一维数控工作台设计

科学中国人

2016年12月数控回转工作台设计与功能实现

沈茂林南兴装备股份有限公司摘要：数控机床是现代制造业中必不可少的设备，而数控回转工作台是数控机床实现加工零件的重要部件，同时是实现数控五轴联动加工的基础。因此了解数控回转工作台的原理，合理的设计数控回转工作台的各个部位，是实现数控机床正常加工的关键。本文通过对数控回转工作台的使用功能进行概述，分析数控回转工作台设计与功能实现的关键。使数控回转工作台的结构更加简单、控制部分相应简化，并可以方便地与其他控制程序软件结合,为数控机床的更好运行提供依据。关键词：数控机床；数控回转工作台；设计；功能引言制造业是一个国家发展的基石，如何提高机床制造业的发展水平成为当前主要面临的问题。数控机床是现代加工的重要手段，数控回转工作台的运行精度是数控机床的重要工作指标。对于高精度的机械加工，对于数控回转工作台的性能提出了极高的要求。通过对数控回转工作台设计与功能实现进行分析，可以有效的提出数控回转工作台的设计方法，为数控回转工作台的研究发展提出一些可行性建议。1.数控回转工作台概述数控回转工作台是一个集成系统，其主要组件包括床身、旋转轴、滑座、刀具给进装置以及动力装置等。其中床身是数控工作台的支撑结构。在床身上设置有相应的导轨结构，以保证工作台能够左右运动。床身的质量要求很高，必须使用高精度、不易变形的材料铸造。在设计床身时，必须在床身上设计回油系统，回油系统可以给数控工作台的液压元件供油，保证系统正常运行。旋转轴是数控工作台的定心装置。回转工作台进给装置包括涡轮、导程蜗杆、齿轮、电动机等动力及传动装备。这些装备保障了数控工作台的机械传动。刀具进给装置的传动装置应尽量精简，传动精度需非常准确。数控回转工作台的动力装置包括电力动力装置和液压动力装置。这两个动力装置共同提供工作台所需能量。2.数控回转工作台系统设计2.1整体方案设计数控回转工作台是数控机床的主要构件，一般来说，数控回转工作台的结构形式通常为箱体结构，这种结构能够有效的降低工作台承受的压力，同时能够提高机床刚度。数控回转工作台工作时，需要由系统的控制端输出相应的脉冲信号，脉冲信号传递至动力系统。通过动力系统中的点击与涡轮相互关联，从而可以实现回转工作台的分度转位功能。同时控制涡轮的导向蜗杆上的齿轮装置能够传输运动，从而使工作盘旋转运动。当点击接收到的脉冲命令完毕时，数控系统将逐渐控制回转工作台的运动速度，最终回转至想要到达的工位。2.2传动结构设计传动机构是数控回转工作台的重要附件。在进行传动结构设计时，首先需要给出的旋转工作台直径、高度、选台中心孔直径、工作台的槽的宽度、回转台旋转速度、允许载重以及最大钻孔直径等工作参数，进行相关参数的计算。计算所需参数后，根据参数选择型号以及进行回转工作台总结构参数的设定。在进行工作参数设定时，由于工作参数将直接影响回转工作台的工作精度，因此必须严格计算各部位的切削力和切削扭矩。考虑加工部件时可能受到的弹性变形和塑性变形。这些数据一般按照经验公式进行选取：M＝CMdx0MfyMKM×10-3Pm=Mω＝Mnπ30F＝CFd0xFfyFKF式中：M表示切削扭矩，Pm表示切削功率，F表示轴向受力。CM为扭矩计算系数；CF为轴向力计算系数；d0为钻头直径，单位为mm；f表示走刀量，KM、KF为切削力修正系数；ω为旋转角速度，rad/s。在进行蜗轮蜗杆设计时，需要精确计算涡轮之间的间隙，以保证良好的运动传送。因为在回转工作台运转时，涡轮之间的间隙将严重影响数控回转工作台的分度精度。选择正确的精度可以使各个齿轮之间保持良好的啮合关系。这样可以使回转台工作路径得到准确控制，可以使结构更为紧凑，发生故障时调整比较方便；同时可以避免切削时不连贯产生的振动。设计蜗杆时，需要先参考普通蜗杆的结构设计参数，然后根据图纸进行调节。

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目 录

摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ

1绪 论…………………………………………………………………………………………1

1.1我国数控车床的发展和产业化的现状及当今世界数控车床的发展的趋势……………1

1.2 C616数控步进改造设计的目的及意义……………………………………………………2

2总体方案设计……………………………………………………………………………5

2.1设计任务……………………………………………………………………………………5

3机械部分设计……………………………………………………………………………7

3.1进给系统的设计计算………………………………………………………………………7

3.2钻削力的计算………………………………………………………………………………9

3.3铣削力的计算………………………………………………………………………………11

3.4滚动导轨的选用……………………………………………………………………………13

3.5滚珠丝杆的计算和选用……………………………………………………………………14

3.6滚珠丝杠支座设计与计算…………………………………………………………………16

3.7确定齿轮传动比……………………………………………………………………………18

3.8确定齿轮模数及有关尺寸…………………………………………………………………22

3.9步进电机惯性负载的计算…………………………………………………………………25

4 系统硬件设计……………………………………………………………………………26

4.1确定硬件电路的总体方案………………………………………………………………27

4.2机床数控系统硬件电路设计……………………………………………………………29

4系统软件设计……………………………………………………………………………31

２００８年第６期

ｗｗｗ．ｂｒｉｃｋ－ｔｉｌｅ．ｃｏｍ２００８Ｂｒｉｃｋ＆Ｔｉｌｅ砖瓦

数控回转工作台的原理和设计

崔旭芳１周英２

（１燕山大学继续教育学院

，河北秦皇岛０６６００４；２海湾安全技术股份有限公司

，河北秦皇岛０６６００４）

摘要

：数控回转工作台是五轴联动的基础

，它能够实现回转轴与摆动轴的两坐标定位

。在三轴联动的数

控铣床上增加数控回转工作台

，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

。详细分析和说明了双回转工作台的分类

、结构

、工作原理和设计过程

。设计中采用了先进的电主

轴作为主轴系统的核心部件

，使机械结构更加简单

、控制部分相应简化

，并可以方便地与ＣＡＤ／ＣＡＭ结

合

，为数控机床的改造提供依据

。

关键词

：数控回转工作台

；结构

；原理

；设计

中图分类号

：ＴＵ５２２．０５文献标识码

：Ａ文章编号

：１００１－６９４５（２００８）０６－００２３－０５

１引言

近年来

，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需求

。机床制造业是一

国工业之基石

，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

，五轴联动数控机床系统反映了一个国家的工业发展

水平状况

。

２五轴联动机床简介及加工特点

数控机床加工某些零件时

，除需要有沿Ｘ

、Ｙ

、Ｚ三个坐标轴

的直线进给运动之外

，还需要有绕Ｘ

、Ｙ

、Ｚ三个坐标轴的圆周进

给运动

，分别称为Ａ

、Ｂ

、Ｃ轴

。

五轴联动机床也称五坐标机床

，它是在三个平动轴

（沿Ｘ

、

Ｙ

、Ｚ轴的直线运动

）的基础上增加了两个转动轴

（能实现绕Ｘ

轴

、Ｚ轴旋转运动

，即Ａ轴和Ｃ轴

），不仅可使刀具相对于工件

的位置任意可控

，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范

围内任意可控

，由此使五坐标加工工具有以下特点

：

ａ．可避免刀具干涉

，加工普通三坐标机床难以加工的复杂

- 1 - 目 录

目 录 ............................................................ - 1 -

第一章绪论 ....................................................... - 4 -

1.1 数控机床简介.............................................. - 4 -

1.2数控机床的特点 ............................................ - 4 -

第二章 数控回转工作台的原理与应用 ................................ - 4 -

2.1 数控回转工作台........................................... - 5 -

2.2 设计准则................................................. - 6 -

2.3 主要技术参数............................................. - 6 -

第三章：数控回转工作台的结构设计 ................................. - 7 -

3.1 传动方案的确定............................................ - 7 -

3.1.1传动方案传动时应满足的要求........................... - 7 -

3.1.2传动方案及其分析..................................... - 7 -

3.2齿轮传动的设计 ............................................ - 8 -