《數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計報告》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計報告（19頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 目錄 1 緒論 3 1.1 前言 3 1.2 課題來源 3 1.3 研究目的與意義 3 1.4 研究項目的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3 2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理 4 2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 4 2.2 設(shè)計準(zhǔn)則 5 2.3 主要技術(shù)參數(shù) 5 2.4 本章小結(jié) 5 3 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 3.1 傳動方案的確定 5 3.2 齒輪傳動的設(shè)計 7 3.3 伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算 9 3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 10 3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 12 3.6 軸的校核與計算 13 3.7 彎矩組合圖 14 3.8 根據(jù)最大危險截

2、面處的扭矩確定最小軸徑 15 3.9 齒輪上鍵的選取與校核 15 3.10 軸承的選用 15 3.11 本章小結(jié) 16 4 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 16 4.1 性能發(fā)展方向 16 4.2 功能發(fā)展方向 17 4.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 18 4.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) 19 5 設(shè)計總結(jié) 19 6 參考文獻(xiàn) 20 1 緒論 1.1 前言 加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置，從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進(jìn)行銑削、鉆削、鏜

3、削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。 二十世紀(jì)70年代以來，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進(jìn)行多孔加工。 一臺加工中心是由機床（機械部分）和控制系統(tǒng)（電氣部分）兩部分組成，機床是加工中星的主體，控制系統(tǒng)是加工中心的核心。 加工中心的主機通常是由三大基礎(chǔ)部件組（床身、立柱和工作臺）和主軸部件、刀具存儲自動交換系統(tǒng)（ATC）及其它輔助功能部件組成。有的加工中心還具有托盤（工作臺）自動交換系統(tǒng)（APC）。 1.2 課題來源 這次畢業(yè)設(shè)計的課題來源于自選課題——面向殼體零件的臥式加工中心工作臺設(shè)計，目的是通過本次

4、的設(shè)計工作，能夠在對面向殼體零件加工的臥式加工中心的了解的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對加工中心工作臺的設(shè)計，并與同組人的對主軸部件、刀庫、夾具的設(shè)計相應(yīng)，最終設(shè)計出整個機床主要結(jié)構(gòu)部件。此課題讓我們有機會對機械設(shè)計方面的知識有一個系統(tǒng)的回顧，進(jìn)一步加深學(xué)習(xí)。 1.3 研究目的與意義 畢業(yè)設(shè)計主要是培養(yǎng)我們綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)我們建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。培養(yǎng)我們的設(shè)計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實踐能力，使我們初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。 本次畢業(yè)設(shè)計主要

5、是解決臥式加工中心數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機械機構(gòu)的設(shè)計與計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。 1.4 研究項目的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是： 1．在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺； 2．在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力； 3．在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達(dá)到

6、每年600臺左右。 預(yù)計未來幾年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長。 2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理 數(shù)控機床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四軸：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、圓弧曲線等?；剞D(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，擴大了數(shù)控機床加工范圍。 2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 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

7、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(jìn)給軸聯(lián)動。 圖2-1為自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺。它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺的運動是由伺服電動機，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿-蝸輪帶動。 圖2-1 1—工作臺 2—滾柱導(dǎo)軌 3、4—夾緊瓦 5—小液壓缸 6—活塞 7—彈簧 8—鋼球 9—圓光柵 10—雙列圓柱滾子軸承 11—圓錐滾子軸承 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

8、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向裝有8對夾緊瓦4和3，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸5。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞6便壓向鋼球8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧7的作用下，鋼球8抬起，夾緊瓦將蝸輪松開。 回轉(zhuǎn)工作臺的導(dǎo)軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承11及雙列向心圓柱滾子軸承10保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。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。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實際測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補償角度的位置和補償?shù)闹担洃浽?/p>

9、補償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵10發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。 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，然后由圓光柵或編碼器發(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(jìn)給運動。 2.2 設(shè)計準(zhǔn)則 1）分析原理和性能 2）判別功能載荷及其意義 3）功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 4）提高合理的應(yīng)力分布和剛度 5）重量要適宜 6）應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 7）根據(jù)性能組合選擇材料 8） 零件與整

10、體零件之間精度的進(jìn)行選擇 2.3 主要技術(shù)參數(shù) （1）回轉(zhuǎn)半徑：315 mm （2）重復(fù)定位精度：0.005 mm （3）電機功率0.5 kw （4）電機轉(zhuǎn)矩 8.0 N.M （5）總傳動比：72.5 （6）最大承載重量100㎏ 2.4 本章小結(jié) 主要簡單介紹畢業(yè)設(shè)計題目（數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺）和其發(fā)展概況，設(shè)計背景、工作原理、設(shè)計參數(shù)也作了進(jìn)一步的說明。 3 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 傳動方案的確定 3.1.1 驅(qū)動方式選擇 由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的控制精度要求較高且工作功率不大，動力源應(yīng)選擇微特電機。可選步進(jìn)電機或伺服電機。由于本工作

11、臺設(shè)計為閉環(huán)控制，故開環(huán)的步進(jìn)電機不合適，選用用于閉環(huán)控制中的，廣泛使用的交流伺服電動機： 交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似.其定子上裝有兩個位置互差90的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為

12、了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當(dāng)有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉(zhuǎn)。交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有

13、三個顯著特點： 1、起動轉(zhuǎn)矩大：由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0＞1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的特點?！? 2、 運行范圍較廣　　 3、 無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線）　　 交流伺服電

14、動機的輸出功率一般是0.1-100W。當(dāng)電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當(dāng)電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。交流伺服電動機運行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。 3.1.2 傳動方案傳動時應(yīng)滿足的要求 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原動機采用電液脈沖馬達(dá)，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動

15、和蝸桿傳動組成。 合理的傳動方案主要滿足以下要求： （1）機械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。 （2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 （4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟合理等。 3.1.3 傳動方案及其分析 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：伺服電機——齒輪傳動——蝸桿傳動——工作 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效

16、率高，結(jié)構(gòu)緊湊。 蝸桿傳動有以下特點： 1．傳動比大在分度機構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機 構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。 由以上分析可得：將

17、齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。 同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。 兩種型式各有特點： 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進(jìn)給機構(gòu)一樣，都可以用點液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機來驅(qū)動。 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。 3.2 齒輪傳動的設(shè)計 由于前述所選電機可知T=2.39N.M傳動比設(shè)定為i=3，效率η=0.97工作日

18、安排每年300工作日計，壽命為10年。 3.2.1 選擇齒輪傳動的類型 根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動的形式。 3.2.2 選擇材料 考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。 3.2.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 先按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。 傳遞轉(zhuǎn)矩T1=9.55*106P1/N1=（9.55*1060.75/3000）=2.39N.M 載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，查表 取K=1.2 齒寬系數(shù)ψd: 查表 取ψd=1 許用接觸

19、壓力［δH］：［δH］=［δH2］=220Mpa 傳動比i=3 將以上參數(shù)代入公式 d1≥32.8mm 3.2.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 1）齒數(shù) 取Z1=22，則Z2=iZ1=322=66,取Z2=66。 2）模數(shù) m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5。 3）中心距 標(biāo)準(zhǔn)中心距 α=0.5m(Z1+Z2)=66mm 4）其他主要尺寸 分度圓直徑：d1=mZ1=1.5*22=33mm, d2=mZ2=1.5*66=99mm 齒頂圓直徑：da1=d1+2m=33+2*1.5=36mm,

20、 da2=d2+2m=99+2*1.5=102mm 齒寬：b= ψdd1=0.6*33=19.8mm, 取b2=b1+(5-10)=25-30mm,取b1=30mm。 3.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度 δF=2KT1YFS/bd1m≤［δF］ 復(fù)合齒形系數(shù)Ys：由X=0（標(biāo)準(zhǔn)齒輪）及Z1 、Z2查表得YFS1=4.12，YFS2=3.96則 δF1=2KT1YFS1/bmd1=2*1.2*2.39*103*4.12/(19.8*1.5*33)=74.6Mpa＜［δF1］=314.28Mpa δF2=δF1YFS2/YFS1=(74.6*3.96/4.12)Mpa=71

21、.70MPa＜［δF2］=300Mpa 彎曲強度足夠。 3.2.6 確定齒輪傳動精度 齒輪圓周速度v=d1nπ/(60*1000)=3.14*72.5*970/(60*1000)=3.68m/s 由表確定第Ⅲ公差組為8級。第Ⅰ、Ⅱ公差組也定為8級，齒厚偏差選HK 3.2.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 小齒輪 d1=33mm da1 =36mm 采用實心式齒輪 大齒輪 d2=99mm da2 =102mm 采用腹板式齒輪 3.3 伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算 3.3.1伺服電機的選擇 按照工作要求和條件選交流伺服電機。 20世紀(jì)

22、80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅(qū)動器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機伺服驅(qū)動。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有：　　 ⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低?！　? ⑵定子繞組散熱比較方便?！　? ⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。　　 ⑷適應(yīng)

23、于高速大力矩工作狀態(tài)?！　? ⑸同功率下有較小的體積和重量。 3.3.2選擇伺服電機的具體型號和參數(shù) 馬達(dá)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達(dá)長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達(dá)價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。 工作所需功率為：Pw=FwVw/1000ηw KW Pw=Tnw/9950ηw KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,電機工作效率ηw=0.97，代入上式得 Pw=15036/（99500.97）=0.56 KW 電機所需的輸出功率為：P0= Pw/η 式

24、中：η為電機至工作臺主動軸之間的總效率。 由表2.4查得：齒輪傳動的效率為ηw=0.97；一對滾動軸承的效率為ηw=0.99；蝸桿傳動的效率為ηw=0.8。因此， η=η1η23η3=0.970.9930.8=0.75 P0= Pw/η=0.56/0.75=0.747 KW 一般電機的額定功率 Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW 則由表取電機額定功率為：Pm=0.75 KW。 確定電機轉(zhuǎn)速 按表推薦的各種機構(gòu)傳動范圍為，?。? 齒輪傳動比：3-5， 蝸桿傳動比：15-32， 則總的傳動范圍為：i=i1i2=315-532=45-1

25、60 電機轉(zhuǎn)速的范圍為 N= inw=(45-160)36=1620-5760 r/min 根據(jù)這些，選取三菱公司的HF-SP51B型電機，符合要求。 3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 由于前述所選電機可知T=6.93N.M傳動比設(shè)定為i=27.5，效率η=0.8工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。 3.4.1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿。 3.4.2 選擇材料 考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC

26、。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10Pb1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 3.4.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： (3-2) （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2 按Z1=1，估取效率η=0.8，則 T2=T*η*i=153.4N.M (3-3) （2）確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1；由使用系數(shù)KA表從而選取K

27、A=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則 K=KA*Kβ*KV=1*1.15*1.1=1.265≈1.27 (3-4) （3）確定彈性影響系數(shù)ZE 選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。 （4）確定接觸系數(shù)Zρ 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.30，從而可查出Zρ=3.12。 （5）確定許用應(yīng)力[σH] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10Pb1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力[σH]=268Mpa。 因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間

28、隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則 [σH]= KHN[σH]=0.92268=246.56≈247Mpa (3-5) （6）計算中心距 (3-6) 設(shè)計中心距a=270mm，m=2.5mm，齒形角α=20，蝸桿分度圓直徑d1=45mm；這時d/a=0.19，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為＜Zρ，因此以上計算結(jié)果可用。 3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 3.5.1 蝸桿 為了便于蝸桿的加工，每一個m對應(yīng)一系列d1值，查表（GB10085—88）得： 直徑系數(shù)q=18；分度圓直徑d1=45mm，蝸桿

29、頭數(shù)Z1=1； 分度圓導(dǎo)程角γ=arctgZ1/q=311′38 蝸桿軸向齒距：Px=mπ=7.85mm (3-7) 蝸桿齒頂圓直徑：da1=d1+2m=50mm (3-8) 蝸桿軸向齒厚：=3.93mm (3-10) 3.5.2 蝸輪 蝸輪齒數(shù)：Z2 =2a/m-q=198，變位系數(shù)Χ=0 蝸輪分度圓直徑：d2=mZ2= 2.5*198=495mm (3-11) 蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2m=500mm (3-12) 蝸輪齒根圓直徑 df2=d2-2m(1.16-X2)=48

30、9.2mm (3-13) 蝸輪頂圓直徑 de2=d2+2*0.5m=497.5mm (3-14) 蝸輪輪緣寬度 B=0.45（d1+6m）=27mm (3-15) 3.5.3 校核齒根彎曲疲勞強度 (3-18) 當(dāng)量齒數(shù) Zv2=Z2/cos3γ=198/cos3.18=198 (3-19) 根據(jù)Χ2=0，ZV2=198，可查得齒形系數(shù)=1.2

31、6，螺旋角系數(shù) Yβ=1-γ/140=0.9773； (3-20) 許用彎曲應(yīng)力[δF]= KFN [δF]=560.72=40.32MPa (3-21) = 2.310.9773=4.29MPa (3-22) 所以彎曲強度是滿足要求的。 3.6 軸的校核與計算 3.6.1 畫出受力簡圖 圖 3-1受力簡圖

32、 計算出：R1=46.6N R2=26.2N 3.6.2 畫出扭矩圖 T=η.i.T電機 =0.36600.98 =21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖 3.6.3 彎矩圖 M=72.818010-3 =13.1N. （3-34） 圖3-3彎矩圖 3.7 彎矩組合圖

33、 由此可知軸的最大危險截面所在。 組合彎矩 （3-35） 3.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 （3-36） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取α=0.6 抗彎截面系數(shù)W=0.1d3 根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小 3.9 齒輪上鍵的選取與校核 （1）取鍵連接的類型好尺寸 因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應(yīng)用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的

34、長度系列，從而取鍵長L=10mm。 （2） 鍵連接的強度 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力[δp]= 50～60MPa，取其平均值[δp]=135MPa。 鍵的工作長度l=L-b=10-5=5mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm，從而可得：δp=2000T/(kld)=127≤[δp] 可見滿足要求。 此鍵的標(biāo)記為：鍵B510 GB/T 1096—1979。 3.10 軸承的選用 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動

35、容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計”問題。 3. 10. 1 軸承的類型 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：30208。 3. 10. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方

36、便。 3. 10. 3 滾動軸承的配合 滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。 3. 10. 4 滾動軸承的潤滑 考慮到電動刀架工作時轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。 3. 10. 5 滾動軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈

37、。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應(yīng)朝外。 3.11 本章小結(jié) 對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計 選型 零件校核，按照機械設(shè)計一書進(jìn)行設(shè)計，完成機械部分。 4 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 4.1 性能發(fā)展方向 (1)高速高精高效化　速度、精度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改

38、善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化　包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3)工藝復(fù)合性和多軸化　以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸

39、。 (4)實時智能化　早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工

40、時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。 4.2 功能發(fā)展方向 (1)用戶界面圖形化　用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤

41、和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。 (2)科學(xué)計算可視化　科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 (3)插補和補償方式多樣化　多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、

42、螺紋插補、極坐標(biāo)插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取? (4)內(nèi)裝高性能PLC　數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗脩艨稍跇?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。 (5)多媒體技術(shù)應(yīng)用　多媒體技術(shù)集計

43、算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。 4.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 (1)集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)

44、顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 (2)模塊化　硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 (3)網(wǎng)絡(luò)化　機床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。

45、 (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適

46、應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。 4.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) 當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。 5 設(shè)計總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是我們在學(xué)完大學(xué)四年的全部課之后，綜合運用所學(xué)過的全部理論知識與實踐相結(jié)合的實踐性數(shù)學(xué)環(huán)節(jié)。

47、它培養(yǎng)我們進(jìn)行綜合分析和提高解決實際問題的能力，從而達(dá)到鞏固，擴大，深化所學(xué)知識的目的，它培養(yǎng)我們調(diào)查研究熟悉有關(guān)技術(shù)政策，運用國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，手冊，圖冊等工具書，進(jìn)行設(shè)計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件的獨立工作能力。 通過我學(xué)到了很多，初步的讓我認(rèn)識到理論和實踐相結(jié)合的重要。除了鞏固了所學(xué)的理論知識外，還學(xué)到不少的新知識和新方法。例如在CAD畫圖中要標(biāo)注極限偏差時，要先做好標(biāo)注樣式，在標(biāo)注時只要選種再右擊選出你做好的樣式，在公差欄里寫入你要的上、下偏差值。這是我以前所不會的。通過本次的設(shè)計使我對AUTCAD操作更熟練，能夠完整的畫出簡單零件的設(shè)計圖紙。 剛開始做這個作業(yè)的時

48、候，我?guī)缀跏菬o從下手的.讓人深感煩燥.幸好在同學(xué)的指導(dǎo)和自己不斷的錯誤和摸索下找到了一定的方法. 不過在做這個設(shè)計的時候還是遇到了很多問題，如在機械設(shè)計的時候?qū)ξ佪單仐U的設(shè)計處理不當(dāng)，使計算結(jié)果偏大等等。有計剪力和彎矩時,沒有進(jìn)行校核,又出現(xiàn)錯誤,這些錯誤我用了很長的時長的時間才做好,幸好還是完成了這次設(shè)計,使自己對數(shù)控機床的工作臺有了一定的認(rèn)識,但我對它里面的很多電器控制還是不太清楚。因而,要學(xué)好它，必須掌握不少的其他領(lǐng)域?qū)W科的知識，因此還要更多的時間和努力。由于本次設(shè)計時間短和水平有限，做的不夠精細(xì)，難免有點錯誤懇請各位讀者批評指正。

49、 6 參考文獻(xiàn) 1、《機電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南》 張桂香 主編 機械工業(yè)出版社 2005 11 2、《數(shù)控技術(shù)》 武漢.華中科技大學(xué)出版社,2000年 3、《機械設(shè)計基礎(chǔ)》 隋明陽 編著 機械工業(yè)出版社 2005 2 4、《金屬切削機床》 北京：機械工業(yè)出版社,1995 5、楊叔子主編《機械加工工藝師手冊》 北京:機械工業(yè)出版社,2001 6、《加工中心結(jié)構(gòu)、調(diào)度與維護(hù)》廖衛(wèi)獻(xiàn)編著2002年06月第1版 7、許祥泰 劉艷芳主編《加工中心實用技術(shù)》 北京:機械工業(yè)出版社,2007 8、馮辛安主編《機械制造裝備設(shè)計》 北京:機械工業(yè)出版社,1999 9、劉延林主編《柔性制造自動化概論》武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001 10、吳啟迪主編《柔性自造自動化的原理與實踐》北京:清華大學(xué)出版社,1997 11、陳蔚芳 王宏濤主編《機床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》北京:科學(xué)出版社,2005