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摘 要
隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。而數(shù)控磨床更是發(fā)展中的重中之重，需求量擴(kuò)大，我們必須全身心研究并設(shè)計(jì)出利于加工生產(chǎn)的數(shù)控磨床。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)。通過對(duì)磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，使我在步入社會(huì)之前，不僅能夠大體了解凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的大體功用，而且能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟。
數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它常被使用于磨床和數(shù)控加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。本課題主要介紹了它的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)以上部分運(yùn)用AUTOCAD做圖。
數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，首先，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，傳動(dòng)方案采用齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)；然后進(jìn)行各零件的設(shè)計(jì)與校核，蝸桿與軸采用整體式結(jié)構(gòu)；蝸輪與工作臺(tái)采用螺釘連接；工作臺(tái)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(jì)了圓臺(tái)和加強(qiáng)筋；最后，對(duì)各零件進(jìn)行裝配。?
關(guān)鍵詞：數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)；箱體；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；蝸桿；齒輪
ABSTRACT
With the development of productivity, numerical control technology is becoming more and more widely used in various fields.The CNC grinding machine is the most important in the development, the demand is enlarged, we must study the whole body and design the numerical control grinding machine which is favorable for the processing..
The graduation design is the problem of CNC camshaft grinder rotating table design.?By of grinding machine for rotating the turntable design, make me before stepping into the society, not only to general understanding of camshaft grinder rotary turntable general function, but also can master the methods and steps of mechanical design.
CNC cam shaft for rotating the turntable is a circular feed and indexing movement worktable can be realized. It is often used in grinding machine and CNC machining centers, improve processing efficiency, more technology, which is mainly composed of a driving force, gear transmission, worm drive, such as working platforms and space for worm elimination and step up, is a very useful tool for processing.?This paper mainly introduces its principle and mechanical structure design, and the above parts of the use of AUTOCAD chart.
CNC camshaft rotating the turntable design, first of all, for the overall program design, transmission scheme by gear transmission and worm transmission; then the parts of the design and checking, worm shaft and by integral structure; worm gear and work table adopts screw connection; the balance of the worktable through the thrust bearing to ensure; box is composed of a box seat, a box cover and the cover, which box design for circular and reinforcing ribs. Finally, the parts assembly.
Keywords: CNC rotary table; box; structure; design; worm; gear
湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 課題的學(xué)術(shù)背景及理論與實(shí)際意義 1
1.2 課題研究的目的與意義 1
1.3 課題研究的方法與主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 1
1.4 課題研究的主要內(nèi)容 2
1.5?研究項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.6 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 2
1.6.1 性能發(fā)展方向 2
1.6.2 功能發(fā)展方向 3
1.6.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 4
1.6.4 智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) 5
第二章 數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及原理與應(yīng)用 5
2.1 數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 5
2.2 數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理 6
2.3 數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要組成部分 7
2.4 數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 9
第三章 數(shù)控旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求 9
3.1.1 傳動(dòng)方案及其分析 10
3.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 12
3.2 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 15
3.3 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速 16
第四章 主要零部件的設(shè)計(jì) 17
4.1 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 17
4.1.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型? 17
4.1.2選擇材料?? 17
4.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 18
4.2 蝸輪及蝸桿的選用與校核 21
4.2.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 22
4.2.2 選擇材料 22
4.2.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 22
4.3 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 23
4.3.1 蝸桿 23
4.3.2 蝸輪 24
4.3.3 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 25
4.4 軸承的選用 26
4.4.1 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 27
4.4.2 滾動(dòng)軸承的配合 27
4.4.3 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 27
4.4.4 滾動(dòng)軸承的密封裝置 27
4.4.5 驗(yàn)算軸承壽命 29
4.4.6 軸1的校核與計(jì)算 29
4.4.7 蝸桿上開軸2的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34
第五章 結(jié) 論 38
參考文獻(xiàn) 39
總結(jié)與致謝 40
i
第一章 緒論
1.1?課題的學(xué)術(shù)背景及理論與實(shí)際意義
2010年在北京舉辦的第11屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)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)出量大面廣態(tài)勢(shì)，這類工作母機(jī)在各類制造業(yè)已經(jīng)普及應(yīng)用，并清晰地表達(dá)出時(shí)代特征與發(fā)展潮流。機(jī)床運(yùn)動(dòng)無論是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，還是運(yùn)動(dòng)疊加串聯(lián)機(jī)床，對(duì)大多數(shù)金屬加工機(jī)床來說，數(shù)控進(jìn)給復(fù)合運(yùn)動(dòng)的加工，是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)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(huì)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)軸的設(shè)計(jì)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)軸，同時(shí)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(jì)。
1.2課題研究的目的與意義
由于我國(guó)機(jī)床附件廠資金緊張，造成技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴(yán)重滯后，成為制約民族機(jī)床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國(guó)產(chǎn)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽(yù)、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比都存在一定的差距，但在產(chǎn)品的價(jià)格、交貨期和售后服務(wù)上占有較大的優(yōu)勢(shì)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)的能力，培養(yǎng)我們建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。培養(yǎng)我們的設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力，使我們初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。
1.3課題研究的方法與主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
通過對(duì)數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，掌握利用AutoCAD或Pro/e軟件來繪制二維圖形或創(chuàng)建三維實(shí)體的能力。對(duì)數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要提高回轉(zhuǎn)精度和振動(dòng)穩(wěn)定性。
本次設(shè)計(jì)主要是解決了數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算部分，先根據(jù)其原理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，整體設(shè)計(jì)然后局部調(diào)整。
目前數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上?？砷_發(fā)小型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或大型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，即規(guī)格上兩頭延伸；性能上研制以剛為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；形式上采用兩軸聯(lián)動(dòng)或多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。
1.4課題研究的主要內(nèi)容
查閱各種機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或回轉(zhuǎn)臺(tái)附件，以及測(cè)量?jī)x器的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，比較各工作臺(tái)的工作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為設(shè)計(jì)新型或改進(jìn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)做技術(shù)準(zhǔn)備。數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：
①分析數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的整體傳動(dòng)方案；
②旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì)；
③零部件的校核與設(shè)計(jì)相關(guān)的計(jì)算 ；
④裝配圖的設(shè)計(jì)、零件工作圖的設(shè)計(jì)；
⑤本設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)分析 ；
⑥典型零件加工工藝及圖形交互式（CAD/CAM）或手工數(shù)控程序編制 ；
⑦編寫設(shè)計(jì)說明書；
1.5?研究項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì)
預(yù)計(jì)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(zhǎng)率，特別是那些國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長(zhǎng)。
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的市場(chǎng)分析：隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會(huì)越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計(jì)近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心將會(huì)達(dá)到每年600臺(tái)左右。
1.6 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
1.6.1性能發(fā)展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)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(duì)式檢測(cè) 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)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(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，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(dòng)進(jìn)行動(dòng)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(shí)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(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)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。
(4)實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)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(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)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(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)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。
1.6.2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(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)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(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)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(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。
(2)科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)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(dòng)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?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)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(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)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(jí)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?，用戶可在?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(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。
1.6.3 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)模可編程集成電路FPGA、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(yùn)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(diǎn)，可實(shí)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)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(zhǎng)度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價(jià)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(shí)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(chǔ)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(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時(shí)顯示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。
(4)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計(jì)算機(jī)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(kuò)展和升級(jí)，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(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個(gè)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(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)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(shí)時(shí)加工過程中動(dòng)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)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(shí)現(xiàn)集成化、智能。
1.6.4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(jì)算機(jī)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)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。
第二章 數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及原理與應(yīng)用
2.1數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1、轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)精度控制在±5"以內(nèi)；
2、轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)該可以在任意位置停止，旋轉(zhuǎn)分辨率要達(dá)到1"；
3、轉(zhuǎn)臺(tái)鎖緊采用液壓驅(qū)動(dòng)，且最好采用在原位置鎖緊，轉(zhuǎn)臺(tái)在鎖緊和放松的一瞬間，不能有抖動(dòng)或微轉(zhuǎn)動(dòng)作，以保證旋轉(zhuǎn)精度的穩(wěn)定性；
4、整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)的支撐剛性應(yīng)該足夠，滿足超高速磨削的剛度要求；
5、轉(zhuǎn)臺(tái)的防水性能應(yīng)該良好，在大流量、高壓力的磨削和修整冷卻水的沖擊下，不能有進(jìn)水和水霧的問題。
其中必須要遵循以下法則：
1、提高合理的應(yīng)力分布和剛度
2、創(chuàng)造有利的載荷條件，預(yù)測(cè)意外載荷
3、要有合理的承載結(jié)構(gòu)
4、根據(jù)性能組合選擇合適的材料來提高性能
5、功能設(shè)計(jì)要滿足其制造工藝，零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇
6、重量要適宜，降低成本
數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種球、圓弧曲面等?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。同理，數(shù)控凸輪軸磨床的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)完成。
2.2數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理
數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于盛放砂輪以便對(duì)凸輪軸進(jìn)行加工，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)可由步進(jìn)電機(jī)連接電液脈沖馬達(dá)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
由于內(nèi)凹輪廓的理論磨削直徑一般比較小，通常為Φ130-300mm，最小的達(dá)到了Φ80mm，在磨削過程中，實(shí)際使用的砂輪一般不能大于理論磨削直徑，否則在磨削過程中會(huì)造成機(jī)床進(jìn)給沖擊，影響凸輪輪廓精度，產(chǎn)生磨削表面波紋，如果一臺(tái)機(jī)床只采用一個(gè)直徑為Φ100mm左右的砂輪來磨削時(shí)，由于砂輪主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小，其電機(jī)功率、主軸剛性、砂輪線速度都將受到限制，機(jī)床的磨削效率將很低，無法滿足正常生產(chǎn)要求，因此，我們同樣通過兩個(gè)主軸系統(tǒng)，其中分別為一個(gè)大砂輪主軸系統(tǒng)和一個(gè)小砂輪主軸系統(tǒng)，成90°分布，通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行砂輪選擇，實(shí)現(xiàn)凹形凸輪的加工。
見圖2-1的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。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(tái)的運(yùn)功是由步進(jìn)電機(jī)連接電液脈沖馬達(dá)，經(jīng)齒輪減速后，由蝸輪蝸桿改變
運(yùn)動(dòng)方向，最后傳遞到工作臺(tái)。
1-蝸桿；2-蝸輪；3、4-夾緊瓦；5-小液壓缸；6-支座；7-光柵；8、9-軸承
圖2.1 數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)原型
為了消除蝸桿副的傳動(dòng)間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動(dòng)蝸桿的軸向位置宋調(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，所以仍然可以保持正常的嚙合。
當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)，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(duì)夾緊瓦，并在底座6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(shí)，活塞便壓向鋼球，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪2。在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦將蝸輪松開。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾動(dòng)軸承支承，并由圓錐滾柱軸承12及雙列向心圓柱滾子軸承11保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動(dòng)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(shí)際測(cè)量工作臺(tái)靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償角度的位置和補(bǔ)償?shù)闹?，記憶在補(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵7發(fā)出工作臺(tái)精確到位信號(hào)，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回零運(yùn)動(dòng)時(shí)，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺(tái)降速，然后由圓光柵發(fā)出零位信號(hào)，使工作臺(tái)準(zhǔn)確地停在零位。數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)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(yùn)動(dòng)。
由此可總結(jié)數(shù)控磨床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理：
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的動(dòng)力源由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電液馬沖馬達(dá)提供，驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪蝸桿系統(tǒng)，使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，首先松開圓周運(yùn)動(dòng)部分的蝸輪夾緊裝置，松開蝸輪，然后啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，按數(shù)控指令確定工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角度大小等參數(shù)。
需要說明的是，當(dāng)工作靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài)，工作臺(tái)沿起圓周反向均勻分布8個(gè)加緊液壓缸進(jìn)行加緊。工作臺(tái)不會(huì)轉(zhuǎn)時(shí)，加緊油缸的作用下向外運(yùn)動(dòng)通過夾緊塊僅僅頂在蝸輪內(nèi)壁，從而鎖緊工作臺(tái)。當(dāng)工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令反復(fù)上述動(dòng)作，松開蝸輪，使渦輪和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)按照控制系統(tǒng)的指令進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2.3數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要組成部分
數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)是由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電液脈沖馬達(dá)作為動(dòng)力源，在它的輸出軸上接聯(lián)軸器再接一級(jí)齒輪減速器。該數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)由圓柱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)。
因?yàn)槭俏佪單仐U傳動(dòng)與分度，所以停位不受限，并不像端齒分度盤一樣，只能分度固定角度的整數(shù)倍（5°、10°、15°等），而且偏轉(zhuǎn)范圍較大（110°到﹣70°），能加工任何角度與任何傾斜的孔與表面。齒的側(cè)隙是靠齒輪制造和安裝的精度來保持。大齒輪的支撐軸與蝸桿軸做成一個(gè)軸，這種聯(lián)系方式能曾大連接的剛度和精度，更能減少功率的損耗。
主要的部件:
●步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
●電液脈沖馬達(dá)
●直齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)
●蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)
●工作臺(tái)
●光柵的反饋
機(jī)床產(chǎn)品的很多單元都孕育在關(guān)鍵功能部件之中。在數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)中，其主要部件——蝸輪蝸桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)、閉環(huán)檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)部位鎖緊裝置、潤(rùn)滑與密封等部位均屬于關(guān)鍵部件。
調(diào)隙結(jié)構(gòu)——雙螺距漸厚蝸桿介紹
在數(shù)控機(jī)床中，分度工作臺(tái)都廣泛采用蝸桿蝸輪傳動(dòng)輪副的齒輪側(cè)隙對(duì)其分度定位精度影響最大，因此消除蝸輪副的側(cè)隙就成為數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的關(guān)鍵問題，一般在要求連續(xù)精確分度的機(jī)構(gòu)中（如齒輪加工機(jī)床數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)等）或?yàn)榱吮苊鈧鲃?dòng)機(jī)構(gòu)承受脈動(dòng)載荷（如斷續(xù)銑削）而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的場(chǎng)合往往采用雙螺距漸厚蝸桿，以便調(diào)整嚙合側(cè)隙的最小限度。
圖2.2 雙螺距漸厚蝸桿調(diào)隙原理
雙螺距漸厚蝸桿與普通螺桿的區(qū)別：
雙螺距漸厚蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距（導(dǎo)程）；而同一側(cè)面的齒距（導(dǎo)程）則是相等的（如圖2-2所示）。雙螺距漸厚蝸桿桿副的嚙合原理與一般蝸桿副嚙合原理相同。由于蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距，即左、右兩側(cè)具有不同的模數(shù)m。因而同一側(cè)面的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件。雙螺距漸厚蝸桿傳動(dòng)的公稱模數(shù)m可看成普通蝸桿副的軸向模數(shù)，一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值，此蝸桿齒厚從頭到尾漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。
2.4數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)
（1） 最大回轉(zhuǎn)半徑：500?mm?
(2) 重復(fù)定位精度：0.005 mm
(3) 電液脈沖馬達(dá)功率：0.75kW
(4) 電液脈沖馬達(dá)轉(zhuǎn)速：3000 rpm
(5) 總傳動(dòng)比：72.5
(6) 最大承載重量：100kg
第三章 數(shù)控凸輪軸磨床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求
數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。在本課題中，原動(dòng)機(jī)采用電液脈沖馬達(dá)，工作臺(tái)為T形槽工作臺(tái)，傳動(dòng)裝置由齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成。
合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求：
1. 機(jī)械的功能要求
應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求。
2. 工作條件的要求
例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等。
3. 工作性能要求
保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。
4. 結(jié)構(gòu)工藝性要求
如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。
3.1.1 傳動(dòng)方案及其分析
由圖3.1所示，數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)方案有兩種：方案一為一級(jí)和二級(jí)都是齒輪傳動(dòng)；方案二為一級(jí)齒輪傳動(dòng)，二級(jí)蝸桿傳動(dòng)。
圖3.1 傳動(dòng)方案
方案一的最大缺陷是：
1.總傳動(dòng)比??；
2.占用空間大；
3.只能使工作臺(tái)完成回轉(zhuǎn)功能，無法使工作臺(tái)完成自鎖。
而方案二雖然傳動(dòng)效率低，但以上三個(gè)功能全部都能完成自鎖。
所以數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)傳動(dòng)方案為：步進(jìn)電機(jī)--電液脈沖馬達(dá)--齒輪傳動(dòng)--蝸桿傳動(dòng)--數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。
該傳動(dòng)方案分析如下：
齒輪傳動(dòng)承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。
2、蝸桿傳動(dòng)具有以下特點(diǎn)：?
(1) 結(jié)構(gòu)緊湊
傳動(dòng)比大在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。
(2) 傳動(dòng)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(dòng)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(shí)，若蝸桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。
(4) 效率低、制造成本較高
蝸桿傳動(dòng)是，齒面上具有較大的滑動(dòng)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(dòng)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(jià)格較貴的有色金屬制造。
由以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。
3、對(duì)于數(shù)控凸輪軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
(1) 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用點(diǎn)液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。
(2) 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵）。所測(cè)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(tái)分度定位精度更高。
3.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
由數(shù)控技術(shù)課本得電動(dòng)機(jī)的選擇可以從步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)中選擇；
（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（stepping motor）
圖3.2 步進(jìn)電機(jī)
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(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)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。
步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說，最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配,還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。
優(yōu)點(diǎn)：
直接利用數(shù)字量進(jìn)行控制；
傳動(dòng)慣量小，啟動(dòng)，停止方便；
成本低；
無誤差積累；
定位準(zhǔn)確；
低頻率特性比較好；
調(diào)速范圍較寬
（2）伺服電動(dòng)機(jī)（servo motor ）
圖3.3 伺服電動(dòng)機(jī)
是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置；伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。
交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡(jiǎn)單，便宜。
（3）步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較
步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。 伺服電機(jī)分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)，但是永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有： ⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)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)的快速性波紋管聯(lián)軸器。 ⑷適應(yīng)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。 且隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異。查找文獻(xiàn)資料，二者的使用性能應(yīng)用比較如下：
①控制精度不同
兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國(guó)百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。
②交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。
③在機(jī)械加工中，電機(jī)所受的力包括：連續(xù)負(fù)載扭矩（包括重力、摩擦力等）、加減速扭矩、切削扭矩。在選擇電機(jī)時(shí)，需要對(duì)上述各個(gè)力的大小進(jìn)行綜合的分析，最終確定電機(jī)的型號(hào)。除此以外，電機(jī)在工作的過程中，由于會(huì)受到工作環(huán)境的影響。因此，在選擇電機(jī)的時(shí)候，還需要考慮電機(jī)所處的環(huán)境對(duì)電機(jī)的影響，例如：溫度、濕度、震動(dòng)等因素。采用步進(jìn)電機(jī)與電液脈沖馬達(dá)組合可以精確的控制回轉(zhuǎn)精度，綜合考慮確定步進(jìn)電機(jī)。
（4）電機(jī)的保護(hù)
電機(jī)的保護(hù)主要是指在使用電機(jī)過程中，需要注意電機(jī)工作的環(huán)境。包括溫度、濕度、粉塵等因素。正確的使用電機(jī)，會(huì)延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命，同時(shí)大大減低電機(jī)的故障發(fā)生概率。主要包括：
（1）工作溫度：0℃-40℃。
即電機(jī)工作車間或者室內(nèi)的溫度。若溫度超過40℃，則應(yīng)通過外界降溫的方法使溫度處于正常的工作范圍內(nèi)。在本說明書中，關(guān)于電機(jī)的所有數(shù)據(jù)（功率、扭矩等）均是在工作溫度為20℃時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)。
（2）濕度：≤80%RH。
（3）震動(dòng)：安裝在機(jī)床上的電機(jī)，其可以承受的最大震動(dòng)為5G。
3.2 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機(jī)、直流伺服交流伺服電機(jī)都可作為驅(qū)動(dòng)元件。對(duì)于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)作為執(zhí)行單元。這是因?yàn)殡娨好}沖馬達(dá)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
●直接采用數(shù)字量進(jìn)行控制;
●轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止方便；
●成本低；
●無誤差積累；
●定位準(zhǔn)確；
●低頻率特性比較好；
●調(diào)速范圍較寬；
采用電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過一個(gè)脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
1.電液脈沖馬達(dá)電機(jī)的選擇
按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機(jī)。
2.選擇電液脈沖馬達(dá)的額定功率
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(jī)器正常工作，或使馬達(dá)長(zhǎng)期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達(dá)價(jià)格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi)。
工作所需功率為：
（3-1）
式中T=150N·M, =36r/min,電機(jī)工作效率=0.97，代入上式得
==0.56 KW
電機(jī)所需的輸出功率為： （3-2）
式中為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。
由機(jī)械設(shè)計(jì)課本查得：
齒輪傳動(dòng)的效率為
對(duì)滾動(dòng)軸承的效率為
蝸桿傳動(dòng)的效率為
因此，=0.97××0.8=0.75
=0.747 KW
一般電機(jī)的額定功率：
=(1-1.3)=(1-1.3)×0.747=0.747-0.97KW
由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課本確定電機(jī)額定功率為：=0.75 KW
3.3 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速
由機(jī)械設(shè)計(jì)課本得知：
齒輪傳動(dòng)比：3-5，
蝸桿傳動(dòng)比：15-32，
則總的傳動(dòng)范圍為：
=3×15-5×32=45-160 （3-3）
電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍為：
=(45-160)×36=1620-5760 r/min （3-4）
為降低電機(jī)的重量和價(jià)格，選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機(jī)，型號(hào)為Y801-2，其滿載轉(zhuǎn)速=3000r/min。
第四章 主要零部件的設(shè)計(jì)
4.1 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
4.1.1選擇齒輪傳動(dòng)的類型?
根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動(dòng)的形式。
采用直齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)見圖4.1所示。
1-小齒輪；2-大齒輪
圖4.1 直齒輪傳動(dòng)
由于前述所選電機(jī)可知T=23.9N·M，傳動(dòng)比設(shè)定為i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日計(jì)，壽命為10年。
4.1.2 選擇材料??
考慮到齒輪傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故齒輪可用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)后你凹面淬火，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。
1）選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；
2）選用7級(jí)精度；
3）選擇小齒輪材料為40Gr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）；
4.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
（4-1）
上述兩式為標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算公式。
此外，公式與 （4-2）
為直齒輪校核計(jì)算公式。
式中 ——齒輪的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，N·M；
K——載荷系數(shù)；
——齒寬系數(shù)；
——傳動(dòng)比；
——區(qū)域系數(shù)；
——材料的彈性影響系數(shù)；
——接觸疲勞許用應(yīng)力，Mpa。
齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩
N·M
載荷系數(shù)K
由課程設(shè)計(jì)課本知：因載荷平穩(wěn)，故取K=1.2
3. 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)
同理由機(jī)械設(shè)計(jì)課本知：取=1.0
接觸疲勞許用應(yīng)力
==220Mpa
齒輪的傳動(dòng)比
5. 區(qū)域系數(shù)
6. 材料的彈性影響系數(shù)
可將以上參數(shù)代入設(shè)計(jì)公式與校核公式中。
mm
4.1.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸
1. 齒數(shù)z
取=22，則,取=66
2. 模數(shù)m
取標(biāo)準(zhǔn)值得m=2