题目组合机床回转工作台结构及控制系统设计院系机械工程学院
专业机械设计制造及其自动化
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组合机床回转工作台结构及控制系统设计
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摘要
目前，制造业所呈现给顾客的是一种不可预测的竞争，这主要表现在顾客需求量不断上升，还有就是世界的快速变化。当然，不可否认的是竞争变得越来越激烈了。组合机床完全可以被代表。尽管如此，世界在发展，组合机床行业在发展，这就必然要求组合机床的发展。换句话说，要想产品能够保证高质量，与其相对应的被使用的组合机床就必须淘汰传统模式的组合机床而朝向高精度，周期少等方向发展。所以柔性以及加工精度与可靠性的提高被认为是组合机床装备基本的发展目标。具体的体现在组合机床必须要用数控技术来进行控制，其主要原因是为了减少劳动力。
事实上，组合机床及其自动线的定义可以被认为是一种在机械与电气之间组合的在自动化方面比较高的工具和一种高质量的技术。有时候也会加工一些大中型的箱体，对一些孔进行相对应的加工，也会加工一些螺纹和平面等。技术在发展，现在主轴箱的更换还有刀具的更换，对夹具进行编码被广泛的用于主轴箱。当然，还会用数字进行控制或者可编程序控制器等工具，其主要目的是要使其在驱动系统甚至循环控制方面能随意的变化。不仅如此，还要求在加工过程中能够随时可变可调，使其具有灵活性。
关键字：组合机床，回转，工作台，系统，PLC，自动控制
ABSTRACT
At present,manufacturing industry presents to the customer is an unpredictable competitive, which is mainly manifested in the rise and rapid change of customer demand, is the world. Of course, it is undeniable that the competition is becoming increasingly fierce. Combination machine tool can be represented. In other words, to be able to guarantee high quality, combination machine tools to be used and the corresponding must combination machine out of the traditional mode and towards high precision, less cycle development. A specific embodiment must use digital technology to control the machine tool, the main reason is to reduce labor.
In fact, the definition of combination machine tools and automatic line can be considered as a combination between mechanical and electrical automation is high and a high quality technology. Sometimes the processing of large and medium-sized box, the corresponding processing for some hole, can also process some thread and plane etc.. The development of technology, now the spindle box replacement and replacement of cutters, the fixture coding is widely used in the spindle box.Not only that, but also requires the ability to keep a variable adjustable during processing, make its have flexibility.
Key Words: combination machine, rotary, working platform, system, PLC, automatic control
目录
1 概述 (1)
1.1 组合机床概述 (1)
1.2 回转工作台概述 (2)
1.3 回转工作台方案设计 (3)
2回转工作台的结构设计 (6)
2.1确定传动方案 (6)
2.2 齿轮传动设计 (8)
2.3 电液脉冲马达的选择 (9)
2.4 蜗轮蜗杆设计 (11)
2.5 轴的设计 (12)
3 PLC控制系统设计 (18)
3.1PLC概述 (18)
3.2 设计条件 (21)
3.3 设计的原理以及步骤 (22)
3.4 PLC控制的设计过程 (24)
总结 (28)
致谢 (29)
参考文献 (30)
1 概述
1.1 组合机床概述
在机械制造行业，组合机床设备被广泛的使用，当然，有时候还使用其他的工艺装备。例如模具和夹具，还有一些辅助道具等。使用这些主要是使劳动生产率能够改善和提高。在进行某一工序时，有时还会用到专用机床，它的使用就大大的增强了生产工件的质量和削弱了劳动的强度。但是专用机床只能对某一特定的工件进行某一特定的工序，如果要再进行别的工序，只能卸下重新进行安装，极大的延长了加工的时间。
这个时候就出现了组合机床。换句话说它是专用机床的更新版。组合机床可以概括分为两类。第一类是通用元件。其中它又由一些分别起着不同作用的部件组成，有支承部件和动力部件及控制部件与输送部件还有辅助部件等。下面详细介绍一下这五类：第一类就是动力部件。它的作用是当工件进行工作时，使工件运动的力或力矩，切削头和动力箱还有动力滑台是动力元件的组成。第二类是支承部件。支承部件被用于切削头与动力滑台的支撑。中间底座和侧底座与可调支架和立柱底座和立柱和支架是支承部件的组成。第三类是输送部件。该部件被用来使主轴箱到其加工部位，有时还会用于工件的传输。第四部分是控制部件。操纵工作台和电气柜以及液压站等都属于控制元件范围。第五部分就是辅助装置。排屑装置和冷却装置以及润滑装置共同组成了辅助装置[1]。
使用组合机床缩短了设计与制造周期，由于组合机床的通用化程度高，通用零部件都是经过生产实践考验多次反复修改定型的产品，使用性能稳定，有利于保证加工质量稳定，需要设计和制造的的只是少量专用零部件。提高了生产效率，可靠性和工艺性，因而可以组织成批生产，提高制造精度，降低机床成本，加快了专用机床的制造速度，
自动化程度高，便于维护，通用的易损件可以提前准备。当改变加工对象时，通用零部件可以重新利用，改装成新的专用机床，具有较为广泛的适应性和灵活性。
1.2 回转工作台概述
一般而言，多次回转时输送部件中起重要作用的就是分度回转工作台，它主要是用于一个工件由原来工作位置到另一工作位置。通常如果工件被一个工作位置进行装夹时，对应的其余的几个工作位置会一起对工件作用一个工位用作装夹工件，而其他的工作位置会一起对其进行工作。
回转工作台能够被广泛应用，其分类也是很多种的，例如一些气压传动或者是液压传动都是根据其传动方式的不一样进行分类的。按被加工工件的定位方式可分为：圆柱销或菱形销定位，圆锥销定位，反靠定位，齿盘定位和钢球定位等几种。
目前，星型传动分度回转台已经被得到了很广泛的应用，当然是在发达国家中。它主要是被用于当一个工位上装夹之后，能够使得工件可以绕着工作台轴线的方向作圆周式的输送，当输送到需要加工的工位之后，要根据不同的要求，使得各个需要加工的表面逐步进行加工。这种不仅能够对动力部件面和被加工工件的顶面进行加工，而且还可对五个面逐步进行加工的一台多工位的组合机床，很大程度上扩大了组合机床能够使用的范围。
回转工作台的定位精度是评价回转工作台的主要性能指标，往往取决于回转工作台的定位方式。当在对组合机床进行设计时，依靠于所加工的零件的精度来对回转工作台所要求的定位方式进行选取。
分度所需时间短、定位刚性好、工作安全可靠、精度保持时间长、分度定位精度高是对回转工作台的要求。通过应用发现每一个定位方式，使用钢球进行定位的，其定位
能力很好，具有良好的稳定性及可靠性等优点。然而，通过比较发现在一些常用零部件中，用齿盘进行定位的工作台技术在中国是获得良好口碑的。
1.3 回转工作台方案设计
根据以上所说的，重新对所设计的主要内容进行了分析，又充分考虑了所要求加工工件的一些要求，最终齿轮传动方式被选择使用。
回转工作台的夹具是设计回转工作台首先要考虑的因素。这类夹具经常用于中型或小型工件的多面多工序加工，在每一个工位上可以安装一个或多个工件。在夹具上设置专装卸工位，那样使得装卸的时间和机动的时间相重合，这样便提高了机床的生产效率。
机械和液压是回转工作台的两种传动方式。大型的回转工作台根据转盘的直径的大小可分为六种规格，分别是800毫米的回转台和900毫米的回转台以及1000毫米的回转台、1120毫米的回转台、1250毫米的回转台与1400毫米的回转台。它们有不同的工位数，分别为2、3、4、5与6和8、以及10和12八种。然而，500毫米与600毫米以及700毫米和800毫米则是小型的回转工作台。它们有不同的工位数。分别是3、4、5、6、8与9以及10和12这八种。这次要用直径是600毫米，工位数为4的回转工作台作为本次设计需要的工作台[2]。
设计回转工作台的时候应合理布置小夹具位置，尽力选用较小直径的转盘。小夹具定位的圆柱销孔常被应用于在转盘上，而在坐标镗床上加工是为了要保证加工的精确度。通常为了提高机床加工的精度，我们应该尽量在工作台的定位机构附近放置精加工的工位。
为有利于冷却和切削液的排除，相邻小夹具之间的距离必须足够大。在保证和其它部件无影响的前提下，根据需要，可以允许小夹具的局部超出工作面。在回转时有可
能会存在的碰撞问题，因此我们要更加注意回转中心和回转台中心不在一块的可能性。
通过减少不通过回转工作台中心的力来避免卧式机床回转台加工时产生的震动。
以上是对于回转工作台夹具的一些情况，为了满足以上的要求，现对回转工作台做
出详细的设计方案：
根据所掌握的只是和加工特点，带回转式油缸的分度机构的环形工作台被选为最为
合适的回转方式。为了实现精确的分度，本工作台使用齿轮分度的方式。回转工作台旋
转90度和油缸旋转450度为一个周期的原因是回转工作台有4个工位。传动比为
590
450==μ是因为我们采用了齿轮传动[3]。根据传动比的大小和所设计的特点，需要采用二级传动的传动方式。初设传动比2,5.221==μμ，第一级需要采用直齿轮传动的传
动方式，而第二级则需要采用渐开线蜗轮蜗杆的传动方式，具体的传动方式如图1.1所
示。
图1.1 传动图 在这次的设计回转工作台中，需要的主要技术参数是：
1）重复定位精度：0.005 mm
2）回转半径：600mm
3）电液脉冲马达转速：3000 rpm
4）电液脉冲马达功率：0.75kw 5）最大承载重量：100kg
6）总传动比：72.5
2 回转工作台的结构设计
2.1 确定传动方案
在组合机床上，回转工作台的作用是提供需要的转动自由度。之前的回转工作台都是只会有一个绕轴线转动的动作。但是在加工螺旋锥齿轮时，参数要经过好几次的调整。假如继续使用类似的回转台，必须多次调整其参数重新规定其位置，这种回转工作极大的影响了其布置精度，很不利于对自动化数控的加工。并且此转台具有单一的功能，很不适合复杂曲面的加工。所以，如果要满足多种功能的组合机床，就必须重新设计新型结构回转工作台。以适应市场的需要。它具有三个转动自由度，它既可以进行工件主轴的回转运动的动作，当然，也可以让工件处于上半球内的随意定位，目的是可以对其加工位置进行调整。
由于所设计的回转工作台是安放在改造后的组合机床的横向移动滑台上，所以结构尺寸被机床的一些结构给限制了。基本上它的高度大约是500mm，而直径大约不大于400mm。连接体、转台和轴承座以及齿轮是数控转台的主要组成部分[4]。步进电机是一种可以将数字输入脉冲转变成直线增量或旋转运动的电磁执行元件。在输入脉冲时，转轴就对应的有一个步距角的增量。但是电机总回转角与输入脉冲数会呈现正比例关系，所以转速的大小也是由输入脉冲频率来决定。
步进电机一般会用来对速度进行控制。相对的来说，它的精度较高，也较简单,会被用于机电一体化产品中。当然在对其进行选择时其输出功率大于负载的功率，因为只有这样才能允许工作进行。如果选用功率步进电机，要把负载转矩先计算出来。然后电机的矩频特性必须要适应其负载的要求，还要有余量目的是具有可靠性。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。
在对步进电机进行选择，步距角与机械系统要合理的进行对应。于是可以有一定的脉冲当量。如果在机械传动时需要有较小的脉冲当量，应该对其导程进行改变，然后还用细分驱动进行动作。但是细分仅仅对分辨率进行变化，其精度是改变不了的。这是根据精度的所属特性的原因。
回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成。传动装置的作用是进行传递工作台和原动机的运动和动力，当然，还可以进行分度的运动[5]。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。传动装置有两部分组成，一个是齿轮传动，另一个是蜗杆传动。
传动方案所满足的一些规定：
1）在结构工艺性上：紧凑化、简单化、经济适用性、工艺性和方便维护等。
2）工作性能的要求：保证工作可靠和传动效率高等。
3）工作条件要求：例如工作环境、工作制度、场地等。
4）在机械功能上：一些运动形式以及工作台的功率还有转速都要满足。回转工作台基本的传动路线是通过电液脉冲马达进行动力传递然后再齿轮传动，最后蜗杆传动。
介绍一下齿轮传动：
对于齿轮传动，一般它承载能力很高，运动的也比较平稳。其速度以及功率范围都很大，当然，它高效率，还有紧凑的结构。
介绍一下蜗杆传动：
1）传动比大多在分度机构中可以达1000以上。与其他的传动形式相比较，传动比相同时，它的机构尺寸小，因而结构更加紧凑。
2）传动平稳，蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，与蜗轮的啮合是相连续的。因此，传动更平稳，噪声较低。
3）可以自锁，当蜗杆的导程角不大于齿轮间的当量摩擦角时，如果蜗杆为主动件，
机构将发生自锁。这种蜗杆传动通常用在起重装置中。
4）相对来说，有不高的效率，成本昂贵，其滑动速度较高，从而其磨损较严重。
它的效率是0.7至0.8。但是蜗杆传动的效率大约0.4。一般蜗轮摩擦较严重所以它的材
料也比较好一些，用有色金属，这样做主要是增强其耐磨性[6]。
由此分析可得：将蜗杆传动用在传动系统的低速级，齿轮传动用在传动系统的高速级，
传动方案较为合理。
对于回转工作台，闭环与开环是其基本分类。两种型式各有特点：
开环形式又分为开环直线开与环回转工作台两类。进给机构都一样，都可以使用功
率步进电机和点液脉冲马达来驱动。
闭环回转工作台：闭环回转工作台与前的结构是基本一样的，但最大的不一样是闭
环可以对转动的角度进行测量。将结论反馈。并将其与指令值对比，然后对闭环进行工
作，这样其定位精度是相当大的[7]。
2.2 齿轮传动设计
根据前面所说，所选电机可知传动比设定为i=3，T=2.39N*m ，效率η=0.97。一般
都会以300工作日进行计算，它的使用寿命是10年。依靠GB/T10085—1988所说，应
该选用直齿圆柱轮。考虑到齿轮传动效率并不大，速度仅仅是中等，因此蜗杆用45号
钢；通常齿轮的硬度为45至55HRC ，目的是要增强其效率。应该要设计齿面接触疲劳
强度，再对齿根弯曲疲劳强度进行校核。传递转矩:m N N P T *=?=39.2/1055.91116。
依靠《机械设计》表6.6。对载荷系数进行选择，K 取1.2。表6-7对齿宽系数进行
选择，ψd 取1。依靠所选的45号钢，通常许用接触压力为：MPa H H 220][][21==δδ传
动比 31=i 。将以上参数代入公式： mm u KT u a d 88.323
139.22.1)220671()13()220671()1(32312=??+=+≥ψ （2.1） 1）标准中心距 m m Z Z m a 5.602
)(21=+= 2）模数49.122/88.32/11===Z d m mm ,取标准值m ＝1.5。
3）齿数取221=Z ，则 6612=?=i Z Z 。
4）其他主要尺寸：
齿顶圆直径： mm m d d a 36211=+=；mm m d d a 102222=+=
分度圆直径： mm mZ d 3311==；mm mZ d 9922==
齿宽：mm d b d 8.191=?=ψ, 取mm b b 30~25)10~5(12=+=,取mm b 301=。
查阅《机械设计》得复合齿形系数为12.41=FS Y ，96.32=FS Y 。则： MPa bmd Y KT FS F 6.7433
5.18.1912.41039.22.12231111=??????==δ （2.2） ][7.7112.49
6.36.7421212F FS FS F F MPa Y Y δδδ<=?=?
= （2.3） 弯曲强度足够。齿轮圆周速度 v=d 1×n×3.14＝3.68m/s
由《机械设计》确定第Ⅱ公差组为8级。而第Ⅰ、Ⅱ公差组也定为8级。齿厚偏差
选HK 。对于小齿轮来说，da1 为33mm ，实心式齿轮；对于大齿轮来说，da2 为99mm ，
腹板式齿轮。
2.3 电液脉冲马达的选择
如今，在很多机械加工中广泛采用电液脉冲马达来实现微量的进给运动。这是因为
电液脉冲马达可以直接采用数字量进行控制。其优点很多，例如很容易启动，价格低廉，
可以可靠定位，频率特性也很良好等。作为对于驱动单元来说，用电液脉冲马达。有简
单的机构，通常选用齿轮副等来对其间隙的不足进行补偿。
1）电液脉冲马达电机的选择：按照工作的要求和需要的条件选Y系列用途的全封闭式自扇冷鼠笼型三相异步电动机。
2）对其额定功率进行选择：马达的额定功率应不小于工作要求的功率。如果额定功率小于工作要求，就不能保证工作机器得正常工作，有可能使马达长期过载、发热大而过早损坏；而额定功率过大，则马达价格高，而且由于效率和功率因素低而造成浪费。工作功率是：即P＝FV/1000η KW；负载功率是：P＝Tn/9950η KW 。由式T＝150N/M, n＝36r/min,电机的工作效率为ηw＝0.97，代入上式得：P＝150×36/（9950×0.97）＝0.56 KW，通常输出功率是P0为P/η。η作为在电机和主动轴之间的效率。可知：齿轮传动的效率ηw为0.97；蜗杆传动的效率为ηw是0.8；但是对于一对滚动轴承的效率来说ηw=0.99。因此：
η= η1*η23*η3＝0.97×0.993×0.8＝0.75P0＝P/η＝0.56/0.75＝0.747 KW（2.4）一般电动机的额定功率为：Pm＝(1-1.3)P0＝(1-1.3)0.747
＝0.747～0.97 KW
可取电机额定功率是：Pm＝0.75 KW
确定电机转动速度：可以考虑机构传动的一些取值：蜗杆传动比为15-32；齿轮传动为3-5。于是总传动范围就为：i＝i1×i2，
即为：3×15/15×32＝45/160
电机转速的范围为：N＝i×n＝(45/160)×36＝1620/5760 r/min
通常会选择为了降低电机的价格和重量，选取常用的为3000r/min为其同步转度，而且是Y系列的电动机，其主要原因是让其价格下降[8]。
2.4 蜗轮蜗杆设计
根据上面所说的，电机的T 可以2.93N/M ，对于传动比取i 是3，而效率η是0.8。
处于对GB/T10085——1988的考虑，选择的传动方式为渐开式的线蜗杆蜗轮的。考虑到
蜗杆的传动效率不高，速度也只是中等，因此蜗杆用45号钢；一般都会淬火处理对那
些螺旋齿面，目的也很明显，使其耐磨性提高。蜗轮的材料一般选择铸锡磷青铜，用字
母表示Zcusn10p1。有时候在不影响其正常工作时，齿圈会选择青铜材料，目的是减少
材料的使用。
由闭式蜗杆传动基本设计原则的:传动中心距为322)][(H E Z Z KT a δρ
≥，要明确T2是
蜗轮上的转距。根据Z1取2，从而效率η是 0.8，T2是T 与η与i 的乘积，即为153.4N.M 。
由于稳定的工作载荷，可知载荷分布不均系数Kβ是1；由使用系数KA 表来选取
KA=1.15；因为转速不高，冲击不大，可以取动载系数KV=1.1。则：27.1==V A K K K K β。
材料是铸锡磷青铜的蜗轮，其要与蜗杆进行啮合。如果蜗杆分度圆的直径和传动中
心距的比值是d1/a= 0.30，就能知道接触系数Zρ是3.12。又可以依靠蜗轮的材料为铸锡
磷青铜，蜗杆齿面的硬度不小于45HRC ，可以知道蜗轮的许用应力是[σH]=268MPa 。由
于间歇性的运动会使得其寿命系数KHN ，即为0.92，从而：
[σH ]= KHN[σH]= 0.92×268= 246.56≈ 247MPa mm Z Z KT a H E 24)][(322=≥δρ
（2.5）
取中心距为a ＝50mm ，m ＝1.25mm 。蜗杆分度圆的直径为d1＝22.4mm ，从而可知其接
触系数为2.72，因为＜Zρ，因此以上的计算结果可用。
下面分别是计算蜗轮和蜗杆的主要尺寸参数：
蜗杆轴向齿距： PA ＝3.94mm
蜗轮齿数： Z2＝62
蜗杆齿顶圆直径：
*11232.2a a d d h m mm =+*= 分度圆直径： d1＝22.4mm
蜗杆直径系数： q ＝17.92
变位系数： Χ＝0
蜗杆头数： Z1＝1
分度圆导程角： γ＝3°11′38″
蜗轮rg2是： a-1/2 ，da2＝3.25
蜗杆轴向齿厚： Sa ＝1.97mm
验算传动比： i ＝2z /1z ＝62
蜗轮分度圆直径： d2＝mz2＝1.256277.5mm ?=
传动比误差是： 2/60＝0.033
蜗轮喉圆直径： da2＝d2+2ha2＝93.5 校核齿根的弯曲疲劳强度：][53.12212F Fa F Y Y m d d kT σσβ≤=
； （2.6）
322362/cos 3.1862o V Z Z COS γ=== （2.7） 由于Χ2是0，ZV2是62，取齿形系数，即31.22=Fa Y ,螺旋角的系数就是：
Yβ=1-γ/140°＝0.9773
许用弯曲应力： MPa K N F H F 32.4072.056]'[][=?==δδ ，是满足弯曲强度要求的。
2.5 轴的设计
轴也是组成机器的主要零件。一切需要作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上
才能进行动力和运动的传递。当然，提及到轴的功能也是很多的，但重要的作用还是起
支撑和传递的作用。
按照承受载荷的大小，可将轴分为传动轴、转轴、心轴3类。下面详细介绍这三种
轴的定义。对于传动轴来说，其仅仅承受转矩则不会承受弯矩的作用的，与其相反的是
心轴，仅仅承受弯矩但不承受转矩的作用，而如果都要承受的话，就属转轴了。当然，
这种轴应用也是较广泛的[9]。对于轴的分类也是很多的，根据轴线的形状就有了直轴与
曲轴。这里的直轴又可以进行分类，就有了阶梯轴和光轴，光轴相比来说结构很简单，
但是它很难进行定位，不方便，但是阶梯轴就不一样了，它有光轴没有的有点，广泛应
用在转轴中。
2.5.1 轴1的设计
对此回转工作台并没有提出什么特殊的要求，功率不大，所以选择常用的材料45
钢。正火处理根据表《机械设计》（北京理工大出版社）能得到MP B 600=σ，
MP MP 140,27511==--τσ。
根据《机械设计》（北京理工大出版社）由45钢可取得C 为110。安装齿轮处的轴
头直径为: mm T C n
P C d 9.860005082.014.32110602333=÷???===π 在这里取d=10mm .
由上所说的阶梯轴应用广泛，将其做成阶梯状，一根轴上要注意出现两个轴承的话，
要保持一个型号的。选择圆锥滚子轴承7302E 的内径是15mm ，它的宽度是14.25mm 。
与其进行配合的轴的直径是15mm 。根据手册可知定位端面的轴肩直径应该21mm 就可
以。选择间隙配合这种配合方式，但是轴承和齿轮之间就选择了过盈配合。齿轮和轴之
间选择用平键进行连接，用轴肩和轴环和套筒与轴端挡圈进行轴向方向的固定。
根据以上所述，现画出轴的结构草图，如图2.1所示：
图2.1 轴的结构草图 如下再按疲劳强度安全系数进行校核。首先要先作出轴的受力图，如图2.2所示。
图2.2 轴的受力图
求作用在轴上的各个力：
轴传递的转矩是：T ＝5082N/mm ；齿轮上的圆周力计算可得：
N N dm T F t 4.16960508221211=?== N N d T F t 1.25440508221212=?==
齿轮上的径向力计算得：
N F F t 66.6120tan 4.169tan 11=?== α
N F F r 65.507.34cos 6.61cos 111=?==δ
N F F a 1.357.34sin 6.611sin 11=?==δ
N tg F F t r 5.922022==
轴承支反力的计算：
在ZY 平面内分析力，如图2.3所示：
图2.3 ZY 面内轴承支反力 由图可得知R ay +R by=F t1+F t2， 以B 点为基点可作受力分析为：
25205.4712?+?=?ay t t R F F
得:R ay =347.27N ；R by =76.23N 。
在ZX 面内，分析力，如图2.3所示：
图2.3 ZX 面内轴的支反力
由图可得知 R ax +R bx =F r1+F r2。
以B 点为基点作扭矩分析 25205.4712?+?=?ax r r R F F
将数代入可得R ax =135.23N ，R bx =7.92N 画弯矩图ZY M 和XY M 以及合成弯矩图
2
2XY Z Y M M M +=，如图2.4所示：
引言 对数控回转工作台的设计主要是培养学生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，培养学生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。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，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。 培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的能力，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。 培养学生的设计计算、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。 使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，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。 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。 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，它的总的发展趋势是： 1．在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2．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； 3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 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。
三江学院 本科生毕业设计（论文） 题目双轴数控回转工作台设计 高职院（系）机械制造及自动化专业 学生姓名陶轶晟学号 G085152013 指导教师王志斌职称 起讫日期
目录 摘要 (3) 绪论 (4) 第一章数控回转工作台 1.1 数控回转的介绍 1．1 数控回转工作台的原理 (6) 1．2设计准则 (10) 第二章双轴工作台的总体的方案 2．1 样本的选择 (11) 2．2 双轴的工作台方案拟定 (12) 第三章双轴工作台的主要零件的设计 3．1 底板 (14) 3．2 定心轴 (14) 3．3 轴承的选用 (15) 3．4 为何回转台要用蜗轮副传动 (17) 注意事项 (22) 结论 (23) 参考材料 (24) 致谢 (25)
数控车床今后将向中高档发展，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奖大大增加。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，不对以上部分运用AUTOCAD作图，最后是对数控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
毕业设计主要是培养学生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，培养学生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。从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，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。培养学生独立工作、独立思考和综合所学知识的技能，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。 培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、参阅文献、外文资料的阅读和翻译、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。 使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦专研、勇于探索、具有创新意识和团队协作的工作作风。 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。
毕 业 论 文（设 计） 论文（设计）题目： 系 别：机电系 专 业: 机电一体化 完成时间: 目 录 一．毕业设计的目的 (3) 二．加工零件的分析……………………………………………… 三．加工工艺的编排与分析………………………………………
四．结构设计……………………………………………………… 五．各部件的计算与校核………………………………………… 六．整体的液压设计……………………………………………… 七．整体的电气控制设计………………………………………… 八．毕业设计总结………………………………………………… 九．主要参考资料………………………………………………… 一．毕业设计的目的 毕业设计是学生综合运用所学过的基本理论，基本知识与基本技 能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练， 其主目 的： （1） 培养学生综合分析的解决本专业的一般工程技术问题的独立 工作能力，拓宽和深化学过的知识 （2）培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握 工程设计的一般程序规范和方法。 （3）培养学生正确使用技术资料，国家标准，有关手册图册等工 具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 （4）培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，面向工作和 工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
二．法兰盘加工的回转工作台设计 （一）加工零件的分析 如此法兰盘为一个式厂常用件，加工精度要求不太高，但年需求量较大。 因此，加工此法兰盘时，首先，需要考虑的问题就是加工的生产效率。 1、采用通用机床夹加工此法兰盘时，加工的范围可以进行扩大，可以加工 出一系列的法兰盘，但通用机床的调整时间较长，装央与拆卸工件的时间较工， 使得法兰盘的加工效率无法进行提高。 2、专门化机床的工艺范围较窄，只能加工一尺寸范围内的某一类零件，完 成某一种特定工序，但生产效率较通用的机床高。 3、专用机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序，但 专用机床的加工效率是这三类机床中最高的。 因此专用机床较为适用了加工此类 法兰盘。 4、组合机床作为专用机床中的一种与通用机床的专门化机床相比较。 （1）组合机床由 70-90％的通用零部件组成，可以缩短设计和制造周期， 而且在需要的时候，还可以部分或全部改装。以组成适应新加工要求的设备就是 说组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。 （2）组合机床是按具体加工对象专门设计的，中以按最佳工艺方案进行加 工。 （3）在加工零件时，组合机床可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工 件进行加工，是实现集中工序，提高生产效率的最好途径，这也正是加工法兰盘 所需要的。 （4）组合机床是在工件一次装夹下用的轴实现多孔同时加工，有利保证各 孔相互之间的精度要求，提高产品质量，减少了工件工序间的搬运，改善了劳动
陕西国防工业职业技术学院 SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕业设计论文 题目水平回转工作台 专业机电一体化 班级机电3111班 姓名罗小亮 学号23311131 指导教师王刚
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 1.1概述 (4) 1.2数控回转工作台的发展及展望 (4) 1.3数控回转工作台的原理 (5) 1.4 设计要求及主要参数 (6) 1.4.1设计准则 (6) 第二章数控回转工作台的结构设计 (6) 2.1设计工作台的基本要求 (8) 2.2数控回转工作台传动方案的选择 (9) 2.3电机的选择 (11) 2.3.1选择步进电机的注意事项 (11) 2.3.2电机的参数计算 (11) 2.4齿轮的设计 (12) 2.4.1齿轮材料确定 (12) 2.4.2齿轮强度计算 (12) 2.4.3尺寸计算 (12) 2.4.4齿轮结构设计 (14) 2.5蜗轮蜗杆设计 (15) 2.6蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (16) 2.7轴的校核与计算 (18)
2.8联轴器的选择 (19) 2.9输入轴的设计 (20) 2.10蜗杆轴的设计 (25) 2.11轴强度的校核 (28) 总结 (30) 参考文献 (32) 致谢 (33)
摘要 数控机床在机械行业中扮演的角色越来越重要。特别是数控机床朝着大功率、高速度、高精度、高稳定性的方向发展，其可靠性已成为衡量其性能的重要指标。而数控回转工作台作为数控机床中不可或缺的部件，其精度已直接影响到机床的整体性能。为了提高效率，扩大机床制造范围，数控机床除了做三轴直线进给运动之外，通常还需要用数控回转工作台来做加工的圆周运动。由此来满足自动改变工件相对主轴的位置，让机床更好的对工件各个面的加工。配合数控系统的控制，数控回转工作台可以有效提高生产率，消除人为误差，提高加工精度。数控回转工作台主要是应用于数控铣床与数控镗床或加工中心，它主要是用于对板类、箱体等类似工件的不间断回转加工和多面加工。
《机电一体化系统设计》课程设计说明书题目数控回转工作台的设计 机械工程学院机械电子工程专业机电1302班201302170225号学生姓名肖鹏飞. 指导教师刘军安陈小异. 完成日期2016年12月09日.
湖南工程学院机械工程系
湖南工程学院 课程设计（论文）任务书 设计题目：数控回转工作台机电系统设计 姓名：肖鹏飞系别：机械工程专业：机械电子工程班级：1302 学号25 指导老师: 刘军安陈小异教研室主任谭季秋 一、设计要求及任务 1．设计任务 （1）总体设计 （2）机械系统的设计与计算； （3）控制系统设计：采用51单片机或FX2N PLC控制，步进电机驱动，转角输入与显示； （4）编写设计说明书。 2．设计要求 （1）正反旋转，回转角度0~360o；最大回转半径100mm, 最大承载重量20kg;工作台输出精度2mrad,具备自锁功能； （2）机械部分：A1装配图1张； （3）控制部分：硬件设计，程序设计。 二、进度安排及完成时间 1．设计时间：三周，2015年12月14日至2016年01月1日。 2．进度安排 第一周：布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，提出设计方案，进行设计。第二、三周：整理资料，撰写设计说明书，上交设计图纸、说明书（要求手写稿）。
目录 绪论 (6) 第一章数控回转工作台的原理与应用 (7) 1.1 数控回转工作台 (7) 1.2 设计准则 (8) 1.3 主要技术参数 (8) 1.4 本章小结 (8) 第二章数控回转工作台的部分原理及结构设计 (9) 2.1 步进电机的原理 (9) 2.2 传动方案传动时应满足的要求 (9) 2.3 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算 (10) 2.4 轴承的选用 (10) 2.5 轴承的游隙及轴上零件的调配 (11) 2.6滚动轴承的配合 (11) 2.7 滚动轴承的润滑 (11) 第三章控制系统设计 (12) 3.1 系统方案设计构成 (12) 3.2 单片机 (13) 3.3 光电耦合 (15) 3.4 环形分配器 (15) 3.5 功率放大器 (18) 3.6 程序 (20) 总结 (23)
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。 8.5.1 数控回转工作台 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。 图8-24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。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由 1一蜗杆 2一蜗轮 3、4一夹紧瓦 5一小液压缸 6一活塞 7一弹簧 8一钢球 9一底座 10一圆 光栅 11、12一轴承 蜗杆1传给蜗轮2。 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4和3，并在底座9 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6便压向钢球8，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7的作用下，钢球8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10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。 分度工作台只能完成分度运动，不能实现圆周进给。分度工作台的分度只限于某些规定的角度。鼠齿盘式分度工作台是一种应用很广的分度装置。鼠齿盘分度机构的向心多齿啮合应用了误差平均原理，因此能获得较高的分度精度和定心精度，其分度精度可以达1"~3"。 图8-25是某数控铣床的鼠齿盘式分度工作台。
安徽工程大学机电学院 本科毕业设计(论文)开题报告 题目:数控回转工作台的结构设计 课题类型：设计□实验研究□论文□ 学生姓名：吴明忠 学号：3080101118 专业班级：机械2074班 教学单位：机械与汽车工程学院 指导教师：王海 开题时间：2011年3月12日
2011 年3月12日 一、毕业设计内容及研究意义 本次设计任务是设计出数控回转工作台：1.数控工作台的总体设计，2. 数控工作台的机械结构设计，3.三维工作台的理论分析，4.数控工作台的有限元分析。首先应该了解所加工零件的基本情况，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。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。 本课题属于导师科研课题的部分内容，对于培养学生电路设计、机械计， 三维CAD等工程实践能力具有重要意义。在实际中工作台在机床上是必不可的 部件，工作台的自动化能大大减少劳动强度，提高劳动生产率。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。可用于支撑工件并使其作直线或回转等调整或进给运动，以扩大工作母机的使用性能，缩短辅助时间，广泛应用于能源，冶金，矿山，机械，发电设备，国防等行业的机械加工。 二、毕业设计的研究现状和发展趋势 1、研究现状 一个国家的繁荣与其先进制造业密切相关，然而制造是离不开先进机器作为辅助，机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等机械部件。工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的X—Y工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。 目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多功能性方向发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。例如：我国生产机床工作台的公司之一的烟台恒力数控机床附件有限公司生产的HLTK14系列数控可倾回转工作台（见下图），它可以实现用于数控机床和加工中心机床上，可利用原机床的两个控制坐标控制转台的回转和倾斜，也可
机电一体化-回转工作台的设计 二、设计任务及要求 设计题目：数控回转工作台的设计 1. 设计内容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度0～360°；最大回转半径400㎜；最大承载重量50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图1张（ 1号）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一张； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择: 由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造锡青铜，牌号为ZcuSn10Pb1
（三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγγ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8 11) 蜗杆全齿高:h = h + h =4+4.8=8.8 12) 顶隙:c =0.2m=0.8 13) 齿根圆半径:ρ =0.3m=1.2 14) 蜗杆齿顶圆直径:d =d +2 h =88 15) 蜗杆齿根圆直径:d = d -2 h =70.4 16) 蜗杆齿宽:b =95
目录 1 绪论 (2) 1.1 前言 (2) 1.2 课题来源 (2) 1.3 研究目的与意义 (2) 1.4 研究项目的现状及发展趋势 (2) 2 数控回转工作台原理 (3) 2.1 数控回转工作台 (3) 2.2 设计准则 (4) 2.3 主要技术参数 (4) 2.4 本章小结 (4) 3 数控回转工作台结构设计 (4) 3.1 传动方案的确定 (4) 3.2 齿轮传动的设计 (6) 3.3 伺服电机的选择及运动参数的计算 (8) 3.4 蜗轮及蜗杆的选用与校核 (9) 3.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (11) 3.6 轴的校核与计算 (12) 3.7 弯矩组合图 (13) 3.8 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 (14) 3.9 齿轮上键的选取与校核 (14) 3.10 轴承的选用 (14) 3.11 本章小结 (15) 4 数控技术发展趋势 (15) 4.1 性能发展方向 (15) 4.2 功能发展方向 (16) 4.3 体系结构的发展 (17) 4.4 智能化新一代PCNC数控系统 (18) 5 设计总结 (18) 6 参考文献 (19)
1 绪论 1.1 前言 加工中心最初是从数控铣床发展而来的。第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。 二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。 一台加工中心是由机床（机械部分）和控制系统（电气部分）两部分组成，机床是加工中星的主体，控制系统是加工中心的核心。 加工中心的主机通常是由三大基础部件组（床身、立柱和工作台）和主轴部件、刀具存储自动交换系统（ATC）及其它辅助功能部件组成。有的加工中心还具有托盘（工作台）自动交换系统（APC）。 1.2 课题来源 这次毕业设计的课题来源于自选课题——面向壳体零件的卧式加工中心工作台设计，目的是通过本次的设计工作，能够在对面向壳体零件加工的卧式加工中心的了解的基础上，实现对加工中心工作台的设计，并与同组人的对主轴部件、刀库、夹具的设计相应，最终设计出整个机床主要结构部件。此课题让我们有机会对机械设计方面的知识有一个系统的回顾，进一步加深学习。 1.3 研究目的与意义 毕业设计主要是培养我们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，培养我们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。培养我们的设计计算、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，使我们初步掌握科学研究的基本方法和思路。 本次毕业设计主要是解决卧式加工中心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。 1.4 研究项目的现状及发展趋势 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，它的总的发展趋势是： 1．在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2．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； 3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 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。 预计未来几年，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
回转工作台设计说明书 论文题目四工位回转工作台设计 学院机械工程学院 学号 姓名何凯星 教师杨岩 2014年1月
摘要 本次课程设计的题目是回转工作台设计。通过对回转工作台的设计，使大学生在步入社会之前，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。本课题研究的主要内容包括：确定回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；步进电机的选型；零件设计；零件图的绘制与三维模型建立；绘制装配图及运动仿真。 对于回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿不完全轮传动、槽轮传动或者直接采用步进电机实现分度；然后进行各零件的设计与校核；偏心轮与机架采用螺钉连接固定不动；工作台的平衡通过止推轴承来保证；采用直线导轨以实现夹紧与工件的定出；直线导轨端部用滚动轴承；工作太平面上设计了圆孔；最后，对各零件进行装配。 关键词：回转工作台；步进电机；直线导轨；滚动轴承；建模 目录 一、课程设计任务书 1、概述 (3) 2、回转工作台设计要求 (3) 3、设计任务 (5) 二、设计步骤 1、夹紧机构的设计 (5) 2、定位装置的设计 (6) 3、偏心轮设计 (7) 4、直线导轨的选型 (8)
5、轴承的选择 (8) 6、转动圆盘的设计 (8) 7、装配图 (9) 8、零件图的绘制 (10) 三、心得体会 (13) 四、参考文献 (15) 一、课程设计任务书 1、概述 回转工作台是检测仪器的主体部件，同时，它也是诸多设备如万能工具显微镜、坐标测量机、坐标镗、铣、磨、加工中心等重要部件或附件。 检测仪主要由一个四工位回转工作台和一个显微镜组成。显微镜固定在机架上部的竖直杆上，回转工作台主要由回转平台、回转台主轴及夹紧定位装置组成。工作台水平安置，台上装夹加工对象，回转运动由步进电机直接驱动。传动部分要能自锁，消除侧隙以保证精度要求，并有一定的传动精度和刚度，工作台上亦要有圆孔，以减轻工作台质量及材料成本。 2、回转工作台设计要求 1、性能参数 （1）主参数 工件质量：小于10g。 工件为塑料。
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
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 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.
前言 这次课程设计主要是培养学生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，培养学生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。通过机电一体化课程设计设计，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。 培养学生独立工作、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。 培养学生的设计计算、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。 使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，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。 本次课程设计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。 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，它的总的发展趋势是： 1．在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2．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； 3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 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。
《机电一体化系统设计》 课程设计说明书题目数控回转工作台的设计 机械工程学院 机械电子工程专业机电1302班201302170225号学生姓名肖鹏飞. 指导教师刘军安陈小异. 完成日期 2016年12月09日. 湖南工程学院机械工程系
湖南工程学院 课程设计（论文）任务书 设计题目：数控回转工作台机电系统设计 姓名：肖鹏飞系别：机械工程专业：机械电子工程班级：1302学号25 指导老师: 刘军安陈小异教研室主任谭季秋 一、设计要求及任务 1．设计任务 （1）总体设计 （2）机械系统的设计与计算； （3）控制系统设计：采用51单片机或FX2N PLC控制，步进电机驱动，转角输入与显示； （4）编写设计说明书。 2．设计要求 （1）正反旋转，回转角度0~360o；最大回转半径100mm,最 大承载重量20kg;工作台输出精度2mrad,具备自锁功能； （2）机械部分：A1装配图1张； （3）控制部分：硬件设计，程序设计。 二、进度安排及完成时间 1．设计时间：三周，2015年12月14日至2016年01月1日。 2．进度安排 第一周：布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，提出设计方案，进行设计。第二、三周：整理资料，撰写设计说明书，上交设计图纸、说明书（要求手写稿）。
组员任务胡增伟说明书排版、总结、查阅资料、任务分工曾宪机械部分计算、零件图、装配图 庞雨楠机械部分计算以及部分零件图 肖鹏飞控制部分系统设计 黄道福控制部分编程
目录 绪论 (5) 第一章数控回转工作台的原理与应用 (6) 1.1数控回转工作台 (6) 1.2 设计准则 (7) 1.3 主要技术参数 (7) 1.4 本章小结 (7) 第二章数控回转工作台的部分原理及结构设计 (8) 2.1 步进电机的原理 (8) 2.2 传动方案传动时应满足的要求 (8) 2.3 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算 (9) 2.4 轴承的选用 (9) 2.5 轴承的游隙及轴上零件的调配 (10) 2.6滚动轴承的配合 (10) 2.7 滚动轴承的润滑 (10) 第三章控制系统设计 (11) 3.1 系统方案设计构成 (11) 3.2 单片机 (11) 3.3 光电耦合 (13) 3.4 环形分配器 (14) 3.5 功率放大器 (16) 3.6 程序 (17) 总结 (21)
X-Y数控工作台设计 学生： 学号： 专业： 班级： 指导教师：
(600×600)方台面数控回转工作台设计 一、设计的目的 《数控机床》课程设计是一个重要的实践性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的： 1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其思想 知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。 2、通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设 计计算及选用的方式 3、通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控 制驱动方式 4、培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想 5、锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力 二、设计任务 设计X-Y数控工作台，主要参数如下： 设计一台数控回转工作台并开发其控制、驱动系统，工作台台面600×600mm，分辨率为δ=5分/step，承受最大载荷Tmax=1800Nm。 三、设计主要步骤 1、确定设计总方案 ⑴、机械传动部件的选择 ①、丝杠螺母副的选择 步进电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足初选0.005mm脉冲当量，因为定位精度±0.01mm，对于机械传动要有一定的精度损失，大约是1/3-1/2的定位精度，现取为1/2，滑动丝杠副无法做到，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。 同时选用内循环的形式，因为这样摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧凑，轴向刚度高。 由于定位精度不高，故选择的调隙方式是垫片调隙式，这种调隙方式结构简单，刚性好，
可任意分度的插齿机齿轮加工回转工作台的设计 THE DESIGN OF GEAR PROCESSING ROTARY TABLE ON RANDOM INDEXING GEAR SHAPER
摘要 插齿机作为齿轮加工机床的一种，已逐步体现出其加工的优越性，在滚齿机、铣齿机上无法加工的一些齿轮，如双联齿轮和内齿轮，在插齿机上可加工制造出来。在本课题的设计中，采用步进电机控制回转工作台的转角。在单片机的控制下，步进电机每秒钟发出的脉冲数决定了工作台的转位角度，使该插齿机成为真正意义上的可任意分度加工，进而可实现加工任意齿数的齿轮。 本课题所设计的回转工作台是用单片机作为控制系统来控制步进电机的转速，动力由步进电机发出，通过齿轮传动和蜗轮蜗杆传动，将动力传递到蜗轮上，蜗轮的转动再带动主轴转动，从而实现与主轴夹紧的工件的转动。所设计的回转工作台实用、简单、可靠、效率高。 关键词步进电机；回转工作台；单片机；任意分度
Abstract As one kind of the gear finishing lathes, the gear shaper has manifested the superiority in processing gradually, on the gear-hobbing machine, the gear cutter cann’t be true, for exampl- e,the twin gear and the annular gear, but they can be processed on the gear shaper. In this design, I use a step-by-step the electrical machinery to control the corner of rotary table.Under the control of monolithic integrated circuit, the number of pulse of the step-by-step electrical machinery each second can be sent out to decide the rotary table’s indexing angle, making the gear shaper to become the random indexing processing in the true sense .And then, the gear processing which is mentioned willfully might be realized. The rotary table designed in this topic is controled by the monolithic integrated circuit to control the rotational speed of step-by-step electrical machinery, the step-by-step electrical machinery send out the power firstly, through the gear drive and the worm gear worm drive, then the power is transmisted to worm gear , and worm gear-rotating makes the main axle rotate the same time, and then,it comes to be realized that the work piece clamped with main axle come to rotate.In my opinion，this design of the rotary table is practical, simple, reliable, and the efficiency is high. Keywords step-by-step the electrical machinery the rotary table the monolithic integrated circuit random indexing
------常州兰生我维修中心薛振东 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。 8.5.1 数控回转工作台 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。 图8-24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。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由 1一蜗杆 2一蜗轮 3、4一夹紧瓦 5一小液压缸 6一活塞 7一弹簧 8一钢球 9一底座 10 一圆光栅 11、12一轴承 蜗杆1传给蜗轮2。 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4和3，并在底座9 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6便压向钢球8，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7的作用下，钢球8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10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。 分度工作台只能完成分度运动，不能实现圆周进给。分度工作台的分度只限于某些规定的角度。鼠齿盘式分度工作台是一种应用很广的分度装置。鼠齿盘分度机构的向心多齿啮合应用了误差平均原理，因此能获得较高的分度精度和定心精度，其分度精度可以达1"~3"。 图8-25是某数控铣床的鼠齿盘式分度工作台。
回转工作台 技术说明 杭州泽军机电有限公司 2014年8月19日
1. 机床主要用途及组成 (1) 1.1 机床概述及主要用途 (1) 1.2 机床组成 (1) 2. 主要规格和技术参数 (1) 3. 主要结构及性能 (1) 3.1 机床总体布局 (1) 3.2 主传动系统 (2) 3.3 工作台组件 (2) 3.4 操作 (2) 3.5 液压系统 (2) 3.6 机床颜色 (2) 4. 机床工作环境 (2) 5. 检验标准 (2) 6. 供货范围 (3) 7. 主要外购件明细表 (4) 8.安装、调试 (4) 9.验收 (5) 10．培训 (5) 11.保修期及售后服务 (5) 12. 包装、运输与储存 (5) 13. 交货期 (5) 14. 总价格 (5)
回转工作台 技术说明 1. 回转台主要用途及组成 1.1回转台概述及主要用途 该回转台是我公司自主研发的产品，采用计算机辅助设计、有限元分析计算及优化设计方法，配置国内先进的功能部件，使回转台动静态刚度高，使用寿命长的机电一体化产品。 1.2组成 本机床主要由工作台、底座、减速箱，液压装置、电气装置等组成。 2. 主要规格和技术参数 2.1工件最大重量35 t 2.2工作台直径5000 mm 2.3工作台转速范围0.1～2 r/min 2.4主电机功率 15 kW 2.5 机床总重量(约) 约35 t 2.6 机床外形尺寸（长×宽×高）约6150×5000×600 mm 3. 主要结构及性能 3.1 机床总体布局 本机床由工作台，工作台底座，减速箱组成。减速箱与底座连接，形成刚性体，直接座落到地面上，保证传动时平稳可靠。 3.2 主传动系统 主传动由一套交流变频电机驱动，主电机通过减速器与变速箱实现工作台的回转运动。并结合主电机调频，实现工作台所需的转速范围。