第一篇：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

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

一、分度工作臺(tái)

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

范圍內(nèi)任意角度的分度。

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

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

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

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

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

當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出指令時(shí)，下底座 20 上的六個(gè)均布鎖緊油缸 9(圖中只示出 一個(gè))卸荷。活塞拉桿 22 在彈簧 21 的作用下上升 15mm，使工作臺(tái) 2 處于松開狀態(tài)。同時(shí)，間隙消除油缸 6 也卸荷，中央油缸 16 從管道 15 進(jìn)壓力油，使活塞 17 上升，并通過螺栓 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(tái) 2 抬起 15mm，圓柱銷從定位襯套 7 中拔出。(2)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度

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

(3)工作臺(tái)下降并鎖緊

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

工作臺(tái)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(dòng)。當(dāng)工作臺(tái)抬起時(shí)，支座 5 的一部分 推力由止推 軸承 13 承受，這將有效地減小分度工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩，使工作臺(tái) 2 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。2 ．鼠齒盤式分度工作臺(tái) 鼠齒盤式分度工作臺(tái)采用 鼠齒盤作為 定位元件。這種工作臺(tái)有以下特點(diǎn)：(1)定位精度高，分度精度可達(dá) ±2''，最高可達(dá) ±0 ． 4''。(2)由于采用多齒重復(fù)定位，因而重復(fù)定位精度穩(wěn)定。

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

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

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

圖5-32 為鼠齒盤及其齒形結(jié)構(gòu)

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

(1)工作臺(tái)抬起，齒盤脫離嚙合

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

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

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

二、開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

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

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

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

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

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

三、閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)與開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)基本相同，區(qū)別在于閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有轉(zhuǎn)動(dòng)角度測量元件(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(tái)定位精度更高。

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

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

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

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

四、雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)

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

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

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

圖5-36 雙導(dǎo)程蝸桿齒形 1 ．公稱模數(shù)

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

(5-9)．齒厚增量系數(shù)

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

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

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

圖5-37 嚙合關(guān)系圖 為了保證嚙合質(zhì)量，高，即

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

式中，為齒頂高系數(shù)。

因此，根據(jù)式(5-11)和式(5-12)得

(5-13)．齒厚調(diào)整量

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

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

因而

(5-15)

(5-16)同樣，節(jié)距差 Δt 值、左面和右面齒距分別為

(5-17)

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

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

第二篇：課程設(shè)計(jì)—回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)

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(tái)等組成，它們主要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)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(dòng)機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟、停和變速等動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(dòng)裝置以及操作面板等組成。它是執(zhí)行順序控制動(dòng)作和完成加工過程的控制中心。

4、自動(dòng)換刀系統(tǒng)。由刀庫、機(jī)械手等部件組成。當(dāng)需要換刀時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由機(jī)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(hù)、液壓、氣動(dòng)和檢測系統(tǒng)等部分。這些裝置雖然不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)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(duì)缺少的部分。

帶有可轉(zhuǎn)動(dòng)的臺(tái)面、用以裝夾工件并實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和分度定位的機(jī)床附件，簡稱轉(zhuǎn)臺(tái)或第四軸。

1.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(jí)采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增長。然數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)更有發(fā)展前途,它是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它常被應(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(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙打消和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。

目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上，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(tái)；

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

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

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

預(yù)計(jì)未來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(lì)振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通工機(jī)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(tái)對(duì)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(jī)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(tái)球面蝸輪副具有瞬時(shí)多齒接觸、磨損小、精度保持持久等優(yōu)點(diǎn)。而且采用球面蝸輪副后，轉(zhuǎn)臺(tái)承載能力提高3倍以上。該設(shè)備采用氣壓制動(dòng)，制動(dòng)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(jī)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(tái)、數(shù)控分度頭已能滿足中低檔數(shù)控機(jī)床的配套需求。同時(shí)也要認(rèn)識(shí)大，為高檔數(shù)控機(jī)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(tái)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(jī)床的數(shù)控化和產(chǎn)品快速的升級(jí)換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變這一社會(huì)需求，由于我國機(jī)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(jī)床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國產(chǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽(yù)、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(jià)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(tái)的功能

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

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(tái)耐沖擊、吸震、美觀，適合一般工廠鉗工作業(yè)、機(jī)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(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾動(dòng)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(tái)主要用途：是落地銑鏜床，端面銑床等工作母機(jī)不可缺少的主要輔機(jī)。可用作支承工件并使其作直線或回轉(zhuǎn)等調(diào)整和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以擴(kuò)大工作母機(jī)的使用性能，縮短輔助時(shí)間，廣泛適用于能源，冶金，礦山，機(jī)械，發(fā)電設(shè)備，國防等行業(yè)的機(jī)械加工。

1.4 數(shù)控回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的分類

轉(zhuǎn)臺(tái)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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，則可加工圓弧面和圓弧槽等。轉(zhuǎn)臺(tái)按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)兩類。

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

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

1.5數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理

為了擴(kuò)大工藝范圍，提高生產(chǎn)率，數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)除具有沿X、r、z三個(gè)坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床用于實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件主要就是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度定位和分度工作臺(tái)不同，數(shù)控機(jī)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(duì)開環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)精度要求高比較、傳動(dòng)間隙還盡量要小。

數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)還設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回零控制時(shí)，先快速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至擋塊壓合微動(dòng)開關(guān)時(shí)，發(fā)出“快速回轉(zhuǎn)”變?yōu)椤奥倩剞D(zhuǎn)”的信號(hào)，再由擋塊壓合微動(dòng)開關(guān)發(fā)出從“慢速回轉(zhuǎn)”變?yōu)椤包c(diǎn)動(dòng)步進(jìn)”信號(hào)，最后由功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停在某一固定的通電相位上(稱為鎖相)，數(shù)控機(jī)床從而使轉(zhuǎn)臺(tái)準(zhǔn)確地停在零點(diǎn)位置上。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)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(jī)床回轉(zhuǎn)

工作臺(tái)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(jī)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(tái)的組成

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)具有兩個(gè)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(tái)臺(tái)面中心處，使傾角儀的兩個(gè)正交測試軸平行于轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面，通過調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)底座下的調(diào)平機(jī)構(gòu)使傾角儀兩測試軸輸出的傾斜角度值轉(zhuǎn)臺(tái)即為調(diào)平狀態(tài)。

等分回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)和擺頭的新型電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的零傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)包括轉(zhuǎn)臺(tái)底腳、圓形的轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面、四個(gè)安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)底腳的上表面、以均角布置的滾動(dòng)軸承件和一安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)軸承件包括一第一滾動(dòng)軸承和通過第一輪軸支撐第一滾動(dòng)軸承的支座，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)臺(tái)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(tái)臺(tái)面安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)表面各與轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面的下表面滾動(dòng)接觸。方案認(rèn)證

我們的設(shè)計(jì)過程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)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(jì)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(tái)的定位精度(定心和分度)要求很高。實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位的機(jī)構(gòu)很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門定位元件來保證。在方案一中采用定位銷式分度工作臺(tái)。

定位銷式分度工作臺(tái)采用定位銷和定位孔作為定位元件，定位精度取決于定位銷和定位孔的精度(位置精度、配合間隙等)，最高可達(dá) ±5′′。因此，定位銷和定位孔襯套的制造和裝配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。圖1是自動(dòng)換刀數(shù)控臥式鏜銑床的定位銷式分度工作臺(tái)。該分度工作臺(tái)置于長方形工作臺(tái)中間，在不單獨(dú)使用分度工作臺(tái)時(shí)，兩者可以作為一個(gè)整體使用。

圖 1 定位銷式分度工作臺(tái)結(jié)構(gòu) —擋塊； 2 —工作臺(tái)； 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(tái)； 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(tái)2的底部均勻分布著八個(gè)(削邊圓柱)定位銷 8，在工作臺(tái)下底座 12 上有一個(gè)定位襯套 7 以及環(huán)形槽。定位時(shí)只有一個(gè)定位銷插入定位襯套的孔中，其余七個(gè)則進(jìn)人環(huán)形槽中，因?yàn)槎ㄎ讳N之間的分布角度為 45 °，故只能實(shí)現(xiàn) 45 ° 等分的分度運(yùn)動(dòng)。

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

當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出指令時(shí)，下底座 20 上的六個(gè)均布鎖緊油缸 9(圖中只示出 一個(gè))卸荷。活塞拉桿 22 在彈簧 21 的作用下上升 15mm，使工作臺(tái) 2 處于松開狀態(tài)。同時(shí)，間隙消除油缸 6 也卸荷，中央油缸 16 從管道 15 進(jìn)壓力油，使活塞 17 上升，并通過螺栓 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(tái) 2 抬起 15mm，圓柱銷從定位

襯套 7 中拔出。(2)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度

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

(3)工作臺(tái)下降并鎖緊

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

工作臺(tái)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(dòng)。當(dāng)工作臺(tái)抬起時(shí)，支座 5 的一部分 推力由止推 軸承 13 承受，這將有效地減小分度工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩，使工作臺(tái) 2 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

2.2方案二

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

由于不需要使用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，故對(duì)臥式加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。分度工作臺(tái)的作用完成分度運(yùn)動(dòng)。由于設(shè)計(jì)要求中分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(duì)設(shè)計(jì)的臥式加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用齒盤定位方式。齒盤分度工作臺(tái)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(tái)采用 鼠齒盤作為 定位元件。這種工作臺(tái)有以下特點(diǎn)：(1)定位精度高，分度精度可達(dá) ±2

(2)由于采用多齒重復(fù)定位，因而重復(fù)定位精度穩(wěn)定。

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

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

(5)磨損小，且 因?yàn)辇X盤嚙合、脫開相當(dāng)于兩 齒盤對(duì)研 過程，所以，隨

著使用時(shí)間的延續(xù)，其定位精度不斷提高，使用壽命長。(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(tái)的結(jié)構(gòu)

主要由一對(duì)分度鼠齒盤 13、14，升夾油缸 12，活塞 8，液壓馬達(dá)，蝸輪副 3 ﹑4，減速齒輪副 5、6 等組成。其工作過程如下：(1)工作臺(tái)抬起，齒盤脫離嚙合

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

當(dāng)工作臺(tái) 9 抬起后，通過推動(dòng)桿和微動(dòng)開關(guān)發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過蝸輪 4 和齒輪副 5、6 帶動(dòng)工作臺(tái) 9 進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)分度回

轉(zhuǎn)角度由指令給出，共有八個(gè)等分，即為 45 ° 的整倍數(shù)。當(dāng)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)角度接近所要分度的角度時(shí)，減速擋塊使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出減速信號(hào)使液壓馬達(dá)低速回轉(zhuǎn)，為齒盤準(zhǔn)確定位創(chuàng)造條件；當(dāng)達(dá)到要求的角度時(shí)，準(zhǔn)停擋塊壓合微動(dòng)開關(guān)發(fā)出信號(hào)，使液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)便完成回轉(zhuǎn)分度工作。(3)工作臺(tái)下降，完成定位夾緊

液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，壓力油 進(jìn)入升夾油缸 12 的上腔，推動(dòng)活塞 8 帶動(dòng)工作臺(tái)下降，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)種圓弧或與直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工曲面，又能作為分度 頭完成 工件的轉(zhuǎn)位換面。

由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功能要求連續(xù)回轉(zhuǎn) 進(jìn)給并與其 他坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，因此采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和定位，其定位精度由控制系統(tǒng)決定。

對(duì)于工作臺(tái)的夾緊機(jī)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(tái)。

但是與方案二中不同的是夾緊方面可選擇使用斜面浮動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。斜面浮動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)如下圖所示，當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)需要夾緊、固定時(shí)，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(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)活塞軸2上的斜面滑塊5向上運(yùn)動(dòng)，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(tái)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(duì)稱地分布于轉(zhuǎn)臺(tái)上，并盡可能使其力臂大些。我們所采用的為四個(gè)對(duì)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(tái)保持高精度。需松開時(shí)，只需往D口通入一定的壓力油，使活塞向下移動(dòng)，帶動(dòng)斜面滑塊克服夾緊阻力運(yùn)動(dòng)，同時(shí)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(dòng)作的可靠性和快速性。

圖2 斜面浮動(dòng)夾緊機(jī)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(shí)摩擦角?=tg-1f=5.246°。為了使活塞用較小的驅(qū)動(dòng)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(dòng)力P約為20kN即可實(shí)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(shí)，油缸體積要小許多，同時(shí)，成本低，無需碟簧復(fù)位，節(jié)省空間，使整個(gè)機(jī)構(gòu)更小巧。通過以上分析可知該斜面浮動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)油缸相比有許多優(yōu)點(diǎn)，具有一定的推廣性和實(shí)用性，對(duì)于從事機(jī)械設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員在做此類設(shè)計(jì)工作時(shí)，提供了一個(gè)較為新穎的可借鑒的夾緊機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)方案選擇

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

因?yàn)槠渌麅商紫噍^于方案二，會(huì)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(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，其缺點(diǎn)在于動(dòng)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(shí)用性，相較于其他兩種夾緊方案更加實(shí)際﹑可操作。設(shè)計(jì)思路

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

因?yàn)槭菧u輪渦桿傳動(dòng)與分度, 所以停位不受限, 并不像端齒分度盤一樣, 只能分度固定的角度的整數(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(gè)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(tái)的運(yùn)動(dòng)由交流侍服電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng), 帶動(dòng)渦輪渦桿系統(tǒng), 使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后, 首先松開圓周運(yùn)動(dòng)部分的渦輪夾緊裝置, 松開渦輪, 然后啟動(dòng)交流侍服電機(jī), 按數(shù)控指令確定工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角度大小等參數(shù).擺動(dòng)部分的工作原理與此相同。需要說明的是, 當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài), 工作臺(tái)沿其圓周方向均勻分布6 個(gè)夾緊液壓缸進(jìn)行夾緊。當(dāng)工作臺(tái)不回轉(zhuǎn)時(shí), 夾緊油缸在液壓油的作用下向外運(yùn)動(dòng), 通過鎖緊塊僅僅頂在渦輪內(nèi)壁, 從而鎖緊工作臺(tái)。當(dāng)工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí), 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令, 反向重復(fù)上述動(dòng)作, 松開渦輪, 使渦輪和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)按照控制系統(tǒng)的指令進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)和計(jì)算

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

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

這是很常規(guī)的計(jì)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(jì)算齒輪各個(gè)直徑、中心距、齒輪寬度、齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)、校核彎曲疲勞強(qiáng)度等等。

渦輪渦桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)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(qiáng)度校核、效率計(jì)算、熱平衡計(jì)算等等。

擺動(dòng)部分設(shè)計(jì)、計(jì)算與圓周回轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)過程完全相同, 不再贅述。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)關(guān)鍵部件介紹機(jī)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(tái)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(jī)床中, 分度工作臺(tái)、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)都廣泛采用渦桿渦輪傳動(dòng)。渦輪副的嚙合側(cè)隙對(duì)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(tái)的關(guān)鍵問題。一般在要求連續(xù)精確分度的機(jī)構(gòu)中(如齒輪加工機(jī)床、數(shù)控三維, l回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等)或?yàn)榱吮苊鈧鲃?dòng)機(jī)構(gòu)因承受脈動(dòng)載荷(如斷續(xù)銑削)而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)間：2011.年2月7日起

成果：了解熟悉課題，查閱資料

2、開題報(bào)告

時(shí)間：2011年2月8日——2011年2月18日

成果：撰寫開題報(bào)告。

3、繪制零件圖

時(shí)間：2011年2月19日——2011年3月15日

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

4、機(jī)構(gòu)設(shè)置并計(jì)算

時(shí)間：2011年3月16日——2011年4月1日

成果：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算。

5、繪制總裝配圖

時(shí)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(shí)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(jì)說明書

時(shí)間：2011年5月8日——2011年6月1日

成果：寫出設(shè)計(jì)說明書，完成報(bào)告，準(zhǔn)備答辯工作。

參考文獻(xiàn)

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第三篇：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)翻譯

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

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

加工中心中極大地影響產(chǎn)品的可切削性特征是制造。因此，研究人員需要為高質(zhì)量產(chǎn)品建立一種可切削性評(píng)價(jià)方法。本文研究的是三軸加工中心與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可加工性的評(píng)估。加工中心利用新的X軸成分作為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，為可切削性和加工中心的評(píng)估提出了一個(gè)新的測試試樣。實(shí)驗(yàn)對(duì)加工中心和機(jī)器的特性用機(jī)械加工的試樣進(jìn)行分析。這項(xiàng)研究結(jié)果可以被應(yīng)用到機(jī)床開發(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(jī)床的特征非常重要。了解機(jī)床特征是確定它生產(chǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。可以一步一步的確定機(jī)床的特征并且可以在每個(gè)步驟進(jìn)行中對(duì)切削性進(jìn)行評(píng)價(jià)。機(jī)床的加工精度取決于其組成部分的幾何和裝配精度。實(shí)際中，加工精度的降低，即，表面粗糙度或者粗糙的表面輪廓，是由各種外部條件引起的，包括產(chǎn)品的加工過程中的熱變形和機(jī)械振動(dòng)。此外，由于其他因素引起的加工誤差，有必要建立一個(gè)能夠評(píng)估一個(gè)機(jī)床的特征的標(biāo)準(zhǔn)試樣和評(píng)估的一種可行性方法。本文對(duì)帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的三軸加工中心（三軸MCT）切削性評(píng)估進(jìn)行了研究。在這項(xiàng)研究中，一旋轉(zhuǎn)軸被施加到三軸的MCT上，代替現(xiàn)有的X軸。這是必要的，通過加工實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證可切削性，機(jī)械加工不使用現(xiàn)有的線性軸，而使用旋轉(zhuǎn)軸。三軸MCT如圖 1所示。不像現(xiàn)有的三軸加工中心，三軸MCT具有數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)以高速和高準(zhǔn)確度代替X軸。當(dāng)加工工件時(shí)，現(xiàn)有的機(jī)床在Y和Z軸的方向移動(dòng)。此外，在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝工件，使工件旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。這種情況下，Y，Z，和C軸經(jīng)由同步控制程序運(yùn)動(dòng)。高速和高精度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝能夠加工圓弧或槽。對(duì)于這些類型的加工，現(xiàn)有3軸機(jī)床需要一個(gè)額外的第四軸，而現(xiàn)有的機(jī)器并不具有這種功能。此外，現(xiàn)有的三軸機(jī)不同的是，所提出的機(jī)床不需要在X軸的方向上直線進(jìn)給，從而大大減少了機(jī)床的總長度。

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

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

2、選擇評(píng)價(jià)項(xiàng)目

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

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

圖2 熱變形測量模型

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

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

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

圖2熱變形測量模型

圖3顯示傾角測量模型

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

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

3．結(jié)果與討論

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

用Al6061大小為200毫米×140毫米×52毫米創(chuàng)建標(biāo)本。表1包含了一般過程中在實(shí)際加工時(shí)沒有指定的單獨(dú)加工條件的信息。圖7顯示了一個(gè)加工試樣。使用Optacom表面測量系統(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(gè)步驟以抵消熱變形。熱變形補(bǔ)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(diǎn)。表面粗糙度隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小,但是,進(jìn)給速度放緩。在3000毫米/分鐘和5000毫米/分鐘之間也有顯著差異的結(jié)果。圖11在一段45度的斜面顯示了表面粗糙度的特點(diǎn),顯示趨勢類似30度的斜面。隨著轉(zhuǎn)速增加表面粗糙度會(huì)改善,但進(jìn)給速度放緩。

圖9熱變形測量

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

圖

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

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

3.3表面粗糙度的特性取決于工具在向上/向下切割時(shí)的路徑

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

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

（Feed 進(jìn)給速率）

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

（surface roughness 表面粗糙度）

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

3.4外圓加工表面粗糙度的特征

圖18顯示了外圓加工表面粗糙度的特點(diǎn)。對(duì)一些部分而言沒有明顯的特征。然而, 肉眼可見更高的轉(zhuǎn)速會(huì)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(shí)轉(zhuǎn)速度會(huì)對(duì)表面粗糙度產(chǎn)生很高的影響。因?yàn)樵趫A柱加工期間不能確定合適的進(jìn)給速率，這種現(xiàn)象最有可能發(fā)生。

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

圖16表面粗糙度的特性取決于刀具軌跡

圖18顯微照片所示圓柱段的表面粗糙度的特點(diǎn)

4、結(jié)論

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

1.通過幾個(gè)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(jī)械加工。另外，當(dāng)1°傾斜表面被加工，在一般的表面粗糙度發(fā)現(xiàn)在一個(gè)良好的狀態(tài)。總體而言，表面粗糙度最好特性是具有較低的進(jìn)給速度和較高的轉(zhuǎn)速。在頂部區(qū)域，從進(jìn)給速率的效果證實(shí)了供料速率沒有被適當(dāng)?shù)乜刂啤?/p>

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

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

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

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

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第四篇：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)更有發(fā)展前途,它是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。本課題主要介紹了它的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)以上部分運(yùn)用AUTOCAD做圖,最后是對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)提出的一點(diǎn)建議。

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

I

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

目 錄

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

III

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

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

IV

緒 論

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

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

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

在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。

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

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

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

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

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是落地銑鏜床，端面銑床等工作母機(jī)不可缺少的主要輔機(jī)。可用作支承工件并使其作直線或回轉(zhuǎn)等調(diào)整和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以擴(kuò)大工作母機(jī)的使用性能，縮短輔助時(shí)間，廣泛適用于能源，冶金，礦山，機(jī)械，發(fā)電設(shè)備，國防等行業(yè)的機(jī)械加工。

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

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

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算部分，設(shè)計(jì)思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部，由文獻(xiàn)[12,13]可知。

達(dá)到綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的能力，建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，可樹立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過渡。使所學(xué)的知識(shí)進(jìn)一步鞏固和加深，使之系統(tǒng)化、綜合化。提高解決

本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴(kuò)大、深化所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和技能。樹立做事嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。

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

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

培養(yǎng)自己的設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。

數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會(huì)越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計(jì)近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心將會(huì)達(dá)到每年600臺(tái)左右。預(yù)計(jì)未來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(lì)振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長。

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(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)，由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。

2.柔性化

包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。3.工藝復(fù)合性和多軸

以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。4.實(shí)時(shí)智能

早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。

1.2 功能發(fā)展方向

1.用戶界面圖形

用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。

2.科學(xué)計(jì)算可視化

科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息。可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

3.插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣

多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?/p>

4.內(nèi)裝高性能PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語言編程，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(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。

5.多媒體技術(shù)應(yīng)用

多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理

聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(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(jià)值。

1.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

1． 集成化

采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)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(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。

2.模塊化

硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

3.網(wǎng)絡(luò)化

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

4.通用型開放式閉環(huán)控制模式

采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過程中動(dòng)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。

1.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)

當(dāng)前開發(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(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(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(huì)科技進(jìn)入了更高的臺(tái)階，所以我選擇數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，是當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢，對(duì)于我意義也是非常重要的。

第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與及其組成

數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種球、圓弧曲線等。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。

2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作的原理

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

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

1-蝸桿；2-蝸輪；

3、4-夾緊瓦；5-小液壓缸；6-支座；7-光柵；

8、9-軸承

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

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

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

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

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

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

其工作原理簡述：

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

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

2.2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要的組成部分

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

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

●電液脈沖馬達(dá)

●直齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)

●蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)

●工作臺(tái)

●光柵的反饋

機(jī)床產(chǎn)品的很多單元都孕育在關(guān)鍵功能部件之中。在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中，其主要部件——蝸輪蝸桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)、閉環(huán)檢驗(yàn)測結(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(jī)床中，分度工作臺(tái)、分度工作臺(tái)都廣泛采用蝸桿蝸輪傳動(dòng)輪副的齒輪側(cè)隙對(duì)其分度定位精度影響最大，因此消除蝸輪副的側(cè)隙就成為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的關(guān)鍵問題，一般在要求連續(xù)精確分度的機(jī)構(gòu)中（如齒輪加工機(jī)床數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等）或?yàn)榱吮苊鈧鲃?dòng)機(jī)構(gòu)承受脈動(dòng)載荷（如斷續(xù)銑削）而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的場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(dòng)的公稱模數(shù)m可看成普通蝸桿副的軸向模數(shù)，一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值，此蝸桿齒厚從頭到尾漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。因此，可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來消除蝸桿與渦輪的齒側(cè)隙。

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

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

2.3 本章小結(jié)

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

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

3.1 主要技術(shù)參數(shù)及其基本要求

3.1.1 技術(shù)參數(shù)

(1)回轉(zhuǎn)半徑：500 mm

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

(6)最大承載重量：100kg 3.1.2 基本要求

(1)創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能(2)分析原理和性能

(3)判別功能載荷及其意義(4)預(yù)測意外載荷

(5)創(chuàng)造有利的載荷條件

(6)提高合理的應(yīng)力分布和剛度(7)重量要適宜

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

(9)零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇

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

3.2 傳動(dòng)方案的確定

3.2.1 傳動(dòng)方案傳動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求

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

傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成。

合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求： 1.機(jī)械的功能要求

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

例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。3.工作性能要求

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

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

3.2.2 傳動(dòng)方案及其分析

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

該傳動(dòng)方案分析如下：

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

1.蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)緊湊

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

(2)傳動(dòng)平穩(wěn)

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

(3)可以自鎖

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

(4)效率低、制造成本較高

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

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

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

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

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

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

(2)閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測量元件（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(tái)分度定位精度更高。

3.3 步進(jìn)電機(jī)的原理

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

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

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

選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過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(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)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(jī)的固有特性所決定。

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

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

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

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

●無誤差積累； ●定位準(zhǔn)確；

●低頻率特性比較好； ●調(diào)速范圍較寬；

采用電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過一個(gè)脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

1.電液脈沖馬達(dá)電機(jī)的選擇

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

2.選擇電液脈沖馬達(dá)的額定功率

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

工作所需功率為：

FVPw=wwkW

1000?wTnwPw= kW

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

150×36Pw= =0.56 kW

9950×0.97

電機(jī)所需的輸出功率為：P0=

Pw?

式中 η為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。

由文獻(xiàn)[1]可知表2.4查得：

齒輪傳動(dòng)的效率為ηw=0.97；

對(duì)滾動(dòng)軸承的效率為ηw=0.99；

蝸桿傳動(dòng)的效率為ηw=0.8。

因此，η=η1·η23·η3=0.97×0.993×0.8=0.75

P0.56P0=w?=0.747 KW

?0.75一般電機(jī)的額定功率：

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

由文獻(xiàn)[1]可知，表2.1取

電機(jī)額定功率為：Pm=0.75 KW

3.4.1 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速

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

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

N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min

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

第4章 主要零部件的設(shè)計(jì)

4.1 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)

采用直齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)見圖4-1所示。

1-小齒輪；2-大齒輪

圖4-1 直齒輪傳動(dòng)

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

4.1.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型

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

4.1.2 選擇材料

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

4.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

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

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

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

ZE——材料的彈性影響系數(shù)；

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

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

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

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

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

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

將以上參數(shù)代入公式

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

d1?32.88mm

4.1.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸

1.齒數(shù)z

取Z1=22，則Z2=i×Z1=3×22=66,取Z2=66

2.模數(shù)m

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

Z1223.中心距a

1標(biāo)準(zhǔn)中心距 a=m(Z1+Z2)=60.5mm

24.其他主要尺寸

分度圓直徑：d1=mZ1=1.5×22=33mm

d2=mZ2=1.5×66=99mm

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

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

4.1.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

設(shè)計(jì)公式：

σF?KFtYFaYSa?[σF] bm

式中 K——載荷系數(shù)；

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

[σF]——彎曲疲勞許用應(yīng)力，N。

復(fù)合齒形系數(shù)Ys：

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

YFS1=4.12 大齒輪 YFS2=3.96 則

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

YFS14.12彎曲強(qiáng)度足夠。

4.1.6 確定齒輪傳動(dòng)精度

輪圓周速度

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

4.1.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

小齒輪

da1 =33mm 采用實(shí)心式齒輪 大齒輪

da2 =99mm 采用腹板式齒輪

4.2 蝸輪及蝸桿的選用與校核

為了將軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的方向改變，在這一傳動(dòng)的過程中采用蝸輪蝸桿的傳動(dòng)，方法如圖4-2所示。蝸輪蝸桿的傳動(dòng)部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(yùn)動(dòng)也非常的平穩(wěn)。

1-蝸輪

2-蝸桿

圖4-2 蝸輪蝸桿的傳動(dòng)

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

4.2.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型

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

4.2.2 選擇材料

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

4.2.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

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

傳動(dòng)中心距：

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

式中 [σH] ——許用接觸應(yīng)力，N；

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

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

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

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

選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。4.確定接觸系數(shù)Zρ

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

a圖8.12查出Zρ=3.12

5.確定許用應(yīng)力[σH]

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

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

[σH]= KHN[σH]=0.92×268=246.56≈247Mpa

6.計(jì)算中心距a

a≧

3160×2.7

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

4.3 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸

4.3.1 蝸桿

1.直徑系數(shù)

q=17.92；

2.分度圓直徑 d1=22.4mm； 3.蝸桿頭數(shù) Z1=1；

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

1Sa??1.97mm

2?m4.3.2 蝸輪

1.蝸輪齒數(shù) Z2 =62；

2.變位系數(shù) Χ=0；

3.驗(yàn)算傳動(dòng)比

Z62i?2??62 Z1123

4.這是傳動(dòng)比誤差為

（62-60）/60=2/60=0.033=3.3%

5.蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=1.25×62=77.5mm

6.蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2ha2=93.5 7.蝸輪喉母圓直徑

rg2=a﹣0.5 da2 =50-0.5×93.5=3.25

4.3.3 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算公式：

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

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

T2——蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，N·M； m——模數(shù)；

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

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

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

?Y??1??0.9773

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

[σF]=56×0.72=40.32MPa ?F?24

1.53×1.27×1704045×155×2.5

=4.29MPa

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

4.4.1 畫出受力簡圖

圖3-1 受力簡圖

計(jì)算出：R1=46.6N R2=26.2N

4.4.2 畫出扭矩圖

T=η·i·T電機(jī)

=0.36×60×0.98 =21.2 N·M

圖3-2 扭矩圖

4.4.3 彎矩圖

M=72.8×180×10-3

=13.1N.圖3-3 彎矩圖

4.5 彎矩組合圖

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

設(shè)計(jì)公式：

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

W扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取a=0.6，由文獻(xiàn)[2]可知。抗彎截面系數(shù)W=0.1d3

根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小

4.7 齒輪上鍵的選取與校核

1.取鍵連接的類型好尺寸

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

2.鍵連接的強(qiáng)度

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

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

4.8.1 軸承的類型

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

4.8.2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配

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

4.8.3 滾動(dòng)軸承的配合

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

4.8.4 滾動(dòng)軸承的潤滑

考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，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(dòng)軸承的密封裝置

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

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

4.8.6 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算

計(jì)算公式：

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

ft——溫度系數(shù)； fp——載荷系數(shù)；

ε——軸承的壽命指數(shù)；

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

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

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

4.9 本章小結(jié)

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

結(jié) 論

今年來隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要，對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量的需求。機(jī)床制造業(yè)是一國工業(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(jī)床是一個(gè)國家制造業(yè)水平的象征，代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的則是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)。從某種意義上說，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床反應(yīng)了一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展的水平狀況。

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

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功用：

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

致 謝

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

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

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

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

在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，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(qǐng)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(jì)，所以要再次對(duì)他們說一次——謝謝你們！

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

第五篇：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸承選用

機(jī)床主軸和轉(zhuǎn)臺(tái)的軸承選型淺析

機(jī)床工具行業(yè)作為機(jī)械裝備工業(yè)的重要組成部分，在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一般的機(jī)器制造中，機(jī)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(jī)床業(yè)發(fā)展水平通常是一個(gè)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(duì)于工業(yè)母機(jī)-機(jī)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(duì)機(jī)床的加工能力帶來了許多的挑戰(zhàn)，為了能滿足對(duì)上述結(jié)構(gòu)件的加工，現(xiàn)代機(jī)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(jí)的深入，機(jī)床行業(yè)內(nèi)也顯示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的趨勢，即數(shù)控機(jī)床比例逐步上升，在數(shù)控領(lǐng)域，高端數(shù)控機(jī)床(如重型機(jī)床、智能機(jī)床等)所占的比例也不斷上升，重型機(jī)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(jī)械、冶金、航天、軍工、交通運(yùn)輸(鐵路、汽車)等主要工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)以及國家重點(diǎn)工程項(xiàng)目服務(wù)，國家重點(diǎn)工程項(xiàng)目為重型機(jī)床提供了廣闊的市場。

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

一、主軸軸承

主軸作為機(jī)床的關(guān)鍵部件，其性能會(huì)直接影響到機(jī)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(huì)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(jī)床加工能力，必須配用高性能的軸承。用于機(jī)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(jí)，通常從低到高為P0, P6, P5, P4, P2)，而對(duì)于數(shù)控機(jī)床、加工中心等高速、高精密機(jī)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(dòng)體是球;因?yàn)樗且环N點(diǎn)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(huì)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(diǎn)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(diǎn)，從而滿足高端客戶對(duì)機(jī)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(duì)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(huì)選用中型或重型的軸承預(yù)載;而針對(duì)一些高轉(zhuǎn)速、高精度的應(yīng)用場合，我們?cè)谳S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(duì)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(shí)間。

精密圓錐滾子軸承

在一些重載且對(duì)速度有一定要求的機(jī)床應(yīng)用場合中---如鍛件的荒磨、石油管道的車絲機(jī)、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(jì)，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(dòng)的軸承設(shè)計(jì)，它能很好的降低軸承運(yùn)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(gè)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(jì)的圓錐滾子軸承也能滿足要求，如TSMA軸承或Hydra-Rib液力浮動(dòng)擋邊軸承。TSMA軸承的擋邊有多個(gè)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(dòng)擋邊軸承是專為優(yōu)化主軸系統(tǒng)的預(yù)載而設(shè)計(jì)，軸承有可浮動(dòng)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(dòng)擋邊由“壓力”系統(tǒng)定位，這樣就能保證軸承在各個(gè)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(duì)于圓錐滾子軸承的精度選擇而言，ISO P5級(jí)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(huì)選擇ISO P4或以上的精密軸承。在主軸設(shè)計(jì)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(gè)圓錐滾子軸承，并采用面對(duì)面的安裝方式;這類設(shè)計(jì)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(gè)圓錐滾子軸承面對(duì)面安裝作為主軸的前端，而后端使用一個(gè)雙外圈、兩個(gè)單內(nèi)圈的軸承(TDO)作為浮動(dòng)端使用;由于具有浮動(dòng)能力，這類設(shè)計(jì)能很好的承受主軸的軸向熱膨脹，且剛度很高，保證了機(jī)床的精度。

精密圓柱滾子軸承

在機(jī)床主軸的應(yīng)用中，雙列精密圓柱滾子軸承也會(huì)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(shí)波動(dòng)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(gè)系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離;NNU49、NNU49K兩個(gè)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(dòng)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(duì)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(duì)滾道精加工，以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。

二、轉(zhuǎn)臺(tái)軸承

數(shù)控機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。數(shù)控機(jī)床在加工某些零件的時(shí)候，除了需要X,Y,Z三個(gè)坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，有時(shí)候還需要有繞X,Y,Z三個(gè)坐標(biāo)軸的圓周運(yùn)動(dòng)，我們分別稱為A,B,C軸。

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

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)廣泛地使用于各種數(shù)控銑床、鏜床、各種立車、立銑等機(jī)床上。除了要求回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(tái)軸承，作為轉(zhuǎn)臺(tái)的核心部件，在轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)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(tái)設(shè)計(jì)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(jì)應(yīng)用廣泛，并且成本也相對(duì)比較的低廉。由于推力球是一種點(diǎn)接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對(duì)比較有限，主要用于小型或中型的機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(shí)現(xiàn)液體潤滑的滑動(dòng)軸承。液體靜壓軸承從起動(dòng)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(dòng)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(diǎn)。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(jí)的軸承，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度也能得到很好地保證。使用該類設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(tái)直徑超過10米。但是該類設(shè)計(jì)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(hù)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(tái)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(gè)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(tái)設(shè)計(jì)，從而降低了轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)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(jì)，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(jià)格比圓錐交叉滾子軸承低, 適用于轉(zhuǎn)速相對(duì)較低的轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用中;而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動(dòng)設(shè)計(jì)，因此該類軸承具有

·運(yùn)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(dòng)慣量低、啟動(dòng)扭矩低、易于控制角分度

·優(yōu)化預(yù)緊力、剛度高、跳動(dòng)小

·線接觸、剛度大、引導(dǎo)滾子運(yùn)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(shí)，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(gè)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(jī)床主軸和轉(zhuǎn)臺(tái)的核心部件，對(duì)機(jī)床的運(yùn)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(yùn)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(jì)特點(diǎn)以及由此帶來的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，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(jī)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(jí)，通常從低到高為P0、P6、P5、P4、P2），而對(duì)于數(shù)控機(jī)床、加工中心等高速、高精密機(jī)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(diǎn)焊機(jī)

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(dòng)體是球，因?yàn)樗且环N點(diǎn)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(huì)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(diǎn)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(diǎn)，從而滿足高端客戶對(duì)機(jī)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(duì)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(huì)選用中型或重型的軸承預(yù)載；而針對(duì)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(duì)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(shí)間。

2.精密圓錐滾子軸承

在一些重載且對(duì)速度有一定要求的機(jī)床應(yīng)用場合中，如鍛件的荒磨、石油管道的車絲機(jī)、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(jì)，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(dòng)的軸承設(shè)計(jì)，它能很好地降低軸承運(yùn)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(gè)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(jì)的圓錐滾子軸承也能滿足要求，如TSMA軸承或Hydra-Rib液力浮動(dòng)擋邊軸承（圖2）。TSMA軸承的擋邊有多個(gè)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(dòng)擋邊軸承是專為優(yōu)化主軸系統(tǒng)的預(yù)載而設(shè)計(jì)，軸承有可浮動(dòng)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(dòng)擋邊由“壓力”系統(tǒng)定位，這樣就能保證軸承在各個(gè)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(dòng)擋邊軸承的主軸設(shè)計(jì)

對(duì)于圓錐滾子軸承的精度選擇而言，ISO P5級(jí)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(huì)選擇ISO P4或以上的精密軸承。在主軸設(shè)計(jì)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(gè)圓錐滾子軸承，并采用面對(duì)面的安裝方式，這類設(shè)計(jì)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(gè)圓錐滾子軸承面對(duì)面安裝作為主軸的前端，而后端使用一個(gè)雙外圈、兩個(gè)單內(nèi)圈的軸承（TDO）作為浮動(dòng)端使用；由于具有浮動(dòng)能力，這類設(shè)計(jì)能很好地承受主軸的軸向熱膨脹，且剛度很高，保證了機(jī)床的精度。

3.精密圓柱滾子軸承

在機(jī)床主軸的應(yīng)用中，雙列精密圓柱滾子軸承也會(huì)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(shí)波動(dòng)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(gè)系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離；NNU49、NNU49K兩個(gè)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(dòng)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(duì)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(duì)滾道精加工，以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。

轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的合理選型

數(shù)控機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。數(shù)控機(jī)床在加工某些零件的時(shí)候，除了需要X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，有時(shí)候還需要有繞X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的圓周運(yùn)動(dòng)，分別稱為A、B、C軸。

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

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(jī)床。除了要求回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(tái)軸承，作為轉(zhuǎn)臺(tái)的核心部件，在轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)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(jì)應(yīng)用廣泛，并且成本也相對(duì)比較低廉。由于推力球是一種點(diǎn)接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對(duì)比較有限，主要用于小型或中型的機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。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(shí)現(xiàn)液體潤滑的滑動(dòng)軸承。液體靜壓軸承從起動(dòng)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(dòng)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(diǎn)。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(jí)的軸承，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度也能得到保證。使用該類設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過200t以上，轉(zhuǎn)臺(tái)直徑超過10m。但是該類設(shè)計(jì)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(hù)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(tái)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(gè)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(tái)設(shè)計(jì)，從而降低了轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)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(jì)，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(jià)格比圓錐交叉滾子軸承低，適用于轉(zhuǎn)速相對(duì)較低的轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用中；而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動(dòng)設(shè)計(jì)，具有運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，轉(zhuǎn)速能力強(qiáng)，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(jī)床主軸和轉(zhuǎn)臺(tái)的核心部件，對(duì)機(jī)床的運(yùn)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(yùn)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(jì)特點(diǎn)以及由此帶來的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，才能發(fā)揮出軸承的最佳性能。