數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)。通過對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，使大學(xué)生在步入社會(huì)之前，不僅能夠設(shè)計(jì)出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，而且能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟。本課題研究的主要內(nèi)容包括：確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案；零件設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算與校核；零件圖及裝配圖的繪制等。對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，首先，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，傳動(dòng)方案采用齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)；然后進(jìn)行各零件的設(shè)計(jì)與校核，蝸桿與軸采用整體式結(jié)構(gòu)；蝸輪與工作臺(tái)采用螺釘連接；工作臺(tái)的平衡通過止推軸承來保證；箱體由箱座、箱蓋和頂蓋組成；最后，對各零件進(jìn)行裝配。數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，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

2、種球、圓弧曲面等。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。目前，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于臥式的鏜銑床和加工中心上。關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái),齒輪,蝸桿,箱體abstractthe graduation project is the subject of design of cnc rotary worktable. with the nc rotary table design, making the students not only to design a cnc rotary worktable, but be able to master the mechanical d

3、esign of the methods and procedures before they entered the community. the main content of this research include: determining the transmission scheme of cnc rotary worktable; part design and verification; part drawing and assembly drawing drawing, and so on. the design of nc rotary worktable, first

4、of all, is the overall design, transmission scheme using a gear drive and worm drive; and then proceed to the design and checking of all parts, worm and shaft with the overall structure; worm gear screw connection with the table; the workbench balanced by the thrust bearing to ensure; box by box sea

5、t, cover and top cover, of which the box on the design of the round table and strengthen the tendons; finally, the assembly of various partsthe circumference feed of the cnc machine tool to be completed by the rotary table, the rotary table can be used with the x, y, and z three axes linkage, thereb

6、y processing a variety of balls, the circular surface, and so on. the rotary table can achieve accurate automatic indexing, expanded cnc machining range. at present, the nc rotary table is mainly used for horizontal boring and milling machine and machining center.keywords: nc rotary worktable, gear,

7、 worm, box朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音目 錄插圖清單v插表清單v第一章 前言11.1 本課題的學(xué)術(shù)背景及理論與實(shí)際意義11.1.1 研究現(xiàn)狀11.1.2 發(fā)展趨勢21.1.3 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的市場分析31.2 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史31.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢51.4 微觀看改造的必要性51.5 數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn)61.6 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功能61.7 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分類71.8 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理71.9 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的組成81.10 本課題研究的內(nèi)容81.11 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則91.12 主要設(shè)計(jì)參數(shù)9第二章 方案比較與選擇102.1 傳動(dòng)方案的選擇102.1.1 傳動(dòng)方案傳動(dòng)適應(yīng)滿足的要

8、求102.1.2 傳動(dòng)方式特點(diǎn)102.1.3 傳動(dòng)方案及其分析112.1.4 傳動(dòng)方案的選擇122.2 原動(dòng)機(jī)的選擇122.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)122.2.2 伺服電機(jī)142.2.3 電液脈沖馬達(dá)152.2.4 原動(dòng)機(jī)選擇162.3 回轉(zhuǎn)臺(tái)的選擇162.4 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)18第三章 零件的設(shè)計(jì)分析計(jì)算193.1 工作臺(tái)箱體設(shè)計(jì)193.2 傳動(dòng)比的確定213.3 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算223.3.1 電液脈沖馬達(dá)電機(jī)的選擇223.3.2 選擇電液脈沖馬達(dá)的額定功率223.4 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)233.4.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型與材料233.4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)233.4.3 按齒

9、根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)253.4.4 幾何尺寸計(jì)算273.4.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)283.5 蝸輪及蝸桿的選用與校核293.5.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型293.5.2 選擇材料293.5.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)293.5.4 蝸桿與蝸輪的主要尺寸與參數(shù)313.5.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度323.5.6 精度等級公差和表面粗糙度的確定333.6 軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算333.6.1 求輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩333.6.2 求作用在齒輪上的力333.6.3 初步確定軸的最小直徑333.6.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)343.6.5 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度373.6.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)373.7 鍵聯(lián)接的選擇383.7.1

10、鍵聯(lián)接的類型383.7.2 鍵聯(lián)接的尺寸383.7.3 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度驗(yàn)算383.8 軸承的選擇393.8.1 軸承的類型393.8.2 軸承的尺寸40第四章 結(jié)論與展望40致謝42參考文獻(xiàn)43附錄a附加圖、表44插圖清單圖1-1 中國國際機(jī)床展覽會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì).1圖1-2 數(shù)控可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái).2圖2-1 傳動(dòng)方案.11圖2-2 步進(jìn)電機(jī).12圖2-3 伺服電機(jī).14圖2-4 電液脈沖馬達(dá).16圖2-5 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái).17圖2-6 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái).18圖2-7 總體設(shè)計(jì)原理圖.19圖2-8 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái).19圖3-1 工作臺(tái)尺寸.20圖3-2 工作臺(tái)箱體圖1.21圖3-3 工作臺(tái)箱體圖2.21圖

11、3-4 一級齒輪傳動(dòng).23圖3-5 小齒輪28圖3-6 大齒輪28圖3-7 蝸桿軸裝配方案34圖3-8 蝸桿軸受力分析35圖3-9 蝸桿軸的應(yīng)力分析圖36圖3-10 蝸桿軸.37插表清單表3-1 蝸桿軸危險(xiǎn)截面應(yīng)力37表3-2 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力p 或壓強(qiáng)p3943第一章 前言1.1 本課題的學(xué)術(shù)背景及理論與實(shí)際意義2010年在北京舉辦的第11屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)上，數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合機(jī)床在裝備制造業(yè)內(nèi)已呈現(xiàn)出量大面廣態(tài)勢，這類工作母機(jī)在各類制造業(yè)已經(jīng)普及應(yīng)用，并清晰地表達(dá)出時(shí)代特征與發(fā)展潮流。機(jī)床運(yùn)動(dòng)無論是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，還是運(yùn)動(dòng)疊加串聯(lián)機(jī)床，對大多數(shù)金屬加工機(jī)床來說，數(shù)控進(jìn)給復(fù)合運(yùn)動(dòng)

12、的加工，是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。為了應(yīng)對日益增多的復(fù)雜零件加工、提高加工精度和效率，多軸機(jī)床和復(fù)合機(jī)床將會(huì)進(jìn)一步創(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)軸的設(shè)計(jì)與制造，成為研制機(jī)床的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)也起著承載工作重量、夾持工件的功能，故要重視其創(chuàng)新設(shè)計(jì)。由圖1-1所示，2010年中國國際機(jī)床展覽會(huì)無論是在人數(shù)上，還是在交易額上，都是逐年上升。圖1-1 中國國際機(jī)床展覽會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)1.1.1研究現(xiàn)狀目前工作臺(tái)的種類繁多，傳統(tǒng)的工作臺(tái)只能安裝在某一指定機(jī)床上，伴隨著科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多功能性方向發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺(tái)，它不僅可以安裝在鉆床上

13、，還可以安裝在銑床和鏜床等機(jī)床上。并且目前部分工作臺(tái)還可以作為機(jī)床的第四回轉(zhuǎn)軸，大大提高了機(jī)床的性能。例如：我國生產(chǎn)機(jī)床工作臺(tái)的公司之一的煙臺(tái)恒力數(shù)控機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的hltk14系列數(shù)控可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(如下圖所示)，它可以實(shí)現(xiàn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床上，可利用原機(jī)床的兩個(gè)控制坐標(biāo)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜，也可直接利用本轉(zhuǎn)臺(tái)配套的數(shù)控裝置與機(jī)床聯(lián)接完成所需的工作循環(huán)。它可以完成任意度的孔、槽、平面類機(jī)械加工，以及曲線、凸輪等的加工，并可達(dá)到較高的精度。圖1-2 數(shù)控可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái)另外也可用于非數(shù)控鉆、銑、鏜類機(jī)床上，獨(dú)立完成等分和不等分的角度分度工作。國外工作臺(tái)的功能與我國所生產(chǎn)的工作臺(tái)功能

14、基本相似，但是在其精度方面，國外的一些公司所生產(chǎn)的工作臺(tái)要略高于我國所生產(chǎn)的工作臺(tái)。因此我國與國外相比，還是有一定的差距，因此我們要借助時(shí)代的步伐，與時(shí)俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新，使我國成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強(qiáng)國。1.1.2 發(fā)展趨勢數(shù)控車床今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高級采用動(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

15、，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)。 1.1.3 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

16、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1520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。 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

17、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。1.2 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。 6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。 1）數(shù)控（nc）階段（19521970年） 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制

18、的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（hard-wirednc），簡稱為數(shù)控（nc）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代-電子管；1959年的第二代-晶體管；1965年的第三代-小規(guī)模集成電路。 2）計(jì)算機(jī)數(shù)控（cnc）階段（1970年現(xiàn)在） 到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（cnc）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的通用兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國intel公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件-運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在

19、一塊芯片上，稱之為微處理器（microprocessor），又可稱為中央處理單元（簡稱cpu）。 到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。 到了1990年，pc機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于pc的階段。 總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即19

20、70年的第四代-小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代-微處理器和1990年的第六代-基于pc（國外稱為pc-based）。 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即cnc）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（nc）。所以我們?nèi)粘Ｖv的數(shù)控，實(shí)質(zhì)上已是指計(jì)算機(jī)數(shù)控了。1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 1）繼續(xù)向開放式、基于pc的第六代方向發(fā)展 基于pc所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用pc機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。pc機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修

21、將更加普遍。 2）向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 3）向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 （1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 （2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （3）引入故障診斷專家系統(tǒng) （4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置 可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。1.4 微觀看改造的必要性 從微觀上

22、看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。 1）可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 2）可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。 由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要修配。 4）可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 5）擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控

23、、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長 時(shí)間無人看管加工。 1.5 數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn) (1)減少投資額、交貨期短 同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省6080的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高23倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資50左右。所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 (2)熟悉了解設(shè)備、便于操作

24、維修 購買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 (3)可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。 (4)可以采用最新的控制技術(shù) 可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。 1.6 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

25、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

26、心圓柱滾子軸承保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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。1.7 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

27、齒盤轉(zhuǎn)臺(tái)。 1.8 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

28、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。1.9 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的組成

29、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

30、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。1.10 本課題研究的主要內(nèi)容 通過對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)，希望學(xué)生熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，以及掌握利用autocad或ug來繪制二維圖形或創(chuàng)建三維實(shí)體的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是教學(xué)計(jì)劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生的思想、工作作風(fēng)及實(shí)際能力、提高畢業(yè)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。同時(shí)，對所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為

31、今后走向社會(huì)的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好的開端。對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(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，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。而工科類學(xué)生更應(yīng)側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)和技能，獲得工程技術(shù)經(jīng)用性崗位的基本訓(xùn)練，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。1.11 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則我們的設(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）

32、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） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇11） 功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 1.12 主要技術(shù)參數(shù)（1）最大回轉(zhuǎn)半徑：500 mm（2）回轉(zhuǎn)角度：0360（3）回轉(zhuǎn)精度：003（4）最大承載重量100（5）電液脈沖馬達(dá)功率0.75kw（6）電液脈沖馬達(dá)轉(zhuǎn)速3000 rpm（7）總傳動(dòng)比：360第二章 方案比較與選擇2.1 傳動(dòng)方案的選擇2.1.1 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)采用應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)，工作臺(tái)

33、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。2.1.2 傳動(dòng)方式特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)：1)由于蝸桿相當(dāng)于一個(gè)螺桿，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)帶有自鎖性，這時(shí)渦輪副只能由蝸桿驅(qū)動(dòng)渦輪，不能由渦輪驅(qū)動(dòng)蝸桿。2)蝸輪副傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)緊湊，渦輪箱的外形尺寸較小。3)蝸輪副傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪聲4)蝸輪副傳動(dòng)是滑動(dòng)摩擦，在傳動(dòng)中摩

34、擦損害較大，因此傳動(dòng)效率較低。采用自鎖蝸桿傳動(dòng)時(shí)，效率約為50%。5)由于蝸桿傳動(dòng)時(shí)，蝸桿和蝸輪輪齒間的運(yùn)動(dòng)速度較大，摩擦也大，為了提高蝸輪副傳動(dòng)的壽命，一般蝸桿采用鋼材制造，而蝸輪采用耐磨的材料如青銅等制造。齒輪傳動(dòng)特點(diǎn): 齒輪傳動(dòng)是由分別安裝在主動(dòng)軸及從動(dòng)軸上的兩個(gè)齒輪相互嚙合而成。齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最多的一種傳動(dòng)形式，它有如下特點(diǎn)1）能保證傳動(dòng)比穩(wěn)定不變。2）能傳遞很大的動(dòng)力。- l7 4 o; m* i3 p9 j% 3）外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊、效率高。+q u9 q! a) c% z$ z7 u! e r2 4）制造和安裝的精度要求較高。 b) r8 p5 e7 u( q+ i) b/ y

35、5）當(dāng)兩軸間距較大時(shí)，采用齒輪傳動(dòng)就比較笨重6）圓周速度及功率范圍廣，應(yīng)用最廣泛7）不能緩沖，無過載保護(hù)作用，有噪音 2.1.3 傳動(dòng)方案及其分析 由圖2-1所示，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案有兩種：方案一為一級和二級都是齒輪傳動(dòng)；方案二為一級齒輪傳動(dòng)，二級蝸桿傳動(dòng)。圖2-1 傳動(dòng)方案方案一的最大缺陷是：1.總傳動(dòng)比??；2.占用空間大；3.只能使工作臺(tái)完成回轉(zhuǎn)功能，無法使工作臺(tái)完成自鎖。而方案二雖然傳動(dòng)效率低，但以上三個(gè)功能全部都能完成自鎖。所以數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為方案二：步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)工作臺(tái)。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

36、很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：1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)方面：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。2.1.4 傳動(dòng)方案的選擇由以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳

37、動(dòng)系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級，傳動(dòng)方案較合理。2.2 原動(dòng)機(jī)的選擇2.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖2-2 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有自身的特色歸納起來有：(1)可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡單廉價(jià)。 (2) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而又具有定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高招度時(shí)組成閑環(huán)控制系統(tǒng)。 (3)無刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。 (4)易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速響應(yīng)性也好 (5)停止時(shí)，可有自鎖能力。 (6)步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距

38、情況下通常 可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行、通?？梢圆唤?jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 (7)速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可使它 們完全同步運(yùn)行。 (8)步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。 (9)由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不向而復(fù)雜化。 (10)步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。（11）步進(jìn)電機(jī)外表不允許較高的溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏

39、130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。（12）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。（13）由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價(jià)，又非常的可靠，同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。（14）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。（15）步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相

40、應(yīng)的措施。（16）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。2.2.2 伺服電機(jī) 圖2-3 伺服電機(jī)伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比優(yōu)點(diǎn)：(1)精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問題；(2)轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到20003000轉(zhuǎn)；在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。(3)適應(yīng)性：抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場合特別適用； (4)穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場合； (5)及時(shí)性：電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間

41、短，一般在幾十毫秒之內(nèi)； (6)舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。(7)過載能力：具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。避免了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。(8)控制性能：伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 伺服電機(jī)分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)： 直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

42、無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。但現(xiàn)在價(jià)格高。交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。免維護(hù)，性價(jià)比高。2.2.3 電液脈沖馬達(dá)：電液脈沖馬達(dá)由步進(jìn)電機(jī)和液壓伺服機(jī)構(gòu)（即扭矩放大器）所組成。由步進(jìn)電機(jī)接收數(shù)字控制裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)，把它轉(zhuǎn)換或角位移。經(jīng)液壓隨

43、動(dòng)閥和油馬達(dá)組成的伺服機(jī)構(gòu)做功率放大后，驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)或刀架，使之進(jìn)行精確定或作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別是開環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。電液脈沖馬達(dá)廣泛應(yīng)用在自動(dòng)控制、同步控制和各種數(shù)控機(jī)床上。其優(yōu)點(diǎn)為：角位移準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、調(diào)整范圍廣，在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快，速度平穩(wěn)等。缺點(diǎn)為：液壓系統(tǒng)需要供油，體積大，噪聲，漏油等。圖2-4 電液脈沖馬達(dá)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，

44、廣泛采用電液脈沖馬達(dá)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。2.2.4 原動(dòng)機(jī)選擇由于步進(jìn)電機(jī)輸出扭矩現(xiàn)在還不能做得太大，且隨著輸出扭矩的增大，其慣量亦增大，使它的起停頓率受到限制，且相比較之下電液脈沖馬達(dá)在數(shù)控機(jī)床上的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性都較伺服電機(jī)好，而且電液脈沖馬達(dá)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上，各方面都比較成熟，故綜合比較之下選擇電液脈沖馬達(dá)。2.3 回轉(zhuǎn)臺(tái)類型的選擇數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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)。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，都可以用步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是不帶檢測反饋裝置，該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。數(shù)控

45、裝置將工件加工程序處理后，輸出指令脈沖信號(hào)，由 圖2-5 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。步進(jìn)電機(jī)只要改變指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。這種系統(tǒng)不將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪等傳動(dòng)元件的精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。開環(huán)控制系統(tǒng)因?yàn)闆]有檢測裝置，也就沒有糾正偏差的能力，因此它的控制精度較低。但該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試維修方便、工作可靠度高、成本價(jià)格低，易改裝成功等優(yōu)點(diǎn)。（2） 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 閉環(huán)回

46、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，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著減少偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到指令給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值為零。同此可見閉環(huán)控制數(shù)控系 圖2-6 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)的各種誤差及在加工過程中產(chǎn)生干擾的影響，使加工精度大大提高。閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，相對成本也高，對使用環(huán)境要求嚴(yán)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難度在。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)。由以上分析，選擇采用閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。2.4

47、 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)綜合以上分析機(jī)械部分的總體設(shè)計(jì)原理圖如下圖：圖2-7 總體設(shè)計(jì)原理圖與之對應(yīng)的工作臺(tái)實(shí)體參照為： 圖2-8 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)第三章 各零件的設(shè)計(jì)分析計(jì)算3.1 工作臺(tái)箱體設(shè)計(jì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)箱體起著支承并包容各種傳動(dòng)零件，如齒輪、軸、軸承等，使它們能夠保持正常的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)精度。箱體還可以儲(chǔ)存潤滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)零件的潤滑。安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境的影響，又保護(hù)機(jī)器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使整機(jī)造型美觀。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于鏜

48、床，銑床，鉆床等需要多面轉(zhuǎn)位加工的工件，是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，因此尺寸不易過大，要能配合機(jī)床的使用。考慮箱體內(nèi)零件的布置及與機(jī)床上的工件關(guān)系，設(shè)計(jì)尺寸圖3-1所示：自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)尺寸：長 寬 高 555mm 720mm 160mm工作臺(tái)右端蓋部分尺寸：長 寬 高 240mm 50mm 160mm 圖3-1 工作臺(tái)尺寸數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的箱體蝸輪設(shè)計(jì)，考慮到蝸桿傳動(dòng)的裝卸，設(shè)計(jì)成上端放置蝸輪，在蝸輪上面放置回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，而蝸輪由蝸輪上的軸與箱體用軸承固定。蝸輪箱體布置如3-2圖所示。 圖3-2 工作臺(tái)箱體圖1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的蝸桿及軸的設(shè)計(jì)，考慮蝸桿軸的拆卸不便，將箱體后方和右邊放置蝸桿軸與蝸

49、輪配對。蝸桿箱體布置如圖3-3所示。圖3-3 工作臺(tái)箱體圖23.2 傳動(dòng)比的確定總傳動(dòng)比為各級傳動(dòng)比、的乘積，即分配總傳動(dòng)比，即各級傳動(dòng)如何取值，是設(shè)計(jì)中的重要問題。傳動(dòng)比分配得合理，可使傳動(dòng)裝置得到較小的外廓尺寸或較輕的重量，以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的；也可以使傳動(dòng)零件獲得較低的圓周速度以減小動(dòng)載荷或降低傳動(dòng)精度等級；還可以得到較好的潤滑條件。要同時(shí)達(dá)到這幾方面的要求比較困難，因此應(yīng)按設(shè)計(jì)要求考慮傳動(dòng)比分配方案，以滿足某些主要要求。為了保證工作臺(tái)分度精度，傳動(dòng)比需要很大，同時(shí)為了保證結(jié)構(gòu)尺寸，將蝸桿傳動(dòng)比設(shè)定在120，齒輪傳動(dòng)比設(shè)定為3，即傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為360。3.3 電液脈沖馬達(dá)

50、的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算3.3.1 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)。3.3.2 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： 式中t=150, =36r/min,電機(jī)工作效率w=0.97，代入上式得pw=15036/（99500.97）=0.56 kw電機(jī)所需的輸出功率為：p0= pw/式中：為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。查得：齒輪傳動(dòng)的效率為w

51、=0.97；一對滾動(dòng)軸承的效率為w=0.99；蝸桿傳動(dòng)的效率為w=0.8。因此，p0= pw/=0.56/0.75=0.747 kw一般電機(jī)的額定功率pm=(1-1.3)p0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 kw則取電機(jī)額定功率為：pm=0.75 kw。確定電機(jī)轉(zhuǎn)速為降低電機(jī)的重量和價(jià)格，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=3000r/min。3.4 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)如圖3-1所示，一級傳動(dòng)為齒輪傳動(dòng)，其中1為小齒輪，2為大齒輪，傳動(dòng)比為3。圖3-4 一級齒輪傳動(dòng)3.4.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型與材料1） 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；2） 選用7級精度；3） 選擇小齒輪材料為40gr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）；4） 選小齒輪齒數(shù)z1=22，大齒輪齒數(shù)取z2=663.4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 式中 d1t小齒輪分度圓直徑； k 載荷系數(shù) t1小齒輪轉(zhuǎn)矩； h許用接觸應(yīng)力； 齒寬系數(shù)； u 齒數(shù)比； ze彈性系數(shù)。(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。1） 試選載荷系數(shù)；2） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩=2.393） 由文獻(xiàn)1,205205表10-7，齒寬系數(shù)4） 由文獻(xiàn)1,201201表10-6查的材料的彈性影