数控回转工作台翻译

第一篇：数控回转工作台翻译

一项关于具有数控回转工作台的三坐标数控加工中心可切削性评估的研究

关键词：三坐标数控加工中心，可切削性，表面粗糙度，样本

加工中心中极大地影响产品的可切削性特征是制造。因此，研究人员需要为高质量产品建立一种可切削性评价方法。本文研究的是三轴加工中心与数控回转工作台可加工性的评估。加工中心利用新的X轴成分作为数控回转工作台，为可切削性和加工中心的评估提出了一个新的测试试样。实验对加工中心和机器的特性用机械加工的试样进行分析。这项研究结果可以被应用到机床开发类似的区域。

1.简介

为了加工高品质和高精确度的产品，了解的机床的特征非常重要。了解机床特征是确定它生产产品的产量和质量的关键因素。可以一步一步的确定机床的特征并且可以在每个步骤进行中对切削性进行评价。机床的加工精度取决于其组成部分的几何和装配精度。实际中，加工精度的降低，即，表面粗糙度或者粗糙的表面轮廓，是由各种外部条件引起的，包括产品的加工过程中的热变形和机械振动。此外，由于其他因素引起的加工误差，有必要建立一个能够评估一个机床的特征的标准试样和评估的一种可行性方法。本文对带有数控回转工作台的三轴加工中心（三轴MCT）切削性评估进行了研究。在这项研究中，一旋转轴被施加到三轴的MCT上，代替现有的X轴。这是必要的，通过加工实验来验证可切削性，机械加工不使用现有的线性轴，而使用旋转轴。三轴MCT如图 1所示。不像现有的三轴加工中心，三轴MCT具有数控转台以高速和高准确度代替X轴。当加工工件时，现有的机床在Y和Z轴的方向移动。此外，在数控转台上安装工件，使工件旋转和移动。这种情况下，Y，Z，和C轴经由同步控制程序运动。高速和高精度数控转台的安装能够加工圆弧或槽。对于这些类型的加工，现有3轴机床需要一个额外的第四轴，而现有的机器并不具有这种功能。此外，现有的三轴机不同的是，所提出的机床不需要在X轴的方向上直线进给，从而大大减少了机床的总长度。

图1 一个带有数控回转工作台的三轴机床原理图设计

因此，可以防止由于X轴平台不平整引起的回转精度降低，并且可以通过降低进进给时间，减少了生产线降低循环时间和整体投资。以前的研究中建议用可以评估一般机床可加工性的测试样品7-9。在这项研究中，对以前的研究建议的测试样品进行了改进，试图创造一个适合三轴MCT与旋转轴试样。实验对加工中心和机器的特点进行了分析。拟议的试样可用于类似的机器工具开发的应用程序。

2、选择评价项目

考虑到机床的设计是为了设计一个精确的产品,评估影响其加工精度的因素是重要的。评估一般机器准确性的方法也可以分为直接评估和间接评估的方法。直接评价方法基于切削。对这种评价而言，测量圆度、垂直度和工件的形状误差，同时考虑到稳定加工，限制允许的切削深度和切削速度。这种方法有几个问题,尤其是评估机体的困难性和极少数领域的应用。另一方面, 通过测量运动和机床零部件的精度的间接评价方法来评估加工精度。当直接分析机床的特征时，这种方法具有优越性。然而,这种方法的问题包括在机床精度和已确定的机床的性能之间不满足已建立的尺寸，分析技术和一个不清楚的关系7,10。选择评价项的标准如下。首先,检查热变形引起的热效应是必要的11。此外,在一个静态精度测试下检查机床的通用测试项目,平面度,主轴的径向跳动,转动的轴向跳动,直线运动精度。在这里, 选中一个向上/向下转移模型，研究在基本倾角下轴的径向跳动和直线运动。考虑到加工精度测试方法,检验顶部区域的形状和加工圆柱形状,以便于研究不同的圆柱度和平整度。2.1热变形的检查

热变形,这是指热引起的机床的形状和尺寸变化,对一个产品的准确性有显著影响。探讨热变形的影响,在最后加工件切割完成后，第一个加工件A和最后一个建工件B创建后存在验证步骤，如图2所示。

图2 热变形测量模型

然后,就可以发现是否发生热变形,最后确定是否可以抵消热变形8、9。2.2根据进料速度和向上/向下切割确定表面粗糙度特征

对球头铣刀加工,很难选择合适的与条件有关的加工的形状、尺寸和精度,这些影响切削力和刀具变形的因素基于切削方向8。因此,本文包括六个部分分析主轴的径向跳动的倾斜度和根据进给速率和向上/向下切割方向，检查加工误差和表面粗糙度问题。在图3中部分2和3研究向上倾斜30 度和45 度的表面粗糙度。部分5和6研究向下倾斜65 度的表面粗糙度。部分5和6研究向下倾斜65度的表面粗糙度。当刀具向上移动时，部分4检测向上的投影。第七节在小倾斜角1度评估轴的控制。当刀具沿30-49度角度斜面移动时,可以比较两个方面的不同之处。这就解释了为什么部分5和6讨论会导致相同的倾斜角度。所有部分利用主轴旋转速度，3000 rpm,6000 rpm,9000 rpm和进给3000毫米/分钟和5000毫米/分钟。2.3刀具向上/向下轨迹表面粗糙度特征

对于斜面加工,切割部分是分布式的向上切割底面外的工具的时候和向下切割时底部的内表面的工具。

图2热变形测量模型

图3显示倾角测量模型

在这一点上, 图4所示部分建立了比较单向加工和锯齿形加工方法。2.4加工圆柱时表面粗糙度的特点

图5所示的模型是用来研究根据圆截面进给速率和回转速率 的表面粗糙度。像线性斜部分,总共六个部分建立了设置主轴转速为3000 rpm,6000 rpm,9000 rpm和设置进给速度为3000毫米/分钟和5000毫米/分钟。考虑上述评价方法,切削加工性能试样了如图6所示。用商业软件Solidworks建立模型试样。

3．结果与讨论

使用商业软件CATIA工具进行路径的创建和仿真验证流程。

用Al6061大小为200毫米×140毫米×52毫米创建标本。表1包含了一般过程中在实际加工时没有指定的单独加工条件的信息。图7显示了一个加工试样。使用Optacom表面测量系统衡量表面粗糙度和使用奥林巴斯共焦激光扫描显微镜(LEXT-OLS3100)测量形状。这种测量设备图8所示。

图

7、制造的测试试样

图

8、测量设备

3.1通过热变形检测

在图3中A面最后切割,最后完成了B面。因此, 利用这个步骤以抵消热变形。热变形补偿过程表明,热变形非常轻微。图9显示了测量结果。

3.2表面粗糙度的特征取决于向上/向下切削

图10在一段30 度的斜面显示了表面粗糙度的特点。表面粗糙度随着转速的增加而减小,但是,进给速度放缓。在3000毫米/分钟和5000毫米/分钟之间也有显著差异的结果。图11在一段45度的斜面显示了表面粗糙度的特点,显示趋势类似30度的斜面。随着转速增加表面粗糙度会改善,但进给速度放缓。

图9热变形测量

图10表面粗糙度的特征取决于进给速率和转速(30 度向上)

图

11、表面粗糙度的特征取决于进给速率和转速(45度向上)图13显示了在一段向下倾斜65度的表面表面粗糙度的特点,这是背面面积向上倾斜30度的表面。这表明进给速率越低转速越高会提供表面粗糙度。在这种情况下,发现表面粗糙度要比比向下的方向的好。图14显示在一段65度向下倾斜表面表面粗糙度的特点,这是背面面积45度向上倾斜的表面。表面粗糙度是可以接受的,但是发现它比30度倾斜部分背面地区要粗糙。这最有可能发生,因为在向上切割时由于大斜角度工具的径向跳动会影响表面粗糙度。与前面的结果比较,发现进给率降低和转速增加会提高表面粗糙度。图15显示了1 度斜面表面粗糙度的特点,这是背面向上倾斜30度的表面。总的来说,发现测量表面的粗糙度会非常好。图12 在显微照片所示顶部区域特点取决于进给速率和转速

图13表面粗糙度的特性取决于进给速率和转速(65 度向下,30 度斜面背部区域)图16显示了45度向上倾斜的背部区域中1度斜面表面粗糙度的特点。虽然表面粗糙度一般都很好, 发现向下倾斜30度的背部区域更糟。上面的分析结果表明, 向上切割的时，倾斜角度应超过30度。这导致刀具更大的径向跳动。由于累积的切削时间，尽管有相同的1度倾斜角度，在准确性方面会对后期切割的45度表面造成负面影响。

3.3表面粗糙度的特性取决于工具在向上/向下切割时的路径

图17显示了表面粗糙度的特性取决于在向上和向下切削时加工路径。用单向方法,向上和向下切削的表面粗糙度水平分别是0.833µm和0.833µm。用锯齿形方法, 向上和向下切削的表面粗糙度水平分别是1.807µm和1.245µm，表明对于表面粗糙度向上切削的结果比向下切削的效果要好。同时,对刀具轨迹而言,发现使用单向方法要比锯齿形的方法好, 观察可能是上下切削时工具挠度的影响。这个结果和观测的总体趋势

7同是相同的，使用锯齿形的方法时表面加工精度降低，切削斜面和交替的结果，向上切削时的切削不足和向下切削时的过切现象。

（Feed 进给速率）

图14表面粗糙度的特性取决于进给速率和转速(65度向下,45度斜面的背部区域)

（surface roughness 表面粗糙度）

图15表面粗糙度的特性取决于进给速率和转速(1度斜面,35度斜面的背部区域)

3.4外圆加工表面粗糙度的特征

图18显示了外圆加工表面粗糙度的特点。对一些部分而言没有明显的特征。然而, 肉眼可见更高的转速会改善表面,与进给速率没有差别。因此，进料速率几乎不影响圆筒形状的表面粗糙度同时转速度会对表面粗糙度产生很高的影响。因为在圆柱加工期间不能确定合适的进给速率，这种现象最有可能发生。

图16表面粗糙度的特性取决于进给速率和转速(1度斜面,45度斜面的背部区域)

图16表面粗糙度的特性取决于刀具轨迹

图18显微照片所示圆柱段的表面粗糙度的特点

4、结论

本文评价的三轴加工中心用数控转台的机械加工性。结果给出了基于适用于本研究中提出的评价方法开发的测试试样机器特性的概述如下的评估。

1.通过几个步骤，热变形检测表明热变形被适当地抵消。2.关于在倾斜表面上表面粗糙度特性，更好的结果是在较低的倾斜角度部分观察向上和向下的机械加工。另外，当1°倾斜表面被加工，在一般的表面粗糙度发现在一个良好的状态。总体而言，表面粗糙度最好特性是具有较低的进给速度和较高的转速。在顶部区域，从进给速率的效果证实了供料速率没有被适当地控制。

3.关于根据刀具路径的表面粗糙度的特征，单向方法比之字形方法在表面粗糙度方面显示出更好的效果。这被发现是由发生在向上和向下切削时刀具偏转而引起的。另外，加工精度成为该加工结果与基于之字形方式倾斜面的话，由于向上切削时不足的切削和向下切削时过度切削交替。

4.由于不可能确保适当的进料速率，在圆筒形加工时，发现表面粗糙度极少受进给速率影响，同时显著受转速影响。

5.用于评估的一般机床切削的一种改进试样被发现适用于具有旋转轴的三轴MCT。实验对使用加工中心机床的特征进行了分析。结果表明，所提出的试验片可以在相似类型的机床开发研究应用。感谢

这项工作是由韩国(NRF)国家研究基金会支持的，并由韩国政府资助(MSIP)(No.2013035186)。

参考文献：

1．Schulz, H.and Hock, S., “高速铣削加工的模具和磨具加工的条件和技术，“CIRP通志制造技术，卷44，1号，第35-38，1995。

2．Sim, C.and Yang, M.,，“一个铣刀的切削力简化预测，“国际机工具制造，卷33，2号，第267-284，1993。

3．Schulz, H.and Moriwaki, T., “高速加工，“CIRP志-制造技术，41卷，2号，第637-643，1992。4．Doo, S., Hong, J.W., and Seo, N.S., “在斜面上对球头铣刀切削力的研究与加工误差，”韩国社会学的报精密工程，Vol.18，7号，第112-119，2001。

5．Chun, S.H.and Ko, T., “对响应面模型的研究在内部车床镗削加工误差，“国际J.大纲。工程制造，卷12，2号，第177-182，2011。

6．Relvas, C., Ramos, A., Completo, A., and Simoes, J.,，“逆向工程中复杂曲面的准确控制，”国际J.大纲。工程制造，卷12，6号，第1035-1042，2011。

7．Lee, C.M., Ryu, S.P., Hwang, Y.S., Chung, W.J., Jung, J.Y., and Ko, T.J., “高工作性评价方法研究高速加工，”过程。ksme的秋季会议，pp.1858-1863，2003。

8．Jung, J.Y., Hwang, Y.S., Lee, C.M., Chung, W.J., and Ko, T.J., “高速加工对标本的研究，”韩国制造技术工程师协会的杂志，卷12，4号，第77-84页，2003。

9．Jung, J.Y., Hwang, Y.S., Lee, C.M., and Moon, D.H.,”研究一个宏观试样的发展，“韩国工业与系统工程学会学报，卷27，第2，pp.52-60，2004。

10．Back, I.H., “机床传动机构设计的原则，“畅的月亮比出版商，修订版，第300-312，2001。11．Kim, S.I., Choi, D.B., Kang, J.P.and Kim, N.K.,”设计最新的机床技术，“阪酒吧。，pp.234-237，1995。

12．Choi, B.K, Jeon, C.S., Yoo, W.S., Pyeon, Y.S., and Jeong, Y.C., “CAD／CAM系统与数控加工，“科技媒体，第三版，第343-345，2001。

第二篇：数控回转工作台说明书

摘 要

数控车床今后将向中高挡发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。但是数控回转工作台更有发展前途,它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被使用于卧式的镗床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。本课题主要介绍了它的原理和机械结构的设计，并对以上部分运用AUTOCAD做图,最后是对数控回转工作台提出的一点建议。

关键词：数控回转工作台；齿轮传动；蜗杆传动；间隙消除；蜗轮加紧

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 录

摘 要.....................................................................................................................I Abstract..................................................................................................................II 绪 论....................................................................................................................1 第1章 数控技术发展趋势................................................................................4 1.1 性能发展方向.......................................................................................4 1.2 功能发展方向.......................................................................................5 1.3 体系结构的发展...................................................................................6 1.4 智能化新一代PCNC数控系统...........................................................7 1.5 本章小结...............................................................................................7 第2章 数控回转工作台的原理与及其组成..........................8 2.1 数控回转工作台工作的原理...............................................................8 2.2 数控回转工作台主要的组成部分.......................................................9 2.3本章小结.............................................................................................11 第3章 数控回转工作台总体结构设计..........................................................12 3.1 主要技术参数及其基本要求.............................................................12 3.1.1 技术参数..................................................................................12 3.1.2 基本要求..................................................................................12 3.2 传动方案的确定.................................................................................12 3.2.1 传动方案传动时应满足的要求..............................................12 3.2.2 传动方案及其分析..................................................................13 3.3 步进电机的原理.................................................................................14 3.4 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算.........................................15 3.4.1 确定电机转速..........................................................................16 第4章 主要零部件的设计..............................................................................17 4.1 齿轮传动的设计.................................................................................17 4.1.1 选择齿轮传动的类型..............................................................17 4.1.2 选择材料..................................................................................17 4.1.3 按齿面接触疲劳强度设计......................................................17 4.1.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸..........................................18 4.1.5 校核齿根弯曲疲劳强度..........................................................19

III

4.1.6 确定齿轮传动精度..................................................................20 4.1.7 齿轮结构设计..........................................................................20 4.2 蜗轮及蜗杆的选用与校核.................................................................20 4.2.1 选择蜗杆传动类型..................................................................21 4.2.2 选择材料..................................................................................21 4.2.3 按齿面接触疲劳强度设计......................................................21 4.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸.................................................23 4.3.1 蜗杆..........................................................................................23 4.3.2 蜗轮..........................................................................................23 4.3.3 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度..................................................24 4.4 轴的校核与计算.................................................................................25 4.4.1 画出受力简图..........................................................................25 4.4.2 画出扭矩图..............................................................................25 4.4.3

弯矩图......................................................................................26 4.5 弯矩组合图.........................................................................................26 4.6 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径.....................................26 4.7 齿轮上键的选取与校核.....................................................................26 4.8 轴承的选用.........................................................................................27 4.8.1 轴承的类型..............................................................................27 4.8.2 轴承的游隙及轴上零件的调配..............................................27 4.8.3 滚动轴承的配合......................................................................27 4.8.4滚动轴承的润滑......................................................................27 4.8.5 滚动轴承的密封装置..............................................................28 4.8.6 滚动轴承的寿命计算..............................................................28 4.9 本章小结.............................................................................................29 结 论..................................................................................................................30 致 谢..................................................................................................................31 参考文献..............................................................................................................32

IV

绪 论

数控回转工作台是各类数控铣床和加工中心的理想配套附件。以水平方式安装于主机工作台面上,工作时,利用主机的控制系统或专门配套的控制系统,完成与主机相协调的各种加工的分度回转运动。

将其安装在机床工作台上配置第四轴伺服电机,通过与X,Y,Z三轴的联动来完成被加工零件上的孔,槽及特殊曲线的加工。

随着现代加工要求的不断曾多，现在很多的国内外的商家也都研发和生产了一些带有回转功能的数控机床，目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上。

德国生产的大部分是双轴可倾斜式转台，5轴联动使用直驱的较多，高转速，高精度。大部分的国内外生产的数控机床都具有很精确的角度定位，正反转的控制。

在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力；在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。

在现有的三坐标联动数控机床的工作台上再增加一个具有两个旋转自由度的数控回转工作台，将其安装在原有的工作台上，与原有的工作台成为一个整体，成为一个多自由度的回转工作台，即双回转数控工作台。再通过对数控系统的升级，使该机床成为五坐标联动的数控机床。这样的双回转数控工作台不仅可以沿X、Y、Z方向作平行移动，在A、B两轴能同时运动，且能随时停止，在A轴上能够在一定角度内连续旋转，在B轴上可以做360度的连续旋转。不仅可以加工简单的直线、斜线、圆弧，还可适应更复杂的曲面和球形零件的加工，由文献[12,13]可知。

数控车床正向着中高挡发展，中档采用普通型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，大部分的数控机床都是在刀架上进行了很多的改进，而在数控的工作台上做回转的则是很少的。

而随着社会的不断发展人们对加工表面的复杂性的不断提高，对机床的要求也越来越高，所数控回转工作台式非常必要的。通过本次的设计可提高加工效率，完成更多的工艺，满足更多的加工要求。为加工中遇到的问题提供了更多的解决问题的可能性，提高生产精度。

社会在不断的进步，人们对时间的节省看的也是越来越重要，要在一定的时间创造更多的价值，对数控回转工作台和机床的组合的应用，可以很大程度上减少编程人员的计算时间，且机床的计算时间也会减少。回转工作台可以使多个相同的部件同时加工，以减少重复装卡重复定位，大大的减少了加工的时间。

数控回转工作台是落地铣镗床，端面铣床等工作母机不可缺少的主要辅机。可用作支承工件并使其作直线或回转等调整和进给运动，以扩大工作母机的使用性能，缩短辅助时间，广泛适用于能源，冶金，矿山，机械，发电设备，国防等行业的机械加工。

数控回转工作台属机床选购附件，可任意角度定位，与主机配合使用，能对安装在其上的弓箭进行角度铣削、调头镗孔和多面加工等等。实现一次装夹，多工序加工。

数控回转工作台通用性很强、应用范围很广的回转工作台而言, 它既是机床加工中一种重要的分度附件, 又是计量工作中不可缺少的角度仪器。用作加工时, 转台可以与普通钻、铣床, 或者精密铣床、镬床、磨床、座标镬床等配用, 对钻模、分度板、齿轮、凸轮、样板、多面体、端齿盘, 以及航空发动机的机匣、涡轮盘、复合钻具等等有精密角度要求的零件进行加工;用于计量时, 精密转台可以作为精密的角度测量仪器, 对各种有精密角度要求的零件进行检测。转台在机械、航空、仪表、电子等工业系统都有广泛的用途。转台的发展水平, 很大程度上标志着一个国家的工艺水平。随着工业生产的发展和技术水平的不断提高, 对转台的需要和要求也不断提高, 技术涉猎面由最初的单纯机械扩大到目前的机械、液压、气动、光学、电子、电磁等领域。转台的使用也由普通机床附件、一般的角度仪器, 扩大到与自动机床、加工中心或者三座标测量机联用, 从而实现对复杂角度零件进行高效和精密的加工或测量。

本次毕业设计主要是解决数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部，由文献[12,13]可知。

达到综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。使所学的知识进一步巩固和加深，使之系统化、综合化。提高解决

本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。

使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。

培养自己独立工作、独立思考和综合运用所学知识的技能，提高 解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。

培养自己的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。

数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。预计未来5年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均15％－20％左右的稳定增长。

第1章 数控技术发展趋势

1.1 性能发展方向

1.高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标，由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测 元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。

2.柔性化

包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。3.工艺复合性和多轴

以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。4.实时智能

早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。

1.2 功能发展方向

1.用户界面图形

用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

2.科学计算可视化

科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

3.插补和补偿方式多样

多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

4.内装高性能PLC 数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

5.多媒体技术应用

多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理

声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

1.3 体系结构的发展

1． 集成化

采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。

2.模块化

硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

3.网络化

机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。

4.通用型开放式闭环控制模式

采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。

1.4 智能化新一代PCNC数控系统

当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。

智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。

1.5 本章小结

在当今的制造业的发展中，数控的应用已是越来越广泛了，已经成了制造业的通用加工方法。数控的引用大大的提升了产品的加工精度，社会科技进入了更高的台阶，所以我选择数控回转工作台作为我毕业设计的题目，是当今社会的发展趋势，对于我意义也是非常重要的。

第2章 数控回转工作台的原理与及其组成

数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。

2.1 数控回转工作台工作的原理

数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。

见图2-1为自动换刀数控镗床的回转工作台。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运功是由伺服电机，经齿轮减速后，由蜗轮蜗杆改变运动方向，最后传递到工作台。

1-蜗杆；2-蜗轮；

3、4-夹紧瓦；5-小液压缸；6-支座；7-光栅；

8、9-轴承

图2-1 自动换刀数控镗床的回转工作台

为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置宋调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。

当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向装

有8对夹紧瓦，并在底座6上均布同样数量的小液压缸5。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮2。在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。

回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承12及双列向心圆柱滚子轴承11保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中，由高精度的圆光栅7发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。

回转工作台设有零点，当它作回零运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。

其工作原理简述：

回转工作台的动力源由步进电机带动电液马冲马达提供，驱动圆柱齿轮传动，带动蜗轮蜗杆系统，使工作台旋转。当数控回转工作台接到数控系统的指令后，首先松开圆周运动部分的蜗轮夹紧装置，松开蜗轮，然后启动步进电机，按数控指令确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数。

需要说明的是，当工作静止时必须处于锁紧状态，工作台沿起圆周反向均匀分布8个加紧液压缸进行加紧。工作台不会转时，加紧油缸的作用下向外运动通过夹紧块仅仅顶在蜗轮内壁，从而锁紧工作台。当工作台需要回转时，数控系统发出指令反复上述动作，松开蜗轮，使涡轮和回转工作台按照控制系统的指令进行回转运动。

2.2 数控回转工作台主要的组成部分

数控回转工作台是由步进电机带动电液脉冲马达作为动力源，在它的输出轴上接联轴器没再接一级齿轮减速器。该数控回转工作台由圆柱齿轮传动系统、蜗轮蜗杆传动系统。

因为是蜗轮蜗杆传动与分度，所以停位不受限，并不像端齿分度盘一样，只能分度固定角度的整数倍（5°、10°、15°等），而且偏转范围较大（110°到﹣70°），能加工任何角度与任何倾斜的孔与表面。齿的侧隙是靠齿轮制造和安装的精度来保持。大齿轮的支撑轴与蜗杆轴做成一个轴，这种联系方式能曾大连接的刚度和精度，更能减少功率的损耗，主要的部件: ●步进电动机

●电液脉冲马达

●直齿轮的传动系统

●蜗轮蜗杆传动系统

●工作台

●光栅的反馈

机床产品的很多单元都孕育在关键功能部件之中。在数控回转工作台中，其主要部件——蜗轮蜗杆调隙结构、闭环检验测结构、回转部位缩紧装置、润滑与密封等部位均属于关键部件。

调隙结构——双螺距渐厚蜗杆介绍

在数控机床中，分度工作台、分度工作台都广泛采用蜗杆蜗轮传动轮副的齿轮侧隙对其分度定位精度影响最大，因此消除蜗轮副的侧隙就成为数控回转工作台的关键问题，一般在要求连续精确分度的机构中（如齿轮加工机床数控回转工作台等）或为了避免传动机构承受脉动载荷（如断续铣削）而引起扭转振动的场合往往采用双螺距渐厚蜗杆，以便调整啮合侧隙的最小限度。由文献[11,13]可知。

图2-2 双螺距渐厚蜗杆调隙原理

双螺距渐厚蜗杆与普通螺杆的区别：

双螺距渐厚蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距（导程）；而同一侧面的齿距（导程）则是相等的（如图2-2所示）。双螺距渐厚蜗杆杆副的啮合原理与一般蜗杆副啮合原理相同。由于蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距，即左、右两侧具有不同的模数m（m=t/π）。因而同一侧面的齿距相同，故没有破坏啮合条件。双螺距渐厚蜗杆传动的公称模数m可看成普通蜗杆副的轴向模数，一般等于左、右齿面模数的平均值，此蜗杆齿厚从头到尾渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。因此，可用轴向移动蜗杆的方法来消除蜗杆与涡轮的齿侧隙。

如图2-3为通用数控回转工作台的外部组成部分。

图2-3 数控回转工作台的外形结构

2.3 本章小结

主要简单介绍毕业设计题目（数控回转工作台）大体的工作原理，主要的零部件，设计背景、工作原理、设计参数也作了进一步的说明。

第3章 数控回转工作台总体结构设计

3.1 主要技术参数及其基本要求

3.1.1 技术参数

(1)回转半径：500 mm

(2)重复定位精度：0.005 mm(3)电液脉冲马达功率：0.75kW(4)电液脉冲马达转速：3000 rpm(5)总传动比：72.5

(6)最大承载重量：100kg 3.1.2 基本要求

(1)创造性的利用所需要的物理性能(2)分析原理和性能

(3)判别功能载荷及其意义(4)预测意外载荷

(5)创造有利的载荷条件

(6)提高合理的应力分布和刚度(7)重量要适宜

(8)应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸(8)根据性能组合选择材料

(9)零件与整体零件之间精度的进行选择

(10)功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求

3.2 传动方案的确定

3.2.1 传动方案传动时应满足的要求

数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用电液脉冲马达，工作台为T形槽工作台，传动装置由齿轮

传动和蜗杆传动组成。

合理的传动方案主要满足以下要求： 1.机械的功能要求

应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。2.工作条件的要求

例如工作环境、场地、工作制度等。3.工作性能要求

保证工作可靠、传动效率高等。4.结构工艺性要求

如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。

3.2.2 传动方案及其分析

数控回转工作台传动方案为：电液脉冲马达——齿轮传动——蜗杆传动——工作

该传动方案分析如下：

齿轮传动承受载能力较高，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。

1.蜗杆传动特点(1)结构紧凑

传动比大在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。

(2)传动平稳

蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。

(3)可以自锁

当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。

(4)效率低、制造成本较高

蜗杆传动是，齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。

由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传

动系统的低速级，传动方案较合理。

同时，对于数控回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环回转工作台。

2.两种型式各有特点(1)开环回转工作台

开环回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用点液脉冲马达、功率步进电机来驱动。

(2)闭环回转工作台

闭环回转工作台和开环回转工作台大致相同，其区别在于：闭环回转工作台有转动角度的测量元件（圆光栅）。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。

3.3 步进电机的原理

步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。

步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。

选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说，最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。

选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。

选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配,还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。

3.4 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算

许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在闭环系统中，广泛采用电液脉冲马达作为执行单元。这是因为电液脉冲马达具有以下优点：

●直接采用数字量进行控制;●转动惯量小，启动、停止方便； ●成本低；

●无误差积累； ●定位准确；

●低频率特性比较好； ●调速范围较宽；

采用电液脉冲马达为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量；但由于其脉冲当量一般较大，如0.01mm，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用电液脉冲马达的细分驱动技术。

1.电液脉冲马达电机的选择

按照工作要求和条件选Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电机。

2.选择电液脉冲马达的额定功率

马达的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。额定功率小于工作要求，则不能保证工作机器正常工作，或使马达长期过载、发热大而过早损坏；额定功率过大，则马达价格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪费。

工作所需功率为：

FVPw=wwkW

1000wTnwPw= kW

9950w式中T=150N·M, nw=36r/min,电机工作效率ηw=0.97，代入上式得

150×36Pw= =0.56 kW

9950×0.97

电机所需的输出功率为：P0=

Pw

式中 η为电机至工作台主动轴之间的总效率。

由文献[1]可知表2.4查得：

齿轮传动的效率为ηw=0.97；

对滚动轴承的效率为ηw=0.99；

蜗杆传动的效率为ηw=0.8。

因此，η=η1·η23·η3=0.97×0.993×0.8=0.75

P0.56P0=w=0.747 KW

0.75一般电机的额定功率：

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

由文献[1]可知，表2.1取

电机额定功率为：Pm=0.75 KW

3.4.1 确定电机转速

由文献[1]可知，表2.5推荐的各种机构传动范围为，取： 齿轮传动比：3-5，蜗杆传动比：15-32，则总的传动范围为：

i=i1×i2=3×15-5×32=45-160 电机转速的范围为：

N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min

为降低电机的重量和价格，由文献[5]可知，表2.1中选取常用的同步转速为3000r/min的Y系列电机，型号为Y801-2，其满载转速nm=3000r/min,此外，电机的安装和外形尺寸可查表2.2。

第4章 主要零部件的设计

4.1 齿轮传动的设计

采用直齿轮传动结构见图4-1所示。

1-小齿轮；2-大齿轮

图4-1 直齿轮传动

由于前述所选电机可知T=2.39N·M，传动比设定为i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。

4.1.1 选择齿轮传动的类型

根据GB/T10085—1988的推荐，采用直齿轮传动的形式，由文献[3]可知。

4.1.2 选择材料

考虑到齿轮传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求齿轮面，硬度为45-55HRC。

4.1.3 按齿面接触疲劳强度设计

先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。设计公式：

2KT1u1ZHZE Φdu[σd]式中 T1——齿轮的传动转矩，N·M；

K——载荷系数； Φd——齿宽系数； u——传动比； ZH——区域系数；

ZE——材料的弹性影响系数；

[σH] ——接触疲劳许用应力，Mpa。1.齿轮传递转矩T1

d339.55106P9.551060.751M T12.39N·N130002.载荷系数K

由文献[1]可知，因载荷平稳，取K=1.2 3.齿宽系数Φd

取Φd =1.0（由文献[1]可知 表7-12)4.接触疲劳许用应力[σH]：

[σH] =[σH2] =220Mpa(由文献[1]可知 图7.23)5.传动比u u=3

6.区域系数ZH ZH=2.5 7.材料的弹性影响系数ZE ZE=189.8MPa

将以上参数代入公式

21.22.39u12.5189.8 d1u220

d132.88mm

4.1.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸

1.齿数z

取Z1=22，则Z2=i×Z1=3×22=66,取Z2=66

2.模数m

d32.88m1=1.49mm,取标准值m=1.5

Z1223.中心距a

1标准中心距 a=m(Z1+Z2)=60.5mm

24.其他主要尺寸

分度圆直径：d1=mZ1=1.5×22=33mm

d2=mZ2=1.5×66=99mm

齿顶圆直径：da1=d1+2m=33+2×1.5=36mm，da2=d2+2m=99+2×1.5=102mm

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

4.1.5 校核齿根弯曲疲劳强度

设计公式：

σFKFtYFaYSa[σF] bm

式中 K——载荷系数；

Ft——齿轮所所受的圆周力，N； YFa1——齿形系数； YSa——应力校正系数； b——齿宽，mm； m——模数；

[σF]——弯曲疲劳许用应力，N。

复合齿形系数Ys：

由x=0（标准齿轮）及Z1、Z2查图6-29，由参考文献[1]得 小齿轮

YFS1=4.12 大齿轮 YFS2=3.96 则

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弯曲强度足够。

4.1.6 确定齿轮传动精度

轮圆周速度

d1nπ3.1472.5970v3.68m/s 6010006001000由由文献[3]可知，表6-4确定第Ⅱ公差组为8级。第Ⅰ、Ⅱ公差组也定为8级，齿厚偏差选HK

4.1.7 齿轮结构设计

小齿轮

da1 =33mm 采用实心式齿轮 大齿轮

da2 =99mm 采用腹板式齿轮

4.2 蜗轮及蜗杆的选用与校核

为了将轴的转动的方向改变，在这一传动的过程中采用蜗轮蜗杆的传动，方法如图4-2所示。蜗轮蜗杆的传动部仅仅能够改变轴的旋转方向，而且具有方向自锁的功能。传递运动也非常的平稳。

1-蜗轮

2-蜗杆

图4-2 蜗轮蜗杆的传动

由于前述所选电机可知T=6.93N·M传动比设定为i=27.5，效率η=0.8工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。

4.2.1 选择蜗杆传动类型

根据GB/T10085—1988的推荐，采用渐开线蜗杆。由文献[3]可知。

4.2.2 选择材料

考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

4.2.3 按齿面接触疲劳强度设计

根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。

传动中心距：

a3KT2(ZEZ[H])2

式中 [σH] ——许用接触应力，N；

Zρ——圆柱蜗杆传动的接触系数； ZE——材料的弹性系数； K——计算系数；

T2——作用在蜗轮上的转矩，N·M。1.在蜗轮上的转距T2 按Z1=2；估取效率η=0.8 则 T2=T·η·i=153.4N·M 2.载荷系数K

因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数Kβ=1； 由使用系数KA表从而选,取KA=1.15；

由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1； 则 K=KA·Kβ·KV=1×1.15×1.1=1.265≈1.27 3.确定弹性影响系数ZE

选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配。4.确定接触系数Zρ

d先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值1=0.30，由参考文献[1]

a图8.12查出Zρ=3.12

5.确定许用应力[σH]

根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，从由文献[1]可知，表8-7可查得蜗轮的基本许用应力[σH]=268MPA。

因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则

[σH]= KHN[σH]=0.92×268=246.56≈247Mpa

6.计算中心距a

a≧

3160×2.7

1.27×3538.2×(247)² =24mm 取中心距：a=50mm，m=1.25mm，蜗杆分度圆直径：d1=22.4mm，这时=0.448，从而可查得接触系数=2.72＜Zρ，因此以上计算结果可用。

4.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸

4.3.1 蜗杆

1.直径系数

q=17.92；

2.分度圆直径 d1=22.4mm； 3.蜗杆头数 Z1=1；

4.分度圆导程角 γ=3°11′38″ 5.蜗杆轴向齿距 PA==3.94mm； 6.蜗杆齿顶圆直径 da1=d1+2ha*·m=32.2 7.蜗杆轴向齿厚

1Sa1.97mm

2m4.3.2 蜗轮

1.蜗轮齿数 Z2 =62；

2.变位系数 Χ=0；

3.验算传动比

Z62i262 Z1123

4.这是传动比误差为

（62-60）/60=2/60=0.033=3.3%

5.蜗轮分度圆直径 d2=mz2=1.25×62=77.5mm

6.蜗轮喉圆直径 da2=d2+2ha2=93.5 7.蜗轮喉母圆直径

rg2=a﹣0.5 da2 =50-0.5×93.5=3.25

4.3.3 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度 计算公式：

1.53KT2YFa2Y[F] d1d2m式中 [σF] ——蜗轮的许用弯曲应力，N；

YFa2——齿形系数； Yβ——螺旋角系数； K——载荷系数；

T2——蜗轮上的转矩，N·M； m——模数；

d1——蜗杆上分度圆的直径，mm； d2——蜗轮分度圆直径，mm。1.当量齿数Zν2

Z262ZV262 33COS3.18COS3.182.齿形系数YFa2

根据Χ2=0，ZV2=62，可查得齿形系数YFa2=2.31，3.螺旋角系数Yβ

Y10.9773

1404.许用弯曲应力[σF] [σF]= [σH] ′KFN

[σF]=56×0.72=40.32MPa F24

1.53×1.27×1704045×155×2.5

=4.29MPa

所以弯曲强度是满足要求的。[σH] ′=4.4 轴的校核与计算

4.4.1 画出受力简图

图3-1 受力简图

计算出：R1=46.6N R2=26.2N

4.4.2 画出扭矩图

T=η·i·T电机

=0.36×60×0.98 =21.2 N·M

图3-2 扭矩图

4.4.3 弯矩图

M=72.8×180×10-3

=13.1N.图3-3 弯矩图

4.5 弯矩组合图

由此可知轴的最大危险截面所在。组合弯矩 M′ M2﹙aT﹚4.6 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径

设计公式：

M2(aT)2ca[1]

W扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，由文献[2]可知。抗弯截面系数W=0.1d3

根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及小

4.7 齿轮上键的选取与校核

1.取键连接的类型好尺寸

因其轴上键的作用是传递扭矩，应用平键连接就可以了。在此用平键。由资料可查出键的截面尺寸为：宽度b=5mm，高度h=5mm，由连轴器的宽度并参考键的长度系列，从而取键长L=10mm。

2.键连接的强度

键、轴和连轴器的材料都是钢，因而可查得许用挤压力[σp]= 50～60MPa，取其平均值[σp]=135MPa。

键的工作长度l=L-b=10-5=5mm，键与连轴器的键槽的接触高度k=0.5h=2.5mm，从而可得：σp=2000T/(kld)=127≤[σp]

可见满足要求.此键的标记为：键B5×10 GB/T1096—1979。由文献[3]可知。

4.8 轴承的选用

滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。

4.8.1 轴承的类型

考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的圆锥滚子轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。其机构代码为3000，然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：30208。

4.8.2 轴承的游隙及轴上零件的调配

轴承的游隙和欲紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。

4.8.3 滚动轴承的配合

滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。

4.8.4 滚动轴承的润滑

考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选

用粘度越高的。

4.8.5 滚动轴承的密封装置

轴承的密封装置是为了阻止灰尘，水，酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。此处，采用接触式密封，唇形密封圈。

唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，密封唇应朝外。

4.8.6 滚动轴承的寿命计算

计算公式：

16667ftC LhnfpPε式中 n——轴承的转速，r/min；

ft——温度系数； fp——载荷系数；

ε——轴承的寿命指数；

P——轴承所受的当量动负荷，N； C——轴承的基本额定动负荷，kN。1.轴承的基本额定动负荷C 由参考文献[6]附表9-4 C=63.0kN 2.轴承所受的当量动负荷P P=8877.66N 3.轴承的寿命指数ε 滚子轴承的ε=10/3 4.载荷系数fp

取fp=1.0—1.2（由文献[1]可知 表11-7)5.温度系数ft

取ft=1（由文献[1]可知 表11-8)6.轴承的转速n n=1000r/min Lh16667163100018877.661035500h

4.9 本章小结

对数控回转工作台的主要零件及传动系统的零件进行设计 选型 零件校核，按照机械设计一书进行设计，完成机械部分。

结 论

今年来随着我国国民经济的迅速发展和国防建设的需要，对高档数控机床提出了急迫的大量的需求。机床制造业是一国工业的奠基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。即使是发达工业化国家，也无不高度重视。机床是一个国家制造业水平的象征，代表机床制造业最高境界的则是五轴联动数控机床系统。从某种意义上说，五轴联动数控机床反应了一个国家工业发展的水平状况。

但由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之NC程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化。所以通过数控回转工作台和三轴联动的数控铣床的连用，实现同时的控制即能实现五轴联动。这样即可减少固定资产的无形磨损，又避免购置新机的大量资金投入。

数控回转工作台的功用：

第一，使工作台进行圆周进给完成切削运动；第二，使工作台进行分度工作。它按照系统的命令，在需要时完成工作。

致 谢

本次毕业设计之所以能够按时按要求顺利完成，其中有老师和同学给予了莫大的支持和鼓励。

首先是芦老师，是他为我们毕业设计提供里大量的技术帮助，为我们安排设计进程，提供设计资料，并在课余时间为我们分析和讲解设计要点，使我更有信心和动力。

其次要感谢我的同学，他们很热心和无私，他们在我需要帮助之时伸出了援助之手，有了他们的关心和支持，毕业设计虽苦但感觉很快乐。

最后感谢我的知道老师们，他们为我提供了这次机会，没有他的指导，我也许不做毕业设计，就不会学到这么多的知识。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。

总之没有他们，就没这么完整和全面的毕业设计，所以要再次对他们说一次——谢谢你们！

参考文献 门艳忠.机械设计[M].北京：北京大学出版社 ,2010 8.2 何铭新，钱可强.机械制图[M].第五版.北京：高等教育出版社，2004 1.3 刘鸿文.材料力学[M].第四版.北京：高等教育出版社，2004:180-181.4 左键民.液压与气压传动[M].第四版.北京：机械工业出版社，2009 1.5 全国数控培训网络天津分中心.数控编程[M].北京：机械工业出版，1997.6 戴曙等.金属切削机床[M].北京：机械工业出版，1995.7 金属切削机床设计[M].机械工业出版社.8 机械设计计算手册.机械工业出版社.9 大连组合机床所.组合机床设计手册.机械工业出版社.10上海纺织工学院等.金属切削机床图册.上海科技出版社.11 崔旭芳，周英.数控回转工作台的原理和设计[J].砖瓦，2008（6）：51-52 12 孙德州.采用双楔环—钢球定位的新型回转工作台[J].组合机床与自动化技术,2005（4）：22-23.伍利群.齿轮传动间隙的消除办法[J]，机床与液压，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

第三篇：怎么使用回转工作台_数控回转工作台操作方法

怎么使用回转工作台_操作方法

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1、回转工作台可正反转、正反运行。

2、可立卧两用，承载重量大。

3、回转工作台可制作等分加工（等分：2、3、4、6、8、10......）

4、与自动化设备配套使用，形成自动加工、生产、装配、钻孔攻牙、组装。

5、采用日本东风减速电机，耐温型号，高温时同样可以保持正常运转

6、机芯机构采用马耳它十字机芯原理

7、机芯采用一组减速齿轮，两组减速机，增加了稳定性。

8、插销锁紧装置，旋转一个工位时自动锁紧，无移位，无间隙。

9、精度高，水平精度及旋转精度(0.02mm)，运行平稳、顺畅，无抖动冲过头现像。

10、气压、油压、信号或电气信号配合（电磁阀、PLC）控制回路，整套即可使用。精度正负 15 秒，（0.02 高速的精度）不会有误差生成。

11、回转工作台分度盘运动状态时，分度盘面依照工艺需求分割等份旋转，盘面无升降起

伏变化。

12、反应速度快，可与攻牙机、钻床、铆钉机、超声波、烫金、丝印、移印、CNC 数控加工或其它 工作机配合，形成自动生产、加工、组装。

13、回转工作台工作位调整简单，标准等份有 4、6、8、12、24、48 等，特殊分割可另行制造 分度 盘旋转盘面可根据工艺需要在 360°范围内，顺时针或逆时针方向依次转动。

14、负载后惯性大时，亦无移位之现象。

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第四篇：回转工作台

回转工作台是数控铣床、数控镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要附件(或部件)。它的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。

一、分度工作台

分度工作台的功能是完成回转分度运动，即在需要分度时，将工作台及其工件回转一定角度。其作用是在加工中自动完成工件的转位换面，实现工件一次安装完成几个面的加工。由于结构上的原因，通常分度工作台的分度运动只限于某些规定的角度；不能实现

范围内任意角度的分度。

为了保证加工精度，分度工作台的定位精度(定心和分度)要求很高。实现工作台转位的机构很难达到分度精度的要求，所以要有专门定位元件来保证。按照采用的定位元件不同，有定位销式分度工作台和鼠齿盘式分度工作台。1 ．定位销式分度工作台

定位销式分度工作台采用定位销和定位孔作为定位元件，定位精度取决于定位销和定位孔的精度(位置精度、配合间隙等)，最高可达 ±5´´。因此，定位销和定位孔衬套的制造和装配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。图 5-31 是自动换刀数控卧式镗铣床的定位销式分度工作台。该分度工作台置于长方形工作台中间，在不单独使用分度工作台时，两者可以作为一个整体使用。

图5-31 定位销式分度工作台结构 1 —挡块； 2 —工作台； 3 —锥套； 4 —螺钉； 5 —支座； 6 —油缸； 7 —定位衬套； —定位销； 9 —锁紧油缸； 10 —大齿轮； 11 —长方形工作台； 12 —上底座； —止推轴承； 14 —滚针轴承； 15 —进油管道； 16 —中央油缸； 17 —活塞； —螺栓； 19 —双列圆柱滚子轴承； 20 —下底座； 21 —弹簧； 22 —活塞拉杆

工作台 2 的底部 均匀分布着 八个(削边圆柱)定位销 8，在工作台下底座 12 上有一个定位衬套 7 以及环形槽。定位时只有一个定位销插入定位衬套的孔中，其余七个则进人环形槽中，因为定位销之间的分布角度为 45 °，故只能实现 45 ° 等分的分度运动。

定位销式分度工作台作分度运动时，其工作过程分为三个步骤：(1)松开锁紧机构 并拔出定位销

当数控装置发出指令时，下底座 20 上的六个均布锁紧油缸 9(图中只示出 一个)卸荷。活塞拉杆 22 在弹簧 21 的作用下上升 15mm，使工作台 2 处于松开状态。同时，间隙消除油缸 6 也卸荷，中央油缸 16 从管道 15 进压力油，使活塞 17 上升，并通过螺栓 18、支座 5 把止推轴承 13 向上抬起，顶在上底座 12 上，再通过螺钉 4、锥套 3 使工作台 2 抬起 15mm，圆柱销从定位衬套 7 中拔出。(2)工作台回转分度

当工作台抬起之后发出信号使油马达驱动减速齿轮(图中未示出)，带动与工作台 2 底部联接的大齿轮 10 回转，进行分度运动。在大齿轮 10 上以 45 ° 的间隔均布 八个挡块 1，分度时，工作台先快速回转。当定位 销即将 进入规定位置时，挡块碰撞 第一个限位开关，发出信号使工作台降速，当挡块 碰撞第二个限位开关时，工作台 2 停止回转，此时，相应的定位销 8 正好对准定位衬套 7。

(3)工作台下降并锁紧

分度完毕后，发出信号使中央油缸 16 卸荷，工作台 2 靠自重下降，定位销 8 插入定位衬套 7 中，在锁紧工作台之前，消除间隙的油缸 6 通压力油，活塞顶向工作台 2，消除径向间隙。然后使锁紧油缸 9 的上 腔通压力油，活塞拉杆 22 下降，通过拉杆将工作台锁紧。

工作台的回转轴支承在加长型双列圆柱滚子轴承 19 和滚针轴承 14 中，轴承 19 的内孔带有 1 ： 12 的锥度，用来调整径向间隙。另外，它的内环可以带着滚柱在加长的外环内作 15mm 的轴向移动。当工作台抬起时，支座 5 的一部分 推力由止推 轴承 13 承受，这将有效地减小分度工作台的回转摩擦阻力矩，使工作台 2 转动灵活。2 ．鼠齿盘式分度工作台 鼠齿盘式分度工作台采用 鼠齿盘作为 定位元件。这种工作台有以下特点：(1)定位精度高，分度精度可达 ±2''，最高可达 ±0 ． 4''。(2)由于采用多齿重复定位，因而重复定位精度稳定。

(3)因为多齿啮合，一般齿面啮合长度不少于 60 ％，齿数啮合率不少于 90 ％，所以定位刚度好，能承受很大外载。

(4)最小分度为 360 ° ／ Z(Z 为 鼠齿盘的 齿数)，因而分度数目多，适用于多工位分度。

(5)磨损小，且 因为齿盘啮合、脱开相当于两 齿盘对研 过程，所以，随着使用时间的延续，其定位精度不断提高，使用寿命长。(6)鼠齿盘的 制造比较困难。

图5-32 为鼠齿盘及其齿形结构

图5 — 33 为鼠齿盘式分度工作台的结构，主要由一对分度 鼠齿盘 13、14，升夹油缸 12，活塞 8，液压马达，蜗轮副 3、4，减速齿轮副 5、6 等组成。其工作过程如下：

(1)工作台抬起，齿盘脱离啮合

当需要分度时，控制系统发出分度指令，压力油进入分度工作台 9 中央 的升夹油缸 12 的下腔，活塞 8 向上移动，通过止推轴承 10 和 11 带动工作台 9 向上抬起，使上、下齿盘 13、14 脱离啮合，完成分度的准备工作。(2)回转分度

当工作台 9 抬起后，通过推动杆和微动开关发出信号，启动液压马达旋转，通过蜗轮 4 和齿轮副 5、6 带动工作台 9 进行分度回转运动。工作台分度回转角度由指令给出，共有八个等分，即为 45 ° 的整倍数。当工作台的回转角度接近所要分度的角度时，减速挡块使微动开关动作，发出减速信号使液压马达低速回转，为齿盘准确定位创造条件；当达到要求的角度时，准停挡块压合微动开关发出信号，使液压马达停止转动，工作台便完成回转分度工作。(3)工作台下降，完成定位夹紧 液压马达停止转动的同时，压力油 进入升夹油缸 12 的上腔，推动活塞 8 带动工作台下降，数控机床的结构与传动种圆弧或与直线坐标轴联动加工曲面，又能作为分度 头完成 工件的转位换面。

由于数控回转工作台的功能要求连续回转 进给并与其 他坐标轴联动，因此采用伺服驱动系统来实现回转、分度和定位，其定位精度由控制系统决定。根据控制方式，有开环数控回转工作台和闭环数控回转工作台。

二、开环数控回转工作台

开环数控回转工作台 采用电液脉冲 马达或功率步进电机驱动，图 5-34 是开环数控回转工作台的结构。

图5-34 开环数控回转工作台结构 1 —偏心环； 2、6 —齿轮； 3 —步进电机； 4 —蜗杆； 5 —橡胶套； 7 —调整环 ；、10 —微动开头； 9、11 —挡块 ； 12 —双列短圆柱滚子轴承； 13 —滚珠轴承； —油缸； 15 —蜗轮； 16 —柱塞； 17 —钢球； 18、19 —夹紧瓦； 20 —弹簧； —底座； 22 —圆锥滚子轴承； 23 —调整套； 24 —支座 工作台由功率步进电机 3 驱动，经齿轮副 2、6，蜗轮副 4、15，带动其作回转进给或分度运动。由于是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度，因此，对开环数控回转工作台的传动精度要求高，传动间隙应尺量小。为此，在传动结构上采用了消除间隙的措施。步进电机 3 由 偏心环 1 与底座连接，通过调整 偏心环 消除齿轮 2 和齿轮 6 的啮合间隙。蜗杆 4 为双导程(变齿厚)蜗杆，可以用轴向移动蜗杆的方法来消除蜗杆 4 和蜗轮 15 的啮合间隙。调整时，只要将调整环 7 的厚度改变，便可使蜗杆 4 沿轴向移动。

为了消除累积误差，数控回转工作台设有零点。当它 作返零控制 时，先 由挡块 11 压合微动开关 10，发出从快速回转变为慢速回转信号，工作台慢速回转，再 由挡块 9 压合微动开关 8 进行第二欠减速，然后由无触点行程开关发出从慢速回转变为点动步进信号，最后由步进电机停在某一固定通电相位上，从而使工作台准确地停在零点位置上。

当数控回转工作台用于分度时，分度回转结束后，要把工作台夹紧。在蜗轮 15 下部的内、外两面装有夹紧瓦 18 和 19，底座 21 上固定的支座 24 内均布有 6 个油缸 14。油缸 14 上 腔进压力油，柱塞 16 下移，并通过钢球 17 推动夹紧瓦 18 和 19，将蜗轮夹紧，从而将工作台夹紧。不需要夹紧时，控制系统发出指令，使油缸 14 上腔油液流 回油箱，在弹簧 20 的作用下把钢球 17 抬起，于是夹紧瓦 18 和 19 松开蜗轮 15，这时启动步进电机，驱动工作台回转进给或分度。

该数控回转工作台的圆形导轨采用大型滚珠轴承 13，使回转运动灵活，双列短圆柱滚子轴承 12 及圆锥滚子轴承 22 保证回转精度和定心精度。调整轴承 12 的预紧力，可以消除回转轴的径向间隙，调整轴承 22 的调整套 23 的厚度，可以使大型滚珠轴承有适当的预紧力，保证导轨有一定的接触刚度。

三、闭环数控回转工作台

闭环数控回转工作台的结构与开环数控回转工作台基本相同，区别在于闭环数控回转工作台采用直流或交流伺服电机驱动，有转动角度测量元件(圆光栅、圆感应同步器、脉冲编码器等)。测量的结果反馈与指令值进行比较，按闭环控制原理进行工作，使工作台定位精度更高。

图 5-35 为闭环数控回转工作台结构，该工作台采用直流伺服电机驱动，经两对齿轮副和一对 蜗轮副 传动工作台。采用双片齿轮 22 消除齿轮啮合间隙，蜗杆为双导程蜗杆，伺服电机带有每转 1000 个脉冲信号的编码器作为角度测量反馈元件。分度精度 25''，重复精度 4''。

工作台导轨为环形平面导轨，工作台与导轨面间粘贴有聚四氟乙烯导轨板 5，具有较好的摩擦特性。

夹紧工作台时，按控制信号要求，压缩空气从气通管接头 20 通过气液转换装置 11 内的电磁换向阀进入气缸右腔，使气缸里的活塞杆 13 向左移动，油腔 14 内的压力 油逐渐 增压。这时，油缸活塞 1 压缩弹簧 3 并带动拉杆 4 向下移动，将工作台压紧在底座上，同时又移动触头 10，压合刹紧信号 开关 8，发出夹紧信号。松开工作台时，压缩空气进入气缸左腔，使活塞杆 13 向右移动，油腔 14 内的压力油减压，直至工作台松开，同时触头 10 压合松开信号开关 12，发出信号，伺服电机 17 可开始驱动工作台回转进给或分度。

图5-35 闭环数控回转工作台结构 —油缸活塞； 2 —储油腔； 3 —弹簧； 4 —拉杆； 5 —氟化乙烯导轨板； 6 —工作台； 7 —主轴； —刹紧 信号开关； 9 —手摇脉冲发生器； 10 —刹紧、松开触头； 11 —气液 转换装置； —松开信号开关； 13 —气缸活塞杆； 14 —油腔； 15 —气缸法兰盘； 16 — 储油管 油腔； 17 —伺服电机； 18 —伺服电机法兰盘； 19 —齿轮； 20 —气通 管接头； 21 —紧固螺钉； 22 —双片齿轮； 23 —双导程蜗杆； 24 —定位键； 25 —螺纹套； 26 —调整螺母

四、双导程蜗杆传动

双导程蜗杆传动具有改变啮合侧隙的特点，能够始终保持正确的啮合关系；并且结构紧凑，调整方便，因而在要求连续精确分度的结构中被采用，以便调整啮合侧隙到最小程度。

双导程蜗杆副啮合原理与一般的蜗杆副啮合原理相同，蜗杆的轴向截面仍相当于基本齿条，蜗轮则相当于同它啮合的齿轮。双导程蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距(导程)或者说齿的左、右两侧面具有不同的模数 m(m=t ／ π)，但同一侧齿距则是相等的，因此，该蜗杆的齿厚从一端到另一端均匀地逐渐增厚或减薄，故又称变齿厚蜗杆，可用轴向移动蜗杆的方法来消除或调整啮合间隙。因为同一侧面齿距相同，没有破坏啮合条件，所以当轴向移动蜗杆后，也能保证良好的啮合。

双导程蜗杆的齿形如图 5-36 所示，图中，、分别为蜗杆左、右侧面轴向齿距； 为公称轴向齿矩；、分别为蜗杆左、右侧面齿形角； S 为齿厚； C 为齿槽宽。下面介绍双导程蜗杆传动的特殊参数的选择。

图5-36 双导程蜗杆齿形 1 ．公称模数

双导程蜗杆传动的公称模数 m 可看成普通蜗杆副的轴向模数，用强度计算方法求得，并选取标准值，它一般等于左、右齿面模数的平均值。当公称模数确定后，公称齿距也随之而确定。从图 5-36 可知

(5-9)．齿厚增量系数

齿厚增量系数(5-10)值与 m 值一样，是确定其他参数的原始数据，因而在设计中首先要确定 值时应考虑以下问题：

(1)为了补偿一定的侧隙，蜗杆轴向移动长度与 值大，可使蜗杆轴向尺寸紧凑；但 值过小，则会增大传动机构的轴向尺寸。(2)向蜗杆的齿根方向偏移，而小模数齿面节点

向蜗杆的齿顶方向偏移，节点偏移量 与(5-11)式中，为蜗轮齿数。

图5-37 啮合关系图 为了保证啮合质量，高，即

点不应超出蜗轮的齿顶高，点不应超出蜗杆的齿顶(5-12)

式中，为齿顶高系数。

因此，根据式(5-11)和式(5-12)得

(5-13)．齿厚调整量

齿厚调整量 ΔS 是为了补偿制造误差和蜗轮的最大允许磨损量所形成的侧隙而选取的。一般推荐 ΔS=0.3~ 0.5mm。对于数控回转工作台，ΔS 值应偏小。当传递动力时，ΔS 也可选为 π mk。4 ．模数差与节距差 模数差 Δm 值为左、右齿面模数 知 m 和 值时，有

与公称模数 m 之差的绝对值。当已(5-14)

因而

(5-15)

(5-16)同样，节距差 Δt 值、左面和右面齿距分别为

(5-17)

设计双导程蜗杆时，还要对齿槽变窄、齿顶变尖、蜗轮根切进行验算。双导程蜗杆的优点是：啮合间隙可调整得很小，根据实际经验，侧隙调整可以小至 0.01~ 0.015mm，而普通蜗轮副一般只能达 0.03 ～ 0.08mm，因此，双导程蜗杆副能在较小的侧隙下工作，这对提高数控回转工作台的分度精度非常有利。由于普通蜗杆是用蜗杆沿蜗轮径向移动来调整啮合侧隙，因而改变了传动副的中心距(中心距的改变会引起齿面接触情况变差，甚至加剧磨损，不利于保持蜗轮副的精度)；而双导程蜗杆是用蜗杆轴向移动来调整啮合侧隙，不会改变传动副的中心距，可避免上述缺点。双导程蜗杆是用修磨调整环来控制调整量，调整准确，方便可靠；而普通蜗轮副的径向调整量较难掌握，调整时也容易产生蜗杆轴线歪斜。

双导程蜗杆的缺点是：蜗杆加工比较麻烦，在车削和磨削蜗杆左、右齿面时，螺纹传动链要选配不同的两套挂轮，而这两种蜗距往往是烦琐的小数，对于精确配算挂轮很费时；同样，在制造加工蜗轮的滚刀时，应根据双导程蜗杆的参数设计制造，通用性差。

第五篇：数控回转工作台及其闭环控制系统设计

中 文 摘 要

摘要

本次毕业设计的题目是数控回转工作台及其闭环控制系统的设计。本课题主要介绍了数控回转工作台的原理和机械结构的设计，这种回转工作台是一种可以实现圆周进给和精确分度运动的工作台，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等几部分组成，是一种很实用的加工工具。它常被用于卧式镗床和加工中心上，它可提高加工效率，完成更多的工艺。通过本次对数控回转工作台及其闭环控制系统的设计，使我们不仅能够设计出数控回转工作台，而且能够掌握机械设计的方法和步骤。本课题的主要内容包括：确定数控回转工作台的传动方案；驱动力的计算及其它相关计算；机械零件的设计与校核；通过AUTOCAD绘制装配图和零件图。

数控机床的圆周进给是由回转工作台完成的，回转工作台可以与X轴、Y轴、Z轴三个坐标轴联动，从而加工出球面、圆弧曲面等复杂曲面。数控回转工作台可以实现精确的自动分度，从而扩大了数控机床的加工范围。随着数控技术越来越广泛的应用，数控回转工作台的发展已成为历史的必然。关键字：数控回转工作台,齿轮传动,蜗杆传动,数控技术

-I

A b s t r a c t

-III

目录

3.4.1 选择蜗杆传动类型...................................................................15 3.4.2 选择材料..................................................................................15 3.4.3 按齿面接触疲劳强度进行校核.................................................16 3.4.4 蜗杆与蜗轮的主要尺寸与参数………………………………… 18 3.5 轴承的选用....................................................................................................17 3.5.1轴承寿命的验算…………………………………………………… 19 3.5.2轴承游隙调整……………………………………………………..19

3.5.3 滚动轴承的配合………………………………………………………

3.5.4 滚动轴承的润滑………………………………………………………

3.5.5 滚动轴承的密封装置…………………………………………………

3.6 轴的校核与计算…………………………………………………………..22 3.6.1 轴一的校核与计算………………………………………………..22 3.6.2 轴二的校核与计算………………………………………………..25 3.7 夹紧机构的校核与计算…………………………………………………….3.8 齿轮上键的选择与计算…………………………………………………..第四章 控制系统的设计............................................................................27 4.1 CPU板............................................................................................................27 4.1.1 CPU的选择...............................................................................27 4.1.2 CPU接口设计...........................................................................28 4.2 驱动系统和人机界面....................................................................................28 结论...........................................................................................................29 参考文献...................................................................................................30 致谢及声明...................................................................................................31

-V

第一章

引

言

第一章 引 言

1.1 本课题的背景和意义

2010年在北京举办的第11届中国国际机床展览会上，数控机床、加工中心、复合机床等装备在制造业内已呈现出量大面广的态势，这类工作母机在各类制造业已经得到广泛普及，清晰地表达出了时代特征和发展潮流。机床运动不管是并联运动机床，还是运动叠加的串联机床，对大多数金属加工机床来说，数控进给复合运动的加工，都是以直线轴加上回转轴的联动来实现的。为了应对日益增多的复杂零件加工、提高加工的精度和效率，多轴机床和复合机床需要进一步的创新发展。因此，在现代加工中心的开发中，数控回转工作台的设计与制造便成为了研制机床部件的核心任务之一，而数控回转工作台，同时起着承载工作重量、夹持工件的功能，因此要非常重视其创新设计。

但是，在中国数控回转工作台的产业发展中也出现了很多的问题，情况并不容乐观，如产业结构不合理，产业还集中于劳动力密集型得产品；技术密集型产品明显落后于西方发达国家；生产要素的决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源的破坏力大；企业的总体规模还偏小、技术创新能力比较薄弱、管理水品也相对比较落后等。

从什么角度剖析中国数控回转工作台产业的发展状况？用什么方式评价中国数控回转工作台产业的发展程度？如何定位中国数控回转工作台产业的发展方向和前景？中国数控回转工作台产业发展与当前的经济热点问题关联度如何？此类问题，都是数控回转工作台产业发展中必须面对和解决的。中国数控回转工作台产业已经发展到了岔口：中国数控回转工作台生产企业急需选择发展的方向。

中国数控回转工作台产业发展研究报告阐述了世界数控回转工作台产业的发展历程，分析了中国数控回转工作台产业的发展现状和差距，开创性的提出了“新型的数控回转工作台产业”及其替代品产业概念，在此基础上，从而从四个方面即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确界定了“新型的数控回转工作台产业”及其替代产品的内涵。根据“新型的数控回转工

第一章

引

言

1.3 数控回转工作台的原理与特点

数控回转工作台的使用，为加工中心和数控铣床提供了回转的坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台完成等分、不等分或连续的回转加工，加工出复杂的曲面，使机床原有的加工范围得以扩大。数控回转工作台未来的发展方向是：在规格上向两头延伸，也就是开发小规格与大规格的转台以及相关的制造技术；在其性能方面将进一步提高刹紧力矩、提高主轴转速，向可靠性的方面发展。数控机床的圆周进给由数控回转工作台来完成，被称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X轴、Y轴、Z轴三个坐标轴联动，以加工出球、圆弧曲线等复杂曲面。回转工作台可以实现精确的自动分度，使数控机床的加工范围得以扩大。数控回转工作台主要用于数控镗床与铣床，其外形和通用工作台相似，不过它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给的轴联动。为自动换刀数控镗床的回转工作台。它的进给、分度转位和定位锁紧都是以给定的程序指令进行控制的。数控转台的发展方向是：在规格上向两头延伸，也就是开发小型转台和大型转台；在性能上将研制以青铜为材料的蜗轮，大幅度的提高工作台转速以及转台的承载能力；在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。机床工具行业的发展，依赖于行业技术整体水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变的这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张的原因，造成技术创新和技术改造的力度不大，致使附件水平的发展严重滞后，从而成为制约民族机床工业发展的瓶颈。国产配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、精度稳定性等方面与西方发达国家相比都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有比较大的优势。另外，近几年台湾地区的数控附件产品明显加大了对大陆市场的开发力度，使国内市场竞争态势日趋激烈。在今后几年中，我国机床附件厂要发展中档次品种，在提高产品质量、性能水平与可靠性的同时，也要跟踪学习西方发达国家的先进技术，并在产品创新下功夫；总结经验，加强产、学、研的结合，走专业化生产的路子，面向市场，积极参与竞争以满足主机发展的需要。

第二章

数控回转工作台的原理与应用

渐增厚。但因为同一侧的螺距是相同的所以仍然可以保持正常的啮合。当工作台静止时转台必须处于锁紧状态。为此在蜗轮底部的辐射方向上有4对夹紧瓦并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时活塞便压向钢球撑开夹紧瓦从而夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，需先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下钢球抬起夹紧瓦将蜗轮松开。转台的导轨面是由大型的滚柱轴承支承并由深沟球轴承、双列推力球轴承及双列圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度因此必须采用高精度的蜗杆副。在半闭环控制系统中可以在实际测量工作台的静态定位误差之后确定需要补偿角度的位置以及补偿值，将其记忆在补偿回路中由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号反馈给数控装置进行控制。转台设有零点，当它作回零运动时先用挡铁压下限位开关使工作台降速然后由圆光栅或编码器发出零位信号使工作台精确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度也可以作连续的回转进给运动。数控回转工作台的具体结构如图2-1所示。

2.2 设计准则

本课题的设计准则：

1）分析转台的原理和性能；

2）创造性的利用所需要的物理性能； 3）预测机床意外载荷； 4）判别功能载荷和意义；

5）提高合理应力分布以及刚度； 6）创造有利载荷条件；

7）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸； 8）重量要合理；

9）零件与整体零件之间精度适宜； 10）根据性能组合选择材料； 11）功能设计应适应制造工艺； 12）降低制造成本。

第三章

数控回转工作台的设计

第三章 数控回转工作台的设计

3.1 传动方案的选择

3.1.1 传动方案传动时应满足的要求

此次设计的数控回转工作台主要由原动机、传动装置和转台组成，传动装置是在原动机和转台之间传递运动和动力的，可实现精准地分度运动。合理的传动方案应满足以下要求：

（1）机械功能的要求：应满足工作台的功率和运动形式的要求；（2）工作条件的要求：满足工作环境和工作制度要求；（3）工作性能要求：应该保证该转台工作可靠、传动效率高；

（4）结构工艺性要求：要满足结构简单、尺寸紧凑、使用维护方便、经济性合理等要求。

3.1.2 传动方案及其分析

如图3-1的传动方案所示，数控回转工作台的传动方案：一级传动为齿轮减速传动，二级传动为蜗轮蜗杆传动。

图3-1 传动方案

数控回转工作台的传动方案路线为：交流伺服电机—齿轮减速传动—蜗杆传动—数控回转工作台。

第三章

数控回转工作台的设计

度，从而实现位移，因此，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，与伺服电机接受的脉冲形成了呼应，因此称为闭环，这样一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又回收了多少脉冲，如此，就能够很精确的控制电机的转动，因此，可以实现精确定位。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便，产生电磁干扰，对环境有要求。它一般用于对成本敏感的普通工业以及民用场合。

无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机无需维护，效率高，运行温度低，电磁辐射小，寿命长，适用于各种环境。

2.交流伺服电机是无刷电机，可以分为同步与异步电机，目前的运动控制中一般都采用同步电机，它的功率范围很大，可以得到很大的功率。惯量大，最高的转动速度低，并且随着功率的增大而快速的降低。因此，适合于做低速平稳运行的应用。

3.伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成了电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时，电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，从而，调整转子转动的角度。伺服电机的精度由编码器的精度决定。

3.2.2 伺服电机的选择及运动参数的计算

伺服电机的额定功率应等于或稍大于工作要中求的功率。如果额定功率小于工作中的要求，则不能保证工作机器正常工作，或是电机长期过载、发热大而过早损坏；假如额定功率过大，则电机价格高，由于效率和功率因数低而造成浪费。工作所需功率为：Pw=FwVw/1000w Pw=Tnw/9550w

式中T=150NM,nw36rmin，电机工作效率w=0.97代入上式得

Pw15036/(95500.97)0.57KW

电机所需的输出功率为：Po=Pw/

第三章

数控回转工作台的设计

常生活中用的手表、电扇等都要使用各种各样的齿轮。齿轮的种类很多，有圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、螺旋齿轮、直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮、蜗轮等。其中使用较多，亦较简单的是圆柱直齿轮，又称标准圆柱齿轮。

直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的接触线均平行于齿轮的轴线。因此轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合的，载荷沿齿宽突然加上及卸下因此直齿圆柱齿轮传动的平稳性差，容易产生噪音和冲击，因此不适合应用于高速以及重载的传动中。

根据GB/T10085—1988的推荐，本次毕业设计采用的均为直齿圆柱齿轮。

3.3.2 齿轮材料的选择原则

齿轮材料选择的基本原则：

1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金银；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。

2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。

齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氨化和表面淬火。采用渗碳上艺时，应选用低碳钢或低碳含金钢作齿轮材料；氨化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。

3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。

4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。

第三章

数控回转工作台的设计

m=1.25mm。

3）计算齿轮传动中心距：am(z1z2)270mm,中心距尺寸的尾数应为0或5。

4）计算齿轮的几何参数：分度圆直径：d1mz145mm，d2mz288mm；齿宽：bdd120mm，取b2=20mm,b1=15mm。齿顶圆直径：da1m(z12ha)=48mm，da2m(z22ha)=90mm；齿根圆直径：df1m(z12ha2c)=40mm；df2m(z22ha2c)=83mm。基圆直径db1d1cosd1cos20o42.3mm；db2d2cosd2cos20o82.7mm。

（4）校核齿轮传动的弯曲疲劳强度

查图16-25取标准齿轮（x=0）的复合齿形系数YFS1=4.2,YFS2=3.96;按式（16-23）验算齿根弯曲疲劳强度

2KT1YFS211071944.2MPa85.25MPaF1

F1d1bm45652.5Y3.96MPa80.38MPaF2

F2F1FS285.25YFS14.2经验算，齿根弯曲疲劳强度满足要求，故合格。

（5）计算齿轮的圆周速度，确定齿轮精度

齿轮的圆周速度为 d1n13.1445980

vms3.53ms

601000601000

查表16-7，根据圆周速度v=3.53ms,取该齿轮传动为8级精度。

（6）绘制齿轮零件图3-2和图3-3。

3.3.4 结构设计

根据齿轮的尺寸查机械设计手册表3.7—31得出小齿轮为实心齿轮，大齿轮为孔板式齿轮。结构图如下图所示：

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3.4 蜗轮与蜗杆的选用与校核

3.4.1 选择蜗杆传动类型

由于本次传动场合为机床上的工作台，整体传动要求传动精度高，同时蜗杆副存在传动间隙，因此采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置调整间隙。根据整体传动比需要设计比较大，蜗轮蜗杆的整体传动比也比较大，蜗杆采用单头蜗杆，为了工作台在工作中受力平衡与工作平衡，蜗杆的旋向采用右旋。

3.4.2 选择材料

由于考虑到蜗杆传动效率不大，而且速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10Pb1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属材料，此处的齿圈用青铜制造。

3.4.3 按齿面接触疲劳强度进行校核

根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：

a3kT2(ZEZPH)2(2-5)（1）确定作用在蜗轮上的转距T2 按Z1=2，估取效率η=0.8，则:T2Ti153.4Nmm（2）确定载荷系数K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数Kβ=1；由表选取使用系数KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则

KKAKKV11.151.11.2651.27

（3）确定弹性影响系数ZE

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数控回转工作台的设计

δH1.531.27170402.310.9773429MPa

451552.5tanr

tan(r)验算效率 (0.95~0.96)已知r=19.45oarctanfv;fv 与相对滑动速度Vs有关 Vs=d1n1601000cosr35.51400601000cos19.54o2.76ms

从表中用插值法查的fv=0.0238;1.759o,代入式中得0.89~0.90，所以弯曲强度是满足要求的。

3.4.4 蜗杆与蜗轮的主要尺寸与参数

直径系数q=12；分度圆直径d1=42mm，蜗杆头数Z1=1；分度圆导程角

zm=arctan14.7o,齿形角20o;

d1蜗杆轴向齿距：PA=394mm；

蜗杆齿顶圆直径：da1d12ham50.4mm 蜗杆轴向齿厚：Sa12m=5.5mm 蜗轮：

Z2=120 Z1蜗轮齿数: Z2 =2a/m-q=120，变位系数Χ=0 蜗轮分度圆直径: d2mz23.5120=420mm 蜗轮喉圆直径: da2d22m=420+7=427mm

*传动比: i=蜗轮喉母圆直径: dg22ada2=462-432mm=30mm 蜗轮齿根圆直径： df2d22m(1.16X2)=415mm 蜗轮齿顶圆直径： de2d220.5m=425mm 蜗轮轮缘宽度： B=0.45（d1+6m）=20mm

3.5 轴承的选用

轴承是各种机械设备中的重要支撑件，其功能是支承轴或是轴上的零

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数控回转工作台的设计

3.5.1 轴承寿命的验算

1．求比值 Fa27000.49 Fb5500根据表13-5，深沟球轴承的最大e值为0.44，故此时

Fae。Fb2．初步计算当量动载荷P,根据式(13-8a)Pfp(XFrYFa)

按照表13-6fp1.0~1.2，取fp=1.2。

按照表13-5，X=0.56,Y值需在已知型号和基本额定静载荷Co后才能求出。现暂选一近似中间值，取Y=1.5，则

P1.2(0.5655001.52700)N8556N

3.根据式（13-6），求轴承应有的基本额定动载荷值

60nLh60125050008556N61699N C=P1061064.按照轴承样本或设计手册选择C=61800N的6310轴承 此轴承的基本额定载荷Co=38000N.验算如下：

Fa27001）求相对轴向对应的e值与Y值。相对轴向载荷为0.07105，Co38000在表中介于0.07-0.13之间，对应的e值为0.27-0.31，Y值为1.6-1.4。2）用线性插值法求Y值。

(1.61.4)(0.130.07105)Y=1.4+1.579

0.130.07 X=0.56, Y=1.579 3)求当量动载荷Po P=1.2(0.5655001.5792700)8870.28N 4)验算6009轴承的寿命，根据式（13-5）

106C106618003()()h7000h5000h

Lh60nP6012508870.28即高于其计算寿命。故该对轴承适用。

3.5.2 轴承的游隙的调整

轴承的游隙通过预紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。

3.5.3 滚动轴承的配合

滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采

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3.5.5 滚动轴承的密封装置

密封对轴承来说是不可缺少的。密封既可以防止润滑剂的泄露，也可以防止外界有害异物的侵入。否则会引起轴承滚道的磨粒磨损，降低轴承的使用寿命，还可能使轴承零件受到有害气体和水分的锈蚀，加速润滑剂老化。因此，轴承的密封装置是轴承系统的重要设计环节。设计时应考虑能达到长期密封和防尘的作用，同时要求摩擦和安装误差小，拆卸、装配方便，维修保养简单。

密封装置可分为静密封（固定密封）和动密封（转动密封）两种，前者称为垫圈密封，后者称为密封圈密封。按密封的结构形式又可分为接触式密封和非接触式密封。

接触式密封是密封装置和密封部位间存在着贴合压力的直接接触。因此接触式密封装置的接触形式、贴合压力、润滑状态、滑动速度以及相接触处的表面加工质量等因素都会直接影响到轴承摩擦力容许转速及温升。所有接触式密封装置在运转使用过程中会发生磨损，其磨损和失效的程度与接触式密封装置本身性能及使用条件有关。

非接触式密封就是密封装置和所需密封部位间不发生直接接触。由于非接触式密封装置中的密封间隙处，除了存在润滑剂摩擦外均不会出现任何其他的摩擦，因此非接触式密封不会产生磨损，使用时间较长也不会产生明显的热量，可适用于转速较高的地方。但密封的间隙也不能过大，否则起不到密封效果。

轴承的密封装置可以设置在轴承的支承部位，也可以设置在轴承上，前者为支承密封，后者为自身密封。

此处采用的是接触式密封，唇形密封圈。

唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，蜜蜂唇应朝外。

3.6 轴的校核与计算

轴是组成机器的重要零件之一。轴的主要功能是支撑齿轮或带轮等传动零件和轴上其他零件，并传递运动和动力。同时，它又通过轴承被支撑在机架上。轴

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数控回转工作台的设计

2T2350167N476N6 d273tantan20o4666N1748N

蜗轮的径向力

FrFrocoscos121520

蜗轮的轴向力

Fa=Fttan4666tan12o1520N1015N

蜗轮的圆周力

Ft2

3)计算支反力及弯矩。根据图b所示的受力关系绘制垂直平面内的受力简图，如图c所示。求支反力：由MB0,得

Fr59FAV118Fad20

Fr59Fad217385910142732所以 FAVN88N

118118由FV0, 得FBVFrFAV1738(-98)N1866N

求垂直平面各截面的弯矩。对轴的各截面受力状态分析可知，传动力作用点所承受的弯矩最大，对该截面设定为I-I截面；此外，轴段3上承受了较大弯矩的部位是与轴段4连接的直径变化处，对该界面设定为截面。上述两截面是需要校核的两个截面。

； 截面：MIV左9859Nmm5682Nmm

MIV右=183659Nmm108326Nmm

截面：MV1836(5933)Nmm47766Nmm

根据上述计算结果绘制垂直平面内的弯矩图，如图C所示。

计算水平平面内的支反力及弯矩。根据图b所示的受力关系绘制水平平面内的受力图，如图d所示。

求支反力：；由MB0,得

如图d所示，传动力Ft布置于两支反力的中间，且距离相等，故

Ft4666

FAHFBHN2363N

22求垂直平面各截面的弯矩。

截面：MIH233359Nmm=137667Nmm

截面：MV2333(5933)Nmm60668Nmm 求各剖面的合成弯矩。I-I截面：MI左=M2IVM2IH (-5782)21376472Nmm137668Nmm

MI右=M2IVM2IH10832421376472Nmm175259Nmm 截面：

第三章

数控回转工作台的设计

3.6.2 轴二的校核与计算

轴二即蜗杆轴的校核与计算方法与轴一相同，经校验该轴符合要求。

3.7 夹紧机构的校核与计算

在本次设计中采用液压缸作为转台的夹紧机构，液压缸又被称为油缸，它是液压系统中的执行元件，其功能就是将液压能转换成直线往复式或摆动式的机械运动。液压传动具有很多优点：

1、工作比较平稳，反应快，冲击小，可以高速启动；

2、液压缸的体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑，能够输出较大的力；

3、控制调节方便，便于实现自动化；4由于功率损失所产生的热量可由流动的油带走，因此，可避免在系统某些局部位置所产生的过度温升。

单个油缸的尺寸计算：

1、活塞：

第三章

数控回转工作台的设计

选A型平键 根据直径d=15mm和轮毂宽度15mm，从表21-1中查的键的截面尺寸为b=5mm，h=5mm，l=10mm，此键的标记为：

键 55 GB 1096-90（2）校核挤压强度

p4Tdhlp L=L-B=(10-5)mm=5mm T=525250Nmm，由表21-2查的许用挤压用力为p=（100-120）Mpa 则p452525015510MPa79.8MPap，故挤压强度足够。电机外伸轴上的半圆键为 键 C315 GB 1096-79 其校核方式和蜗杆轴上的键相同，经校核强度足够。

第四章

控制系统的设计

0、定位器中断1）、RAM为128B、14位的计数器WDT、I/O接口共有32个。

4.1.2 CPU接口设计

CPU接口部分示意图如4—1所示：

图4—1 AT89C51需要完成的任务：

（1）将行程开关的状态读入CPU,通过中断进行处理，它的优先级别最高。（2）通过程序实时控制电机和电磁阀的运行。

（3）接受键盘中断指令，并响应指令，将当前行程开关状态和键盘状态反应到LED上，实现人机交互的作用。AT89C51的I/O接口按以下方式分配： 1）2）3）4）P0口通过锁存器741S373控制七段数码管的段； P1口通过扫描矩阵键盘获取外部指令； P3口控制七段数码管的位的选择；

P4口用于反馈回路的信号输入（光栅）、电磁阀驱动、急停信号等。

4.2 驱动系统和人机界面

传动驱动部分包括交流伺服电机和电磁阀的驱动，交流伺服电机必须满足快速急停、定位和退刀时可以快速运行、工作时能带动工作台并克服外力并按照指令的速度运行。在定位和退刀时夹紧机构放松。

人机界面的设计准则为：要有良好的人机交互能力，要求操作方便。此系统中的八个数码管前四个可以显示键盘输入的数据等指令，后四个可以记下工作台的显示光栅反馈给单片机的位置信号，并将角度位移显示出来。

致谢及声明

致

谢

衷心感谢导师杨教授对本人的精心指导。在此次毕业设计中，由于我所学知识过于繁杂，而且不精，不够系统，所以在做毕业设计时总是会有茫然的感觉，往往遇到问题时就会向老师请教，老师也总是不厌其烦地给我讲解，给我启发，让我知道该怎么去解决所遇到的问题，慢慢得，我学会了如何独立的去解决问题。记得每次去见老师，让老师检查我们所做的东西，老师往往要在电脑前坐好几个小时给我们指点设计中的不足。真诚地感谢杨老师的辛勤付出！

杨教授的言传身教将使我终生受益，同时，杨教授广博的学识和严谨的治学态度也值得我终生学习。