CNC320立式数控转台设计说明书

机电工程学院毕 业 设 计 说 明 书设计题目: CNC320 立式数控转台设计 学生姓名： 赵辉辉 学 号： 201215010621 专业班级： 机制 Y1208 指导教师： 王宗才 2016 年 5 月 28 日目 录第 1 章 引言 -11.1 设计要求 -11.2 设计思路 -11.3 设计准则 -1第 2 章 总体方案论证 -32.1 数控转台的布局 -32.2 驱动元件的选择 -32.2.1 步进电动机 -32.2.2 伺服电动机 -32.3 传动方案的确定 -42.4 工作台的制动 -52.5 工作台的定位 -7第 3 章 数控转台的零件设计 -83.1 伺服电动机的确定 -83.2 齿轮传动机构的设计 -83.2.1 齿轮的设计 -83.2.2 齿轮机构的消隙 -103.3 蜗轮及蜗杆传动机构的设计 -103.3.1 蜗轮及蜗杆的设计 -103.3.2 蜗轮蜗杆副机构的消隙 -123.4 蜗杆轴的计算与校核 -133.4.1 轴的结构设计 -133.4.2 轴的计算与校核 -133.5 轴承的选用 -163.5.1 轴承的类型 -163.5.2 轴承的配合 -163.5.3 轴承的润滑 -163.5.4 轴承的密封 -163.5.5 轴承的预紧 -163.6 夹紧力的计算 -16第 4 章 数控转台的控制系统设计 -18第 5 章 数控转台的三维造型 -195.1 蜗轮的三维造型 -195.2 蜗杆的三维造型 -215.3 工作台的三维造型 -235.4 底座的三维造型 -245.5 底座与工作台的装配 -245.6 夹紧瓦的三维造型 -24结论 -27设计总结 -28致谢 -29参考文献 -30摘要为了使一些特殊的零件能够在普通机床上加工出来，减少零件的加工费用，扩大机床的加工性能是非常有必要的。这就要求数控机床不仅要满足可以沿三个坐标轴做直线进给运动的要求，还必须满足可以绕三个坐标轴可以旋转的要求。数控机床的圆周进给运动，一般由数控回转工作台（简称数控转台）来实现。数控回转工作台是数控铣床，数控镗床，加工中心等数控机床不可缺少的重要部件，其造型与普通的工作台没有很大的差距，他与通用机床最大的不同之处是它的驱动是伺服系统的驱动方式。当控制装置发出一个信号时数控转台会根据指令做回转分度，以使机床准确地完成加工工序。数控回转工作台分为开环和闭环两种。闭环数控回转台的结构和开环数控回转台几乎相同，其主要差别在于闭环数控回转台有圆感应同步器来进行角的测量。关键词：数控回转工作台；蜗杆传动；间隙消除；蜗轮加紧AbstractIn order to make some special parts can be made in the general machine tool, reduce the parts processing costs, enlarging the machine processing performance is very necessary. This is needed for NC machine tools not only have three axes linear feed motion, also need to have around three axes feed circular motion, respectively. NC machine tool feed motion, generally consists of the NC rotary table NC rotary table) to achieve. The NC rotary table is a CNC milling machine, CNC boring machine, machining center, CNC machine tools is an indispensable important component, its type and ordinary table does not have a large gap, he and general machine tool the biggest difference is the driver servo system driven. When the control device to send a signal to the NC rotary table will according to instructions to do rotary indexing, to make the machine accurately complete machining process, CNC rotary worktable for open loop and closed-loop control. Closed loop NC rotary table structure and open loop NC rotary table is almost the same. The main difference lies in the closed loop NC rotary table has a circular grating to measure angle.Keywords: nc rotary table; worm drive; clearance elimination0第 1 章 引言此次毕业设计的题目是立式数控转台的设计， 数控转台是一种能够根据系统发出的信号指令能够自动分度的转台，它可应用在铣床、车床上。数控转台的使用可以使加工零件的程序指令更加简单化，通过这次的设计，我们可以对机床，加工中心有深一步的了解，更能了解机床的主轴部件，刀库，夹具之间的相互配合。在大学我们学过了好多的专业课程，譬如机械制图，机械原理，材料力学，几何量公差，机械设计，机械制造技术基础等等。同样，我们也做过一些课程设计，但这些课程设计只是针对设计或制造中的单方面，我们并没有把所学的知识串起来，然而这次的毕业设计，则考验的是我们的设计计算能力，工程图的绘制能力，文字表达能力，数据处理等基本能力。在设计中，我们还需要参考一些外文文献。这也考验了我们外文资料翻译能力。所以说这次的毕业设计，是一个非常艰巨而且有意义的任务。1.1 设计要求1. 转台的最大直径为 320mm ，能单独在机床的原工作台上使用；2. 转台由伺服电机驱动，系统有关参数能够显示出来；3. 转台能够实现顺、逆两个方向的转动，转台可以连续旋转，也可以作为分度台使用（要求设置四个分度按键）；4转台能够实现加减速控制；5转台最高转速不低于 15r/min，定位精度不低于 1；6. 最大驱动转矩不低于 700NM,最大承载重量 250kg。1.2 设计思路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，先确定总体传动方案 ，然后根据任务书上的要求，进行计算，确定零件的型号以及尺寸，最后在对各零件的强度和刚度进行校核。1.3 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16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2第 2 章 总体方案论证2.1 数控转台的布局我本次毕业设计设计的是立式数控转台，立式数控转台的总体布局见图 2-1 ，图 2-1 立式数控转台的总体布局2.2 驱动元件的选择2.2.1 步进电动机步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制的步进电机。步进电机有以下特点:（1) 优秀的起停和正反转响应；停止时，可有自锁功能。 （2）由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。（3）外表不允许较高的温度。（4）力矩会随转速的升高而下降。数控回转工作台对电机的平稳性的要求是很高的，而步进电动机一个最大的缺点就是在工作时振动较大，从这一点上不选择步进电动机。2.2.2 伺服电动机伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机。直流伺服电动机上的电刷和换向器的给直流伺服电动机带来了以下几个棘手的问题。第一，电动机结构复杂；第二，电刷和换向器的滑动会产生阻力因此可能会破坏电动机的平稳性。而交流伺服电机在这一点上满足设计的要求。交流伺服电机自诞生以来，它的发展速度很快，结3构和性能都得到了很大的改善，已经完全可以使用在工业上，与直流伺服电机相比较而言，交流伺服电机有很多的优点。数控转台，是一个精密传动机器，它对传动精度要求很高，所以选用普通电动机无法满足其要求，伺服电机又称执行电动机。 伺服电动机将电压信号转化为转矩与转速来驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并且能快速响应，在自动控制系统过程中，用来作为执行元件，且线性度比较高、时间常数小、始终把接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或者角速度来作为输出。伺服电机有以下特点：系统发出一个指令，伺服转动一个角度，由于交流伺服电动机是一个闭环的系统，其转动的角度的结果会被系统收到，然后转动角度的结果与系统发出的指令进行比较，如果转动角度不够，伺服电机会继续同方向的转动。如果转动的角度过大，伺服电机会反方向的转动，用这样的方法来实现数控转台的精确定位。综上所述，电机应选用交流伺服电机。2.3 传动方案的确定数控转台相当于数控机床的第四轴，它的传动的均匀性，平稳性，精确性对加工的零件的质量有很大的影响。为此要选择一个合理优越的传动方案。为此，本文提出了三个传动方案。方案一：一级（高速级）和二级（低速级）均为齿轮传动。如图 2-2 所示。图 2-2 方案一传动示意图方案二：一级（高速级）为蜗杆传动，二级（低速级）为齿轮传动。如图 2-3 所示。4图 2-3 方案二传动示意图方案三：一级（高速级）为齿轮传动，二级（低速级）为蜗杆传动。如图 2-4 所示。图 2-4 方案三传动示意图方案一传动效率虽然高但它的致命缺陷是：总传动比小，不能为工作台提供700NM 这么大的扭