第一篇：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行中對切削性進行評價。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進給時間，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行了改進，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)置進給速度為3000毫米/分鐘和5000毫米/分鐘。考慮上述評價方法,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)域特點取決于進給速率和轉(zhuǎn)速
圖13表面粗糙度的特性取決于進給速率和轉(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 進給速率）
圖14表面粗糙度的特性取決于進給速率和轉(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,與進給速率沒有差別。因此，進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)。總體而言，表面粗糙度最好特性是具有較低的進給速度和較高的轉(zhuǎn)速。在頂部區(qū)域，從進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料速率，在圓筒形加工時，發(fā)現(xiàn)表面粗糙度極少受進給速率影響，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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第二篇：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 步進電機的原理.................................................................................14 3.4 電液脈沖馬達的選擇及運動參數(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..............................................................................................................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[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行了很多的改進，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。回轉(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。可用作支承工件并使其作直線或回轉(zhuǎn)等調(diào)整和進給運動，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[12,13]可知。
達到綜合應(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、嚴(yán)肅認真、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、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應(yīng)用、文字表達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。科學(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行操作，便于藍圖編程和快速編程、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，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)嵗脩艨稍跇?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進行編輯修改，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)可進行遠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。回轉(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。它的進給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進行控制的。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)進給運動。
其工作原理簡述：
回轉(zhuǎn)工作臺的動力源由步進電機帶動電液馬沖馬達提供，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)工作臺是由步進電機帶動電液脈沖馬達作為動力源，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: ●步進電動機
●電液脈沖馬達
●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[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)電液脈沖馬達功率：0.75kW(4)電液脈沖馬達轉(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，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——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)直線進給機構(gòu)一樣，都可以用點液脈沖馬達、功率步進電機來驅(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)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。
3.3 步進電機的原理
步進電機是一種能將數(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。
選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負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，負載力矩大。
選擇步進電機時，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，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細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。
選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進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 電液脈沖馬達的選擇及運動參數(shù)的計算
許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、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)微量進給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用電液脈沖馬達作為執(zhí)行單元。這是因為電液脈沖馬達具有以下優(yōu)點：
●直接采用數(shù)字量進行控制;●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的細分驅(qū)動技術(shù)。
1.電液脈沖馬達電機的選擇
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.選擇電液脈沖馬達的額定功率
馬達的額定功率應(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，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，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[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[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[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[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[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[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[1]可知 表7-12)4.接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]：
[σH] =[σH2] =220Mpa(由文獻[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[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[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[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[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[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[2]可知。抗彎截面系數(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[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，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(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)量動負荷，N； C——軸承的基本額定動負荷，kN。1.軸承的基本額定動負荷C 由參考文獻[6]附表9-4 C=63.0kN 2.軸承所受的當(dāng)量動負荷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[1]可知 表11-7)5.溫度系數(shù)ft
取ft=1（由文獻[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)的零件進行設(shè)計 選型 零件校核，按照機械設(shè)計一書進行設(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，使工作臺進行圓周進給完成切削運動；第二，使工作臺進行分度工作。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 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
第三篇：怎么使用回轉(zhuǎn)工作臺_數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺操作方法
怎么使用回轉(zhuǎn)工作臺_操作方法
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1、回轉(zhuǎn)工作臺可正反轉(zhuǎn)、正反運行。
2、可立臥兩用，承載重量大。
3、回轉(zhuǎn)工作臺可制作等分加工（等分：2、3、4、6、8、10......）
4、與自動化設(shè)備配套使用，形成自動加工、生產(chǎn)、裝配、鉆孔攻牙、組裝。
5、采用日本東風(fēng)減速電機，耐溫型號，高溫時同樣可以保持正常運轉(zhuǎn)
6、機芯機構(gòu)采用馬耳它十字機芯原理
7、機芯采用一組減速齒輪，兩組減速機，增加了穩(wěn)定性。
8、插銷鎖緊裝置，旋轉(zhuǎn)一個工位時自動鎖緊，無移位，無間隙。
9、精度高，水平精度及旋轉(zhuǎn)精度(0.02mm)，運行平穩(wěn)、順暢，無抖動沖過頭現(xiàn)像。
10、氣壓、油壓、信號或電氣信號配合（電磁閥、PLC）控制回路，整套即可使用。精度正負 15 秒，（0.02 高速的精度）不會有誤差生成。
11、回轉(zhuǎn)工作臺分度盤運動狀態(tài)時，分度盤面依照工藝需求分割等份旋轉(zhuǎn)，盤面無升降起
伏變化。
12、反應(yīng)速度快，可與攻牙機、鉆床、鉚釘機、超聲波、燙金、絲印、移印、CNC 數(shù)控加工或其它 工作機配合，形成自動生產(chǎn)、加工、組裝。
13、回轉(zhuǎn)工作臺工作位調(diào)整簡單，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)，順時針或逆時針方向依次轉(zhuǎn)動。
14、負載后慣性大時，亦無移位之現(xiàn)象。
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第四篇：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 ±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 ±2''，最高可達 ±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，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，啟動液壓馬達旋轉(zhuǎn)，通過蝸輪 4 和齒輪副 5、6 帶動工作臺 9 進行分度回轉(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低速回轉(zhuǎn)，為齒盤準(zhǔn)確定位創(chuàng)造條件；當(dāng)達到要求的角度時，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 液壓馬達停止轉(zhuǎn)動的同時，壓力油 進入升夾油缸 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 馬達或功率步進電機驅(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動步進信號，最后由步進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，這時啟動步進電機，驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)進給或分度。
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)果反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)控制原理進行工作，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 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。
第五篇：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計
中 文 摘 要
摘要
本次畢業(yè)設(shè)計的題目是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計。本課題主要介紹了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理和機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，這種回轉(zhuǎn)工作臺是一種可以實現(xiàn)圓周進給和精確分度運動的工作臺，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等幾部分組成，是一種很實用的加工工具。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。通過本次對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計，使我們不僅能夠設(shè)計出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，而且能夠掌握機械設(shè)計的方法和步驟。本課題的主要內(nèi)容包括：確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動方案；驅(qū)動力的計算及其它相關(guān)計算；機械零件的設(shè)計與校核；通過AUTOCAD繪制裝配圖和零件圖。
數(shù)控機床的圓周進給是由回轉(zhuǎn)工作臺完成的，回轉(zhuǎn)工作臺可以與X軸、Y軸、Z軸三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出球面、圓弧曲面等復(fù)雜曲面。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，從而擴大了數(shù)控機床的加工范圍。隨著數(shù)控技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的發(fā)展已成為歷史的必然。關(guān)鍵字：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺,齒輪傳動,蝸桿傳動,數(shù)控技術(shù)
-I
A b s t r a c t
-III
目錄
3.4.1 選擇蝸桿傳動類型...................................................................15 3.4.2 選擇材料..................................................................................15 3.4.3 按齒面接觸疲勞強度進行校核.................................................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軸承壽命的驗算…………………………………………………… 19 3.5.2軸承游隙調(diào)整……………………………………………………..19
3.5.3 滾動軸承的配合………………………………………………………
3.5.4 滾動軸承的潤滑………………………………………………………
3.5.5 滾動軸承的密封裝置…………………………………………………
3.6 軸的校核與計算…………………………………………………………..22 3.6.1 軸一的校核與計算………………………………………………..22 3.6.2 軸二的校核與計算………………………………………………..25 3.7 夾緊機構(gòu)的校核與計算…………………………………………………….3.8 齒輪上鍵的選擇與計算…………………………………………………..第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計............................................................................27 4.1 CPU板............................................................................................................27 4.1.1 CPU的選擇...............................................................................27 4.1.2 CPU接口設(shè)計...........................................................................28 4.2 驅(qū)動系統(tǒng)和人機界面....................................................................................28 結(jié)論...........................................................................................................29 參考文獻...................................................................................................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屆中國國際機床展覽會上，數(shù)控機床、加工中心、復(fù)合機床等裝備在制造業(yè)內(nèi)已呈現(xiàn)出量大面廣的態(tài)勢，這類工作母機在各類制造業(yè)已經(jīng)得到廣泛普及，清晰地表達出了時代特征和發(fā)展潮流。機床運動不管是并聯(lián)運動機床，還是運動疊加的串聯(lián)機床，對大多數(shù)金屬加工機床來說，數(shù)控進給復(fù)合運動的加工，都是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動來實現(xiàn)的。為了應(yīng)對日益增多的復(fù)雜零件加工、提高加工的精度和效率，多軸機床和復(fù)合機床需要進一步的創(chuàng)新發(fā)展。因此，在現(xiàn)代加工中心的開發(fā)中，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計與制造便成為了研制機床部件的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，同時起著承載工作重量、夾持工件的功能，因此要非常重視其創(chuàng)新設(shè)計。
但是，在中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也出現(xiàn)了很多的問題，情況并不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)還集中于勞動力密集型得產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于西方發(fā)達國家；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、管理水品也相對比較落后等。
從什么角度剖析中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r？用什么方式評價中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度？如何定位中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向和前景？中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展與當(dāng)前的經(jīng)濟熱點問題關(guān)聯(lián)度如何？此類問題，都是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展中必須面對和解決的。中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了岔口：中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺生產(chǎn)企業(yè)急需選擇發(fā)展的方向。
中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告闡述了世界數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和差距，開創(chuàng)性的提出了“新型的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)”及其替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎(chǔ)上，從而從四個方面即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好”和“面向未來”準(zhǔn)確界定了“新型的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(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)工作臺的原理與特點
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的使用，為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)，通過第四軸、第五軸驅(qū)動轉(zhuǎn)臺完成等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，加工出復(fù)雜的曲面，使機床原有的加工范圍得以擴大。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺未來的發(fā)展方向是：在規(guī)格上向兩頭延伸，也就是開發(fā)小規(guī)格與大規(guī)格的轉(zhuǎn)臺以及相關(guān)的制造技術(shù)；在其性能方面將進一步提高剎緊力矩、提高主軸轉(zhuǎn)速，向可靠性的方面發(fā)展。數(shù)控機床的圓周進給由數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺來完成，被稱為數(shù)控機床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與X軸、Y軸、Z軸三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，以加工出球、圓弧曲線等復(fù)雜曲面。回轉(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，使數(shù)控機床的加工范圍得以擴大。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床與銑床，其外形和通用工作臺相似，不過它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進給的軸聯(lián)動。為自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺。它的進給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是以給定的程序指令進行控制的。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的發(fā)展方向是：在規(guī)格上向兩頭延伸，也就是開發(fā)小型轉(zhuǎn)臺和大型轉(zhuǎn)臺；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轉(zhuǎn)速以及轉(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。機床工具行業(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，依賴于機床的數(shù)控化和產(chǎn)品的升級換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動化向柔性自動化方向轉(zhuǎn)變的這一社會需求，由于我國機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床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國產(chǎn)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽、精度穩(wěn)定性等方面與西方發(fā)達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)上占有比較大的優(yōu)勢。另外，近幾年臺灣地區(qū)的數(shù)控附件產(chǎn)品明顯加大了對大陸市場的開發(fā)力度，使國內(nèi)市場競爭態(tài)勢日趨激烈。在今后幾年中，我國機床附件廠要發(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，也要跟蹤學(xué)習(xí)西方發(fā)達國家的先進技術(shù)，并在產(chǎn)品創(chuàng)新下功夫；總結(jié)經(jīng)驗，加強產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合，走專業(yè)化生產(chǎn)的路子，面向市場，積極參與競爭以滿足主機發(fā)展的需要。
第二章
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用
漸增厚。但因為同一側(cè)的螺距是相同的所以仍然可以保持正常的嚙合。當(dāng)工作臺靜止時轉(zhuǎn)臺必須處于鎖緊狀態(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活塞便壓向鋼球撐開夾緊瓦從而夾緊蝸輪。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，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。轉(zhuǎn)臺的導(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)工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動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)中可以在實際測量工作臺的靜態(tài)定位誤差之后確定需要補償角度的位置以及補償值，將其記憶在補償回路中由數(shù)控裝置進行誤差補償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺精確到位信號反饋給數(shù)控裝置進行控制。轉(zhuǎn)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精確地停在零位。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)的回轉(zhuǎn)進給運動。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。
2.2 設(shè)計準(zhǔn)則
本課題的設(shè)計準(zhǔn)則：
1）分析轉(zhuǎn)臺的原理和性能；
2）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能； 3）預(yù)測機床意外載荷； 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)工作臺的設(shè)計
第三章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計
3.1 傳動方案的選擇
3.1.1 傳動方案傳動時應(yīng)滿足的要求
此次設(shè)計的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要由原動機、傳動裝置和轉(zhuǎn)臺組成，傳動裝置是在原動機和轉(zhuǎn)臺之間傳遞運動和動力的，可實現(xiàn)精準(zhǔn)地分度運動。合理的傳動方案應(yīng)滿足以下要求：
（1）機械功能的要求：應(yīng)滿足工作臺的功率和運動形式的要求；（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)臺工作可靠、傳動效率高；
（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求：要滿足結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護方便、經(jīng)濟性合理等要求。
3.1.2 傳動方案及其分析
如圖3-1的傳動方案所示，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動方案：一級傳動為齒輪減速傳動，二級傳動為蝸輪蝸桿傳動。
圖3-1 傳動方案
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動方案路線為：交流伺服電機—齒輪減速傳動—蝸桿傳動—數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。
第三章
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計
度，從而實現(xiàn)位移，因此，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，與伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，因此稱為閉環(huán)，這樣一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又回收了多少脈沖，如此，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，因此，可以實現(xiàn)精確定位。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便，產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。它一般用于對成本敏感的普通工業(yè)以及民用場合。
無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實現(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。電機無需維護，效率高，運行溫度低，電磁輻射小，壽命長，適用于各種環(huán)境。
2.交流伺服電機是無刷電機，可以分為同步與異步電機，目前的運動控制中一般都采用同步電機，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)運行的應(yīng)用。
3.伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成了電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時，電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，從而，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度由編碼器的精度決定。
3.2.2 伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算
伺服電機的額定功率應(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，則不能保證工作機器正常工作，或是電機長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；假如額定功率過大，則電機價格高，由于效率和功率因數(shù)低而造成浪費。工作所需功率為：Pw=FwVw/1000?w Pw=Tnw/9550?w
式中T=150N?M,nw?36rmin，電機工作效率?w=0.97代入上式得
Pw?150?36/(9550?0.97)?0.57KW
電機所需的輸出功率為：Po=Pw/?
第三章
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計
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，齒面的接觸線均平行于齒輪的軸線。因此輪齒是沿整個齒寬同時進入嚙合、同時脫離嚙合的，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中。
根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，本次畢業(yè)設(shè)計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，因此必須選擇機械性能高的合金銀；礦山機械中的齒輪傳動，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；家用及辦公用機械的功率很小，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤滑或無潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料。總之，工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應(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，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，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，對材料沒有特別的要求。
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。
第三章
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計
m=1.25mm。
3）計算齒輪傳動中心距：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）校核齒輪傳動的彎曲疲勞強度
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）驗算齒根彎曲疲勞強度
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)驗算，齒根彎曲疲勞強度滿足要求，故合格。
（5）計算齒輪的圓周速度，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,取該齒輪傳動為8級精度。
（6）繪制齒輪零件圖3-2和圖3-3。
3.3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)齒輪的尺寸查機械設(shè)計手冊表3.7—31得出小齒輪為實心齒輪，大齒輪為孔板式齒輪。結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
第三章
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計
3.4 蝸輪與蝸桿的選用與校核
3.4.1 選擇蝸桿傳動類型
由于本次傳動場合為機床上的工作臺，整體傳動要求傳動精度高，同時蝸桿副存在傳動間隙，因此采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置調(diào)整間隙。根據(jù)整體傳動比需要設(shè)計比較大，蝸輪蝸桿的整體傳動比也比較大，蝸桿采用單頭蝸桿，為了工作臺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效率不大，而且速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達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 按齒面接觸疲勞強度進行校核
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行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距：
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
第三章
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計
δH????1.53?1.27?17040?2.31?0.9773?429MPa
45?155?2.5tanr
tan(r???)驗算效率? ??(0.95~0.96)已知r=19.45o???arctanfv;fv 與相對滑動速度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
Fa?e。Fb2．初步計算當(dāng)量動載荷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值需在已知型號和基本額定靜載荷Co后才能求出。現(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)有的基本額定動載荷值
?60nLh60?1250?5000???8556?N?61699N C=P1061064.按照軸承樣本或設(shè)計手冊選擇C=61800N的6310軸承 此軸承的基本額定載荷Co=38000N.驗算如下：
Fa27001）求相對軸向?qū)?yīng)的e值與Y值。相對軸向載荷為?0.07105，Co38000在表中介于0.07-0.13之間，對應(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)量動載荷Po P=1.2?(0.56?5500?1.579?2700)?8870.28N 4)驗算6009軸承的壽命，根據(jù)式（13-5）
106C?106618003()??()h?7000h?5000h
Lh?60nP60?12508870.28即高于其計算壽命。故該對軸承適用。
3.5.2 軸承的游隙的調(diào)整
軸承的游隙通過預(yù)緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。
3.5.3 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
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3.5.5 滾動軸承的密封裝置
密封對軸承來說是不可缺少的。密封既可以防止?jié)櫥瑒┑男孤叮部梢苑乐雇饨缬泻Ξ愇锏那秩搿７駝t會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)計環(huán)節(jié)。設(shè)計時應(yīng)考慮能達到長期密封和防塵的作用，同時要求摩擦和安裝誤差小，拆卸、裝配方便，維修保養(yǎng)簡單。
密封裝置可分為靜密封（固定密封）和動密封（轉(zhuǎn)動密封）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、潤滑狀態(tài)、滑動速度以及相接觸處的表面加工質(zhì)量等因素都會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轉(zhuǎn)使用過程中會發(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，除了存在潤滑劑摩擦外均不會出現(xiàn)任何其他的摩擦，因此非接觸式密封不會產(chǎn)生磨損，使用時間較長也不會產(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 軸的校核與計算
軸是組成機器的重要零件之一。軸的主要功能是支撐齒輪或帶輪等傳動零件和軸上其他零件，并傳遞運動和動力。同時，它又通過軸承被支撐在機架上。軸
第三章
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計
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。對軸的各截面受力狀態(tài)分析可知，傳動力作用點所承受的彎矩最大，對該截面設(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，對該界面設(shè)定為???截面。上述兩截面是需要校核的兩個截面。
； ???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)上述計算結(jié)果繪制垂直平面內(nèi)的彎矩圖，如圖C所示。
計算水平平面內(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)工作臺的設(shè)計
3.6.2 軸二的校核與計算
軸二即蝸桿軸的校核與計算方法與軸一相同，經(jīng)校驗該軸符合要求。
3.7 夾緊機構(gòu)的校核與計算
在本次設(shè)計中采用液壓缸作為轉(zhuǎn)臺的夾緊機構(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)式或擺動式的機械運動。液壓傳動具有很多優(yōu)點：
1、工作比較平穩(wěn)，反應(yīng)快，沖擊小，可以高速啟動；
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，便于實現(xiàn)自動化；4由于功率損失所產(chǎn)生的熱量可由流動的油帶走，因此，可避免在系統(tǒng)某些局部位置所產(chǎn)生的過度溫升。
單個油缸的尺寸計算：
1、活塞：
第三章
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計
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?，故擠壓強度足夠。電機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)校核強度足夠。
第四章
控制系統(tǒng)的設(shè)計
0、定位器中斷1）、RAM為128B、14位的計數(shù)器WDT、I/O接口共有32個。
4.1.2 CPU接口設(shè)計
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）將行程開關(guān)的狀態(tài)讀入CPU,通過中斷進行處理，它的優(yōu)先級別最高。（2）通過程序?qū)崟r控制電機和電磁閥的運行。
（3）接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到LED上，實現(xiàn)人機交互的作用。AT89C51的I/O接口按以下方式分配： 1）2）3）4）P0口通過鎖存器741S373控制七段數(shù)碼管的段； P1口通過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輸入（光柵）、電磁閥驅(qū)動、急停信號等。
4.2 驅(qū)動系統(tǒng)和人機界面
傳動驅(qū)動部分包括交流伺服電機和電磁閥的驅(qū)動，交流伺服電機必須滿足快速急停、定位和退刀時可以快速運行、工作時能帶動工作臺并克服外力并按照指令的速度運行。在定位和退刀時夾緊機構(gòu)放松。
人機界面的設(shè)計準(zhǔn)則為：要有良好的人機交互能力，要求操作方便。此系統(tǒng)中的八個數(shù)碼管前四個可以顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)等指令，后四個可以記下工作臺的顯示光柵反饋給單片機的位置信號，并將角度位移顯示出來。
致謝及聲明
致
謝
衷心感謝導(dǎo)師楊教授對本人的精心指導(dǎo)。在此次畢業(yè)設(shè)計中，由于我所學(xué)知識過于繁雜，而且不精，不夠系統(tǒng)，所以在做畢業(yè)設(shè)計時總是會有茫然的感覺，往往遇到問題時就會向老師請教，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題，慢慢得，我學(xué)會了如何獨立的去解決問題。記得每次去見老師，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小時給我們指點設(shè)計中的不足。真誠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，楊教授廣博的學(xué)識和嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度也值得我終生學(xué)習(xí)。
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