽或单击控件选中对象。 2、对已选中的控件，当光标变为双向箭头时拖动鼠标，或在属性窗口 中修改Height和Width属性值来调整控件的大小。 3、对已选中的控件，当光标变为十字箭头时拖动鼠标调整布局。 练习三 1、利用VB帮助系统提供的示例程序，体会VB程序的运行。 方法： 1、在窗体的熟悉窗口中选择“FillColor”属性，然后按键盘上的F1键，打开VB帮助系统，并直接对“FillColor”属性提供帮助。 2、在打开的“FillColor”属性帮助窗口中选择”示例”，可以看到该属性的一段应用实例。复制这段程序到VB代码窗口，单击运行就可以运行这段程序。 3、该程序为在窗体上按下鼠标左键时驱动的事件过程。 四、问题讨论 1．简述Visual Basic 6.0的集成开发环境中各主要窗口的作用。 2．窗口的功能是什么？如何打开属性窗口？如何进行属性设置？ 3．代码窗口的作用是什么？如何打开代码窗口？ 1、主窗口：标题栏（显示应用程序的名称）、菜单栏（菜单中的命令提供了开发、调试和保存应用程序所需的工具）、工具栏（编辑、标准、窗体编辑器、调试工具）； 窗体设计器窗口：应用程序最终面向用户的窗口，对应于应用程序的运行结果，通过控件显示各种图像、数据和图形等； 工程资源管理器窗口：显示建立一个应用程序所需要的文件的清单； 属性窗口：用来设置窗体或窗体中控件属性； 工具箱窗口：用于应用程序的界面设计。 2、窗口的作用：是程序员的“工作台”，让程序员可以直观的建立应用程序。 打开属性窗口：点击视图—选择属性窗口 进行属性设置：窗口中的属性按照字母顺序排列，想要设置哪个属性，把光标移至属性名称的后面直接输入即可。 3、代码窗口的作用：分栏显示当前命令下的代码，让程序员直观的进行编写程序。 打开代码窗口的方法：双击窗体或者按如下步骤：单击视图—选择代码窗口。
陕西国防工业职业技术学院 SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕业设计论文 题目水平回转工作台 专业机电一体化 班级机电3111班 姓名罗小亮 学号23311131 指导教师王刚
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 1.1概述 (4) 1.2数控回转工作台的发展及展望 (4) 1.3数控回转工作台的原理 (5) 1.4 设计要求及主要参数 (6) 1.4.1设计准则 (6) 第二章数控回转工作台的结构设计 (6) 2.1设计工作台的基本要求 (8) 2.2数控回转工作台传动方案的选择 (9) 2.3电机的选择 (11) 2.3.1选择步进电机的注意事项 (11) 2.3.2电机的参数计算 (11) 2.4齿轮的设计 (12) 2.4.1齿轮材料确定 (12) 2.4.2齿轮强度计算 (12) 2.4.3尺寸计算 (12) 2.4.4齿轮结构设计 (14) 2.5蜗轮蜗杆设计 (15) 2.6蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (16) 2.7轴的校核与计算 (18)
2.8联轴器的选择 (19) 2.9输入轴的设计 (20) 2.10蜗杆轴的设计 (25) 2.11轴强度的校核 (28) 总结 (30) 参考文献 (32) 致谢 (33)
摘要 数控机床在机械行业中扮演的角色越来越重要。特别是数控机床朝着大功率、高速度、高精度、高稳定性的方向发展，其可靠性已成为衡量其性能的重要指标。而数控回转工作台作为数控机床中不可或缺的部件，其精度已直接影响到机床的整体性能。为了提高效率，扩大机床制造范围，数控机床除了做三轴直线进给运动之外，通常还需要用数控回转工作台来做加工的圆周运动。由此来满足自动改变工件相对主轴的位置，让机床更好的对工件各个面的加工。配合数控系统的控制，数控回转工作台可以有效提高生产率，消除人为误差，提高加工精度。数控回转工作台主要是应用于数控铣床与数控镗床或加工中心，它主要是用于对板类、箱体等类似工件的不间断回转加工和多面加工。
《机电一体化系统设计》课程设计说明书题目数控回转工作台的设计 机械工程学院机械电子工程专业机电1302班201302170225号学生姓名肖鹏飞. 指导教师刘军安陈小异. 完成日期2016年12月09日.
湖南工程学院机械工程系
湖南工程学院 课程设计（论文）任务书 设计题目：数控回转工作台机电系统设计 姓名：肖鹏飞系别：机械工程专业：机械电子工程班级：1302 学号25 指导老师: 刘军安陈小异教研室主任谭季秋 一、设计要求及任务 1．设计任务 （1）总体设计 （2）机械系统的设计与计算； （3）控制系统设计：采用51单片机或FX2N PLC控制，步进电机驱动，转角输入与显示； （4）编写设计说明书。 2．设计要求 （1）正反旋转，回转角度0~360o；最大回转半径100mm, 最大承载重量20kg;工作台输出精度2mrad,具备自锁功能； （2）机械部分：A1装配图1张； （3）控制部分：硬件设计，程序设计。 二、进度安排及完成时间 1．设计时间：三周，2015年12月14日至2016年01月1日。 2．进度安排 第一周：布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，提出设计方案，进行设计。第二、三周：整理资料，撰写设计说明书，上交设计图纸、说明书（要求手写稿）。
目录 绪论 (6) 第一章数控回转工作台的原理与应用 (7) 1.1 数控回转工作台 (7) 1.2 设计准则 (8) 1.3 主要技术参数 (8) 1.4 本章小结 (8) 第二章数控回转工作台的部分原理及结构设计 (9) 2.1 步进电机的原理 (9) 2.2 传动方案传动时应满足的要求 (9) 2.3 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算 (10) 2.4 轴承的选用 (10) 2.5 轴承的游隙及轴上零件的调配 (11) 2.6滚动轴承的配合 (11) 2.7 滚动轴承的润滑 (11) 第三章控制系统设计 (12) 3.1 系统方案设计构成 (12) 3.2 单片机 (13) 3.3 光电耦合 (15) 3.4 环形分配器 (15) 3.5 功率放大器 (18) 3.6 程序 (20) 总结 (23)
任务书 课题十二、设计一个3工位旋转工作台的控制系统 1.动作特性 其工作示意如图所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸件。 工位1：上料器推进，料到位后退回等待。 工位2：将料夹紧后，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后，工件松开，放松完成后等待。 工位3：卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。 2.控制要求 工位2 工作台示意图 1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 2）手动调整采用按钮点动的控制方式。 3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个起动按钮来控制进入下一次循环。
4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。 5）系统运动不很复杂，采用4台电机。 6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主令部件和控制部件，采用不进入PLC的方法以节省I/O点数。 7）由于点数不多，所以用中小型PLC可以实现。 3.时间安排 第1-2天：根据设计任务查阅相关文献； 第3-6天：选择一种合适的设计方法，制定详细的设计方案，设计出满足要求的电器控制系统并验证其正确性； 第7-8天：编写课程设计报告；绘制相关电气图纸。 第9-10天：提交课程设计报告；进行课程设计答辩。 4.所需提交的材料 1）编写输入输出对照表。包括信号名称、外部元件号、内部继电器号 2）绘制PLC外部接线图 3）绘制功能流程图； 4）编写、调试梯形图或语句表程序
目录 任务书 ..................................................................... 错误！未定义书签。第1章课程设计任务说明 ................................... 错误！未定义书签。 1.1 课题简介........................................................ 错误！未定义书签。 1.2 系统总体方案设计概述................................ 错误！未定义书签。第2章课程设计任务分析 ................................... 错误！未定义书签。 2.1 设备机构组成分析........................................ 错误！未定义书签。 2.2 设备工作过程分析........................................ 错误！未定义书签。第3章控制方案设计 ........................................... 错误！未定义书签。 3.1 总体方案设计................................................ 错误！未定义书签。 3.2 电气系统设计 (4) 3.3 电气控制系统设计 (4) 3.3.1 系统控制与信号分析 (4) 3.3.2 I/O分配表 (5) 3.3.3 I/O端子接线图 (6) 第4章控制流程分析 (7) 4.1 功能图 (7) 4.2 梯形图 (8) 4.3 语句表 (11) 课程设计心得 (14) 参考文献 (15)
三 坐 标 测 量 机 设 计 文 档 姓名：文少轩 班级：****** 学号：******
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第一章概论 1.1三坐标测量机的发展现状 三坐标测量机是近些年来发展起来的一种高效的新型精密测量仪器。它广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。 进入60年代以来，工业生产有了很大的发展，特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业兴起后，各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术与仪器，因而体现三维测量技术的三坐标测量机应运而生，并迅速发展和日趋完善。三坐标测量机的出现是标志计量仪器从古典的手动方式向现代化自动测试技术过渡的一个里程碑。三坐标测量机在生产的各个方面对三维测量技术有着重要作用。 三坐标测量机作为现代大型精密仪器，已越来越显示出它的重要性和广阔的发展前景。它可方便地进行空间三维尺寸的测量，可以实现在线检测及自动化测量。它的优点是：①通用性强，可实现空间坐标点的测量，方便地测量出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度；②测量精确可靠；③可方便地进行数据处理与程序控制。因而它可纳入自动化衙门和柔性加工线中，并成为一个重要的组成部分。 三坐标测量机基于坐标测量原理。坐标测量机的发展与其它事物一样，是由简单到复杂逐步形成的。早期出现的测长机可在一个坐标方向上进行工件长度的测量，即是单坐标测量机，仅完成一维测量。后来出现的万能工具显微镜具有X与Y两个坐标方向移动的工作台，可测量平面上各测点的坐标位置。因此，从理论上讲，三维测量可对空间任意处的点、线、面及相
目录 第一节 《测控仪器课程设计》要求 (1) 第二节 国内外现状 (2) 第三节 方案设计 (5) 第四节 测量控制方法设计 (13) 第五节 未来展望与总结 (18) 参考文献 (20)
第一节 《测控仪器课程设计》要求 一课程设计目的： 测控仪器课程设计是一次比较完整的仪器设计，它是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节，完成课程设计的目的有一下几点： （1） 培养学生综合地考虑使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，确定合理的设计方案。 （2） 测控仪器设计是综合光学，电学，机械学，控制等多门课程的一个系统工程，培养学生从全局出发，体会各个学科融合的一次实战演练。 （3） 培养学生仔细阅读本课程指导书和随时查阅有关教材。 （4） 通过分析比较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥自己的创造性，而不是简单抄袭或没有根据在臆造； （5） 培养学生制图功底，训练学生通过计算参数，最后完成设计制图的能力，（6） 了解国内外的技术前沿，以及现有企业可以提供的各种封装产品技术参数。 二 课程设计技术要求 课题名称：基于CCD边缘检测的二维测量系统设计 要求：1. 二维精密工作台系统 X轴行程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um； Y轴行程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um； 2. CCD测量系统 边缘识别，精度要求1um； 三 设计说明书要求 1．根据设计任务要求，确定设计方案。 2. 详细讨论系统各部分的实现方法和原理。 3．按照技术指标要求计算相应的机械结构参数，有国家标准的零部件，过计算选取。 4．完成设计说明书一份，仪器工作原理图一张，总装配图一张（0号），零件图5张以上。 5．提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求5000字。
安徽工程大学机电学院 本科毕业设计(论文)开题报告 题目:数控回转工作台的结构设计 课题类型：设计□实验研究□论文□ 学生姓名：吴明忠 学号：3080101118 专业班级：机械2074班 教学单位：机械与汽车工程学院 指导教师：王海 开题时间：2011年3月12日
2011 年3月12日 一、毕业设计内容及研究意义 本次设计任务是设计出数控回转工作台：1.数控工作台的总体设计，2. 数控工作台的机械结构设计，3.三维工作台的理论分析，4.数控工作台的有限元分析。首先应该了解所加工零件的基本情况，数控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。数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。 本课题属于导师科研课题的部分内容，对于培养学生电路设计、机械计， 三维CAD等工程实践能力具有重要意义。在实际中工作台在机床上是必不可的 部件，工作台的自动化能大大减少劳动强度，提高劳动生产率。数控回转工作台是落地铣镗床，端面铣床等工作母机不可缺少的主要辅机。可用于支撑工件并使其作直线或回转等调整或进给运动，以扩大工作母机的使用性能，缩短辅助时间，广泛应用于能源，冶金，矿山，机械，发电设备，国防等行业的机械加工。 二、毕业设计的研究现状和发展趋势 1、研究现状 一个国家的繁荣与其先进制造业密切相关，然而制造是离不开先进机器作为辅助，机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等机械部件。工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的X—Y工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。 目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多功能性方向发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。例如：我国生产机床工作台的公司之一的烟台恒力数控机床附件有限公司生产的HLTK14系列数控可倾回转工作台（见下图），它可以实现用于数控机床和加工中心机床上，可利用原机床的两个控制坐标控制转台的回转和倾斜，也可
机电一体化-回转工作台的设计 二、设计任务及要求 设计题目：数控回转工作台的设计 1. 设计内容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度0～360°；最大回转半径400㎜；最大承载重量50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图1张（ 1号）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一张； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择: 由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造锡青铜，牌号为ZcuSn10Pb1
（三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγγ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8 11) 蜗杆全齿高:h = h + h =4+4.8=8.8 12) 顶隙:c =0.2m=0.8 13) 齿根圆半径:ρ =0.3m=1.2 14) 蜗杆齿顶圆直径:d =d +2 h =88 15) 蜗杆齿根圆直径:d = d -2 h =70.4 16) 蜗杆齿宽:b =95
回转工作台设计说明书 论文题目四工位回转工作台设计 学院机械工程学院 学号 姓名何凯星 教师杨岩 2014年1月
摘要 本次课程设计的题目是回转工作台设计。通过对回转工作台的设计，使大学生在步入社会之前，不仅能够设计出数控回转工作台，而且能够掌握机械设计的方法和步骤。本课题研究的主要内容包括：确定回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；步进电机的选型；零件设计；零件图的绘制与三维模型建立；绘制装配图及运动仿真。 对于回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿不完全轮传动、槽轮传动或者直接采用步进电机实现分度；然后进行各零件的设计与校核；偏心轮与机架采用螺钉连接固定不动；工作台的平衡通过止推轴承来保证；采用直线导轨以实现夹紧与工件的定出；直线导轨端部用滚动轴承；工作太平面上设计了圆孔；最后，对各零件进行装配。 关键词：回转工作台；步进电机；直线导轨；滚动轴承；建模 目录 一、课程设计任务书 1、概述 (3) 2、回转工作台设计要求 (3) 3、设计任务 (5) 二、设计步骤 1、夹紧机构的设计 (5) 2、定位装置的设计 (6) 3、偏心轮设计 (7) 4、直线导轨的选型 (8)
5、轴承的选择 (8) 6、转动圆盘的设计 (8) 7、装配图 (9) 8、零件图的绘制 (10) 三、心得体会 (13) 四、参考文献 (15) 一、课程设计任务书 1、概述 回转工作台是检测仪器的主体部件，同时，它也是诸多设备如万能工具显微镜、坐标测量机、坐标镗、铣、磨、加工中心等重要部件或附件。 检测仪主要由一个四工位回转工作台和一个显微镜组成。显微镜固定在机架上部的竖直杆上，回转工作台主要由回转平台、回转台主轴及夹紧定位装置组成。工作台水平安置，台上装夹加工对象，回转运动由步进电机直接驱动。传动部分要能自锁，消除侧隙以保证精度要求，并有一定的传动精度和刚度，工作台上亦要有圆孔，以减轻工作台质量及材料成本。 2、回转工作台设计要求 1、性能参数 （1）主参数 工件质量：小于10g。 工件为塑料。
1 、设计任务 (2) 2、总体方案的确定 (2) 2.1 机械传动部件的选择 (2) 2.2 控制系统的设计 (3) 2.3 绘制系统组成框图 (3) 2.4 绘制机械传动系统简图 (3) 3、机械传动部件的计算与选型 (4) 3.1 脉冲当量的确定 (4) 3.2 导轨上移动部件的重量估算 (4) 3.3 传动部件、导向部件的设计、计算和选用 (4) 3.3.1 铣削力的计算 (4) 3.3.2 直线滚动导轨副的计算与选型 (4) 3.3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (5) 3.4 步进电动机减速箱的选用 (7) 3.5 步进电动机的计算与选型 (7) 3.5.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq (7) 3.5.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T (8) eq 3.5.3 步进电动机最大静转矩的选定 (10) 3.5.4 步进电动机的性能校核 (10) 4、控制系统硬件设计 (11) 4.1 根据任务书的要求，设计控制系统的时主要考虑以下功能： (11) 4.2 数控系统的组成 (11) 4.3 CPU 的选择 (11) 4.4 驱动系统 (12) 4.4.1 步进电机驱动电路和工作原理 (12) 4.4.2 步进电机驱动电源选用 (13) 4.5 其它辅助电路设计 (14) 5、控制系统的软件设计 (15) 5.1 接口程序初始化 (15) 5.2 步进电机驱动程序 (15) 5.2.1 电机的控制电路原理及控制字 (15) 5.2.2 电机正反转及转速控制程序 (15) 5.3 圆弧插补程序的设计 (17) 5.3.1 逐点比较法 (17) 5.3.2 程序设计 (17) 参考文献 (20)
电子精密机械设计课程设计 一维伺服移动工作台设计说明书 （仅供参考）
目录 课程设计任务 (2) 设计任务介绍 (2) 设计内容 (2) 一、分析工作条件和设计要求 (3) 二、电机选型 (3) 三、滚珠丝杠的选型 (4) 四、联轴器的选型 (9) 五、转矩讨论 (10) 六、电机的校核 (12) 七、联轴器校核 (13) 八、导轨选型 (13) 九、轴承的校核 (14) 十、轴承的校核 (18) 十一、系统谐振频率计算 (18) 十二、光栅的选型 (19) 附录 (20)
课程设计任务 一、设计任务介绍： 一维伺服移动工作台整体结构 为完成一维伺服移动工作台的设计，需设计的机械系统包括：伺服电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠、直线导轨、光栅传感器等。 设计内容 一维工作台整体结构： 一维工作台整体结构
由于工件重量(100N)，工作台轴向载荷(300N)均很小，初选不考虑减速器。 一、分析工作条件和设计要求 给定参数： 工作台承重载荷：G0=100N， 工作台轴向载荷：F a=300N， 工作台最大移动速度：v max=0.5m/s， 有效行程：S=900 mm， 加速时间常数：t=0.1s， ?加速度：a=V max t =0.5 0.1 =5m/s2， 重力加速度g=9.8N/kg. 1.工作台设计尺寸为：400×200×20mm，选用2A11, 根据结构设计，工作台质量：m 台 =5.816kg， ∴载荷G 总=G0+m 台 g=100+56.99=156.99N， ∴根据经验，暂定采用双导轨4滑块，滑块质量为0.4kg. 二、电机选型 整体质量M=m 工+m 台 +m 螺 =100÷9.8+5.816+1.113=17.13kg, a.摩擦力F f[2]，滚动导轨摩擦系数μ∈[0.003,0.005]，取μ=0.005; F f=Mgμ=17.13×9.8×0.005=0.84N, b.惯性力F 惯=M v t =17.13×0.5 0.1 =85.665N, 最大轴向力F max=F f+F 惯 +F a=0.84+85.665+300=386.505N,最大功率P max=F max v max=386.505N×0.5=193.25W, 查机械设计手册P579：取η 轴承=0.98，η 联轴器 =0.903，η 丝杠 =0.95,