X6132臥式銑床回轉工作臺的機械設計

1、 本科畢業(yè)設計（ 論文 ）題 目：x6132臥式數控銑床回轉工作臺的機械設計 學 號： 姓 名： 班 級： 專 業(yè)： 機械電子工程 學 院： 機電工程學院 入學時間： 2010.09 指導教師： 日 期： 2014年5月28日畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文是在指導教師指導下進行的工作及取得的成果。除文中已經注明的內容外，本論文不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名：日期：x6132臥式數控銑床回轉工作臺的機械設計 摘要本次設計任務主要是對數控回轉工作臺系統結構的設計，解決數控回轉工作臺的工作原理

2、和機械傳動機構的設計與計算。它是一種可以實現圓周進給和分度運動的工作臺，數控回轉工作臺的發(fā)展前景是不可估量的，它常被使用于臥式銑床、鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多、更復雜的曲面工藝內容。它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并對以上的設計部分運用ug、cad做零件圖,裝配圖等。 關鍵詞：銑床；回轉工作臺；機械傳動；齒輪；蝸桿x6132 horizontal milling machine mechanical design of the rotary worktableabstractthe design task is mainly to the design o

3、f cnc rotary worktable system structure, solve the work principle of cnc rotary table and mechanical transmission mechanism design and calculation.give and it is a kind of can realize round week points of workbench, the development prospect of the cnc rotary worktable is immeasurable, it has often b

4、een used in the horizontal milling machine, boring machine and machining center, machining efficiency can be improved, more complete, more complex curved surface technology content.it is mainly composed of impulsion, gear transmission, worm drive, the workbench, such as components, and the design of

5、 the part above usingug or cad part drawing, assembly drawing.key words:milling machine; rotary worktable; mechanical drive; wheel gear; worm目錄1緒論11.1研究目的和意義11.2回轉工作臺的總體發(fā)展趨勢22數控機床的發(fā)展歷程32.1數控機床的發(fā)展史32.2數控機床的發(fā)展趨勢及動向32.3數控機床在我國的發(fā)展53數控回轉工作臺的原理與應用73.1簡述數控回轉工作臺的原理73.2數控回轉工作臺的分類73.3設計的基本準則83.4主要技術參數84數控回轉工作

6、臺的機械設計94.1傳動方案的選擇和確定94.1.1傳動方案傳動時應滿足的要求94.1.2傳動方案及其分析94.1.3總體結構設計114.2原動機的選擇及計算114.2.1電機的種類114.2.2交流伺服電動機的工作原理144.2.3電動機的選擇及參數的計算144.3齒輪的選擇及傳動的設計計算154.3.1選擇齒輪傳動的類型、精度等級及材料154.3.2按齒面接觸疲勞強度設計164.3.3按齒根彎曲強度設計204.3.4幾何尺寸計算234.4蝸輪及蝸桿的選用與校核234.4.1選擇蝸桿傳動類型234.4.2選擇蝸桿材料244.4.3按齒面接觸疲勞強度設計254.4.4蝸輪與蝸桿的主要尺寸與參數

7、264.4.5按照齒根彎曲疲勞強度校核計算284.4.6精度等級公差和表面粗糙度的確定294.5蝸桿軸的設計校核與計算294.5.1蝸桿軸的計算校核294.6鍵聯接的選擇334.6.1鍵聯接的類型334.6.2鍵聯接的尺寸334.6.3鍵聯接的強度驗算334.7軸承的選用及計算344.7.1軸承的選用344.7.2軸承載荷計算344.7.3滾動軸承的配合364.8潤滑與密封374.8.1 傳動副的潤滑374.8.2 軸承的潤滑384.8.3 密封395三維建模ug圖406總結42致謝43參考文獻44附錄451緒論1.1研究目的和意義隨著我國經濟的不斷成長、國防建設的需要、國民經濟的迅速發(fā)展，國

8、家越來越重視回轉工作臺項目相關行業(yè)的發(fā)展。對于機械制造行業(yè)的高檔數控機床提出了急迫需求。機械制造是一個國家工業(yè)和國防的基石，也是一國實力的象征和標志，它為新技術、新產品的開發(fā)和現代工業(yè)生產提供了重要的手段，同時也是不可缺少的戰(zhàn)略性產業(yè)。數控機床的高度發(fā)展與否呈現出一個國家制造業(yè)水平高低，從某種意義上說，反映了一個國家工業(yè)水平的發(fā)展狀況。目前,數控工作臺的種類繁多，傳統的工作臺只能安裝在某一指定機床上，伴隨著科技的與時俱進，它們的功能也由傳統單一性向現代的多功能性方向發(fā)展，現在一些工作臺，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機床上。并且目前部分工作臺還可以作為機床的第四回轉軸，大大提

9、高了機床的性能。例如：我國生產機床工作臺的公司之一的煙臺恒力數控機床附件有限公司生產的hltk14系列數控可傾回轉工作臺，它可以實現用于數控機床和加工中心機床上，可利用原機床的兩個控制坐標控制轉臺的回轉和傾斜，也可直接利用本轉臺配套的數控裝置與機床聯接完成所需的工作循環(huán)。它可以完成任意度的孔、槽、平面類機械加工，以及曲線、凸輪等的加工，并可達到較高的精度。另外也可用于非數控鉆、銑、鏜類機床上，獨立完成等分和不等分的角度分度工作。國外工作臺的功能與我國所生產的工作臺功能基本相似，但是在其精度方面，國外的一些公司所生產的工作臺要略高于我國所生產的工作臺。因此我國與國外相比，還是有一定的差距，因此我

10、們要借助時代的步伐，與時俱進，開拓創(chuàng)新，使我國成為具有領先技術的綜合性強國。數控機床及加工中心的應用已日趨普及，現代數控加工技術使得制造過程發(fā)生了巨大的變化，對技術人員的要求也越來越高。因此，我們要充分了解和熟悉現代數控機床的基本知識，使企業(yè)盡可能投入少，見效快，讓資源合理化運用、讓投資更加合適已成為眾多企業(yè)所不可忽視的一項重要任務。1.2回轉工作臺的總體發(fā)展趨勢 目前數控回轉工作臺已經被廣泛應用于數控銑床、數控鏜床、插床和加工中心上，它的總體的發(fā)展趨勢可以歸結為：（1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型轉臺和大型轉臺；（2）在性能上研制以鋼為材料的蝸輪蝸桿，大幅度提高工作臺的轉速和轉臺的承載能

11、力；（3）在形式上繼續(xù)研制兩軸聯動和多軸并聯回轉的數控轉臺。 數控回轉工作臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)水平的迅猛發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備多軸聯動機床和加工中心，以擴大加工范圍，為加工復雜零件作有必要的鋪墊。雖然在某些行業(yè)產能過剩，受到宏觀調控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，但有部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是在那些國家產業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備的分行業(yè)；作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得穩(wěn)定快速的增長。機床工具行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機床的數控化和產品快速的升級換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動化向柔性自動化方向轉變這一社會需求，

12、由于我國機床附件廠資金緊張，造成技術創(chuàng)新和技術改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴重滯后，成為制約民族機床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國產配套件在產品質量、性能、結構創(chuàng)新、品牌信譽、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達國家相比都存在一定的差距，但在產品的價格、交貨期和售后服務上占有較大的優(yōu)勢。另外，近幾年臺灣地區(qū)的數控附件產品明顯加大了對大陸市場的開發(fā)力度，使國內市場競爭態(tài)勢更加激烈。在今后幾年中，我國機床附件廠要發(fā)展中檔次品種，在提高產品質量、性能水平和可靠性的同時，跟蹤學習發(fā)達國家的先進技術，并在產品創(chuàng)新，提高工藝水平上多下功夫；總結經驗，加強產、學、研的結合，走專業(yè)化生產的路子，面向市場，參與競爭，滿足主

13、機發(fā)展的需要。在不久的將來，我國也將會在機械制造行業(yè)當中成為領軍人物。2數控機床的發(fā)展歷程2.1數控機床的發(fā)展史 1949年美國帕森公司首先提出了機床數字控制的概念。1952年第一代數控系統三坐標立式數控銑床的誕生。后來，又經過改進并開展自動編程技術的研究。于1955年進入實用階段，這對于加工復雜曲面和促進美國的飛機制造業(yè)的發(fā)展起到了關鍵性的作用。20世紀50年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所組成的第二代數控系統晶體管數控系統被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術的發(fā)展，1965年出現了集成電路數控系統，大大地縮小了電路的體積，并且功耗低、可靠性高

14、，集成電路數控機床為第三代數控系統。1970年，小型計算機取代了硬件邏輯控制電路，小型計算機數控系統成為第四代數控系統，然后，隨著微型計算機以其無法比擬的性能價格比滲透各個行業(yè)，1974年前后，美國intel公司開發(fā)和使用了微處理器，微型計算機數控系統問世成為了第五代數控系統。應用一個或多個計算機作為數控系統的核心組件的數控系統統稱為計算機數控系統(cnc)。綜上所述，因微電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，不斷創(chuàng)新，數控機床的數控系統也時時更新，發(fā)展非常之迅猛，幾乎5年左右時間就更新換代一次。2.2數控機床的發(fā)展趨勢及動向 20世紀以來，齒輪變速箱的出現，使機床的性能和結構發(fā)生了巨大的變化。隨著

15、電氣控制、液壓傳動等科學技術在機床上的普遍應用，使機床迅速的發(fā)展起來，除了通用數控機床外，又出現了各式各樣的專用數控機床。 近年來，電子技術、計算機技術、信息技術、激光技術等技術的發(fā)展并在數控領域的應用，使機床得到了迅猛的發(fā)展。多樣化、精密化、高效化、自動化是這一時代機床發(fā)展的重要特征，通過機床加工的精密化、高效化和自動化來推動和發(fā)展社會生產力。 數控機床是一種柔性的、高效能的自動化機床，是實現機械加工自動化的核心設備，是一種最典型的機電一體化產品。其主要解決復雜曲面、精密、小批量、多品種的零件加工問題。1989年，全世界數控機床（含鍛壓機床）的年產量超過10萬臺。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后

16、完成了數控機床產品進程，1990年日本機床產值數控化率達75，美國達70.1，德國達57。目前，世界上數控機床的產量超過15萬臺/年，品種超過1500多種。 隨著社會的不斷進步，科學技術在不斷發(fā)展，新材料和新零件的出現，數控機床的發(fā)展趨勢將越走越好，其主要走向有以下幾個方面：（1）加工高速化提高生產率是數控機床追求的目標之一。機床的高速化可以充分的發(fā)揮現代刀具材料的性能，不但可以降低成本，還可以大幅度提升加工效率，同時還可以提高加工零件表面的質量和精度，對于制造業(yè)能實現高效、優(yōu)質、低成本生產具有廣泛的實用性。要實現數控機床設備的高速化，關鍵是要提高切削的速度、進給速度和減少輔助時間。首先要求數

17、控系統的性能對微小程序段構成的加工程序進行高速的處理，以計算出伺服電動機的位移量，同時要求伺服電動機能高速地做出反應采用32位及64位微處理器，是提高數控系統高速處理能力的有效手段。目前，隨著數控技術的不斷改進，主軸轉速和進給速度得以大幅度提升，進給速度可達，進給的加速度達到。車削和銑削的切削速度已達到以上，主軸轉速則達到；在分辨率為時，快速速度則達；在分辨率為時，快進速度達；當分辨率為時，快進速度達。（2）加工高精度化 隨著數控技術的水平在逐步挺高，對精密加工技術方面也相繼提出了新的要求，提高了加工精度，發(fā)展新型超精密加工機床，完善精密加工技術，適應現代化科技的發(fā)展，已成為了數控機床的發(fā)展方

18、向之一。其精度從微米到亞微米級，一般可以通過減少數控機床的誤差和采用機床誤差補償技術來實現。在減少cnc控制誤差方面，通常采取提高數控機床的分辨率、提高位置檢測精度，在位置伺服系統中采用前饋控制和非線性控制。在機床誤差補償方面，除了采用齒隙補償、絲杠螺距誤差和差距補償技術之外，也還可以對設備進行熱變形來實現誤差補償。近十幾年，普通數控機床的加工精度已由提升到，那么精密加工中心的加工精度則由提高到。（3）高柔性化 采用柔性和自動化設備和系統，是提高加工精度和效率，縮短生產周期，適應市場變化需求和提高競爭能力的有效手段，數控機床在提高單機柔性化的同時，朝著單元柔性化和系統柔性化方向發(fā)展。如plc控

19、制可調組合機床、數控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心、數控三軸動力單元等具有柔性的高效加工設備、柔性加工單元、柔性制造單元等。（4）高自動化 高自動化是指在全部加工過程當中盡量減少人的介入而讓機器自動完成規(guī)定的任務，其中包括物料流和信息流的自動化。自從20世紀80年代中期以來，以數控機床為加工自動化已從“點”、“線”、“面”、“體”的方向發(fā)展。盡管這種高自動化技術還存在缺陷，但數控機床的高自動化還是向著fmc、fms集成方向發(fā)展的總體趨勢任然是機械制造也發(fā)展的主流。（5）控制智能化、復合化 隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，為適應制造業(yè)生產柔性化、自動化發(fā)展的需求，智能化正成為數控研究

20、方面及其發(fā)展的熱點，它可以貫穿生產加工全部過程，還可以為生產加工產品做售后服務和維修。 復合化主要分為工序復合化和功能復合化，工序復合化看之后，打破了分開加工的工藝規(guī)程，從而可以最大限度地提高設備的利用率。功能復合化后，數控系統的控制軸也在不斷地增加，同一機床即具有車削中心也具有銑削中心的特點。2.3數控機床在我國的發(fā)展 我國的工業(yè)機床是在新中國建立后建立起來的，1949年機床年產量僅僅1500多臺。自從我國從1958年開始研制數控機床，在研制和推廣數控機床方面取得了一定的成績；同年還研制出了第一代數控系統產品。隨著時間的推移，在設計和技術方面不斷的改進，于1966年研制出了第二代數控系統產品

21、。經過不斷的改進，查找不足之處，隨后又研制出了第三代、第四代、第五代數控技術產品。近年來，由于引進了國外的數控技術和伺服系統制造技術，是我國數控機床在品種上、數量和質量方面的成績日趨越好，基本形成了數控產業(yè)基地，基本掌握了現代數控技術，并且也建立了數控研究、開發(fā)、管理人才的隊伍。日前，我國生產數控機床的廠商就有幾十家，能夠生產不同類型的數控機床和加工中心。目前，我國已能生產從小型儀表機床到重型機床的各種機床。也能生產出各種精密的、高度自動化的、高效率的機床和自動線。國產數控機床的分辨率已提高達到了，機床的性能也在逐步的提高，有些甚至接近了世界的先進水平。到1989年底，我國目前可供應的數控機床

22、品種已超過300多種，其中數控機床占，加工中心占。 雖然我國的數控機床工業(yè)已經取得了很大的成就。但是，與國外數控機床相比，我國的“四個差距”：（1）市場占有率低，品種覆蓋率小，還未形成規(guī)模的生產；（2）成套性差，伺服、主軸不配套；（3）外觀質量相對差，可靠性相對差，商品化程度不高；（4）名牌效應差，用戶信心不足。 目前，我國回轉工作臺市場發(fā)展迅速，產品產出持續(xù)擴張，國家產業(yè)政策鼓勵回轉工作臺產業(yè)向高技術產品方向發(fā)展，國內企業(yè)新增投資項目投資逐漸增多。投資者對回轉工作臺市場的關注度越來越高，使得回轉工作臺市場越來越受到各方的關注，這些說明了我國的數控技術已經進入了新的發(fā)展時期。但是，機床工具行業(yè)

23、的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機床的數控化和產品快速的升級換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動化向柔性自動化方向轉變這一社會需求，由于我國機床附件廠資金緊張，造成技術創(chuàng)新和技術改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴重滯后，成為制約民族機床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。我們堅信，預計在不久的將來，我國將會趕超世界先進國家的技術水平。3數控回轉工作臺的原理與應用3.1簡述數控回轉工作臺的原理 為了擴大數控數控機床加工范圍，機床的圓周進給運動由回轉工作臺來實現，也稱為數控機床的第四軸?；剞D工作臺可以與三個坐標軸同時聯動，從而可以加工出各種球類、圓弧曲面等復雜的空間曲面。 本次設計數控回轉工作臺有兩種狀態(tài)：

24、第一，使工作臺進行圓周進給完成切削任務。第二，使工作臺進行分度工作。它按照控制系統的命令。在需要時完成上述任務。由交流伺服電動機來驅動工作臺。采用無級變速方式。主要由控制系統決定定位精度。 回轉工作臺的運動由交流伺服電機接聯軸器，驅動齒輪系統傳動和蝸桿蝸輪系統傳動。使得工作臺做回轉運動。當數控回轉工作臺接到數控系統的指令后，首先松開回轉臺部分的油缸剎緊裝置，松開剎緊片，然后啟動交流伺服電機。按數控指令確定工作臺的回轉方向、回轉速度及回轉角度大小等參數。3.2數控回轉工作臺的分類 數控回轉工作臺是鏜床、鉆床、銑床和插床等重要附件工具，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時轉動工作臺，則可加工圓

25、弧面和圓弧槽等。在加工過程中，根據不同的零件可以選擇不同的加工方式的夾具。其具體的分類方式如表1：表1 數控轉臺的分類類型形式轉臺安裝方式水平轉臺立臥轉臺萬能轉臺分度形式等分轉臺任意分度轉臺驅動方式液壓轉臺電動轉臺回轉軸軸數單軸轉動轉臺兩軸聯動轉臺多軸并聯轉臺3.3設計的基本準則 在設計過程中，要遵循以下幾條設計準則：（1）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能；（2）分析原理和性能； （3）判別功能載荷及其意義；（4）創(chuàng)造有利的載荷條件；（5）預測意外載荷；（6）提高合理的應力分布和剛度；（7）功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求；（8）應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸；（9）零件與整體零件之間精度

26、的進行選擇；（10）根據性能組合選擇材料；（11）重量要適宜。3.4主要技術參數（1）工作臺臺面尺寸/mm ： 500500（2）工作臺最大承載能力/kg： 500kg（3）最大回轉半徑/mm ： 300mm（4）定位精度（）： 10（5）回轉角度（）： 36r/min（6）工作臺最小分度（）： 0.0014數控回轉工作臺的機械設計 4.1傳動方案的選擇和確定 4.1.1傳動方案傳動時應滿足的要求 數控回轉工作臺主要由原動機、傳動裝置、箱體和工作臺組成，傳動裝置的作用是在原動機與工作臺之間傳遞動力，同時也可以能量改變傳遞的方式，并能實現分度運動。本次設計中，原動機采用交流伺服電動機，工作臺為t

27、形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動兩種傳動方式構成。合理的傳動方案主要滿足以下要求：（1）機械功能要求：需滿足工作臺的功率、轉速和運動形式的要求等。（2）工作條件要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。（3）工作性能要求：確保工作可靠性、傳動高效性等。（4）結構工藝性要求：比如結構設計合理簡單、尺寸緊湊不冗多、使用維護便利、工藝性和經濟合理性等。 4.1.2傳動方案及其分析 對于回轉工作臺的傳動方式初設兩種方案方案一：一級為齒輪傳動和二級為齒輪傳動；圖4-1 方案一方案二：一級為齒輪傳動，二級為蝸桿傳動。圖4-2 方案二（1）對上述方案進行分析和比較：方案一總傳動比小，占用空間大；能很好完

28、成工作臺的回轉運動，但是其方式無法使工作臺達到自鎖的目的。方案二傳動效率雖然低，與方案一相比，占用空間小，能完成自鎖。（2）該傳動方案分析如下： 齒輪傳動：承受載荷能力較高 ，傳遞運動平穩(wěn)準確，傳遞功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結構緊湊。 蝸桿傳動：傳動比大，與其他傳動形式相比，當傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構尺寸緊湊。傳動平穩(wěn)，蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是循序漸進的，傳動平穩(wěn)，噪聲低。自鎖性好，當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，如果蝸桿為主動件，那么機構將自鎖。 綜上所述分析可知：將齒輪傳動放置傳動系統的高速級，蝸桿傳動放置傳動系統的低速級，傳動方案較為合理。數控回轉

29、工作臺傳動方案為：交流伺服電動機齒輪傳動蝸桿傳動工作臺。 4.1.3總體結構設計結構設計圖尺寸： 單位： 圖4-3 總體結構設計4.2原動機的選擇及計算4.2.1電機的種類 步進電動機將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。用脈沖信號的頻率和脈沖數來控制電機的轉速、停止的位置，當有一個脈沖信號發(fā)送給步進驅動器時，步進驅動器就使得步進電機按照所設定的方向轉動一個固定的角度，稱為步距角。以固定的角度量旋轉一步一步的動作。從而達到通過控制脈沖個數來控制角位移量，來實現準確定位；若想控制電機轉動速度和加速度來到達調速的目的，可以通過控制脈沖頻率來實現，實物圖如圖4-4所示。圖4-4 步

30、進電動機步進電動機具有以下的特點：（1) 可以用數字信號直接進行開環(huán)控制，整個系統簡單廉價。 （2）一般步進電機的精度為步進角的3-5%，角位移與輸入脈沖數嚴格成正比，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性，可以組成結構較為簡單而又具有定精度的開環(huán)控制系統。 （3) 優(yōu)秀的起停和正反轉響應；停止時，可有自鎖功能。 （4) 步距角選擇范圍比較廣，在步距較小時，通?？梢栽诔退偾闆r下高轉矩穩(wěn)定轉動、不經減速器可以直接驅動負載。 （5）由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉速范圍。（6）外表不允許較高的溫度。（7）力矩會隨轉速的升高而下降。（8）步進電動機適合于在低速場合下工作，但若高于一定速度就無法啟動

31、，并伴有嘯叫聲。 伺服電機將電壓信號轉化為轉矩與轉速來驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并且能快速響應，在自動控制系統過程中，用來作為執(zhí)行元件，且線性度比較高、時間常數小、始動電壓等特性，把接收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或者角速度來作為輸出，實物圖如圖4-5所示。 圖4-5 交流伺服伺服電機優(yōu)點：（1）高速性能好，一般額定轉速能達到20003000轉；在其額定轉速以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。（2）抗過載能力強，能承受三倍于額定轉矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用；（3）適用于有高速響應要求的場合。（4）控制性能：伺服驅動系統為開環(huán)、

32、閉環(huán)控制。電液脈沖馬達電液脈沖馬達由步進電機和液壓伺服機構（即扭矩放大器）所組成。由步進電機接收數字控制裝置發(fā)出的脈沖信號，把它轉換或角位移。經液壓隨動閥和油馬達組成的伺服機構做功率放大后，驅動機床工作臺或刀架，使之進行精確定或作進給運動。是當前數控系統中特別是開環(huán)系統中比較理想的伺服元件。電液脈沖馬達廣泛應用在自動控制、同步控制和各種數控機床上，實物圖如圖4-6所示。圖4-6 電液馬達 優(yōu)點：角位移準確、反應迅速、調整范圍廣，在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數小，反應快，速度平穩(wěn)等。 缺點：液壓系統需要供油，體積大，噪聲，漏油等。 綜上比較，交流伺服電動機無電刷和換向器，因此工

33、作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。定子繞組散熱比較方便。慣量小，易于提高系統的快速性；抗過載能力強，適應于高速大力矩工作狀態(tài)。4.2.2交流伺服電動機的工作原理 伺服電機是將電壓信號轉化為轉矩與轉速來驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并且能快速響應，在自動控制系統中，用來作為執(zhí)行元件，且線性度高、時間常數小、始動電壓等特性，把接收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或者角速度來作為輸出。4.2.3電動機的選擇及參數的計算（1）數控回轉工作臺電動機的選擇 數控回轉工作臺的動力源初選選用德國西門子系統交流伺服電動機，系統交流伺服電動機主要是為機床進給驅動開發(fā)設計的，它能夠實現高轉速、輸出很大扭矩

34、、耐熱性極高性能等。 初選電動機為型交流伺服電動機，電動機的主要要參數為，額定扭矩，轉動慣量?；剞D裝置傳動比的計算：傳動比為： （4-1）當工作臺工作時，其轉速，則電動機實際轉速小于電動機額定轉速，電機選擇合理。（2）數控回轉工作臺扭矩的計算 根據文獻計算切向銑削力為： （4-2）因機床在銑削加工功率的消耗最大，因此要用銑削加工的數據來求。根據實用鉗工計算手冊中公式，計算切向銑削力式中，為單位銑削力，根據鑄鐵試料（ht200），由手冊查得；銑削寬度；銑削深度；每齒進給量；銑刀齒數；銑刀直徑。由以上公式計算可得：切向銑削力，切削力矩。 電動機的扭矩銑削加工時，數控回轉工作臺勻速轉動，此時加速力矩

35、為0；由于采用回轉滾動軸承來支承，摩擦力產生的力矩非常小，考慮到安全系數，力矩可以忽略。預選電動機的額定扭矩為，大于所需扭矩，因此，所選電動機滿足設計要求。（3）工作臺回轉部分慣量的計算 工作臺回轉部分及工件總質量為:，工作臺回轉部分及工件總回轉慣量按下式計算： （4-3）式中，為回轉體的質量；為工作臺邊長，。所以 ：，因此，所選電動機滿足設計要求，獲得高的動態(tài)響應，能夠達到轉臺的性能要求 因此，所選電機滿足設計要求。4.3齒輪的選擇及傳動的設計計算4.3.1選擇齒輪傳動的類型、精度等級及材料 根據兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為直齒圓柱齒輪傳動、 斜齒圓柱齒輪傳動、人字齒輪傳動、錐齒輪傳動

36、和交錯軸斜齒輪傳動?？紤]到本次設計中，轉速不是太高，傳遞的功率也不大，傳動比不大；因此選用圓柱直齒輪傳動；回轉工作臺做為加工工具，速度不高，選用級精度；由表10-1常用齒輪材料及其力學特征表可知，選擇小齒輪材料為（調質），硬度為；大齒輪材料為鋼（調質），硬度為；選小齒輪齒數，則大齒輪齒數。4.3.2按齒面接觸疲勞強度設計由設計計算公式（10-9a）進行試算，即 （4-4）式中：小齒輪分度圓直徑； 載荷系數； 小齒輪轉矩； 許用接觸應力； 齒寬系數； 齒數比； 彈性系數；確定公式中的各計算數值（1）試選載荷系數。（2）計算小齒輪傳遞的轉矩。（3） 由表10-7，齒寬系數。（4） 由表10-6查的

37、材料的彈性影響系數。（5）由圖10-21d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度；（6）由式10-13計算應力循環(huán)次數。（7) 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數；。（8) 計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1%，安全系數s=1，由式（10-12）得計算：（1）試算小齒輪的分度圓直徑，代入中較小值。（2）計算周轉速度。（3）計算齒寬。（4）計算齒寬與齒高之比。模數 齒高 （5）計算載荷系數。根據，級精度，由圖10-8查的動載荷系數；直齒輪，；由表10-2查得使用系數；由表10-4用插值法查的級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，；由,；由查圖10-13得；故載荷系數（6）按實

38、際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得（7）計算模數。4.3.3按齒根彎曲強度設計由式（10-5）查得彎曲強度的設計公式： （4-5） 式中 載荷系數；小齒輪轉矩；齒寬系數；小齒輪齒數；齒形系數；應力修正系數；彎曲疲勞許用應力。確定公式中的各計算數值（1） 由圖10-20查得：，。（2） 由圖10-18，取彎曲疲勞壽命系數 ， ；（3)計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數,由式（10-12）得（4）。（5) 。由表10-5查的 。（6）。由表10-5查得 ，。（7）計算大、小齒輪的并加以比較。由上述可知，大齒輪的值比較大。設計計算： 而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅

39、與齒輪直徑有關（即模數與齒數的乘積有關），可取由彎曲強度算得到模數,并就近圓整為標準值,按接觸強度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數 ,。 根據齒面接觸疲勞強度算出的模數比按照齒根彎曲疲勞強度算出的模數大，彎曲強度所決定的承載能力確定了齒輪模數的大小，然而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅跟齒輪直徑相關，則可以取由彎曲強度計算所得的模數,并就近圓整為標準值,按接觸強度算出的分度圓直徑，算出小齒輪齒數。這樣設計出來的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，同時做到結構緊湊，又避免浪費。4.3.4幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑。（2）計算中兩齒輪的中心距。（3）計算齒輪的寬

40、度。 取，； 圖4-7 小齒輪 圖4-8 大齒輪4.4蝸輪及蝸桿的選用與校核4.4.1選擇蝸桿傳動類型 蝸桿的傳動可以分為圓柱蝸桿傳動（圖a）、環(huán)面蝸桿傳動（圖b）以及錐面蝸桿傳動（圖c）。圖4-9 蝸桿傳動的類型 蝸桿傳動的特點：傳動比大，與其他傳動形式相比，當傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構尺寸緊湊。傳動平穩(wěn)，蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是循序漸進的，傳動平穩(wěn)，噪聲低。自鎖性好，當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，如果蝸桿為主動件，那么機構將具有自鎖的功能。 圖4-10 漸開線蝸桿 圖4-11 阿基米德蝸桿 在加工蝸桿的過程中，阿基米德蝸桿易車削難磨削，通常在無需磨削的情況下被

41、采用，運用于低速場合使用。然而在車制漸開線蝸桿時，刀刃頂平面與基圓柱相切，兩把刀具分別切出左、右側螺旋面。該蝸桿軸向齒廓為外凸曲線，端面齒廓為漸開線。漸開線蝸桿可以用專用機床來磨削制造，那么蝸桿具有較高精度，可使用于高轉速大功率的傳動中。根據推薦，采用漸開線蝸桿。可知整體傳動比的設計值比較大；同時在工作當中，工作臺有需要自鎖功能，蝸桿采用單頭蝸桿；為了工作臺在工作中需要受力平衡與工作平穩(wěn)，采用右旋作為蝸桿的旋向。4.4.2選擇蝸桿材料 考慮到蝸桿傳動效率率不大，在蝸輪蝸桿傳動級，傳動比為，速度只是中等，故蝸桿用鋼；在傳動的過程中希望傳動效率高些，耐磨性好些，故蝸輪蝸桿的齒面要求淬火，硬度為。蝸

42、桿用鑄錫磷青銅金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵制造。4.4.3按齒面接觸疲勞強度設計 根據閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度，由式（11-12），傳動中心距 （4-6） （1）確定作用在蝸桿上的轉矩。由表11-1，取，由估取效率公式，為了保證工作臺分度精度，將蝸桿傳動比設定在 ，那么（2）確定載荷系數。 因為工作時載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數；由表11-5選取使用系數；因在傳動的過程中沖擊不大，載荷系數不高，可取動載荷系數；那么（3）確定彈性影響系數。 因選用的是蝸輪和鋼蝸桿相配，故。（4）確定接觸系數。 先假

43、設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值，從圖11-18中可查得。（5）確定許用接觸應力。 根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅， ，可從表11-7中查得蝸輪的基本許用應力。應力循環(huán)次數 壽命系數 則 （6）計算中心距。由表11-2，根據結構設計要求取中心距，模數，蝸桿分度圓直徑，根據要求，由圖11-18查得，并且小于，所以上述計算結果可用。4.4.4蝸輪與蝸桿的主要尺寸與參數（1）蝸桿 蝸桿分度圓直徑:軸向齒距: 直徑系數: 分度圓導程角: 齒頂圓直徑: 齒根圓直徑: 蝸桿軸向齒厚:表2 蝸桿的主要尺寸與參數分度圓直徑/mm 軸向齒距/mm直徑系數 分度圓導程角齒頂圓直徑/mm齒根圓直徑/mm蝸桿軸向齒厚 /

44、mm22.47.8595423826.417.43.92根據計算所得數據和查表所得，繪制蝸桿軸圖示如下：圖4-12 蝸桿軸零件圖（2）蝸輪蝸輪齒數：蝸輪分度圓直徑：變位系數：蝸輪喉圓直徑：蝸輪齒根圓直徑: 蝸輪咽喉母圓半徑: 表3 蝸輪的主要尺寸與參數蝸輪齒數蝸輪分度圓直徑/mm變位系數蝸輪喉圓直徑/mm蝸輪齒根圓直徑/mm蝸輪咽喉母圓半徑/mm96240-0.50024823419根據計算所得數據和查表所得，繪制蝸輪圖示如下：圖4-13 蝸輪零件圖4.4.5按照齒根彎曲疲勞強度校核計算由公式： （4-7）當量齒數： 根據,從圖11-19中查得。螺旋系數 ： 許用彎曲應力： 從表11-8中查得

45、由制造蝸輪時，許用彎曲應為。壽命系數： 故彎曲強度是滿足的。4.4.6精度等級公差和表面粗糙度的確定 因蝸桿傳動是動力傳動的一種減速裝置。從選擇圓柱蝸桿蝸輪級精度，側隙種類為，標注為；然后由有關手冊中查得要求的公差項目及表面粗糙度。4.5蝸桿軸的設計校核與計算 4.5.1蝸桿軸的計算校核（1）求輸出軸上的功率、轉速和轉矩。 （2）求作用在齒輪上的力。 已知低速級大齒輪的分度圓直徑為。所以 （3）初步確定軸的最小直徑。 先按照1式（15-2）初步估軸的最小直徑。選取軸的材料為鋼，調質處理。根據表15-3，取，于是得取取軸的兩端直徑為。 （4）傳動軸結構設計。 擬定軸上零件的裝配方案，分析可得裝配

46、方案,傳動軸1如圖1-9所示。 圖4-14 蝸桿軸的結構設計根據軸的定位的要求，確定軸的各段直徑和長度為了滿足最小直徑要求：為了滿足軸承的裝配要求：為了滿足齒輪傳動要求：求軸上的載荷，對軸受力分析，受力圖如下圖所示：圖4-15 彎矩圖圖4-16 蝸桿軸零件圖4.6鍵聯接的選擇 4.6.1鍵聯接的類型 鍵主要用于軸和帶轂類零件，來實現周向固定以傳遞轉矩的軸轂連接。有的還能實現軸向固定以傳遞軸向力；有些則能構成軸向動聯接。鍵主要類型有：平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵和花鍵等。鍵的作用基本相同，都是傳遞能量的功能，只是根據強度的不同選擇不同的連接方式，因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，并且要求一定的定心性，因

47、此應用平鍵連接就可以滿足此次設計要求。4.6.2鍵聯接的尺寸 因為鍵在軸上的作用是傳遞扭矩和轉矩，應用平鍵連接即可達到目的。在此選擇用平鍵。由文獻資料可查得傳動軸上鍵的截面尺寸：；4.6.3鍵聯接的強度驗算 普通平鍵的強度條件為 （4-8）式中 軸的直徑； 鍵的工作長度； 鍵傳遞的轉矩； 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，此處高為鍵的高度； 鍵，軸，輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力。由表3-5可以查得需用擠壓力，取平均值。表4 鍵聯接的許用擠壓應力p 或壓強p連接的工作方式鍵或榖、軸的材料載荷性質靜載荷輕微沖擊載荷沖擊載荷靜聯接用鍛鋼、鑄鋼 125-150 125-150 60-90鑄鐵 70-80 5

48、0-60 30-45動聯接用鍛鋼、鑄鋼504030傳遞的轉矩 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 鍵的工作長度 軸的直徑 由以上數值可得：即，因此平鍵的強度滿足工作所需條件。摘自，鍵的尺寸為。4.7軸承的選用及計算 4.7.1軸承的選用 滾動軸承被廣泛的用于現代機器當中。它主要依靠滾動體的接觸來支撐轉動零部件。較滑動軸承，滾動軸承摩擦力非常小，消耗的功率少，易于啟動等優(yōu)點?，F在我們常用的絕大部分都是標準化滾動軸承，因此使用滾動軸承時，只需根據具體工作條件、承受載荷的大小、正確選擇軸承的類型和尺寸。并且驗算軸承的承載能力。以及軸承的安裝與調整，潤滑與密封等有關問題。 考慮到軸的加工時各方面都會有誤差的出現，

49、會直接傳遞加工誤差，它可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，二級傳動為蝸輪蝸桿傳動，在此過程中需要要承受較大的軸向力，因此中間需選用單列圓柱滾子軸承和單向推力球軸承，其軸承代號分別為：nu203和51104；在心軸級傳動時，選擇單列圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承，其型號分別為：n206e、30205。 4.7.2軸承載荷計算 蝸桿軸主要由圓柱滾子軸承和單向推力球軸承承擔軸向載荷和徑向載荷，需要對軸承的壽命進行大致的計算：蝸桿軸承壽命計算： （1)由簡明機械設計手冊表13-17，得圓錐滾子軸承30205。，（2）由機械設計查表得：（3）計算軸承反力及當量動載荷：在h平面內軸承所受得載荷 在v平面內軸承所受得載荷 所以軸承所受得總載荷：由于基本只受軸向載荷，所以當量動載荷：（4）已知預期得壽命 10年，兩班制，則基本額定動載荷：。所以軸承30206安全的，所選軸承合格。繪制的零件圖如下： 圖4-17 單向推力球軸承圖4-18 圓錐滾子軸承4.7.3滾動軸承的配合 因為滾動軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產，軸承內孔與軸的配合采用基孔制配合，即以軸承內孔的尺寸作為基準；軸承外徑與箱體的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸作為基準。4.8蝸桿蝸輪傳動間隙消除設計在本次課題設計中，齒輪傳動的傳動精度主要依靠齒輪的加工制造精度和安裝定位精度來確定。但蝸桿蝸輪傳動中，