畢業(yè)設(shè)計（論文）-曲軸中心孔加工機床設(shè)計--數(shù)控轉(zhuǎn)臺部件設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級指導(dǎo)教師工作單位設(shè)計(論文)題目曲軸中心孔加工機床設(shè)計-數(shù)控轉(zhuǎn)臺部件設(shè)計設(shè)計論文主要內(nèi)容： 曲軸中心孔加工機床設(shè)計-總體參數(shù)及總體布局設(shè)計，數(shù)控轉(zhuǎn)臺部件設(shè)計及主要零件設(shè)計要求完成的主要任務(wù)及其時間安排: 1. 總體方案及布局方案，開題報告； 2. 機床總體設(shè)計； 3. 數(shù)控轉(zhuǎn)臺部件； 4. 主要零件設(shè)計； 5. 外文翻譯； 6. 說明書。必讀參考資料： 1. 實用數(shù)控機床技術(shù)手冊 2. 機床設(shè)計 3. 機床設(shè)計手冊 第一冊：上，下 4. 機床設(shè)計手冊 第二冊：上，下 5. 機床設(shè)計手冊 第五冊：上 6. 金屬切削機床設(shè)計簡明手冊 7. 機床設(shè)計圖冊 8.

2、機械設(shè)計手冊指導(dǎo)教師簽名： 教研室主任簽名： 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目曲軸中心孔加工機床設(shè)計-數(shù)控轉(zhuǎn)臺部件設(shè)計1目的及意義： 曲軸是汽車、拖拉機發(fā)動機中最重要而且承受負荷最復(fù)雜的零件，被稱為發(fā)動機的心臟，其性能好壞直接影響汽車的壽命，國內(nèi)、外對其研究開發(fā)都很重視。在加工工藝方面，由于國外大多采用了先進的數(shù)控設(shè)備，而國內(nèi)人多以手動設(shè)備為主，精度就比擬差，這就要求我們在實際設(shè)計加工工藝的過程中充分考慮各方面的因素，在借鑒國外先進的工藝方案的同時充分考慮現(xiàn)有設(shè)備資源的利用和改造，到達少投入，大收益的目的。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺是數(shù)控機床上的關(guān)鍵功能部件之一，主要用于與機床配套，完成機床的各種功能，對保證機床

3、根本功能的充分使用，擴大機床的使用工藝性能、使用范圍、保證加工精度、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動強度等方面都起著重要的作用 。因此，數(shù)控轉(zhuǎn)臺的開展水平便成為整個機床工業(yè)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的主要功能部件,在機械加工制造中起著極其重要的作用,數(shù)控轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的定位精度,速度精度和速度平穩(wěn)性是高檔數(shù)控機床的重要指標(biāo)。 對于高精度的機械加工,要求轉(zhuǎn)臺具有穩(wěn)定的最低速度以及低速時高的工作精度。因此,轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的低速問題那么成為研究高精度加工制造的重要課題之一。轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)低速工作精度主要受到以摩擦力矩、電機波動力矩為主的擾動力矩的影響,而摩擦力矩、電機波動力矩的減小又受到轉(zhuǎn)臺

4、制造工藝水平的限制,所以,轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的低速特性以及抖動補償研究,對研制高精度數(shù)控機床,具有相當(dāng)重要的意義。 隨著我國制造業(yè)的開展，加工中心的需求也在增加，特別是四軸、五軸聯(lián)動的加工中心。作為數(shù)控機床的主要功能部件，數(shù)控轉(zhuǎn)臺在整個機床工具行業(yè)中的作用越來越重要。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的出現(xiàn)，為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)坐標(biāo)，通過第四軸、第五軸驅(qū)動轉(zhuǎn)臺或分度頭完成精密角度的等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，完成復(fù)雜曲面加工，使機床的加工范圍得以擴大。目前國內(nèi)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的配套市場除了國產(chǎn)含臺灣地區(qū)品牌以外，主要有日本、德國、美國等幾個公司品牌，高端市場幾乎沒有國產(chǎn)品牌，主機采用境外產(chǎn)品配套的，占有不小的比例。與國際

5、市場的著名品牌相比，我們的技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)落后于其尖端產(chǎn)品比方材料、轉(zhuǎn)速、承載能力、分度定位精度等；普及型產(chǎn)品的可靠性、耐用度、精度保持性方面都比歐美和日本差一些，外觀造型也不盡如人意。所以我們應(yīng)該保持清醒的頭腦，認清嚴峻的形勢，奮起直追，努力打造精品、提高配套水平。2根本內(nèi)容和技術(shù)方案： 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)數(shù)控轉(zhuǎn)臺從結(jié)構(gòu)上可以分為幾個局部：驅(qū)動、傳動、分度定位、剎緊等機構(gòu)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺通過傳動局部，將由系統(tǒng)控制的驅(qū)動傳遞到需轉(zhuǎn)動角度的工作臺臺面，實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度轉(zhuǎn)位。本次設(shè)計的數(shù)控轉(zhuǎn)臺最好要符合以下的主要指標(biāo)：良好的分度精度和重復(fù)定位精度、精度保持性、承載能力、密封性能、足夠的剎緊力和回轉(zhuǎn)定位速度。

6、所以數(shù)控轉(zhuǎn)臺的動力局部采用步進電機提供動力，用一個彈性聯(lián)軸器把蝸桿和電機軸連接起來，把運動傳遞給蝸桿。蝸輪蝸桿副采用雙導(dǎo)程蝸桿副，用以彌補數(shù)控轉(zhuǎn)臺在實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時候蝸輪蝸桿副的嚙合間隙。剎緊機構(gòu)采用氣壓缸夾緊。本次設(shè)計的數(shù)控轉(zhuǎn)臺的主要技術(shù)參數(shù)如下： 最大回轉(zhuǎn)直徑： 800mm 伺服電機功率： 3Kw 轉(zhuǎn)臺的速度范圍： 5r/min10r/min 轉(zhuǎn)臺的定位精度： 20 工作臺T型槽的寬度： 16mm 轉(zhuǎn)臺的總體高度： 350mm 本次設(shè)計的數(shù)控轉(zhuǎn)臺的大致方案如下列圖所示：3進度安排：1準(zhǔn)備階段3月5日3月20日搜集有關(guān)資料，準(zhǔn)備參考資料；2完成開題報告及論文大綱交老師批閱3月21日3月26日；

7、3初步方案設(shè)計，草圖繪制，必要的設(shè)計計算3月27日4月25日；4完成結(jié)構(gòu)設(shè)計、主要圖紙工作、說明書初稿4月25日5月10日；5交老師審稿(對設(shè)計中的問題進行即時修改)5月10日5月28日；6完成說明書、全部圖紙工作、辯論提綱，準(zhǔn)備辯論階段5月29日6月10日；7畢業(yè)設(shè)計辯論階段6月中旬。4指導(dǎo)老師意見：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日注：1. 開題報告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立撰寫，在畢業(yè)設(shè)計開始后三周內(nèi)完成；2設(shè)計的目的及意義至少800字，根本內(nèi)容和技術(shù)方案至少400字；3指導(dǎo)教師意見應(yīng)從選題的理論或?qū)嶋H價值出發(fā)，闡述學(xué)生利用的知識、原理、建立的模型正確與否、學(xué)生

8、的論證充分否、學(xué)生能否完成課題，到達預(yù)期的目標(biāo)。鄭 重 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承當(dāng)。本人簽名： 日期： 2021年6月 目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc5300 摘 要 PAGEREF _Toc5300 9 HYPERLINK l _Toc13453 ABSTRACT PAGEREF _Toc13453 10 HYPERLINK l _Toc3346 1 緒論 PAGEREF

9、_Toc3346 11 HYPERLINK l _Toc30404 1.1 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的開展概況及背景 PAGEREF _Toc30404 12 HYPERLINK l _Toc19871 1.2 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分類 PAGEREF _Toc19871 12 HYPERLINK l _Toc1067 1.3 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的根本結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc1067 12 HYPERLINK l _Toc2657 2 總體方案論證 PAGEREF _Toc2657 13 HYPERLINK l _Toc10403 2.1 采用步進電機提供動力 PAGEREF _Toc10403 13 HYPERLINK

10、l _Toc28635 2.2 采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪傳動 PAGEREF _Toc28635 14 HYPERLINK l _Toc22053 2.3 采用高精度蝸桿蝸輪分度定位 PAGEREF _Toc22053 17 HYPERLINK l _Toc18854 2.4 采用剎緊片用氣壓剎緊的方式 PAGEREF _Toc18854 17 HYPERLINK l _Toc11641 3 機械局部設(shè)計 PAGEREF _Toc11641 17 HYPERLINK l _Toc29355 3.1 傳動系統(tǒng)方案擬定 PAGEREF _Toc29355 17 HYPERLINK l _Toc3589

11、3.2 轉(zhuǎn)臺體設(shè)計 PAGEREF _Toc3589 17 HYPERLINK l _Toc1108 3.3 蝸輪蝸桿副的設(shè)計計算 PAGEREF _Toc1108 19 HYPERLINK l _Toc27836 4 各主要零部件的加工工藝要求 PAGEREF _Toc27836 22 HYPERLINK l _Toc9270 4.1 臺面 PAGEREF _Toc9270 22 HYPERLINK l _Toc29604 4.2 內(nèi)杯 PAGEREF _Toc29604 23 HYPERLINK l _Toc3063 4.3 底座 PAGEREF _Toc3063 24 HYPERLINK

12、 l _Toc13980 4.4 中心軸 PAGEREF _Toc13980 25 HYPERLINK l _Toc1408 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc1408 26 HYPERLINK l _Toc28488 設(shè) 計 心 得 PAGEREF _Toc28488 27 HYPERLINK l _Toc9669 致 謝 PAGEREF _Toc9669 28摘 要 為了擴大工藝范圍和數(shù)控機床的加工性能，以適應(yīng)不同零件的加工要求，提高生產(chǎn)率，數(shù)控機床的進給運動，除X、Y、Z三個坐標(biāo)軸的直線進給運動之外，往往還帶有繞XYZ 三個根本坐標(biāo)軸的圓周運動。而通常數(shù)控機床的圓周運動是由回轉(zhuǎn)工作

13、臺實現(xiàn)的。常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，它們的功用各不相同，分度工作臺的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現(xiàn)工件的一次安裝能完成幾個面的多種加工工序。而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺除了分度和轉(zhuǎn)位的功能之外，還能實現(xiàn)圓周進給運動。 本次設(shè)計是綜合運用機械技術(shù)、驅(qū)動控制技術(shù)、檢測技術(shù)設(shè)計及相關(guān)知識設(shè)計數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，包括轉(zhuǎn)臺本體設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計，其中轉(zhuǎn)臺本體包括：驅(qū)動、傳動、分度定位、剎緊等機構(gòu)；傳動系統(tǒng)包括齒輪傳動和渦輪蝸桿傳動；控制系統(tǒng)由單片機控制；整個轉(zhuǎn)臺由步進電機驅(qū)動關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；回轉(zhuǎn)工作臺；數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺ABSTRACT In order to ex

14、pand the technology scope and the processing performance of CNC machine tools to meet different machining requirements, improve productivity, numerical control machine tool feed motion, in addition to X, Y, Z three axes of linear feed motion, the often also with there are around three basic axes XYZ

15、 circular motion. CNC machine tools usually circular motion is achieved by the rotary table. Degree of common table and a hand rotary table CNC rotary table, and their functions vary, the function of indexing table is shifted for the workpiece surface, and automatic tool changer with the use of an i

16、nstallation of the work piece to complete a variety of several surface finishing processes. The NC rotary indexing table and translocation in addition to the features, but also to achieve circular feed motion. This design is the comprehensive use of mechanical technology, drive control technology an

17、d detection technology design and relevant knowledge of rotary worktable CNC design. Including the turntable ontology design, the transmission system design and control system design. One turret ontology include: driver, transmission, orientation, brake tight, etc. Transmission systems including gea

18、r and turbine worm transmission. Key words: CNC ；Rotary worktable ；transmission1 緒論 曲軸是發(fā)動機最重要的機件之一。曲軸一般用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。為提高耐磨性和耐疲勞強度，軸頸外表經(jīng)高頻淬火或氮化處理，并經(jīng)精磨加工，以到達較高的外表硬度和外表粗糙度的要求。它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動力，傳給底盤的傳動機構(gòu)。同時，驅(qū)動配氣機構(gòu)和其它輔助裝置，如風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機等。 工作時，曲軸受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復(fù)雜，并且承受交變負荷的沖擊作用。同時，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，

19、因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。 曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個主軸頸、一個連桿軸頸和一個曲柄組成了一個曲拐，曲軸的曲拐數(shù)目等于汽缸數(shù)(直列式發(fā)動機)；V型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。 主軸頸是曲軸的支承局部，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動機氣缸數(shù)目有關(guān)，還取決于曲軸的支承方式。曲軸的支承方式一般有兩種，一種是全支承曲軸，另一種是非全支承曲軸。 全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個，即每一個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸。如六缸發(fā)動機全支承曲軸有七個主軸頸。四缸發(fā)動機全支

20、承曲軸有五個主軸頸。這種支承，曲軸的強度和剛度都比擬好，并且減輕了主軸承載荷，減小了磨損。柴油機和大局部汽油機多采用這種形式。非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目少或與氣缸數(shù)目相等。這種支承方式叫非全支承曲軸，雖然這種支承的主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長度，使發(fā)動機的總體長度有所減小。有些汽油機，承受載荷較小可以采用這種曲軸型式。 曲軸的連桿軸頸是曲軸與連桿的連接局部，通過曲柄與主軸頸相連，在連接處用圓弧過渡，以減少應(yīng)力集中。直列發(fā)動機的連桿軸頸數(shù)目和氣缸數(shù)相等。V型發(fā)動機的連桿軸頸數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。 曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接局部，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有

21、)平衡重塊。平衡重塊用來平衡發(fā)動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一局部往復(fù)慣性力，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 曲軸前端裝有正時齒輪，驅(qū)動風(fēng)扇和水泵的皮帶輪以及起動爪等。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成檔油凸緣與回油螺紋，以阻止機油向后竄漏。 曲軸的形狀和曲拐相對位置(即曲拐的布置)取決于氣缸數(shù)、氣缸排列和發(fā)動機的發(fā)火順序。安排多缸發(fā)動機的發(fā)火順序應(yīng)注意使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠，以減輕主軸承的載荷，同時防止可能發(fā)生的進氣重疊現(xiàn)象。作功間隔應(yīng)力求均勻，也就是說發(fā)動機在完成一個工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個氣缸

22、都應(yīng)發(fā)火作功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時間以曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為發(fā)火間隔角。四行程發(fā)動機完成一個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩圈，其轉(zhuǎn)角為720，在曲軸轉(zhuǎn)角720內(nèi)發(fā)動機的每個氣缸應(yīng)該點火作功一次。且點火間隔角是均勻的，因此四行程發(fā)動機的點火間隔角為720/i，(i為氣缸數(shù)目)，即曲軸每720/i，就應(yīng)有一缸作功，以保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 1.1 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的開展概況及背景 近年來我國正逐漸成為世界制造中心，數(shù)控機床與裝備的開展得到了高度重視，近年來取得了相當(dāng)大的進步，特別是在通用數(shù)控領(lǐng)域，以為平臺的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)逐步縮短了與世界先進水平的差距。作為機床的主要組成局部，分度類機床附件轉(zhuǎn)臺、分度頭、刀架對機床的性

23、能、質(zhì)量、可靠性起著至關(guān)重要的作用，作為數(shù)控轉(zhuǎn)臺的開發(fā)和生產(chǎn)廠家，在近期的主要任務(wù)是進一步開發(fā)研制高精度、高剛性、高回轉(zhuǎn)速度的多功能轉(zhuǎn)臺。 隨著我國制造業(yè)的開展，加工中心的需求也在增加，特別是四軸、五軸聯(lián)動的加工中心。作為數(shù)控機床的主要功能部件，數(shù)控轉(zhuǎn)臺在整個機床工具行業(yè)中的作用越來越重要。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的出現(xiàn)，為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)坐標(biāo)，通過第四軸、第五軸驅(qū)動轉(zhuǎn)臺或分度頭完成精密角度的等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，完成復(fù)雜曲面加工，使機床的加工范圍得以擴大。1.2 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分類 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分類數(shù)控轉(zhuǎn)臺按照不同分類方法大致有以下幾大類：1按照分度形式可分為等分轉(zhuǎn)臺和任意分度轉(zhuǎn)臺。2按照驅(qū)動

24、方式可分為液壓轉(zhuǎn)臺和電動轉(zhuǎn)臺。3按照安裝方式可分為立臥轉(zhuǎn)臺和立式轉(zhuǎn)臺。4按照回轉(zhuǎn)軸軸數(shù)可分為單軸轉(zhuǎn)臺、可傾轉(zhuǎn)臺兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)轉(zhuǎn)臺。1.3 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的根本結(jié)構(gòu) 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)數(shù)控轉(zhuǎn)臺從結(jié)構(gòu)上可以分為幾個局部：驅(qū)動、傳動、分度定位、剎緊等機構(gòu)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺通過傳動局部，將由系統(tǒng)控制的驅(qū)動傳遞到需轉(zhuǎn)動角度的工作臺臺面，實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度轉(zhuǎn)位。1驅(qū)動 液壓轉(zhuǎn)臺采用液壓驅(qū)動齒條或液壓馬達，通過齒條驅(qū)動齒輪或液壓馬達驅(qū)動齒輪的方式進行動力提供；而電動轉(zhuǎn)臺那么采用伺服電動機提供動力。2傳動 有齒條齒輪傳動、蝸桿蝸輪傳動幾種方式。電動轉(zhuǎn)臺一般是通過一對齒輪或者是用聯(lián)軸器直接與蝸桿相連將電動機動力傳遞到蝸桿，帶

25、動轉(zhuǎn)臺進行分度；液壓轉(zhuǎn)臺，采用液壓馬達驅(qū)動的傳動結(jié)構(gòu)，類似于電動轉(zhuǎn)臺；采用齒輪齒條的，那么是通過由活塞驅(qū)動的齒條帶動與之嚙合的與臺面相對固定齒輪進行分度。3分度定位 等分轉(zhuǎn)臺一般采用端齒盤分度定位，任意分度轉(zhuǎn)臺一般采用高精度蝸桿蝸輪分度定位。采用端齒盤分度定位的轉(zhuǎn)臺中，又有兩聯(lián)齒盤和三聯(lián)齒盤之分。兩聯(lián)齒盤分度定位，結(jié)構(gòu)相對簡單，動、定兩個齒盤直接嚙合，分度運動時，動定齒盤首先進行脫開嚙合運動，這一運動表現(xiàn)在轉(zhuǎn)臺臺面上有一定量的抬起動作，臺面的抬起量與定齒盤和動齒盤的相對運動量相一致。三聯(lián)齒盤分度定位，從結(jié)構(gòu)上比兩聯(lián)齒盤復(fù)雜，動定齒盤不直接進行嚙合，而是通過一公用齒盤進行嚙合過渡，齒盤的嚙合與脫

26、開運動是通過公用齒盤的移動來完成的，公用齒盤的抬起不表現(xiàn)在轉(zhuǎn)臺的臺面上。也就是說采用三聯(lián)齒盤分度定位的轉(zhuǎn)臺，運行過程中臺面不需抬起，但嚙合剛性比兩聯(lián)齒盤結(jié)構(gòu)稍差。采用端齒盤分度定位的等分轉(zhuǎn)臺，其分度定位端齒盤包括向心齒、直齒、弧面齒等形式，為到達高精度的分度，端齒盤一般采用淬硬鋼齒面磨削的工藝方法，產(chǎn)品可到達高剛性與高精度的要求。但其分度等分數(shù)受齒盤齒數(shù)的限制。采用蝸桿蝸輪分度的轉(zhuǎn)臺，分度元件為蝸桿蝸輪副蝸桿有圓柱蝸桿、單頭單導(dǎo)程蝸桿、單頭雙導(dǎo)程蝸桿、多頭蝸桿和直線環(huán)面以及平面包絡(luò)蝸桿等形式。一般蝸桿材料選用淬火鋼，蝸輪材料一般采用耐磨銅合金。其分度等分數(shù)不受限制，分度定位精度直接決定于蝸桿蝸

27、輪的加工精度。4剎緊機構(gòu)常用制動機構(gòu)：液壓制動和氣壓制動。根據(jù)目前液壓產(chǎn)品存在漏油情況易造成環(huán)境污染，同時回轉(zhuǎn)工作臺制動力不大，氣壓制動就可以滿足要求 。采用氣壓缸作為工作臺的夾緊裝置，以壓縮空氣為動力源的氣動夾具具有很多的優(yōu)點：第一，空氣可以從大氣中取之不竭，無介質(zhì)費用和供給上的困難，管道不易堵塞，亦不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充、更換等問題，空氣的粘度很小，一般阻力損失不到油路阻力損失的四分之一；第二，壓縮空的工作壓力較小(一般0408MPa)，因此可降低氣動元件的材質(zhì)和制造精度上的要求，由于空氣流速快，所以氣動系統(tǒng)具有工作迅速，反響靈敏的特點，可縮短輔助時間。2 總體方案論證 本設(shè)計的目的是設(shè)計伺

28、服電機驅(qū)動的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺從結(jié)構(gòu)上可以分為幾個局部：驅(qū)動、傳動、分度定位、剎緊等機構(gòu)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺通過傳動局部，將由系統(tǒng)控制的驅(qū)動傳遞到需轉(zhuǎn)動角度的工作臺臺面，實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度轉(zhuǎn)位。所設(shè)計的數(shù)控轉(zhuǎn)臺最好要符合以下的主要指標(biāo)：良好的分度精度和重復(fù)定位精度、精度保持性、承載能力、密封性能、足夠的剎緊力和回轉(zhuǎn)定位速度。 在本次的數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計中，還有一些主要需要解決的問題有： 1.如何消除蝸輪蝸桿傳動副在實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時候所存在的嚙合間隙； 2.裝配時如何保證蝸桿與蝸輪即轉(zhuǎn)臺臺面的回轉(zhuǎn)中心軸的垂直度； 3.如何彌補蝸桿在工作過程中由于發(fā)熱而產(chǎn)生的熱變形伸縮。下面對本設(shè)計采用的設(shè)計方案進行論證

29、：2.1 采用步進電機提供動力 驅(qū)動液壓轉(zhuǎn)臺采用液壓驅(qū)動齒條或液壓馬達，通過齒條驅(qū)動齒輪或液壓馬達驅(qū)動齒輪的方式進行動力提供；而電動轉(zhuǎn)臺那么采用伺服電動機提供動力。 目前可以實現(xiàn)伺服控制的電機有：步進電機，直流伺服電動機和交流伺服電動機。其中，直流伺服電動機和交流伺服電動機作為進給電動機通常用于閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中。 而在開環(huán)控制的系統(tǒng)的組成：步進電動機和其驅(qū)動系統(tǒng)，工作原理：將電脈沖信號裝換成角位移的一種電機式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。根據(jù)控制系統(tǒng)要求必須選用步進電動機。同時這也是目前同類產(chǎn)品中大局部采用的設(shè)計組合方案。從市場價格和需求上采用步進電動機也比采用直流或交流伺服電動機更具競爭優(yōu)勢和較高適應(yīng)性

30、。使用步進電機可實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺精確的轉(zhuǎn)動和定位。 步進電動機還有如下特點：1 步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。2 由于步進電動機與驅(qū)動電路組成開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非?？煽?。3 步進電動機的動態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。4 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得較大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。 綜上所述，因為步進電動機相對價格低廉，容易控制，控制系統(tǒng)簡單，并且能滿足數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的運動控制要求，所以用步進電動機來驅(qū)開工作臺進行工作很適宜。2.2 采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪傳動傳動有齒條齒輪傳動、蝸桿

31、蝸輪傳動幾種方式。電動轉(zhuǎn)臺一般是通過一對齒輪或者是用聯(lián)軸器直接與蝸桿相連將電動機動力傳遞到蝸桿，帶動轉(zhuǎn)臺進行分度；液壓轉(zhuǎn)臺，采用液壓馬達驅(qū)動的傳動結(jié)構(gòu)，類似于電動轉(zhuǎn)臺；采用齒輪齒條的，那么是通過由活塞驅(qū)動的齒條帶動與之嚙合的與臺面相對固定齒輪進行分度。各運動副間隙應(yīng)調(diào)整至最小，運行一段時間，運動副磨損后，其產(chǎn)生的間隙必須有補償環(huán)節(jié)。如齒輪副之間應(yīng)有調(diào)整齒側(cè)隙的調(diào)整墊，蝸桿副必須采用可調(diào)節(jié)間隙的雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副。普通圓柱蝸桿的齒面(除ZK型蝸桿外)一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制的。根據(jù)車刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同。根據(jù)不同的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為阿

32、基米德蝸桿(ZA蝸桿)、漸開線蝸桿(ZI蝸桿)、法向直廓蝸桿(ZN蝸桿)和錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK蝸桿)等四種。GB10085-88推薦采用ZI蝸桿和ZK蝸桿兩種?，F(xiàn)將上述四種普通圓柱蝸桿傳動所用的蝸桿及配對的蝸輪齒形分別介紹于后： 阿基米德蝸桿(ZA蝸桿)這種蝸桿，在垂直于蝸桿軸線的平面(即端面)上，齒廓為阿基米德螺旋線，在包含軸線的平面上的齒廓(即軸向齒廓)為直線，其齒形角0=20。它可在車床上用直線刀刃的單刀(當(dāng)導(dǎo)程角3時)或雙刀(當(dāng)3時)車削加工。安裝刀具時，切削刃的頂面必須通過蝸桿的軸線，如圖阿基米德蝸桿所示。這種蝸桿磨削困難，當(dāng)導(dǎo)程角較大時加工不便。見動畫 法向直廓蝸桿(ZN蝸桿)這

33、種蝸桿的端面齒廓為延伸漸開線，法面(N-N)齒廓為直線。ZN蝸桿也是用直線刀刃的單刀或雙刀在車床上車削加工。這種蝸桿磨削起來也比擬困難。見動畫 漸開線蝸桿(ZI蝸桿)這種蝸桿的端面齒廓為漸開線,所以它相當(dāng)于一個少齒數(shù)(齒數(shù)等于蝸桿頭數(shù))、大螺旋角的漸開線圓柱斜齒輪。ZI蝸桿可用兩把直線刀刃的車刀在車床上車削加工。刀刃頂面應(yīng)與基圓柱相切，其中一把刀具高于蝸桿軸線，另一把刀具那么低于蝸桿軸線。刀具的齒形角應(yīng)等于蝸桿的基圓柱螺旋角。這種蝸桿可以在專用機床上磨削。見動畫 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK蝸桿)這是一種非線性螺旋曲面蝸桿。它不能在車床上加工，只能在銑床上銑制并在磨床上磨削。加工時，除工件作螺旋運動

34、外，刀具同時繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運動。這時，銑刀(或砂輪)回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面，在I-I及N-N截面上的齒廓均為曲線。這種蝸桿便于磨削，蝸桿的精度較高，應(yīng)用日漸廣泛。 至于與上述各類蝸桿配對的蝸輪齒廓，那么完全隨蝸桿的齒廓而異。蝸輪一般是在滾齒機上用滾刀或飛刀加工的。為了保證蝸桿和蝸輪能正確嚙合，切削蝸輪的滾刀齒廓，應(yīng)與蝸桿的齒廓一致；深切時的中心距，也應(yīng)與蝸桿傳動的中心距相同。 雙導(dǎo)程蝸輪副與普通蝸輪副的區(qū)別是，雙導(dǎo)程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的導(dǎo)程，而同一側(cè)的導(dǎo)程那么是相等的。因為該蝸桿的齒厚從蝸桿的一端向另一端均勻地逐漸增厚或減薄，所以雙導(dǎo)程蝸桿又稱變齒厚蝸桿。故可用軸向

35、移動蝸桿的方法來消除或調(diào)整蝸輪副的嚙合間隙。 雙導(dǎo)程蝸輪副的嚙合原理與一般蝸輪副的嚙合原理相同。蝸桿的軸向截面相當(dāng)于根本齒條，蝸輪那么相當(dāng)于與其嚙合的齒輪。雖然蝸桿齒左右側(cè)面具有不同的齒距即不同的模數(shù)，但因同一側(cè)面的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件，當(dāng)軸向移動蝸桿后，也能保證良好嚙合。 而目前市場中眾多產(chǎn)品普遍采用雙導(dǎo)程渦輪蝸桿減速，其有以下優(yōu)點： 第一 嚙合間隙可以調(diào)的很小，根據(jù)實際試驗，側(cè)隙調(diào)整可以小至0.01mm0.015mm。而普通蝸桿渦輪副一般只能到達0.03mm0.08mm，如果再小，就容易產(chǎn)生咬死現(xiàn)象。因此，雙導(dǎo)程渦輪蝸桿副可以在較小的側(cè)隙下工作，對提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度精度非常有利。

36、第二 普通渦輪蝸桿副是以蝸桿沿渦輪作徑向移動來調(diào)整嚙合間隙，因此改變了傳動副的中心距，從嚙合原理角度來看，這是很不合理的。因為改變中心距會引起齒面接觸情況變差，甚至加深它們的磨損而不利于保持渦輪蝸桿副的精度;而雙導(dǎo)程渦輪蝸桿副是用蝸桿軸向移動來調(diào)整嚙合側(cè)隙的，不會改變它們的中心距，可以防止上述缺點。 第三 雙導(dǎo)程渦輪蝸桿副使用修磨調(diào)整環(huán)來控制調(diào)整量，調(diào)整準(zhǔn)確，方便可靠；而普通蝸桿渦輪的徑向調(diào)整量較難掌握，調(diào)整時也容易產(chǎn)生蝸桿軸線歪斜。 第四 雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副的蝸桿支撐直接做在支座上，只需保證支承中心線與蝸輪中截面重合，中心距公差可略微放寬，裝配時，用調(diào)整環(huán)來獲得適宜的嚙合側(cè)隙，這是普通蝸桿蝸輪

37、副無法辦到的。傳動鏈最末一級必須采用蝸桿蝸輪副，來提高傳動鏈剛度。2.3 采用高精度蝸桿蝸輪分度定位 分度定位等分轉(zhuǎn)臺一般采用端齒盤分度定位，任意分度轉(zhuǎn)臺一般采用高精度蝸桿蝸輪分度定位。采用蝸桿蝸輪分度的轉(zhuǎn)臺，分度元件為蝸桿蝸輪副蝸桿有圓柱蝸桿單頭單導(dǎo)程蝸桿、單頭雙導(dǎo)程蝸桿、多頭蝸桿 和直線環(huán)面以及平面包絡(luò)蝸桿等形式。一般蝸桿材料選用淬火鋼，蝸輪材料一般采用耐磨銅合金。其分度等分數(shù)不受限制，分度定位精度直接決定于蝸桿蝸輪的加工精度。2.4 采用剎緊片用氣壓剎緊的方式 采用氣壓缸作為工作臺的夾緊裝置，以壓縮空氣為動力源的氣動夾具具有很多的優(yōu)點：第一 空氣可以從大氣中取之不竭，無介質(zhì)費用和供給上的

38、困難，管道不易堵塞，亦不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充、更換等問題，空氣的粘度很小，一般阻力損失不到油路阻力損失的四分之一；第二 壓縮空的工作壓力較小(一般0.40.8MPa)，因此可降低氣動元件的材質(zhì)和制造精度上的要求，由于空氣流速快，所以氣動系統(tǒng)具有工作迅速，反響靈敏的特點，可縮短輔助時間。剎緊機構(gòu)等分轉(zhuǎn)臺的剎緊一般采用氣壓，給相互嚙合的齒盤施加一定的壓力，使端齒盤可靠嚙合定位。任意分度的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，較多采用脹緊套或剎緊片用液壓或氣壓剎緊的方式，剎緊可靠性比擬高，此處采用氣壓方式。綜上，本設(shè)計采用步進電機提供動力、采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪傳動、采用高精度蝸桿蝸輪分度定位、采用剎緊片用氣壓或剎緊的方式。3 機械

39、局部設(shè)計3.1 傳動系統(tǒng)方案擬定 初步擬定傳動局部有步進電機、齒輪、渦輪蝸桿、工作臺等。3.2 轉(zhuǎn)臺體設(shè)計 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。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，由蝸桿傳給蝸輪。 為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置來調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。 當(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

40、向裝有6對夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小氣壓缸。當(dāng)小氣壓缸的下腔接通壓力氣時，活塞推動導(dǎo)桿并夾緊蝸輪。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小氣壓缸的下腔接通回氣路，在彈簧的作用下，導(dǎo)桿下移動，夾緊瓦將蝸輪松開。 滾子軸承保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。本次設(shè)計中會屢次用到滾子軸承。推力滾子軸承用于承受軸向載荷為主的軸、徑向聯(lián)合載荷，但徑向載荷不得超過軸向載荷的 55% 。與其他推力滾子軸承相比，此種軸承摩擦因數(shù)較低，轉(zhuǎn)速較高，并具有調(diào)心性能。 軸承的棍子為非對稱型球面滾子，能減小滾子和滾道在工作中的相對滑動，并且滾子長、直徑大，滾子數(shù)量多，載荷容量高，通常采用油潤滑，個別低速情況可用脂潤滑。在設(shè)計選型時，應(yīng)優(yōu)先選

41、用；推力圓柱滾子軸承和推力滾子軸承適用于轉(zhuǎn)速低的場合，推力圓錐滾子軸承轉(zhuǎn)速稍高于推力圓柱滾子軸承。推力圓柱滾子軸承屬別離型軸承，只能承受單向軸向載荷和輕微沖擊，能夠限制軸或外殼一個方向的軸向位移，因此可用作單向軸向定位。但其承載能力遠遠大于推力球軸承。滾子滾動時，由于滾子兩端線速度不同，使?jié)L子在套圈滾道上不可防止地產(chǎn)生滑動，因此，此類軸承的極限轉(zhuǎn)速較推力球軸承低，通常僅適用于低速運轉(zhuǎn)場合。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的推力圓柱滾子軸承采用車制金屬實體保持架，根據(jù)用戶要求，也可采用其它型式或材料的保持架。推力圓錐滾子軸承只能承受單向軸向載荷，能限制軸承單向軸向位移，故可用作單向軸向定位。與推力圓柱滾子軸承相比，承載

42、能力大、相對滑動小，但極限轉(zhuǎn)速較低。本次設(shè)計中，支撐轉(zhuǎn)臺臺面的軸承選用推力短圓錐滾子軸承。推力滾子軸承的大概示意圖如下列圖所示： 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。 回轉(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，然后發(fā)出零位信號，使工作臺準(zhǔn)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。 其中本設(shè)計中數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機械局部主要還包括內(nèi)杯，中心軸以及底座等。3.3 蝸輪蝸桿副的設(shè)計計算 雙導(dǎo)程蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別是雙導(dǎo)程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的導(dǎo)程，而同一側(cè)的導(dǎo)程那么是相等的，因此，該蝸桿

43、的齒厚從蝸桿的一端向另一端均勻地增厚或減薄。雙導(dǎo)程蝸輪副的嚙合原理與一般蝸輪副的嚙合原理相同。蝸桿的軸向截面相當(dāng)于根本齒條，蝸輪那么相當(dāng)于與其嚙合的齒輪。雖然蝸桿齒左右側(cè)面具有不同的齒距即不同的模數(shù)，但因同一側(cè)面的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件，當(dāng)軸向移動蝸桿后，也能保證良好嚙合。 查閱相關(guān)資料，直徑800mm的數(shù)控轉(zhuǎn)臺可以選取電機功率為3千瓦，蝸輪的轉(zhuǎn)速為，定位為20秒，預(yù)計蝸輪蝸桿的使用壽命為th=36000h。選取蝸輪的材料為ZCuSn10P1，砂模鑄造，選取蝸桿的材料為45鋼，外表高頻淬火。查表可知：青銅的根本許用接觸應(yīng)力為=200MPa 鋼的接觸疲勞極限應(yīng)力為1500 MPa，彎曲疲勞

44、極限應(yīng)力為430 MPa。蝸桿傳遞的功率為： ，式中 ，是聯(lián)軸器的傳遞效率，那么可知蝸桿傳遞的功率為。蝸輪傳遞的功率為： ，式中 ，是蝸桿傳動的傳遞效率，那么可知蝸輪傳遞的功率為。根據(jù)蝸桿傳動的齒面接觸疲勞強度來設(shè)計，其設(shè)計公式為 式中 ，所以可得， KA=1，。由于這里需要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，可取蝸桿頭數(shù)Z1=1，取傳動比為80。那么可知蝸輪的齒數(shù)為Z2=1*80=80，故可得 查表，可取d1=63，m=8，蝸桿直徑系數(shù)q=7.875，在z1=1，z2=80，d2=mz2=8x80=640mm。由此可以確定中心距為： 計算蝸桿的分度圓柱導(dǎo)程角 蝸桿的剛度計算蝸桿傳遞的轉(zhuǎn)矩為通過查閱相關(guān)可以查得，蝸桿

45、的的最大撓度的計算公式為： 式中， ， E=200*103MPa，I=d4f14/64mm44， L2=0.9*640mm=576mm， 那么有 y=d1 由此可得：yy成立，即可知蝸桿的剛度是滿足要求的。 查表可得，蝸桿的螺紋長度為L2取蝸桿的螺紋長度為130mm。綜上所述，本次設(shè)計的蝸輪蝸桿的相關(guān)幾何尺寸如下表所示： 名 稱 大 小中心距蝸桿的螺紋局部長度L=130mm蝸桿周詳模數(shù)或者蝸輪的端面模數(shù)m=8mm蝸桿頭數(shù)Z1=1蝸輪齒數(shù)Z2=80傳動比i=80蝸桿直徑系數(shù)齒頂高系數(shù)ha*=1蝸桿軸向齒距Px蝸桿導(dǎo)程Pz蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角=7。1413頂隙c=2mm蝸桿齒頂高ha1=8mm蝸桿齒

46、根高hf1=10mm蝸桿齒高h1=18mm蝸桿分度圓直徑d1=63mm蝸桿齒頂圓直徑da1=79mm蝸桿齒根圓直徑df1=43mm蝸輪分度圓直徑d2=640mm蝸輪喉圓直徑da2=656mm蝸輪齒根圓直徑df2=620mm蝸輪外徑de2=670mm蝸輪齒寬角2=。蝸輪齒根圓弧面半徑R1蝸輪齒頂圓弧面半徑R2蝸輪輪緣寬度B=54mm4 各主要零部件的加工工藝要求數(shù)控轉(zhuǎn)臺的主要工作原理是有伺服電機帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，然后有蝸桿通過蝸輪蝸桿副把運動傳遞給蝸輪，再由蝸輪傳遞給臺面，從而帶動在臺面上的工件旋轉(zhuǎn)。在傳動的過程中，數(shù)控轉(zhuǎn)臺的中心軸是不于蝸輪一起轉(zhuǎn)動的，也不轉(zhuǎn)遞運動，但是正個數(shù)控轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)運動都是以中心軸為中心的，所以中心軸在加工的時候必