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1、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)Design of NC rotary worktable 導(dǎo) 師:答辯人:高賈順專 業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)1.研究背景2.內(nèi)容提要3.設(shè)計(jì)要點(diǎn)4.運(yùn)動(dòng)仿真包括:2 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)出大量推廣態(tài)勢(shì),這類工作機(jī)床在各類制造業(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(wú)論是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,還是串聯(lián)疊加機(jī)床,對(duì)大多數(shù)金屬加工機(jī)床來(lái)說(shuō),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(lái)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)
2、進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。因此在現(xiàn)代加工中心的開(kāi)發(fā)中,數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)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)臺(tái),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.研究背景32.內(nèi)容提要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì),使大學(xué)生在步入社會(huì)之前,不僅能夠設(shè)計(jì)出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái),而且能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟。本課題研究的主要內(nèi)容包括:確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案;驅(qū)動(dòng)力計(jì)算及其他相關(guān)計(jì)算;零件設(shè)計(jì)與校核;零件圖的繪制與三維模型建立;繪制裝配圖及運(yùn)動(dòng)仿真。 數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成,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、
3、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。目前,數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床和銑床。 對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(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(guò)止推軸承來(lái)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。 43.設(shè)計(jì)要點(diǎn) 3.1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù)3.2傳動(dòng)方案的選擇3.3電機(jī)的選擇3.4齒輪設(shè)計(jì)3.5蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)3.6軸系零部件的選用3.7軸的設(shè)計(jì)與校核3.8箱體的設(shè)計(jì)3.9裝配包括:53.1主要技術(shù)
4、參數(shù) 包括:(1)最大回轉(zhuǎn)半徑:275 mm(2)回轉(zhuǎn)角度:0360(3)回轉(zhuǎn)精度:003(4)最大承載重量100 (5)傳動(dòng)比:6063.2傳動(dòng)方案的選擇 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(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)。 7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(wú)法使工作臺(tái)完成自鎖。而方案二: 雖然傳動(dòng)效率低,但對(duì)方案一的三個(gè)缺陷都能克服,而且還能完成自鎖功能。所以數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為方案二。即:步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)工作臺(tái)。83.3電機(jī)的選擇 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
5、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。這一點(diǎn)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)說(shuō)是非常重要的。所以選用步進(jìn)電機(jī)9 電機(jī)的類型選擇之后,就要選擇電機(jī)的型號(hào)。 先計(jì)算所需電機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)矩,然后根據(jù)電機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)矩。選取常用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)11BYG250D0502。下面這張表是這種步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù)。 103.4齒輪的設(shè)計(jì) 11首先,選擇齒輪傳動(dòng)的類型與材料 1. 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng);2. 7級(jí)精度;3. 小齒輪和大齒輪材料均為45鋼(調(diào)質(zhì));4. 初步選取選小齒輪齒數(shù)Z=24,大齒輪齒數(shù)取Z=72,傳動(dòng)比為i=3.12
6、 然后分別按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 利用公式 (1) 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (2)13 得到計(jì)算結(jié)果后,對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,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),可取由彎曲強(qiáng)度算得到模數(shù)m=3.22,并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3mm,按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑 ,算出小齒輪齒數(shù) , 圓整后取 。 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(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,并做到結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費(fèi)。 14確定模數(shù)和
7、齒數(shù)之后,進(jìn)行幾何尺寸計(jì)算 1)分度圓直徑2)中心距3)齒輪寬度 取153.5蝸輪及蝸桿的選用與校核 1.選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù)GB/T10085-1988的推薦,采用漸開(kāi)線蝸桿(ZI)。2.選擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大,速度只是中等,故蝸桿用45鋼;因希望效率高些,耐磨性好些,故蝸桿蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1,金屬模鑄造。163.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 蝸輪齒數(shù) ;變位系數(shù) ;驗(yàn)算傳動(dòng)比 ,這時(shí)傳動(dòng)比誤為 是允許的。蝸輪分度圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑蝸輪咽喉圓半徑 17包括: 1.軸承的選用; 2.鍵的選用。3.6軸系零部件
8、的選用 181.軸承的選用 傳動(dòng)軸(軸2)選用圓錐滾子軸承30309 ,然后利用下面的公式,驗(yàn)算軸承壽命 : 從計(jì)算結(jié)果可以看出,所需的軸承壽命為10年,而計(jì)算的軸承壽命大于10年,所以選擇的軸承滿足要求。19同理可以選出其他軸承。輸入軸(軸1) 2x6006(深溝球軸承);傳動(dòng)軸(軸2) 2X30309(圓錐滾子軸承);輸出軸(軸3) 2X30308(圓錐滾子軸承)和1X6006(深溝球軸承)。 202.鍵的選用1.輸入軸(軸1)與聯(lián)軸器相匹配的鍵為:圓頭普通平鍵8X30;2.輸入軸(軸1)與小齒輪相匹配的鍵為:圓頭普通平鍵10X40;3.傳動(dòng)軸(軸2)與大齒輪相匹配的鍵為:圓頭普通平鍵15X45。213.7軸的設(shè)計(jì)與校核 這里以輸入軸為例。 首先計(jì)算出軸的最小截面直徑。然后圓整為:d=30mm。 然后按照最小截面直徑設(shè)計(jì)軸出各段直徑和長(zhǎng)度。得:輸入軸22 各軸段的直徑和長(zhǎng)度設(shè)計(jì)出之后按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度。 下圖為輸入軸(軸1)載荷分析圖 23 然后找出危險(xiǎn)截面,并列出其水平面、豎直面的彎矩、總彎矩和扭矩。之后,計(jì)算危險(xiǎn)截面的應(yīng)力。而軸的許用應(yīng)力為所以,危險(xiǎn)截面的應(yīng)力小于許用應(yīng)力。因此,輸入軸的設(shè)計(jì)是合理的。同理可以設(shè)計(jì)和校核出傳動(dòng)軸和輸出軸。24 各傳動(dòng)零件
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