數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理與數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢

1、目錄1 緒論31.1 前言31.2 課題來源31.3 研究目的與意義31.4 研究項目的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢32 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理42.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺42.2 設(shè)計準則52.3 主要技術(shù)參數(shù)52.4 本章小結(jié)53 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計53.1 傳動方案的確定53.2 齒輪傳動的設(shè)計73.3 伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算93.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核103.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸123.6 軸的校核與計算133.7 彎矩組合圖143.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑153.9 齒輪上鍵的選取與校核153.10 軸承的選用153.11 本章小結(jié)164 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢16

2、4.1 性能發(fā)展方向164.2 功能發(fā)展方向174.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展184.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)195 設(shè)計總結(jié)196 參考文獻201 緒論1.1 前言 加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置，從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。二十世紀70年代以來，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。一臺加工中心是由機床（機械部分）和控制系統(tǒng)（電氣部分）兩部分組

3、成，機床是加工中星的主體，控制系統(tǒng)是加工中心的核心。加工中心的主機通常是由三大基礎(chǔ)部件組（床身、立柱和工作臺）和主軸部件、刀具存儲自動交換系統(tǒng)（ATC）及其它輔助功能部件組成。有的加工中心還具有托盤（工作臺）自動交換系統(tǒng)（APC）。1.2 課題來源這次畢業(yè)設(shè)計的課題來源于自選課題面向殼體零件的臥式加工中心工作臺設(shè)計，目的是通過本次的設(shè)計工作，能夠在對面向殼體零件加工的臥式加工中心的了解的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對加工中心工作臺的設(shè)計，并與同組人的對主軸部件、刀庫、夾具的設(shè)計相應，最終設(shè)計出整個機床主要結(jié)構(gòu)部件。此課題讓我們有機會對機械設(shè)計方面的知識有一個系統(tǒng)的回顧，進一步加深學習。1.3 研究目的與意義畢

4、業(yè)設(shè)計主要是培養(yǎng)我們綜合應用所學專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)我們建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。培養(yǎng)我們的設(shè)計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應用、文字表達等基本工作實踐能力，使我們初步掌握科學研究的基本方法和思路。本次畢業(yè)設(shè)計主要是解決臥式加工中心數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機械機構(gòu)的設(shè)計與計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。1.4 研究項目的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應用于數(shù)控機床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是： 1在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺； 2在性能上將研制以鋼

5、為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力； 3在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達到每年600臺左右。預計未來幾年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均1520左右的穩(wěn)定增長。2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理 數(shù)控機床的圓周進給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四

6、軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲線等。回轉(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，擴大了數(shù)控機床加工范圍。2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進給軸聯(lián)動。 圖2-1為自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺。它的進給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進行控制的。工作臺的運動是由伺服電動機，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿-蝸輪帶動。圖2-11工作臺  2滾柱導軌  3、4夾緊瓦  5小液壓缸  6活塞  7彈簧  8鋼球 

7、; 9圓光柵 10雙列圓柱滾子軸承 11圓錐滾子軸承 為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置來調(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。當工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有8對夾緊瓦4和3，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸5。當小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞6便壓向鋼球8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧7的作用下，鋼球8抬起，夾緊瓦將蝸輪松開。  回轉(zhuǎn)工作臺的導軌面由大型滾動軸承支承，

8、并由圓錐滾柱軸承11及雙列向心圓柱滾子軸承10保持準確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實際測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補償角度的位置和補償?shù)闹担洃浽谘a償回路中，由數(shù)控裝置進行誤差補償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵10發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給數(shù)控裝置進行控制。回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)有零點，當它作回零運動時，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進給運動。2.2 設(shè)計準則 1）分析原理和性

9、能 2）判別功能載荷及其意義 3）功能設(shè)計應適應制造工藝和降低成本的要求 4）提高合理的應力分布和剛度 5）重量要適宜 6）應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 7）根據(jù)性能組合選擇材料 8） 零件與整體零件之間精度的進行選擇 2.3 主要技術(shù)參數(shù)（1）回轉(zhuǎn)半徑：315 mm（2）重復定位精度：0.005 mm（3）電機功率0.5 kw（4）電機轉(zhuǎn)矩 8.0 N.M（5）總傳動比：72.5（6）最大承載重量1002.4 本章小結(jié) 主要簡單介紹畢業(yè)設(shè)計題目（數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺）和其發(fā)展概況，設(shè)計背景、工作原理、設(shè)計參數(shù)也作了進一步的說明。3 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 傳動方案的確定3.1.1 驅(qū)動方

10、式選擇 由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的控制精度要求較高且工作功率不大，動力源應選擇微特電機?？蛇x步進電機或伺服電機。由于本工作臺設(shè)計為閉環(huán)控制，故開環(huán)的步進電機不合適，選用用于閉環(huán)控制中的，廣泛使用的交流伺服電動機： 交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似.其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉(zhuǎn)子電阻

11、大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負載恒定的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉(zhuǎn)。交流

12、伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點： 1、起動轉(zhuǎn)矩大：由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S01，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此，當定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的特點。2、 運行范圍較廣3、 無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉(zhuǎn)。當伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生

13、的兩個轉(zhuǎn)矩特性（T1S1、T2S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（TS曲線） 交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。交流伺服電動機運行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。3.1.2 傳動方案傳動時應滿足的要求 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原

14、動機采用電液脈沖馬達，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。 合理的傳動方案主要滿足以下要求： （1）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。 （2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 （4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟合理等。3.1.3 傳動方案及其分析 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：伺服電機齒輪傳動蝸桿傳動工作該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿傳動有以下特點：1傳動比大在分

15、度機構(gòu)中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機 構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。2傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。4效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)

16、構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。兩種型式各有特點：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進給機構(gòu)一樣，都可以用點液脈沖馬達、功率步進電機來驅(qū)動。閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。3.2 齒輪傳動的設(shè)計由于前述所選電機可知T=2.39N.M傳動比設(shè)定為i=3，效率=0.97工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。3.2.1 選擇齒輪傳動的類型根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用直齒輪傳動的形式。3.2.2

17、 選擇材料 考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。3.2.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳遞轉(zhuǎn)矩T1=9.55*106P1/N1=（9.55*106×0.75/3000）=2.39N.M載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，查表 取K=1.2齒寬系數(shù)d: 查表 取d=1許用接觸壓力H：H=H2=220Mpa傳動比i=3將以上參數(shù)代入公式d132.8mm3.2.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸1）齒數(shù) 取Z1=22，則Z2=i×Z1=3×22=6

18、6,取Z2=66。2）模數(shù) m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取標準值m=1.5。3）中心距 標準中心距 =0.5m(Z1+Z2)=66mm4）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= dd1=0.6*33=19.8mm, 取b2=b1+(5-10)=25-30mm,取b1=30mm。3.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度F=2KT1YFS/bd1mF復合齒形系數(shù)Ys：由X=0（標準齒輪）及Z1 、Z2查表得

19、YFS1=4.12，YFS2=3.96則F1=2KT1YFS1/bmd1=2*1.2*2.39*103*4.12/(19.8*1.5*33)=74.6MpaF1=314.28MpaF2=F1YFS2/YFS1=(74.6*3.96/4.12)Mpa=71.70MPaF2=300Mpa彎曲強度足夠。3.2.6 確定齒輪傳動精度齒輪圓周速度v=d1n/(60*1000)=3.14*72.5*970/(60*1000)=3.68m/s由表確定第公差組為8級。第、公差組也定為8級，齒厚偏差選HK3.2.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計小齒輪 d1=33mm da1 =36mm 采用實心式齒輪大齒輪 d2=99mm d

20、a2 =102mm 采用腹板式齒輪3.3 伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算3.3.1伺服電機的選擇 按照工作要求和條件選交流伺服電機。 20世紀80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅(qū)動器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機伺服驅(qū)動。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有：無電

21、刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。定子繞組散熱比較方便。慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。適應于高速大力矩工作狀態(tài)。同功率下有較小的體積和重量。3.3.2選擇伺服電機的具體型號和參數(shù) 馬達的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。工作所需功率為：Pw=FwVw/1000w KW Pw=Tnw/9950w KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,電機工作效率w=0.97，代入上式得Pw=150×36/（9950×

22、;0.97）=0.56 KW電機所需的輸出功率為：P0= Pw/式中：為電機至工作臺主動軸之間的總效率。由表2.4查得：齒輪傳動的效率為w=0.97；一對滾動軸承的效率為w=0.99；蝸桿傳動的效率為w=0.8。因此，=1233=0.97×0.993×0.8=0.75P0= Pw/=0.56/0.75=0.747 KW一般電機的額定功率Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW則由表取電機額定功率為：Pm=0.75 KW。確定電機轉(zhuǎn)速按表推薦的各種機構(gòu)傳動范圍為，取：齒輪傳動比：3-5，蝸桿傳動比：15-32，則總的傳動范圍為：i=i1&

23、#215;i2=3×15-5×32=45-160電機轉(zhuǎn)速的范圍為N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min根據(jù)這些，選取三菱公司的HF-SP51B型電機，符合要求。3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核由于前述所選電機可知T=6.93N.M傳動比設(shè)定為i=27.5，效率=0.8工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。3.4.1 選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用漸開線蝸桿。3.4.2 選擇材料 考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度

24、為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10Pb1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。3.4.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： (3-2) （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2按Z1=1，估取效率=0.8，則T2=T*i=153.4N.M (3-3)（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651

25、.27 (3-4)（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)Z先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.30，從而可查出Z=3.12。（5）確定許用應力H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10Pb1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應力H=268Mpa。因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則H= KHNH=0.92×268=246.56247Mpa (3-5)（6）計算中心距 (3-6) 設(shè)計中心距a=270mm，m=2.5mm，齒形角=20°，

26、蝸桿分度圓直徑d1=45mm；這時d/a=0.19，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為Z，因此以上計算結(jié)果可用。3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸3.5.1 蝸桿為了便于蝸桿的加工，每一個m對應一系列d1值，查表（GB1008588）得：直徑系數(shù)q=18；分度圓直徑d1=45mm，蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導程角=arctgZ1/q=3°1138蝸桿軸向齒距：Px=m=7.85mm (3-7)蝸桿齒頂圓直徑：da1=d1+2m=50mm (3-8)蝸桿軸向齒厚：=3.93mm (3-10)3.5.2 蝸輪蝸輪齒數(shù)：Z2 =2a/m-q=198，變位系數(shù)=0蝸輪分度圓直徑：d2=mZ

27、2= 2.5*198=495mm (3-11)蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2m=500mm (3-12)蝸輪齒根圓直徑 df2=d2-2m(1.16-X2)=489.2mm (3-13)蝸輪頂圓直徑 de2=d2+2*0.5m=497.5mm (3-14)蝸輪輪緣寬度 B=0.45（d1+6m）=27mm (3-15)3.5.3 校核齒根彎曲疲勞強度 (3-18)當量齒數(shù) Zv2=Z2/cos3=198/cos3.18°=198 (3-19)根據(jù)2=0，ZV2=198，可查得齒形系數(shù)=1.26，螺旋角系數(shù)Y=1-/140°=0.9773； (3-20)許用彎曲應力F= KF

28、N F=56×0.72=40.32MPa (3-21)=2.31×0.9773=4.29MPa (3-22)所以彎曲強度是滿足要求的。3.6 軸的校核與計算3.6.1 畫出受力簡圖圖 3-1受力簡圖 計算出：R1=46.6N R2=26.2N 3.6.2 畫出扭矩圖 T=.i.T電機 =0.36×60×0.98 =21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖 3.6.3 彎矩圖M=72.8×180×10-3 =13.1N. （3-34） 圖3-3彎矩圖3.7 彎矩組合圖由此可知軸的最大危險截面所在。組合彎矩 （3-35）3.8 根據(jù)

29、最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 （3-36） 扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6抗彎截面系數(shù)W=0.1d3根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小3.9 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，應用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=10mm。（2）鍵連接的強度鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力p= 5060MPa，取其平均值p=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=2.5

30、mm，從而可得：p=2000T/(kld)=127p 可見滿足要求。 此鍵的標記為：鍵B5×10 GB/T 10961979。3.10 軸承的選用滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計”問題。3. 10. 1 軸承的類型考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓

31、錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：30208。3. 10. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。3. 10. 3 滾動軸承的配合滾動軸承是標準件，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；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。3. 10. 4 滾動軸承的潤滑考慮到電動刀架工作時轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載

32、荷越大，應選用粘度越高的。 3. 10. 5 滾動軸承的密封裝置軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇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，密封唇應朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應朝外。3.11 本章小結(jié)對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進行設(shè)計 選型 零件校核，按照機械設(shè)計一書進行設(shè)計，完成機械部分。4 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢4.1 性能發(fā)展方向 (1)高速

33、高精高效化速度、精度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3)工藝復合性和多軸化以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復

34、合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。 (4)實時智能化早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務，以確保任務在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為。科學技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、

35、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。4.2 功能發(fā)展方向 (1)用戶界面圖形化用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方

36、便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。 (2)科學計算可視化科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進一步拓寬了應用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的

37、可視化仿真演示等。 (3)插補和補償方式多樣化多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?(4)內(nèi)裝高性能PLC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在標準PLC用戶程序基

38、礎(chǔ)上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。 (5)多媒體技術(shù)應用多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。4.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 (1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用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

39、等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀顯示技術(shù)的主流。應用先進封裝和互連技術(shù)，將半導體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 (2)模塊化硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 (3)網(wǎng)絡化機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設(shè)定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。 (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫