X6132臥式銑床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ）題 目：x6132臥式數(shù)控銑床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 班 級(jí)： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 入學(xué)時(shí)間： 2010.09 指導(dǎo)教師： 日 期： 2014年5月28日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的工作及取得的成果。除文中已經(jīng)注明的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。作者簽名：日期：x6132臥式數(shù)控銑床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì) 摘要本次設(shè)計(jì)任務(wù)主要是對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理

2、和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。它是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(fù)雜的曲面工藝內(nèi)容。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，并對(duì)以上的設(shè)計(jì)部分運(yùn)用ug、cad做零件圖,裝配圖等。 關(guān)鍵詞：銑床；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；機(jī)械傳動(dòng)；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(zhuǎn)工作臺(tái)的總體發(fā)展趨勢(shì)22數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程32.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史32.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)及動(dòng)向32.3數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展53數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用73.1簡(jiǎn)述數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理73.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分類(lèi)73.3設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則83.4主要技術(shù)參數(shù)84數(shù)控回轉(zhuǎn)工作

6、臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)94.1傳動(dòng)方案的選擇和確定94.1.1傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求94.1.2傳動(dòng)方案及其分析94.1.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)114.2原動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算114.2.1電機(jī)的種類(lèi)114.2.2交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理144.2.3電動(dòng)機(jī)的選擇及參數(shù)的計(jì)算144.3齒輪的選擇及傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算154.3.1選擇齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型、精度等級(jí)及材料154.3.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)164.3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)204.3.4幾何尺寸計(jì)算234.4蝸輪及蝸桿的選用與校核234.4.1選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型234.4.2選擇蝸桿材料244.4.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)254.4.4蝸輪與蝸桿的主要尺寸與參數(shù)

7、264.4.5按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算284.4.6精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定294.5蝸桿軸的設(shè)計(jì)校核與計(jì)算294.5.1蝸桿軸的計(jì)算校核294.6鍵聯(lián)接的選擇334.6.1鍵聯(lián)接的類(lèi)型334.6.2鍵聯(lián)接的尺寸334.6.3鍵聯(lián)接的強(qiáng)度驗(yàn)算334.7軸承的選用及計(jì)算344.7.1軸承的選用344.7.2軸承載荷計(jì)算344.7.3滾動(dòng)軸承的配合364.8潤(rùn)滑與密封374.8.1 傳動(dòng)副的潤(rùn)滑374.8.2 軸承的潤(rùn)滑384.8.3 密封395三維建模ug圖406總結(jié)42致謝43參考文獻(xiàn)44附錄451緒論1.1研究目的和意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷成長(zhǎng)、國(guó)防建設(shè)的需要、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)

8、家越來(lái)越重視回轉(zhuǎn)工作臺(tái)項(xiàng)目相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。對(duì)于機(jī)械制造行業(yè)的高檔數(shù)控機(jī)床提出了急迫需求。機(jī)械制造是一個(gè)國(guó)家工業(yè)和國(guó)防的基石，也是一國(guó)實(shí)力的象征和標(biāo)志，它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供了重要的手段，同時(shí)也是不可缺少的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。數(shù)控機(jī)床的高度發(fā)展與否呈現(xiàn)出一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低，從某種意義上說(shuō)，反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的發(fā)展?fàn)顩r。目前,數(shù)控工作臺(tái)的種類(lèi)繁多，傳統(tǒng)的工作臺(tái)只能安裝在某一指定機(jī)床上，伴隨著科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多功能性方向發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺(tái)，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機(jī)床上。并且目前部分工作臺(tái)還可以作為機(jī)床的第四回轉(zhuǎn)軸，大大提

9、高了機(jī)床的性能。例如：我國(guó)生產(chǎn)機(jī)床工作臺(tái)的公司之一的煙臺(tái)恒力數(shù)控機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的hltk14系列數(shù)控可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它可以實(shí)現(xiàn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床上，可利用原機(jī)床的兩個(gè)控制坐標(biāo)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜，也可直接利用本轉(zhuǎn)臺(tái)配套的數(shù)控裝置與機(jī)床聯(lián)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(lèi)機(jī)械加工，以及曲線、凸輪等的加工，并可達(dá)到較高的精度。另外也可用于非數(shù)控鉆、銑、鏜類(lèi)機(jī)床上，獨(dú)立完成等分和不等分的角度分度工作。國(guó)外工作臺(tái)的功能與我國(guó)所生產(chǎn)的工作臺(tái)功能基本相似，但是在其精度方面，國(guó)外的一些公司所生產(chǎn)的工作臺(tái)要略高于我國(guó)所生產(chǎn)的工作臺(tái)。因此我國(guó)與國(guó)外相比，還是有一定的差距，因此我

10、們要借助時(shí)代的步伐，與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng)新，使我國(guó)成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強(qiáng)國(guó)。數(shù)控機(jī)床及加工中心的應(yīng)用已日趨普及，現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)使得制造過(guò)程發(fā)生了巨大的變化，對(duì)技術(shù)人員的要求也越來(lái)越高。因此，我們要充分了解和熟悉現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)，使企業(yè)盡可能投入少，見(jiàn)效快，讓資源合理化運(yùn)用、讓投資更加合適已成為眾多企業(yè)所不可忽視的一項(xiàng)重要任務(wù)。1.2回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的總體發(fā)展趨勢(shì) 目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、插床和加工中心上，它的總體的發(fā)展趨勢(shì)可以歸結(jié)為：（1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開(kāi)發(fā)小型轉(zhuǎn)臺(tái)和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；（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(tái)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能

11、力；（3）在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的市場(chǎng)分析：隨著我國(guó)制造業(yè)水平的迅猛發(fā)展，加工中心將會(huì)越來(lái)越多地被要求配備多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和加工中心，以擴(kuò)大加工范圍，為加工復(fù)雜零件作有必要的鋪墊。雖然在某些行業(yè)產(chǎn)能過(guò)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，但有部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長(zhǎng)率，特別是在那些國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)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(jī)，普通加工機(jī)床將獲得穩(wěn)定快速的增長(zhǎng)。機(jī)床工具行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機(jī)床的數(shù)控化和產(chǎn)品快速的升級(jí)換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變這一社會(huì)需求，

12、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)。另外，近幾年臺(tái)灣地區(qū)的數(shù)控附件產(chǎn)品明顯加大了對(duì)大陸市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)力度，使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)更加激烈。在今后幾年中，我國(guó)機(jī)床附件廠要發(fā)展中檔次品種，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能水平和可靠性的同時(shí)，跟蹤學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，并在產(chǎn)品創(chuàng)新，提高工藝水平上多下功夫；總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合，走專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)的路子，面向市場(chǎng)，參與競(jìng)爭(zhēng)，滿足主

13、機(jī)發(fā)展的需要。在不久的將來(lái)，我國(guó)也將會(huì)在機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)中成為領(lǐng)軍人物。2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程2.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史 1949年美國(guó)帕森公司首先提出了機(jī)床數(shù)字控制的概念。1952年第一代數(shù)控系統(tǒng)三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床的誕生。后來(lái)，又經(jīng)過(guò)改進(jìn)并開(kāi)展自動(dòng)編程技術(shù)的研究。于1955年進(jìn)入實(shí)用階段，這對(duì)于加工復(fù)雜曲面和促進(jìn)美國(guó)的飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用。20世紀(jì)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(shù)控系統(tǒng)晶體管數(shù)控系統(tǒng)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(shù)的發(fā)展，1965年出現(xiàn)了集成電路數(shù)控系統(tǒng)，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(shù)控機(jī)床為第三代數(shù)控系統(tǒng)。1970年，小型計(jì)算機(jī)取代了硬件邏輯控制電路，小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)成為第四代數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計(jì)算機(jī)以其無(wú)法比擬的性能價(jià)格比滲透各個(gè)行業(yè)，1974年前后，美國(guó)intel公司開(kāi)發(fā)和使用了微處理器，微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)問(wèn)世成為了第五代數(shù)控系統(tǒng)。應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(cnc)。綜上所述，因微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷創(chuàng)新，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)也時(shí)時(shí)更新，發(fā)展非常之迅猛，幾乎5年左右時(shí)間就更新?lián)Q代一次。2.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)及動(dòng)向 20世紀(jì)以來(lái)，齒輪變速箱的出現(xiàn)，使機(jī)床的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化。隨著

15、電氣控制、液壓傳動(dòng)等科學(xué)技術(shù)在機(jī)床上的普遍應(yīng)用，使機(jī)床迅速的發(fā)展起來(lái)，除了通用數(shù)控機(jī)床外，又出現(xiàn)了各式各樣的專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床。 近年來(lái)，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展并在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用，使機(jī)床得到了迅猛的發(fā)展。多樣化、精密化、高效化、自動(dòng)化是這一時(shí)代機(jī)床發(fā)展的重要特征，通過(guò)機(jī)床加工的精密化、高效化和自動(dòng)化來(lái)推動(dòng)和發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力。 數(shù)控機(jī)床是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工自動(dòng)化的核心設(shè)備，是一種最典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。其主要解決復(fù)雜曲面、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題。1989年，全世界數(shù)控機(jī)床（含鍛壓機(jī)床）的年產(chǎn)量超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)。歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后

16、完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品進(jìn)程，1990年日本機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)75，美國(guó)達(dá)70.1，德國(guó)達(dá)57。目前，世界上數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量超過(guò)15萬(wàn)臺(tái)/年，品種超過(guò)1500多種。 隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，新材料和新零件的出現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)將越走越好，其主要走向有以下幾個(gè)方面：（1）加工高速化提高生產(chǎn)率是數(shù)控機(jī)床追求的目標(biāo)之一。機(jī)床的高速化可以充分的發(fā)揮現(xiàn)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(shí)還可以提高加工零件表面的質(zhì)量和精度，對(duì)于制造業(yè)能實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)具有廣泛的實(shí)用性。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的高速化，關(guān)鍵是要提高切削的速度、進(jìn)給速度和減少輔助時(shí)間。首先要求數(shù)

17、控系統(tǒng)的性能對(duì)微小程序段構(gòu)成的加工程序進(jìn)行高速的處理，以計(jì)算出伺服電動(dòng)機(jī)的位移量，同時(shí)要求伺服電動(dòng)機(jī)能高速地做出反應(yīng)采用32位及64位微處理器，是提高數(shù)控系統(tǒng)高速處理能力的有效手段。目前，隨著數(shù)控技術(shù)的不斷改進(jìn)，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度得以大幅度提升，進(jìn)給速度可達(dá)，進(jìn)給的加速度達(dá)到。車(chē)削和銑削的切削速度已達(dá)到以上，主軸轉(zhuǎn)速則達(dá)到；在分辨率為時(shí)，快速速度則達(dá)；在分辨率為時(shí)，快進(jìn)速度達(dá)；當(dāng)分辨率為時(shí)，快進(jìn)速度達(dá)。（2）加工高精度化 隨著數(shù)控技術(shù)的水平在逐步挺高，對(duì)精密加工技術(shù)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(jī)床，完善精密加工技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代化科技的發(fā)展，已成為了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方

18、向之一。其精度從微米到亞微米級(jí)，一般可以通過(guò)減少數(shù)控機(jī)床的誤差和采用機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在減少cnc控制誤差方面，通常采取提高數(shù)控機(jī)床的分辨率、提高位置檢測(cè)精度，在位置伺服系統(tǒng)中采用前饋控制和非線性控制。在機(jī)床誤差補(bǔ)償方面，除了采用齒隙補(bǔ)償、絲杠螺距誤差和差距補(bǔ)償技術(shù)之外，也還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行熱變形來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。近十幾年，普通數(shù)控機(jī)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(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)，是提高加工精度和效率，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)市場(chǎng)變化需求和提高競(jìng)爭(zhēng)能力的有效手段，數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。如plc控

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

20、方面及其發(fā)展的熱點(diǎn)，它可以貫穿生產(chǎn)加工全部過(guò)程，還可以為生產(chǎn)加工產(chǎn)品做售后服務(wù)和維修。 復(fù)合化主要分為工序復(fù)合化和功能復(fù)合化，工序復(fù)合化看之后，打破了分開(kāi)加工的工藝規(guī)程，從而可以最大限度地提高設(shè)備的利用率。功能復(fù)合化后，數(shù)控系統(tǒng)的控制軸也在不斷地增加，同一機(jī)床即具有車(chē)削中心也具有銑削中心的特點(diǎn)。2.3數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展 我國(guó)的工業(yè)機(jī)床是在新中國(guó)建立后建立起來(lái)的，1949年機(jī)床年產(chǎn)量?jī)H僅1500多臺(tái)。自從我國(guó)從1958年開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，在研制和推廣數(shù)控機(jī)床方面取得了一定的成績(jī)；同年還研制出了第一代數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品。隨著時(shí)間的推移，在設(shè)計(jì)和技術(shù)方面不斷的改進(jìn)，于1966年研制出了第二代數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品

21、。經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，查找不足之處，隨后又研制出了第三代、第四代、第五代數(shù)控技術(shù)產(chǎn)品。近年來(lái)，由于引進(jìn)了國(guó)外的數(shù)控技術(shù)和伺服系統(tǒng)制造技術(shù)，是我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種上、數(shù)量和質(zhì)量方面的成績(jī)?nèi)遮呍胶茫拘纬闪藬?shù)控產(chǎn)業(yè)基地，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，并且也建立了數(shù)控研究、開(kāi)發(fā)、管理人才的隊(duì)伍。日前，我國(guó)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的廠商就有幾十家，能夠生產(chǎn)不同類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床和加工中心。目前，我國(guó)已能生產(chǎn)從小型儀表機(jī)床到重型機(jī)床的各種機(jī)床。也能生產(chǎn)出各種精密的、高度自動(dòng)化的、高效率的機(jī)床和自動(dòng)線。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的分辨率已提高達(dá)到了，機(jī)床的性能也在逐步的提高，有些甚至接近了世界的先進(jìn)水平。到1989年底，我國(guó)目前可供應(yīng)的數(shù)控機(jī)床

22、品種已超過(guò)300多種，其中數(shù)控機(jī)床占，加工中心占。 雖然我國(guó)的數(shù)控機(jī)床工業(yè)已經(jīng)取得了很大的成就。但是，與國(guó)外數(shù)控機(jī)床相比，我國(guó)的“四個(gè)差距”：（1）市場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小，還未形成規(guī)模的生產(chǎn)；（2）成套性差，伺服、主軸不配套；（3）外觀質(zhì)量相對(duì)差，可靠性相對(duì)差，商品化程度不高；（4）名牌效應(yīng)差，用戶信心不足。 目前，我國(guó)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目投資逐漸增多。投資者對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)市場(chǎng)的關(guān)注度越來(lái)越高，使得回轉(zhuǎn)工作臺(tái)市場(chǎng)越來(lái)越受到各方的關(guān)注，這些說(shuō)明了我國(guó)的數(shù)控技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。但是，機(jī)床工具行業(yè)

23、的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機(jī)床的數(shù)控化和產(chǎn)品快速的升級(jí)換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變這一社會(huì)需求，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。我們堅(jiān)信，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，我國(guó)將會(huì)趕超世界先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)水平。3數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用3.1簡(jiǎn)述數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理 為了擴(kuò)大數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床加工范圍，機(jī)床的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也稱(chēng)為數(shù)控機(jī)床的第四軸?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以與三個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)聯(lián)動(dòng)，從而可以加工出各種球類(lèi)、圓弧曲面等復(fù)雜的空間曲面。 本次設(shè)計(jì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有兩種狀態(tài)：

24、第一，使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給完成切削任務(wù)。第二，使工作臺(tái)進(jìn)行分度工作。它按照控制系統(tǒng)的命令。在需要時(shí)完成上述任務(wù)。由交流伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)。采用無(wú)級(jí)變速方式。主要由控制系統(tǒng)決定定位精度。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)由交流伺服電機(jī)接聯(lián)軸器，驅(qū)動(dòng)齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)和蝸桿蝸輪系統(tǒng)傳動(dòng)。使得工作臺(tái)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，首先松開(kāi)回轉(zhuǎn)臺(tái)部分的油缸剎緊裝置，松開(kāi)剎緊片，然后啟動(dòng)交流伺服電機(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)。3.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分類(lèi) 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，則可加工圓

25、弧面和圓弧槽等。在加工過(guò)程中，根據(jù)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(lèi)方式如表1：表1 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的分類(lèi)類(lèi)型形式轉(zhuǎn)臺(tái)安裝方式水平轉(zhuǎn)臺(tái)立臥轉(zhuǎn)臺(tái)萬(wàn)能轉(zhuǎn)臺(tái)分度形式等分轉(zhuǎn)臺(tái)任意分度轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式液壓轉(zhuǎn)臺(tái)電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)軸軸數(shù)單軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)兩軸聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)多軸并聯(lián)轉(zhuǎn)臺(tái)3.3設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要遵循以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(yù)測(cè)意外載荷；（6）提高合理的應(yīng)力分布和剛度；（7）功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求；（8）應(yīng)用基本公式求相稱(chēng)尺寸和最佳尺寸；（9）零件與整體零件之間精度

26、的進(jìn)行選擇；（10）根據(jù)性能組合選擇材料；（11）重量要適宜。3.4主要技術(shù)參數(shù)（1）工作臺(tái)臺(tái)面尺寸/mm ： 500×500（2）工作臺(tái)最大承載能力/kg： 500kg（3）最大回轉(zhuǎn)半徑/mm ： 300mm（4）定位精度（）： 10（5）回轉(zhuǎn)角度（°）： 36r/min（6）工作臺(tái)最小分度（°）： 0.001°4數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì) 4.1傳動(dòng)方案的選擇和確定 4.1.1傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、箱體和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置的作用是在原動(dòng)機(jī)與工作臺(tái)之間傳遞動(dòng)力，同時(shí)也可以能量改變傳遞的方式，并能實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。

27、本次設(shè)計(jì)中，原動(dòng)機(jī)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，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)兩種傳動(dòng)方式構(gòu)成。合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求：（1）機(jī)械功能要求：需滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求等。（2）工作條件要求：例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等。（3）工作性能要求：確保工作可靠性、傳動(dòng)高效性等。（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求：比如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理簡(jiǎn)單、尺寸緊湊不冗多、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理性等。 4.1.2傳動(dòng)方案及其分析 對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方式初設(shè)兩種方案方案一：一級(jí)為齒輪傳動(dòng)和二級(jí)為齒輪傳動(dòng)；圖4-1 方案一方案二：一級(jí)為齒輪傳動(dòng)，二級(jí)為蝸桿傳動(dòng)。圖4-2 方案二（1）對(duì)上述方案進(jìn)行分

28、析和比較：方案一總傳動(dòng)比小，占用空間大；能很好完成工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是其方式無(wú)法使工作臺(tái)達(dá)到自鎖的目的。方案二傳動(dòng)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(dòng)方案分析如下： 齒輪傳動(dòng)：承受載荷能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)準(zhǔn)確，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。 蝸桿傳動(dòng)：傳動(dòng)比大，與其他傳動(dòng)形式相比，當(dāng)傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)尺寸緊湊。傳動(dòng)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(jìn)的，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。自鎖性好，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，如果蝸桿為主動(dòng)件，那么機(jī)構(gòu)將自鎖。 綜上所述分析可知：將齒輪傳動(dòng)放置傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)

29、放置傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較為合理。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為：交流伺服電動(dòng)機(jī)齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)工作臺(tái)。 4.1.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖尺寸： 單位： 圖4-3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2原動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算4.2.1電機(jī)的種類(lèi) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。用脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置，當(dāng)有一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)送給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器就使得步進(jìn)電機(jī)按照所設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為步距角。以固定的角度量旋轉(zhuǎn)一步一步的動(dòng)作。從而達(dá)到通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；若想控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和加速度來(lái)到達(dá)調(diào)速的目的，可以通過(guò)控制脈

30、沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)物圖如圖4-4所示。圖4-4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以下的特點(diǎn)：（1) 可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)。  （2）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。  （3) 優(yōu)秀的起停和正反轉(zhuǎn)響應(yīng)；停止時(shí)，可有自鎖功能。  （4) 步距角選擇范圍比較廣，在步距較小時(shí)，通?？梢栽诔退偾闆r下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)、不經(jīng)減速器可以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。  （5）由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。（6）外表不允許較高的溫度。（

31、7）力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。（8）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)適合于在低速場(chǎng)合下工作，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。 伺服電機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速來(lái)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，并且能快速響應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)程中，用來(lái)作為執(zhí)行元件，且線性度比較高、時(shí)間常數(shù)小、始動(dòng)電壓等特性，把接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或者角速度來(lái)作為輸出，實(shí)物圖如圖4-5所示。 圖4-5 交流伺服伺服電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：（1）高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到20003000轉(zhuǎn)；在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。（2）抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要

32、求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用；（3）適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合。（4）控制性能：伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制。電液脈沖馬達(dá)電液脈沖馬達(dá)由步進(jìn)電機(jī)和液壓伺服機(jī)構(gòu)（即扭矩放大器）所組成。由步進(jìn)電機(jī)接收數(shù)字控制裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)，把它轉(zhuǎn)換或角位移。經(jīng)液壓隨動(dòng)閥和油馬達(dá)組成的伺服機(jī)構(gòu)做功率放大后，驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)或刀架，使之進(jìn)行精確定或作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。電液脈沖馬達(dá)廣泛應(yīng)用在自動(dòng)控制、同步控制和各種數(shù)控機(jī)床上，實(shí)物圖如圖4-6所示。圖4-6 電液馬達(dá) 優(yōu)點(diǎn)：角位移準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、調(diào)整范圍廣，在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快，速度平穩(wěn)等。

33、 缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)需要供油，體積大，噪聲，漏油等。 綜上比較，交流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)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(tǒng)的快速性；抗過(guò)載能力強(qiáng)，適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。4.2.2交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理 伺服電機(jī)是將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速來(lái)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，并且能快速響應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用來(lái)作為執(zhí)行元件，且線性度高、時(shí)間常數(shù)小、始動(dòng)電壓等特性，把接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或者角速度來(lái)作為輸出。4.2.3電動(dòng)機(jī)的選擇及參數(shù)的計(jì)算（1）數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)的選擇 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的動(dòng)力源初選選用德國(guó)西門(mén)子系統(tǒng)

34、交流伺服電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)主要是為機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，它能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)速、輸出很大扭矩、耐熱性極高性能等。 初選電動(dòng)機(jī)為型交流伺服電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的主要要參數(shù)為，額定扭矩，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?；剞D(zhuǎn)裝置傳動(dòng)比的計(jì)算：傳動(dòng)比為： （4-1）當(dāng)工作臺(tái)工作時(shí)，其轉(zhuǎn)速，則電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速小于電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，電機(jī)選擇合理。（2）數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)扭矩的計(jì)算 根據(jù)文獻(xiàn)計(jì)算切向銑削力為： （4-2）因機(jī)床在銑削加工功率的消耗最大，因此要用銑削加工的數(shù)據(jù)來(lái)求。根據(jù)實(shí)用鉗工計(jì)算手冊(cè)中公式，計(jì)算切向銑削力式中，為單位銑削力，根據(jù)鑄鐵試料（ht200），由手冊(cè)查得；銑削寬度；銑削深度；每齒進(jìn)給量；銑刀齒數(shù)；銑刀直徑。由以上公

35、式計(jì)算可得：切向銑削力，切削力矩。 電動(dòng)機(jī)的扭矩銑削加工時(shí)，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)加速力矩為0；由于采用回轉(zhuǎn)滾動(dòng)軸承來(lái)支承，摩擦力產(chǎn)生的力矩非常小，考慮到安全系數(shù)，力矩可以忽略。預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定扭矩為，大于所需扭矩，因此，所選電動(dòng)機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。（3）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)部分慣量的計(jì)算 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)部分及工件總質(zhì)量為:，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)部分及工件總回轉(zhuǎn)慣量按下式計(jì)算： （4-3）式中，為回轉(zhuǎn)體的質(zhì)量；為工作臺(tái)邊長(zhǎng)，。所以 ：，因此，所選電動(dòng)機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求，獲得高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，能夠達(dá)到轉(zhuǎn)臺(tái)的性能要求 因此，所選電機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。4.3齒輪的選擇及傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1選擇齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型、精度等級(jí)及材料 根據(jù)

36、兩軸的相對(duì)位置和輪齒的方向，可分為直齒圓柱齒輪傳動(dòng)、 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)、人字齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)?？紤]到本次設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)速不是太高，傳遞的功率也不大，傳動(dòng)比不大；因此選用圓柱直齒輪傳動(dòng)；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)做為加工工具，速度不高，選用級(jí)精度；由表10-1常用齒輪材料及其力學(xué)特征表可知，選擇小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），硬度為；大齒輪材料為鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為；選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)。4.3.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即 （4-4）式中：小齒輪分度圓直徑； 載荷系數(shù)； 小齒輪轉(zhuǎn)矩； 許用接觸應(yīng)力； 齒寬系數(shù)； 齒數(shù)比； 彈性系數(shù)；確定公式中的各計(jì)算數(shù)值（1）試

37、選載荷系數(shù)。（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。（3） 由表10-7，齒寬系數(shù)。（4） 由表10-6查的材料的彈性影響系數(shù)。（5）由圖10-21d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度；（6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。（7) 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；。（8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，由式（10-12）得計(jì)算：（1）試算小齒輪的分度圓直徑，代入中較小值。（2）計(jì)算周轉(zhuǎn)速度。（3）計(jì)算齒寬。（4）計(jì)算齒寬與齒高之比。模數(shù) 齒高 （5）計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù)，級(jí)精度，由圖10-8查的動(dòng)載荷系數(shù)；直齒輪，；由表10-2查得使用系數(shù)；由表10-4

38、用插值法查的級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，；由,；由查圖10-13得；故載荷系數(shù)（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得（7）計(jì)算模數(shù)。4.3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）查得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式： （4-5） 式中 載荷系數(shù)；小齒輪轉(zhuǎn)矩；齒寬系數(shù)；小齒輪齒數(shù)；齒形系數(shù)；應(yīng)力修正系數(shù)；彎曲疲勞許用應(yīng)力。確定公式中的各計(jì)算數(shù)值（1） 由圖10-20查得：，。（2） 由圖10-18，取彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ；（3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù),由式（10-12）得（4）。（5) 。由表10-5查的 。（6）。由表10-5查得 ，。（7）計(jì)算大、小齒

39、輪的并加以比較。由上述可知，大齒輪的值比較大。設(shè)計(jì)計(jì)算： 而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積有關(guān)），可取由彎曲強(qiáng)度算得到模數(shù),并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值,按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) ,。 根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度算出的模數(shù)比按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度算出的模數(shù)大，彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力確定了齒輪模數(shù)的大小，然而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅跟齒輪直徑相關(guān)，則可以取由彎曲強(qiáng)度計(jì)算所得的模數(shù),并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值,按接觸強(qiáng)度算出的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，同時(shí)做到結(jié)構(gòu)緊湊，又避免

40、浪費(fèi)。4.3.4幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑。（2）計(jì)算中兩齒輪的中心距。（3）計(jì)算齒輪的寬度。 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(dòng)類(lèi)型 蝸桿的傳動(dòng)可以分為圓柱蝸桿傳動(dòng)（圖a）、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（圖b）以及錐面蝸桿傳動(dòng)（圖c）。圖4-9 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：傳動(dòng)比大，與其他傳動(dòng)形式相比，當(dāng)傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)尺寸緊湊。傳動(dòng)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(jìn)的，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。自鎖性好，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，如果蝸桿為主動(dòng)件，那么機(jī)構(gòu)將具有自鎖的功能。 圖4-10 漸開(kāi)線蝸桿

41、圖4-11 阿基米德蝸桿 在加工蝸桿的過(guò)程中，阿基米德蝸桿易車(chē)削難磨削，通常在無(wú)需磨削的情況下被采用，運(yùn)用于低速場(chǎng)合使用。然而在車(chē)制漸開(kāi)線蝸桿時(shí)，刀刃頂平面與基圓柱相切，兩把刀具分別切出左、右側(cè)螺旋面。該蝸桿軸向齒廓為外凸曲線，端面齒廓為漸開(kāi)線。漸開(kāi)線蝸桿可以用專(zhuān)用機(jī)床來(lái)磨削制造，那么蝸桿具有較高精度，可使用于高轉(zhuǎn)速大功率的傳動(dòng)中。根據(jù)推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿?？芍w傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)值比較大；同時(shí)在工作當(dāng)中，工作臺(tái)有需要自鎖功能，蝸桿采用單頭蝸桿；為了工作臺(tái)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(dòng)效率率不大，在蝸輪蝸桿傳動(dòng)級(jí)，傳動(dòng)比為，速度只是中

42、等，故蝸桿用鋼；在傳動(dòng)的過(guò)程中希望傳動(dòng)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(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，由式（11-12），傳動(dòng)中心距 （4-6） （1）確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩。由表11-1，取，由估取效率公式，為了保證工作臺(tái)分度精度，將蝸桿傳動(dòng)比設(shè)定在 ，那么（2）確定載荷系數(shù)。 因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)；由表11-5選取使用系數(shù)；因在傳動(dòng)的過(guò)程中沖擊不大，載荷系數(shù)不高，可取動(dòng)載

43、荷系數(shù)；那么（3）確定彈性影響系數(shù)。 因選用的是蝸輪和鋼蝸桿相配，故。（4）確定接觸系數(shù)。 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值，從圖11-18中可查得。（5）確定許用接觸應(yīng)力。 根據(jù)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(yīng)力。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則 （6）計(jì)算中心距。由表11-2，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求取中心距，模數(shù)，蝸桿分度圓直徑，根據(jù)要求，由圖11-18查得，并且小于，所以上述計(jì)算結(jié)果可用。4.4.4蝸輪與蝸桿的主要尺寸與參數(shù)（1）蝸桿 蝸桿分度圓直徑:軸向齒距: 直徑系數(shù): 分度圓導(dǎo)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(shù)分度圓

44、直徑/mm 軸向齒距/mm直徑系數(shù) 分度圓導(dǎo)程角齒頂圓直徑/mm齒根圓直徑/mm蝸桿軸向齒厚 /mm22.47.8595°423826.417.43.92根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)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(shù)：蝸輪分度圓直徑：變位系數(shù)：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(shù)蝸輪齒數(shù)蝸輪分度圓直徑/mm變位系數(shù)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(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)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(qiáng)度校核計(jì)算

45、由公式： （4-7）當(dāng)量齒數(shù)： 根據(jù),從圖11-19中查得。螺旋系數(shù) ： 許用彎曲應(yīng)力： 從表11-8中查得由制造蝸輪時(shí)，許用彎曲應(yīng)為。壽命系數(shù)： 故彎曲強(qiáng)度是滿足的。4.4.6精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 因蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)的一種減速裝置。從選擇圓柱蝸桿蝸輪級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為，標(biāo)注為；然后由有關(guān)手冊(cè)中查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度。4.5蝸桿軸的設(shè)計(jì)校核與計(jì)算 4.5.1蝸桿軸的計(jì)算校核（1）求輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。 （2）求作用在齒輪上的力。 已知低速級(jí)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(diào)質(zhì)處理。

46、根據(jù)表15-3，取，于是得取取軸的兩端直徑為。 （4）傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 擬定軸上零件的裝配方案，分析可得裝配方案,傳動(dòng)軸1如圖1-9所示。 圖4-14 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸的定位的要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)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(dòng)要求：求軸上的載荷，對(duì)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(lián)接的選擇 4.6.1鍵聯(lián)接的類(lèi)型 鍵主要用于軸和帶轂類(lèi)零件，來(lái)實(shí)現(xiàn)周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的軸轂連接。有的還能實(shí)現(xiàn)軸向固定以傳遞軸向力；有些則能構(gòu)成軸向動(dòng)聯(lián)接。鍵主要類(lèi)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

47、是傳遞能量的功能，只是根據(jù)強(qiáng)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，因此應(yīng)用平鍵連接就可以滿足此次設(shè)計(jì)要求。4.6.2鍵聯(lián)接的尺寸 因?yàn)殒I在軸上的作用是傳遞扭矩和轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用平鍵連接即可達(dá)到目的。在此選擇用平鍵。由文獻(xiàn)資料可查得傳動(dòng)軸上鍵的截面尺寸：；4.6.3鍵聯(lián)接的強(qiáng)度驗(yàn)算 普通平鍵的強(qiáng)度條件為 （4-8）式中 軸的直徑； 鍵的工作長(zhǎng)度； 鍵傳遞的轉(zhuǎn)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(yīng)力。由表3-5可以查得需用擠壓力，取平均值。表4 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力p 或壓強(qiáng)p連接的工作方式鍵或榖、軸的材料載荷性質(zhì)

48、靜載荷輕微沖擊載荷沖擊載荷靜聯(lián)接用鍛鋼、鑄鋼 125-150 125-150 60-90鑄鐵 70-80 50-60 30-45動(dòng)聯(lián)接用鍛鋼、鑄鋼504030傳遞的轉(zhuǎn)矩 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 鍵的工作長(zhǎng)度 軸的直徑 由以上數(shù)值可得：即，因此平鍵的強(qiáng)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(jì)算 4.7.1軸承的選用 滾動(dòng)軸承被廣泛的用于現(xiàn)代機(jī)器當(dāng)中。它主要依靠滾動(dòng)體的接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零部件。較滑動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承摩擦力非常小，消耗的功率少，易于啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在我們常用的絕大部分都是標(biāo)準(zhǔn)化滾動(dòng)軸承，因此使用滾動(dòng)軸承時(shí)，只需根據(jù)具體工作條件、承受載荷的大小、正確選擇軸承的類(lèi)型和尺寸。并

49、且驗(yàn)算軸承的承載能力。以及軸承的安裝與調(diào)整，潤(rùn)滑與密封等有關(guān)問(wèn)題。 考慮到軸的加工時(shí)各方面都會(huì)有誤差的出現(xiàn)，會(huì)直接傳遞加工誤差，它可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，二級(jí)傳動(dòng)為蝸輪蝸桿傳動(dòng)，在此過(guò)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(hào)分別為：nu203和51104；在心軸級(jí)傳動(dòng)時(shí)，選擇單列圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承，其型號(hào)分別為：n206e、30205。 4.7.2軸承載荷計(jì)算 蝸桿軸主要由圓柱滾子軸承和單向推力球軸承承擔(dān)軸向載荷和徑向載荷，需要對(duì)軸承的壽命進(jìn)行大致的計(jì)算：蝸桿軸承壽命計(jì)算： （1)由簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-17，得圓錐滾子軸承302

50、05。，（2）由機(jī)械設(shè)計(jì)查表得：（3）計(jì)算軸承反力及當(dāng)量動(dòng)載荷：在h平面內(nèi)軸承所受得載荷 在v平面內(nèi)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(dāng)量動(dòng)載荷：（4）已知預(yù)期得壽命 10年，兩班制，則基本額定動(dòng)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(dòng)軸承的配合 因?yàn)闈L動(dòng)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)孔與軸的配合采用基孔制配合，即以軸承內(nèi)孔的尺寸作為基準(zhǔn)；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(zhǔn)。4.8蝸桿蝸輪傳動(dòng)間隙消除設(shè)計(jì)在本次課題設(shè)計(jì)中，齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)精度主要依靠齒輪的加工制造精度和安