【文章內(nèi)容簡介】 ，如在重機械中使用的自鎖蝸桿機構(gòu)，其反向自鎖性可起到安全保護作用；，磨損較嚴(yán)重；；。 蝸桿傳動的這些特點剛好符合本課程設(shè)計的相關(guān)要求 。另外，還必須清楚蝸桿傳動的基本參數(shù)包括模數(shù)m，壓力角，蝸桿直徑系數(shù)，導(dǎo)程角，蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)，齒頂高系數(shù)以及頂隙系數(shù)。其中，模數(shù)和壓力角是指蝸桿軸面的模數(shù)和壓力角，即蝸輪端面的模數(shù)和壓力角，且均為標(biāo)準(zhǔn)值；蝸桿直徑系數(shù)q為蝸桿分度圓直徑與其模數(shù)的比值。蝸桿傳動比i=蝸桿的轉(zhuǎn)速/蝸輪的轉(zhuǎn)速，蝸桿的轉(zhuǎn)速即是步進電機的轉(zhuǎn)速，蝸輪的轉(zhuǎn)速即是分度轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速。分度轉(zhuǎn)臺的最高轉(zhuǎn)速；要求為20轉(zhuǎn)/分鐘，由于步進電機的最高轉(zhuǎn)速為900轉(zhuǎn)/分鐘，由此能計算出蝸桿傳動比為900/20=45。 角接觸球軸承的選擇由于此機構(gòu)主要承受軸向方向的載荷，以及部分的徑向載荷，在此部分選擇角接觸球軸承是最合適不過的了，因為角接觸球軸承可同時承受徑向載荷和軸向載荷。 要知道接觸角是角接觸球軸承中一個很重要的參數(shù)，它直接決定了角接觸球軸承軸向方向的承載能力，接觸角越大，軸向承載能力越大，但精度會略微減小。單列的角接觸球軸承只能承受一個方向的軸向負(fù)載，在承受徑向負(fù)荷時，將引起附加軸向力，并且只能限制軸或外殼在一個方向的軸向位移，這不是我們想要的，若是成對雙聯(lián)安裝，使一對軸承的外圈相對，即寬端面對寬端面，窄端面對窄端面，這樣既可避免引起附加軸向力，而且可在兩個方向使軸或外殼限制在軸向游隙范圍內(nèi)。課程設(shè)計要求能承載的最大載荷為20Kg，分度精度為100’’，可選擇接觸角為25度的、7000AC型的角接觸球軸承，最好選擇進口的SKF軸承（因為該軸承相對于其他軸承而言，性能更好），為避免產(chǎn)生附加的軸向力，采用成對雙聯(lián)安裝方式，保持架的材質(zhì)可選擇性能優(yōu)異，壽命相對較長的合成樹脂。 操作控制面板的功能設(shè)計及按鈕的布局設(shè)計布局如圖（三），包括LCD顯示器（用于顯示五位分度角度）、數(shù)字鍵0~9（用于輸入分度角度）、Left和Right鍵（用于左右移動光標(biāo)）、Up和Down鍵（用于增加或減少每一位的數(shù)值）、回零按鈕（用于分度轉(zhuǎn)臺的機械回零）、顯示器開關(guān)按鈕、報警指示燈、串口RS232指示燈以及Enter鍵（完成輸入分度角度之后，按下此鍵分度轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度）。LCD顯示器1234567890數(shù)字鍵區(qū)LeftUpDownRight顯示器開關(guān)按鈕回零按鈕ALARMRS232Enter圖（三）串行通訊電路接線圖串行通訊PCB接線圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計首先要明確控制系統(tǒng)的基本硬件包括：CPU、存儲器（程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM）、I/O接口電路等。由于單片機具有以下的特點：；、體積小、可靠性高。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連續(xù)，大大提高了計算機的可靠性與抗干擾能力，另外，其體積小，對于強磁環(huán)境，易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作；。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中有豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機；、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。由于單片機具有以上的特點，微處理可選擇MCS51的單片機。MCS51的單片機共有四個8位的并行I/O口，分別記作P0、PPP3,也就是說一共有32個接口，由于課程設(shè)計所完成的功能比較簡單，32個接口足夠用了，不需要再進行擴展I/O的設(shè)計，但要知道這四個8位的并行I/O口都有相同的特殊功能寄存器，并且具有字節(jié)尋址和位尋址的功能，每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器，其中P0口的驅(qū)動能力最強，可驅(qū)動八個LSTTL負(fù)載，其他口只能驅(qū)動四個，另外P3口具有第二功能（包括RXD、TXD、INT0、INTT0、TWR、RD）。MCS51的單片機與控制面板的鏈接設(shè)計如圖（四）：MCS51~INT0INT1RXDTXDRESETUCCLCD顯示器RES232UCCUCC………1~8按鍵顯示器開關(guān)按鈕Enter按鈕UCC數(shù)字9數(shù)字0“右”“左”“下”“上”RES232指示燈ALARM指示燈UCC回零鍵圖（四） 驅(qū)動電路的設(shè)計在步進電機已選擇好的情況下，再來對驅(qū)動電路進行設(shè)計，因為步進電機對驅(qū)動電路有如下的要求：、通電方式、驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流都必須能滿足步進電機的要求；；；，抗干擾能力強，能承受一定的過載；，效率高，安裝和維護方便。另外，還必須知道步進電機驅(qū)動電路的基本組成部分，主要包括：脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖功率放大器三個部分，具體執(zhí)行情況如下：指令——脈沖發(fā)生器——脈沖分配器——脈沖功率放大器——步進電機。在不同的機電應(yīng)用系統(tǒng)中，步進電機各部分有所不同。根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)的要求，選擇脈沖的產(chǎn)生和分配均由MCS51單片機來完成的方式，輸出脈沖信號經(jīng)功率放大器放大再進入步進電機。經(jīng)過多方綜合的考慮，選擇繼電器驅(qū)動方式（因為繼電器方式的開關(guān)量輸出是最常見的輸出方式，通過弱電控制外界的交流或直流的高電壓、大電流設(shè)備，繼電器驅(qū)動電路的設(shè)計要根據(jù)所用繼電器線圈的吸合電壓和電流而定，控制電流一定要大于繼電器的吸合電流才能使繼電器可靠地工作），具體的接口電路如圖（五），繼電器J吸合；，繼電器J釋放，采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復(fù)位或單片機受控復(fù)位時不吸合。二極管VD的作用是保護三極管V。原理如下：，V導(dǎo)通，繼電器吸合；，V截止，繼電器斷開。在繼電器吸合到斷開的瞬間，由于線圈中的電流不能突變，將在線圈產(chǎn)生較高的下正上負(fù)的感應(yīng)電壓，使晶體管集電極承受較高電壓，有可能燒壞驅(qū)動三級管V。為此在繼電器J線圈兩端并接一個續(xù)流二極管VD，使線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流有二極管VD流回。正常工作時，線圈上的電壓上正下負(fù)，二極管VD截止，對電路沒有影響。機械繼電器可在繼電器節(jié)點兩端并接火花抑制電路，減少電火花影響，如圖（五）。4N25使兩部分的電流信號獨立。UCC是單片機系統(tǒng)電源，UDD是供繼電器的電源。輸出部分的地線接機殼或接大地，而單片機系統(tǒng)的電源地線——數(shù)字地（浮空的）不與交流電源的地線相接。這樣可避免輸出部分電源變化對單片機電源的影響，減少系統(tǒng)所受的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。89C517407UCCUDDJ步進電機VB90134N25150VD1K1K﹠圖（五）第三章 旋轉(zhuǎn)模系統(tǒng)的設(shè)計 旋轉(zhuǎn)模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)模系統(tǒng)包括：轉(zhuǎn)塔、自轉(zhuǎn)模、鏈傳動機構(gòu)、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、伺服電機、沖壓模具，撥叉等組成部分。圖21所示，福建龍巖理尚精密機械有限公司申請的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床專利簡圖。圖 21 旋轉(zhuǎn)模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)塔是一個裝有凸模和凹模的旋轉(zhuǎn)輪，有上下兩個轉(zhuǎn)盤組成，模具均裝在轉(zhuǎn)盤上。依據(jù)模具工位數(shù)量的多少，轉(zhuǎn)塔可以分單軌和多軌兩種。為了使上、下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤的側(cè)面或背面設(shè)有定位銷孔，定位銷插入就可以保證準(zhǔn)確定位。轉(zhuǎn)盤軸稱為T軸，T軸的驅(qū)動包括伺服電機、傳動機構(gòu)、驅(qū)動軸、分度銷、上下轉(zhuǎn)盤。自轉(zhuǎn)模自動分度轉(zhuǎn)模機構(gòu)(在高端的轉(zhuǎn)塔沖床上才有)即模具分度機構(gòu)是用來是轉(zhuǎn)盤上某些模具沿本身軸線旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。分度模具的轉(zhuǎn)動是有伺服電機通過聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動分度模具的傳動蝸桿，通過蝸輪—蝸桿機構(gòu)來帶動分度模具轉(zhuǎn)動。使用轉(zhuǎn)模（自動分度）機構(gòu)可以沖切復(fù)雜形狀的板材，減少模具，降低模具的費用；同時還可以縮短加工時間。圖22為福建龍巖理尚精密機械有限公司申請的旋轉(zhuǎn)模專利中上自轉(zhuǎn)模的結(jié)構(gòu)圖。圖22 上自轉(zhuǎn)模結(jié)構(gòu)圖沖壓模具沖壓凸模在模具工位中上下滑動，凸模的座套和轉(zhuǎn)塔之間的間隙很小，這樣可以準(zhǔn)確引導(dǎo)凸模運動。由于模具上下速度運動較快，容易引起轉(zhuǎn)塔的磨損。磨損的轉(zhuǎn)塔會影響模具的精度并降低制件孔的質(zhì)量。因此設(shè)計過程中，每個工位都使用了模套以消除轉(zhuǎn)塔的磨損。由于模套有淬火過的合金鋼制成，其抗磨損性打打地提高了。更重要的是，如轉(zhuǎn)塔上的鍵槽或轉(zhuǎn)塔內(nèi)徑損壞，更換模套既省時又省力，而且還能降低成本。如圖22所示。 旋轉(zhuǎn)模工作過程伺服電機通過鏈傳動機構(gòu)帶動上下轉(zhuǎn)模的同步轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的模位停止，氣缸定位定位。然后，撥叉撥動旋轉(zhuǎn)套，使之與模具套嚙合。再由伺服電機通過聯(lián)軸器直接帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸輪帶動旋轉(zhuǎn)套的旋轉(zhuǎn)，從而帶動模具的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)的角度后停止，液壓沖頭沖壓工作。工作完畢后，轉(zhuǎn)模復(fù)位，撥叉撥動旋轉(zhuǎn)套脫離模套，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。這就是一個工作循環(huán)。 電機選擇目前，在機械行業(yè)中，電機是所有生產(chǎn)機械的主要動力裝置，電機種類豐富多樣。按結(jié)構(gòu)及工作原理分類，可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機；按用于分類，可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電機等。數(shù)控車床上使用的主流就時步進電動機和伺服電機。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。伺服電機是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚪撬俣?，分直流和交流兩種。電機選擇要點如下表：表31 電機選擇要點選用要點一根據(jù)機械負(fù)載特性、生產(chǎn)工藝、電網(wǎng)要求、建設(shè)費用、運行費用等綜合指標(biāo)，合理選擇電動機的類型選用要點二根據(jù)機械負(fù)載所要求的過載能力、起動轉(zhuǎn)矩、工作制及工況條件，合理選擇電動機的功率，使功率匹配合理，并具有適當(dāng)?shù)膫溆霉β剩η筮\行安全、可靠而經(jīng)濟選用要點三根據(jù)使用場所的環(huán)境，選擇電動機的防護等級和結(jié)構(gòu)型式選用要點四根據(jù)生產(chǎn)機械的最高機械轉(zhuǎn)速和傳動調(diào)速系統(tǒng)的要求，選擇電動機的轉(zhuǎn)速選用要點五根據(jù)使用環(huán)境溫度，維護檢修方便、安全可靠等要求，選擇電動機的絕緣等級和安裝方式選用要點六根據(jù)電網(wǎng)電壓、頻率，選擇電動機的額定電壓、頻率總結(jié)在選用電動機時，要努力執(zhí)行國家技術(shù)經(jīng)濟政策，積極采用節(jié)能產(chǎn)品和新產(chǎn)品，提高綜合經(jīng)濟效益參閱相關(guān)資料，交流伺服電機較步進電機的優(yōu)越性能：1 控制精度高176。(兩相)176。(五相)，而交流伺服電機的精度取決于電機編碼器的精度,能實現(xiàn)了位置的閉環(huán)控制，從根本上克服了步進電機的失步問題。2 矩頻特性好步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其工作轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到幾百轉(zhuǎn)。而交流伺服電機在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000r/min或3000r/min)以內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，在額定轉(zhuǎn)速以E為恒功率輸出。3 具有過載能力4 加速性能好步進電機空載時從靜止加速到每分鐘幾百轉(zhuǎn)，需要200—400ms：交流伺服電機的加速性能較好。設(shè)計時選用交流伺服電機。帶動蝸桿轉(zhuǎn)的的電機功率為6kW，帶動鏈輪轉(zhuǎn)動的電機功率為10kW，轉(zhuǎn)速都為1200r/min。 轉(zhuǎn)塔的材料和工藝轉(zhuǎn)塔采用高強度耐磨球墨鑄鐵的厚轉(zhuǎn)塔，具有自潤滑功能、磨損極?。徊⒔?jīng)熱處理去內(nèi)應(yīng)力，剛性好、精度穩(wěn)定、抗沖擊能力強；厚轉(zhuǎn)塔使模具的對中性好、導(dǎo)向精度高、抗偏載能力強，大大提高模具使用壽命；轉(zhuǎn)盤錐銷定位，精度高、選?？?，保證機床精度及提高使用效率，側(cè)向定位可有效地避免因端面定位而造成的轉(zhuǎn)塔端面受力而變形。配裝模具