270 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計

270 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計,數(shù)控,回轉(zhuǎn),工作臺,結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要數(shù)控車床今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增加。但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺更有發(fā)展前途,它是一種可以實現(xiàn)圓周進給和分度運動的工作臺，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。本課題主要介紹了它的原理和機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并對以上部分運用AUTOCAD做圖,最后是對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺提出的一點建議。 關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 齒輪傳動 蝸桿傳動 間隙消除 蝸輪加緊AbstractNumerical 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 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.Keyword： Numerical control rotary table； Gear drive；Worm drive；Gap elimination； The worm gear steps up.數(shù)控機床具有高速、高效、高精度、高可靠性等優(yōu)點，并且機床結(jié)構(gòu)趨于模塊化、數(shù)控功能專門化。開放式數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，使數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用更加迅速地發(fā)展。由于螺旋錐齒輪加工原理上的復(fù)雜性，使其機床結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工參數(shù)調(diào)整特別困難，實現(xiàn)螺旋錐齒輪加工數(shù)控化，是螺旋錐齒輪制造技術(shù)的發(fā)展重點。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用將極大簡化機床結(jié)構(gòu)和加工調(diào)整，目前仍只有少數(shù)國家擁有該方面技術(shù)，國內(nèi)在這方面研究仍處于探索階段，因此開展螺旋錐齒輪數(shù)控加工研究具有重要理論意義和實際意義。本課題的工作是對一臺普通立式銑床進行數(shù)控改造，使之成為能夠進行螺旋錐齒輪數(shù)控加工方法研究的原型機。進行了機床測繪、三維建模以及結(jié)構(gòu)改造設(shè)計，設(shè)計了一臺新型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，并建立以多軸控制卡為中心的一套開放式數(shù)控系統(tǒng)和軟件控制平臺。1.2 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢從 1952 年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了 50 年歷程。數(shù)控系統(tǒng)由當(dāng)初的電子管式起步，發(fā)展到現(xiàn)在的微機式的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是:數(shù)控裝置由 NC向 CNC 發(fā)展;提高系統(tǒng)的集成度，縮小體積，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴展和功能升級，滿足不同類型數(shù)控機床的需要;驅(qū)動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展;CNC 裝置向人工智能化方向發(fā)展;采用新型的自動編程系統(tǒng);增強通信功能;數(shù)控系統(tǒng)可靠性不斷提高。進入 90 年代以來，由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控機床技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用 PC 機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng))。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向大大發(fā)展。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國科學(xué)制造中心(NCMS)與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站/機床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)SACA，日本的 OSEC 計劃等。開發(fā)研究成果已得到應(yīng)用，如Cincinnati-Milacron 公司從 1995 年開始在其生產(chǎn)的加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床等產(chǎn)品中采用了開放式體系結(jié)構(gòu)的 A2100 系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機的先進技術(shù)，如多媒體技術(shù)，實現(xiàn)聲控自動編程、圖形掃描自動編程等。數(shù)控系統(tǒng)繼續(xù)向高集成度方向發(fā)展，每個芯片上可以集成更多個晶體管，使系統(tǒng)體積更小，更加小型化、微型化?？煽啃源蟠筇岣?。利用多 CPU 的優(yōu)勢，實現(xiàn)故障自動排除;增強通信功能，提高進線、聯(lián)網(wǎng)能力。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，由于有充足的軟、硬件資源可供利用，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，既可通過升檔或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)，又可通過擴展構(gòu)成不同類型數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。這種數(shù)控系統(tǒng)可隨 CPU 升級而升級，結(jié)構(gòu)上不必變動?？傊乱淮鷶?shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進了數(shù)控機床性能向高精度、高速度、高柔性化方向發(fā)展，使柔性自動化加工技術(shù)水平不斷提高。數(shù)控機床是數(shù)控技術(shù)對機械制造滲透的產(chǎn)品。隨著制造業(yè)的發(fā)展，對數(shù)控機床提出了更高的需求，同時數(shù)控機床的發(fā)展也是必然的。4 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的作用是給多功能數(shù)控銑床提供需要的轉(zhuǎn)動自由度。常規(guī)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺僅提供一個繞工件軸線轉(zhuǎn)動，但螺旋錐齒輪的加工過程中，需要調(diào)整多個參數(shù)，若采用這樣的轉(zhuǎn)臺，則每次調(diào)整參數(shù)都必須重新布置轉(zhuǎn)臺的位置，且這種布置精度受外界因素影響較大，不利于實現(xiàn)自動化數(shù)控加工。另外這種轉(zhuǎn)臺功能單一，不適合復(fù)雜曲面的加工。因此為了很好的體現(xiàn)多功能數(shù)控銑床的功用，我們設(shè)計了一種新型結(jié)構(gòu)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，它具有三個轉(zhuǎn)動自由度，不僅能提供工件主軸的回轉(zhuǎn)運動，而且能使工件回轉(zhuǎn)軸在上半球內(nèi)任意定位，便于調(diào)整工件的加工位置。由于所設(shè)計的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是安放在改造后的數(shù)控銑床的橫向移動滑臺上，其結(jié)構(gòu)尺寸受到機床結(jié)構(gòu)的限制，高度在500mm 左右，直徑不能超過 400mm。整個數(shù)控轉(zhuǎn)臺由轉(zhuǎn)臺、連接體、齒輪、軸承座等組成。目 錄緒 論 ......................................................................................................................................3第一章：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用 ............................................................................41.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作的原理 ............................................................................................41.2 設(shè)計準則 ................................................................................................................51.3 主要技術(shù)參數(shù) ........................................................................................................51.4 本章小結(jié) ................................................................................................................5第二章：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................................62.1 傳動方案的確定 ....................................................................................................62.2 齒輪傳動的設(shè)計 ....................................................................................................72.3 電液脈沖馬達的選擇及運動參數(shù)的計算 ............................................................92.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 ..................................................................................102.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ..................................................................122.6 軸的校核與計算 ..................................................................................................132.7 彎矩組合圖 ..........................................................................................................142.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 ......................................................142.9 齒輪上鍵的選擇及校核 ......................................................................................152.10 軸承的選用 ..........................................................................................................152.11 本章小結(jié) ..............................................................................................................16第三章 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 ..............................................................................................163.1 性能發(fā)展方向 ...................................................................................................163.2 功能發(fā)展方向 ...................................................................................................173.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ...............................................................................................183.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) ...........................................................................19第四章 總結(jié) ......................................................................................................................19致謝 ......................................................................................................................................20參考文獻 ..............................................................................................................................20緒 論畢業(yè)設(shè)計主要是培養(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)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。而高職類學(xué)生更應(yīng)側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實際知識和技能，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，可樹立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過渡。使學(xué)生進一步鞏固和加深對所學(xué)的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學(xué)生獨立工作、獨立思考和綜合運用所學(xué)知識的技能，提高 解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴大、深化所學(xué)的專業(yè)知識和技能。培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應(yīng)用、文字表達等基本工作實踐能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。使學(xué)生學(xué)會初步掌握解決工程技術(shù)問題的正確指導(dǎo)思想、方法手段，樹立做事嚴謹、嚴肅認真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。本次畢業(yè)設(shè)計主要是解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機械機構(gòu)的設(shè)計與計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床和加工中心上，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(yù)計未來 5 年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均 15％－20％左右的穩(wěn)定增長。第一章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用數(shù)控機床的圓周進給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與 X、Y、Z 三個坐標軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲線等?；剞D(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。1.1 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 8-24 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1 一蝸桿 2 一蝸輪 3、4 一夾緊瓦 5 一小液壓缸 6 一活塞 7 一彈簧 8 一鋼球 9 一支座 10 一光柵 11、12 一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宋調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。當(dāng)工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有 8 對夾緊瓦 4 和 3，并在底座 9 上均布同樣數(shù)量的小液壓缸 5。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞 6 便壓向鋼球 8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪 2。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧 7 的作用下，鋼球 8 抬起，夾緊瓦將蝸輪松開?；剞D(zhuǎn)工作臺的導(dǎo)軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承 12 及雙列向心圓柱滾子軸承 11 保持準確的回轉(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?；剞D(zhuǎn)工作臺設(shè)有零點，當(dāng)它作回零運動時，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準確地停在零位。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。1.2 設(shè)計準則我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準則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） 零件與整體零件之間精度的進行選擇11） 功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求1.3 主要技術(shù)參數(shù)（1）回轉(zhuǎn)半徑：500 mm（2）重復(fù)定位精度：0.005 mm（3）電液脈沖馬達功率0.75kw（4）電液脈沖馬達轉(zhuǎn)速3000 rpm（5）總傳動比：72.5（6）最大承載重量100㎏1.4 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。第二章：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 傳動方案的確定2.1.1步進電機的原理步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。 選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩 Mjmax 大的電機，負載力矩大。 選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。 選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要2.1.2.傳動方案傳動時應(yīng)滿足的要求數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原動機采用電液脈沖馬達，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。合理的傳動方案主要滿足以下要求：（1）機械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟合理等。2.1.3.傳動方案及其分析數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：電液脈沖馬達——齒輪傳動——蝸桿傳動——工作該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、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．傳動比大在分度機構(gòu)中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。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。2.2 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η=0.97工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。2.2.1 選擇齒輪傳動的類型根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動的形式。2.2.2 選擇材料 考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。2.2.3 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=9.55×10 6P1/N1=（9.55X10 6×0.75/3000）=2.39N.M載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，由表6-6取K=1.2齒寬系數(shù)ψd:由表6-7取ψd=1許用接觸壓力［δH］：［δH］=［δH2］=220Mpa傳動比i:i=3將以上參數(shù)代入公式D13≥（671/[δh]） 2（6-21）KT1(i+1)/ψdiD1≥32.88mm2.2.4 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=66,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 α=m/2(Z1+Z2)=60.5mm4）其他主要尺寸分度圓直徑：d1=mZ1=1.5x22=33mm,d2=mZ2=1.5x66=99mm齒頂圓直徑：da1=d1+2m=33+2x1.5=36mm,da2=d2+2m=99+2x1.5=102mm齒寬：b= ψdd1=0.6x33=19.8mm, 取b2=b1+(5-10)=25-30mm,取b1=30mm。2.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度δF=22KT1YFS/bmd1≤［δF］復(fù)合齒形系數(shù)Ys：由x=0（標準齒輪）及Z1 Z2查圖6-29得YFS1=4.12，YFS2=3.96則δf1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x2.39x10 3x4.12/(19.8x1.5x33)=74.6Mpa＜［δF1］δf2=δf1YFS2/YFS1=(74.6x3.96/4.12)Mpa=71.70MPa＜［δF2］彎曲強度足夠。2.2.6 確定齒輪傳動精度齒輪圓周速度v=d1nπ/(60x1000)=3.14x72.5x970/(600x1000)=3.68m/s由表6-4確定第Ⅱ公差組為8級。第Ⅰ、Ⅱ公差組也定為8級，齒厚偏差選HK2.2.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計小齒輪 da1 =33mm 采用實心式齒輪大齒輪 da2 =99mm 采用腹板式齒輪2.3 電液脈沖馬達的選擇及運動參數(shù)的計算許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅(qū)動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)微量進給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用電液脈沖馬達作為執(zhí)行單元。這是因為電液脈沖馬達具有以下優(yōu)點：●直接采用數(shù)字量進行控制;●轉(zhuǎn)動慣量小，啟動、停止方便；●成本低；●無誤差積累；●定位準確；●低頻率特性比較好；●調(diào)速范圍較寬；采用電液脈沖馬達為驅(qū)動單元，其機構(gòu)也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進電機每加一個脈沖轉(zhuǎn)過一個脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用電液脈沖馬達的細分驅(qū)動技術(shù)。1）電液脈沖馬達電機的選擇按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機。2）選擇電液脈沖馬達的額定功率馬達的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。工作所需功率為：Pw=FwVw/1000ηw KW Pw=Tnw/9950ηw KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,電機工作效率ηw=0.97，代入上式得Pw=150×36/（9950×0.97）=0.56 KW電機所需的輸出功率為：P0= Pw/η式中：η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ηw=0.97；一對滾動軸承的效率為ηw=0.99；蝸桿傳動的效率為ηw=0.8。因此，η=η1η2 3η3=0.97×0.99 3×0.8=0.75P0= Pw/η=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2.1取電機額定功率為：Pm=0.75 KW。確定電機轉(zhuǎn)速按表2.5推薦的各種機構(gòu)傳動范圍為，?。糊X輪傳動比：3-5，蝸桿傳動比：15-32，則總的傳動范圍為：i=i1×i2=3×15-5×32=45-160電機轉(zhuǎn)速的范圍為N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min為降低電機的重量和價格，由表2.1中選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機，型號為Y801-2，其滿載轉(zhuǎn)速nm=3000r/min,此外，電機的安裝和外形尺寸可查表2.22.4 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η=0.8工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。2.4.1 選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿。2. 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。2.4.3 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： ??232()EHZakT???(3-2) （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T 2按Z 1=2，估取效率η=0.8，則T2=T*η*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 β=1；由使用系數(shù)K A表從而選取K A=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)K V=1.1；則K=KA*Kβ*KV=1*1.15*1.1=1.265≈1.27 (3-4)（3）確定彈性影響系數(shù)Z E選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。（4）確定接觸系數(shù)Zρ先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d 1和傳動中心距a的比值d1/a=0.30，從而可查出Zρ=3.12。（5）確定許用應(yīng)力[σ H]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＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力[σ 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[σH]= KHN[σH]‘=0.92×268=246.56≈247MPA (3-5)（6）計算中心距 23160.71.2758.()4am????(3-6)取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d 1=22.4mm，這時=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為＜Z ρ，因此以上計算結(jié)果可用。2.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸2. 5. 1 蝸桿直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d 1=22.4mm，蝸桿頭數(shù)Z 1=1；分度圓導(dǎo)程角γ=3°11′38″蝸桿軸向齒距：P A==3.94mm；(3-7)蝸桿齒頂圓直徑：*123.2aadhm????(3-8)蝸桿軸向齒厚： /S?=1.97mm(3-10)2. 5. 2 蝸輪蝸輪齒數(shù)：Z 2 =62，變位系數(shù)Χ=0驗算傳動比：i= z/ 1=62/1=62(3-11)這是傳動比誤差為：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12)蝸輪分度圓直徑：d 2=mz2= .567.m??(3-13)蝸輪喉圓直徑：d a2=d2+2ha2=93.5 (3-14)蝸輪喉母圓直徑r g2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25 (3-17)2. 5. 3 校核齒根彎曲疲勞強度 221.53[]aFFFkTYdm?????(3-18)當(dāng)量齒數(shù) 3236/cos.1862oVZCOS???(3-19)根據(jù)Χ 2=0，Z V2=62，可查得齒形系數(shù) 2aFY=2.31，螺旋角系數(shù)Yβ=1-γ/140°=0.9773；(3-20)許用彎曲應(yīng)力[δ F]= []'H?KFN[δF]=56×0.72=40.32MPa(3-21)[]'H?=1.531.2710445.5??2.31×0.9773=4.29MPa(3-22)所以彎曲強度是滿足要求的。2.6 軸的校核與計算2.6.1 畫出受力簡圖圖 3-1受力簡圖計算出：R 1=46.6N R2=26.2N 扭 矩 圖2. 6. 2 畫出扭矩圖 T=η.i.T電機 =0.36×60×0.98=21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖 2. 6. 3 彎矩圖M=72.8×180×10-3 =13.1N. （3-34） 圖3-3彎矩圖2.7 彎矩組合圖由此可知軸的最大危險截面所在。組合彎矩' 22()MaT??（3-35）2.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑221()[]caMTW??????（3-36） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取α=0.6抗彎截面系數(shù)W=0.1d 3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2.9 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(yīng)用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=10mm。（2） 鍵連接的強度鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力[δ p]= 50～60MPa，取其平均值[δ 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=2.5mm，從而可得：δp=2000T/(kld)=127≤[δ p]可見滿足要求。 此鍵的標記為：鍵B5×10 GB/T 1096—1979。2.10 軸承的選用滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，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。2. 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。2. 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。2. 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。2.10.4 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(yīng)采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。 2. 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(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應(yīng)朝外。2.11 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。第二章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用數(shù)控機床的圓周進給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與 X、Y、Z 三個坐標軸聯(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。1.1 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 8-24 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1 一蝸桿 2 一蝸輪 3、4 一夾緊瓦 5 一小液壓缸 6 一活塞 7 一彈簧 8 一鋼球 9 一支座 10 一光柵 11、12 一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宋調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。當(dāng)工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有 8 對夾緊瓦 4 和 3，并在底座 9 上均布同樣數(shù)量的小液壓缸 5。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞 6 便壓向鋼球 8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪 2。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧 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(dǎo)軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承 12 及雙列向心圓柱滾子軸承 11 保持準確的回轉(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?，記憶在補償回路中，由數(shù)控裝置進行誤差補償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵 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?；剞D(zhuǎn)工作臺設(shè)有零點，當(dāng)它作回零運動時，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準確地停在零位。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。1.2 設(shè)計準則我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準則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） 零件與整體零件之間精度的進行選擇11） 功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求1.3 主要技術(shù)參數(shù)（1）回轉(zhuǎn)半徑：500 mm（2）重復(fù)定位精度：0.005 mm（3）電液脈沖馬達功率0.75kw（4）電液脈沖馬達轉(zhuǎn)速3000 rpm（5）總傳動比：72.5（6）最大承載重量100㎏1.4 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。