第一篇：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)翻譯

一項(xiàng)關(guān)于具有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的三坐標(biāo)數(shù)控加工中心可切削性評(píng)估的研究

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)數(shù)控加工中心，可切削性，表面粗糙度，樣本

加工中心中極大地影響產(chǎn)品的可切削性特征是制造。因此，研究人員需要為高質(zhì)量產(chǎn)品建立一種可切削性評(píng)價(jià)方法。本文研究的是三軸加工中心與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可加工性的評(píng)估。加工中心利用新的X軸成分作為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，為可切削性和加工中心的評(píng)估提出了一個(gè)新的測(cè)試試樣。實(shí)驗(yàn)對(duì)加工中心和機(jī)器的特性用機(jī)械加工的試樣進(jìn)行分析。這項(xiàng)研究結(jié)果可以被應(yīng)用到機(jī)床開(kāi)發(fā)類似的區(qū)域。

1.簡(jiǎn)介

為了加工高品質(zhì)和高精確度的產(chǎn)品，了解的機(jī)床的特征非常重要。了解機(jī)床特征是確定它生產(chǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素?？梢砸徊揭徊降拇_定機(jī)床的特征并且可以在每個(gè)步驟進(jìn)行中對(duì)切削性進(jìn)行評(píng)價(jià)。機(jī)床的加工精度取決于其組成部分的幾何和裝配精度。實(shí)際中，加工精度的降低，即，表面粗糙度或者粗糙的表面輪廓，是由各種外部條件引起的，包括產(chǎn)品的加工過(guò)程中的熱變形和機(jī)械振動(dòng)。此外，由于其他因素引起的加工誤差，有必要建立一個(gè)能夠評(píng)估一個(gè)機(jī)床的特征的標(biāo)準(zhǔn)試樣和評(píng)估的一種可行性方法。本文對(duì)帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的三軸加工中心（三軸MCT）切削性評(píng)估進(jìn)行了研究。在這項(xiàng)研究中，一旋轉(zhuǎn)軸被施加到三軸的MCT上，代替現(xiàn)有的X軸。這是必要的，通過(guò)加工實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證可切削性，機(jī)械加工不使用現(xiàn)有的線性軸，而使用旋轉(zhuǎn)軸。三軸MCT如圖 1所示。不像現(xiàn)有的三軸加工中心，三軸MCT具有數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)以高速和高準(zhǔn)確度代替X軸。當(dāng)加工工件時(shí)，現(xiàn)有的機(jī)床在Y和Z軸的方向移動(dòng)。此外，在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝工件，使工件旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。這種情況下，Y，Z，和C軸經(jīng)由同步控制程序運(yùn)動(dòng)。高速和高精度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝能夠加工圓弧或槽。對(duì)于這些類型的加工，現(xiàn)有3軸機(jī)床需要一個(gè)額外的第四軸，而現(xiàn)有的機(jī)器并不具有這種功能。此外，現(xiàn)有的三軸機(jī)不同的是，所提出的機(jī)床不需要在X軸的方向上直線進(jìn)給，從而大大減少了機(jī)床的總長(zhǎng)度。

圖1 一個(gè)帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的三軸機(jī)床原理圖設(shè)計(jì)

因此，可以防止由于X軸平臺(tái)不平整引起的回轉(zhuǎn)精度降低，并且可以通過(guò)降低進(jìn)進(jìn)給時(shí)間，減少了生產(chǎn)線降低循環(huán)時(shí)間和整體投資。以前的研究中建議用可以評(píng)估一般機(jī)床可加工性的測(cè)試樣品7-9。在這項(xiàng)研究中，對(duì)以前的研究建議的測(cè)試樣品進(jìn)行了改進(jìn)，試圖創(chuàng)造一個(gè)適合三軸MCT與旋轉(zhuǎn)軸試樣。實(shí)驗(yàn)對(duì)加工中心和機(jī)器的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。擬議的試樣可用于類似的機(jī)器工具開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序。

2、選擇評(píng)價(jià)項(xiàng)目

考慮到機(jī)床的設(shè)計(jì)是為了設(shè)計(jì)一個(gè)精確的產(chǎn)品,評(píng)估影響其加工精度的因素是重要的。評(píng)估一般機(jī)器準(zhǔn)確性的方法也可以分為直接評(píng)估和間接評(píng)估的方法。直接評(píng)價(jià)方法基于切削。對(duì)這種評(píng)價(jià)而言，測(cè)量圓度、垂直度和工件的形狀誤差，同時(shí)考慮到穩(wěn)定加工，限制允許的切削深度和切削速度。這種方法有幾個(gè)問(wèn)題,尤其是評(píng)估機(jī)體的困難性和極少數(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面, 通過(guò)測(cè)量運(yùn)動(dòng)和機(jī)床零部件的精度的間接評(píng)價(jià)方法來(lái)評(píng)估加工精度。當(dāng)直接分析機(jī)床的特征時(shí)，這種方法具有優(yōu)越性。然而,這種方法的問(wèn)題包括在機(jī)床精度和已確定的機(jī)床的性能之間不滿足已建立的尺寸，分析技術(shù)和一個(gè)不清楚的關(guān)系7,10。選擇評(píng)價(jià)項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)如下。首先,檢查熱變形引起的熱效應(yīng)是必要的11。此外,在一個(gè)靜態(tài)精度測(cè)試下檢查機(jī)床的通用測(cè)試項(xiàng)目,平面度,主軸的徑向跳動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)的軸向跳動(dòng),直線運(yùn)動(dòng)精度。在這里, 選中一個(gè)向上/向下轉(zhuǎn)移模型，研究在基本傾角下軸的徑向跳動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)?？紤]到加工精度測(cè)試方法,檢驗(yàn)頂部區(qū)域的形狀和加工圓柱形狀,以便于研究不同的圓柱度和平整度。2.1熱變形的檢查

熱變形,這是指熱引起的機(jī)床的形狀和尺寸變化,對(duì)一個(gè)產(chǎn)品的準(zhǔn)確性有顯著影響。探討熱變形的影響,在最后加工件切割完成后，第一個(gè)加工件A和最后一個(gè)建工件B創(chuàng)建后存在驗(yàn)證步驟，如圖2所示。

圖2 熱變形測(cè)量模型

然后,就可以發(fā)現(xiàn)是否發(fā)生熱變形,最后確定是否可以抵消熱變形8、9。2.2根據(jù)進(jìn)料速度和向上/向下切割確定表面粗糙度特征

對(duì)球頭銑刀加工,很難選擇合適的與條件有關(guān)的加工的形狀、尺寸和精度,這些影響切削力和刀具變形的因素基于切削方向8。因此,本文包括六個(gè)部分分析主軸的徑向跳動(dòng)的傾斜度和根據(jù)進(jìn)給速率和向上/向下切割方向，檢查加工誤差和表面粗糙度問(wèn)題。在圖3中部分2和3研究向上傾斜30 度和45 度的表面粗糙度。部分5和6研究向下傾斜65 度的表面粗糙度。部分5和6研究向下傾斜65度的表面粗糙度。當(dāng)?shù)毒呦蛏弦苿?dòng)時(shí)，部分4檢測(cè)向上的投影。第七節(jié)在小傾斜角1度評(píng)估軸的控制。當(dāng)?shù)毒哐?0-49度角度斜面移動(dòng)時(shí),可以比較兩個(gè)方面的不同之處。這就解釋了為什么部分5和6討論會(huì)導(dǎo)致相同的傾斜角度。所有部分利用主軸旋轉(zhuǎn)速度，3000 rpm,6000 rpm,9000 rpm和進(jìn)給3000毫米/分鐘和5000毫米/分鐘。2.3刀具向上/向下軌跡表面粗糙度特征

對(duì)于斜面加工,切割部分是分布式的向上切割底面外的工具的時(shí)候和向下切割時(shí)底部的內(nèi)表面的工具。

圖2熱變形測(cè)量模型

圖3顯示傾角測(cè)量模型

在這一點(diǎn)上, 圖4所示部分建立了比較單向加工和鋸齒形加工方法。2.4加工圓柱時(shí)表面粗糙度的特點(diǎn)

圖5所示的模型是用來(lái)研究根據(jù)圓截面進(jìn)給速率和回轉(zhuǎn)速率 的表面粗糙度。像線性斜部分,總共六個(gè)部分建立了設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速為3000 rpm,6000 rpm,9000 rpm和設(shè)置進(jìn)給速度為3000毫米/分鐘和5000毫米/分鐘。考慮上述評(píng)價(jià)方法,切削加工性能試樣了如圖6所示。用商業(yè)軟件Solidworks建立模型試樣。

3．結(jié)果與討論

使用商業(yè)軟件CATIA工具進(jìn)行路徑的創(chuàng)建和仿真驗(yàn)證流程。

用Al6061大小為200毫米×140毫米×52毫米創(chuàng)建標(biāo)本。表1包含了一般過(guò)程中在實(shí)際加工時(shí)沒(méi)有指定的單獨(dú)加工條件的信息。圖7顯示了一個(gè)加工試樣。使用Optacom表面測(cè)量系統(tǒng)衡量表面粗糙度和使用奧林巴斯共焦激光掃描顯微鏡(LEXT-OLS3100)測(cè)量形狀。這種測(cè)量設(shè)備圖8所示。

圖

7、制造的測(cè)試試樣

圖

8、測(cè)量設(shè)備

3.1通過(guò)熱變形檢測(cè)

在圖3中A面最后切割,最后完成了B面。因此, 利用這個(gè)步驟以抵消熱變形。熱變形補(bǔ)償過(guò)程表明,熱變形非常輕微。圖9顯示了測(cè)量結(jié)果。

3.2表面粗糙度的特征取決于向上/向下切削

圖10在一段30 度的斜面顯示了表面粗糙度的特點(diǎn)。表面粗糙度隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小,但是,進(jìn)給速度放緩。在3000毫米/分鐘和5000毫米/分鐘之間也有顯著差異的結(jié)果。圖11在一段45度的斜面顯示了表面粗糙度的特點(diǎn),顯示趨勢(shì)類似30度的斜面。隨著轉(zhuǎn)速增加表面粗糙度會(huì)改善,但進(jìn)給速度放緩。

圖9熱變形測(cè)量

圖10表面粗糙度的特征取決于進(jìn)給速率和轉(zhuǎn)速(30 度向上)

圖

11、表面粗糙度的特征取決于進(jìn)給速率和轉(zhuǎn)速(45度向上)圖13顯示了在一段向下傾斜65度的表面表面粗糙度的特點(diǎn),這是背面面積向上傾斜30度的表面。這表明進(jìn)給速率越低轉(zhuǎn)速越高會(huì)提供表面粗糙度。在這種情況下,發(fā)現(xiàn)表面粗糙度要比比向下的方向的好。圖14顯示在一段65度向下傾斜表面表面粗糙度的特點(diǎn),這是背面面積45度向上傾斜的表面。表面粗糙度是可以接受的,但是發(fā)現(xiàn)它比30度傾斜部分背面地區(qū)要粗糙。這最有可能發(fā)生,因?yàn)樵谙蛏锨懈顣r(shí)由于大斜角度工具的徑向跳動(dòng)會(huì)影響表面粗糙度。與前面的結(jié)果比較,發(fā)現(xiàn)進(jìn)給率降低和轉(zhuǎn)速增加會(huì)提高表面粗糙度。圖15顯示了1 度斜面表面粗糙度的特點(diǎn),這是背面向上傾斜30度的表面?？偟膩?lái)說(shuō),發(fā)現(xiàn)測(cè)量表面的粗糙度會(huì)非常好。圖12 在顯微照片所示頂部區(qū)域特點(diǎn)取決于進(jìn)給速率和轉(zhuǎn)速

圖13表面粗糙度的特性取決于進(jìn)給速率和轉(zhuǎn)速(65 度向下,30 度斜面背部區(qū)域)圖16顯示了45度向上傾斜的背部區(qū)域中1度斜面表面粗糙度的特點(diǎn)。雖然表面粗糙度一般都很好, 發(fā)現(xiàn)向下傾斜30度的背部區(qū)域更糟。上面的分析結(jié)果表明, 向上切割的時(shí)，傾斜角度應(yīng)超過(guò)30度。這導(dǎo)致刀具更大的徑向跳動(dòng)。由于累積的切削時(shí)間，盡管有相同的1度傾斜角度，在準(zhǔn)確性方面會(huì)對(duì)后期切割的45度表面造成負(fù)面影響。

3.3表面粗糙度的特性取決于工具在向上/向下切割時(shí)的路徑

圖17顯示了表面粗糙度的特性取決于在向上和向下切削時(shí)加工路徑。用單向方法,向上和向下切削的表面粗糙度水平分別是0.833μm和0.833μm。用鋸齒形方法, 向上和向下切削的表面粗糙度水平分別是1.807μm和1.245μm，表明對(duì)于表面粗糙度向上切削的結(jié)果比向下切削的效果要好。同時(shí),對(duì)刀具軌跡而言,發(fā)現(xiàn)使用單向方法要比鋸齒形的方法好, 觀察可能是上下切削時(shí)工具撓度的影響。這個(gè)結(jié)果和觀測(cè)的總體趨勢(shì)

7同是相同的，使用鋸齒形的方法時(shí)表面加工精度降低，切削斜面和交替的結(jié)果，向上切削時(shí)的切削不足和向下切削時(shí)的過(guò)切現(xiàn)象。

（Feed 進(jìn)給速率）

圖14表面粗糙度的特性取決于進(jìn)給速率和轉(zhuǎn)速(65度向下,45度斜面的背部區(qū)域)

（surface roughness 表面粗糙度）

圖15表面粗糙度的特性取決于進(jìn)給速率和轉(zhuǎn)速(1度斜面,35度斜面的背部區(qū)域)

3.4外圓加工表面粗糙度的特征

圖18顯示了外圓加工表面粗糙度的特點(diǎn)。對(duì)一些部分而言沒(méi)有明顯的特征。然而, 肉眼可見(jiàn)更高的轉(zhuǎn)速會(huì)改善表面,與進(jìn)給速率沒(méi)有差別。因此，進(jìn)料速率幾乎不影響圓筒形狀的表面粗糙度同時(shí)轉(zhuǎn)速度會(huì)對(duì)表面粗糙度產(chǎn)生很高的影響。因?yàn)樵趫A柱加工期間不能確定合適的進(jìn)給速率，這種現(xiàn)象最有可能發(fā)生。

圖16表面粗糙度的特性取決于進(jìn)給速率和轉(zhuǎn)速(1度斜面,45度斜面的背部區(qū)域)

圖16表面粗糙度的特性取決于刀具軌跡

圖18顯微照片所示圓柱段的表面粗糙度的特點(diǎn)

4、結(jié)論

本文評(píng)價(jià)的三軸加工中心用數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械加工性。結(jié)果給出了基于適用于本研究中提出的評(píng)價(jià)方法開(kāi)發(fā)的測(cè)試試樣機(jī)器特性的概述如下的評(píng)估。

1.通過(guò)幾個(gè)步驟，熱變形檢測(cè)表明熱變形被適當(dāng)?shù)氐窒?.關(guān)于在傾斜表面上表面粗糙度特性，更好的結(jié)果是在較低的傾斜角度部分觀察向上和向下的機(jī)械加工。另外，當(dāng)1°傾斜表面被加工，在一般的表面粗糙度發(fā)現(xiàn)在一個(gè)良好的狀態(tài)?？傮w而言，表面粗糙度最好特性是具有較低的進(jìn)給速度和較高的轉(zhuǎn)速。在頂部區(qū)域，從進(jìn)給速率的效果證實(shí)了供料速率沒(méi)有被適當(dāng)?shù)乜刂啤?/p>

3.關(guān)于根據(jù)刀具路徑的表面粗糙度的特征，單向方法比之字形方法在表面粗糙度方面顯示出更好的效果。這被發(fā)現(xiàn)是由發(fā)生在向上和向下切削時(shí)刀具偏轉(zhuǎn)而引起的。另外，加工精度成為該加工結(jié)果與基于之字形方式傾斜面的話，由于向上切削時(shí)不足的切削和向下切削時(shí)過(guò)度切削交替。

4.由于不可能確保適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料速率，在圓筒形加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)表面粗糙度極少受進(jìn)給速率影響，同時(shí)顯著受轉(zhuǎn)速影響。

5.用于評(píng)估的一般機(jī)床切削的一種改進(jìn)試樣被發(fā)現(xiàn)適用于具有旋轉(zhuǎn)軸的三軸MCT。實(shí)驗(yàn)對(duì)使用加工中心機(jī)床的特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，所提出的試驗(yàn)片可以在相似類型的機(jī)床開(kāi)發(fā)研究應(yīng)用。感謝

這項(xiàng)工作是由韓國(guó)(NRF)國(guó)家研究基金會(huì)支持的，并由韓國(guó)政府資助(MSIP)(No.2013035186)。

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第二篇：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)說(shuō)明書

摘 要

數(shù)控車床今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來(lái)對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)更有發(fā)展前途,它是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。本課題主要介紹了它的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)以上部分運(yùn)用AUTOCAD做圖,最后是對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)提出的一點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；齒輪傳動(dòng)；蝸桿傳動(dòng)；間隙消除；蝸輪加緊

I

Abstract Numerical control there is in the future lathe to in will develop, the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-grandly, have such varieties as knife rest of hydraulic pressure, servo knife rest, vertical knife rest, etc.concurrently, it is estimated that it will increase to numerical control knife rest demand greatly in recent years.The development trend of the Numerical control rotary table is: With the development of numerical control lathe, numerical control knife rest begin to change one hundred sheets , electric liquid is it urge and urge direction develop while being servo to make up fast.Some originally design and is it continue electricity to use to four worker location vertical electronic machinery of knife rest mainly-exposed to control system control some designs.And use AUTOCAD to pursue to the above part, have a more ocular knowledge of electronic knife rest.The last proposition has put forward the suggestion and measure to Numerical control rotary table.Keywords:Numerical control rotary table;Gear drive;Worm drive;Gap eliminati-on;The worm gear steps up.II

目 錄

摘 要.....................................................................................................................I Abstract..................................................................................................................II 緒 論....................................................................................................................1 第1章 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)................................................................................4 1.1 性能發(fā)展方向.......................................................................................4 1.2 功能發(fā)展方向.......................................................................................5 1.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展...................................................................................6 1.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)...........................................................7 1.5 本章小結(jié)...............................................................................................7 第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與及其組成..........................8 2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作的原理...............................................................8 2.2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要的組成部分.......................................................9 2.3本章小結(jié).............................................................................................11 第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..........................................................12 3.1 主要技術(shù)參數(shù)及其基本要求.............................................................12 3.1.1 技術(shù)參數(shù)..................................................................................12 3.1.2 基本要求..................................................................................12 3.2 傳動(dòng)方案的確定.................................................................................12 3.2.1 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求..............................................12 3.2.2 傳動(dòng)方案及其分析..................................................................13 3.3 步進(jìn)電機(jī)的原理.................................................................................14 3.4 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算.........................................15 3.4.1 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速..........................................................................16 第4章 主要零部件的設(shè)計(jì)..............................................................................17 4.1 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì).................................................................................17 4.1.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型..............................................................17 4.1.2 選擇材料..................................................................................17 4.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)......................................................17 4.1.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸..........................................18 4.1.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度..........................................................19

III

4.1.6 確定齒輪傳動(dòng)精度..................................................................20 4.1.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..........................................................................20 4.2 蝸輪及蝸桿的選用與校核.................................................................20 4.2.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型..................................................................21 4.2.2 選擇材料..................................................................................21 4.2.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)......................................................21 4.3 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸.................................................23 4.3.1 蝸桿..........................................................................................23 4.3.2 蝸輪..........................................................................................23 4.3.3 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度..................................................24 4.4 軸的校核與計(jì)算.................................................................................25 4.4.1 畫出受力簡(jiǎn)圖..........................................................................25 4.4.2 畫出扭矩圖..............................................................................25 4.4.3

彎矩圖......................................................................................26 4.5 彎矩組合圖.........................................................................................26 4.6 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑.....................................26 4.7 齒輪上鍵的選取與校核.....................................................................26 4.8 軸承的選用.........................................................................................27 4.8.1 軸承的類型..............................................................................27 4.8.2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配..............................................27 4.8.3 滾動(dòng)軸承的配合......................................................................27 4.8.4滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑......................................................................27 4.8.5 滾動(dòng)軸承的密封裝置..............................................................28 4.8.6 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算..............................................................28 4.9 本章小結(jié).............................................................................................29 結(jié) 論..................................................................................................................30 致 謝..................................................................................................................31 參考文獻(xiàn)..............................................................................................................32

IV

緒 論

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是各類數(shù)控銑床和加工中心的理想配套附件。以水平方式安裝于主機(jī)工作臺(tái)面上,工作時(shí),利用主機(jī)的控制系統(tǒng)或?qū)ｉT配套的控制系統(tǒng),完成與主機(jī)相協(xié)調(diào)的各種加工的分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

將其安裝在機(jī)床工作臺(tái)上配置第四軸伺服電機(jī),通過(guò)與X,Y,Z三軸的聯(lián)動(dòng)來(lái)完成被加工零件上的孔,槽及特殊曲線的加工。

隨著現(xiàn)代加工要求的不斷曾多，現(xiàn)在很多的國(guó)內(nèi)外的商家也都研發(fā)和生產(chǎn)了一些帶有回轉(zhuǎn)功能的數(shù)控機(jī)床，目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上。

德國(guó)生產(chǎn)的大部分是雙軸可傾斜式轉(zhuǎn)臺(tái)，5軸聯(lián)動(dòng)使用直驅(qū)的較多，高轉(zhuǎn)速，高精度。大部分的國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床都具有很精確的角度定位，正反轉(zhuǎn)的控制。

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)；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；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。

在現(xiàn)有的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)上再增加一個(gè)具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，將其安裝在原有的工作臺(tái)上，與原有的工作臺(tái)成為一個(gè)整體，成為一個(gè)多自由度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，即雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺(tái)。再通過(guò)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的升級(jí)，使該機(jī)床成為五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床。這樣的雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺(tái)不僅可以沿X、Y、Z方向作平行移動(dòng)，在A、B兩軸能同時(shí)運(yùn)動(dòng)，且能隨時(shí)停止，在A軸上能夠在一定角度內(nèi)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，在B軸上可以做360度的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。不僅可以加工簡(jiǎn)單的直線、斜線、圓弧，還可適應(yīng)更復(fù)雜的曲面和球形零件的加工，由文獻(xiàn)[12,13]可知。

數(shù)控車床正向著中高擋發(fā)展，中檔采用普通型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，大部分的數(shù)控機(jī)床都是在刀架上進(jìn)行了很多的改進(jìn)，而在數(shù)控的工作臺(tái)上做回轉(zhuǎn)的則是很少的。

而隨著社會(huì)的不斷發(fā)展人們對(duì)加工表面的復(fù)雜性的不斷提高，對(duì)機(jī)床的要求也越來(lái)越高，所數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式非常必要的。通過(guò)本次的設(shè)計(jì)可提高加工效率，完成更多的工藝，滿足更多的加工要求。為加工中遇到的問(wèn)題提供了更多的解決問(wèn)題的可能性，提高生產(chǎn)精度。

社會(huì)在不斷的進(jìn)步，人們對(duì)時(shí)間的節(jié)省看的也是越來(lái)越重要，要在一定的時(shí)間創(chuàng)造更多的價(jià)值，對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和機(jī)床的組合的應(yīng)用，可以很大程度上減少編程人員的計(jì)算時(shí)間，且機(jī)床的計(jì)算時(shí)間也會(huì)減少?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以使多個(gè)相同的部件同時(shí)加工，以減少重復(fù)裝卡重復(fù)定位，大大的減少了加工的時(shí)間。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是落地銑鏜床，端面銑床等工作母機(jī)不可缺少的主要輔機(jī)?？捎米髦С泄ぜ⑹蛊渥髦本€或回轉(zhuǎn)等調(diào)整和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以擴(kuò)大工作母機(jī)的使用性能，縮短輔助時(shí)間，廣泛適用于能源，冶金，礦山，機(jī)械，發(fā)電設(shè)備，國(guó)防等行業(yè)的機(jī)械加工。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)屬機(jī)床選購(gòu)附件，可任意角度定位，與主機(jī)配合使用，能對(duì)安裝在其上的弓箭進(jìn)行角度銑削、調(diào)頭鏜孔和多面加工等等。實(shí)現(xiàn)一次裝夾，多工序加工。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)通用性很強(qiáng)、應(yīng)用范圍很廣的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)而言, 它既是機(jī)床加工中一種重要的分度附件, 又是計(jì)量工作中不可缺少的角度儀器。用作加工時(shí), 轉(zhuǎn)臺(tái)可以與普通鉆、銑床, 或者精密銑床、鑊床、磨床、座標(biāo)鑊床等配用, 對(duì)鉆模、分度板、齒輪、凸輪、樣板、多面體、端齒盤, 以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣、渦輪盤、復(fù)合鉆具等等有精密角度要求的零件進(jìn)行加工;用于計(jì)量時(shí), 精密轉(zhuǎn)臺(tái)可以作為精密的角度測(cè)量?jī)x器, 對(duì)各種有精密角度要求的零件進(jìn)行檢測(cè)。轉(zhuǎn)臺(tái)在機(jī)械、航空、儀表、電子等工業(yè)系統(tǒng)都有廣泛的用途。轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展水平, 很大程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工藝水平。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高, 對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的需要和要求也不斷提高, 技術(shù)涉獵面由最初的單純機(jī)械擴(kuò)大到目前的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、光學(xué)、電子、電磁等領(lǐng)域。轉(zhuǎn)臺(tái)的使用也由普通機(jī)床附件、一般的角度儀器, 擴(kuò)大到與自動(dòng)機(jī)床、加工中心或者三座標(biāo)測(cè)量機(jī)聯(lián)用, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜角度零件進(jìn)行高效和精密的加工或測(cè)量。

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是解決數(shù)控回轉(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，由文獻(xiàn)[12,13]可知。

達(dá)到綜合應(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，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)畢業(yè)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。使所學(xué)的知識(shí)進(jìn)一步鞏固和加深，使之系統(tǒng)化、綜合化。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。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)。

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)自己獨(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)自己的設(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。

數(shù)控轉(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)近幾年要求配備數(shù)控轉(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1章 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1.1 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：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(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

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。數(shù)控機(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。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。4.實(shí)時(shí)智能

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。在數(shù)控技術(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。例如在數(shù)控系統(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，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。

1.2 功能發(fā)展方向

1.用戶界面圖形

用戶界面是數(shù)控系統(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)畫等可視信息。可視化技術(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。在數(shù)控技術(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

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 數(shù)控系統(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。在數(shù)控技術(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。

1.3 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，可提高數(shù)控系統(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)數(shù)控系統(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)成不同檔次的數(shù)控系統(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、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(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。

1.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(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數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。

智能化新一代PCNC數(shù)控系統(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。

1.5 本章小結(jié)

在當(dāng)今的制造業(yè)的發(fā)展中，數(shù)控的應(yīng)用已是越來(lái)越廣泛了，已經(jīng)成了制造業(yè)的通用加工方法。數(shù)控的引用大大的提升了產(chǎn)品的加工精度，社會(huì)科技進(jìn)入了更高的臺(tái)階，所以我選擇數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，是當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于我意義也是非常重要的。

第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與及其組成

數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(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?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。

2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作的原理

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床和銑床，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)。

見(jiàn)圖2-1為自動(dòng)換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺(tái)的運(yùn)功是由伺服電機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，由蝸輪蝸桿改變運(yùn)動(dòng)方向，最后傳遞到工作臺(tái)。

1-蝸桿；2-蝸輪；

3、4-夾緊瓦；5-小液壓缸；6-支座；7-光柵；

8、9-軸承

圖2-1 自動(dòng)換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

為了消除蝸桿副的傳動(dòng)間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過(guò)移動(dòng)蝸桿的軸向位置宋調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。

當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝

有8對(duì)夾緊瓦，并在底座6上均布同樣數(shù)量的小液壓缸5。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時(shí)，活塞便壓向鋼球，撐開(kāi)夾緊瓦，并夾緊蝸輪2。在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦將蝸輪松開(kāi)。

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾動(dòng)軸承支承，并由圓錐滾柱軸承12及雙列向心圓柱滾子軸承11保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動(dòng)精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實(shí)際測(cè)量工作臺(tái)靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償角度的位置和補(bǔ)償?shù)闹?，記憶在補(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵7發(fā)出工作臺(tái)精確到位信號(hào)，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回零運(yùn)動(dòng)時(shí)，先用擋鐵壓下限位開(kāi)關(guān)，使工作臺(tái)降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號(hào)，使工作臺(tái)準(zhǔn)確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

其工作原理簡(jiǎn)述：

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的動(dòng)力源由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電液馬沖馬達(dá)提供，驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪蝸桿系統(tǒng)，使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，首先松開(kāi)圓周運(yùn)動(dòng)部分的蝸輪夾緊裝置，松開(kāi)蝸輪，然后啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，按數(shù)控指令確定工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角度大小等參數(shù)。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)工作靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài)，工作臺(tái)沿起圓周反向均勻分布8個(gè)加緊液壓缸進(jìn)行加緊。工作臺(tái)不會(huì)轉(zhuǎn)時(shí)，加緊油缸的作用下向外運(yùn)動(dòng)通過(guò)夾緊塊僅僅頂在蝸輪內(nèi)壁，從而鎖緊工作臺(tái)。當(dāng)工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令反復(fù)上述動(dòng)作，松開(kāi)蝸輪，使渦輪和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)按照控制系統(tǒng)的指令進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2.2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要的組成部分

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電液脈沖馬達(dá)作為動(dòng)力源，在它的輸出軸上接聯(lián)軸器沒(méi)再接一級(jí)齒輪減速器。該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由圓柱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)。

因?yàn)槭俏佪單仐U傳動(dòng)與分度，所以停位不受限，并不像端齒分度盤一樣，只能分度固定角度的整數(shù)倍（5°、10°、15°等），而且偏轉(zhuǎn)范圍較大（110°到﹣70°），能加工任何角度與任何傾斜的孔與表面。齒的側(cè)隙是靠齒輪制造和安裝的精度來(lái)保持。大齒輪的支撐軸與蝸桿軸做成一個(gè)軸，這種聯(lián)系方式能曾大連接的剛度和精度，更能減少功率的損耗，主要的部件: ●步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

●電液脈沖馬達(dá)

●直齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)

●蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)

●工作臺(tái)

●光柵的反饋

機(jī)床產(chǎn)品的很多單元都孕育在關(guān)鍵功能部件之中。在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中，其主要部件——蝸輪蝸桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)、閉環(huán)檢驗(yàn)測(cè)結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)部位縮緊裝置、潤(rùn)滑與密封等部位均屬于關(guān)鍵部件。

調(diào)隙結(jié)構(gòu)——雙螺距漸厚蝸桿介紹

在數(shù)控機(jī)床中，分度工作臺(tái)、分度工作臺(tái)都廣泛采用蝸桿蝸輪傳動(dòng)輪副的齒輪側(cè)隙對(duì)其分度定位精度影響最大，因此消除蝸輪副的側(cè)隙就成為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的關(guān)鍵問(wèn)題，一般在要求連續(xù)精確分度的機(jī)構(gòu)中（如齒輪加工機(jī)床數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等）或?yàn)榱吮苊鈧鲃?dòng)機(jī)構(gòu)承受脈動(dòng)載荷（如斷續(xù)銑削）而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的場(chǎng)合往往采用雙螺距漸厚蝸桿，以便調(diào)整嚙合側(cè)隙的最小限度。由文獻(xiàn)[11,13]可知。

圖2-2 雙螺距漸厚蝸桿調(diào)隙原理

雙螺距漸厚蝸桿與普通螺桿的區(qū)別：

雙螺距漸厚蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距（導(dǎo)程）；而同一側(cè)面的齒距（導(dǎo)程）則是相等的（如圖2-2所示）。雙螺距漸厚蝸桿桿副的嚙合原理與一般蝸桿副嚙合原理相同。由于蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距，即左、右兩側(cè)具有不同的模數(shù)m（m=t/π）。因而同一側(cè)面的齒距相同，故沒(méi)有破壞嚙合條件。雙螺距漸厚蝸桿傳動(dòng)的公稱模數(shù)m可看成普通蝸桿副的軸向模數(shù)，一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值，此蝸桿齒厚從頭到尾漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。因此，可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來(lái)消除蝸桿與渦輪的齒側(cè)隙。

如圖2-3為通用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的外部組成部分。

圖2-3 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的外形結(jié)構(gòu)

2.3 本章小結(jié)

主要簡(jiǎn)單介紹畢業(yè)設(shè)計(jì)題目（數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)）大體的工作原理，主要的零部件，設(shè)計(jì)背景、工作原理、設(shè)計(jì)參數(shù)也作了進(jìn)一步的說(shuō)明。

第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主要技術(shù)參數(shù)及其基本要求

3.1.1 技術(shù)參數(shù)

(1)回轉(zhuǎn)半徑：500 mm

(2)重復(fù)定位精度：0.005 mm(3)電液脈沖馬達(dá)功率：0.75kW(4)電液脈沖馬達(dá)轉(zhuǎn)速：3000 rpm(5)總傳動(dòng)比：72.5

(6)最大承載重量：100kg 3.1.2 基本要求

(1)創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能(2)分析原理和性能

(3)判別功能載荷及其意義(4)預(yù)測(cè)意外載荷

(5)創(chuàng)造有利的載荷條件

(6)提高合理的應(yīng)力分布和剛度(7)重量要適宜

(8)應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸(8)根據(jù)性能組合選擇材料

(9)零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇

(10)功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求

3.2 傳動(dòng)方案的確定

3.2.1 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。在本課題中，原動(dòng)機(jī)采用電液脈沖馬達(dá)，工作臺(tái)為T形槽工作臺(tái)，傳動(dòng)裝置由齒輪

傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成。

合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求： 1.機(jī)械的功能要求

應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求。2.工作條件的要求

例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等。3.工作性能要求

保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。4.結(jié)構(gòu)工藝性要求

如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。

3.2.2 傳動(dòng)方案及其分析

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為：電液脈沖馬達(dá)——齒輪傳動(dòng)——蝸桿傳動(dòng)——工作

該傳動(dòng)方案分析如下：

齒輪傳動(dòng)承受載能力較高，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。

1.蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)緊湊

傳動(dòng)比大在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。

(2)傳動(dòng)平穩(wěn)

蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。

(3)可以自鎖

當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，若蝸桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。

(4)效率低、制造成本較高

蝸桿傳動(dòng)是，齒面上具有較大的滑動(dòng)速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價(jià)格較貴的有色金屬制造。

由以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳

動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。

同時(shí)，對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它有兩種型式：開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

2.兩種型式各有特點(diǎn)(1)開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用點(diǎn)液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。

(2)閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵）。所測(cè)量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺(tái)分度定位精度更高。

3.3 步進(jìn)電機(jī)的原理

步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。

步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。

選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說(shuō)，最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。

選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。

選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配,還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。

3.4 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算

許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機(jī)、直流伺服交流伺服電機(jī)都可作為驅(qū)動(dòng)元件。對(duì)于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)作為執(zhí)行單元。這是因?yàn)殡娨好}沖馬達(dá)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

●直接采用數(shù)字量進(jìn)行控制;●轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止方便； ●成本低；

●無(wú)誤差積累； ●定位準(zhǔn)確；

●低頻率特性比較好； ●調(diào)速范圍較寬；

采用電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

1.電液脈沖馬達(dá)電機(jī)的選擇

按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機(jī)。

2.選擇電液脈沖馬達(dá)的額定功率

馬達(dá)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機(jī)器正常工作，或使馬達(dá)長(zhǎng)期過(guò)載、發(fā)熱大而過(guò)早損壞；額定功率過(guò)大，則馬達(dá)價(jià)格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi)。

工作所需功率為：

FVPw=wwkW

1000?wTnwPw= kW

9950?w式中T=150N·M, nw=36r/min,電機(jī)工作效率ηw=0.97，代入上式得

150×36Pw= =0.56 kW

9950×0.97

電機(jī)所需的輸出功率為：P0=

Pw?

式中 η為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。

由文獻(xiàn)[1]可知表2.4查得：

齒輪傳動(dòng)的效率為ηw=0.97；

對(duì)滾動(dòng)軸承的效率為ηw=0.99；

蝸桿傳動(dòng)的效率為ηw=0.8。

因此，η=η1·η23·η3=0.97×0.993×0.8=0.75

P0.56P0=w?=0.747 KW

?0.75一般電機(jī)的額定功率：

Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)×0.747=0.747-0.97KW

由文獻(xiàn)[1]可知，表2.1取

電機(jī)額定功率為：Pm=0.75 KW

3.4.1 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速

由文獻(xiàn)[1]可知，表2.5推薦的各種機(jī)構(gòu)傳動(dòng)范圍為，?。?齒輪傳動(dòng)比：3-5，蝸桿傳動(dòng)比：15-32，則總的傳動(dòng)范圍為：

i=i1×i2=3×15-5×32=45-160 電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍為：

N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min

為降低電機(jī)的重量和價(jià)格，由文獻(xiàn)[5]可知，表2.1中選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機(jī)，型號(hào)為Y801-2，其滿載轉(zhuǎn)速nm=3000r/min,此外，電機(jī)的安裝和外形尺寸可查表2.2。

第4章 主要零部件的設(shè)計(jì)

4.1 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)

采用直齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-1所示。

1-小齒輪；2-大齒輪

圖4-1 直齒輪傳動(dòng)

由于前述所選電機(jī)可知T=2.39N·M，傳動(dòng)比設(shè)定為i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日計(jì)，壽命為10年。

4.1.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型

根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動(dòng)的形式，由文獻(xiàn)[3]可知。

4.1.2 選擇材料

考慮到齒輪傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。

4.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。設(shè)計(jì)公式：

2KT1u?1ZHZE ??Φdu[σd]式中 T1——齒輪的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，N·M；

K——載荷系數(shù)； Φd——齒寬系數(shù)； u——傳動(dòng)比； ZH——區(qū)域系數(shù)；

ZE——材料的彈性影響系數(shù)；

[σH] ——接觸疲勞許用應(yīng)力，Mpa。1.齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩T1

d3?39.55?106?P9.55?106?0.751M T1???2.39N·N130002.載荷系數(shù)K

由文獻(xiàn)[1]可知，因載荷平穩(wěn)，取K=1.2 3.齒寬系數(shù)Φd

取Φd =1.0（由文獻(xiàn)[1]可知 表7-12)4.接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]：

[σH] =[σH2] =220Mpa(由文獻(xiàn)[1]可知 圖7.23)5.傳動(dòng)比u u=3

6.區(qū)域系數(shù)ZH ZH=2.5 7.材料的彈性影響系數(shù)ZE ZE=189.8MPa

將以上參數(shù)代入公式

2?1.2?2.39?u?1?2.5?189.8 d1??u220

d1?32.88mm

4.1.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸

1.齒數(shù)z

取Z1=22，則Z2=i×Z1=3×22=66,取Z2=66

2.模數(shù)m

d32.88m?1?=1.49mm,取標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5

Z1223.中心距a

1標(biāo)準(zhǔn)中心距 a=m(Z1+Z2)=60.5mm

24.其他主要尺寸

分度圓直徑：d1=mZ1=1.5×22=33mm

d2=mZ2=1.5×66=99mm

齒頂圓直徑：da1=d1+2m=33+2×1.5=36mm，da2=d2+2m=99+2×1.5=102mm

齒寬：b=Φd ·d1=0.6×33=19.8mm 取b2=b1+(5-10)=25-30mm 取b1=30mm

4.1.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

設(shè)計(jì)公式：

σF?KFtYFaYSa?[σF] bm

式中 K——載荷系數(shù)；

Ft——齒輪所所受的圓周力，N； YFa1——齒形系數(shù)； YSa——應(yīng)力校正系數(shù)； b——齒寬，mm； m——模數(shù)；

[σF]——彎曲疲勞許用應(yīng)力，N。

復(fù)合齒形系數(shù)Ys：

由x=0（標(biāo)準(zhǔn)齒輪）及Z1、Z2查圖6-29，由參考文獻(xiàn)[1]得 小齒輪

YFS1=4.12 大齒輪 YFS2=3.96 則

2KT1YFS12?1.2?2.39?103?4.12?f1???74.6Mpa＜[σF1] bmd19.8?1.5?331?f1YFS174.6?3.96?f1???71.70Mpa＜[σF2]

YFS14.12彎曲強(qiáng)度足夠。

4.1.6 確定齒輪傳動(dòng)精度

輪圓周速度

d1nπ3.14?72.5?970v???3.68m/s 60?1000600?1000由由文獻(xiàn)[3]可知，表6-4確定第Ⅱ公差組為8級(jí)。第Ⅰ、Ⅱ公差組也定為8級(jí)，齒厚偏差選HK

4.1.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

小齒輪

da1 =33mm 采用實(shí)心式齒輪 大齒輪

da2 =99mm 采用腹板式齒輪

4.2 蝸輪及蝸桿的選用與校核

為了將軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的方向改變，在這一傳動(dòng)的過(guò)程中采用蝸輪蝸桿的傳動(dòng)，方法如圖4-2所示。蝸輪蝸桿的傳動(dòng)部?jī)H僅能夠改變軸的旋轉(zhuǎn)方向，而且具有方向自鎖的功能。傳遞運(yùn)動(dòng)也非常的平穩(wěn)。

1-蝸輪

2-蝸桿

圖4-2 蝸輪蝸桿的傳動(dòng)

由于前述所選電機(jī)可知T=6.93N·M傳動(dòng)比設(shè)定為i=27.5，效率η=0.8工作日安排每年300工作日計(jì)，壽命為10年。

4.2.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型

根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿。由文獻(xiàn)[3]可知。

4.2.2 選擇材料

考慮到蝸桿傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。

4.2.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。

傳動(dòng)中心距：

a?3KT2(ZEZ?[?H])2

式中 [σH] ——許用接觸應(yīng)力，N；

Zρ——圓柱蝸桿傳動(dòng)的接觸系數(shù)； ZE——材料的彈性系數(shù)； K——計(jì)算系數(shù)；

T2——作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，N·M。1.在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2 按Z1=2；估取效率η=0.8 則 T2=T·η·i=153.4N·M 2.載荷系數(shù)K

因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1； 由使用系數(shù)KA表從而選,取KA=1.15；

由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)KV=1.1； 則 K=KA·Kβ·KV=1×1.15×1.1=1.265≈1.27 3.確定彈性影響系數(shù)ZE

選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。4.確定接觸系數(shù)Zρ

d先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值1=0.30，由參考文獻(xiàn)[1]

a圖8.12查出Zρ=3.12

5.確定許用應(yīng)力[σH]

根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，從由文獻(xiàn)[1]可知，表8-7可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力[σH]=268MPA。

因?yàn)殡妱?dòng)刀架中蝸輪蝸桿的傳動(dòng)為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則

[σH]= KHN[σH]=0.92×268=246.56≈247Mpa

6.計(jì)算中心距a

a≧

3160×2.7

1.27×3538.2×(247)2 =24mm 取中心距：a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑：d1=22.4mm，這時(shí)=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72＜Zρ，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。

4.3 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸

4.3.1 蝸桿

1.直徑系數(shù)

q=17.92；

2.分度圓直徑 d1=22.4mm； 3.蝸桿頭數(shù) Z1=1；

4.分度圓導(dǎo)程角 γ=3°11′38″ 5.蝸桿軸向齒距 PA==3.94mm； 6.蝸桿齒頂圓直徑 da1=d1+2ha*·m=32.2 7.蝸桿軸向齒厚

1Sa??1.97mm

2?m4.3.2 蝸輪

1.蝸輪齒數(shù) Z2 =62；

2.變位系數(shù) Χ=0；

3.驗(yàn)算傳動(dòng)比

Z62i?2??62 Z1123

4.這是傳動(dòng)比誤差為

（62-60）/60=2/60=0.033=3.3%

5.蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=1.25×62=77.5mm

6.蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2ha2=93.5 7.蝸輪喉母圓直徑

rg2=a﹣0.5 da2 =50-0.5×93.5=3.25

4.3.3 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算公式：

1.53?KT2YFa2Y??[?F] d1d2m式中 [σF] ——蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，N；

YFa2——齒形系數(shù)； Yβ——螺旋角系數(shù)； K——載荷系數(shù)；

T2——蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，N·M； m——模數(shù)；

d1——蝸桿上分度圓的直徑，mm； d2——蝸輪分度圓直徑，mm。1.當(dāng)量齒數(shù)Zν2

Z262ZV2???62 33COS3.18?COS3.18?2.齒形系數(shù)YFa2

根據(jù)Χ2=0，ZV2=62，可查得齒形系數(shù)YFa2=2.31，3.螺旋角系數(shù)Yβ

?Y??1??0.9773

140?4.許用彎曲應(yīng)力[σF] [σF]= [σH] ′KFN

[σF]=56×0.72=40.32MPa ?F?24

1.53×1.27×1704045×155×2.5

=4.29MPa

所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。[σH] ′=4.4 軸的校核與計(jì)算

4.4.1 畫出受力簡(jiǎn)圖

圖3-1 受力簡(jiǎn)圖

計(jì)算出：R1=46.6N R2=26.2N

4.4.2 畫出扭矩圖

T=η·i·T電機(jī)

=0.36×60×0.98 =21.2 N·M

圖3-2 扭矩圖

4.4.3 彎矩圖

M=72.8×180×10-3

=13.1N.圖3-3 彎矩圖

4.5 彎矩組合圖

由此可知軸的最大危險(xiǎn)截面所在。組合彎矩 M′ ?M2?﹙aT﹚4.6 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑

設(shè)計(jì)公式：

M2?(aT)2?ca??[??1]

W扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取a=0.6，由文獻(xiàn)[2]可知?？箯澖孛嫦禂?shù)W=0.1d3

根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小

4.7 齒輪上鍵的選取與校核

1.取鍵連接的類型好尺寸

因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應(yīng)用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，從而取鍵長(zhǎng)L=10mm。

2.鍵連接的強(qiáng)度

鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力[σp]= 50～60MPa，取其平均值[σp]=135MPa。

鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=10-5=5mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm，從而可得：σp=2000T/(kld)=127≤[σp]

可見(jiàn)滿足要求.此鍵的標(biāo)記為：鍵B5×10 GB/T1096—1979。由文獻(xiàn)[3]可知。

4.8 軸承的選用

滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動(dòng)軸承時(shí)，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗(yàn)算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計(jì)”問(wèn)題。

4.8.1 軸承的類型

考慮到軸各個(gè)方面的誤差會(huì)直接傳遞給加工工件時(shí)的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙。其機(jī)構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號(hào)為：30208。

4.8.2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配

軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來(lái)調(diào)整的，這樣比較方便。

4.8.3 滾動(dòng)軸承的配合

滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。

4.8.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑

考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤(rùn)滑油；載荷越大，應(yīng)選

用粘度越高的。

4.8.5 滾動(dòng)軸承的密封裝置

軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。

唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應(yīng)朝外。

4.8.6 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算

計(jì)算公式：

?16667??ftC? Lh??n??fpP?ε式中 n——軸承的轉(zhuǎn)速，r/min；

ft——溫度系數(shù)； fp——載荷系數(shù)；

ε——軸承的壽命指數(shù)；

P——軸承所受的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，N； C——軸承的基本額定動(dòng)負(fù)荷，kN。1.軸承的基本額定動(dòng)負(fù)荷C 由參考文獻(xiàn)[6]附表9-4 C=63.0kN 2.軸承所受的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P P=8877.66N 3.軸承的壽命指數(shù)ε 滾子軸承的ε=10/3 4.載荷系數(shù)fp

取fp=1.0—1.2（由文獻(xiàn)[1]可知 表11-7)5.溫度系數(shù)ft

取ft=1（由文獻(xiàn)[1]可知 表11-8)6.軸承的轉(zhuǎn)速n n=1000r/min Lh?16667?1?63???1000?1?8877.66?103?5500h

4.9 本章小結(jié)

對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要零件及傳動(dòng)系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計(jì) 選型 零件校核，按照機(jī)械設(shè)計(jì)一書進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成機(jī)械部分。

結(jié) 論

今年來(lái)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要，對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量的需求。機(jī)床制造業(yè)是一國(guó)工業(yè)的奠基石，它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是發(fā)達(dá)工業(yè)化國(guó)家，也無(wú)不高度重視。機(jī)床是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的象征，代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的則是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)。從某種意義上說(shuō)，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的水平狀況。

但由于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)價(jià)格十分昂貴，加之NC程序制作較難，使五軸系統(tǒng)難以“平民”化。所以通過(guò)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床的連用，實(shí)現(xiàn)同時(shí)的控制即能實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。這樣即可減少固定資產(chǎn)的無(wú)形磨損，又避免購(gòu)置新機(jī)的大量資金投入。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功用：

第一，使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給完成切削運(yùn)動(dòng)；第二，使工作臺(tái)進(jìn)行分度工作。它按照系統(tǒng)的命令，在需要時(shí)完成工作。

致 謝

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)之所以能夠按時(shí)按要求順利完成，其中有老師和同學(xué)給予了莫大的支持和鼓勵(lì)。

首先是蘆老師，是他為我們畢業(yè)設(shè)計(jì)提供里大量的技術(shù)幫助，為我們安排設(shè)計(jì)進(jìn)程，提供設(shè)計(jì)資料，并在課余時(shí)間為我們分析和講解設(shè)計(jì)要點(diǎn)，使我更有信心和動(dòng)力。

其次要感謝我的同學(xué)，他們很熱心和無(wú)私，他們?cè)谖倚枰獛椭畷r(shí)伸出了援助之手，有了他們的關(guān)心和支持，畢業(yè)設(shè)計(jì)雖苦但感覺(jué)很快樂(lè)。

最后感謝我的知道老師們，他們?yōu)槲姨峁┝诉@次機(jī)會(huì)，沒(méi)有他的指導(dǎo)，我也許不做畢業(yè)設(shè)計(jì)，就不會(huì)學(xué)到這么多的知識(shí)。

在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意。

總之沒(méi)有他們，就沒(méi)這么完整和全面的畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以要再次對(duì)他們說(shuō)一次——謝謝你們！

參考文獻(xiàn) 門艷忠.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社 ,2010 8.2 何銘新，錢可強(qiáng).機(jī)械制圖[M].第五版.北京：高等教育出版社，2004 1.3 劉鴻文.材料力學(xué)[M].第四版.北京：高等教育出版社，2004:180-181.4 左鍵民.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 1.5 全國(guó)數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心.數(shù)控編程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1997.6 戴曙等.金屬切削機(jī)床[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1995.7 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.8 機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.9 大連組合機(jī)床所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.10上海紡織工學(xué)院等.金屬切削機(jī)床圖冊(cè).上?？萍汲霭嫔?11 崔旭芳，周英.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理和設(shè)計(jì)[J].磚瓦，2008（6）：51-52 12 孫德州.采用雙楔環(huán)—鋼球定位的新型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化技術(shù),2005（4）：22-23.伍利群.齒輪傳動(dòng)間隙的消除辦法[J]，機(jī)床與液壓，2005（5）：596-599.14 MAKEOMN PA,LOXHAMJ.Some aspects of the design of high precision measuring measuring machines [J]Annal of the CIRP，1973,22（1）139-141.15 Donald H，Baker MP，computer Graphics[M]2nded Upper Saddled River:Prentice Hall,1997(3)10-11.16 ABELE E,ALTNTAS Y,BRECHER C.Machine tool spindle units[J]CIRP Annals –Manufacturing Technology，2010,59（2）：7881-802.32

第三篇：怎么使用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)_數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)操作方法

怎么使用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)_操作方法

內(nèi)容來(lái)源網(wǎng)絡(luò)，由“深圳機(jī)械展（11萬(wàn)㎡，1100多家展商，超10萬(wàn)觀眾）”收集整理！更多cnc加工中心、車銑磨鉆床、線切割、數(shù)控刀具工具、工業(yè)機(jī)器人、非標(biāo)自動(dòng)化、數(shù)字化無(wú)人工廠、精密測(cè)量、3D打印、激光切割、鈑金沖壓折彎、精密零件加工等展示，就在深圳機(jī)械展.回轉(zhuǎn)工作臺(tái):帶有可轉(zhuǎn)動(dòng)的臺(tái)面、用以裝夾工件并實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和分度定位的機(jī)床附件，簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)臺(tái)或第四軸。轉(zhuǎn)臺(tái)按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)兩類。

1、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可正反轉(zhuǎn)、正反運(yùn)行。

2、可立臥兩用，承載重量大。

3、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可制作等分加工（等分：2、3、4、6、8、10......）

4、與自動(dòng)化設(shè)備配套使用，形成自動(dòng)加工、生產(chǎn)、裝配、鉆孔攻牙、組裝。

5、采用日本東風(fēng)減速電機(jī)，耐溫型號(hào)，高溫時(shí)同樣可以保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)

6、機(jī)芯機(jī)構(gòu)采用馬耳它十字機(jī)芯原理

7、機(jī)芯采用一組減速齒輪，兩組減速機(jī)，增加了穩(wěn)定性。

8、插銷鎖緊裝置，旋轉(zhuǎn)一個(gè)工位時(shí)自動(dòng)鎖緊，無(wú)移位，無(wú)間隙。

9、精度高，水平精度及旋轉(zhuǎn)精度(0.02mm)，運(yùn)行平穩(wěn)、順暢，無(wú)抖動(dòng)沖過(guò)頭現(xiàn)像。

10、氣壓、油壓、信號(hào)或電氣信號(hào)配合（電磁閥、PLC）控制回路，整套即可使用。精度正負(fù) 15 秒，（0.02 高速的精度）不會(huì)有誤差生成。

11、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度盤運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，分度盤面依照工藝需求分割等份旋轉(zhuǎn)，盤面無(wú)升降起

伏變化。

12、反應(yīng)速度快，可與攻牙機(jī)、鉆床、鉚釘機(jī)、超聲波、燙金、絲印、移印、CNC 數(shù)控加工或其它 工作機(jī)配合，形成自動(dòng)生產(chǎn)、加工、組裝。

13、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作位調(diào)整簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)等份有 4、6、8、12、24、48 等，特殊分割可另行制造 分度 盤旋轉(zhuǎn)盤面可根據(jù)工藝需要在 360°范圍內(nèi)，順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛞来无D(zhuǎn)動(dòng)。

14、負(fù)載后慣性大時(shí)，亦無(wú)移位之現(xiàn)象。

內(nèi)容來(lái)源網(wǎng)絡(luò)，由“深圳機(jī)械展（11萬(wàn)㎡，1100多家展商，超10萬(wàn)觀眾）”收集整理！更多cnc加工中心、車銑磨鉆床、線切割、數(shù)控刀具工具、工業(yè)機(jī)器人、非標(biāo)自動(dòng)化、數(shù)字化無(wú)人工廠、精密測(cè)量、3D打印、激光切割、鈑金沖壓折彎、精密零件加工等展示，就在深圳機(jī)械展.

第四篇：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、加工中心等數(shù)控機(jī)床不可缺少的重要附件(或部件)。它的作用是按照控制裝置的信號(hào)或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以使數(shù)控機(jī)床能完成指定的加工工序。常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

一、分度工作臺(tái)

分度工作臺(tái)的功能是完成回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動(dòng)，即在需要分度時(shí)，將工作臺(tái)及其工件回轉(zhuǎn)一定角度。其作用是在加工中自動(dòng)完成工件的轉(zhuǎn)位換面，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝完成幾個(gè)面的加工。由于結(jié)構(gòu)上的原因，通常分度工作臺(tái)的分度運(yùn)動(dòng)只限于某些規(guī)定的角度；不能實(shí)現(xiàn)

范圍內(nèi)任意角度的分度。

為了保證加工精度，分度工作臺(tái)的定位精度(定心和分度)要求很高。實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位的機(jī)構(gòu)很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門定位元件來(lái)保證。按照采用的定位元件不同，有定位銷式分度工作臺(tái)和鼠齒盤式分度工作臺(tái)。1 ．定位銷式分度工作臺(tái)

定位銷式分度工作臺(tái)采用定位銷和定位孔作為定位元件，定位精度取決于定位銷和定位孔的精度(位置精度、配合間隙等)，最高可達(dá) ±5′′。因此，定位銷和定位孔襯套的制造和裝配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。圖 5-31 是自動(dòng)換刀數(shù)控臥式鏜銑床的定位銷式分度工作臺(tái)。該分度工作臺(tái)置于長(zhǎng)方形工作臺(tái)中間，在不單獨(dú)使用分度工作臺(tái)時(shí)，兩者可以作為一個(gè)整體使用。

圖5-31 定位銷式分度工作臺(tái)結(jié)構(gòu) 1 —擋塊； 2 —工作臺(tái)； 3 —錐套； 4 —螺釘； 5 —支座； 6 —油缸； 7 —定位襯套； —定位銷； 9 —鎖緊油缸； 10 —大齒輪； 11 —長(zhǎng)方形工作臺(tái)； 12 —上底座； —止推軸承； 14 —滾針軸承； 15 —進(jìn)油管道； 16 —中央油缸； 17 —活塞； —螺栓； 19 —雙列圓柱滾子軸承； 20 —下底座； 21 —彈簧； 22 —活塞拉桿

工作臺(tái) 2 的底部 均勻分布著 八個(gè)(削邊圓柱)定位銷 8，在工作臺(tái)下底座 12 上有一個(gè)定位襯套 7 以及環(huán)形槽。定位時(shí)只有一個(gè)定位銷插入定位襯套的孔中，其余七個(gè)則進(jìn)人環(huán)形槽中，因?yàn)槎ㄎ讳N之間的分布角度為 45 °，故只能實(shí)現(xiàn) 45 ° 等分的分度運(yùn)動(dòng)。

定位銷式分度工作臺(tái)作分度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其工作過(guò)程分為三個(gè)步驟：(1)松開(kāi)鎖緊機(jī)構(gòu) 并拔出定位銷

當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出指令時(shí)，下底座 20 上的六個(gè)均布鎖緊油缸 9(圖中只示出 一個(gè))卸荷?；钊瓧U 22 在彈簧 21 的作用下上升 15mm，使工作臺(tái) 2 處于松開(kāi)狀態(tài)。同時(shí)，間隙消除油缸 6 也卸荷，中央油缸 16 從管道 15 進(jìn)壓力油，使活塞 17 上升，并通過(guò)螺栓 18、支座 5 把止推軸承 13 向上抬起，頂在上底座 12 上，再通過(guò)螺釘 4、錐套 3 使工作臺(tái) 2 抬起 15mm，圓柱銷從定位襯套 7 中拔出。(2)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度

當(dāng)工作臺(tái)抬起之后發(fā)出信號(hào)使油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速齒輪(圖中未示出)，帶動(dòng)與工作臺(tái) 2 底部聯(lián)接的大齒輪 10 回轉(zhuǎn)，進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。在大齒輪 10 上以 45 ° 的間隔均布 八個(gè)擋塊 1，分度時(shí)，工作臺(tái)先快速回轉(zhuǎn)。當(dāng)定位 銷即將 進(jìn)入規(guī)定位置時(shí)，擋塊碰撞 第一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)使工作臺(tái)降速，當(dāng)擋塊 碰撞第二個(gè)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，工作臺(tái) 2 停止回轉(zhuǎn)，此時(shí)，相應(yīng)的定位銷 8 正好對(duì)準(zhǔn)定位襯套 7。

(3)工作臺(tái)下降并鎖緊

分度完畢后，發(fā)出信號(hào)使中央油缸 16 卸荷，工作臺(tái) 2 靠自重下降，定位銷 8 插入定位襯套 7 中，在鎖緊工作臺(tái)之前，消除間隙的油缸 6 通壓力油，活塞頂向工作臺(tái) 2，消除徑向間隙。然后使鎖緊油缸 9 的上 腔通壓力油，活塞拉桿 22 下降，通過(guò)拉桿將工作臺(tái)鎖緊。

工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸支承在加長(zhǎng)型雙列圓柱滾子軸承 19 和滾針軸承 14 中，軸承 19 的內(nèi)孔帶有 1 ： 12 的錐度，用來(lái)調(diào)整徑向間隙。另外，它的內(nèi)環(huán)可以帶著滾柱在加長(zhǎng)的外環(huán)內(nèi)作 15mm 的軸向移動(dòng)。當(dāng)工作臺(tái)抬起時(shí)，支座 5 的一部分 推力由止推 軸承 13 承受，這將有效地減小分度工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩，使工作臺(tái) 2 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。2 ．鼠齒盤式分度工作臺(tái) 鼠齒盤式分度工作臺(tái)采用 鼠齒盤作為 定位元件。這種工作臺(tái)有以下特點(diǎn)：(1)定位精度高，分度精度可達(dá) ±2''，最高可達(dá) ±0 ． 4''。(2)由于采用多齒重復(fù)定位，因而重復(fù)定位精度穩(wěn)定。

(3)因?yàn)槎帻X嚙合，一般齒面嚙合長(zhǎng)度不少于 60 ％，齒數(shù)嚙合率不少于 90 ％，所以定位剛度好，能承受很大外載。

(4)最小分度為 360 ° ／ Z(Z 為 鼠齒盤的 齒數(shù))，因而分度數(shù)目多，適用于多工位分度。

(5)磨損小，且 因?yàn)辇X盤嚙合、脫開(kāi)相當(dāng)于兩 齒盤對(duì)研 過(guò)程，所以，隨著使用時(shí)間的延續(xù)，其定位精度不斷提高，使用壽命長(zhǎng)。(6)鼠齒盤的 制造比較困難。

圖5-32 為鼠齒盤及其齒形結(jié)構(gòu)

圖5 — 33 為鼠齒盤式分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)，主要由一對(duì)分度 鼠齒盤 13、14，升夾油缸 12，活塞 8，液壓馬達(dá)，蝸輪副 3、4，減速齒輪副 5、6 等組成。其工作過(guò)程如下：

(1)工作臺(tái)抬起，齒盤脫離嚙合

當(dāng)需要分度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出分度指令，壓力油進(jìn)入分度工作臺(tái) 9 中央 的升夾油缸 12 的下腔，活塞 8 向上移動(dòng)，通過(guò)止推軸承 10 和 11 帶動(dòng)工作臺(tái) 9 向上抬起，使上、下齒盤 13、14 脫離嚙合，完成分度的準(zhǔn)備工作。(2)回轉(zhuǎn)分度

當(dāng)工作臺(tái) 9 抬起后，通過(guò)推動(dòng)桿和微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸輪 4 和齒輪副 5、6 帶動(dòng)工作臺(tái) 9 進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)分度回轉(zhuǎn)角度由指令給出，共有八個(gè)等分，即為 45 ° 的整倍數(shù)。當(dāng)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)角度接近所要分度的角度時(shí)，減速擋塊使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出減速信號(hào)使液壓馬達(dá)低速回轉(zhuǎn)，為齒盤準(zhǔn)確定位創(chuàng)造條件；當(dāng)達(dá)到要求的角度時(shí)，準(zhǔn)停擋塊壓合微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，使液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)便完成回轉(zhuǎn)分度工作。(3)工作臺(tái)下降，完成定位夾緊 液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，壓力油 進(jìn)入升夾油缸 12 的上腔，推動(dòng)活塞 8 帶動(dòng)工作臺(tái)下降，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)種圓弧或與直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工曲面，又能作為分度 頭完成 工件的轉(zhuǎn)位換面。

由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功能要求連續(xù)回轉(zhuǎn) 進(jìn)給并與其 他坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，因此采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和定位，其定位精度由控制系統(tǒng)決定。根據(jù)控制方式，有開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

二、開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 采用電液脈沖 馬達(dá)或功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，圖 5-34 是開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)。

圖5-34 開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu) 1 —偏心環(huán)； 2、6 —齒輪； 3 —步進(jìn)電機(jī)； 4 —蝸桿； 5 —橡膠套； 7 —調(diào)整環(huán) ；、10 —微動(dòng)開(kāi)頭； 9、11 —擋塊 ； 12 —雙列短圓柱滾子軸承； 13 —滾珠軸承； —油缸； 15 —蝸輪； 16 —柱塞； 17 —鋼球； 18、19 —夾緊瓦； 20 —彈簧； —底座； 22 —圓錐滾子軸承； 23 —調(diào)整套； 24 —支座 工作臺(tái)由功率步進(jìn)電機(jī) 3 驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪副 2、6，蝸輪副 4、15，帶動(dòng)其作回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度運(yùn)動(dòng)。由于是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數(shù)來(lái)決定轉(zhuǎn)位角度，因此，對(duì)開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)精度要求高，傳動(dòng)間隙應(yīng)尺量小。為此，在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上采用了消除間隙的措施。步進(jìn)電機(jī) 3 由 偏心環(huán) 1 與底座連接，通過(guò)調(diào)整 偏心環(huán) 消除齒輪 2 和齒輪 6 的嚙合間隙。蝸桿 4 為雙導(dǎo)程(變齒厚)蝸桿，可以用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來(lái)消除蝸桿 4 和蝸輪 15 的嚙合間隙。調(diào)整時(shí)，只要將調(diào)整環(huán) 7 的厚度改變，便可使蝸桿 4 沿軸向移動(dòng)。

為了消除累積誤差，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)。當(dāng)它 作返零控制 時(shí)，先 由擋塊 11 壓合微動(dòng)開(kāi)關(guān) 10，發(fā)出從快速回轉(zhuǎn)變?yōu)槁倩剞D(zhuǎn)信號(hào)，工作臺(tái)慢速回轉(zhuǎn)，再 由擋塊 9 壓合微動(dòng)開(kāi)關(guān) 8 進(jìn)行第二欠減速，然后由無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)發(fā)出從慢速回轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)動(dòng)步進(jìn)信號(hào)，最后由步進(jìn)電機(jī)停在某一固定通電相位上，從而使工作臺(tái)準(zhǔn)確地停在零點(diǎn)位置上。

當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用于分度時(shí)，分度回轉(zhuǎn)結(jié)束后，要把工作臺(tái)夾緊。在蝸輪 15 下部的內(nèi)、外兩面裝有夾緊瓦 18 和 19，底座 21 上固定的支座 24 內(nèi)均布有 6 個(gè)油缸 14。油缸 14 上 腔進(jìn)壓力油，柱塞 16 下移，并通過(guò)鋼球 17 推動(dòng)夾緊瓦 18 和 19，將蝸輪夾緊，從而將工作臺(tái)夾緊。不需要夾緊時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使油缸 14 上腔油液流 回油箱，在彈簧 20 的作用下把鋼球 17 抬起，于是夾緊瓦 18 和 19 松開(kāi)蝸輪 15，這時(shí)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度。

該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的圓形導(dǎo)軌采用大型滾珠軸承 13，使回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活，雙列短圓柱滾子軸承 12 及圓錐滾子軸承 22 保證回轉(zhuǎn)精度和定心精度。調(diào)整軸承 12 的預(yù)緊力，可以消除回轉(zhuǎn)軸的徑向間隙，調(diào)整軸承 22 的調(diào)整套 23 的厚度，可以使大型滾珠軸承有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，保證導(dǎo)軌有一定的接觸剛度。

三、閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)與開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)基本相同，區(qū)別在于閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有轉(zhuǎn)動(dòng)角度測(cè)量元件(圓光柵、圓感應(yīng)同步器、脈沖編碼器等)。測(cè)量的結(jié)果反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)控制原理進(jìn)行工作，使工作臺(tái)定位精度更高。

圖 5-35 為閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，該工作臺(tái)采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)兩對(duì)齒輪副和一對(duì) 蝸輪副 傳動(dòng)工作臺(tái)。采用雙片齒輪 22 消除齒輪嚙合間隙，蝸桿為雙導(dǎo)程蝸桿，伺服電機(jī)帶有每轉(zhuǎn) 1000 個(gè)脈沖信號(hào)的編碼器作為角度測(cè)量反饋元件。分度精度 25''，重復(fù)精度 4''。

工作臺(tái)導(dǎo)軌為環(huán)形平面導(dǎo)軌，工作臺(tái)與導(dǎo)軌面間粘貼有聚四氟乙烯導(dǎo)軌板 5，具有較好的摩擦特性。

夾緊工作臺(tái)時(shí)，按控制信號(hào)要求，壓縮空氣從氣通管接頭 20 通過(guò)氣液轉(zhuǎn)換裝置 11 內(nèi)的電磁換向閥進(jìn)入氣缸右腔，使氣缸里的活塞桿 13 向左移動(dòng)，油腔 14 內(nèi)的壓力 油逐漸 增壓。這時(shí)，油缸活塞 1 壓縮彈簧 3 并帶動(dòng)拉桿 4 向下移動(dòng)，將工作臺(tái)壓緊在底座上，同時(shí)又移動(dòng)觸頭 10，壓合剎緊信號(hào) 開(kāi)關(guān) 8，發(fā)出夾緊信號(hào)。松開(kāi)工作臺(tái)時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸左腔，使活塞桿 13 向右移動(dòng)，油腔 14 內(nèi)的壓力油減壓，直至工作臺(tái)松開(kāi)，同時(shí)觸頭 10 壓合松開(kāi)信號(hào)開(kāi)關(guān) 12，發(fā)出信號(hào)，伺服電機(jī) 17 可開(kāi)始驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度。

圖5-35 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu) —油缸活塞； 2 —儲(chǔ)油腔； 3 —彈簧； 4 —拉桿； 5 —氟化乙烯導(dǎo)軌板； 6 —工作臺(tái)； 7 —主軸； —?jiǎng)x緊 信號(hào)開(kāi)關(guān)； 9 —手搖脈沖發(fā)生器； 10 —?jiǎng)x緊、松開(kāi)觸頭； 11 —?dú)庖?轉(zhuǎn)換裝置； —松開(kāi)信號(hào)開(kāi)關(guān)； 13 —?dú)飧谆钊麠U； 14 —油腔； 15 —?dú)飧追ㄌm盤； 16 — 儲(chǔ)油管 油腔； 17 —伺服電機(jī)； 18 —伺服電機(jī)法蘭盤； 19 —齒輪； 20 —?dú)馔?管接頭； 21 —緊固螺釘； 22 —雙片齒輪； 23 —雙導(dǎo)程蝸桿； 24 —定位鍵； 25 —螺紋套； 26 —調(diào)整螺母

四、雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)

雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)具有改變嚙合側(cè)隙的特點(diǎn)，能夠始終保持正確的嚙合關(guān)系；并且結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，因而在要求連續(xù)精確分度的結(jié)構(gòu)中被采用，以便調(diào)整嚙合側(cè)隙到最小程度。

雙導(dǎo)程蝸桿副嚙合原理與一般的蝸桿副嚙合原理相同，蝸桿的軸向截面仍相當(dāng)于基本齒條，蝸輪則相當(dāng)于同它嚙合的齒輪。雙導(dǎo)程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距(導(dǎo)程)或者說(shuō)齒的左、右兩側(cè)面具有不同的模數(shù) m(m=t ／ π)，但同一側(cè)齒距則是相等的，因此，該蝸桿的齒厚從一端到另一端均勻地逐漸增厚或減薄，故又稱變齒厚蝸桿，可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來(lái)消除或調(diào)整嚙合間隙。因?yàn)橥粋?cè)面齒距相同，沒(méi)有破壞嚙合條件，所以當(dāng)軸向移動(dòng)蝸桿后，也能保證良好的嚙合。

雙導(dǎo)程蝸桿的齒形如圖 5-36 所示，圖中，、分別為蝸桿左、右側(cè)面軸向齒距； 為公稱軸向齒矩；、分別為蝸桿左、右側(cè)面齒形角； S 為齒厚； C 為齒槽寬。下面介紹雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)的特殊參數(shù)的選擇。

圖5-36 雙導(dǎo)程蝸桿齒形 1 ．公稱模數(shù)

雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)的公稱模數(shù) m 可看成普通蝸桿副的軸向模數(shù)，用強(qiáng)度計(jì)算方法求得，并選取標(biāo)準(zhǔn)值，它一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值。當(dāng)公稱模數(shù)確定后，公稱齒距也隨之而確定。從圖 5-36 可知

(5-9)．齒厚增量系數(shù)

齒厚增量系數(shù)(5-10)值與 m 值一樣，是確定其他參數(shù)的原始數(shù)據(jù)，因而在設(shè)計(jì)中首先要確定 值時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：

(1)為了補(bǔ)償一定的側(cè)隙，蝸桿軸向移動(dòng)長(zhǎng)度與 值大，可使蝸桿軸向尺寸緊湊；但 值過(guò)小，則會(huì)增大傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸向尺寸。(2)向蝸桿的齒根方向偏移，而小模數(shù)齒面節(jié)點(diǎn)

向蝸桿的齒頂方向偏移，節(jié)點(diǎn)偏移量 與(5-11)式中，為蝸輪齒數(shù)。

圖5-37 嚙合關(guān)系圖 為了保證嚙合質(zhì)量，高，即

點(diǎn)不應(yīng)超出蝸輪的齒頂高，點(diǎn)不應(yīng)超出蝸桿的齒頂(5-12)

式中，為齒頂高系數(shù)。

因此，根據(jù)式(5-11)和式(5-12)得

(5-13)．齒厚調(diào)整量

齒厚調(diào)整量 ΔS 是為了補(bǔ)償制造誤差和蝸輪的最大允許磨損量所形成的側(cè)隙而選取的。一般推薦 ΔS=0.3~ 0.5mm。對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，ΔS 值應(yīng)偏小。當(dāng)傳遞動(dòng)力時(shí)，ΔS 也可選為 π mk。4 ．模數(shù)差與節(jié)距差 模數(shù)差 Δm 值為左、右齒面模數(shù) 知 m 和 值時(shí)，有

與公稱模數(shù) m 之差的絕對(duì)值。當(dāng)已(5-14)

因而

(5-15)

(5-16)同樣，節(jié)距差 Δt 值、左面和右面齒距分別為

(5-17)

設(shè)計(jì)雙導(dǎo)程蝸桿時(shí)，還要對(duì)齒槽變窄、齒頂變尖、蝸輪根切進(jìn)行驗(yàn)算。雙導(dǎo)程蝸桿的優(yōu)點(diǎn)是：嚙合間隙可調(diào)整得很小，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，側(cè)隙調(diào)整可以小至 0.01~ 0.015mm，而普通蝸輪副一般只能達(dá) 0.03 ～ 0.08mm，因此，雙導(dǎo)程蝸桿副能在較小的側(cè)隙下工作，這對(duì)提高數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度精度非常有利。由于普通蝸桿是用蝸桿沿蝸輪徑向移動(dòng)來(lái)調(diào)整嚙合側(cè)隙，因而改變了傳動(dòng)副的中心距(中心距的改變會(huì)引起齒面接觸情況變差，甚至加劇磨損，不利于保持蝸輪副的精度)；而雙導(dǎo)程蝸桿是用蝸桿軸向移動(dòng)來(lái)調(diào)整嚙合側(cè)隙，不會(huì)改變傳動(dòng)副的中心距，可避免上述缺點(diǎn)。雙導(dǎo)程蝸桿是用修磨調(diào)整環(huán)來(lái)控制調(diào)整量，調(diào)整準(zhǔn)確，方便可靠；而普通蝸輪副的徑向調(diào)整量較難掌握，調(diào)整時(shí)也容易產(chǎn)生蝸桿軸線歪斜。

雙導(dǎo)程蝸桿的缺點(diǎn)是：蝸桿加工比較麻煩，在車削和磨削蝸桿左、右齒面時(shí)，螺紋傳動(dòng)鏈要選配不同的兩套掛輪，而這兩種蝸距往往是煩瑣的小數(shù)，對(duì)于精確配算掛輪很費(fèi)時(shí)；同樣，在制造加工蝸輪的滾刀時(shí)，應(yīng)根據(jù)雙導(dǎo)程蝸桿的參數(shù)設(shè)計(jì)制造，通用性差。

第五篇：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中 文 摘 要

摘要

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題主要介紹了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這種回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和精確分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它主要由原動(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等幾部分組成，是一種很實(shí)用的加工工具。它常被用于臥式鏜床和加工中心上，它可提高加工效率，完成更多的工藝。通過(guò)本次對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們不僅能夠設(shè)計(jì)出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，而且能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟。本課題的主要內(nèi)容包括：確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案；驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算及其它相關(guān)計(jì)算；機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與校核；通過(guò)AUTOCAD繪制裝配圖和零件圖。

數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給是由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成的，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X軸、Y軸、Z軸三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出球面、圓弧曲面等復(fù)雜曲面。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，從而擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床的加工范圍。隨著數(shù)控技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的發(fā)展已成為歷史的必然。關(guān)鍵字：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái),齒輪傳動(dòng),蝸桿傳動(dòng),數(shù)控技術(shù)

-I

A b s t r a c t

-III

目錄

3.4.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型...................................................................15 3.4.2 選擇材料..................................................................................15 3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核.................................................16 3.4.4 蝸桿與蝸輪的主要尺寸與參數(shù)………………………………… 18 3.5 軸承的選用....................................................................................................17 3.5.1軸承壽命的驗(yàn)算…………………………………………………… 19 3.5.2軸承游隙調(diào)整……………………………………………………..19

3.5.3 滾動(dòng)軸承的配合………………………………………………………

3.5.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑………………………………………………………

3.5.5 滾動(dòng)軸承的密封裝置…………………………………………………

3.6 軸的校核與計(jì)算…………………………………………………………..22 3.6.1 軸一的校核與計(jì)算………………………………………………..22 3.6.2 軸二的校核與計(jì)算………………………………………………..25 3.7 夾緊機(jī)構(gòu)的校核與計(jì)算…………………………………………………….3.8 齒輪上鍵的選擇與計(jì)算…………………………………………………..第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)............................................................................27 4.1 CPU板............................................................................................................27 4.1.1 CPU的選擇...............................................................................27 4.1.2 CPU接口設(shè)計(jì)...........................................................................28 4.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和人機(jī)界面....................................................................................28 結(jié)論...........................................................................................................29 參考文獻(xiàn)...................................................................................................30 致謝及聲明...................................................................................................31

-V

第一章

引

言

第一章 引 言

1.1 本課題的背景和意義

2010年在北京舉辦的第11屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合機(jī)床等裝備在制造業(yè)內(nèi)已呈現(xiàn)出量大面廣的態(tài)勢(shì)，這類工作母機(jī)在各類制造業(yè)已經(jīng)得到廣泛普及，清晰地表達(dá)出了時(shí)代特征和發(fā)展潮流。機(jī)床運(yùn)動(dòng)不管是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，還是運(yùn)動(dòng)疊加的串聯(lián)機(jī)床，對(duì)大多數(shù)金屬加工機(jī)床來(lái)說(shuō)，數(shù)控進(jìn)給復(fù)合運(yùn)動(dòng)的加工，都是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了應(yīng)對(duì)日益增多的復(fù)雜零件加工、提高加工的精度和效率，多軸機(jī)床和復(fù)合機(jī)床需要進(jìn)一步的創(chuàng)新發(fā)展。因此，在現(xiàn)代加工中心的開(kāi)發(fā)中，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)與制造便成為了研制機(jī)床部件的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，同時(shí)起著承載工作重量、夾持工件的功能，因此要非常重視其創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

但是，在中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也出現(xiàn)了很多的問(wèn)題，情況并不容樂(lè)觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)還集中于勞動(dòng)力密集型得產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家；生產(chǎn)要素的決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源的破壞力大；企業(yè)的總體規(guī)模還偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力比較薄弱、管理水品也相對(duì)比較落后等。

從什么角度剖析中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r？用什么方式評(píng)價(jià)中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度？如何定位中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向和前景？中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)熱點(diǎn)問(wèn)題關(guān)聯(lián)度如何？此類問(wèn)題，都是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中必須面對(duì)和解決的。中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了岔口：中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)生產(chǎn)企業(yè)急需選擇發(fā)展的方向。

中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告闡述了世界數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國(guó)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和差距，開(kāi)創(chuàng)性的提出了“新型的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)”及其替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎(chǔ)上，從而從四個(gè)方面即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好”和“面向未來(lái)”準(zhǔn)確界定了“新型的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)”及其替代產(chǎn)品的內(nèi)涵。根據(jù)“新型的數(shù)控回轉(zhuǎn)工

第一章

引

言

1.3 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與特點(diǎn)

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的使用，為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)第四軸、第五軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)完成等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，加工出復(fù)雜的曲面，使機(jī)床原有的加工范圍得以擴(kuò)大。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)未來(lái)的發(fā)展方向是：在規(guī)格上向兩頭延伸，也就是開(kāi)發(fā)小規(guī)格與大規(guī)格的轉(zhuǎn)臺(tái)以及相關(guān)的制造技術(shù)；在其性能方面將進(jìn)一步提高剎緊力矩、提高主軸轉(zhuǎn)速，向可靠性的方面發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)完成，被稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X軸、Y軸、Z軸三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，以加工出球、圓弧曲線等復(fù)雜曲面?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，使數(shù)控機(jī)床的加工范圍得以擴(kuò)大。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床與銑床，其外形和通用工作臺(tái)相似，不過(guò)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)給的軸聯(lián)動(dòng)。為自動(dòng)換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是以給定的程序指令進(jìn)行控制的。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展方向是：在規(guī)格上向兩頭延伸，也就是開(kāi)發(fā)小型轉(zhuǎn)臺(tái)和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；在性能上將研制以青銅為材料的蝸輪，大幅度的提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。機(jī)床工具行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)整體水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機(jī)床的數(shù)控化和產(chǎn)品的升級(jí)換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變的這一社會(huì)需求，由于我國(guó)機(jī)床附件廠資金緊張的原因，造成技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造的力度不大，致使附件水平的發(fā)展嚴(yán)重滯后，從而成為制約民族機(jī)床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國(guó)產(chǎn)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽(yù)、精度穩(wěn)定性等方面與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比都存在一定的差距，但在產(chǎn)品的價(jià)格、交貨期和售后服務(wù)上占有比較大的優(yōu)勢(shì)。另外，近幾年臺(tái)灣地區(qū)的數(shù)控附件產(chǎn)品明顯加大了對(duì)大陸市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)力度，使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)日趨激烈。在今后幾年中，我國(guó)機(jī)床附件廠要發(fā)展中檔次品種，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能水平與可靠性的同時(shí)，也要跟蹤學(xué)習(xí)西方發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，并在產(chǎn)品創(chuàng)新下功夫；總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合，走專業(yè)化生產(chǎn)的路子，面向市場(chǎng)，積極參與競(jìng)爭(zhēng)以滿足主機(jī)發(fā)展的需要。

第二章

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用

漸增厚。但因?yàn)橥粋?cè)的螺距是相同的所以仍然可以保持正常的嚙合。當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)必須處于鎖緊狀態(tài)。為此在蝸輪底部的輻射方向上有4對(duì)夾緊瓦并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時(shí)活塞便壓向鋼球撐開(kāi)夾緊瓦從而夾緊蝸輪。在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，需先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下鋼球抬起夾緊瓦將蝸輪松開(kāi)。轉(zhuǎn)臺(tái)的導(dǎo)軌面是由大型的滾柱軸承支承并由深溝球軸承、雙列推力球軸承及雙列圓柱滾子軸承保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動(dòng)精度因此必須采用高精度的蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中可以在實(shí)際測(cè)量工作臺(tái)的靜態(tài)定位誤差之后確定需要補(bǔ)償角度的位置以及補(bǔ)償值，將其記憶在補(bǔ)償回路中由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺(tái)精確到位信號(hào)反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回零運(yùn)動(dòng)時(shí)先用擋鐵壓下限位開(kāi)關(guān)使工作臺(tái)降速然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號(hào)使工作臺(tái)精確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度也可以作連續(xù)的回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

2.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

本課題的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

1）分析轉(zhuǎn)臺(tái)的原理和性能；

2）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能； 3）預(yù)測(cè)機(jī)床意外載荷； 4）判別功能載荷和意義；

5）提高合理應(yīng)力分布以及剛度； 6）創(chuàng)造有利載荷條件；

7）應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸； 8）重量要合理；

9）零件與整體零件之間精度適宜； 10）根據(jù)性能組合選擇材料； 11）功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝； 12）降低制造成本。

第三章

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

第三章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)方案的選擇

3.1.1 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求

此次設(shè)計(jì)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置是在原動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地分度運(yùn)動(dòng)。合理的傳動(dòng)方案應(yīng)滿足以下要求：

（1）機(jī)械功能的要求：應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率和運(yùn)動(dòng)形式的要求；（2）工作條件的要求：滿足工作環(huán)境和工作制度要求；（3）工作性能要求：應(yīng)該保證該轉(zhuǎn)臺(tái)工作可靠、傳動(dòng)效率高；

（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求：要滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)性合理等要求。

3.1.2 傳動(dòng)方案及其分析

如圖3-1的傳動(dòng)方案所示，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案：一級(jí)傳動(dòng)為齒輪減速傳動(dòng)，二級(jí)傳動(dòng)為蝸輪蝸桿傳動(dòng)。

圖3-1 傳動(dòng)方案

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案路線為：交流伺服電機(jī)—齒輪減速傳動(dòng)—蝸桿傳動(dòng)—數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

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數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因此，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，與伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，因此稱為閉環(huán)，這樣一來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又回收了多少脈沖，如此，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，可以實(shí)現(xiàn)精確定位。直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便，產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。它一般用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)以及民用場(chǎng)合。

無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)無(wú)需維護(hù)，效率高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射小，壽命長(zhǎng)，適用于各種環(huán)境。

2.交流伺服電機(jī)是無(wú)刷電機(jī)，可以分為同步與異步電機(jī)，目前的運(yùn)動(dòng)控制中一般都采用同步電機(jī)，它的功率范圍很大，可以得到很大的功率。慣量大，最高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，并且隨著功率的增大而快速的降低。因此，適合于做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。

3.伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成了電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，從而，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度由編碼器的精度決定。

3.2.2 伺服電機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算

伺服電機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要中求的功率。如果額定功率小于工作中的要求，則不能保證工作機(jī)器正常工作，或是電機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載、發(fā)熱大而過(guò)早損壞；假如額定功率過(guò)大，則電機(jī)價(jià)格高，由于效率和功率因數(shù)低而造成浪費(fèi)。工作所需功率為：Pw=FwVw/1000?w Pw=Tnw/9550?w

式中T=150N?M,nw?36rmin，電機(jī)工作效率?w=0.97代入上式得

Pw?150?36/(9550?0.97)?0.57KW

電機(jī)所需的輸出功率為：Po=Pw/?

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常生活中用的手表、電扇等都要使用各種各樣的齒輪。齒輪的種類很多，有圓柱直齒輪、圓柱斜齒輪、螺旋齒輪、直齒傘齒輪、螺旋傘齒輪、蝸輪等。其中使用較多，亦較簡(jiǎn)單的是圓柱直齒輪，又稱標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪。

直齒圓柱齒輪嚙合時(shí)，齒面的接觸線均平行于齒輪的軸線。因此輪齒是沿整個(gè)齒寬同時(shí)進(jìn)入嚙合、同時(shí)脫離嚙合的，載荷沿齒寬突然加上及卸下因此直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性差，容易產(chǎn)生噪音和沖擊，因此不適合應(yīng)用于高速以及重載的傳動(dòng)中。

根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的均為直齒圓柱齒輪。

3.3.2 齒輪材料的選擇原則

齒輪材料選擇的基本原則：

1）齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇機(jī)械性能高的合金銀；礦山機(jī)械中的齒輪傳動(dòng)，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵含量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用機(jī)械的功率很小，但要求傳動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲或無(wú)噪聲、以及能在少潤(rùn)滑或無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料?？傊ぷ鳁l件的要求是選擇齒輪材料時(shí)首先應(yīng)考慮的因素。

2）應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼作毛坯。

齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氨化和表面淬火。采用滲碳上藝時(shí)，應(yīng)選用低碳鋼或低碳含金鋼作齒輪材料；氨化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時(shí)，對(duì)材料沒(méi)有特別的要求。

3）正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。

4）合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。

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m=1.25mm。

3）計(jì)算齒輪傳動(dòng)中心距：a?m(z1?z2)2?70mm,中心距尺寸的尾數(shù)應(yīng)為0或5。

4）計(jì)算齒輪的幾何參數(shù)：分度圓直徑：d1?mz1?45mm，d2?mz2?88mm；齒寬：b??dd1?20mm，取b2=20mm,b1=15mm。齒頂圓直徑：da1?m(z1?2ha)=48mm，da2?m(z2?2ha?)=90mm；齒根圓直徑：df1?m(z1?2ha??2c?)=40mm；df2?m(z2?2ha??2c?)=83mm。基圓直徑db1?d1cos??d1?cos20o?42.3mm；db2?d2cos??d2?cos20o?82.7mm。

?（4）校核齒輪傳動(dòng)的彎曲疲勞強(qiáng)度

查圖16-25取標(biāo)準(zhǔn)齒輪（x=0）的復(fù)合齒形系數(shù)YFS1=4.2,YFS2=3.96;按式（16-23）驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

2KT1YFS2?1?107194?4.2?MPa?85.25MPa???F1?

?F1?d1bm45?65?2.5Y3.96MPa?80.38MPa???F2?

?F2??F1FS2?85.25YFS14.2經(jīng)驗(yàn)算，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求，故合格。

（5）計(jì)算齒輪的圓周速度，確定齒輪精度

齒輪的圓周速度為 ?d1n13.14?45?980

v??ms?3.53ms

60?100060?1000

查表16-7，根據(jù)圓周速度v=3.53ms,取該齒輪傳動(dòng)為8級(jí)精度。

（6）繪制齒輪零件圖3-2和圖3-3。

3.3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)齒輪的尺寸查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表3.7—31得出小齒輪為實(shí)心齒輪，大齒輪為孔板式齒輪。結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

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3.4 蝸輪與蝸桿的選用與校核

3.4.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型

由于本次傳動(dòng)場(chǎng)合為機(jī)床上的工作臺(tái)，整體傳動(dòng)要求傳動(dòng)精度高，同時(shí)蝸桿副存在傳動(dòng)間隙，因此采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過(guò)移動(dòng)蝸桿的軸向位置調(diào)整間隙。根據(jù)整體傳動(dòng)比需要設(shè)計(jì)比較大，蝸輪蝸桿的整體傳動(dòng)比也比較大，蝸桿采用單頭蝸桿，為了工作臺(tái)在工作中受力平衡與工作平衡，蝸桿的旋向采用右旋。

3.4.2 選擇材料

由于考慮到蝸桿傳動(dòng)效率不大，而且速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10Pb1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬材料，此處的齒圈用青銅制造。

3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核

根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距：

a?3kT2(ZEZP??H?)2(2-5)（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2 按Z1=2，估取效率η=0.8，則:T2?T???i?153.4N?mm（2）確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1；由表選取使用系數(shù)KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)KV=1.1；則

K?KA?K??KV?1?1.15?1.1?1.265?1.27

（3）確定彈性影響系數(shù)ZE

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δH????1.53?1.27?17040?2.31?0.9773?429MPa

45?155?2.5tanr

tan(r???)驗(yàn)算效率? ??(0.95~0.96)已知r=19.45o???arctanfv;fv 與相對(duì)滑動(dòng)速度Vs有關(guān) Vs=?d1n160?1000cosr???35.5?140060?1000?cos19.54o?2.76ms

從表中用插值法查的fv=0.0238;???1.759o,代入式中得??0.89~0.90，所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。

3.4.4 蝸桿與蝸輪的主要尺寸與參數(shù)

直徑系數(shù)q=12；分度圓直徑d1=42mm，蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導(dǎo)程角

zm?=arctan1?4.7o,齒形角??20o;

d1蝸桿軸向齒距：PA=394mm；

蝸桿齒頂圓直徑：da1?d1?2ham?50.4mm 蝸桿軸向齒厚：Sa?12?m=5.5mm 蝸輪：

Z2=120 Z1蝸輪齒數(shù): Z2 =2a/m-q=120，變位系數(shù)Χ=0 蝸輪分度圓直徑: d2?mz2?3.5?120=420mm 蝸輪喉圓直徑: da2?d2?2m=420+7=427mm

*傳動(dòng)比: i=蝸輪喉母圓直徑: dg2?2a?da2=462-432mm=30mm 蝸輪齒根圓直徑： df2?d2?2m(1.16?X2)=415mm 蝸輪齒頂圓直徑： de2?d2?2?0.5m=425mm 蝸輪輪緣寬度： B=0.45（d1+6m）=20mm

3.5 軸承的選用

軸承是各種機(jī)械設(shè)備中的重要支撐件，其功能是支承軸或是軸上的零

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3.5.1 軸承壽命的驗(yàn)算

1．求比值 Fa2700??0.49 Fb5500根據(jù)表13-5，深溝球軸承的最大e值為0.44，故此時(shí)

Fa?e。Fb2．初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P,根據(jù)式(13-8a)P?fp(XFr?YFa)

按照表13-6fp?1.0~1.2，取fp=1.2。

按照表13-5，X=0.56,Y值需在已知型號(hào)和基本額定靜載荷Co后才能求出?，F(xiàn)暫選一近似中間值，取Y=1.5，則

P?1.2?(0.56?5500?1.5?2700)N?8556N

3.根據(jù)式（13-6），求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值

?60nLh60?1250?5000???8556?N?61699N C=P1061064.按照軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇C=61800N的6310軸承 此軸承的基本額定載荷Co=38000N.驗(yàn)算如下：

Fa27001）求相對(duì)軸向?qū)?yīng)的e值與Y值。相對(duì)軸向載荷為?0.07105，Co38000在表中介于0.07-0.13之間，對(duì)應(yīng)的e值為0.27-0.31，Y值為1.6-1.4。2）用線性插值法求Y值。

(1.6?1.4)?(0.13?0.07105)Y=1.4+?1.579

0.13?0.07 X=0.56, Y=1.579 3)求當(dāng)量動(dòng)載荷Po P=1.2?(0.56?5500?1.579?2700)?8870.28N 4)驗(yàn)算6009軸承的壽命，根據(jù)式（13-5）

106C?106618003()??()h?7000h?5000h

Lh?60nP60?12508870.28即高于其計(jì)算壽命。故該對(duì)軸承適用。

3.5.2 軸承的游隙的調(diào)整

軸承的游隙通過(guò)預(yù)緊時(shí)靠端蓋下的墊片來(lái)調(diào)整的，這樣比較方便。

3.5.3 滾動(dòng)軸承的配合

滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采

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3.5.5 滾動(dòng)軸承的密封裝置

密封對(duì)軸承來(lái)說(shuō)是不可缺少的。密封既可以防止?jié)櫥瑒┑男孤叮部梢苑乐雇饨缬泻Ξ愇锏那秩?。否則會(huì)引起軸承滾道的磨粒磨損，降低軸承的使用壽命，還可能使軸承零件受到有害氣體和水分的銹蝕，加速潤(rùn)滑劑老化。因此，軸承的密封裝置是軸承系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能達(dá)到長(zhǎng)期密封和防塵的作用，同時(shí)要求摩擦和安裝誤差小，拆卸、裝配方便，維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單。

密封裝置可分為靜密封（固定密封）和動(dòng)密封（轉(zhuǎn)動(dòng)密封）兩種，前者稱為墊圈密封，后者稱為密封圈密封。按密封的結(jié)構(gòu)形式又可分為接觸式密封和非接觸式密封。

接觸式密封是密封裝置和密封部位間存在著貼合壓力的直接接觸。因此接觸式密封裝置的接觸形式、貼合壓力、潤(rùn)滑狀態(tài)、滑動(dòng)速度以及相接觸處的表面加工質(zhì)量等因素都會(huì)直接影響到軸承摩擦力容許轉(zhuǎn)速及溫升。所有接觸式密封裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生磨損，其磨損和失效的程度與接觸式密封裝置本身性能及使用條件有關(guān)。

非接觸式密封就是密封裝置和所需密封部位間不發(fā)生直接接觸。由于非接觸式密封裝置中的密封間隙處，除了存在潤(rùn)滑劑摩擦外均不會(huì)出現(xiàn)任何其他的摩擦，因此非接觸式密封不會(huì)產(chǎn)生磨損，使用時(shí)間較長(zhǎng)也不會(huì)產(chǎn)生明顯的熱量，可適用于轉(zhuǎn)速較高的地方。但密封的間隙也不能過(guò)大，否則起不到密封效果。

軸承的密封裝置可以設(shè)置在軸承的支承部位，也可以設(shè)置在軸承上，前者為支承密封，后者為自身密封。

此處采用的是接觸式密封，唇形密封圈。

唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應(yīng)朝外。

3.6 軸的校核與計(jì)算

軸是組成機(jī)器的重要零件之一。軸的主要功能是支撐齒輪或帶輪等傳動(dòng)零件和軸上其他零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。同時(shí)，它又通過(guò)軸承被支撐在機(jī)架上。軸

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2T2?350167?N?476N6 d273tan?tan20o?4666N?1748N

蝸輪的徑向力

Fr?Frocos?cos1215?20??

蝸輪的軸向力

Fa=Fttan??4666tan12o15?20??N?1015N

蝸輪的圓周力

Ft2?

3)計(jì)算支反力及彎矩。根據(jù)圖b所示的受力關(guān)系繪制垂直平面內(nèi)的受力簡(jiǎn)圖，如圖c所示。求支反力：由?MB?0,得

Fr?59?FAV?118?Fa?d2?0

Fr?59?Fa?d21738?59?1014?2732所以 FAV??N??88N

118118由?FV?0, 得FBV?Fr?FAV??1738?(-98)?N?1866N

求垂直平面各截面的彎矩。對(duì)軸的各截面受力狀態(tài)分析可知，傳動(dòng)力作用點(diǎn)所承受的彎矩最大，對(duì)該截面設(shè)定為I-I截面；此外，軸段3上承受了較大彎矩的部位是與軸段4連接的直徑變化處，對(duì)該界面設(shè)定為???截面。上述兩截面是需要校核的兩個(gè)截面。

； ???截面：MIV左??98?59N?mm??5682N?mm

MIV右=1836?59N?mm?108326N?mm

???截面：M?V?1836?(59?33)N?mm?47766N?mm

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果繪制垂直平面內(nèi)的彎矩圖，如圖C所示。

計(jì)算水平平面內(nèi)的支反力及彎矩。根據(jù)圖b所示的受力關(guān)系繪制水平平面內(nèi)的受力圖，如圖d所示。

求支反力：；由?MB?0,得

如圖d所示，傳動(dòng)力Ft布置于兩支反力的中間，且距離相等，故

Ft4666

FAH?FBH??N?2363N

22求垂直平面各截面的彎矩。

???截面：MIH?2333?59N?mm=137667N?mm

???截面：M?V?2333?(59?33)N?mm?60668N?mm 求各剖面的合成彎矩。I-I截面：MI左=M2IV?M2IH ?(-5782)2?1376472N?mm?137668N?mm

MI右=M2IV?M2IH?1083242?1376472N?mm?175259N?mm ???截面：

第三章

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.6.2 軸二的校核與計(jì)算

軸二即蝸桿軸的校核與計(jì)算方法與軸一相同，經(jīng)校驗(yàn)該軸符合要求。

3.7 夾緊機(jī)構(gòu)的校核與計(jì)算

在本次設(shè)計(jì)中采用液壓缸作為轉(zhuǎn)臺(tái)的夾緊機(jī)構(gòu)，液壓缸又被稱為油缸，它是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，其功能就是將液壓能轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)式或擺動(dòng)式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。液壓傳動(dòng)具有很多優(yōu)點(diǎn)：

1、工作比較平穩(wěn)，反應(yīng)快，沖擊小，可以高速啟動(dòng)；

2、液壓缸的體積小，重量輕，慣性小，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠輸出較大的力；

3、控制調(diào)節(jié)方便，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；4由于功率損失所產(chǎn)生的熱量可由流動(dòng)的油帶走，因此，可避免在系統(tǒng)某些局部位置所產(chǎn)生的過(guò)度溫升。

單個(gè)油缸的尺寸計(jì)算：

1、活塞：

第三章

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

選A型平鍵 根據(jù)直徑d=15mm和輪轂寬度15mm，從表21-1中查的鍵的截面尺寸為b=5mm，h=5mm，l=10mm，此鍵的標(biāo)記為：

鍵 5?5 GB 1096-90（2）校核擠壓強(qiáng)度

?p?4Tdhl????p L=L-B=(10-5)mm=5mm T=525250N?mm，由表21-2查的許用擠壓用力為??p?=（100-120）Mpa 則?p?4?52525015?5?10MPa?79.8MPa???p?，故擠壓強(qiáng)度足夠。電機(jī)外伸軸上的半圓鍵為 鍵 C3?15 GB 1096-79 其校核方式和蝸桿軸上的鍵相同，經(jīng)校核強(qiáng)度足夠。

第四章

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0、定位器中斷1）、RAM為128B、14位的計(jì)數(shù)器WDT、I/O接口共有32個(gè)。

4.1.2 CPU接口設(shè)計(jì)

CPU接口部分示意圖如4—1所示：

圖4—1 AT89C51需要完成的任務(wù)：

（1）將行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)讀入CPU,通過(guò)中斷進(jìn)行處理，它的優(yōu)先級(jí)別最高。（2）通過(guò)程序?qū)崟r(shí)控制電機(jī)和電磁閥的運(yùn)行。

（3）接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到LED上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的作用。AT89C51的I/O接口按以下方式分配： 1）2）3）4）P0口通過(guò)鎖存器741S373控制七段數(shù)碼管的段； P1口通過(guò)掃描矩陣鍵盤獲取外部指令； P3口控制七段數(shù)碼管的位的選擇；

P4口用于反饋回路的信號(hào)輸入（光柵）、電磁閥驅(qū)動(dòng)、急停信號(hào)等。

4.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和人機(jī)界面

傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括交流伺服電機(jī)和電磁閥的驅(qū)動(dòng)，交流伺服電機(jī)必須滿足快速急停、定位和退刀時(shí)可以快速運(yùn)行、工作時(shí)能帶動(dòng)工作臺(tái)并克服外力并按照指令的速度運(yùn)行。在定位和退刀時(shí)夾緊機(jī)構(gòu)放松。

人機(jī)界面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：要有良好的人機(jī)交互能力，要求操作方便。此系統(tǒng)中的八個(gè)數(shù)碼管前四個(gè)可以顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)等指令，后四個(gè)可以記下工作臺(tái)的顯示光柵反饋給單片機(jī)的位置信號(hào)，并將角度位移顯示出來(lái)。

致謝及聲明

致

謝

衷心感謝導(dǎo)師楊教授對(duì)本人的精心指導(dǎo)。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，由于我所學(xué)知識(shí)過(guò)于繁雜，而且不精，不夠系統(tǒng)，所以在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)總是會(huì)有茫然的感覺(jué)，往往遇到問(wèn)題時(shí)就會(huì)向老師請(qǐng)教，老師也總是不厭其煩地給我講解，給我啟發(fā)，讓我知道該怎么去解決所遇到的問(wèn)題，慢慢得，我學(xué)會(huì)了如何獨(dú)立的去解決問(wèn)題。記得每次去見(jiàn)老師，讓老師檢查我們所做的東西，老師往往要在電腦前坐好幾個(gè)小時(shí)給我們指點(diǎn)設(shè)計(jì)中的不足。真誠(chéng)地感謝楊老師的辛勤付出！

楊教授的言傳身教將使我終生受益，同時(shí)，楊教授廣博的學(xué)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度也值得我終生學(xué)習(xí)。