毕业设计（论文）曲轴中心孔加工机床设计数控转台部件设计

毕业设计(论文)任务书学生姓名专业班级指导教师工作单位设计(论文)题目曲轴中心孔加工机床设计-数控转台部件设计设计（论文）主要内容： 曲轴中心孔加工机床设计-总体参数及总体布局设计，数控转台部件设计及主要零件设计要求完成的主要任务及其时间安排: 1. 总体方案及布局方案，开题报告； 2. 机床总体设计； 3. 数控转台部件； 4. 主要零件设计； 5. 外文翻译； 6. 说明书。必读参考资料： 1. 实用数控机床技术手册 2. 机床设计 3. 机床设计手册 第一册：上，下 4. 机床设计手册 第二册：上，下 5. 机床设计手册 第五册：上 6. 金属切削机床设计简明手册 7. 机床设计图册 8. 机械设计手册指导教师签名： 教研室主任签名： 毕业设计(论文)开题报告题目曲轴中心孔加工机床设计-数控转台部件设计1目的及意义： 曲轴是汽车、拖拉机发动机中最重要而且承受负荷最复杂的零件，被称为发动机的心脏，其性能好坏直接影响汽车的寿命，国内、外对其研究开发都很重视。在加工工艺方面，由于国外大多采用了先进的数控设备，而国内人多以手动设备为主，精度就比较差，这就要求我们在实际设计加工工艺的过程中充分考虑各方面的因素，在借鉴国外先进的工艺方案的同时充分考虑现有设备资源的利用和改造，达到少投入，大收益的目的。 数控转台是数控机床上的关键功能部件之一，主要用于与机床配套，完成机床的各种功能，对保证机床基本功能的充分使用，扩大机床的使用工艺性能、使用范围、保证加工精度、提高生产效率、减轻劳动强度等方面都起着重要的作用 。因此，数控转台的发展水平便成为整个机床工业技术水平的标志之一。 数控转台伺服系统作为数控机床的主要功能部件,在机械加工制造中起着极其重要的作用,数控转台伺服系统的定位精度,速度精度和速度平稳性是高档数控机床的重要指标。 对于高精度的机械加工,要求转台具有稳定的最低速度以及低速时高的工作精度。因此,转台伺服系统的低速问题则成为研究高精度加工制造的重要课题之一。转台伺服系统低速工作精度主要受到以摩擦力矩、电机波动力矩为主的扰动力矩的影响,而摩擦力矩、电机波动力矩的减小又受到转台制造工艺水平的限制,所以,转台伺服系统的低速特性以及抖动补偿研究,对研制高精度数控机床,具有相当重要的意义。 随着我国制造业的发展，加工中心的需求也在增加，特别是四轴、五轴联动的加工中心。作为数控机床的主要功能部件，数控转台在整个机床工具行业中的作用越来越重要。数控转台的出现，为加工中心和数控铣床提供了回转坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台或分度头完成精密角度的等分、不等分或连续的回转加工，完成复杂曲面加工，使机床的加工范围得以扩大。目前国内数控转台的配套市场除了国产（含台湾地区）品牌以外，主要有日本、德国、美国等几个公司品牌，高端市场几乎没有国产品牌，主机采用境外产品配套的，占有不小的比例。与国际市场的著名品牌相比，我们的技术参数与指标落后于其尖端产品（比如材料、转速、承载能力、分度定位精度等）；普及型产品的可靠性、耐用度、精度保持性方面都比欧美和日本差一些，外观造型也不尽如人意。所以我们应该保持清醒的头脑，认清严峻的形势，奋起直追，努力打造精品、提高配套水平。2基本内容和技术方案： 数控转台的结构数控转台从结构上可以分为几个部分：驱动、传动、分度定位、刹紧等机构。数控转台通过传动部分，将由系统控制的驱动传递到需转动角度的工作台台面，实现数控转台的分度转位。本次设计的数控转台最好要符合以下的主要指标：良好的分度精度和重复定位精度、精度保持性、承载能力、密封性能、足够的刹紧力和回转定位速度。所以数控转台的动力部分采用步进电机提供动力，用一个弹性联轴器把蜗杆和电机轴连接起来，把运动传递给蜗杆。蜗轮蜗杆副采用双导程蜗杆副，用以弥补数控转台在实现正反转的时候蜗轮蜗杆副的啮合间隙。刹紧机构采用气压缸夹紧。本次设计的数控转台的主要技术参数如下： 最大回转直径： 800mm 伺服电机功率： 3Kw 转台的速度范围： 5r/min10r/min 转台的定位精度： 20 工作台T型槽的宽度： 16mm 转台的总体高度： 350mm 本次设计的数控转台的大致方案如下图所示：3进度安排：1）准备阶段（3月5日3月20日）搜集有关资料，准备参考资料；2）完成开题报告及论文大纲交老师批阅（3月21日3月26日）；3）初步方案设计，草图绘制，必要的设计计算（3月27日4月25日）；4）完成结构设计、主要图纸工作、说明书初稿（4月25日5月10日）；5）交老师审稿(对设计中的问题进行即时修改)（5月10日5月28日）；6）完成说明书、全部图纸工作、答辩提纲，准备答辩阶段（5月29日6月10日）；7）毕业设计答辩阶段（6月中旬）。4指导老师意见：指导教师签名： 年 月 日注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后三周内完成；2设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；3指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。郑 重 声 明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名： 日期： 2010年6月 目 录摘 要9ABSTRACT101 绪论111.1 数控转台的发展概况及背景121.2 数控转台的分类121.3 数控转台的基本结构122 总体方案论证132.1 采用步进电机提供动力132.2 采用双导程蜗杆蜗轮传动142.3 采用高精度蜗杆蜗轮分度定位172.4 采用刹紧片用气压刹紧的方式173 机械部分设计173.1 传动系统方案拟定173.2 转台体设计173.3 蜗轮蜗杆副的设计计算194 各主要零部件的加工工艺要求224.1 台面224.2 内杯234.3 底座244.4 中心轴25参 考 文 献26设 计 心 得27致 谢28摘 要 为了扩大工艺范围和数控机床的加工性能，以适应不同零件的加工要求，提高生产率，数控机床的进给运动，除X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，往往还带有绕XYZ 三个基本坐标轴的圆周运动。而通常数控机床的圆周运动是由回转工作台实现的。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台，它们的功用各不相同，分度工作台的功用只是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件的一次安装能完成几个面的多种加工工序。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外，还能实现圆周进给运动。 本次设计是综合运用机械技术、驱动控制技术、检测技术设计及相关知识设计数控回转工作台，包括转台本体设计、传动系统设计和控制系统设计，其中转台本体包括：驱动、传动、分度定位、刹紧等机构；传动系统包括齿轮传动和涡轮蜗杆传动；控制系统由单片机控制；整个转台由步进电机驱动关键词：数控机床；回转工作台；数控回转工作台ABSTRACT In order to expand the technology scope and the processing performance of CNC machine tools to meet different machining requirements, improve productivity, numerical control machine tool feed motion, in addition to X, Y, Z three axes of linear feed motion, the often also with there are around three basic axes XYZ circular motion. CNC machine tools usually circular motion is achieved by the rotary table. Degree of common table and a hand rotary table CNC rotary table, and their functions vary, the function of indexing table is shifted for the workpiece surface, and automatic tool changer with the use of an installation of the work piece to complete a variety of several surface finishing processes. The NC rotary indexing table and translocation in addition to the features, but also to achieve circular feed motion. This design is the comprehensive use of mechanical technology, drive control technology and detection technology design and relevant knowledge of rotary worktable CNC design. Including the turntable ontology design, the transmission system design and control system design. One turret ontology include: driver, transmission, orientation, brake tight, etc. Transmission systems including gear and turbine worm transmission. Key words: CNC ；Rotary worktable ；transmission1 绪论 曲轴是发动机最重要的机件之一。曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。 工作时，曲轴受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。 曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于汽缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。 全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。如六缸发动机全支承曲轴有七个主轴颈。四缸发动机全支承曲轴有五个主轴颈。这种支承，曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些汽油机，承受载荷较小可以采用这种曲轴型式。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，通过曲柄与主轴颈相连，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目和气缸数相等。V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。 曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。 曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。 曲轴的形状和曲拐相对位置(即曲拐的布置)取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。安排多缸发动机的发火顺序应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象。作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，而且各缸发火的间隔时间以曲轴转角表示，称为发火间隔角。四行程发动机完成一个工作循环曲轴转两圈，其转角为720，在曲轴转角720内发动机的每个气缸应该点火作功一次。且点火间隔角是均匀的，因此四行程发动机的点火间隔角为720/i，(i为气缸数目)，即曲轴每720/i，就应有一缸作功，以保证发动机运转平稳。 1.1 数控转台的发展概况及背景 近年来我国正逐渐成为世界制造中心，数控机床与装备的发展得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步，特别是在通用数控领域，以为平台的国产数控系统，已经逐步缩短了与世界先进水平的差距。作为机床的主要组成部分，分度类机床附件（转台、分度头、刀架）对机床的性能、质量、可靠性起着至关重要的作用，作为数控转台的开发和生产厂家，在近期的主要任务是进一步开发研制高精度、高刚性、高回转速度的多功能转台。 随着我国制造业的发展，加工中心的需求也在增加，特别是四轴、五轴联动的加工中心。作为数控机床的主要功能部件，数控转台在整个机床工具行业中的作用越来越重要。数控转台的出现，为加工中心和数控铣床提供了回转坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台或分度头完成精密角度的等分、不等分或连续的回转加工，完成复杂曲面加工，使机床的加工范围得以扩大。1.2 数控转台的分类 数控转台的分类数控转台按照不同分类方法大致有以下几大类：（1）按照分度形式可分为等分转台和任意分度转台。（2）按照驱动方式可分为液压转台和电动转台。（3）按照安装方式可分为立卧转台和立式转台。（4）按照回转轴轴数可分为单轴转台、可倾转台（两轴联动）和多轴并联转台。1.3 数控转台的基本结构 数控转台的结构数控转台从结构上可以分为几个部分：驱动、传动、分度定位、刹紧等机构。数控转台通过传动部分，将由系统控制的驱动传递到需转动角度的工作台台面，实现数控转台的分度转位。（1）驱动 液压转台采用液压驱动齿条或液压马达，通过齿条驱动齿轮或液压马达驱动齿轮的方式进行动力提供；而电动转台则采用伺服电动机提供动力。（2）传动 有齿条齿轮传动、蜗杆蜗轮传动几种方式。电动转台一般是通过一对齿轮（或者是用联轴器直接与蜗杆相连）将电动机动力传递到蜗杆，带动转台进行分度；液压转台，采用液压马达驱动的传动结构，类似于电动转台；采用齿轮齿条的，则是通过由活塞驱动的齿条带动与之啮合的与台面相对固定齿轮进行分度。（3）分度定位 等分转台一般采用端齿盘分度定位，任意分度转台一般采用高精度蜗杆蜗轮分度定位。采用端齿盘分度定位的转台中，又有两联齿盘和三联齿盘之分。两联齿盘分度定位，结构相对简单，动、定两个齿盘直接啮合，分度运动时，动定齿盘首先进行脱开啮合运动，这一运动表现在转台台面上有一定量的抬起动作，台面的抬起量与定齿盘和动齿盘的相对运动量相一致。三联齿盘分度定位，从结构上比两联齿盘复杂，动定齿盘不直接进行啮合，而是通过一公用齿盘进行啮合过渡，齿盘的啮合与脱开运动是通过公用齿盘的移动来完成的，公用齿盘的抬起不表现在转台的台面上。也就是说采用三联齿盘分度定位的转台，运行过程中台面不需抬起，但啮合刚性比两联齿盘结构稍差。采用端齿盘分度定位的等分转台，其分度定位端齿盘包括向心齿、直齿、弧面齿等形式，为达到高精度的分度，端齿盘一般采用淬硬钢齿面磨削的工艺方法，产品可达到高刚性与高精度的要求。但其分度等分数受齿盘齿数的限制。采用蜗杆蜗轮分度的转台，分度元件为蜗杆蜗轮副（蜗杆有圆柱蜗杆、单头单导程蜗杆、单头双导程蜗杆、多头蜗杆和直线环面以及平面包络蜗杆等形式）。一般蜗杆材料选用淬火钢，蜗轮材料一般采用耐磨铜合金。其分度等分数不受限制，分度定位精度直接决定于蜗杆蜗轮的加工精度。（4）刹紧机构常用制动机构：液压制动和气压制动。根据目前液压产品存在漏油情况易造成环境污染，同时回转工作台制动力不大，气压制动就可以满足要求 。采用气压缸作为工作台的夹紧装置，以压缩空气为动力源的气动夹具具有很多的优点：第一，空气可以从大气中取之不竭，无介质费用和供应上的困难，管道不易堵塞，亦不存在介质变质、补充、更换等问题，空气的粘度很小，一般阻力损失不到油路阻力损失的四分之一；第二，压缩空的工作压力较小(一般0408MPa)，因此可降低气动元件的材质和制造精度上的要求，由于空气流速快，所以气动系统具有工作迅速，反应灵敏的特点，可缩短辅助时间。2 总体方案论证 本设计的目的是设计伺服电机驱动的数控回转工作台。 数控转台从结构上可以分为几个部分：驱动、传动、分度定位、刹紧等机构。数控转台通过传动部分，将由系统控制的驱动传递到需转动角度的工作台台面，实现数控转台的分度转位。所设计的数控转台最好要符合以下的主要指标：良好的分度精度和重复定位精度、精度保持性、承载能力、密封性能、足够的刹紧力和回转定位速度。 在本次的数控转台的设计中，还有一些主要需要解决的问题有： 1.如何消除蜗轮蜗杆传动副在实现正反转的时候所存在的啮合间隙； 2.装配时如何保证蜗杆与蜗轮即转台台面的回转中心轴的垂直度； 3.如何弥补蜗杆在工作过程中由于发热而产生的热变形伸缩。下面对本设计采用的设计方案进行论证：2.1 采用步进电机提供动力 驱动液压转台采用液压驱动齿条或液压马达，通过齿条驱动齿轮或液压马达驱动齿轮的方式进行动力提供；而电动转台则采用伺服电动机提供动力。 目前可以实现伺服控制的电机有：步进电机，直流伺服电动机和交流伺服电动机。其中，直流伺服电动机和交流伺服电动机作为进给电动机通常用于闭环或半闭环伺服系统中。 而在开环控制的系统的组成：步进电动机和其驱动系统，工作原理：将电脉冲信号装换成角位移的一种电机式数模转换器。根据控制系统要求必须选用步进电动机。同时这也是目前同类产品中大部分采用的设计组合方案。从市场价格和需求上采用步进电动机也比采用直流或交流伺服电动机更具竞争优势和较高适应性。使用步进电机可实现转台精确的转动和定位。 步进电动机还有如下特点：（1） 步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比，因此，当它转一转后，没有累计误差，具有良好的跟随性。（2） 由于步进电动机与驱动电路组成开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。（3） 步进电动机的动态响应快，易于起停、正反转及变速。（4） 速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得较大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。 综上所述，因为步进电动机相对价格低廉，容易控制，控制系统简单，并且能满足数控回转工作台的运动控制要求，所以用步进电动机来驱动工作台进行工作很合适。2.2 采用双导程蜗杆蜗轮传动传动有齿条齿轮传动、蜗杆蜗轮传动几种方式。电动转台一般是通过一对齿轮（或者是用联轴器直接与蜗杆相连）将电动机动力传递到蜗杆，带动转台进行分度；液压转台，采用液压马达驱动的传动结构，类似于电动转台；采用齿轮齿条的，则是通过由活塞驱动的齿条带动与之啮合的与台面相对固定齿轮进行分度。各运动副间隙应调整至最小，运行一段时间，运动副磨损后，其产生的间隙必须有补偿环节。如齿轮副之间应有调整齿侧隙的调整垫，蜗杆副必须采用可调节间隙的双导程蜗杆蜗轮副。普通圆柱蜗杆的齿面(除ZK型蜗杆外)一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。根据车刀安装位置的不同，所加工出的蜗杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也不同。根据不同的齿廓曲线，普通圆柱蜗杆可分为阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)、渐开线蜗杆(ZI蜗杆)、法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)和锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)等四种。GB10085-88推荐采用ZI蜗杆和ZK蜗杆两种。现将上述四种普通圆柱蜗杆传动所用的蜗杆及配对的蜗轮齿形分别介绍于后： 阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线，其齿形角0=20。它可在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角3时)或双刀(当3时)车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线，如图阿基米德蜗杆所示。这种蜗杆磨削困难，当导程角较大时加工不便。见动画 法向直廓蜗杆(ZN蜗杆)这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面(N-N)齿廓为直线。ZN蜗杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。这种蜗杆磨削起来也比较困难。见动画 渐开线蜗杆(ZI蜗杆)这种蜗杆的端面齿廓为渐开线,所以它相当于一个少齿数(齿数等于蜗杆头数)、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。ZI蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切，其中一把刀具高于蜗杆轴线，另一把刀具则低于蜗杆轴线。刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以在专用机床上磨削。见动画 锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)这是一种非线性螺旋曲面蜗杆。它不能在车床上加工，只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。加工时，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线作回转运动。这时，铣刀(或砂轮)回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面，在I-I及N-N截面上的齿廓均为曲线。这种蜗杆便于磨削，蜗杆的精度较高，应用日渐广泛。 至于与上述各类蜗杆配对的蜗轮齿廓，则完全随蜗杆的齿廓而异。蜗轮一般是在滚齿机上用滚刀或飞刀加工的。为了保证蜗杆和蜗轮能正确啮合，切削蜗轮的滚刀齿廓，应与蜗杆的齿廓一致；深切时的中心距，也应与蜗杆传动的中心距相同。 双导程蜗轮副与普通蜗轮副的区别是，双导程蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的导程，而同一侧的导程则是相等的。因为该蜗杆的齿厚从蜗杆的一端向另一端均匀地逐渐增厚或减薄，所以双导程蜗杆又称变齿厚蜗杆。故可用轴向移动蜗杆的方法来消除或调整蜗轮副的啮合间隙。 双导程蜗轮副的啮合原理与一般蜗轮副的啮合原理相同。蜗杆的轴向截面相当于基本齿条，蜗轮则相当于与其啮合的齿轮。虽然蜗杆齿左右侧面具有不同的齿距（即不同的模数，），但因同一侧面的齿距相同，故没有破坏啮合条件，当轴向移动蜗杆后，也能保证良好啮合。 而目前市场中众多产品普遍采用双导程涡轮蜗杆减速，其有以下优点： 第一 啮合间隙可以调的很小，根据实际试验，侧隙调整可以小至0.01mm0.015mm。而普通蜗杆涡轮副一般只能达到0.03mm0.08mm，如果再小，就容易产生咬死现象。因此，双导程涡轮蜗杆副可以在较小的侧隙下工作，对提高数控转台的分度精度非常有利。 第二 普通涡轮蜗杆副是以蜗杆沿涡轮作径向移动来调整啮合间隙，因此改变了传动副的中心距，从啮合原理角度来看，这是很不合理的。因为改变中心距会引起齿面接触情况变差，甚至加深它们的磨损而不利于保持涡轮蜗杆副的精度;而双导程涡轮蜗杆副是用蜗杆轴向移动来调整啮合侧隙的，不会改变它们的中心距，可以避免上述缺点。 第三 双导程涡轮蜗杆副使用修磨调整环来控制调整量，调整准确，方便可靠；而普通蜗杆涡轮的径向调整量较难掌握，调整时也容易产生蜗杆轴线歪斜。 第四 双导程蜗杆蜗轮副的蜗杆支撑直接做在支座上，只需保证支承中心线与蜗轮中截面重合，中心距公差可略微放宽，装配时，用调整环来获得合适的啮合侧隙，这是普通蜗杆蜗轮副无法办到的。传动链最末一级必须采用蜗杆蜗轮副，来提高传动链刚度。2.3 采用高精度蜗杆蜗轮分度定位 分度定位等分转台一般采用端齿盘分度定位，任意分度转台一般采用高精度蜗杆蜗轮分度定位。采用蜗杆蜗轮分度的转台，分度元件为蜗杆蜗轮副（蜗杆有圆柱蜗杆单头单导程蜗杆、单头双导程蜗杆、多头蜗杆 和直线环面以及平面包络蜗杆等形式）。一般蜗杆材料选用淬火钢，蜗轮材料一般采用耐磨铜合金。其分度等分数不受限制，分度定位精度直接决定于蜗杆蜗轮的加工精度。2.4 采用刹紧片用气压刹紧的方式 采用气压缸作为工作台的夹紧装置，以压缩空气为动力源的气动夹具具有很多的优点：第一 空气可以从大气中取之不竭，无介质费用和供应上的困难，管道不易堵塞，亦不存在介质变质、补充、更换等问题，空气的粘度很小，一般阻力损失不到油路阻力损失的四分之一；第二 压缩空的工作压力较小(一般0.40.8MPa)，因此可降低气动元件的材质和制造精度上的要求，由于空气流速快，所以气动系统具有工作迅速，反应灵敏的特点，可缩短辅助时间。刹紧机构等分转台的刹紧一般采用气压，给相互啮合的齿盘施加一定的压力，使端齿盘可靠啮合定位。任意分度的数控转台，较多采用胀紧套或刹紧片用液压或气压刹紧的方式，刹紧可靠性比较高，此处采用气压方式。综上，本设计采用步进电机提供动力、采用双导程蜗杆蜗轮传动、采用高精度蜗杆蜗轮分度定位、采用刹紧片用气压或刹紧的方式。3 机械部分设计3.1 传动系统方案拟定 初步拟定传动部分有步进电机、齿轮、涡轮蜗杆、工作台等。3.2 转台体设计 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。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，由蜗杆传给蜗轮。 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来调整间隙。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6对夹紧瓦，并在底座上均布同样数量的小气压缸。当小气压缸的下腔接通压力气时，活塞推动导杆并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，先使小气压缸的下腔接通回气路，在弹簧的作用下，导杆下移动，夹紧瓦将蜗轮松开。 滚子轴承保持准确的回转中心。本次设计中会多次用到滚子轴承。推力滚子轴承用于承受轴向载荷为主的轴、径向联合载荷，但径向载荷不得超过轴向载荷的 55% 。与其他推力滚子轴承相比，此种轴承摩擦因数较低，转速较高，并具有调心性能。 轴承的棍子为非对称型球面滚子，能减小滚子和滚道在工作中的相对滑动，并且滚子长、直径大，滚子数量多，载荷容量高，通常采用油润滑，个别低速情况可用脂润滑。在设计选型时，应优先选用；推力圆柱滚子轴承和推力滚子轴承适用于转速低的场合，推力圆锥滚子轴承转速稍高于推力圆柱滚子轴承。推力圆柱滚子轴承属分离型轴承，只能承受单向轴向载荷和轻微冲击，能够限制轴（或外壳）一个方向的轴向位移，因此可用作单向轴向定位。但其承载能力远远大于推力球轴承。滚子滚动时，由于滚子两端线速度不同，使滚子在套圈滚道上不可避免地产生滑动，因此，此类轴承的极限转速较推力球轴承低，通常仅适用于低速运转场合。标准设计的推力圆柱滚子轴承采用车制金属实体保持架，根据用户要求，也可采用其它型式或材料的保持架。推力圆锥滚子轴承只能承受单向轴向载荷，能限制轴承单向轴向位移，故可用作单向轴向定位。与推力圆柱滚子轴承相比，承载能力大、相对滑动小，但极限转速较低。本次设计中，支撑转台台面的轴承选用推力短圆锥滚子轴承。推力滚子轴承的大概示意图如下图所示： 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。 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。 其中本设计中数控转台的机械部分主要还包括内杯，中心轴以及底座等。3.3 蜗轮蜗杆副的设计计算 双导程蜗杆与普通蜗杆的区别是双导程蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的导程，而同一侧的导程则是相等的，因此，该蜗杆的齿厚从蜗杆的一端向另一端均匀地增厚或减薄。双导程蜗轮副的啮合原理与一般蜗轮副的啮合原理相同。蜗杆的轴向截面相当于基本齿条，蜗轮则相当于与其啮合的齿轮。虽然蜗杆齿左右侧面具有不同的齿距（即不同的模数，），但因同一侧面的齿距相同，故没有破坏啮合条件，当轴向移动蜗杆后，也能保证良好啮合。 查阅相关资料，直径800mm的数控转台可以选取电机功率为3千瓦，蜗轮的转速为，定位为20秒，预计蜗轮蜗杆的使用寿命为th=36000h。选取蜗轮的材料为ZCuSn10P1，砂模铸造，选取蜗杆的材料为45钢，表面高频淬火。查表可知：青铜的基本许用接触应力为=200MPa 钢的接触疲劳极限应力为1500 MPa，弯曲疲劳极限应力为430 MPa。蜗杆传递的功率为： ，式中 ，是联轴器的传递效率，则可知蜗杆传递的功率为。蜗轮传递的功率为： ，式中 ，是蜗杆传动的传递效率，则可知蜗轮传递的功率为。根据蜗杆传动的齿面接触疲劳强度来设计，其设计公式为 式中 ，所以可得， KA=1，。由于这里需要实现正反转，可取蜗杆头数Z1=1，取传动比为80。则可知蜗轮的齿数为Z2=1*80=80，故可得 查表，可取d1=63，m=8，蜗杆直径系数q=7.875，在z1=1，z2=80，d2=mz2=8x80=640mm。由此可以确定中心距为： 计算蜗杆的分度圆柱导程角 蜗杆的刚度计算蜗杆传递的转矩为通过查阅相关可以查得，蜗杆的的最大挠度的计算公式为： 式中， ， E=200*103MPa，I=d4f14/64mm44， L2=0.9*640mm=576mm， 则有 y=d1 由此可得：yy成立，即可知蜗杆的刚度是满足要求的。 查表可得，蜗杆的螺纹长度为L2取蜗杆的螺纹长度为130mm。综上所述，本次设计的蜗轮蜗杆的相关几何尺寸如下表所示： 名 称 大 小中心距蜗杆的螺纹部分长度L=130mm蜗杆周详模数或者蜗轮的端面模数m=8mm蜗杆头数Z1=1蜗轮齿数Z2=80传动比i=80蜗杆直径系数齿顶高系数ha*=1蜗杆轴向齿距Px蜗杆导程Pz蜗杆分度圆柱导程角=7。1413顶隙c=2mm蜗杆齿顶高ha1=8mm蜗杆齿根高hf1=10mm蜗杆齿高h1=18mm蜗杆分度圆直径d1=63mm蜗杆齿顶圆直径da1=79mm蜗杆齿根圆直径df1=43mm蜗轮分度圆直径d2=640mm蜗轮喉圆直径da2=656mm蜗轮齿根圆直径df2=620mm蜗轮外径de2=670mm蜗轮齿宽角2=。蜗轮齿根圆弧面半径R1蜗轮齿顶圆弧面半径R2蜗轮轮缘宽度B=54mm4 各主要零部件的加工工艺要求数控转台的主要工作原理是有伺服电机带动蜗杆转动，然后有蜗杆通过蜗轮蜗杆副把运动传递给蜗轮，再由蜗轮传递给台面，从而带动在台面上的工件旋转。在传动的过程中，数控转台的中心轴是不于蜗轮一起转动的，也不转递运动，但是正个数控转台的旋转运动都是以中心轴为中心的，所以中心轴在加工的时候必须要保证其良好的同轴度。不仅如此，各个主要零部件的加工都要考虑外圆与中心轴的同轴度问题。4.1 台面数控转台的台面主要用来放置夹具，所以其上表面的的表面粗糙度要求比较高，需要0.8，需要细铣。而中心孔则是整个台面的回转中心，其表面粗糙度要求也很高，达到了0.3，所以则需要精衍磨， 由于直径为560的外圆需要于蜗轮内壁相接触但于蜗轮之间没有相对运动，不过它可以作为台面加工时的定位面，所以可选择其表面粗糙度要求为1.6，可以精铣。下端面需要与推力短圆锥滚子轴承接触，而台面与轴承之间的良好的运行关系是保证数控转台的精度的重要条件之一，所以对它的表面粗糙度要求比较高，选择其表面粗糙度要求为0.6，需要精铣。台面的外边缘面在数控转台的检测以及工件夹具的安放的时候据用重要的作用，可选择其表面粗糙度为0.8。其余各个表面由于没有配合关系，表面粗糙度要求不高。加工时，可以选用铸造毛坯，然后精铣外圆面，用以作为定位基准，再在此基础上精铣上表面，细镗中心孔。4.2 内杯内杯放置在底座上面，而且其内表面与轴承成相连，进而固定其中的中心轴，为了保证轴承在安装时有良好的同轴度以及较小的圆周跳动，所以其内表面的表面粗糙度要求较高，选取内表面的表面粗糙度为0.6。上表面的表面粗糙度要求为1.6。 在加工内杯的时候，采用铸造毛坯进行加工。先加工200的外圆，用来作为后面加工时的基准面，这样在加工其内表面的时候，可以更好的保证上下两个内圆表面的同轴度，而且200的外圆面与转台底座有相互配合关系是需要进行精加工的。在加工螺纹孔以及边缘的沉孔的时候，只需固定其中的一个沉孔即可达到定位要求。4.3 底座 底座是正个数控转台的基础，但是其配合关系不多。底座的主要加工要求如下图所示： 加工时，采用铸造毛坯，以底面作为定位基准面，再取有透视窗的一侧的反面用以定位，即可限制其6个自由度，底面的粗糙度要求为3.2，半精铣即可，而底座中间的阶梯状外圆以及面是要与汽缸套相互配合的，所以其表面的精度比较高，需要精加工。而底座中间的阶梯状外圆可以用立式车床进行加工。4.4 中心轴整个数控转台都是围绕着中心轴在旋转，因此，中心轴的同轴度要求很高，而且要实现整个数控转台的运动平稳性，其中心轴的外圆表面的粗糙度要求以及外圆形状的要求也比较高，具体情况如下图所示：加工中心轴的时候，选用铸造毛坯，先车84的外圆用以作为定位面，这样可以保证中心轴的同轴度，减小个外圆面的轴向跳动。参 考 文 献6 成大先机械设计手册K 北京：化学工业出版社 2002.7 机电一体化技术手册编委会 遍 机电一体化技术手册 下册 机械工业出版社。8 唐增宝 常建娥 主编 机械设计课程设计 华中科技大学出版社9 彭文生 李志明 黄华梁 主编 机械设计 高等教育出版社10 朱辉 唐保宁 陈大复 等编 画法几何及工程制图(第五版) 上海科技大学出版社11 清华大学 王先逵 主编 机械制造工艺学(第2版) 机械工业出版社12 赵如复 主编 金属机械加工 工艺人员手册(第四版) 上海: 上海科学技术出版社本账号发布文档来源于互联网和个人收集，仅用于技术分享交流，版权为原作者所有。如果侵犯了您的知识版权，请提出指正，我们将立即删除相关资料。免费格式转换请发豆丁站内信。网易博客腾讯微博新浪微博直接联系QQ2218108823