数控回转工作台.doc

个人收集整理 勿做商业用途 机电一体化系统课程设计 -数控回转工作台 专 业 ：机械设计制造及其自动化 班 级 ： 姓 名 ： 林金洪 学 号 : 082012233 指导老师 : 光电与机电工程系完成时间 ： 2011 年 12 月 13 日 数控回转工作台 摘 要 随着生产力水平的发展数控技术越来越广泛的应用于各个领域。数控机车是数控技术最普遍的应用。而数控回转工作台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台它常被使用于卧式的镗床和加工中心上可提高加工效率完成更多的工艺它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成并可进行间隙消除和蜗轮加紧是一种很实用的加工工具。本课题主要介绍了它的原理和机械结构的设计。本课题主要介绍了它的原理和机械结构的设计并对以上部分运用AtuoCAD做图最后是对数控回转工作台提出的一点建议。关键词数控回转工作台 齿轮传动 蜗杆传动 间隙消除 蜗轮加紧 目 录引言。第一章 数控回转工作台的原理与应用1.1 数控回转工作台.。.1.2 设计准则1.3 主要技术参数第二章 数控回转工作台的结构设计.。 2。1 传动方案的确定. 2.1。1步进电动机的原理 2.1。2 传动方案传动时应满足的要求 2。1。3 传动方案及其分析 2。2 步进电动机的选择 2。3。电动机的的选择 2。4 齿轮传动的设计 2。4.1 选择齿轮传动的类型 2.4。2确定齿轮的主要参数与主要尺寸 2。4.3 齿轮结构设计 2。4.4 齿轮的校核 2。5 蜗轮及蜗杆的选用与校核 2.5.1 选择材料 2.5。2 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸。 2.6 轴的校核与计算 2。7 齿轮上键的选取 2.8 轴承的选用 2.8。1 轴承的类型 2。8.2 圆锥滚子轴承的寿命验算 第三章 结语 第四章 感想与谢辞。 参考文献引 言 对数控回转工作台的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。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能获得工程技术经用性岗位的基本训练通过毕业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能力提高 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. 本次毕业设计主要是解决数控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. 数控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数控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1520左右的稳定增长。文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理,勿做商业用途第2章 任务与分析为进一步巩固与机电一体化相关的知识,特撰写了这本关于数控回转工作台的设计说明书。该设计以数控技术为核心展开了一系列的讨论，主要包括机械部分的设计和控制系统的设计两大部分，此毕业设计以“简约而不简单的总原则，设计出了一套性价比高，劳动强度弱，操作简单及可靠性好的数控回转工作台,该数控回转工作台所能达到的功能主要包括以下几点：1.工作台回转角度为：0360；2。工作台最大回转半径:200mm；3。工作台所能承受的最大重量：20kg；4。工作台分度精度:100”;入回转角度；6.工作台最大回转最大速度：20r/min。它所应用的领域比较广泛，主要用于精密的机械加工设备，各类医疗设备，各类军事设备等.需要说明的是，该说明书上许多东西都是理论上的，还缺乏足够的实际应用，该设备目前还未投产。 第3章 总体方案设计数控分度转台根据其特点，大致包括以下主要部件：1. 完成最终功能的机械执行部分（即产品的机械装置）2. 操作者操纵产品的工作以及了解产品的工作状态的操作面板3. 处理操作指令的控制系统4. 对控制系统发出的控制信号进行放大以及驱动相应设备的驱动电路 图 3-1 图3-2第一章 数控回转工作台的原理与应用 数控机床的圆周进给由回转工作台完成称为数控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数控机床加工范围。1。1 数控回转工作台 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经齿轮减速后由蜗杆传给蜗轮. 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有8对夹紧瓦并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时活塞便压向钢球撑开夹紧瓦并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时先使小液压缸的上腔接通回油路在弹簧的作用下钢球抬起夹紧瓦将蜗轮松开。 回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承并由圆锥滚柱轴承及双列向心圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。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。在半闭环控制系统中可以在实际测量工作台静态定位误差之后确定需要补偿角度的位置和补偿的值记忆在补偿回路中由数控装置进行误差补偿.在全闭环控制系统中由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号反馈给数控装置进行控制。 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由圆光栅或编码器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。个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途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）最大回转半径:200mm (2）回转角度:0360 （3）回转精度：100 （4)最大承载重量20 (5)回转的最大速度为20转/分钟。 它所应用的领域比较广泛，主要用于精密的机械加工设备、各类医疗设备、各类军事设备等.需要说明的是，该说明书上的许多东西都是理论上的，还缺乏足够的实际应用，该设备目前还未投产。第二章 数控回转工作台的结构设计 2。1 传动方案的确定 2.1.1 步进电机的原理 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例相应的转速取决于输入脉冲频率。 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中如数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。 选择步进电机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率.而在选用功率步进电机时首先要计算机械系统的负载转矩电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩大的电机负载力矩大。 选择步进电机时应使步距角和机械系统匹配这样可以得到机床所需的脉冲当量.在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量一是可以改变丝杆的导程二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率不改变其精度.精度是由电机的固有特性所决定。 选择功率步进电机时应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络2。1。2 传动方案传动时应满足的要求 数控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应采用步进电机工作台为T形槽工作台传动装置由齿轮传动和蜗杆传 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 数控回转工作台传动方案为步进电机齿轮传动-蜗杆传动工作台 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 蜗杆传动方面齿面上具有较大的滑动速度摩擦磨损大故效率约为0。70.8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。 同时对于数控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功率步进电机来驱动。 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。此次我们采用了开环回转工作台。2.2 步进电机的选择 首先必须要明白步进电机的工作原理，它将是电脉冲信号变为角位移或线位移的开环控制元件,所以步进电机常用于开环系统的控制，这一点刚好能满足课程设计中开环控制的要求。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则相应转过一个角度（这个角度叫做步矩角，是步进电机中一个很重要的参数）。由于这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累计误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常很方便，其次，还要知道虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在常规下使用，因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。要正确地选择步进电机，还必须清楚它的特性，主要有以下几点：1. 步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止,如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度转动。转动的速度和脉冲的频率成正比；2。 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特点；3。改变脉冲的顺序，可以方便地对步进电机进行调整。要根据转矩和步矩角选择合适的步进电机：2。3.电动机的的选择 工作机的功率Pw Pw =FV/1000w =mgwr/1000w 总效率=齿轮蜗轮蜗杆轴承球轴承=0.9820.990.99=0.42综上所述，Pw=1.9KW可选择型号为Y90L2-2的步进电机,步矩角为1。2度，保持转矩为2。2N.m，步进最高转速为2840转/分钟。2.4 齿轮传动的设计 2。4。1 选择齿轮传动的类型 此次我们采用直齿轮传动的形式。 2。4.2确定齿轮的主要参数与主要尺寸 1）小齿轮齿数Z1=22,大齿轮Z2=66，则传动比i=3。 2)模数 m=d1/z1=33/22=1。5mm，取标准值m=1。5. 3)中心距 标准中心距 a=m（Z1+Z2)/2=66mm 4)主要尺寸 分度圆直径：d1=mZ1=33mm， d2=mZ2=99mm 齿顶圆直径:da1=d1+2m=36mm da2=d2+2m=102mm 齿宽：b=dd1=mm， d=1 取b2=b1+（5-10）=25-30mm， 取b1=30mm 2。4。3 齿轮结构设计 小齿轮 da1=33mm 采用实心式齿轮 大齿轮 da2=99mm 采用腹板式齿轮 如图： 2。4.4 齿轮的校核 按齿面接触强度 小齿轮的转矩T1=9。55*106P/n=9。55*106*1.9/2840=6。4*103 N。mm，齿宽系数d取1 , u=4 ,Ze=188。lim1=600 ，lim2 =550 安全系数 S=1; H 1=lim1/S=600Mpa; H 2=lim2/S=550Mpa； 按7级精度载荷系数Kt=1.2 得d1t=16。87mm 圆周速度V=2。51m/s 齿宽b= 模数 m=d1t /Z1 =0.77 取m=1, 齿高 h=2.252。25 中心距 a=（d1+d2)/2=165mm 验算轮齿弯曲强度 YFa1=2.84 Ysa1=1.56 YFa2=2.22 YSA2=1.75 2Kt1Ysa1YFa1/b1mZ1=93480/1.25=384 YFa2 YSA2/( YFa1 Ysa1 ）=822。5 蜗轮及蜗杆的选用与校核 由于前面我们选步进电动机保持转矩为2.2N.m传动比设定为i=3，工作日安排每年300天工作计算，寿命为10年。 2。5。1 选择材料 考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等,故蜗杆用45号钢；蜗轮用 铸锡青铜,金属铸造. 2.5.2 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆: 直径系数q=17.92；分度圆直径d1=22。4mm，蜗杆头数Z1=1分度圆导程 角=31138蜗杆轴向齿距:PA=3。94mm；蜗杆齿顶圆直径：蜗杆轴向齿厚：=1.97mm如图： 蜗轮: 蜗轮齿数：Z2 =62，变位系数=0 验算传动比:i=/=62/1=62 这是传动比误差为:（60-62）/60=2/60=0。033=3。3 蜗轮分度圆直径：d2=mz2= 蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=80mm 蜗轮喉母圆直径rg2=a1/2 da2 =501/293.5=3.25 键的工作长度l=20mm 如图:2。6轴的校核与计算 扭转强度 选取大齿轮的轴直径为， P轴2=P电机98%=1.86KW，转速n=2840/i=946。67r/min =9。55106p轴2 / n0。2d3 弯扭合成强度 2。7 齿轮上键的选取输入轴（轴1)与小齿轮相匹配的键为:圆头普通平键620；传动轴（轴2）与大齿轮相匹配的键为：圆头普通平键 630；轴2与蜗杆轴相匹配的键为:内外花键 6212552。8 轴承的选用 2。8。1 轴承的类型 传动轴（轴2）27204AC（滚动轴承）； 输出轴（轴3）6204（圆锥滚子轴承)。 2.8.2 圆锥滚子轴承的寿命验算 验算轴承寿命：=106/60n=146215.0h10年 注：n=946。67, c=130103 ， P1=15597。2, =10/3 从计算结果可以看出,所需的轴承寿命为10年，而计算的轴承寿命大于10年，所以选择的轴承是满足要求的。 第三章 结语通过任务与分析,总体方案的设计，机械部分的设计和控制系统的设计，以及相关元件的正确选择和参数的正确计算，此课程设计-即数控分度转台，理论上能够达到课程设计所要求的相关功能,在硬件和软件都良好和正常的情况下,此数控分度转台能较好地完成相应的操作。当然，此课程设计还有许多需要完善的地方。我们都知道，每一套设备都经过不断地改进和完善，它的性能变得越来越好的，所以不是简简单单的一份课程设计说明书就完了，需要做的事情还有很多。 第四章 感想与谢辞 经过两周的努力，我们终于将数控回转工作台课程设计做完了。两周的学习使我对数控有了进一步的了解，学习到了不少数控知识和技术在这次作业过程中,我们遇到了许多困难，大量的计算,大量地查找资料。这次作业的时间是漫长的，过程是曲折的,细细想来，我们的收获还是很大的。不仅仅给予以前的实践很好的理论透析，而且也对制图有了更进一步的掌握AutoCAD、Word、图画这些工具软件的应用也得到了锻炼。 对我们来说，收获最大的是方法的积累和能力的锻炼.在整个过程中，我发现对好多东西不熟悉.没有感性的认识,空有理论知识，有些东西很可能与实际脱节,但我也学到了很多,清楚了数控回转工作台设计的过程,明白如何将以前学到的知识联系在一起，让我明白理论应与实际结合才能创造奇迹，实践才是理论的归宿。在设计计算的过程中，参考了书本、其他有关书籍和他人的成果最终完成了作业。能够自主设计出开环数控回转工作台，使我提高了克服任何困难的信心，自豪感犹然而生。 能够顺利的完成这次课程设计，与老师的指导密不可分，每天陪伴我们，给我们列出步骤，解决设计中的任何问题,用经验告诉我们什么才是最好的.在我们迷茫的时候指引我们方向，没有老师的帮助我们无法完成任务，在此我非常感谢老师! 参考文献 1程光蕴，机械设计基础，高等教育出版社,2006.5 2朱定见，互换性与测量技术，大连理工大学出版社，2010。1 3王少岩，机械设计基础实训指导，大连理工大学出版社，2009。2 4宋宝玉,机械设计课程设计指导书,高等教育出版社，2006.8 5纪名刚,机械设计，高等教育出版社，2006.5 6任玉田，机床计算机数控技术，北京理工大学出版社，1999 7张柱银,数控原理与数控机床，化学工业出版社，2003 8林宋现代数控机床，化学工业出版社，2002