精密回转工作台设计
- 格式：doc
- 大小：920.50 KB
- 文档页数：30
下载文档原格式
合集下载
专用磨床回转工作台的结构设计
摘要随着制造业的迅速发展，传统的加工设备已无法承担加工高精度、复杂型面零件的要求，数控机床良好的加工精度和数控系统可满足此要求。
而国外的数控机床比较昂贵，其价格要比国内高50%~60%，结合市场调研和毕业设计的实际，进行磨床工作台结构设计。
针对数控磨床工作台存在的爬行、颤振现象，进给滚珠丝杠刚性低问题，确定了采用滚珠丝杠带动工作台，滚珠丝杠和电动机之间采用同步齿形带联接，工作台导轨贴塑，从而改善了润滑条件，同时也起到减振作用，MK1332数控外圆磨床的爬行、颤振现象得到有效解决，提高了零件加工质量；丝杠采用两端固定支承，滚动轴承背靠背组配，刚性可提高一倍。
位置检测装置采用高分辨率的脉冲编码器，通过半闭环控制测量工作台的直线位移。
工作台型面采用平面形式，减少工作台的质量、转动惯量，使系统有更快的响应特性。
本机床对提高加工质量和效率、缩短产品开发周期有积极的意义。
磨床是金属切削机床中的一个大类，以精度高.品种多著称，是能源.交通.冶金.航天.军工等行业精密加工必备的设备之一。
磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。
随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削和研制高精度、高刚性、多轴的自动化磨床等方向发展。
此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切削液或切屑外溅的现象。
我要设计的是磨床旋转工作台，其实也就是在设计摆线磨床。
该磨床具有加工效率高、工件质量好、设备成本大大降低的特点，而且结构简单、易于进行自动化控制。
关键词:目录摘要 (21)目录 (22)1绪论 (23)1.1研究背景及意义 (23)1.2本文研究内容 (25)2 专用磨床回转工作台的总体设计 (26)2.1拟定总体方案 (26)2.2转台轴承的选择 (27)2.3电机的选择 (29)2.4锁紧机构的设计 (31)3 专用磨床回转工作台的三维设计仿真 (33)3.1概述 (33)3.2零件的3D建模 (33)3.3装配图的3D建模 (33)总结 (33)参考文献 (33)1绪论1.1 研究背景及意义在机械加工中，磨床是通用机床的一个大类，适宜加工高精度的零件产品，它是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。
数控回转工作台设计说明
摘要本次毕业设计的题目是数控回转工作台设计。
通过对数控回转工作台的设计，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：确定数控回转工作台的传动方案；零件设计相关计算与校核；零件图及装配图的绘制等。
对于数控回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿轮传动和蜗杆传动；然后进行各零件的设计与校核，蜗杆与轴采用整体式结构；蜗轮与工作台采用螺钉连接；工作台的平衡通过止推轴承来保证；箱体由箱座、箱盖和顶盖组成；最后，对各零件进行装配。
数控机床的圆周进给由回转工作台完成，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、圆弧曲面等。
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。
目前，数控回转工作台主要用于卧式的镗铣床和加工中心上。
关键词：数控回转工作台,齿轮,蜗杆,箱体AbstractThe graduation project is the subject of design of CNC rotary worktable. With the NC rotary table design, making the students not only to design a CNC rotary worktable, but be able to master the mechanical design of the methods and procedures before they entered the community. The main content of this research include: determining the transmission scheme of CNC rotary worktable; part design and verification; part drawing and assembly drawing drawing, and so on.the design of NC rotary worktable, first of all, is the overall design, transmission scheme using a gear drive and worm drive; and then proceed to the design and checking of all parts, worm and shaft with the overall structure; worm gear screw connection with the table; the workbench balanced by the thrust bearing to ensure;box by box seat, cover and top cover, of which the box on the design of the round table and strengthen the tendons; finally, the assembly of various parts The circumference feed of the CNC machine tool to be completed by the rotary table, the rotary table can be used with the X, Y, and Z three axes linkage, thereby processing a variety of balls, the circular surface, and so on. The rotary table can achieve accurate automatic indexing, expanded CNC machining range. At present, the NC rotary table is mainly used for horizontal boring and milling machine and machining center.Keywords: NC rotary worktable, gear, worm, box目录插图清单 (V)插表清单 (V)第一章前言 (1)1.1 本课题的学术背景及理论与实际意义 (1)1.1.1 研究现状 (1)1.1.2 发展趋势 (2)1.1.3 数控转台的市场分析 (3)1.2 数控系统发展简史 (3)1.3 数控未来发展的趋势 (5)1.4 微观看改造的必要性 (5)1.5 数控化改造的优缺点 (6)1.6 数控回转工作台的功能 (6)1.7 数控回转工作台的分类 (7)1.8 数控回转工作台的工作原理 (7)1.9 数控回转工作台的组成 (8)1.10 本课题研究的内容 (8)1.11 设计准则 (9)1.12 主要设计参数 (9)第二章方案比较与选择 (10)2.1 传动方案的选择 (10)2.1.1 传动方案传动适应满足的要求 (10)2.1.2 传动方式特点 (10)2.1.3 传动方案及其分析 (11)2.1.4 传动方案的选择 (12)2.2 原动机的选择 (12)2.2.1 步进电动机 (12)2.2.2 伺服电机 (14)2.2.3 电液脉冲马达 (15)2.2.4 原动机选择 (16)2.3 回转台的选择 (16)2.4 机械部分的设计 (18)第三章零件的设计分析计算 (19)3.1 工作台箱体设计 (19)3.2 传动比的确定 (21)3.3 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算 (22)3.3.1 电液脉冲马达电机的选择 (22)3.3.2 选择电液脉冲马达的额定功率 (22)3.4 齿轮传动的设计 (23)3.4.1 选择齿轮传动的类型与材料 (23)3.4.2 按齿面接触疲劳强度设计 (23)3.4.3 按齿根弯曲强度设计 (25)3.4.4 几何尺寸计算 (27)3.4.5结构设计 (28)3.5 蜗轮及蜗杆的选用与校核 (29)3.5.1 选择蜗杆传动类型 (29)3.5.2 选择材料 (29)3.5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 (29)3.5.4 蜗杆与蜗轮的主要尺寸与参数 (31)3.5.5 校核齿根弯曲疲劳强度 (32)3.5.6 精度等级公差和表面粗糙度的确定 (33)3.6 轴的设计与校核计算 (33)3.6.1 求输出轴上的功率3P 、转速3n 和转矩3T (33)3.6.2 求作用在齿轮上的力 (33)3.6.3 初步确定轴的最小直径 (33)3.6.4 轴的结构设计 (34)3.6.5 按弯扭合成应力校核轴的强度 (37)3.6.6 结构设计 (37)3.7 键联接的选择 (38)3.7.1 键联接的类型 (38)3.7.2 键联接的尺寸 (38)3.7.3 键联接的强度验算 (38)3.8 轴承的选择 (39)3.8.1 轴承的类型 (39)3.8.2 轴承的尺寸 (40)第四章 结论与展望 (40)致谢 (42)参考文献 (43)附录A附加图、表 (44)插图清单图1-1 中国国际机床展览会数据统计 (1)图1-2 数控可倾回转工作台 (2)图2-1 传动方案 (11)图2-2 步进电机 (12)图2-3 伺服电机 (14)图2-4 电液脉冲马达 (16)图2-5 开环回转工作台 (17)图2-6 闭环回转工作台 (18)图2-7 总体设计原理图 (19)图2-8 数控回转工作台 (19)图3-1 工作台尺寸 (20)图3-2 工作台箱体图1 (21)图3-3 工作台箱体图2 (21)图3-4 一级齿轮传动 (23)图3-5 小齿轮 (28)图3-6 大齿轮 (28)图3-7 蜗杆轴装配方案 (34)图3-8 蜗杆轴受力分析 (35)图3-9 蜗杆轴的应力分析图 (36)图3-10 蜗杆轴 (37)插表清单表3-1 蜗杆轴危险截面应力 (37)表3-2 键联接的许用挤压应力[σp] 或压强[p] (39)第一章前言1.1 本课题的学术背景及理论与实际意义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、复合机床在装备制造业内已呈现出量大面广态势，这类工作母机在各类制造业已经普及应用，并清晰地表达出时代特征与发展潮流。
数控回转工作台设计毕业论文(含全套CAD图纸及ppt)
南昌工程学院毕业设计(论文)机械与电气工程学院系（院）机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）题目数控回转工作台设计学生姓名 xxxxxxxxxxxxxx班级 09机制（2）班学号 xxxxxxxxxxxx指导教师曾绍平完成日期2013年5月2日数控回转工作台设计NC rotary table design总计毕业设计（论文） 34 页表格 5 个插图 16 幅南昌工程学院本科毕业设计（论文）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。
本次主要设计方向是数控铣床中的数控回转工作台，我们对主要的零件进行了结构功能设计。
装配图、零件图用CAD软件绘制。
关键词：数控铣床数控回转工作台蜗杆传动AbstractAbstractThe NC machine is playing an increasingly important role in mechanism manufacture. The reliability is the main signal to measure its performance with the tendency of high power, high speed, high fidelity and high stability. However, the NC rotating table, as an inevitable part of NC machine, has affected its overall performance directly because of its high fidelity. In order to improve the optional efficiency and expand the technology scope of NC machine, the feed movement must follow X, Y, and Z coordinate axes as well as being accomplished by NC rotating table to finish its circular feed movement, to reach a purpose that enable the indexing automatically to change the position of machining work pieces with related spindle, and finally make the surface machining conveniently. Besides, improving productivity and machining fidelity, eliminating artificial errors, can also be realized when the NC rotating table is in conjunction with the control of NC system. It is, available to rotating and multi-faced machining, floor parts and boxes parts, mainly applied in NC milling machines and boring machines. The topic in my essay is primarily designed for NC rotating table of milling machines with key parts designing and checking, using the auto CAD software to render assembly drawing and parts drawing.Key Words: NC milling machines; NC rotating table; Worm transmission南昌工程学院本科毕业设计（论文）目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1概述 (1)1.2数控回转工作台的发展及展望 (1)1.3数控回转工作台的原理 (2)1.4 设计要求及主要参数 (3)1.4.1设计准则 (3)1.4.2本次设计中的一些主要参数 (4)第二章数控回转工作台的结构设计 (5)2.1设计工作台的基本要求 (5)2.2数控回转工作台传动方案的选择 (5)2.3电机的选择 (6)2.3.1选择步进电机的注意事项 (6)2.3.2电机的参数计算 (7)2.4齿轮的设计 (9)2.4.1齿轮材料确定 (9)2.4.2齿轮强度计算 (10)2.4.3尺寸计算 (13)2.4.4齿轮结构设计 (14)2.5蜗轮蜗杆设计 (15)2.6联轴器的选择 (18)2.7 输入轴的设计 (19)2.7.1 轴上参数计算 (19)2.7.2 输入轴结构设计 (23)2.8 蜗杆轴的设计 (23)2.8.1 轴参数设计 (23)目录2.8.1 轴强度的校核 (26)2.8.2涡轮轴结构设计 (26)2.9轴承的选择 (27)2.10箱体结构设计 (27)2.10.1箱体结构 (27)2.10.2箱体参数设计 (29)总结 (31)参考文献 (32)附录 (33)致谢 (34)南昌工程学院本科毕设计（论文）第一章绪论1.1概述数控铣床作为效率比较高的机械制造设备，现在应用的已经非常普遍了。
课程设计—回转工作台设计
1概述1.1数控加工中心的概述加工中心自问世至今已有30多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成。
1、基础部件。
它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。
这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。
2、主轴部件。
由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。
主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。
3、数控系统。
加工小心的数控部分是由CNC装置，可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。
它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。
4、自动换刀系统。
由刀库、机械手等部件组成。
当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。
5、辅助装置。
包括涡滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。
这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。
带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称转台或第四轴。
1.2数控回转工作台的发展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，高级采用动力型刀架，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长。
然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，它常被应用于卧式的镗床和加工中心上，可前进加工效率，完成更多的工艺，它重要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙打消和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。
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。
(600×600)方台面数控回转工作台设计
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，装卸方便。
由于工作台转速不高，故可以采用一般的安装方法，即一端固定，一端游动的轴承配置形式。
②、导轨副的选用要设计数控铣床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。
五轴数控机床回转工作台的设计
二、五轴数控机床回转工作台的技术参数
4、载重：考虑到加工工件的大小和重量，需要选择能够承受适当载重的回转 工作台。载重能力不仅要满足单次加工的需求，还要考虑到长期使用过程中的负 载变化。
二、五轴数控机床回转工作台的技术参数
5、运动轴数：五轴数控机床回转工作台具有五个运动轴，可以实现工件的旋 转、倾斜和移动。通过对各轴的精确控制，能够实现复杂空间曲面的加工。
内容摘要
数控回转工作台的设计流程包括需求分析、设计思路、图纸绘制、工艺流程 和质量控制等环节。首先，需要根据用户需求和市场调研结果进行需求分析，明 确产品的性能指标和功能要求；接着，按照设计思路进行整体方案设计，包括各 个部件的详细尺寸和规格；然后，进行图纸绘制，将设计方案转化为具体的工程 图；随后，制定工艺流程，包括材料选择、加工方法、表面处理等方面；最后， 进行质量控制，确保产品符合相关标准和用户要求。
三、五轴数控机床回转工作台的 设计流程
三、五轴数控机床回转工作台的设计流程
五轴数控机床回转工作台的设计流程主要包括以下几个环节： 1、设计理念与构思：结合实际生产需求，明确回转工作台的功能和特点，形 成独特的设计理念和构思。
三、五轴数控机床回转工作台的设计流程
2、结构分析：对回转工作台的结构进行详细的分析，包括工作台的布局、零 部件的选材和连接方式等，确保结构的合理性和稳定性。
二、五轴数控机床回转工作台的技术参数
6、驱动方式：回转工作台的驱动方式可采用电主轴驱动或齿轮传动。电主轴 驱动具有结构简单、维护方便的优点，但噪音和振动可能较大；齿轮传动具有更 高的刚度和承载能力，适用于重型切削。
二、五轴数控机床回转工作台的技术参数
7、冷却系统：为了降低切削温度和防止工件热变形，回转工作台应配备有效 的冷却系统，对切削区域进行充分冷却。
[工学]数控回转工作台设计毕业设计
[工学]数控回转工作台设计毕业设计1数控回转工作台的设计1 概要1.1 前言1.1.1 数控回转工作台的介绍数控机床是一种高效率的加工设备，当零件被装夹在工作台上以后，为了尽可能完成较多工艺内容，除了要求机床有沿X、Y、Z三个坐标轴的直线运动之外，还要求工作台在圆周方向有进给运动和分度运动。
这些运动通常用回转工作台实现。
a、数控回转工作台的主要功能有两个:一是实现工作台的进给分度运动，即在非切削时，装有工件的工作台在整个圆周进行分度旋转;二是实现工作台圆周方向的进给运动，即在进行切削时，与X、Y、Z三个坐标轴进行联动，加工复杂的空间曲面。
b、分度工作台只能完成分度运动，而不能实现圆周运动。
由于结构上的原因，通常分度工作台的分度运动只限于完成规定的角度(如45?60?或90?等)，即在需要分度时，按照数控系统的指令，将工作台及其工件回转规定的角度，以改变工件相对于主轴的位置，完成工件各表面的加工。
数控回转工作台在电火花线切割机床上的应用:电火花线切割加工已广泛用于国防和民用的生产和科研工作中，用于加工各种难加工材料、复杂表面和有特殊要求的零件、刀具和模具。
从工艺的可能性而言，现在的商品电火花线切割加工机床可分为三类:切割直壁二维型面的线切割加工工艺及机床;有斜度切割功能、可实现等锥角三维曲面切割工艺及机床;可实现变锥度、上下异形面切割工艺及机床。
上述X、Y和U、V四轴联动能切割上下异形截面的线切割机床，仍无法加工出螺旋表面、双曲面表面和正旋曲面等复杂表面。
如果增加一个数控回转工作台附件，工件装在用步进电机驱动的回转工作台上，采取数控移动和数控转动相结合的方式编程，用～角方向的单步转动代替或着配合Y轴方向的单步移动，即可完成上述这些复杂曲面加工工艺。
1.1.2 电火花加工的产生和加工原理电火花加工又称放电加工(electrical discharge machining, 简称EDM)，在20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产。
立式加工中心直线、回转工作台设计
摘要本文主要设计立式加工中心直线、回转工作台，工作台承担纵向X 和横向Y轴两个方向的移动及一个绕Z轴的转动。
设计内容包括：1.总体结构方案的拟定。
确定了工作台结构，方案拟定为纵向、横向两个方向移动的直线工作台，在直线移动工作台的T型槽中固定一个可拆卸夹具式数控回转工作台。
2.部件概述。
这一部分详细描述了在工作台设计过程中所用到的几个典型部件，如伺服进给系统、工作台、导轨，陈述选用这几个部件的原因和对它们的基本要求。
3.结构力学的设计计算。
结合给定的主要参数对伺服进给系统和回转工作台进行选择计算，得到必需的几何参数，基本确定工作台的结构尺寸。
4.工作台装配图与零件图的绘制。
清楚地表示工作台及其组成部分的连接、装配关系和其中主要零件结构、大小及技术要求。
关键词：加工中心，工作台，伺服进给系统，回转工作台。
AbstractIn this paper,It mainly designs the moving working table and NC rotary table of vertical machining centre.The tables can move along X-axis and Y-axis also can rotate around Z-axis. what's this pater content is as follows:1.Draft the overall scheme of the structure of the tables.the moving working table moves along X-axis and Y-axis is drawn up,of which in the T-typle groove the NC rotary table is fixed which can be removed and fixed easily like a jig.2.Descripe the typical components of vertical machining center.In this part, the components used in the design, such as servo feed system、tables and guide rails,are descriped respectively why choose them,and the require-ments for them.3.Design and calculate structural e the given main parameters to select and compute the components to get other indispensable parameters,then identify the physical demension of the tables4.Draw assembly drawings and part drawings.Express the connection the tables and their components、assembly relations，also the structures and the sizes of the main components、technical requirements, clearly.Key words: Machining Center, Working Table, Servo Feed System，Rotary Working Table目录摘要 (I)Abstract II目录 (III)第一章引言 ........................................................................ 错误！未定义书签。
夹具式数控回转工作台的设计
夹具式数控回转工作台的设计
夹具式数控回转工作台是一种用于加工薄板或轻质工件的高精度设备。
其设计思路是采用可调节夹具来实现工件的固定和旋转，以便完成各种精密加工工艺。
一般来说，夹具式数控回转工作台的设计要考虑以下问题：
1. 结构设计：选择传动结构、定位方式、支撑结构等，在保证稳定性和精度的前提下，减少结构复杂度和制造成本。
2. 夹具设计：夹具是夹持工件的关键组件，应该设计具有适应性和通用性强的夹具。
常见的夹具有液压夹具、气动夹具和机械夹具等。
3. 控制系统设计：数控回转工作台需要通过计算机控制旋转角度、旋转速度、加工参数等，因此需要一个完善的控制系统，并具有良好的人机界面，便于操作。
4. 辅助设计：为了适应不同加工需求，夹具式数控回转工作台还需要设计一些辅助装置，如多工位转台等，以实现自动化生产。
需要注意的是，夹具式数控回转工作台的设计需要满足高精度、高重
复精度和高速度等要求，并且还需要经过严格的验证和检验方能投入使用。
五轴数控机床回转工作台的设计
文章编号:1001-2265(2009)06-0099-03收稿日期:2008-11-05;修回日期:2009-04-15作者简介:刘新宇(1972—),男,辽宁辽阳人,中信戴卡轮毂制造股份有限公司技术部工程师,主要从事铝合金轮毂的加工工艺及设备的研究,(E-mail )liuxinyu@dicastal .com 。
五轴数控机床回转工作台的设计刘新宇(中信戴卡轮毂制造股份有限公司技术部,河北秦皇岛 066003)摘要:双轴数控回转工作台是五轴数控机床的基础部件,它能够实现C,A 轴的回转进给与定位。
在三轴联动的立式数控铣床上增加双轴数控回转工作台,并通过数控改造使之成为五轴数控铣床是扩展机床使用功能的简捷方式。
文章介绍了回转工作台的结构与工作原理,重点讨论了双螺距渐厚蜗杆调隙结构、回转台与摇摆台的回转锁紧装置的结构设计。
关键词:五轴数控机床;数控回转工作台;结构;中图分类号:TG659.023.1 文献标识码:BRot a ti n g Table D esi gn for 5Ax is Nu m er i ca lM ach i n e ToolL IU Xin 2yu(C I TI A D icastalW heelManufacturing L td .,Q inhuangdao Hebei 066003,China )Abstract:22axis table is one of the basic components in 5axis nu merical machine t ool,which enables the r ota 2ting feed and all ocati on bet w een A and C axis .Adding the 2axis r otating table t o the 3axis vertical numerical m illing machine and digitalizati on are key step s t o turn the vertical machine t ool t o a 5axis m illing machine .This thesis intr oduces the structure and p rinci p le of r otating table,with e mphasis of r otating table and l ocking mechanis m.Key words:5axis m illing machine;digital contr ol table;structure0 引言五轴数控机床除了有X 、Y 、Z 三个直线进给轴之外,还有两个回转进给轴,由于能在一次装夹中,可以加工出除定位面之外五个加工面,尤其是可对复杂的空间曲面进行高精度自动加工,所以普遍认为五轴数控机床是叶轮、叶片,螺旋桨、水轮发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等零件加工的唯一手段,也适宜汽车、飞机上各种结构件模具的加工。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精密回转工作台设计目录前言 (1)第一章：精密回转工作台的原理与应用 (3)1.1 精密回转工作的原理 (3)1.2 设计准则 (4)1.3 主要技术参数 (4)1.4 本章小结 (4)第二章：精密回转工作台的结构设计 (5)2.1 传动方案的确定 (5)2.2齿轮传动的设计 (6)2.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (9)2.4 直流伺服电动机的选择及运动参数的计算 (11)2.5 轴承的选用 (12)2.6 加紧机构的计算 (13)2.7 本章小结 (14)第三章控制系统硬件设计 (16)3.1 CPU板 (16)3.2 驱动系统 (17)3.3 传感器和人机界面 (17)3.4 本章小结 (17)第四章控制系统软件设计 (18)4.1 总体方案 (18)4.2 键盘扫描的程序 (18)4.3 数码管显示程序 (19)4.4 智能化新一代PCNC精密系统 (19)第五章精密技术发展趋势 (20)5.1 性能发展方向 (20)5.2 功能发展方向 (20)5.3 体系结构的发展 (21)5.4 智能化新一代PCNC精密系统 (21)第六章总结 (22)参考文献 (22)前言这次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。
通过机电一体化毕业设计设计，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。
本次毕业设计设计主要是解决精密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。
目前精密回转工作台已广泛应用于精密机床和加工中心上，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精密转台。
精密转台的市场分析：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精密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。
第一章精密回转工作台的原理与应用精密机床的圆周进给由回转工作台完成，称为精密机床的第四轴：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，扩大了精密机床加工范围。
1.1精密回转工作台精密回转工作台主要用于精密镗床和铣床，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。
1-电机；2-小齿轮；3-偏心套；4-大齿轮；5-柱销；6、7、8、11-轴承盖、套筒；9-蜗杆；10-蜗轮；12、13-加紧瓦；14-油缸；15-活塞；16-弹簧；17-钢球；18-光栅；如图所示为闭环精密转台的结构图，该精密转台用直流伺服电机1通过减速齿轮2和4带动蜗杆9，通过蜗轮10使工作台回转。
为了尽量消除反向间隙和传动间隙，通过调整偏心环3来消除齿轮2和4啮合侧隙。
齿轮4与蜗杆9是靠楔形拉紧圆柱销5（A一A剖面）来连接。
这种连接方式能消除轴与套的配合间隙。
工作台的转角位置用光栅18测量，测量结果发出反馈信号与精密装置发出的指令信号进行比较，若有偏差经放大后控制伺服电机朝消除偏差的方向转动，使工作台精确定位，，台面的锁紧用均布的8个小油缸14来完成，需要加紧时油缸上腔进压力油，活塞15下移，通过钢球17，推开夹紧块12及13，将蜗轮夹紧。
当工作台需要回转时，精密系统发出指令，夹紧液压缸14上腔的油流回油箱，钢球17在弹簧16的作用下向上抬起，夹紧块12和13松开蜗轮，这时蜗轮和回转工作台可按照控制系统的指令作回转运动。
回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承，并由圆锥滚子轴承及圆锥孔双列圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。
工作台支撑在镶钢滚柱导轨上，运动平稳且耐磨。
1.2设计准则我们的设计过程中，本着以下几条设计准则：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；9）根据性能组合选择材料；10）零件与整体零件之间精度的进行选择；11）功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求。
1.3主要技术参数（1）工作台直径：400mm；（2）工作台水平回转0-360度，分度精度≤2”；（3）工作台倾斜角度0-90度，分度精度≤2”；（4）台面端跳2UM；（5）转台驱动方式：手动带微调，转动灵活，快速（6）最大载荷：300N（7）重复定位精度≤±1”1.4 本章小结主要简单介绍毕业设计题目（精密回转工作台）和其发展概况，设计背景、工作原理、设计参数也作了进一步的说明。
第二章：精密回转工作台的结构设计2.1传动方案的确定如图，采用电机带减速动齿轮传动，带动涡轮蜗杆转动，从而使工作台转动2.1.1伺服电动机的原理伺服电动机（servomotor）用作自动控制装置中执行元件的微特电机。
又称执行电动机。
其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。
伺服电动机分交、直流两类。
交流伺服电动机的工作原理与交流感应电动机相同。
在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf接一恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电动机运行的目的。
交流伺服电动机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于10％～15％和小于15％～25％）等特点。
直流伺服电动机的工作原理与一般直流电动机相同。
电动机转速n为n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j式中E为电枢反电动势；K为常数；j为每极磁通；Ua，Ia为电枢电压和电枢电流；Ra为电枢电阻。
改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法。
在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。
直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。
2.1.2.传动方案传动时应满足的要求精密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，原动机采用直流伺服电机，工作台为T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和涡轮蜗杆传动组成。
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。
2.1.3.传动方案及其分析精密回转工作台传动方案为：直流伺服电机——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。
蜗杆传动有以下特点：1．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，对于精密回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环回转工作台。
两种型式各有特点：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，都可以用步进电机来驱动。
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。
2.2 齿轮的设计1、选用传动比：先选为21）选用直齿圆柱齿轮传动；2）精密机床速度高，要求精度高，故选6级精度；3) 材料选择，小齿轮材料选35CRALA(调质后氮化)，硬度为65HRC,大齿轮材料18CRMNTI(渗碳后淬火)硬度为60HRC ；4) 选小齿轮齿数Z 1=20，大齿轮齿数为40。
2、按齿面接触强度设计d 1t ≥2.32322])([))(1(1H dU ZE U KT σΦ± (1)确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数Kt1=1.2；2) 计算小齿轮传递的转矩T 1=21max n in T =98.099.01860000⨯⨯=3.37N.m 3）选取齿宽系数，小齿轮做悬臂布置，d Φ=0.4； 4）材料的弹性影响系数Z E =189.8Mpa 21；5）按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=1200Mpa,大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=800Mpa ；6）接触疲劳寿命系数K HN1=1,K HN2=1；7） 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数为S=1[σH ]1=1200Mpa, [σH ]2=800Mpa.(2)计算1）算小齿轮分度圆直径d 1t ,代入[σH ]中较小的值代入各数值的d 1t ≥2.32322])([))(1(1H dU ZE U KT σΦ±=22mm 2）计算圆周速度VV=10006011⨯tn d π=1.382m/s3)计算齿宽bb=d Φ.d 1t =0.4⨯22=8.8mm4)计算齿宽与齿高之比hb . 模数 m t ==2022 1.1mm 齿高 h=2.25m t =2.25³1.1=2.475mmh b =475.28.8=3.5 5）计算载荷系数根据V=1.382m/s ，6级精度，查的动载系数Kv=1.02. 直齿轮 K H α=K F α=1.0.查表的使用系数K A =1；用插值法查得6级精度，小齿轮相对支撑悬臂布置时 K H β=1.139. 由h b =3.556 K H β=1.139得K F β=1.09. 故载荷系数 K=K A ³K V ³K H α³K H β=1³1.05³1³1.139=1.1976）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径d 1=d 1t 332.1197.122=Kt K =21.98mm 7)计算模数m m=11z d =2098.21=1.099mm 3按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为M ≥32][112F dZ YFaYSa KT σΦ （1） 确定公式内的各计算数值1） 查表得小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE1=800Mpa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE2=700Mpa ；2）查得弯曲疲劳寿命系数K FN1=0.9, K FN2=0.95; 3） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数。