數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)

1、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計Design of NC rotary worktable 導(dǎo) 師:答辯人:高賈順專 業(yè):機(jī)械設(shè)計制造及其自動化1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計1.研究背景2.內(nèi)容提要3.設(shè)計要點4.運動仿真包括：2 2010年在北京舉辦的第11屆中國國際機(jī)床展覽會上，數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合機(jī)床在裝備制造業(yè)內(nèi)已呈現(xiàn)出大量推廣態(tài)勢，這類工作機(jī)床在各類制造業(yè)已經(jīng)普及應(yīng)用，并清晰地表達(dá)出時代特征與發(fā)展潮流。機(jī)床運動無論是并聯(lián)運動機(jī)床，還是串聯(lián)疊加機(jī)床，對大多數(shù)金屬加工機(jī)床來說，數(shù)控進(jìn)給復(fù)合運動的加工，是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動來實現(xiàn)。為了應(yīng)對日益增多的復(fù)雜零件加工、提高加工精度和效率，多軸機(jī)床和復(fù)合機(jī)床將會

2、進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。因此在現(xiàn)代加工中心的開發(fā)中，數(shù)控回轉(zhuǎn)臺的設(shè)計與制造，成為研制機(jī)床的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，同時也起著承載工作重量、夾持工件的功能，故要重視其創(chuàng)新設(shè)計。1.研究背景32.內(nèi)容提要 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計。通過對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計，使大學(xué)生在步入社會之前，不僅能夠設(shè)計出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，而且能夠掌握機(jī)械設(shè)計的方法和步驟。本課題研究的主要內(nèi)容包括：確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動方案；驅(qū)動力計算及其他相關(guān)計算；零件設(shè)計與校核；零件圖的繪制與三維模型建立；繪制裝配圖及運動仿真。 數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出各種球、

3、圓弧曲面等。回轉(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。目前，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床。 對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計，首先，進(jìn)行總體方案設(shè)計，傳動方案采用齒輪傳動和蝸桿傳動；然后進(jìn)行各零件的設(shè)計與校核，蝸桿與軸采用整體式結(jié)構(gòu)；蝸輪與工作臺采用螺釘連接；工作臺的平衡通過止推軸承來保證；箱體由箱座、箱蓋和頂蓋組成，其中箱體上設(shè)計了圓臺和加強(qiáng)筋；最后，對各零件進(jìn)行裝配。 43.設(shè)計要點 3.1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要技術(shù)參數(shù)3.2傳動方案的選擇3.3電機(jī)的選擇3.4齒輪設(shè)計3.5蝸輪蝸桿設(shè)計3.6軸系零部件的選用3.7軸的設(shè)計與校核3.8箱體的設(shè)計3.9裝配包括：53.1主要技術(shù)

4、參數(shù) 包括：（1）最大回轉(zhuǎn)半徑：275 mm（2）回轉(zhuǎn)角度：0360（3）回轉(zhuǎn)精度：003（4）最大承載重量100 （5）傳動比：6063.2傳動方案的選擇 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動方案有兩種：方案一為一級和二級都是齒輪傳動；方案二為一級齒輪傳動，二級蝸桿傳動。 7方案一的最大缺陷是： 1.總傳動比??； 2.占用空間大； 3.只能使工作臺完成回轉(zhuǎn)功能，無法使工作臺完成自鎖。而方案二： 雖然傳動效率低，但對方案一的三個缺陷都能克服，而且還能完成自鎖功能。所以數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為方案二。即：步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動蝸桿傳動工作臺。83.3電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)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

5、電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量。電機(jī)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。這一點對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺來說是非常重要的。所以選用步進(jìn)電機(jī)9 電機(jī)的類型選擇之后，就要選擇電機(jī)的型號。 先計算所需電機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)矩，然后根據(jù)電機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)矩。選取常用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)11BYG250D0502。下面這張表是這種步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù)。 103.4齒輪的設(shè)計 11首先，選擇齒輪傳動的類型與材料 1. 選用直齒圓柱齒輪傳動；2. 7級精度；3. 小齒輪和大齒輪材料均為45鋼（調(diào)質(zhì)）；4. 初步選取選小齒輪齒數(shù)Z=24，大齒輪齒數(shù)取Z=72，傳動比為i=3.12

6、 然后分別按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 利用公式 （1） 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為 （2）13 得到計算結(jié)果后，對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得到模數(shù)m=3.22,并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3mm,按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑 ，算出小齒輪齒數(shù) , 圓整后取 。 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 14確定模數(shù)和

7、齒數(shù)之后，進(jìn)行幾何尺寸計算 1）分度圓直徑2）中心距3）齒輪寬度 取153.5蝸輪及蝸桿的選用與校核 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（ZI）。2.選擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1,金屬模鑄造。163.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計 蝸輪齒數(shù) ;變位系數(shù) ；驗算傳動比 ,這時傳動比誤為 是允許的。蝸輪分度圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑蝸輪咽喉圓半徑 17包括: 1.軸承的選用； 2.鍵的選用。3.6軸系零部件

8、的選用 181.軸承的選用 傳動軸（軸2）選用圓錐滾子軸承30309 ，然后利用下面的公式，驗算軸承壽命 ： 從計算結(jié)果可以看出，所需的軸承壽命為10年，而計算的軸承壽命大于10年，所以選擇的軸承滿足要求。19同理可以選出其他軸承。輸入軸（軸1） 2x6006（深溝球軸承）；傳動軸（軸2） 2X30309（圓錐滾子軸承）；輸出軸（軸3） 2X30308（圓錐滾子軸承）和1X6006（深溝球軸承）。 202.鍵的選用1.輸入軸（軸1）與聯(lián)軸器相匹配的鍵為：圓頭普通平鍵8X30;2.輸入軸（軸1）與小齒輪相匹配的鍵為：圓頭普通平鍵10X40;3.傳動軸（軸2）與大齒輪相匹配的鍵為：圓頭普通平鍵15X45。213.7軸的設(shè)計與校核 這里以輸入軸為例。 首先計算出軸的最小截面直徑。然后圓整為：d=30mm。 然后按照最小截面直徑設(shè)計軸出各段直徑和長度。得：輸入軸22 各軸段的直徑和長度設(shè)計出之后按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度。 下圖為輸入軸（軸1）載荷分析圖 23 然后找出危險截面，并列出其水平面、豎直面的彎矩、總彎矩和扭矩。之后，計算危險截面的應(yīng)力。而軸的許用應(yīng)力為所以，危險截面的應(yīng)力小于許用應(yīng)力。因此，輸入軸的設(shè)計是合理的。同理可以設(shè)計和校核出傳動軸和輸出軸。24 各傳動零件