第一篇：回轉(zhuǎn)工作臺軸承選用

機床主軸和轉(zhuǎn)臺的軸承選型淺析

機床工具行業(yè)作為機械裝備工業(yè)的重要組成部分，在整個國民經(jīng)濟的發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用。據(jù)統(tǒng)計，在一般的機器制造中，機床所擔(dān)負(fù)的加工工作量占總制造工作量的40%～60%左右，因而機床業(yè)發(fā)展水平通常是一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的日益發(fā)展，客戶對于工業(yè)母機-機床的要求也越來越高。目前，新材料、新工藝、新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，對機床的加工能力帶來了許多的挑戰(zhàn)，為了能滿足對上述結(jié)構(gòu)件的加工，現(xiàn)代機床正向著“高速、精密、復(fù)合、智能化”的方向發(fā)展。

隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的深入，機床行業(yè)內(nèi)也顯示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的趨勢，即數(shù)控機床比例逐步上升，在數(shù)控領(lǐng)域，高端數(shù)控機床(如重型機床、智能機床等)所占的比例也不斷上升，重型機床產(chǎn)品主要是為國家能源(火電、水電、核電、風(fēng)力發(fā)電)、船舶制造、工程機械、冶金、航天、軍工、交通運輸(鐵路、汽車)等主要工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)以及國家重點工程項目服務(wù)，國家重點工程項目為重型機床提供了廣闊的市場。

本文主要介紹如何選擇機床中應(yīng)用于主軸軸承和轉(zhuǎn)臺軸承的軸承類型。

一、主軸軸承

主軸作為機床的關(guān)鍵部件，其性能會直接影響到機床的旋轉(zhuǎn)精度、轉(zhuǎn)速、剛性、溫升及噪音等參數(shù)，進(jìn)而會影響工件的加工質(zhì)量，例如零件的尺寸精度，表面粗糙度等指標(biāo)。因此，為了保持優(yōu)秀的機床加工能力，必須配用高性能的軸承。用于機床主軸上的軸承精度應(yīng)為ISO P5或以上(P5 或P4 是ISO的精度等級，通常從低到高為P0, P6, P5, P4, P2)，而對于數(shù)控機床、加工中心等高速、高精密機床的主軸支承，則需選用ISO P4或以上的精度;主軸軸承包括角接觸球軸承、圓錐滾子軸承，以及圓柱滾子軸承等類型。

精密角接觸球軸承

在上述的幾種軸承中，以精密角接觸球軸承的使用最為廣泛。我們都知道角接觸球軸承的滾動體是球;因為它是一種點接觸(區(qū)別于滾子軸承的線接觸)，所以它能提供更高的轉(zhuǎn)速、更小的發(fā)熱量和更高的旋轉(zhuǎn)精度。在一些超高速的主軸應(yīng)用場合，還會采用陶瓷球(一般為Si3N4或者是Al2O3)的混合型軸承。與傳統(tǒng)的全淬透鋼球相比，陶瓷球材料自身的特點賦予了陶瓷球軸承具有高剛度、高轉(zhuǎn)速、耐高溫、壽命長的特點，從而滿足高端客戶對機床軸承產(chǎn)品的需求。

就角接觸球軸承的接觸角而言，目前比較流行的是15?和25?的接觸角;通常15?的接觸角具有比較高的轉(zhuǎn)速性能，而25?的接觸角具有較高的軸向承載能力。由于預(yù)載的選擇對于精密角接觸球軸承應(yīng)用的影響非常大，例如，在高承載、高剛性的場合，一般會選用中型或重型的軸承預(yù)載;而針對一些高轉(zhuǎn)速、高精度的應(yīng)用場合，我們在軸承的早期選型中，需要注意選擇合適的預(yù)載，一般輕預(yù)載比較常見。預(yù)載一般分成輕型、中型、重型三種;為了方便客戶的使用，目前世界上的幾大軸承制造商都普遍提供預(yù)先研磨軸承端面而加預(yù)載的軸承，也就是我們通常所說的萬能配對精密角接觸球軸承形式。該類軸承免去了客戶的預(yù)載調(diào)節(jié)，從而節(jié)省了安裝時間。

精密圓錐滾子軸承

在一些重載且對速度有一定要求的機床應(yīng)用場合中---如鍛件的荒磨、石油管道的車絲機、重型車床和銑床等，選擇精密圓錐滾子軸承是一種比較理想的方案。由于圓錐滾子軸承的滾子是線接觸的設(shè)計，因此它能為主軸提供很高的剛性和承載;另外，圓錐滾子軸承是一種純滾動的軸承設(shè)計，它能很好的降低軸承運轉(zhuǎn)扭矩和發(fā)熱，從而確保主軸的轉(zhuǎn)速和精度。由于圓錐滾子軸承能夠在安裝過程中調(diào)節(jié)軸向預(yù)載(游隙)，這能讓客戶在軸承的整個使用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調(diào)節(jié)。

此外，在一些內(nèi)圈擋邊線速度大于30米/秒的高速應(yīng)用中，某些特殊設(shè)計的圓錐滾子軸承也能滿足要求，如TSMA軸承或Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承。TSMA軸承的擋邊有多個軸向方向的潤滑油孔，可采用循環(huán)油潤滑或油霧潤滑，離心力可將油分布到滾子與擋邊接觸區(qū)，從而能更充分地潤滑軸承，提高軸承轉(zhuǎn)速。而Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承是專為優(yōu)化主軸系統(tǒng)的預(yù)載而設(shè)計，軸承有可浮動的擋邊，與滾子大端接觸，不像常見的軸承有固定內(nèi)圈擋邊;且該浮動擋邊由“壓力”系統(tǒng)定位，這樣就能保證軸承在各個工況條件下都能發(fā)揮最優(yōu)異的性能, 并且已經(jīng)成功的在國內(nèi)客戶中使用。

對于圓錐滾子軸承的精度選擇而言，ISO P5級的軸承主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的車床和銑床中;如果是加工中心、磨床等應(yīng)用，通常會選擇ISO P4或以上的精密軸承。在主軸設(shè)計中，比較常見的圓錐滾子軸承布局有兩種。第一種是前端和后端各采用一個圓錐滾子軸承，并采用面對面的安裝方式;這類設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高且便于安裝和調(diào)節(jié)。

第二種是采用兩個圓錐滾子軸承面對面安裝作為主軸的前端，而后端使用一個雙外圈、兩個單內(nèi)圈的軸承(TDO)作為浮動端使用;由于具有浮動能力，這類設(shè)計能很好的承受主軸的軸向熱膨脹，且剛度很高，保證了機床的精度。

精密圓柱滾子軸承

在機床主軸的應(yīng)用中，雙列精密圓柱滾子軸承也會被使用到，通常與精密角接觸球軸承或推力軸承組合應(yīng)用。此類軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉(zhuǎn)速。軸承中的兩列滾子以交叉方式排列，旋轉(zhuǎn)時波動頻率比單列軸承大幅提高，振幅降低60%~70%。此類軸承通常有兩種形式：NN30、NN30K兩個系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離;NNU49、NNU49K兩個系列軸承外圈帶擋邊，內(nèi)圈可分離，其中NN30K和NNU49K系列內(nèi)圈為錐孔(錐度 1：12)，與主軸的錐形軸頸配合，軸向移動內(nèi)圈，可使內(nèi)圈脹大，這樣軸承游隙可以被減小甚至預(yù)緊軸承(負(fù)游隙狀態(tài))。圓柱孔軸承通常采用熱裝，利用過盈配合減小軸承游隙，或者預(yù)緊軸承。對內(nèi)圈可分離的NNU49系列軸承，一般在內(nèi)圈裝上主軸后再對滾道精加工，以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。

二、轉(zhuǎn)臺軸承

數(shù)控機床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。數(shù)控機床在加工某些零件的時候，除了需要X,Y,Z三個坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運動外，有時候還需要有繞X,Y,Z三個坐標(biāo)軸的圓周運動，我們分別稱為A,B,C軸。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可用來實現(xiàn)圓周進(jìn)給運動。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(簡稱數(shù)控轉(zhuǎn)臺)除了可以實現(xiàn)圓周進(jìn)給運動之外，還可以完成分度運動。而分度工作臺的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的多種工序，因此，大大提高了工作效率。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的外形和分度工作臺沒有多大差別，但在結(jié)構(gòu)上則具有一系列的特點。由于數(shù)控轉(zhuǎn)臺能實現(xiàn)進(jìn)給運動，所以它在結(jié)構(gòu)上和數(shù)控機床的進(jìn)給驅(qū)動機構(gòu)有許多共同之處。不同點是驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)的是直線進(jìn)給運動，而數(shù)控轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)的是圓周進(jìn)給運動。

回轉(zhuǎn)工作臺廣泛地使用于各種數(shù)控銑床、鏜床、各種立車、立銑等機床上。除了要求回轉(zhuǎn)工作臺能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉(zhuǎn)精度。轉(zhuǎn)臺軸承，作為轉(zhuǎn)臺的核心部件，在轉(zhuǎn)臺運行過程中，不僅要具有很高的承載能力，還需具備高回轉(zhuǎn)精度、高抗傾覆能力、以及較高的轉(zhuǎn)速能力等。在回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計中，使用的比較多的軸承類型大致分為這么幾種：

推力球軸承 圓柱滾子軸承

推力球軸承能承受一定的軸向力，所以該軸承主要用于承受工件的重量;而圓柱滾子軸承主要用于徑向的定位和承受外部的徑向力(例如切削力、銑削力等)。該類設(shè)計應(yīng)用廣泛，并且成本也相對比較的低廉。由于推力球是一種點接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對比較有限，主要用于小型或中型的機床回轉(zhuǎn)工作臺中。此外推力球的潤滑也比較困難。

靜壓軸承 精密圓柱滾子軸承

靜壓軸承是一種靠外部供給壓力油，在軸承內(nèi)建立靜壓承載油膜以實現(xiàn)液體潤滑的滑動軸承。液體靜壓軸承從起動到停止始終在液體潤滑下工作，所以沒有磨損，使用壽命長，起動功率小;此外，這種軸承還具有旋轉(zhuǎn)精度高，油膜剛度大，能抑制油膜振蕩等優(yōu)點。精密圓柱滾子軸承具有很好的徑向承載力，并且由于采用了精密級的軸承，回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)精度也能得到很好地保證。使用該類設(shè)計的回轉(zhuǎn)工作臺能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過200噸以上，轉(zhuǎn)臺直徑超過10米。但是該類設(shè)計也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統(tǒng)來供給壓力油，維護比較復(fù)雜，而且成本也比較高。

交叉滾子軸承

交叉滾子軸承在轉(zhuǎn)臺上的應(yīng)用也比較的普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有兩個滾道, 兩排交叉排列的滾子。與傳統(tǒng)的推力軸承 徑向定心軸承組合相比，交叉滾子軸承結(jié)構(gòu)緊湊, 體積小巧，并簡化了工作臺設(shè)計，從而降低了轉(zhuǎn)臺的成本。

另外，由于使用了優(yōu)化的預(yù)緊力，該類軸承具有很高的剛度，因而轉(zhuǎn)臺的剛度和精度也都得到了保證。得益于兩排交叉滾子的設(shè)計，軸承的有效跨距能被顯著地提高，所以該類軸承具有很高的抗傾覆力矩。在交叉滾子軸承中，又分成兩種類型：第一種是圓柱交叉滾子軸承，第二種是圓錐交叉滾子軸承。通常，圓柱交叉滾子軸承價格比圓錐交叉滾子軸承低, 適用于轉(zhuǎn)速相對較低的轉(zhuǎn)臺應(yīng)用中;而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動設(shè)計，因此該類軸承具有

·運轉(zhuǎn)精度高

·轉(zhuǎn)速能力高

·減少軸長度和加工成本、熱膨脹導(dǎo)致幾何尺寸的變化有限

·尼龍分隔器、轉(zhuǎn)動慣量低、啟動扭矩低、易于控制角分度

·優(yōu)化預(yù)緊力、剛度高、跳動小

·線接觸、剛度大、引導(dǎo)滾子運轉(zhuǎn)精度高

·滲碳鋼提供優(yōu)良的抗沖擊力和表面抗磨能力

·簡單但潤滑充分

在軸承安裝時，客戶只需將交叉滾子軸承預(yù)緊到推薦的數(shù)值，而不必像靜壓軸承那樣有一個復(fù)雜的安裝調(diào)節(jié)流程。交叉滾子軸承安裝簡單，易于調(diào)整原有安裝形式或維修方法。交叉滾子軸承適用于各種類型的立式或臥式鏜床，以及立磨、立車和大型齒輪銑床等應(yīng)用。

總而言之，軸承作為機床主軸和轉(zhuǎn)臺的核心部件，對機床的運行表現(xiàn)起到了舉足輕重的作用。為了能選擇合適尺寸和類型的軸承，我們需要綜合考慮各種工況條件，例如運行速度、潤滑、安裝類型、主軸剛度、精度等要求。就軸承本身而言，只有充分地了解它的設(shè)計特點以及由此帶來的優(yōu)點和缺點，我們才能發(fā)揮出軸承的最佳性能。

主軸軸承的合理選用

用于機床主軸上的軸承精度應(yīng)為ISO P5或以上（P5 或P4 是ISO的精度等級，通常從低到高為P0、P6、P5、P4、P2），而對于數(shù)控機床、加工中心等高速、高精密機床的主軸支承，則需選用ISO P4或以上的精度。主軸軸承包括角接觸球軸承、圓錐滾子軸承，以及圓柱滾子軸承等類型。鋁板點焊機

1.精密角接觸球軸承

在上述的幾種軸承中，以精密角接觸球軸承（圖1）的使用最為廣泛。角接觸球軸承的滾動體是球，因為它是一種點接觸（區(qū)別于滾子軸承的線接觸），所以能提供更高的轉(zhuǎn)速、更小的發(fā)熱量和更高的旋轉(zhuǎn)精度。在一些超高速的主軸應(yīng)用場合，還會采用陶瓷球（一般為Si3N4或者是Al2O3）的混合型軸承。與傳統(tǒng)的全淬透鋼球相比，陶瓷球材料自身的特點賦予了陶瓷球軸承具有高剛度、高轉(zhuǎn)速、耐高溫、壽命長的特點，從而滿足高端客戶對機床軸承產(chǎn)品的需求。

精密角接觸球軸承

就角接觸球軸承的接觸角而言，目前比較流行的是15和25的接觸角；通常15的接觸角具有比較高的轉(zhuǎn)速性能，而25的接觸角具有較高的軸向承載能力。由于預(yù)載的選擇對于精密角接觸球軸承應(yīng)用的影響非常大，如在高承載、高剛性的場合，一般會選用中型或重型的軸承預(yù)載；而針對一些高轉(zhuǎn)速、高精度的應(yīng)用場合，在軸承的早期選型中，需要注意選擇合適的預(yù)載。預(yù)載一般分成輕型、中型、重型三種，一般輕預(yù)載比較常見。為了方便客戶的使用，目前世界上的幾大軸承制造商都普遍提供預(yù)先研磨軸承端面而加預(yù)載的軸承，也就是人們通常所說的萬能配對精密角接觸球軸承形式。該類軸承免去了客戶的預(yù)載調(diào)節(jié)，從而節(jié)省了安裝時間。

2.精密圓錐滾子軸承

在一些重載且對速度有一定要求的機床應(yīng)用場合中，如鍛件的荒磨、石油管道的車絲機、重型車床和銑床等，選擇精密圓錐滾子軸承是一種比較理想的方案。由于圓錐滾子軸承的滾子是線接觸的設(shè)計，因此它能為主軸提供很高的剛性和承載；另外，圓錐滾子軸承是一種純滾動的軸承設(shè)計，它能很好地降低軸承運轉(zhuǎn)扭矩和發(fā)熱，從而確保主軸的轉(zhuǎn)速和精度。由于圓錐滾子軸承能夠在安裝過程中調(diào)節(jié)軸向預(yù)載（游隙），這能讓客戶在軸承的整個使用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調(diào)節(jié)。

此外，在一些內(nèi)圈擋邊線速度大于30m/s的高速應(yīng)用中，某些特殊設(shè)計的圓錐滾子軸承也能滿足要求，如TSMA軸承或Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承（圖2）。TSMA軸承的擋邊有多個軸向方向的潤滑油孔，可采用循環(huán)油潤滑或油霧潤滑，離心力可將油分布到滾子與擋邊接觸區(qū)，從而能更充分地潤滑軸承，提高軸承轉(zhuǎn)速。而Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承是專為優(yōu)化主軸系統(tǒng)的預(yù)載而設(shè)計，軸承有可浮動的擋邊，與滾子大端接觸，不像常見的軸承有固定內(nèi)圈擋邊；且該浮動擋邊由“壓力”系統(tǒng)定位，這樣就能保證軸承在各個工況條件下都能發(fā)揮最優(yōu)異的性能, 并且已經(jīng)成功地在國內(nèi)客戶中使用。

帶液力浮動擋邊軸承的主軸設(shè)計

對于圓錐滾子軸承的精度選擇而言，ISO P5級的軸承主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的車床和銑床中；如果是加工中心、磨床等應(yīng)用，通常會選擇ISO P4或以上的精密軸承。在主軸設(shè)計中，比較常見的圓錐滾子軸承布局有兩種。第一種是前端和后端各采用一個圓錐滾子軸承，并采用面對面的安裝方式，這類設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高且便于安裝和調(diào)節(jié)。

第二種是采用兩個圓錐滾子軸承面對面安裝作為主軸的前端，而后端使用一個雙外圈、兩個單內(nèi)圈的軸承（TDO）作為浮動端使用；由于具有浮動能力，這類設(shè)計能很好地承受主軸的軸向熱膨脹，且剛度很高，保證了機床的精度。

3.精密圓柱滾子軸承

在機床主軸的應(yīng)用中，雙列精密圓柱滾子軸承也會被使用到，通常與精密角接觸球軸承或推力軸承組合應(yīng)用。此類軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉(zhuǎn)速。軸承中的兩列滾子以交叉方式排列，旋轉(zhuǎn)時波動頻率比單列軸承大幅提高，振幅降低60%～70%。此類軸承通常有兩種形式：NN30、NN30K兩個系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離；NNU49、NNU49K兩個系列軸承外圈帶擋邊，內(nèi)圈可分離，其中NN30K和NNU49K系列內(nèi)圈為錐孔（錐度1:12），與主軸的錐形軸頸配合，軸向移動內(nèi)圈，可使內(nèi)圈脹大，這樣軸承游隙可以被減小甚至預(yù)緊軸承（負(fù)游隙狀態(tài)）。圓柱孔軸承通常采用熱裝，利用過盈配合減小軸承游隙，或者預(yù)緊軸承。對內(nèi)圈可分離的NNU49系列軸承，一般在內(nèi)圈裝上主軸后再對滾道精加工，以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。

轉(zhuǎn)臺軸承的合理選型

數(shù)控機床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。數(shù)控機床在加工某些零件的時候，除了需要X、Y、Z三個坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運動外，有時候還需要有繞X、Y、Z三個坐標(biāo)軸的圓周運動，分別稱為A、B、C軸。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可用來實現(xiàn)圓周進(jìn)給運動，除此之外，還可以完成分度運動。而分度工作臺的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的多種工序，因此，大大提高了工作效率。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的外形和分度工作臺沒有多大差別，但在結(jié)構(gòu)上則具有一系列的特點。由于數(shù)控轉(zhuǎn)臺能實現(xiàn)進(jìn)給運動，所以它在結(jié)構(gòu)上和數(shù)控機床的進(jìn)給驅(qū)動機構(gòu)有許多共同之處。不同點是驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)的是直線進(jìn)給運動，而數(shù)控轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)的是圓周進(jìn)給運動。

回轉(zhuǎn)工作臺廣泛地使用于各種數(shù)控銑床、鏜床、各種立車以及立銑等機床。除了要求回轉(zhuǎn)工作臺能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉(zhuǎn)精度。轉(zhuǎn)臺軸承，作為轉(zhuǎn)臺的核心部件，在轉(zhuǎn)臺運行過程中，不僅要具有很高的承載能力，還需具備高回轉(zhuǎn)精度、高抗傾覆能力、以及較高的轉(zhuǎn)速能力等。

1.推力球軸承+圓柱滾子軸承

推力球軸承能承受一定的軸向力，所以該軸承主要用于承受工件的重量；而圓柱滾子軸承主要用于徑向的定位和承受外部的徑向力（例如切削力、銑削力等）。該類設(shè)計應(yīng)用廣泛，并且成本也相對比較低廉。由于推力球是一種點接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對比較有限，主要用于小型或中型的機床回轉(zhuǎn)工作臺。此外推力球的潤滑也比較困難。

2.靜壓軸承+精密圓柱滾子軸承

靜壓軸承是一種靠外部供給壓力油，在軸承內(nèi)建立靜壓承載油膜以實現(xiàn)液體潤滑的滑動軸承。液體靜壓軸承從起動到停止始終在液體潤滑下工作，所以沒有磨損，使用壽命長，起動功率??；此外，這種軸承還具有旋轉(zhuǎn)精度高，油膜剛度大，能抑制油膜振蕩等優(yōu)點。精密圓柱滾子軸承具有很好的徑向承載力，并且由于采用了精密級的軸承，回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)精度也能得到保證。使用該類設(shè)計的回轉(zhuǎn)工作臺能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過200t以上，轉(zhuǎn)臺直徑超過10m。但是該類設(shè)計也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統(tǒng)來供給壓力油，維護比較復(fù)雜，而且成本也比較高。

3.交叉滾子軸承

交叉滾子軸承（圖3）在轉(zhuǎn)臺上的應(yīng)用比較普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有兩個滾道, 兩排交叉排列的滾子。與傳統(tǒng)的推力軸承+徑向定心軸承組合相比（圖4），交叉滾子軸承結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧，并簡化了工作臺設(shè)計，從而降低了轉(zhuǎn)臺的成本。

另外，由于使用了優(yōu)化的預(yù)緊力，該類軸承具有很高的剛度，因而轉(zhuǎn)臺的剛度和精度也都得到了保證。得益于兩排交叉滾子的設(shè)計，軸承的有效跨距能被顯著提高，所以該類軸承具有很高的抗傾覆力矩。在交叉滾子軸承中，又分成兩種類型：第一種是圓柱交叉滾子軸承，第二種是圓錐交叉滾子軸承。通常，圓柱交叉滾子軸承價格比圓錐交叉滾子軸承低，適用于轉(zhuǎn)速相對較低的轉(zhuǎn)臺應(yīng)用中；而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動設(shè)計，具有運轉(zhuǎn)精度高，轉(zhuǎn)速能力強，減少了軸長度和加工成本等優(yōu)勢。交叉滾子軸承適用于各種類型的立式或臥式鏜床，以及立磨、立車和大型齒輪銑床等應(yīng)用。

總而言之，軸承作為機床主軸和轉(zhuǎn)臺的核心部件，對機床的運行表現(xiàn)起到了舉足輕重的作用。為了能選擇合適尺寸和類型的軸承，我們需要綜合考慮各種工況條件，例如運行速度、潤滑、安裝類型、主軸剛度、精度等要求。就軸承本身而言，只有充分地了解它的設(shè)計特點以及由此帶來的優(yōu)點和缺點，才能發(fā)揮出軸承的最佳性能。

第二篇：回轉(zhuǎn)工作臺

回轉(zhuǎn)工作臺是數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、加工中心等數(shù)控機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或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運動，以使數(shù)控機床能完成指定的加工工序。常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。

一、分度工作臺

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

范圍內(nèi)任意角度的分度。

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

定位銷式分度工作臺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 是自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的定位銷式分度工作臺。該分度工作臺置于長方形工作臺中間，在不單獨使用分度工作臺時，兩者可以作為一個整體使用。

圖5-31 定位銷式分度工作臺結(jié)構(gòu) 1 —擋塊； 2 —工作臺； 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 —長方形工作臺； 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 2 的底部 均勻分布著 八個(削邊圓柱)定位銷 8，在工作臺下底座 12 上有一個定位襯套 7 以及環(huán)形槽。定位時只有一個定位銷插入定位襯套的孔中，其余七個則進(jìn)人環(huán)形槽中，因為定位銷之間的分布角度為 45 °，故只能實現(xiàn) 45 ° 等分的分度運動。

定位銷式分度工作臺作分度運動時，其工作過程分為三個步驟：(1)松開鎖緊機構(gòu) 并拔出定位銷

當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出指令時，下底座 20 上的六個均布鎖緊油缸 9(圖中只示出 一個)卸荷?；钊瓧U 22 在彈簧 21 的作用下上升 15mm，使工作臺 2 處于松開狀態(tài)。同時，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，再通過螺釘 4、錐套 3 使工作臺 2 抬起 15mm，圓柱銷從定位襯套 7 中拔出。(2)工作臺回轉(zhuǎn)分度

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

(3)工作臺下降并鎖緊

分度完畢后，發(fā)出信號使中央油缸 16 卸荷，工作臺 2 靠自重下降，定位銷 8 插入定位襯套 7 中，在鎖緊工作臺之前，消除間隙的油缸 6 通壓力油，活塞頂向工作臺 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，通過拉桿將工作臺鎖緊。

工作臺的回轉(zhuǎn)軸支承在加長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，用來調(diào)整徑向間隙。另外，它的內(nèi)環(huán)可以帶著滾柱在加長的外環(huán)內(nèi)作 15mm 的軸向移動。當(dāng)工作臺抬起時，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的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩，使工作臺 2 轉(zhuǎn)動靈活。2 ．鼠齒盤式分度工作臺 鼠齒盤式分度工作臺采用 鼠齒盤作為 定位元件。這種工作臺有以下特點：(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)因為多齒嚙合，一般齒面嚙合長度不少于 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 因為齒盤嚙合、脫開相當(dāng)于兩 齒盤對研 過程，所以，隨著使用時間的延續(xù)，其定位精度不斷提高，使用壽命長。(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的結(jié)構(gòu)，主要由一對分度 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。其工作過程如下：

(1)工作臺抬起，齒盤脫離嚙合

當(dāng)需要分度時，控制系統(tǒng)發(fā)出分度指令，壓力油進(jìn)入分度工作臺 9 中央 的升夾油缸 12 的下腔，活塞 8 向上移動，通過止推軸承 10 和 11 帶動工作臺 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 9 抬起后，通過推動桿和微動開關(guān)發(fā)出信號，啟動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過蝸輪 4 和齒輪副 5、6 帶動工作臺 9 進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運動。工作臺分度回轉(zhuǎn)角度由指令給出，共有八個等分，即為 45 ° 的整倍數(shù)。當(dāng)工作臺的回轉(zhuǎn)角度接近所要分度的角度時，減速擋塊使微動開關(guān)動作，發(fā)出減速信號使液壓馬達(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，準(zhǔn)停擋塊壓合微動開關(guān)發(fā)出信號，使液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動，工作臺便完成回轉(zhuǎn)分度工作。(3)工作臺下降，完成定位夾緊 液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動的同時，壓力油 進(jìn)入升夾油缸 12 的上腔，推動活塞 8 帶動工作臺下降，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與傳動種圓弧或與直線坐標(biāo)軸聯(lián)動加工曲面，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，因此采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)來實現(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，有開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。

二、開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺

開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 采用電液脈沖 馬達(dá)或功率步進(jìn)電機驅(qū)動，圖 5-34 是開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)。

圖5-34 開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu) 1 —偏心環(huán)； 2、6 —齒輪； 3 —步進(jìn)電機； 4 —蝸桿； 5 —橡膠套； 7 —調(diào)整環(huán) ；、10 —微動開頭； 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 工作臺由功率步進(jìn)電機 3 驅(qū)動，經(jīng)齒輪副 2、6，蝸輪副 4、15，帶動其作回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度運動。由于是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數(shù)來決定轉(zhuǎn)位角度，因此，對開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動精度要求高，傳動間隙應(yīng)尺量小。為此，在傳動結(jié)構(gòu)上采用了消除間隙的措施。步進(jìn)電機 3 由 偏心環(huán) 1 與底座連接，通過調(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，可以用軸向移動蝸桿的方法來消除蝸桿 4 和蝸輪 15 的嚙合間隙。調(diào)整時，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。

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

當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺用于分度時，分度回轉(zhuǎn)結(jié)束后，要把工作臺夾緊。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 個油缸 14。油缸 14 上 腔進(jìn)壓力油，柱塞 16 下移，并通過鋼球 17 推動夾緊瓦 18 和 19，將蝸輪夾緊，從而將工作臺夾緊。不需要夾緊時，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 松開蝸輪 15，這時啟動步進(jìn)電機，驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度。

該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的圓形導(dǎo)軌采用大型滾珠軸承 13，使回轉(zhuǎn)運動靈活，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

閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)與開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺基本相同，區(qū)別在于閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺采用直流或交流伺服電機驅(qū)動，有轉(zhuǎn)動角度測量元件(圓光柵、圓感應(yīng)同步器、脈沖編碼器等)。測量的結(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，使工作臺定位精度更高。

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

工作臺導(dǎo)軌為環(huán)形平面導(dǎo)軌，工作臺與導(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。

夾緊工作臺時，按控制信號要求，壓縮空氣從氣通管接頭 20 通過氣液轉(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，油腔 14 內(nèi)的壓力 油逐漸 增壓。這時，油缸活塞 1 壓縮彈簧 3 并帶動拉桿 4 向下移動，將工作臺壓緊在底座上，同時又移動觸頭 10，壓合剎緊信號 開關(guān) 8，發(fā)出夾緊信號。松開工作臺時，壓縮空氣進(jìn)入氣缸左腔，使活塞桿 13 向右移動，油腔 14 內(nèi)的壓力油減壓，直至工作臺松開，同時觸頭 10 壓合松開信號開關(guān) 12，發(fā)出信號，伺服電機 17 可開始驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度。

圖5-35 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu) —油缸活塞； 2 —儲油腔； 3 —彈簧； 4 —拉桿； 5 —氟化乙烯導(dǎo)軌板； 6 —工作臺； 7 —主軸； —剎緊 信號開關(guān)； 9 —手搖脈沖發(fā)生器； 10 —剎緊、松開觸頭； 11 —氣液 轉(zhuǎn)換裝置； —松開信號開關(guān)； 13 —氣缸活塞桿； 14 —油腔； 15 —氣缸法蘭盤； 16 — 儲油管 油腔； 17 —伺服電機； 18 —伺服電機法蘭盤； 19 —齒輪； 20 —氣通 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

雙導(dǎo)程蝸桿傳動具有改變嚙合側(cè)隙的特點，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，可用軸向移動蝸桿的方法來消除或調(diào)整嚙合間隙。因為同一側(cè)面齒距相同，沒有破壞嚙合條件，所以當(dāng)軸向移動蝸桿后，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)程蝸桿傳動的公稱模數(shù) m 可看成普通蝸桿副的軸向模數(shù)，用強度計算方法求得，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)計中首先要確定 值時應(yīng)考慮以下問題：

(1)為了補償一定的側(cè)隙，蝸桿軸向移動長度與 值大，可使蝸桿軸向尺寸緊湊；但 值過小，則會增大傳動機構(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

向蝸桿的齒頂方向偏移，節(jié)點偏移量 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

點不應(yīng)超出蝸輪的齒頂高，點不應(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。對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，ΔS 值應(yīng)偏小。當(dāng)傳遞動力時，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，有

與公稱模數(shù) m 之差的絕對值。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)計雙導(dǎo)程蝸桿時，還要對齒槽變窄、齒頂變尖、蝸輪根切進(jìn)行驗算。雙導(dǎo)程蝸桿的優(yōu)點是：嚙合間隙可調(diào)整得很小，根據(jù)實際經(jīng)驗，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，這對提高數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺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來調(diào)整嚙合側(cè)隙，因而改變了傳動副的中心距(中心距的改變會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來調(diào)整嚙合側(cè)隙，不會改變傳動副的中心距，可避免上述缺點。雙導(dǎo)程蝸桿是用修磨調(diào)整環(huán)來控制調(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)整時也容易產(chǎn)生蝸桿軸線歪斜。

雙導(dǎo)程蝸桿的缺點是：蝸桿加工比較麻煩，在車削和磨削蝸桿左、右齒面時，螺紋傳動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)，對于精確配算掛輪很費時；同樣，在制造加工蝸輪的滾刀時，應(yīng)根據(jù)雙導(dǎo)程蝸桿的參數(shù)設(shè)計制造，通用性差。

第三篇：課程設(shè)計—回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計

1概述

1.1數(shù)控加工中心的概述

加工中心自問世至今已有30多年，世界各國出現(xiàn)了各種類型的加工中心，雖然外形結(jié)構(gòu)各界，但從總體來看主要由以下幾大部分組成。

1、基礎(chǔ)部件。它是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，由床身、立柱和工作臺等組成，它們主要承受加工中心的靜載荷以及在加工時產(chǎn)生的切削負(fù)載，因此必須要有足夠的剛度。這些大件可以是鑄鐵件也可以是焊接而成的鋼結(jié)構(gòu)件，它們是加工中心中體積和重量最大的部件。

2、主軸部件。由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟、停和變速等動作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并且通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。

3、數(shù)控系統(tǒng)。加工小心的數(shù)控部分是由CNC裝置，可編程控制器、伺服驅(qū)動裝置以及操作面板等組成。它是執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程的控制中心。

4、自動換刀系統(tǒng)。由刀庫、機械手等部件組成。當(dāng)需要換刀時，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由機械手(或通過其他方式)將刀具從刀庫內(nèi)取出裝入主軸孔中。

5、輔助裝置。包括渦滑、冷卻、排屑、防護、液壓、氣動和檢測系統(tǒng)等部分。這些裝置雖然不直接參與切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用，因此也是加工中心中不對缺少的部分。

帶有可轉(zhuǎn)動的臺面、用以裝夾工件并實現(xiàn)回轉(zhuǎn)和分度定位的機床附件，簡稱轉(zhuǎn)臺或第四軸。

1.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的發(fā)展

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，高級采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增長。然數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺更有發(fā)展前途,它是一種可以實現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運動的工作臺，它常被應(yīng)用于臥式的鏜床和加工中心上，可前進(jìn)加工效率，完成更多的工藝，它重要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進(jìn)行間隙打消和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。

目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是：

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

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

3．在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。

數(shù)控轉(zhuǎn)臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達(dá)到每年600臺左右。

預(yù)計未來5年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、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率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通工機床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長。

隨著數(shù)控功能部件的發(fā)展，精密回轉(zhuǎn)工作臺對功能部件的依賴性越來越大。從某種程度上講，功能部件的發(fā)展水平代表了主機的發(fā)展水平，其可靠性、先進(jìn)性尤為突出。

精密回轉(zhuǎn)工作臺球面蝸輪副具有瞬時多齒接觸、磨損小、精度保持持久等優(yōu)點。而且采用球面蝸輪副后，轉(zhuǎn)臺承載能力提高3倍以上。該設(shè)備采用氣壓制動，制動迅速、可靠、耐重切削。其密封采用國外先進(jìn)公司的產(chǎn)品，防滲漏性能優(yōu)異。采用高精密軸承，精度保持性能好。數(shù)控機床功能部件的產(chǎn)品水平與10年前相比，有了很大的提高。經(jīng)過近20年的發(fā)展，數(shù)控分度頭、數(shù)控刀架產(chǎn)品的品種不斷完善，主要性能和可靠性有較大提高。數(shù)控刀架、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、數(shù)控分度頭已能滿足中低檔數(shù)控機床的配套需求。同時也要認(rèn)識大，為高檔數(shù)控機床配套的數(shù)控附件產(chǎn)品，與國外產(chǎn)品比還有一定差距。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機床的數(shù)控化和產(chǎn)品快速的升級換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動化向柔性自動化方向轉(zhuǎn)變這一社會需求，由于我國機床附件廠資金緊張，造成技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴(yán)重滯后，成為制約民族機床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國產(chǎn)回轉(zhuǎn)工作臺配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達(dá)國家相比都存在一定的差距，但在產(chǎn)品的價格、交貨期和售后服務(wù)上占有較大的優(yōu)勢。

1.3數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功能

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、加工中心等數(shù)控機床不可缺少的重要附件。它的作用是按照控制裝置的信號或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運動，以使數(shù)控機床能完成指定的加工工序。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺表面光滑平整，美觀不易變型，耐高溫、耐熱、耐酸、耐堿，耐磨損、耐油、使用壽命長，也適合一般工廠作業(yè)與精密模具維修，儀器置放與檢測等用途耐高溫、耐磨損、耐油、使用壽命長，為多功能桌板，適合一般工廠、食品業(yè)、研究

室、電子廠無塵室使用。回轉(zhuǎn)工作臺耐沖擊、吸震、美觀，適合一般工廠鉗工作業(yè)、機具維修、生產(chǎn)線包裝與保養(yǎng)廠作業(yè)及其它用途使用。而且回轉(zhuǎn)工作臺的導(dǎo)軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承及雙列向心圓柱滾于軸承保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用途：是落地銑鏜床，端面銑床等工作母機不可缺少的主要輔機?？捎米髦С泄ぜ⑹蛊渥髦本€或回轉(zhuǎn)等調(diào)整和進(jìn)給運動，以擴大工作母機的使用性能，縮短輔助時間，廣泛適用于能源，冶金，礦山，機械，發(fā)電設(shè)備，國防等行業(yè)的機械加工。

1.4 數(shù)控回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺的分類

轉(zhuǎn)臺是鏜床、鉆床、銑床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時轉(zhuǎn)動工作臺，則可加工圓弧面和圓弧槽等。轉(zhuǎn)臺按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺和精密轉(zhuǎn)臺兩類。

1.通用轉(zhuǎn)臺按結(jié)構(gòu)不同又分為水平轉(zhuǎn)臺、立臥轉(zhuǎn)臺和萬能轉(zhuǎn)臺。

2精密轉(zhuǎn)臺用于在精密機床上加工或角度計量。常見的有光學(xué)轉(zhuǎn)臺、數(shù)顯轉(zhuǎn)臺和超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺。

1.5數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理

為了擴大工藝范圍，提高生產(chǎn)率，數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺除具有沿X、r、z三個坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運動功能外，搖臂鉆床往往還具有繞X、r、Z坐標(biāo)軸的圓周進(jìn)給運動。數(shù)控機床用于實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的部件主要就是回轉(zhuǎn)工作臺。數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺按安裝方式又可分為立式、臥式、萬能傾斜式；按照其伺服控制方式又可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。

數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺的分度定位和分度工作臺不同，數(shù)控機床它是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數(shù)來決定轉(zhuǎn)位角度，并沒有其他的定位元件。因此，對開環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傳動精度要求高比較、傳動間隙還盡量要小。

數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺還設(shè)有零點，當(dāng)它作回零控制時，先快速回轉(zhuǎn)運動至擋塊壓合微動開關(guān)時，發(fā)出“快速回轉(zhuǎn)”變?yōu)椤奥倩剞D(zhuǎn)”的信號，再由擋塊壓合微動開關(guān)發(fā)出從“慢速回轉(zhuǎn)”變?yōu)椤包c動步進(jìn)”信號，最后由功率步進(jìn)電動機停在某一固定的通電相位上(稱為鎖相)，數(shù)控機床從而使轉(zhuǎn)臺準(zhǔn)確地停在零點位置上。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的圓形導(dǎo)軌采用都是大型推力滾珠軸承，使回轉(zhuǎn)靈活。徑向?qū)к売蓾L子軸承及圓錐滾子軸承保證回轉(zhuǎn)精度和定心精度。搖臂鉆床用來調(diào)整軸承的預(yù)緊力，可以消除回轉(zhuǎn)軸的徑向間隙。搖臂鉆床是來調(diào)整軸承的調(diào)整套的厚度，可以使圓導(dǎo)軌上有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，保證導(dǎo)軌有一定的接觸剛度。這種數(shù)控機床回轉(zhuǎn)

工作臺可做成標(biāo)準(zhǔn)附件，回轉(zhuǎn)軸可水平安裝也可垂直安裝，數(shù)控機床以適應(yīng)不同工件的加工要求。

1.6數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的組成

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺具有兩個正交測試軸的傾角儀作為測試工具，將傾角儀設(shè)置于待調(diào)平的轉(zhuǎn)臺臺面中心處，使傾角儀的兩個正交測試軸平行于轉(zhuǎn)臺臺面，通過調(diào)整轉(zhuǎn)臺底座下的調(diào)平機構(gòu)使傾角儀兩測試軸輸出的傾斜角度值轉(zhuǎn)臺即為調(diào)平狀態(tài)。

等分回轉(zhuǎn)工作臺與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉(zhuǎn)臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達(dá)到高速加工所需的速度和精度。因此必須另辟蹊徑開發(fā)數(shù)控轉(zhuǎn)臺和擺頭的新型電磁驅(qū)動系統(tǒng)，以實現(xiàn)數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)運動坐標(biāo)的零傳動驅(qū)動。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺包括轉(zhuǎn)臺底腳、圓形的轉(zhuǎn)臺臺面、四個安裝在轉(zhuǎn)臺底腳的上表面、以均角布置的滾動軸承件和一安裝在轉(zhuǎn)臺底腳上表面中心的內(nèi)裝調(diào)心軸承的中心支座，每一滾動軸承件包括一第一滾動軸承和通過第一輪軸支撐第一滾動軸承的支座，回轉(zhuǎn)工作臺臺面的下表面中心設(shè)置有一垂直向下的第二輪軸，回轉(zhuǎn)工作臺臺面安裝在轉(zhuǎn)臺底腳之上，第二輪軸與中心支座中的調(diào)心軸承的內(nèi)圈固定，而所述第一滾動軸承的轉(zhuǎn)動表面各與轉(zhuǎn)臺臺面的下表面滾動接觸。方案認(rèn)證

我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(zhǔn)則（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（9）根據(jù)性能組合選擇材料

（10）零件與零件之間配合的選擇

（11）功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求

2.1方案一

為了保證加工精度，分度工作臺的定位精度(定心和分度)要求很高。實現(xiàn)工作臺轉(zhuǎn)位的機構(gòu)很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門定位元件來保證。在方案一中采用定位銷式分度工作臺。

定位銷式分度工作臺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1是自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的定位銷式分度工作臺。該分度工作臺置于長方形工作臺中間，在不單獨使用分度工作臺時，兩者可以作為一個整體使用。

圖 1 定位銷式分度工作臺結(jié)構(gòu) —擋塊； 2 —工作臺； 3 —錐套；

—螺釘； 5 —支座； 6 —油缸； 7 —定位襯套； 8 —定位銷；

—鎖緊油缸； 10 —大齒輪； 11 —長方形工作臺； 12 —上底座； 13 —止推軸承； 14 —滾針軸承； 15 —進(jìn)油管道； 16 —中央油缸； 17 —活塞； 18 —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2的底部均勻分布著八個(削邊圓柱)定位銷 8，在工作臺下底座 12 上有一個定位襯套 7 以及環(huán)形槽。定位時只有一個定位銷插入定位襯套的孔中，其余七個則進(jìn)人環(huán)形槽中，因為定位銷之間的分布角度為 45 °，故只能實現(xiàn) 45 ° 等分的分度運動。

定位銷式分度工作臺作分度運動時，其工作過程分為三個步驟：(1)松開鎖緊機構(gòu)并拔出定位銷

當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出指令時，下底座 20 上的六個均布鎖緊油缸 9(圖中只示出 一個)卸荷。活塞拉桿 22 在彈簧 21 的作用下上升 15mm，使工作臺 2 處于松開狀態(tài)。同時，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，再通過螺釘 4、錐套 3 使工作臺 2 抬起 15mm，圓柱銷從定位

襯套 7 中拔出。(2)工作臺回轉(zhuǎn)分度

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

(3)工作臺下降并鎖緊

分度完畢后，發(fā)出信號使中央油缸16 卸荷，工作臺 2 靠自重下降，定位銷 8 插入定位襯套 7 中，在鎖緊工作臺之前，消除間隙的油缸 6 通壓力油，活塞頂向工作臺 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，通過拉桿將工作臺鎖緊。

工作臺的回轉(zhuǎn)軸支承在加長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，用來調(diào)整徑向間隙。另外，它的內(nèi)環(huán)可以帶著滾柱在加長的外環(huán)內(nèi)作 15mm 的軸向移動。當(dāng)工作臺抬起時，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的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩，使工作臺 2 轉(zhuǎn)動靈活。

2.2方案二

針對于臥式加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺，也符合本課題的設(shè)計要求，下面對本方案進(jìn)行簡要的介紹：

由于不需要使用回轉(zhuǎn)工作臺有圓周進(jìn)給運動，故對臥式加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺采用分度回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計方案。分度工作臺的作用完成分度運動。由于設(shè)計要求中分度回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度和重復(fù)定位精度較高，為滿足分度精度的要求，我對設(shè)計的臥式加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺采用齒盤定位方式。齒盤分度工作臺的分度精度主要由齒盤尺寸精度及坐標(biāo)精度決定，最高可達(dá)正負(fù)5”。

鼠齒盤式分度工作臺采用 鼠齒盤作為 定位元件。這種工作臺有以下特點：(1)定位精度高，分度精度可達(dá) ±2

(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)因為多齒嚙合，一般齒面嚙合長度不少于 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 因為齒盤嚙合、脫開相當(dāng)于兩 齒盤對研 過程，所以，隨

著使用時間的延續(xù)，其定位精度不斷提高，使用壽命長。(6)鼠齒盤的 制造比較困難。

圖 2為鼠 齒盤及其 齒形結(jié)構(gòu)

圖 3為鼠齒盤式分度工作臺的結(jié)構(gòu)

主要由一對分度鼠齒盤 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。其工作過程如下：(1)工作臺抬起，齒盤脫離嚙合

當(dāng)需要分度時，控制系統(tǒng)發(fā)出分度指令，壓力油進(jìn)入分度工作臺 9 中央 的升夾油缸 12 的下腔，活塞 8 向上移動，通過止推軸承 10 和 11 帶動工作臺 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 9 抬起后，通過推動桿和微動開關(guān)發(fā)出信號，啟動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過蝸輪 4 和齒輪副 5、6 帶動工作臺 9 進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運動。工作臺分度回

轉(zhuǎn)角度由指令給出，共有八個等分，即為 45 ° 的整倍數(shù)。當(dāng)工作臺的回轉(zhuǎn)角度接近所要分度的角度時，減速擋塊使微動開關(guān)動作，發(fā)出減速信號使液壓馬達(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，準(zhǔn)停擋塊壓合微動開關(guān)發(fā)出信號，使液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動，工作臺便完成回轉(zhuǎn)分度工作。(3)工作臺下降，完成定位夾緊

液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動的同時，壓力油 進(jìn)入升夾油缸 12 的上腔，推動活塞 8 帶動工作臺下降，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與傳動種圓弧或與直線坐標(biāo)軸聯(lián)動加工曲面，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，因此采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和定位，其定位精度由控制系統(tǒng)決定。

對于工作臺的夾緊機構(gòu)采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行壓力夾緊。

2.3方案三

在方案三中同樣選擇使用鼠齒盤式.工作臺。

但是與方案二中不同的是夾緊方面可選擇使用斜面浮動夾緊機構(gòu)。斜面浮動夾緊機構(gòu)如下圖所示，當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺需要夾緊、固定時，壓力油經(jīng)濾油器、油泵、電磁換向閥后，再經(jīng)C口進(jìn)入油腔，推動活塞運動，從而帶動活塞軸2上的斜面滑塊5向上運動，由于斜面的作用，使彈性夾緊體4受到比活塞上所受力大許多的垂直方向的力而向外張開，使夾緊導(dǎo)軌板6與夾緊槽面(回轉(zhuǎn)體上開的環(huán)形槽)接觸、受壓產(chǎn)生止壓力。并最終靠夾緊導(dǎo)軌板6與夾緊槽面間所產(chǎn)生的摩擦力F使回轉(zhuǎn)工作臺可靠地夾緊。為使夾緊體體積小些，受力狀況好些，一般此夾緊體均對稱地分布于轉(zhuǎn)臺上，并盡可能使其力臂大些。我們所采用的為四個對稱布置的夾緊體，使中心軸只受扭轉(zhuǎn)力矩，而徑向力為零(圖2)，以利轉(zhuǎn)臺保持高精度。需松開時，只需往D口通入一定的壓力油，使活塞向下移動，帶動斜面滑塊克服夾緊阻力運動，同時由于夾緊彈性體4自身彈性而收縮，使夾緊導(dǎo)軌板與夾緊環(huán)形槽面脫開。本例中，夾緊導(dǎo)軌板與回轉(zhuǎn)體環(huán)形槽面間始終保持0.1mm左右間隙(兩側(cè)面)，以利夾緊動作的可靠性和快速性。

圖2 斜面浮動夾緊機構(gòu)

1.法蘭盤 2.活塞軸 3.活塞 4.彈性夾緊體 5.斜面滑塊 6.夾緊導(dǎo)軌板 7.定位塊

一般地，我們?nèi)』瑝K與斜面間摩擦系數(shù)較小，f=0.10，這時摩擦角?=tg-1f=5.246°。為了使活塞用較小的驅(qū)動力P，產(chǎn)生較大的夾緊力Q，只需?＞?即可，但考慮到其他一些因素的影響，這里取?=7°30′，很顯然?+?＜(?/2)成立，從而滿足滑塊不自鎖條件。

設(shè)夾緊體所需的夾緊力Q為85kN，由于P=Qtg(?+Q)知只需使活塞產(chǎn)生的驅(qū)動力P約為20kN即可實現(xiàn)夾緊。顯然，P力與Q力相比要小許多，與傳統(tǒng)的不帶斜面滑塊的油缸(夾緊)相比，在相同的油壓，需產(chǎn)生相同的夾緊力時，油缸體積要小許多，同時，成本低，無需碟簧復(fù)位，節(jié)省空間，使整個機構(gòu)更小巧。通過以上分析可知該斜面浮動夾緊機構(gòu)與傳統(tǒng)油缸相比有許多優(yōu)點，具有一定的推廣性和實用性，對于從事機械設(shè)計的工程技術(shù)人員在做此類設(shè)計工作時，提供了一個較為新穎的可借鑒的夾緊機構(gòu)。本設(shè)計方案選擇

對前面三套方案進(jìn)行分析比較，在基于本課題的設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，以及對于實際情況的考慮，本人決定采用第二套方案！

因為其他兩套相較于方案二，會有些不合適的地方。在方案一中因其采用定位銷式的定位方式定位精度較低以及旋轉(zhuǎn)角度的限制，很少用于現(xiàn)代數(shù)控中心以及加工中心；而在方案三中，采用斜面浮動夾緊機構(gòu)，其缺點在于動作緩慢影響數(shù)控加工中心的效率，而方案二中采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行壓力夾緊方式更加具有實用性，相較于其他兩種夾緊方案更加實際﹑可操作。設(shè)計思路

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺由交流伺服電動機驅(qū)動, 在它的輸出軸上接連軸器, 再接一級齒輪減速器。該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺由圓"柱齒輪傳動系統(tǒng)、渦輪渦桿傳動系統(tǒng)、間隙消除裝置及液壓系統(tǒng)壓力夾緊裝置組成。

因為是渦輪渦桿傳動與分度, 所以停位不受限, 并不像端齒分度盤一樣, 只能分度固定的角度的整數(shù)倍(5°、10°、15°等),而且偏轉(zhuǎn)范圍較大(110°～-70°), 能加工任何角度與傾斜度的孔與表面。齒的側(cè)隙是靠齒輪制造精度和安裝精度來保持。大齒輪的支撐軸與渦桿軸做成一個軸, 這種聯(lián)結(jié)方式能增大連接的* 剛性和精度, 更能減少功率的損耗。

其工作原理簡述如下: 回轉(zhuǎn)工作臺的運動由交流侍服電機驅(qū)動圓柱齒輪傳動, 帶動渦輪渦桿系統(tǒng), 使工作臺旋轉(zhuǎn)。當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后, 首先松開圓周運動部分的渦輪夾緊裝置, 松開渦輪, 然后啟動交流侍服電機, 按數(shù)控指令確定工作臺的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角度大小等參數(shù).擺動部分的工作原理與此相同。需要說明的是, 當(dāng)工作臺靜止時必須處于鎖緊狀態(tài), 工作臺沿其圓周方向均勻分布6 個夾緊液壓缸進(jìn)行夾緊。當(dāng)工作臺不回轉(zhuǎn)時, 夾緊油缸在液壓油的作用下向外運動, 通過鎖緊塊僅僅頂在渦輪內(nèi)壁, 從而鎖緊工作臺。當(dāng)工作臺需要回轉(zhuǎn)時, 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令, 反向重復(fù)上述動作, 松開渦輪, 使渦輪和回轉(zhuǎn)工作臺按照控制系統(tǒng)的指令進(jìn)行回轉(zhuǎn)運動。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計和計算

整個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺按照功用不同可以分為兩個組成部分, 即圓周回轉(zhuǎn)部分和擺動部分, 在圓周回轉(zhuǎn)部分和擺動部分中, 又可以按照傳動結(jié)構(gòu)分為兩個部分, 即齒輪傳動部分和蝸輪蝸桿傳動部分。以下將簡單說明一下計算和設(shè)計過程。

圓周回轉(zhuǎn)部分設(shè)計、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺圓周回轉(zhuǎn)部分的計算主要分為兩個部分，即齒輪傳動部分和渦輪渦桿傳動部分的設(shè)計、計算。

這是很常規(guī)的計算。主要包括以下內(nèi)容: 材料選擇、精度及參數(shù)選擇、螺旋角選擇、齒寬系數(shù)確定、計算齒輪各個直徑、中心距、齒輪寬度、齒面接觸強度設(shè)計、校核彎曲疲勞強度等等。

渦輪渦桿傳動設(shè)計計算主要包括以下內(nèi)容: 渦輪渦桿材料、硬度、頭數(shù)、齒數(shù)、螺旋三升角、渦輪齒寬、彎曲疲勞強度校核、效率計算、熱平衡計算等等。

擺動部分設(shè)計、計算與圓周回轉(zhuǎn)部分的設(shè)計過程完全相同, 不再贅述。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺關(guān)鍵部件介紹機床產(chǎn)品的很多單元技術(shù)都孕育在關(guān)鍵功能

部件之中。在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺中, 其主要部件———渦輪渦桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)、閉環(huán)檢測結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)部位鎖緊裝置、潤滑與密封等部位均屬于關(guān)鍵部件。

4.1關(guān)鍵技術(shù)解決方法

調(diào)隙結(jié)構(gòu)———雙螺距漸厚渦桿介紹在數(shù)控機床中, 分度工作臺、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺都廣泛采用渦桿渦輪傳動。渦輪副的嚙合側(cè)隙對其分度定位精度影響最大, 因此消除渦輪副的側(cè)隙就成為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的關(guān)鍵問題。一般在要求連續(xù)精確分度的機構(gòu)中(如齒輪加工機床、數(shù)控三維, l回轉(zhuǎn)工作臺等)或為了避免傳動機構(gòu)因承受脈動載荷(如斷續(xù)銑削)而引起扭轉(zhuǎn)振動的場合往往采用雙螺距漸厚渦桿, 以便調(diào)整嚙合側(cè)隙到最小限度。

雙螺距漸厚渦桿與普通渦桿的區(qū)別是: 雙螺距漸厚渦桿齒的左、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)o-e程)則是相等的(圖4)。雙螺距漸厚渦桿副的嚙合原理與一般渦桿副嚙合原理相同, 渦桿的軸向截面仍相當(dāng)于基本齒條, 渦則相當(dāng)于同它嚙合的齒輪。由于渦桿齒左、右兩側(cè)面具有不同的齒距, 即左、右兩側(cè)面具有不同的模數(shù)m(m=t /π)。因而同一側(cè)面的齒距相同, 故沒有破壞嚙合條件。雙螺距漸厚渦桿傳動的公稱模數(shù)m 可看成普通渦輪副的軸向模數(shù), 一般等于左、右齒?面模數(shù)的平均值。此渦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。因此, 可用軸向移動渦桿的方法來消除渦桿與渦輪的齒側(cè)隙。進(jìn)度安排

1、熟悉課題

時間：2011.年2月7日起

成果：了解熟悉課題，查閱資料

2、開題報告

時間：2011年2月8日——2011年2月18日

成果：撰寫開題報告。

3、繪制零件圖

時間：2011年2月19日——2011年3月15日

成果：拆裝回轉(zhuǎn)工作臺，并其不同模塊的機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，出零件圖。

4、機構(gòu)設(shè)置并計算

時間：2011年3月16日——2011年4月1日

成果：完成畢業(yè)設(shè)計計算。

5、繪制總裝配圖

時間：2011年4月1日——2011年4月30日

成果：利用CAD和UG等繪圖軟件，繪制總裝圖一張。

6、翻譯與本課題有關(guān)的外文資料

時間：2011年5月1日——2011年5月7日

成果：翻譯與本課題有關(guān)的外文資料兩篇，約5000漢字。

8、設(shè)計說明書

時間：2011年5月8日——2011年6月1日

成果：寫出設(shè)計說明書，完成報告，準(zhǔn)備答辯工作。

參考文獻(xiàn)

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第四篇：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺翻譯

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

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價方法。本文研究的是三軸加工中心與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可加工性的評估。加工中心利用新的X軸成分作為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，為可切削性和加工中心的評估提出了一個新的測試試樣。實驗對加工中心和機器的特性用機械加工的試樣進(jìn)行分析。這項研究結(jié)果可以被應(yīng)用到機床開發(fā)類似的區(qū)域。

1.簡介

為了加工高品質(zhì)和高精確度的產(chǎn)品，了解的機床的特征非常重要。了解機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。可以一步一步的確定機床的特征并且可以在每個步驟進(jìn)行中對切削性進(jìn)行評價。機床的加工精度取決于其組成部分的幾何和裝配精度。實際中，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)品的加工過程中的熱變形和機械振動。此外，由于其他因素引起的加工誤差，有必要建立一個能夠評估一個機床的特征的標(biāo)準(zhǔn)試樣和評估的一種可行性方法。本文對帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的三軸加工中心（三軸MCT）切削性評估進(jìn)行了研究。在這項研究中，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，通過加工實驗來驗證可切削性，機械加工不使用現(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)臺以高速和高準(zhǔn)確度代替X軸。當(dāng)加工工件時，現(xiàn)有的機床在Y和Z軸的方向移動。此外，在數(shù)控轉(zhuǎn)臺上安裝工件，使工件旋轉(zhuǎn)和移動。這種情況下，Y，Z，和C軸經(jīng)由同步控制程序運動。高速和高精度數(shù)控轉(zhuǎn)臺的安裝能夠加工圓弧或槽。對于這些類型的加工，現(xiàn)有3軸機床需要一個額外的第四軸，而現(xiàn)有的機器并不具有這種功能。此外，現(xiàn)有的三軸機不同的是，所提出的機床不需要在X軸的方向上直線進(jìn)給，從而大大減少了機床的總長度。

圖1 一個帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的三軸機床原理圖設(shè)計

因此，可以防止由于X軸平臺不平整引起的回轉(zhuǎn)精度降低，并且可以通過降低進(jìn)進(jìn)給時間，減少了生產(chǎn)線降低循環(huán)時間和整體投資。以前的研究中建議用可以評估一般機床可加工性的測試樣品7-9。在這項研究中，對以前的研究建議的測試樣品進(jìn)行了改進(jìn)，試圖創(chuàng)造一個適合三軸MCT與旋轉(zhuǎn)軸試樣。實驗對加工中心和機器的特點進(jìn)行了分析。擬議的試樣可用于類似的機器工具開發(fā)的應(yīng)用程序。

2、選擇評價項目

考慮到機床的設(shè)計是為了設(shè)計一個精確的產(chǎn)品,評估影響其加工精度的因素是重要的。評估一般機器準(zhǔn)確性的方法也可以分為直接評估和間接評估的方法。直接評價方法基于切削。對這種評價而言，測量圓度、垂直度和工件的形狀誤差，同時考慮到穩(wěn)定加工，限制允許的切削深度和切削速度。這種方法有幾個問題,尤其是評估機體的困難性和極少數(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面, 通過測量運動和機床零部件的精度的間接評價方法來評估加工精度。當(dāng)直接分析機床的特征時，這種方法具有優(yōu)越性。然而,這種方法的問題包括在機床精度和已確定的機床的性能之間不滿足已建立的尺寸，分析技術(shù)和一個不清楚的關(guān)系7,10。選擇評價項的標(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,在一個靜態(tài)精度測試下檢查機床的通用測試項目,平面度,主軸的徑向跳動,轉(zhuǎn)動的軸向跳動,直線運動精度。在這里, 選中一個向上/向下轉(zhuǎn)移模型，研究在基本傾角下軸的徑向跳動和直線運動。考慮到加工精度測試方法,檢驗頂部區(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,這是指熱引起的機床的形狀和尺寸變化,對一個產(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，第一個加工件A和最后一個建工件B創(chuàng)建后存在驗證步驟，如圖2所示。

圖2 熱變形測量模型

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,本文包括六個部分分析主軸的徑向跳動的傾斜度和根據(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)毒呦蛏弦苿訒r，部分4檢測向上的投影。第七節(jié)在小傾斜角1度評估軸的控制。當(dāng)?shù)毒哐?0-49度角度斜面移動時,可以比較兩個方面的不同之處。這就解釋了為什么部分5和6討論會導(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候和向下切割時底部的內(nèi)表面的工具。

圖2熱變形測量模型

圖3顯示傾角測量模型

在這一點上, 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加工圓柱時表面粗糙度的特點

圖5所示的模型是用來研究根據(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?？紤]上述評價方法,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包含了一般過程中在實際加工時沒有指定的單獨加工條件的信息。圖7顯示了一個加工試樣。使用Optacom表面測量系統(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)測量形狀。這種測量設(shè)備圖8所示。

圖

7、制造的測試試樣

圖

8、測量設(shè)備

3.1通過熱變形檢測

在圖3中A面最后切割,最后完成了B面。因此, 利用這個步驟以抵消熱變形。熱變形補償過程表明,熱變形非常輕微。圖9顯示了測量結(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。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,顯示趨勢類似30度的斜面。隨著轉(zhuǎn)速增加表面粗糙度會改善,但進(jìn)給速度放緩。

圖9熱變形測量

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,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,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,因為在向上切割時由于大斜角度工具的徑向跳動會影響表面粗糙度。與前面的結(jié)果比較,發(fā)現(xiàn)進(jìn)給率降低和轉(zhuǎn)速增加會提高表面粗糙度。圖15顯示了1 度斜面表面粗糙度的特點,這是背面向上傾斜30度的表面。總的來說,發(fā)現(xiàn)測量表面的粗糙度會非常好。圖12 在顯微照片所示頂部區(qū)域特點取決于進(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。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，傾斜角度應(yīng)超過30度。這導(dǎo)致刀具更大的徑向跳動。由于累積的切削時間，盡管有相同的1度傾斜角度，在準(zhǔn)確性方面會對后期切割的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,對刀具軌跡而言,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工具撓度的影響。這個結(jié)果和觀測的總體趨勢

7同是相同的，使用鋸齒形的方法時表面加工精度降低，切削斜面和交替的結(jié)果，向上切削時的切削不足和向下切削時的過切現(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。對一些部分而言沒有明顯的特征。然而, 肉眼可見更高的轉(zhuǎn)速會改善表面,與進(jìn)給速率沒有差別。因此，進(jìn)料速率幾乎不影響圓筒形狀的表面粗糙度同時轉(zhuǎn)速度會對表面粗糙度產(chǎn)生很高的影響。因為在圓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

4、結(jié)論

本文評價的三軸加工中心用數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械加工性。結(jié)果給出了基于適用于本研究中提出的評價方法開發(fā)的測試試樣機器特性的概述如下的評估。

1.通過幾個步驟，熱變形檢測表明熱變形被適當(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)給速率的效果證實了供料速率沒有被適當(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，由于向上切削時不足的切削和向下切削時過度切削交替。

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，發(fā)現(xiàn)表面粗糙度極少受進(jìn)給速率影響，同時顯著受轉(zhuǎn)速影響。

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

這項工作是由韓國(NRF)國家研究基金會支持的，并由韓國政府資助(MSIP)(No.2013035186)。

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3．Schulz, H.and Moriwaki, T., “高速加工，“CIRP志-制造技術(shù)，41卷，2號，第637-643，1992。4．Doo, S., Hong, J.W., and Seo, N.S., “在斜面上對球頭銑刀切削力的研究與加工誤差，”韓國社會學(xué)的報精密工程，Vol.18，7號，第112-119，2001。

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第五篇：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺說明書

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，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增加。但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺更有發(fā)展前途,它是一種可以實現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運動的工作臺，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，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。本課題主要介紹了它的原理和機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并對以上部分運用AUTOCAD做圖,最后是對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺提出的一點建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺；齒輪傳動；蝸桿傳動；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................................................................................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)工作臺的原理與及其組成..........................8 2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺工作的原理...............................................................8 2.2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要的組成部分.......................................................9 2.3本章小結(jié).............................................................................................11 第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計..........................................................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 傳動方案的確定.................................................................................12 3.2.1 傳動方案傳動時應(yīng)滿足的要求..............................................12 3.2.2 傳動方案及其分析..................................................................13 3.3 步進(jìn)電機的原理.................................................................................14 3.4 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運動參數(shù)的計算.........................................15 3.4.1 確定電機轉(zhuǎn)速..........................................................................16 第4章 主要零部件的設(shè)計..............................................................................17 4.1 齒輪傳動的設(shè)計.................................................................................17 4.1.1 選擇齒輪傳動的類型..............................................................17 4.1.2 選擇材料..................................................................................17 4.1.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計......................................................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度..........................................................19

III

4.1.6 確定齒輪傳動精度..................................................................20 4.1.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計..........................................................................20 4.2 蝸輪及蝸桿的選用與校核.................................................................20 4.2.1 選擇蝸桿傳動類型..................................................................21 4.2.2 選擇材料..................................................................................21 4.2.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計......................................................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度..................................................24 4.4 軸的校核與計算.................................................................................25 4.4.1 畫出受力簡圖..........................................................................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 滾動軸承的配合......................................................................27 4.8.4滾動軸承的潤滑......................................................................27 4.8.5 滾動軸承的密封裝置..............................................................28 4.8.6 滾動軸承的壽命計算..............................................................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工作臺面上,工作時,利用主機的控制系統(tǒng)或?qū)ｉT配套的控制系統(tǒng),完成與主機相協(xié)調(diào)的各種加工的分度回轉(zhuǎn)運動。

將其安裝在機床工作臺上配置第四軸伺服電機,通過與X,Y,Z三軸的聯(lián)動來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)控機床，目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床和加工中心上。

德國生產(chǎn)的大部分是雙軸可傾斜式轉(zhuǎn)臺，5軸聯(lián)動使用直驅(qū)的較多，高轉(zhuǎn)速，高精度。大部分的國內(nèi)外生產(chǎn)的數(shù)控機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，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺；在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。

在現(xiàn)有的三坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控機床的工作臺上再增加一個具有兩個旋轉(zhuǎn)自由度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，將其安裝在原有的工作臺上，與原有的工作臺成為一個整體，成為一個多自由度的回轉(zhuǎn)工作臺，即雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺。再通過對數(shù)控系統(tǒng)的升級，使該機床成為五坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控機床。這樣的雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺不僅可以沿X、Y、Z方向作平行移動，在A、B兩軸能同時運動，且能隨時停止，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)控的工作臺上做回轉(zhuǎn)的則是很少的。

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

社會在不斷的進(jìn)步，人們對時間的節(jié)省看的也是越來越重要，要在一定的時間創(chuàng)造更多的價值，對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和機床的組合的應(yīng)用，可以很大程度上減少編程人員的計算時間，且機床的計算時間也會減少?；剞D(zhuǎn)工作臺可以使多個相同的部件同時加工，以減少重復(fù)裝卡重復(fù)定位，大大的減少了加工的時間。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是落地銑鏜床，端面銑床等工作母機不可缺少的主要輔機?？捎米髦С泄ぜ⑹蛊渥髦本€或回轉(zhuǎn)等調(diào)整和進(jìn)給運動，以擴大工作母機的使用性能，縮短輔助時間，廣泛適用于能源，冶金，礦山，機械，發(fā)電設(shè)備，國防等行業(yè)的機械加工。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺屬機床選購附件，可任意角度定位，與主機配合使用，能對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。實現(xiàn)一次裝夾，多工序加工。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺通用性很強、應(yīng)用范圍很廣的回轉(zhuǎn)工作臺而言, 它既是機床加工中一種重要的分度附件, 又是計量工作中不可缺少的角度儀器。用作加工時, 轉(zhuǎn)臺可以與普通鉆、銑床, 或者精密銑床、鑊床、磨床、座標(biāo)鑊床等配用, 對鉆模、分度板、齒輪、凸輪、樣板、多面體、端齒盤, 以及航空發(fā)動機的機匣、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;用于計量時, 精密轉(zhuǎn)臺可以作為精密的角度測量儀器, 對各種有精密角度要求的零件進(jìn)行檢測。轉(zhuǎn)臺在機械、航空、儀表、電子等工業(yè)系統(tǒng)都有廣泛的用途。轉(zhuǎn)臺的發(fā)展水平, 很大程度上標(biāo)志著一個國家的工藝水平。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高, 對轉(zhuǎn)臺的需要和要求也不斷提高, 技術(shù)涉獵面由最初的單純機械擴大到目前的機械、液壓、氣動、光學(xué)、電子、電磁等領(lǐng)域。轉(zhuǎn)臺的使用也由普通機床附件、一般的角度儀器, 擴大到與自動機床、加工中心或者三座標(biāo)測量機聯(lián)用, 從而實現(xiàn)對復(fù)雜角度零件進(jìn)行高效和精密的加工或測量。

本次畢業(yè)設(shè)計主要是解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機械機構(gòu)的設(shè)計與計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(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)知識的能力，建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。通過畢業(yè)設(shè)計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過渡。使所學(xué)的知識進(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)問題的能力，從而擴大、深化所學(xué)的專業(yè)知識和技能。樹立做事嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。

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

培養(yǎng)自己獨立工作、獨立思考和綜合運用所學(xué)知識的技能，提高 解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴大、深化所學(xué)的專業(yè)知識和技能。

培養(yǎng)自己的設(shè)計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實踐能力，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)臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達(dá)到每年600臺左右。預(yù)計未來5年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、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率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長。

第1章 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢

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式檢測 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等效措施，機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，功能覆蓋面大，可裁剪性強，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進(jìn)行動態(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)控機床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，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.實時智能

早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(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算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(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)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(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)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(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)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對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、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(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現(xiàn)。

2.科學(xué)計算可視化

科學(xué)計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言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。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，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、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，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

3.插補和補償方式多樣

多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標(biāo)插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?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語言編程，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)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理

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，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。

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)模可編程集成電路FPGA、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，可實現(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。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，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

機床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。

4.通用型開放式閉環(huán)控制模式

采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴展和升級，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)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術(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、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(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)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、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)將計算機智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(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，社會科技進(jìn)入了更高的臺階，所以我選擇數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺作為我畢業(yè)設(shè)計的題目，是當(dāng)今社會的發(fā)展趨勢，對于我意義也是非常重要的。

第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與及其組成

數(shù)控機床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲線等?；剞D(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，擴大了數(shù)控機床加工范圍。

2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺工作的原理

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動。

見圖2-1為自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺。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。工作臺的運功是由伺服電機，經(jīng)齒輪減速后，由蝸輪蝸桿改變運動方向，最后傳遞到工作臺。

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 自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺

為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動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)工作臺靜止時，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，活塞便壓向鋼球，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪2。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，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。

回轉(zhuǎn)工作臺的導(dǎo)軌面由大型滾動軸承支承，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)工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實際測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補償角度的位置和補償?shù)闹担洃浽谘a償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵7發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。

回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)有零點，當(dāng)它作回零運動時，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準(zhǔn)確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺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)給運動。

其工作原理簡述：

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

需要說明的是，當(dāng)工作靜止時必須處于鎖緊狀態(tài)，工作臺沿起圓周反向均勻分布8個加緊液壓缸進(jìn)行加緊。工作臺不會轉(zhuǎn)時，加緊油缸的作用下向外運動通過夾緊塊僅僅頂在蝸輪內(nèi)壁，從而鎖緊工作臺。當(dāng)工作臺需要回轉(zhuǎn)時，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令反復(fù)上述動作，松開蝸輪，使渦輪和回轉(zhuǎn)工作臺按照控制系統(tǒng)的指令進(jìn)行回轉(zhuǎn)運動。

2.2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要的組成部分

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

因為是蝸輪蝸桿傳動與分度，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保持。大齒輪的支撐軸與蝸桿軸做成一個軸，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)電動機

●電液脈沖馬達(dá)

●直齒輪的傳動系統(tǒng)

●蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)

●工作臺

●光柵的反饋

機床產(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)工作臺中，其主要部件——蝸輪蝸桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)、閉環(huán)檢驗測結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)部位縮緊裝置、潤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)控機床中，分度工作臺、分度工作臺都廣泛采用蝸桿蝸輪傳動輪副的齒輪側(cè)隙對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)工作臺的關(guān)鍵問題，一般在要求連續(xù)精確分度的機構(gòu)中（如齒輪加工機床數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺等）或為了避免傳動機構(gòu)承受脈動載荷（如斷續(xù)銑削）而引起扭轉(zhuǎn)振動的場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，故沒有破壞嚙合條件。雙螺距漸厚蝸桿傳動的公稱模數(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，可用軸向移動蝸桿的方法來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)工作臺的外部組成部分。

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

2.3 本章小結(jié)

主要簡單介紹畢業(yè)設(shè)計題目（數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺）大體的工作原理，主要的零部件，設(shè)計背景、工作原理、設(shè)計參數(shù)也作了進(jìn)一步的說明。

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

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)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求

3.2 傳動方案的確定

3.2.1 傳動方案傳動時應(yīng)滿足的要求

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原動機采用電液脈沖馬達(dá)，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪

傳動和蝸桿傳動組成。

合理的傳動方案主要滿足以下要求： 1.機械的功能要求

應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。2.工作條件的要求

例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。3.工作性能要求

保證工作可靠、傳動效率高等。4.結(jié)構(gòu)工藝性要求

如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟合理等。

3.2.2 傳動方案及其分析

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

該傳動方案分析如下：

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

1.蝸桿傳動特點(1)結(jié)構(gòu)緊湊

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

(2)傳動平穩(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，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。

(4)效率低、制造成本較高

蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，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，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。

由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳

動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。

同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。

2.兩種型式各有特點(1)開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺

開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進(jìn)給機構(gòu)一樣，都可以用點液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機來驅(qū)動。

(2)閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺

閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結(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)臺分度定位精度更高。

3.3 步進(jìn)電機的原理

步進(jìn)電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量。電機總的回轉(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)電機是機電一體化產(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)電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。

選擇步進(jìn)電機時，首先要保證步進(jìn)電機的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負(fù)載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，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，最大靜力矩Mjmax大的電機，負(fù)載力矩大。

選擇步進(jìn)電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過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，二是可以通過步進(jìn)電機的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

選擇功率步進(jìn)電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負(fù)載的負(fù)載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機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)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

3.4 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運動參數(shù)的計算

許多機械加工需要微量進(jìn)給。要實現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅(qū)動元件。對于后兩者，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。這是因為電液脈沖馬達(dá)具有以下優(yōu)點：

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

●無誤差積累； ●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)動單元，其機構(gòu)也比較簡單，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)電機每加一個脈沖轉(zhuǎn)過一個脈沖當(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)動技術(shù)。

1.電液脈沖馬達(dá)電機的選擇

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。

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，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達(dá)長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達(dá)價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。

工作所需功率為：

FVPw=wwkW

1000?wTnwPw= kW

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

150×36Pw= =0.56 kW

9950×0.97

電機所需的輸出功率為：P0=

Pw?

式中 η為電機至工作臺主動軸之間的總效率。

由文獻(xiàn)[1]可知表2.4查得：

齒輪傳動的效率為ηw=0.97；

對滾動軸承的效率為ηw=0.99；

蝸桿傳動的效率為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

電機額定功率為：Pm=0.75 KW

3.4.1 確定電機轉(zhuǎn)速

由文獻(xiàn)[1]可知，表2.5推薦的各種機構(gòu)傳動范圍為，取： 齒輪傳動比：3-5，蝸桿傳動比：15-32，則總的傳動范圍為：

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

N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min

為降低電機的重量和價格，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，型號為Y801-2，其滿載轉(zhuǎn)速nm=3000r/min,此外，電機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

4.1 齒輪傳動的設(shè)計

采用直齒輪傳動結(jié)構(gòu)見圖4-1所示。

1-小齒輪；2-大齒輪

圖4-1 直齒輪傳動

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

4.1.1 選擇齒輪傳動的類型

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

4.1.2 選擇材料

考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；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 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計

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

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

K——載荷系數(shù)； Φd——齒寬系數(shù)； u——傳動比； 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度

設(shè)計公式：

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彎曲強度足夠。

4.1.6 確定齒輪傳動精度

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。第Ⅰ、Ⅱ公差組也定為8級，齒厚偏差選HK

4.1.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計

小齒輪

da1 =33mm 采用實心式齒輪 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)動的方向改變，在這一傳動的過程中采用蝸輪蝸桿的傳動，方法如圖4-2所示。蝸輪蝸桿的傳動部僅僅能夠改變軸的旋轉(zhuǎn)方向，而且具有方向自鎖的功能。傳遞運動也非常的平穩(wěn)。

1-蝸輪

2-蝸桿

圖4-2 蝸輪蝸桿的傳動

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

4.2.1 選擇蝸桿傳動類型

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

4.2.2 選擇材料

考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；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 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計

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

傳動中心距：

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

式中 [σH] ——許用接觸應(yīng)力，N；

Zρ——圓柱蝸桿傳動的接觸系數(shù)； ZE——材料的彈性系數(shù)； K——計算系數(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。

因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，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=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72＜Zρ，因此以上計算結(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.驗算傳動比

Z62i?2??62 Z1123

4.這是傳動比誤差為

（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度 計算公式：

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

所以彎曲強度是滿足要求的。[σH] ′=4.4 軸的校核與計算

4.4.1 畫出受力簡圖

圖3-1 受力簡圖

計算出：R1=46.6N R2=26.2N

4.4.2 畫出扭矩圖

T=η·i·T電機

=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截面所在。組合彎矩 M′ ?M2?﹙aT﹚4.6 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑

設(shè)計公式：

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

W扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(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度系列，從而取鍵長L=10mm。

2.鍵連接的強度

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

滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計”問題。

4.8.1 軸承的類型

考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構(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靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。

4.8.3 滾動軸承的配合

滾動軸承是標(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 滾動軸承的潤滑

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

用粘度越高的。

4.8.5 滾動軸承的密封裝置

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 滾動軸承的壽命計算

計算公式：

?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)量動負(fù)荷，N； C——軸承的基本額定動負(fù)荷，kN。1.軸承的基本額定動負(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)

對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計 選型 零件校核，按照機械設(shè)計一書進(jìn)行設(shè)計，完成機械部分。

結(jié) 論

今年來隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要，對高檔數(shù)控機床提出了急迫的大量的需求。機床制造業(yè)是一國工業(yè)的奠基石，它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(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)化國家，也無不高度重視。機床是一個國家制造業(yè)水平的象征，代表機床制造業(yè)最高境界的則是五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)。從某種意義上說，五軸聯(lián)動數(shù)控機床反應(yīng)了一個國家工業(yè)發(fā)展的水平狀況。

但由于五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)價格十分昂貴，加之NC程序制作較難，使五軸系統(tǒng)難以“平民”化。所以通過數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和三軸聯(lián)動的數(shù)控銑床的連用，實現(xiàn)同時的控制即能實現(xiàn)五軸聯(lián)動。這樣即可減少固定資產(chǎn)的無形磨損，又避免購置新機的大量資金投入。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功用：

第一，使工作臺進(jìn)行圓周進(jìn)給完成切削運動；第二，使工作臺進(jìn)行分度工作。它按照系統(tǒng)的命令，在需要時完成工作。

致 謝

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

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

其次要感謝我的同學(xué)，他們很熱心和無私，他們在我需要幫助之時伸出了援助之手，有了他們的關(guān)心和支持，畢業(yè)設(shè)計雖苦但感覺很快樂。

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

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

總之沒有他們，就沒這么完整和全面的畢業(yè)設(shè)計，所以要再次對他們說一次——謝謝你們！

參考文獻(xiàn) 門艷忠.機械設(shè)計[M].北京：北京大學(xué)出版社 ,2010 8.2 何銘新，錢可強.機械制圖[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[M].第四版.北京：機械工業(yè)出版社，2009 1.5 全國數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心.數(shù)控編程[M].北京：機械工業(yè)出版，1997.6 戴曙等.金屬切削機床[M].北京：機械工業(yè)出版，1995.7 金屬切削機床設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社.8 機械設(shè)計計算手冊.機械工業(yè)出版社.9 大連組合機床所.組合機床設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社.10上海紡織工學(xué)院等.金屬切削機床圖冊.上海科技出版社.11 崔旭芳，周英.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理和設(shè)計[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[J].組合機床與自動化技術(shù),2005（4）：22-23.伍利群.齒輪傳動間隙的消除辦法[J]，機床與液壓，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