數(shù)控回轉工作臺設計畢業(yè)設計

［工學］數(shù)控回轉工作臺設計畢業(yè)設計1數(shù)控回轉工作臺的設計1概要1.1前言1.1.1數(shù)控回轉工作臺的介紹數(shù)控機床是一種高效率的加工設備，當零件被裝夾在工作臺上以后，為了盡可能完成較多工藝內(nèi)容，除了要求機床有沿X、Y、Z三個坐標軸的直線運動之外，還要求工作臺在圓周方向有進給運動和分度運動。這些運動通常用回轉工作臺實現(xiàn)。a、 數(shù)控回轉工作臺的主要功能有兩個:一是實現(xiàn)工作臺的進給分度運動，即在非切削時，裝有工件的工作臺在整個圓周進行分度旋轉;二是實現(xiàn)工作臺圓周方向的進給運動，即在進行切削時，與X、Y、Z三個坐標軸進行聯(lián)動，加工復雜的空間曲面。b、 分度工作臺只能完成分度運動，而不能實現(xiàn)圓周運動。由于結構上的原因，通常分度工作臺的分度運動只限于完成規(guī)定的角度（如45?60?或90?等），即在需要分度時，按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，將工作臺及其工件回轉規(guī)定的角度，以改變工件相對于主軸的位置，完成工件各表面的加工。數(shù)控回轉工作臺在電火花線切割機床上的應用：電火花線切割加工已廣泛用于國防和民用的生產(chǎn)和科研工作中，用于加工各種難加工材料、復雜表面和有特殊要求的零件、刀具和模具。從工藝的可能性而言，現(xiàn)在的商品電火花線切割加工機床可分為三類:切割直壁二維型面的線切割加工工藝及機床;有斜度切割功能、可實現(xiàn)等錐角三維曲面切割工藝及機床;可實現(xiàn)變錐度、上下異形面切割工藝及機床。上述X、Y和U、V四軸聯(lián)動能切割上下異形截面的線切割機床，仍無法加工出螺旋表面、雙曲面表面和正旋曲面等復雜表面。如果增加一個數(shù)控回轉工作臺附件，工件裝在用步進電機驅動的回轉工作臺上，采取數(shù)控移動和數(shù)控轉動相結合的方式編程，用?角方向的單步轉動代替或著配合Y軸方向的單步移動，即可完成上述這些復雜曲面加工工藝。1.1.2電火花加工的產(chǎn)生和加工原理電火花加工又稱放電加〔（electricaldischargemachining,簡稱EDM），在20世紀40年代開始研究并逐步應用于生產(chǎn)。它是在加工過程中，使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電時局部、瞬時產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來。因加工時放電過程中可見到火花，故我國稱之為電火花加工-《特種加工技術》。電火花加工的原理是基于工具和工件（正、負電極）之間脈沖性火花放電時電腐蝕現(xiàn)象蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預定的加工要求。電腐蝕的主要原因是：電火花放電時火花通道中瞬時產(chǎn)生大量的熱，達到5000?以上的溫2陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書）度，足以使任何金屬材料局部熔化、氣化而被蝕除掉，形成凹坑。這樣，人們在研究抗腐蝕辦法的同時，開始研究利用電腐蝕現(xiàn)象對金屬材料進行尺寸加工。電火花線切割加工（wirecutEDM,簡稱WEDM）是在電火花加工基礎上于20世紀50年代末最早在前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新的工藝形式，是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進行切割，故稱電火花線切割，有時簡稱線切割。它在國內(nèi)外已獲得廣泛的應用，目前國內(nèi)的線切割機床已占電加工機床的70,以上。電火花線切割加工的基本原理是利用移動的細金屬導絲作電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。圖1-1電火花線切割原理1.1.3電火花線切割加工的現(xiàn)狀與發(fā)展根據(jù)電極絲的運行速度，電火花線切割機床通常分為兩大類:一類是雙向快走絲（或稱高速走絲）電火花線切割機床（WEDM-HS），這類機床的電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為8,10m/s，這是我國生產(chǎn)和使用的主要機種，也是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式，其特點是機床結構簡單、價格便宜、但性能稍差;另一類是單向慢走絲（或稱低速走絲）電火花線切割機床（WEDM-LS），這類機床的電極絲作低速單向運動，一般走絲速度低于0.2m/s，這是國外生產(chǎn)和使用的主要機種，我國也已生產(chǎn)和逐步更快的采用慢走絲機床。隨著零件及精密模具技術要求的不斷提高，對電火花線切割加工高效、精密、完整性的要求也愈來愈高。在切割速度計切割精度方面，自本世紀初國內(nèi)“中走絲”（具有多次切割功能的高速走絲機床）機床被成功應用于模具加工來，對國產(chǎn)高速走絲電火花切割機傳加工指標產(chǎn)生了巨大的推動作用，采用復合工作液的條件下，第一次切割最高平均效率已超過200mm,/min，在4次切割平均切割效率大于50mm,/min，條件下表面粗糙度達到Ra<0.8Mm。但從放電加工機理方面考慮，“中走絲”也暴露出一些對于切割效率、精度及表面完整性而3數(shù)控回轉工作臺的設計言難以克服的問題。在切割效率及精度似乎又進入了一個瓶頸階段，在表面完整性研究方面，由于表面完整性對工件的使用性能，如耐用性、耐磨性、疲勞強度、高溫持久強度、耐腐蝕性等有重大影響。為了使電火花線切割加工工藝接近精密磨削的水平，并滿足長壽命精密模具和苛刻使用條件下零件的質(zhì)量要求，國外對低速走絲線切割切割機理及工藝已經(jīng)進行了長久的研究，并提出了“表面完整線切割”的概念，而我國的HSWEDM在此領域的研究幾乎還處于空白狀態(tài)。雖然國外一些發(fā)達國家的電火花線切割加工機床自動化程度高，功能多，加工質(zhì)量好，但這些先進的機床價格昂貴，國內(nèi)一般企業(yè)買不起。而結構簡單，價格低廉的國產(chǎn)高速走絲電火花線切割機床在相當長的時期內(nèi)仍然是模具制造、新特材料及復雜曲面零件加工的重要設備。因此進一步研究高速走絲線切割加工技術，擴大其加工工藝范圍，不僅具有重要的理論意義，而且具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。1.1.4復雜直紋曲面的加工方法所謂直紋面就是由一族連續(xù)變動的直線構成的曲面。直紋面加工在航空零件、模具制造加工中有著廣泛應用。電火花線切割多軸聯(lián)動加工系統(tǒng)是為了實現(xiàn)復雜曲面加工而研制的數(shù)控系統(tǒng)。目前，4軸聯(lián)動數(shù)控電火花線切割機已具備加工復雜直紋面的能力-《復雜型面摸具線切割加工新技術研究》。國產(chǎn)的數(shù)控線切割機床，其工作臺一般都是按直角坐標系設計的，適合于加工二維圖形的工件。如果設想改變現(xiàn)有國產(chǎn)線切割機床工作臺的坐標設置，即由原來的X+丫工作臺轉換成A（繞X軸轉動）+C（繞Z軸轉動）或B（繞Y軸轉動）+C，或X+C，或它們之間的其它組合形式。這樣仍然是兩軸聯(lián)動控制，但是可以加工出復雜的直紋曲面。編程的基本思想是:在加工過程中，工件繞Z軸的轉動（C）和工件繞X軸的擺動（A）之間協(xié)調(diào)配合，使工件下端圓周切于擺動軸中心，而電極絲過相切點，工件上端電極絲則沿所需要之圖形切割。在圖1-2中，工件上端為正六邊形，下端為

圓。所以，程序的編制應保證工件繞OX軸擺動和繞Z軸轉動時，電極絲下端通過切點，而其上端則沿正六邊形移動。圖1-2電火花加工方法4陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書）知道了復雜型面線切割加工的運動形式后，可以通過建立數(shù)學模型進一步分析復雜性面零件線切割加工的運動規(guī)律。如果在數(shù)控高速走絲電火花線切割機床上增加一個數(shù)控回轉工作臺附件，工件裝在數(shù)控回轉工作臺上，采用數(shù)控移動和數(shù)控轉動相結合方式編程，用?角方向的單步轉動來代替y軸方向的單步移動，即可完成圖1-5零件的加工工藝。圖1-3電火花線切割加工復雜型面如果采取數(shù)控轉動和數(shù)控擺動相結合或兩個數(shù)控擺動相結合的方式編程，采用更為先進的軟件控制系統(tǒng)，一個使工件旋轉，另外一個使工件擺動，即可用于加工有錐度（斜度可大30?）、兩端之間平滑過渡三維型面模具，如大端為正圓，小端為正六邊形等三維斜壁的拉絲模具（如圖1-6）。圖1-6下圓上六方三維斜壁模具1.2設計任務與要求在現(xiàn)有的兩坐標聯(lián)動數(shù)控電火花線切割機床的工作臺上再設計一個具有兩個旋轉自由度的數(shù)控回轉工作臺，將其安裝在原有的工作臺上，與原有的工作臺成為一個整體，成為一個多自由度的回轉工作臺，再通過對數(shù)控系統(tǒng)的升級（不屬于此題范疇），使該機床成為五坐標聯(lián)動的數(shù)控機床。這樣的回轉數(shù)控工作臺不僅可以沿X、Y、方向作平行移動，在A、B兩軸能同時運動，且能隨時停止，在A、B兩軸上均可在一定角度內(nèi)連續(xù)轉動。不僅可以加工簡單的直面、斜面、圓5數(shù)控回轉工作臺的設計孤面，還可適應更大的斜面（錐度）和更復雜的直紋曲面零件的加工。傳統(tǒng)的電火花線切割機床的兩軸平移坐標工作臺以及偏移式絲架、雙坐標聯(lián)動裝置的配合也只能加工出上下異性界面形狀的零件，仍然無法加工出復雜表面，因此在直線進給運動上疊加回轉或者擺動進給運動使之成為多軸聯(lián)動數(shù)控機床。課題的主要任務（需附有技術指標分析）:1、確定總體方案；2、 進行必要的匹配計算，選擇適當?shù)脑骷?、 機械部分總體設計（裝配圖A01張）；4、 零件設計，繪制零件圖若干（折合2張A0圖紙）；5、 編寫設計說明書1份。1.3設計過程第1-2周：熟悉設計任務，收集，調(diào)研第3周：方案論證，作開題報告第4-6周：總體設計第7-10周:零、部件設計第11-13周：撰寫說明書第14周：其他:包括翻譯和其他工作6陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書）2工作臺設計方案及其分析2.1數(shù)控電火花線切割機床的機構組成及其作用機床本體由床身、坐標工作臺、運絲機構、絲架、工作液箱、附件和夾具等幾部分組成。（1）床身部分：床身一般為鑄件，是坐標工作臺、繞絲機構及絲架的支承和固定基礎。（2）坐標工作臺部分：電火花線切割機床最終都是通過坐標工作臺與電極絲的相對運動來完成對零件加工的。（3）走絲機構：使電極絲以一定的速度運動并保持一定的張力。(4)錐度切割裝置：偏移式絲架:主要用在高速走絲線切割機床上實現(xiàn)錐度切割。雙坐標聯(lián)動裝置:在低速走絲線切割機床上廣泛采用，可以實現(xiàn)上下異形截面的加工。2.2、傳動方案的確定Z圖2-1回轉工作臺原理圖7數(shù)控回轉工作臺的設計由于現(xiàn)有XY坐標工作臺電火花線切割機床通過可以實現(xiàn)在XY平面內(nèi)的曲線切割，因此不需要在Z軸實現(xiàn)回轉運動，所以為了實現(xiàn)更多的加工工藝，且考慮到電火花切割時電極絲只能沿Z軸垂直方向，不能有較大的偏移角度，工作臺亦不能A、B兩軸進行360?的回轉運動，否則會造成工作臺本身與電極絲發(fā)生干涉，破壞工作臺機構，因此本設計中采用A、B兩軸在一定角度內(nèi)連續(xù)擺動運動。兩軸擺動可聯(lián)動，也可獨立運動，配合已有工作臺X、Y軸方向的平移，再通過對數(shù)控系統(tǒng)的升級(不屬于此題范疇)，使該機床成為多坐標聯(lián)動的數(shù)控機床，來完成對復雜直紋曲面的加工。2.2.1A軸結構確定A軸擺動機構采用懸臂式結構，即比B軸少一個支撐座。其運動由交流伺服電機驅動圓柱齒輪傳動，帶動渦輪蝸桿系統(tǒng)，使工作臺實現(xiàn)在A軸內(nèi)？30?的連續(xù)擺動。渦輪蝸桿傳動平穩(wěn)，振動，沖擊和噪聲均較小，能以單級傳動獲得較大的傳動比，機構緊湊，且當螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時蝸桿傳動便具有自鎖性，有利于實現(xiàn)回轉工作臺所要求的分度和鎖緊的實現(xiàn)，故選用渦輪蝸桿傳動。當數(shù)控工作臺接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，首先松開運動部分的渦輪加緊裝置，同時電機解除自鎖，然后啟動交流伺服電機，按數(shù)控指令確定工作臺的回轉方向，回轉速度及回轉角度大小等參數(shù)。因為是渦輪蝸桿傳動與分度，所以停位不受限，并不像端齒分度盤一樣，只能分度固定的角度的整數(shù)倍（5?、10?、15?等），而且偏轉范圍大，能加工任何角度與傾斜度的孔與表面。齒的側隙是靠齒輪制造精度和安裝精度來保持，大齒輪的支撐軸與蝸桿軸做成一個軸這種連接方式能增大連接的剛度和精度，更能減少功率的損耗。本設計屬于開環(huán)數(shù)控回轉工作臺，旋轉編碼器與交流伺服電機和支撐座的尾端連接，能將旋轉后的位置準確的反饋回系統(tǒng)。設計中應主要減少A軸在X軸方向上的結構尺寸，以減少非加工范圍造成的X軸無效行程，并使機構尺寸不會超出工作臺范圍。同時降低工作臺的高度以增大工件的加工厚度，避免A軸機構高度超出絲架的跨度產(chǎn)生運動干涉。2.2.2B軸結構確定B軸工作原理與A軸相同，主要零件類型相同，只是采用兩個支撐座以固定安裝在XY坐標工作臺上，其左支撐座只起到支承作用，只要零件位于右支撐座內(nèi)。由于B軸位于丫軸工作臺上，其尺寸只要不超出丫軸工作臺長度即可，因此應只要減少B軸在Y軸方向上的結構尺寸，以減小實際影響Y軸加工范圍的機構尺寸。2.2.3回轉工作臺的鎖緊原理8陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)在A、B兩軸擺動結構中，雖然蝸桿傳動具有自鎖性能，但是考慮到加工方式的要求和A軸的特殊結構，因此，首先采用伺服電機的自鎖實現(xiàn)對機構靜止時的鎖定，同時采用在擺動軸渦輪輪轂上使用油壓環(huán)抱式鎖緊裝置，以大面積的縮進擺動部分，鎖緊時圓周表面緊密配合，減少了盤面壓力不穩(wěn)定的起伏，所以具有高剛性和耐重切削的特性。油壓環(huán)抱式鎖緊裝置是由一個薄壁套筒套在渦輪的輪轂上，當套筒內(nèi)通高壓油后，薄壁套筒徑向變形，抱緊輪轂。薄壁套筒通過兩端的凸緣被固定在箱體上。渦輪被抱緊，與渦輪通軸并固連的大齒輪和右支座軸也被固定，這就意味著回轉至某一角度的工作臺和B軸機構被夾緊、固定。這對圓錐面、斜面等直紋面的切削、傾斜孔加工會大幅度提高加工系統(tǒng)的剛性，明顯提高機床耐重切削的能力-。鎖緊力計算：輸入油壓20MPa，鎖住面積:油壓環(huán)長20mm，保守估計80，接觸。則接觸面積：S=ndl80,=nx66.4x20x80,二3335.9mm,(2-1)鎖緊力:F=psP=20x3335.9x0.2=13343.6N(2-2)鎖緊力矩：T=FR=13343.6x33.2x10=443Nm(2-3)2.2.4回轉工作臺的潤滑與密封因為兩軸擺動機構有較大的擺動角度，所以雖然渦輪蝸桿及齒輪傳動都是在箱體內(nèi)，渦輪蝸桿頂面都里箱底有較大的距離，也不能采用常規(guī)的甩油潤滑。再者箱蓋與箱座之間不能有很好的密封，且在傾斜時會將存于箱底的油與齒輪頂脫離接觸，沒法再甩油。所以應選用循環(huán)噴油潤滑。但在裝配時軸承部分要先填好潤滑脂，以免長時間得不到潤滑而降低使用壽命。噴油潤滑的好處非常多，可以沖掉傳動過程中齒輪嚙合區(qū)的磨粒、減少磨損、延長使用壽命、對渦輪蝸桿進行很好的冷卻與潤滑等。右支撐座采用常規(guī)的齒輪-蝸桿減速器密封方法，各軸承端采用油潤滑和橡膠圈密封，與B軸機構連接的軸承段采用橡膠圈密封。對于左端支撐，采用齒輪減速器的密封方法，各軸承端采用油潤滑和橡膠圈密封。2.3回轉工作臺的組成A、B兩軸擺動機構均由交流伺服電機、聯(lián)軸器、輸入軸、高速級小齒輪、高速級大齒輪、中間軸、低速級小齒輪、低速級大齒輪、蝸桿軸、渦輪、渦輪等組成。B軸：B軸機構由兩個支撐座構成，左支撐座只起支撐作用，傳動零件均位于右支撐座內(nèi)。主要9數(shù)控回轉工作臺的設計有一級齒輪減速器和一對渦輪蝸桿傳動組成。伺服電機驅動一級齒輪減速器傳動，齒輪減速器通過蝸桿軸帶動渦輪蝸桿傳動，渦輪安裝在支承軸上，支承軸與A軸機構箱體螺栓連接，在保證螺栓連接可以安裝的同時應盡量減少機構尺寸，以上零件均位于右支撐座內(nèi)。A軸：伺服電機驅動一級齒輪減速器傳動，一級齒輪采用垂直方向安裝，以減小A軸運動時的極限范圍，但應保證對電火花機床工作臺尺寸高絲架跨度的要求，擴大可使用的機床范圍。A軸傳動零件與B軸右支撐座相同，伺服電機驅動一級齒輪減速器傳動，齒輪減速器通過蝸桿軸帶動渦輪蝸桿傳動，渦輪安裝在輸出軸上，輸出軸與工作臺采用螺栓連接，在保證螺栓連接可以安裝的同時應盡量減少機構尺寸。2.4主要參數(shù)回轉角度:？30?最大回轉半徑:300mm最大承載重量:100kg脈沖當量:0.001?電動機步距角：0.5?2.5回轉工作臺的傳動精度對工藝指標的影響數(shù)控機床中常見的反應式步進電機的步距角一般為0.5?,3?。步距角越小，數(shù)控機床的控制精度越高。步進電機進給系統(tǒng)的脈沖當量一般取為0.01mm或0.001?，這時脈沖位移的分辨率和精度,1較高，但是由于進給速度v=60f5(mm/min)或3=60f6(min)，在同樣的最高工作頻率/時5越小，則最大進給速度之值也越小。步進電動機的進給系統(tǒng)使用齒輪傳動，不僅是為了求得必需的脈沖當量，而且還滿足結構要求和增大轉矩的作用。在數(shù)控機床僅給系統(tǒng)中，考慮慣量、轉矩或脈沖當量的要求，必須進行減速的情況下，采用齒輪傳動。減速齒輪的齒側間隙使換向后運動滯后于指令信號，造成開環(huán)或閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)的死區(qū)誤差，影響定位精度。為了消除齒隙并增強剛性，應采用各種具有消隙或預緊措施的齒輪副。在數(shù)控機床中，分度工作臺、數(shù)控回轉工作臺都廣泛采用渦輪蝸桿傳動。蝸輪副的嚙合側隙對其分度定位精度影響最大，因此消除蝸輪副的側隙就成為數(shù)控回轉工作臺的關鍵問題。一般在要求連續(xù)精度分度的機構中或為了避免傳動機構因承受脈動載荷而引起扭轉的場合往往采用雙螺距漸厚蝸桿，以便調(diào)整嚙合側隙到最小限度。雙螺距漸厚蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別是:雙螺距漸厚蝸桿齒的左、右兩側面具有不同的齒距;而同一側面的齒距則是相等的。10陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書）雙螺距漸厚蝸桿副的嚙合原理與一般蝸桿副嚙合原理相同，蝸桿的軸向截面仍相當于基本齒條，渦輪則相當于同它嚙合的齒輪。由于蝸桿齒左、右兩側面具有不同齒距，即左、右兩側面具有不同的模數(shù)，因而同一側的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件。雙螺距漸厚蝸桿傳動的公稱模數(shù)m可看成普通蝸輪副的軸向模數(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逐漸增厚。但由于同一側的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。因此可用軸向移動蝸桿的方法來消除蝸桿與渦輪的齒側隙-《數(shù)控回轉工作臺的原理和設計》。11數(shù)控回轉工作臺的設計3主要零件的設計3.1工作臺外形尺寸及重量計算工作臺最大承重：100kg，回轉半徑:300mm。

由《機械零件手冊》查得，工作臺材料為45鋼，采用淬火提高鋼的硬度和強度極限，但由于淬火會引起內(nèi)應力，使鋼變脆，所以工作臺淬火后必須回火，以消除內(nèi)應力。對于工作臺連接處，采用焊接處理。其結構如圖3-1:圖3-1工作臺結構工作臺尺寸：B=200mm，L=300mm，H=360mm，R1=60mm，r=30mm,m=30mm,n=30mm,a=40mm工作臺通過螺釘與渦輪輸出軸連接，連接處進行噴砂處理增大表面摩擦力。螺釘受橫向載荷和轉矩，當采用螺釘與孔壁間留有間隙的普通螺釘連接時，靠連接預緊后在結合面間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷。取螺釘直徑10mm，數(shù)目4根由《機械設計》查得，螺釘預緊力為受橫向載荷：(3-1)受轉矩：F1=KS?T/4fr=1.2x1210x0.3/0.5x4x0.04=5440N(3-2)選擇螺栓材料為Q235，性能等級為4.6的螺栓，有《機械設計》查得材料屈服極限為240MPa,安全系數(shù)為1.5,故螺栓材料取用應力[Z]=160MPa。求得螺栓危險截面的直徑(螺紋小徑d1)為：KsF,1.2x121.05x10F=0,,726.3Nfzi0.5x4x112陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)d1=(4x1.3xF/n[Z])"?=([4x1.3x(5440+1210/4)]/n[Z])=7.713mm(3-3)按粗牙普通螺紋標準，選用螺紋公稱直徑為d=10mm。Mmg，矩形截面梁的彎曲應力沿截面高度按二次拋物線規(guī)律分布在中性軸處彎曲切應力最大。由(3-4)可知工作臺可用，工作臺中21Kg。3.2步進電機的選用及運動參數(shù)的計算已知脈沖當量為0.001?，電機步距角為0.5?,工作臺轉速為6r/min。工作臺扭矩為：T=FL=121.05x10x0.3=363N?m(3-5)A軸機構重量小于121Kg,B軸所受扭矩為：T=FL<(121.05+100)x10x0.2=444N?m(3-6)工作臺轉動所需功率為202.5W,A軸機構回轉所需功率為700W，所以兩個軸的伺服電機采用不同的電機，但主要零件設計方法形同，B軸機構伺服電機選用1000W。Tn此處僅以A軸機構主要零件設計為例，由《數(shù)控機床系統(tǒng)設計》知，總傳動比為:i0=a/6=0.5/0.001=500(3-7)總傳動效率為：,a二,軸承?，齒輪?，渦輪、桿?，聯(lián)軸器=0.98x0.97x0.8x0.99=0.75(3-8)3Fs3()參考《機電傳動控制》，伺服步進電機額定功率為,,(3-9)選定伺服電機參數(shù)為：電機型號:ACM604額定電壓：220V額定功率：400W額定力矩：1.27N?m額定轉速：3000r/min電機總長：127.8mm電機安裝直徑：70mmnmax二Z電機重量：1.48Kg電機軸直徑:14mm,,伸出軸長度:30mm磁對極：4363.15x6nax)x2二,3Pd04.2W2A2(?-9,a9550x550x0.7513數(shù)控回轉工作臺的設計編碼器:2500由于A、B兩軸擺動機構輸出軸的扭矩和回轉時所需的功率相同，且電機的輸出扭矩和功率均選擇的較大，因此可以用相同的零件，只是部件的裝配結構有一些差別。分配傳動比時，考慮到應使各級傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結構勻稱合理，盡量使傳動裝置外廓尺寸緊湊，重量較小，所以渦輪蝸桿的傳動比應盡量小以減少渦輪的直徑，查《機械設計》蝸桿傳動比取62。為了減少齒輪副的尺寸，避免大齒輪很大，小齒輪很小的情況，齒輪傳動比應該取小一些，以使齒輪減速器部分的結構緊湊，減少總體結構尺寸。則齒輪總傳動比為：i=500/62=8.065各軸轉速：軸n1=nm=3000r/min軸n2=n1/i1=3000/8.065=372r/min軸n3=n2/i2=372/62=6r/min各軸輸入功率：P1=400x0.98x0.99=388.08WP2=P1?,12=388.08x0.98x0.97=368.91WP3=368.91x0.98x0.8=289.2W各軸輸出功率：P1'=P1x0.98=380.32WP2'=P2x0.98=361.53WP3'=P3x0.98=283.416W各軸輸入轉矩：Td=1.27N?mT1=Td?n1=1.27x0.99x0.98=1.232N?mT2=T1?n2=1.232x0.99x0.98x8.065=9.45N?mT3=T2?n3=9.45x0.99x0.8x62=459.17N?m各軸輸出轉矩：T1'=T1x0.98=1.207N?mT2'=T2x0.98=9.261N?mT3'=T3x0.98=450N?m14陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書）3.3齒輪傳動的設計、主要參數(shù)和幾何尺寸已知齒輪副的傳動比為8.065,輸入轉矩為1.232N?m，小齒輪轉速為3000r/min,設定工作壽命15年(設每年工作300天)，兩班制，機構工作平穩(wěn)，正反轉。齒輪毛坯采用鍛造毛坯，先切齒，后表面硬化處理，最后進行精加工，淬火并滲氮處理。斜齒輪優(yōu)點：嚙合性能好，在斜齒輪輪齒的接觸線為與齒輪軸線傾斜的直線，輪齒開始嚙合和脫離嚙合都是逐漸的，因而傳動平穩(wěn)、噪聲小，同時這種嚙合方式也減小了制造誤差對傳動的影響；重合度大，可以降低每對輪齒的載荷，從而相對的提高了齒輪的承載能力，延長了齒輪的使用壽命，并使傳動平穩(wěn)；斜齒標準齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)較直齒輪著少，因此，采用斜齒輪傳動可以得到更為緊湊的機構。由于齒輪副轉速不高，故選用7級精度(GB10095-88)。材料選擇:選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))，硬度為240HBS，=者材料硬度差40HBS。選小齒輪齒數(shù)二20，大齒輪齒數(shù)22=20x8.065=161.3，取162按齒面接觸強度設計：由設計計算公式進行試算，即(3-10)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值：試選載荷系數(shù)Kt=1.6，小齒輪傳遞的轉矩為1.232N?m。選取齒寬系數(shù)二1，查《齒輪手冊》的材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa。按齒面硬度查《機械設計》得小齒輪的接觸疲勞強度極限ZHlim1=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限ZHlim2=550MPa。計算應力循環(huán)次數(shù)：10(3-11)N1=60n1jLh=60x3000x1x(2x8x300x15)=1.296x10109(3-12)N2=1.296x10/8.065=1.607x10取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.85;KHN2=0.92。取失效概率為1,，安全系數(shù)S=1.2，得,,1=KHN1?(3-13)S=0.85x600/1.2MPa=425MPaZHZHlim1/,,2=KHN2?(3-14)S=0.92x550/1.2MPa=421.67MPaZHZHlim2/則許用接觸應力：2KtTu1,1ZZEH)d1t(,,d①eazu15數(shù)控回轉工作臺的設計,,二(,,1+,,2),2=423.3MPa(3-15)ZHZHZH選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433,查的1=0.78,ea2=0.87，則ea=ea1+ea2=1.65。試算小齒輪分度圓直徑d1t，由計算公式得d1t=14.8mm計算圓周速度：v=nd1tn1/60x1000=3.14x14.8x3000/60x1000=2.324m/s(3-16)計算尺寬b及模數(shù)mb=d1t=1x14.8=14.8mm(3-17)①dmnt二d1tcosB/Z1=0.718(3-18)h=2.25mnt=2.25x0.718=1.616mm(3-19)b/h=14.8/1.616=9.16(3-20)計算縱向重合度：￡3=0.318(3-21)①dZ1tan=0.318x1x20xtan14?=1.586B計算載荷系數(shù)K:，已知使用系數(shù)KA=1，根據(jù)v=2.324m/s,7級精度查得動載系數(shù)Kv=1.11;查得KHB=1.42;查得KFB=1.35,KHa=KFa=1.4.故載荷系數(shù)：(3-22)K=KAKvKHaKFB=1x1.11x1.4x1.42=2.21按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑得：(3-23)(3-24)mn=d1cosB/Z1=0.801按齒根彎曲強度設計：(3-25)計算載荷系數(shù)：K=KAKvKFaKFB=1x1.11x1.4x1.35=2.10￡B=1.586，查得螺旋角影響系數(shù)YB=0.88。根據(jù)縱向重合度計算當量齒數(shù)：ZV1=Z1/cos?B=20/cos?14?=21.894(3-26)ZV2=Z2/cos?B=162/cos?14?=177.34(3-27)查得齒形系數(shù):YFa1=2.73,YFa2=2.11

查得應力校正系數(shù):B1.565查得應力校正系數(shù):B1.565,YSa2=1.85K2KTY1cos?BYYFaSadd11t,,16.5mmmn?,ZFe,,Ktd1a,,①Z16陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限二500MPa;大齒輪的彎曲疲勞強度極限ZFE1=380MPa;取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85,KFN1=0.88。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得：(3-28)[ZF]1=KFN1ZFE1/S=0.85x500/1.4=303.57MPa(3-29)[ZF]1=KFN2ZFE2/S=0.88x380/1.4=238.86MPa由：YFalYSa1/[ZF]1=0.01407,YFa2YSa2/[ZF]2=0.01634,大齒輪的數(shù)值大。則有公式3-25計算：mn?0.6對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取彎曲強度算得的模數(shù)并圓整為標準值1。取m=1計算齒數(shù)：(3-30)Z1=d1cosB/m=16取Z1=16，則Z2=8.065x16=129.04，取130。幾何尺寸計算：計算中心距：(3-31)a=(Z1+Z2)mn/2cosB=(16+130)x1/2cos14?=75.2mm按圓整后的中心距修正螺旋角：(3-32)B=arcos(Z1+Z2)mn/2a=13.9?、因B值改變不多，故參數(shù)eaKB、ZH等不必修改。計算小齒輪、大齒輪的分度圓直徑：(3-33)d1=Z1mn/cosB=16x1/cos13.9?=16.5mm(3-34)d2=Z2mn/cosB=130x1/cos13.9?=133.9mm計算齒輪寬度：(3-35)b=①dd1=16.5mm圓整后取B2=20mm,B1=25mm。計算中所所選取的參數(shù)以及查得的參數(shù)均參考《機械設計》第十章齒輪傳動中所列出的圖表。大齒輪齒頂圓直徑小于160mm，根據(jù)動力參數(shù)，幾何尺寸，以及箱體條件和整體裝配的限制，結合生產(chǎn)加工方式與工藝水平，故以選用腹板式結構為宜，齒輪與軸采用平鍵連接。在工作條件完全相同的情況下，采用斜齒輪傳動可比直齒輪傳動獲得較小的傳動幾何尺寸，也就是說，斜齒輪傳動比直齒輪傳動具有較大的承載能力。17數(shù)控回轉工作臺的設計主要參數(shù)：齒形角a=20?2.齒頂高系數(shù)ha=13.頂隙系數(shù)c=0.25模數(shù)m=1分度圓螺旋角3=13.9?幾何尺寸：分度圓直徑d1=16.5mmd2=133.9mm齒距p=3.14mm齒頂高ha=1mm齒根高hf=1.25mm齒頂圓直徑da1=18.5mmda1=135.9mm齒根圓直徑df1=14mmdf1=131.4mm全齒高h=2.25mm基圓直徑db1=15.5mmdb2=129.92mm由于A、B兩軸機構的伺服電機相同，系統(tǒng)總傳動比相同，各分配比也相同，同時滿足兩軸的需要，因此兩軸采用相同的齒輪副傳動。3.4蝸桿與渦輪的設計、主要參數(shù)和幾何尺寸已知輸入扭矩為9.45N?m，作用在渦輪上的扭矩為459.17N?m，蝸桿轉速為372r/min，傳動比為62，工作載荷較穩(wěn)定，但有不大的沖擊，要求壽命為12000h。根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿?？紤]到蝸桿傳動的功率不大，速度較小，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45,55HBS。渦輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而齒芯用灰鑄鐵HT100制造。按齒面接觸疲勞強度進行計算：根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距為：(3-36)取Z1=1，估取效率,=0.8，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)KB=1，選取使用系數(shù)KA=1.15，由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.05，則ZZEPT?aK?2()?ZH，，，，18陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)

K=KAKBKV=.15x1x1.05?1.21(3-37)確定彈性影響系數(shù)ZE因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和蝸桿相配，故ZE=160MPa。確定接觸系數(shù)ZP先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值為0.40，可查得Zp=2.75。確定許用接觸應力：根據(jù)蝸桿材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，可查得渦輪的基本許用應力[ZH]?=268MPa。應力循環(huán)次數(shù)為6N=60jn2Lh=60x1x6x12000=4.32x10(3-38)壽命系數(shù):=1.壽命系數(shù):=1.11(3-39)則[ZH]=KHN?[ZH]?=0.81x268=217.08MPa(3-40)計算中心距：a?106.67mm取中心距。=160mm，因i=62，故去模數(shù)m=4mm，蝸桿分度圓直徑d1=71mm。這時d1/a=0.451，可查得接觸系數(shù)Z?P=2.65，因為Z?p<Zp，因此以上計算結果可用。蝸桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸蝸桿：軸向齒距pa=12.56mm;直徑系數(shù)q=17.75;齒頂圓直徑da1=79mm;齒根圓直徑df1=61.4mm;分度圓導程角Y=3?13?28〃，蝸桿傳動具有自鎖性能;蝸桿軸向齒厚sa=6.28mm。渦輪：渦輪齒數(shù)Z2=62;變位系數(shù)x2=+0.125;渦輪分度圓直徑d2=mZ2=62x4=248mm渦輪喉圓直徑da2=248+2x4x(1+0.125)=257mm渦輪齒根圓直徑df2=248-2x4x(1-0.125+0.2)=239.4mm渦輪咽喉母圓半徑rg2=a-0.5da2=31.5mm渦輪采用螺栓連接式結構。校核齒根彎曲疲勞強度：G1.53H.vvr.(3-41)當量齒數(shù)：19數(shù)控回轉工作臺的設計ZV2=Z2/cos?Y=62/cos?3?13?28〃=62.27(3-42)根據(jù)x2=+0.125,ZV2=62.27，可查得齒形系數(shù)YFa2=2.25螺旋角系數(shù)：YB=1-y/140?=0.9779(3-43)許用彎曲應力：[ZF]=[ZF]??KFN查得由ZCuSn10P1制造的渦輪的基本許用彎曲應力[ZF]?=56MPa。壽命系數(shù)(3-44)[ZF]=56x0.85=47.6MPaZF=(1.53x1.21x459.17x10?)/71x248x4=26.56MPa彎曲強度是滿足的。精度等級公差和表面粗糙度的確定：考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿、渦輪精度中選擇8級精度，側隙種類為f，標注為8fGB/T10089-1988。然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。熱平衡核算：蝸桿傳動由于效率低，所以工作時發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以，必須根據(jù)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量①1等于同時間內(nèi)的散熱量①2的條件進行熱平衡計算，以保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。由于摩擦損耗的功率Pf=P(1-,)，6則產(chǎn)生的熱流量為：①1=1000P(1-,)=54.988W(3-45)取箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ad=10，內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到，而外表面有可為周圍空2氣所冷卻的箱體表面面積S=0.128m，周圍空氣的溫度ta=20?。以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中的熱流量①2=adS(t0-ta)(3-46)按熱平衡條件，可求得在既定工作條件下的油溫：10t0=ta+①1/adS=62.2?(3-47)由于t0<80?，滿足工作要求。驗算效率：,=(0.95,0.96)tany/tan(y+0V)(3-48)KFN,,0.85X1064.2320陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)已知Y=3?13?28〃=3.1?;0V=arctan/V;/V與相對滑動速度VS有關。VS=nd1n1/60x1000cosy=1.38m/s(3-49)查得/V=0.04,0V=2.1?;代入式中得,二0.6。3.5軸的設計與校核由于機構軸類零件較多，且A、B兩軸的主要零件相同，本處只列出其中一部分軸的設計與校核過程。齒輪軸：齒輪的功率為P=388.08W,轉速為n=3000r/min,轉矩為T=1.232N?m。作用在齒輪上的力：因已知高速級小齒輪分度圓直徑為d=38mm,而：Ft=2T/d=2x1232/38=64.85N(3-53)Fr=Fttanan/cosB=64.85xtan20?/cos14?=24.33N(3-54)Fa=FttanB=64.85xtan14?=16.17N(3-55)圓周力Ft,徑向力Fr及軸向力Fa的方向如圖3-3所示。初步確定軸的最小直徑：選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A0=112，于是得:(3-56)齒輪軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑d?-?。為了使所選的軸直徑d?-?與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉矩Tca=KA?T3，考慮到轉矩變化，故取KA=2.3，則3Tca=KA?T3=2.3x1232N?mm=2.8336x10N?mm(3-57)按照計算轉矩Tca應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，同時考慮到電機伸出軸直徑為14mm，查標準GB/T5014-2003或《機械零件手冊》，選用YLD1行剛性聯(lián)軸器J1J2型。其公稱轉矩為10N?m。半聯(lián)軸器的孔徑為d1=14mm，d2=10mm，故取d?-?=10mm，半聯(lián)軸器長度L=47mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=22mm。軸的結構設計：P0.38808dmin0,,A112x,5.7mmn300021數(shù)控回轉工作臺的設計圖3-2齒輪軸的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案:本題的裝配方案如圖3-2所示。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度：為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，？-?軸段右端需制出一個軸肩，故取?-?段的直徑d?-?=12mm;左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=20mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=22mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故?-?段的長度應比L1略短一些，現(xiàn)取l?-?=20mm。初步選擇滾動軸承：因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承。參考工作要求并根據(jù)d?-?=12mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的角接觸球軸承7201C，其尺寸為dxDxB=12mmx32mmx10mm,故d?-?=12mm;而l?-?=10mm。右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位，因為定位軸肩高度為h=0.07xd=0.7mm，因此，取d?-?=14mm。齒輪軸齒輪部分的軸段?-?直徑為d?-?=18.5mm,長度為l?-?=25mm;齒輪的左端與左軸承之間采用軸肩定位，d?-?=10mm。軸承端蓋的總寬度為15mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求和為了減少機構尺寸的目的，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面的距離l=30mm,故取l?-?=50mm。取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離a=8mm，則l?-?=10mm，l?-?=10mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。軸上零件的周向定位：半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。按d?-?查得平鍵截面bxh=3mmx3mm,鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為12mm,半聯(lián)軸22陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)器與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。確定軸上圓角和倒角尺寸：取軸端倒角為1x45?,各軸肩處的圓角半徑見零件圖所示。求軸上的載荷：首先根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖。在確定的支點位置時，應從手冊中查取a值。對于30205型圓錐滾子軸承，查得a=7.2mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距L2+L3=59.4mm。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖(圖3-3)，參考《機械原理》。從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出C是軸的危險截面。計算出的截面C處的MH、MV及M的值列于下表。表3-1截面C處的載荷值載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=FNH2=37.7NFNV1=FNV2=14.03N彎矩MMH=1687.075N?mmMV1=1221.24N?mmMV2=-31.5N?mm總彎矩M1=(MH,+MV1,)?,=2084.5N?mmM2=(MH,+MV2,)?,=1687.4N?mm扭矩TT=1232N?mm按彎扭合成力校核軸的強度:進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面C)的強度。根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，以及軸雙向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取a=0.6，軸的計算應力為：= 2L ——— =。一限AfPagW 0.IxjO1(3-58)前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得[Z-1]=60MPa。因此Za<[Z-1]，故安全，且該軸不需要精確校核疲勞強度。23數(shù)控回轉工作臺的設計圖3-3軸的載荷分析圖24輸出軸：已知輸出軸輸入功率為T2=289.2W，轉速為6r/min,輸入轉矩為459.17N?mm，蝸桿軸輸入轉矩為9.45N?mm，蝸桿直徑d2=71mm,渦輪分度圓直徑為d2=248mm,齒形角為a=20?.作用在渦輪上的力：3Ft=2T2/d2=2x454.48x10/265N=3430N(3-59)Fr=Fttana=3430xtan20?=1248.4N(3-60)3Fa=2T1/d1=2x46.38x10/50=1855.2N(3-61)圓周力Ft,徑向力Fr及軸向力Fa方向如圖3-3所示。初步確定軸的最小直徑：選取軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理，取A0=108。按公式3-56初步估算軸的最小直徑:dmin=38.7mm輸出軸的最小直徑為安裝工作臺和左端軸承處軸的直徑d?-?和d?-?，故取d?-?=d?-?=40mm，L?-?=30mm。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)d?-?=40mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30208，其尺寸為dxDxT=40mmx80mmx19.75mm。軸的結構設計：擬定軸上零件的裝配方案：該軸用于安裝渦輪和工作臺，由渦輪帶動工作臺轉動，同時考慮到A軸機構也在繞Y軸回轉，所以采用圖3-4的裝配方案。圖3-4輸出軸的裝配方案根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度：為了滿足輸出軸與工作臺的連接，工作臺螺栓孔分布圓直徑為84mm，則軸?-?段螺栓孔直徑為10mm。25數(shù)控回轉工作臺的設計同時為了減少軸的尺寸和質(zhì)量，取d?-?=104mm，L?-?=20mm。取渦輪距箱體內(nèi)壁距離為8mm，軸承距箱體內(nèi)壁距離為8mm，L?-?=19.75+8+8+3=38.75mm，取安裝渦輪處的軸段?-?的直徑d?-?=46mm;渦輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知渦輪輪轂的寬度為60mm，為了使套筒端面可靠地壓緊渦輪，此軸段應短于輪轂寬度，故取L?-?=57mm。渦輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07d，故取h=4.3mm，則d?-?=55mm，從整體裝配和運動干涉考慮，取L?-?=74.16mm。根據(jù)d?-?=55mm選取單列圓錐滾子軸承30211，其尺寸為dxDxT=55mmx100mmx22.75mm。其定位軸肩高度h=4.5mm，因此d?-?=64mm，軸承端蓋總寬度為20mm，此軸段的長度應略大于軸承端蓋的總寬度，故取L?-?=25mm。為了保證機構運動時輸出軸不產(chǎn)生軸向移動，在?-?段采用圓螺母和止動墊圈進行固定，故取d?-?=32mm，L?-?=20mm。軸上零件的周向定位：渦輪與軸的周向定位采用平鍵連接，按d?-?查得平鍵截面bxh=14mmx9mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度為50mm，同時為了保證渦輪與軸配合有良好的對中性，故選擇渦輪輪轂與軸的配合為H7/k6.取軸端倒角為1x45?，各軸肩處的圓角半徑見零件圖。求軸上的載荷：首先根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖。在確定的支點位置時，應從手冊中查取a值。對于30205型圓錐滾子軸承，查得a=21mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距L2+L3=113.85mm。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖(圖3-3)。從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出C是軸的危險截面。計算出的截面C處的MH、MV及M的值列于下表。表3-2截面C處的載荷值載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1622.36NFNH2=1807.64NFNV1=590.48NFNV2=657.92N彎矩MMH=97341.6N?mmMV1=281242.8N?mmMV2=-210385N?mm總彎矩M1=(MH,+MV1,)?,=297612.2N?mmM2=(MH,+MV2,)?,=231812.4N?mm扭矩TT=454480N?mm按彎扭合成力校核軸的強度：26陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，以及軸雙向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取a=0.6，按公式3-58，軸的計算應力為：Za=38.8785MPa前已選定軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，查得[Z-1]=70MPa。因此Za<[Z-1]，故安全，且該軸不需要精確校核疲勞強度。3.6機體結構尺寸和主要零件的質(zhì)量機體結構尺寸：表3-3回轉工作臺機體結構尺寸名稱符號尺寸關系mm機座壁厚58機蓋壁厚518機座凸緣厚度b12機蓋凸緣厚度b112機座底凸緣厚度b220地腳螺釘直徑df16地腳螺釘數(shù)目n4軸承旁連接螺栓直徑d112機蓋與機座連接螺栓直徑d28連接螺栓d2的間距l(xiāng)60軸承端蓋螺釘直徑d38定位銷直徑d6.4大齒輪頂圓（渦輪外圓）與內(nèi)機壁距離△】10齒輪(渦輪輪轂)端面與內(nèi)機壁距離^28機蓋、機座肋厚ml、m2m1=m2?6.8軸承端蓋外徑D2D+(5,5.5)d3軸承端蓋凸緣厚度t(1,1.2)d3外機壁至軸承座端面距離LC1+C2+(8,12)主要零件的質(zhì)量：A軸：工作臺：21.05Kg渦輪:8.94Kg27數(shù)控回轉工作臺的設計齒輪軸:0.788Kg大齒輪:3.9Kg蝸桿軸:4.15Kg輸出軸:5.7KgB軸：渦輪:8.94Kg齒輪軸:0.788Kg大齒輪:3.9Kg蝸桿軸:4.15Kg輸出軸:5.7Kg28陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)4裝配圖的設計裝配圖是反映各個零件的相互關系、結構形狀以及尺寸的圖紙。因此，設計通常是從畫裝配圖著手，確定所有零件的位置、結構和尺寸，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖。裝配圖也是機器組裝、調(diào)試、維護等的技術依據(jù)，所以繪制裝配圖是設計過程中的重要環(huán)節(jié)，必須綜合考慮對零件的材料、強度、剛度、加工、裝拆、調(diào)整和潤滑等要求，用足夠的視圖和剖面圖表達清楚。裝配圖繪制前的準備：在畫裝配圖之前，應翻閱有關資料，參觀或裝拆實際減速器，因為此傳動系統(tǒng)的齒輪減速部分的斜齒輪傳動與減速器類似，弄懂各零部件的功用，做到對設計內(nèi)容心中有數(shù)。此外，還要根據(jù)任務書上的技術數(shù)據(jù)，按前文所述的要求，選擇計算出有關零部件的結構和主要尺寸，具體內(nèi)容有：（1）確定各類傳動零件的中心距、最大圓直徑和寬度（輪轂和輪緣）。其它詳細結構暫不確定；（2）選出電動機類型和型號，并查出其軸徑和伸出長度；（3）按工作情況和轉矩選出聯(lián)軸器類型和型號、兩端軸孔直徑和孔有關裝配尺寸的要求；（4）確定滾動軸承類型，如向心軸承或角接觸軸承等，具體型號暫不確定；（5）根據(jù)軸上零件的受力、固定和定位等要求，初步確定軸的階梯段，具體尺寸暫不定；（6）確定機體的結構方案（剖分式、整體式等）；（7）逐項計算和確定機體結構和有關零件的尺寸，并列表備用。繪圖時，應選好比例尺，盡量優(yōu)先采用1:1，以加強真實感。第一階段的設計內(nèi)容是通過繪圖設計軸的結構尺寸及選出軸承型號;確定軸的支點距離和軸上零件力的作用點;計算軸的強度和軸承壽命。大致步驟如下頁框圖。圖4-1步驟框圖傳動零件、軸和軸承是機構的主要零件，其它零件的結構和尺寸是根據(jù)主要零件的位置和29數(shù)控回轉工作臺的設計結構而定。所以設計時應先畫主要零件后畫其他零件，先畫傳動零件的中心線和輪廓線后畫結構細節(jié)。設計軸的結構時，既要滿足強度的要求，也要保證軸上零件的定位、固定和裝配方便，并有良好的加工工藝性所以軸的結構一般都做成階梯形，方法如3.5節(jié)。階梯軸的徑向尺寸（直徑）的變化是根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及對軸表面粗糙度、加工精度等要求而定的。階梯軸的軸向尺寸（各段長度）則根據(jù)軸上零件的位置、配合長度及支承結構確定第二階段的主要工作內(nèi)容是設計傳動零件、軸上其他零件及與軸承支點結構有關零件的具體結構。軸承端蓋用以固定軸承及調(diào)整軸承間隙并承受軸向力。軸承端蓋有嵌入式和凸緣式兩種。2ms根據(jù)軸頸的速度，軸承可以用潤滑脂或潤滑油潤滑。當浸油齒輪圓周速度小于時，宜用2ms潤滑脂潤滑;當浸油齒輪圓周速度大于時，可以靠機體內(nèi)油的飛濺直接潤滑軸承，或引導飛濺在機體內(nèi)壁上的油經(jīng)機體剖分面上的油溝流到軸承進行潤滑，這時必須在端蓋上開槽。為防止裝配時端蓋上的槽沒有對準油溝而將油路堵塞，可將端蓋的端部直徑取小些，使端蓋在任何位置油都可以流入軸承。如采用潤滑脂潤滑軸承時，應在軸承旁加擋油板，以防止?jié)櫥魇?。在輸入軸和輸出軸的外伸處，都必須在端蓋軸孔內(nèi)安裝密封件，以防止?jié)櫥屯饴┘盎覊m、水汽和其他雜質(zhì)進入機體內(nèi)。密封形式的選擇，主要是根據(jù)密封處軸表面的圓周速度、潤滑劑的種類、工作溫度、周圍環(huán)境等決定的。第三階段的主要內(nèi)容是設計回轉工作臺的機體和附件。鑄造機體一般采用鑄鐵(HT150或HT200)制成。鑄鐵具有較好的吸振性、容易切削且承壓性能好。在重型減速器中，為了提高機體的強度和剛度，也有用鑄鋼(ZG15或ZG25)鑄造的。鑄造機體的缺點是重量較大，但仍廣泛應用。機體可以采用剖分式結構或整體式結構。剖分式機體結構被廣泛采用，其剖分面多與傳動件軸線平面重合。設計機體應在三個基本視圖上同時進行，并考慮以下幾個方面的問題：機體要具有足夠的剛度；應考慮便于機體內(nèi)零件的潤滑、密封及散熱；機體結構要有良好的工藝性；鑄造工藝的要求在設計鑄造機體時，應考慮到鑄造工藝特點，力求形狀簡單、壁厚均勻、過渡平緩、金屬不要局部積聚。機械加工的要求設計結構形狀時，應盡可能減少機械加工面積，以提高勞動生產(chǎn)率，并減少刀具磨損30陜西科技大學畢業(yè)論文(設計說明書)裝配圖內(nèi)容包括工作臺結構的各個視圖、尺寸、技術要求、技術特性表、零件編號、明細表和標題欄等。經(jīng)過前面幾個階段的設計，已將增速箱的各零部件結構確定下來，但作為完整的裝配圖，還要完成上述的其它內(nèi)容。在完成裝配圖時，應盡量把工作臺的工作原理和主要裝配關系集中表達在一個基本視圖上。對于蝸桿傳動，則可在主視圖上表示。裝配圖上避免用虛線表示零件結構，必須表達的內(nèi)部結構（如附件結構）可采用局部剖視圖或局部視圖表達清楚。畫剖視圖時，對于相鄰的不同零件，其剖面線的方向應該不同，以示區(qū)別，但一個零件在各剖視圖中的剖面線方向和間隔應一致。對于很薄的零件（如墊片），其剖面可以涂黑。根據(jù)教學要求，裝配圖某些結構可以采用簡化畫法。例如，對于相同類型、尺寸、規(guī)格的螺栓聯(lián)接，可以只畫一個，其它用中心線表示。螺栓、螺母、滾動軸承可以采用制圖標準中規(guī)定的簡化畫法。裝配圖先不要加深，因設計零件工作圖時可能還要修改裝配圖中的某些局部結構或尺寸。這一階段應完成的內(nèi)容分述于下:標注尺寸、寫出減速部分的技術特性、編寫技術要求、列出零件明細表及標題欄、檢查裝配圖、圖紙檢查并修改后，待畫完零件圖再加深描粗。所有文字和數(shù)字應按制圖規(guī)定的格式、字體清晰地寫出，圖紙應保持整潔。31數(shù)控回轉工作臺的設計5使用說明書回轉工作臺的特點：該回轉工作臺是根據(jù)放電加工的原理，結合數(shù)控回轉工作臺結構原理而設計的機電一體化產(chǎn)品。本回轉工作臺最大的特點是相比與采用偏移式絲架、雙坐標聯(lián)動裝置進行加工上下異性界面形狀的零件的局限性，本產(chǎn)品可以通過通過對數(shù)控系統(tǒng)的升級，使該機床成為多坐標聯(lián)動的數(shù)控機床。這樣的回轉數(shù)控工作臺不僅可以沿X、Y、方向作平行移動，在A、B兩軸能同時運動，且能隨時停止，在A、B兩軸上均可在一定角度內(nèi)連續(xù)轉動。不僅可以加工簡單的直面、斜面、圓弧面，還可適應更大的斜面（錐度）和更復雜的直紋曲面零件的加工，擴大了機床的加工工藝范圍。主要用途：在已有機床功能的基礎上，實現(xiàn)對大錐度、直紋曲面模具的加工?；剞D工作臺加工條件及性能：供電電源:額定電壓為220V，頻率為50Hz。最大功率:<1KW最大電流:8.5A脈沖當量:0.001?伺服電機步距角：0.5?編碼器分辨率:2500回轉工作臺維護、保養(yǎng),1,裝配前軸、軸承、齒輪等重要零件要進行清洗。機架、箱體等涂油漆；,2,軸承均做定期潤滑，每七天一次；,3,安裝完成后，要進行一小時的空載試驗、保證機器正常運行；,4,負載試驗時。軸承溫度不能超過30攝氏度；,5,裝配完勝后，軸承座上加防塵蓋。,6,當工作臺累計工作500小時以上時，要進行例行檢查，檢查內(nèi)容有各傳動部件螺釘，螺母是否有松動并擰緊，并按潤滑要求進行加油。32陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書）6結論這次畢業(yè)設計是我對本專業(yè)所學知識一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整的電火花線切割機床回轉工作臺設計，我不再是單純的理論知識學習狀態(tài)，在和實際設計的結合中鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及計算機制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，基本上達到了畢業(yè)設計的目的和要求。雖然該畢業(yè)設計困難很多，一無資料，二無經(jīng)驗，且設計內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設備的選用標準，系統(tǒng)的各部分安裝方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。在和老師的溝通交流中，更使我從多個角度對設計有了新的認識，也對自己提出了新的要求，從一開始找資料，形成初步的總體方案，再到第一次結構設計，又發(fā)現(xiàn)了一個又一個的問題，往往是解決一個又產(chǎn)生一個問題，但是設計的進程不斷的前進著。在設計過程中一些零件的設計和裝配方案很難確定，原因是由于本身設計受到已有的XY坐標工作臺尺寸和承載能力的限制和電火花加工的特殊性，而又必須考慮本專業(yè)的一些要求規(guī)范，從而形成了一些矛盾點，這些矛盾在處理上讓人很難斟酌，正是基于這種考慮我意識到一個較好的設計，必須是不斷的設計與修改，同時要不斷的吸收有用的知識改進自己的方案。這次畢業(yè)設計在我以前完成課程設計的基礎上更多的提高了我知識運用和機構設計的能力，培養(yǎng)了自己的創(chuàng)新意識，正是這一次設計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，增加了自己對電火花線切割這種特種加工方法有了更深入的認識，同時也是對大學期間所學的專業(yè)知識的一次系統(tǒng)的復習和溫故知新，是在進入工作崗位之前對自己的一次充分的調(diào)整和準備。33數(shù)控回轉工作臺的設計致謝2011年2月底，我就著手開始自己的畢業(yè)設計。經(jīng)過這段時間的忙碌，我的設計工作也有成果了。這次做畢業(yè)設計給我最深刻的印象就是，一個現(xiàn)實的機構設計是一個系統(tǒng)的復雜的過程，充分發(fā)揮了我們的設計創(chuàng)造思維。畢業(yè)設計是對我們大學四年所學的專業(yè)知識的一個綜合應用，并且也是對四年大學所學知識的一個全面檢查，是在我們進入工作崗位前的一次磨練與準備。它要