刀具刃磨中心A轴进给系统及建模毕业论文.doc

毕 业 论 文 设 计 说 明 书题 目 刀具刃磨中心A轴进给系统及建模摘 要本次课程设计的题目是方刀具刃磨中心A轴进给系统与建模。通过对A轴进给系统即数控回转工作台的设计，使大学生在步入社会之前，不仅能够设计出数控回转工作台，而且能够掌握机械设计的方法和步骤。本课题的设计内容要求：（1）研究刀具刃磨中心的总体方案设计。(2)根据刀具刃磨中心工艺范围，确定数控系统类型（开环，闭环，半闭环），并选择相应电机。（3）设计刀具刃磨A轴进给系统的传动系统及传动方式。（4）确定相应执行机构方案。（5）对刀具刃磨中心纵向进给系统进行精度验算。（6）在proe中建立A轴进给系统三位模型，并生成二维工程图。对于数控回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用涡轮蜗杆传动；然后进行各零件的设计与校核，蜗杆与轴采用整体式结构；蜗轮与工作台采用螺钉连接；工作台的平衡通过止推轴承来保证；箱体由箱座、箱盖和顶盖组成，其中箱体上设计了圆台和加强筋；最后，对各零件进行装配。刀具刃磨中心的A轴进给由回转工作台完成，回转工作台可以与X、Y、Z，B四个坐标轴联动，从而加工出各种所需刀具。回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了刀具刃磨加工范围。关键词：数控回转工作台；蜗杆；箱体；建模Design of NC rotary worktable AbstractThe graduation project is the subject of design of CNC rotary worktable. NC rotary table on the design, so that before the students entered the community, not only to design a CNC rotary worktable, and can master the mechanical design of the methods and procedures. The main content of this research include: determining the transmission scheme of CNC rotary worktable; driving force calculation and other calculations; part design and verification; part and three-dimensional mapping model; assembly drawing and motion simulation.NC rotary worktable for the design, first of all, the overall design, use of transmission scheme and worm gear drive; then each part of the design and verification, the whole worm and shaft structure; worm screw connection with the worktable; Balance worktable by thrust bearings to ensure; box from the box seat, lid and cover, of which the box on the design of the round table and strengthen the tendons; Finally, the parts for assembly.The circumference of CNC rotary worktable by the completion of the feed, rotary worktable with X, Y, Z three axis coordinates to be processed into a variety of balls, such as circular surface. Precision rotary worktable can realize automatic indexing, and expand the range of CNC machining. Currently, the NC rotary table CNC boring and milling machines are mainly used. With more and more widespread application of CNC technology, CNC rotary worktable applications has become a historical necessity.Keywords: NC rotary worktable; gear; worm; box; modeling目录引言1第1章 绪论21.1 本课题的学术背景及理论与实际意义21.2 本课题研究的主要内容21.3 数控回转工作台设计原理及优缺点31.4刀具刃磨中心的总体方案设计31.4.1 概述31.4.2 工具磨床工作台设计的基本要求：41.4.3 工作台布局方案及分析41.4.4 磨床工作台结构设计8第2章数控回转工作台的原理与应用112.1数控回转工作台112.2设计准则112.3主要技术参数12第3章 数控回转工作台的设计133.1 传动方案的选择133.1.1 传动方案传动时应满足的要求133.1.2 传动方案确定及其分析133.2 电机的选择143.2.1步进电机的原理143.2.2 步进电机的选择及运动参数的计算153.3 蜗轮及蜗杆的选用与校核183.3.1 选择涡杆传动类型183.3.2 选择材料183.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计183.3.4 蜗杆与涡轮的主要尺寸与参数203.4 轴承的选用213.4.1 轴承受到的载荷213.4.2 验算轴承寿命223.5 轴的校核与计算223.5.1 轴1的设计与校核22设计总结24致谢25参考文献26引言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。数控机床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。本次课设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。第1章 绪论1.1 本课题的学术背景及理论与实际意义2010年在北京举办的第11届中国国际机床展览会上，数控机床、加工中心、复合机床在装备制造业内已呈现出量大面广态势，这类工作母机在各类制造业已经普及应用，并清晰地表达出时代特征与发展潮流。机床运动无论是并联运动机床，还是运动叠加串联机床，对大多数金属加工机床来说，数控进给复合运动的加工，是以直线轴加上回转轴的联动来实现。为了应对日益增多的复杂零件加工、提高加工精度和效率，多轴机床和复合机床将会进一步创新发展。因此在现代加工中心的开发中，数控回转轴的设计与制造，成为研制机床的核心任务之一，而数控回转轴，同时也起着承载工作重量、夹持工件的功能，故要重视其创新设计。由图1-1所示，2010年中国国际机床展览会无论是在人数上，还是在交易额上，都是逐年上升。图1-1 中国国际机床展览会数据统计1.2 本课题研究的主要内容通过对数控回转工作台设计，希望学生熟悉机电一体化系统中机械系统设计过程，以及掌握用PROE来创建三维实体的能力。毕业设计环节是教学计划中综合性最强的实践教学环节，对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高毕业生全面素质具有很重要的意义。同时，对所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端。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。1.3 数控回转工作台设计原理及优缺点数控转台和数控分度头的使用，为加工中心和数控铣床提供了回转坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台或分度头完成等分、不等分或连续的回转加工，完成复杂曲面加工，使机床原有的加工范围得以扩大。数控分度头未来的发展趋势是：在规格上向两头延伸，即开发小规格和大规格的分度头及相关制造技术；在性能方面将向进一步提高刹紧力矩、提高主轴转速及可靠性方面发展。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。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。为自动换刀数控镗床的回转工作台。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。数控转台的发展趋势是：在规格上向两头延伸，即开发小型和大型转台；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；在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 机床工具行业的发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品快速的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张，造成技术创新和技术改造的力度不大，使附件水平的发展严重滞后，成为制约民族机床工业发展的瓶颈。国产配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面与发达国家相比都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有较大的优势。另外，近几年台湾地区的数控附件产品明显加大了对大陆市场的开发力度，使国内市场竞争态势更加激烈。在今后几年中，我国机床附件厂要发展中档次品种，在提高产品质量、性能水平和可靠性的同时，跟踪学习发达国家的先进技术，并在产品创新，提高工艺水平上多下功夫；总结经验，加强产、学、研的结合，走专业化生产的路子，面向市场，参与竞争，满足主机发展的需要。1.4刀具刃磨中心的总体方案设计1.4.1 概述 在金属切削加工中，普通高速钢刀具和焊接硬质合金刀具逐渐被精密硬质合金整体刀具和各种触控可转为刀具所代替。与传统高速钢刀具相比，整体硬质合金刀具的特点是曲面的磨削，硬度高，脆性大，工作曲面形状复杂，利用传统加工方法难以满足要求，一般采用数控工具磨床加工。近年来，高精度多轴联动数控工具磨床的推出和性能的不断完善，满足了硬质合金刀具高精度磨削加工工艺的需求，促进了硬质合金刀具的应用。 五轴联动数控工具磨床主要是对球头立铣刀，圆弧刃立铣刀，直角头立铣刀，锥型立铣刀，铰刀，端铣刀等各类切削刀具进行磨削加工。为了实现刀具复杂曲面的磨削，加工时工件需要在空间完成复杂的运动，这就要求刀具磨床的工作台具有多个自由度并能够实现高精度的多轴联动，因此磨床工作台的结构设计对于保证刀具加工质量具有十分重要的意义。1.4.2 工具磨床工作台设计的基本要求：工具磨床作为一种高精度的数控装备，结构复杂，精度要求高。一般由机床的主运动部件（砂轮），进给运动部件，辅助部件和机座等组成。结构形式各不相同，布局形式有转台式，立式，卧式，带刀库等，机座形式也分为有底座式，立柱式，龙门式等。为了实现刀具和工件的相对运动，工具磨床可以有多种结构布局形式，对应的工作台形式也是多种多样。工作台的结构设计通常要满足以下几点要求：（1）刀具磨削往往要求一次装夹完成工件所有切削面的粗精加工，工作台应能满足进行多片砂轮加工以及自动换刀机构的工作要求；（2）刀具主要由各种复杂曲面构成，因此工作台结构应满足多轴联动加工的要求，保证各个运动轴在工作的范围内部产生运动干涉；（3）工作台既要能够承受粗磨是产生的大磨削力，又要能够保证精加工时的高精度，因此要求刚度大，稳定性好，运动精度高，同时热变形小。1.4.3 工作台布局方案及分析 考虑砂轮与工件之间的相对位置变化，数控工具磨床的布局一般可以分为两种型式：一种是砂轮平动，工件转动；另一种为砂轮转动，工件平动。根据工具磨床的加工特点和常规结构，可以提出多种工作台结构方案，图1为传统的万能工具磨床工作台结构形式。该结构属于摇臂式其结构形式复杂，磨头可以水平摆动和垂直摆动，磨头的转动采用两个齿轮传动链，为了能够完成较多的加工要求，工作台除了有直线传动之外，还要求工作台在圆周方向上有进给运动和分度运动。因此工件安装在回转工作台上，并可以进行大角度摆动，以满足刀具多工艺加工要求。但由于采用两个轴传动链，多级齿轮传动的方式，且传动链长，精度很难保证。另外，其结构复杂，制造装配工艺要求高，不易于维护。 图2为砂轮平动，工件摆动的方案，这种结构与传统工具磨床的结构相似，采用工作台回转形式，共有3个直线移动轴和2个旋转轴。与砂轮转动轴平面垂直的水平轴，实现工件的纵向直线进给运动；与砂轮转动轴线平行的水平轴，实现磨头的横向移动；Z轴实现磨头在垂直方向的移动，同时工件轴还可以绕自身轴线旋转运动。该方案的结构比较简单，不足之处在于刚度较低。工作台的回转一般要靠齿轮齿条副实现，机械结构复杂，传动链长，精度差。图3为立式工作台方案，同样采用工作台回转式，但工件回转支撑台式外置的，安装维修方便。磨头一般只用来执行砂轮的定位，工件轴既可以绕自己的轴线作回转运动，又可以做直线运动，增加了主轴的刚性。该工作台的整体结构比简单，但大进给深磨削时，磨削力非常大，容易影响磨削精度。 通过对机床工作台的典型结构分析后发现，一般层叠式工作台的优点是结构紧凑，而立柱式工作台可以使刚度得到较好的保证。图4为三坐标工作台结构方案，它综合了两者的优点。X工作台固定在床身之上，工件轴A轴固定在Z轴工作台（拖板）内，并嵌入到立柱内侧，该方案布局合理，占用空间小，是比较合理的工具磨床工作台。 图5为采用三坐标工作台方案设计的五轴联动数控工具磨床总体结构。采用铸钢结构床身和类似龙门框架结构的双立柱结构，三坐标工作台固定在床身之上，磨头体及砂轮轴固定在双立柱上，整体布局紧凑。1.4.4 磨床工作台结构设计1 工作台进给系统 刀具磨削加工过程中，工件的尺寸精度和砂轮精度都会受工作台运动的传动精度，灵敏度和稳定性的影响。机床的进给系统应满足摩擦阻力小，系统稳定，动精度高，运动部件惯量小等要求，要求传动元件刚度大，传动间隙小，灵敏度高和摩擦阻力低。 数控工具磨床工作台定的进给运动和旋转运动采用单独的私服电机直接驱动丝杠螺母传动方式，将旋转运动转变为直线运动。通过数控系统协调控制各轴之间联动，不使用皮带或齿轮传动副，最大限度地减少传动误差，提高传动精度。另外机床导轨必须具有较小的摩擦力，耐磨性要高。可采用滚动导轨结构，见图6。图7为磨床工作台传动系统，X,Y,Z私服驱动电机通过波纹管式联轴器直接与滚珠丝杠连接。滚珠丝杠螺母固定在进给工作台拖板上面，滚珠丝杠在私服电机驱动下传动，驱动各个方向的拖板沿导轨运动。2 工作台零件结构设计 数控工具磨床集粗，精加工于一体，三坐标工作台既要能够承受粗加工时大吃刀，大走刀的最大切削力，又要能够保证精加工时的高精度。因此对零件强度，刚度，抗振性，热变形和内应力等都有较高的要求。工作台机体零件材料选用高强度优质灰铸铁，铸件采用半封闭截面，合理布置内部隔板和肋条，并加宽导轨面，以提高整体刚度。图8为磨床工作台X轴滑台零件结构。第2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、圆弧曲面等。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。2.1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，并由深沟球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，当它作回转运动时，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。2.2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2.3主要技术参数（1）圆台面300*300mm（2）回转角度：-360+360（3）=2分/step（4）最大承载100Kg第3章 数控回转工作台的设计3.1 传动方案的选择3.1.1 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。3.1.2 传动方案确定及其分析本设计的目的是设计数控回转工作台，所设计的数控转台最好要符合以下主要指标：良好的分度精度和重复定位精度、精度保持性、承载能力、密封能力、足够的夹紧力和回转定位速度。（1）采用开环控制系统，步进电机提供动力。 目前可以实现伺服控制的电机有：步进电机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。其中，直流伺服电动机和交流伺服电动机作为进给电动机通常用于闭环和半闭环伺服系统中。而开环控制的系统中采用步进电机进行驱动。其工作原理：将电脉冲信号转换成角位移的一种电机式数模转换器。根据控制系统要求必须选用步进电动机。同时这也是目前同类产品中大部分采用的设计组合方案。从市场价格和需求上采用步进电动机也比采用直流或交流伺服电动机更具竞争优势和较高适应性。使用步进电机可实现转台精确的转动和定位。（2）采用蜗杆蜗轮传动。 用蜗杆分别与蜗轮的右齿面接触，以消除正反传动间隙；并可使传动装置更稳。（3）控制系统采用单片机控制。 因为单片机小巧灵活、成本低、易于产品化，它能方便的组装成各种智能式控制设备；面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳性能价格比；抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠地工作，这是其他机型无法比拟的；可以方便地实现多机和分布式控制，是整个系统的效率和可靠性大为提高。综上，本设计采用开环控制系统由步进电动机提供动力、采用蜗轮蜗杆传动、控制系统采用单片机控制。所以数控回转工作台传动方案为：步进电机蜗杆传动工作台。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0.7-0.8，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。3.2 电机的选择 3.2.1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。优点：直接利用数字量进行控制；传动惯量小，启动，停止方便；成本低；无误差积累；定位准确；低频率特性比较好；调速范围较宽3.2.2 步进电机的选择及运动参数的计算许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。步进电机的特点:一是过载性好。其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合；二是控制方便。步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场；三是整机结构简单。传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。所以选择步进电机的计算如下：1）电机的选择按照工作要求和条件选两相混合步进电机2)功率PW=Tnw/9550n=1.12KW电机所需的输出功率为： P0=Pw/w =1.5KW式中：为电机至工作台主动轴之间的总效率。齿轮： 轴承：蜗杆; 。因此 3）最高运行频率设工作台空载最大转速为36r/min4）转矩T=9550P/n=5.4N*M5)最高运行频率f=36036r/min/2=6480Hz6）确定电机转速由文献2, 55表1-8推荐的各种机构传动范围为，取：蜗杆传动比i=602、外形及安装尺6）利用步距角检验主要技术参数中，分辨率：003。可得步距角为：003*60=1.8计算的值与90BYG4502步进电机的步距角相吻合。90BYG4502步进电机满足条件。7）步进电动机的性能校核脉冲当量=2分/step，运行频率f=7200Hz, 从90BYG4502电动机的运行矩频特性曲线图可以看出在此频率下，电动机的额定输出转矩T=7Nm，大于最大工作负载转矩T=5.4Nm，满足要求。最快空载移动时电动机运行频率,查表可知90BYG4502电动机的空载运行频率可达18000，可见没有超出上限。起动频率验算，电动机转轴上的总转动惯量J=0.0333kgm，电动机转子的转动惯量Jm=0.0048kgm，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率=1200Hz,（查表）。由式（4-17）可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为：说明：要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于1194.24Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100。综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用90BYG4502步进电动机，完全满足设计要求。3.3 蜗轮及蜗杆的选用与校核3.3.1 选择涡杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐，采用圆弧圆柱蜗杆（ZK）3.3.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆蜗杆螺旋齿面要求调制处理，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，由文献1，254254式（11-12），传动中心距 (3-6)确定作用在蜗杆上的转矩按Z1=1，估取效率=0.8，则 T2=9550*P/(n/i)=259.44 N*M（2）确定载荷系数因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数;由文献1，253253表11-5选取使用系数;由于载荷系数不高，冲击不大，可取动载荷系数；则(3)确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜涡轮和钢蜗杆相配，故。（4）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值d1/a=0.45，从1图11-18中可查得ZP=2.65。（5）确定许用接触应力根据涡轮材料为铸锡磷青铜ZcuSnP1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从文献1，254254表11-7中查得涡轮的基本许用应力。应力循环次数 N=60jn2Lh=6011980/60822508=6.056107寿命系数 KHN=0.99则 H=KHNH=266MPa（6）计算中心距 =80mm 取中心距a=100mm，因i=60从机械设计表11-20中取模数m=2.5mm，蜗杆分度圆直径d1=45mm。（7）校核蜗轮齿面接触疲劳强度安全系数式中：所以 由机械设计表11-12，按蜗轮精度等级GB/T100891988规定6级精度取故满足要求。（8）校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度安全系数 满足齿根弯曲疲劳强度要求。（9）蜗杆传动热平衡验算在闭式传动中，产生的热量不能及时散逸，将因油温的升高使润滑油稀释，从而增大摩擦发生热胶合，所以必须根据单位时间内的发热量等于单位时间内的散热量的条件进行热平衡计算以保证油温稳定在规定的范围内。有工作温度，一般限制在，最高不应超过。3.3.4 蜗杆与涡轮的主要尺寸与参数（1）蜗杆直径系数q=18；齿顶圆直径da1=50mm；齿根圆直径df1=39mm；蜗杆轴向齿厚S=3.925，分度圆直径d1=45mm。（2）蜗轮蜗轮齿数字在Z2=62;变位系数X2=0；验算传动比i=Z2/Z1=60,这时传动比误差为62-6060是允许的。蜗轮齿顶直径da2=d2+2m=160mm蜗轮齿根圆直径df2=d2-2.4m=149mm蜗轮蜗轮分度圆直径d2=155mm宽度B=40mm3.4 轴承的选用滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的圆锥滚子轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：6006基本额定动载荷CR=132KN,基本额定静载荷3.4.1 轴承受到的载荷1)由轴的计算结果得，两轴承受到载荷 2）轴承所受的力如图3-7所示；图3-7 轴承受力图 所以 ：1.压紧 2.放松3）求轴承当量动载荷和由1表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 对轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取3.4.2 验算轴承寿命，所以按轴承的受力大小验算 (3-7)故所选轴承满足寿命要求。3.5 轴的校核与计算3.5.1 轴1的设计与校核1.求输入轴上的，转速和转矩取轴承 联轴器P1=P12=1.1kwn1=1980r/minT1=9550P1/n1=5.3KW2.初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表,于是得 dmin=A031.11980=9.2mm取输入轴的最小直径为安装联轴器处轴的直径与联轴器的直径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩Tca=KAT1=26765mm按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，在标准GB/T5843-2003,选用GYH2型凸缘联轴器，其公称转矩为63N/M。半联轴器的孔径d=25mm，故取d-=25mm, 半联轴器长度44mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=40mm.(2)轴上零件的同向定位齿轮、半联轴器与轴的同向定位均采用平键连接按d-由1表6-1得mm。同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，同样半联轴器与轴连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，为。（3）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径见零件图。设计总结通过此次课程设计，让我能将自己这四年来所学的专业知识重新拾起整理，并且在心中有了一个知识体系，知道如何去调用所学的知识，对于自己不了解的、不曾接触过的专业知识，知道可以通过查阅资料区学习并掌握它。记得刚开始接触到题目，对于这个题目觉得无从下手，这个题目范围很广。最后在老师的指导下，才知道原来这个题目的用意就是在于让学生深入了解一个机械产品的整个设计过程，将自己所学的专业知识重新收拾一遍，为以后走向工作岗位打下扎实的基础。有了这次毕业设计的经历，我深刻理解了一台数控回转工作台的整个设计过程，也学会如何将所学的专业知识应用于实际设计中。在设计过程阶段，遇到了许多困难。在老师和同学的帮助下，最终把问题一一解决了。在做控制系统设计时遇到了较大的难题。由于以前对微机计算机控制部分知识没有掌握扎实，所以在控制程序设计也比较困难。通过本次课程设计之后也使自己更深一步的了解程序编写。通过本次课程设计之后，使自己对课本上的东西有更加深刻的的认识。由于自己的能力有限，设计中难免也存在不少细节上的错误，希望老师指出改正，并感谢老师您对我们的教导！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。任何的设计都不可能时完美的，总存在一定的不足之处。因此本次毕业设计也不可避免的存在缺陷: 数控系统设计还不完善。我会再接再厉，尽可能的完善数控系统。本次设计的数控回转工作台，仅有一个自由度。若在此基础上增加一个或多个自由度，那么工作台的应用范围将会更广，目前市场上多自由度的工作台需求量很大。所以若设计多自由度的数控回转工作台，将会很有价值。致谢首先，我要感谢我的毕业指导老师老师。在此次毕业设计中，由于所学知识过于繁杂，而且不精，不够系统，所以在开始做毕业设计时总是有点茫然的感觉，往往遇到问题时就会向老师求救，老师也总是不厌其烦地给我讲解，给我启发，让我知道该怎么去解决所遇到的问题，慢慢得，我的向老师请教的次数变少了，虽然问题依然会有，但是我知道怎么去解决它了，感谢老师的指点。记得每次去见老师，让老师检查我们所做的东西，老师往往要在电脑前坐好几个小时给指点我们设计中的不足，教导我们该怎么去解决。真诚地感谢老师的辛勤付出！其次，我还要感谢在此次毕业设计中给予过我帮助的同学们。通过他们的无私帮助，使我解决了不少设计中的技术难题。三人行，必有我师焉。记得最清楚的是我进行齿轮泵建模仿真时，由于对UG软件不够熟练，在操作时总会遇到很多问题，然后会跑去问同学，同学也总会很耐心地给我讲解，一步步地演示给我看如何操作。感谢同学的无私帮助。最后，要感谢学校给了我这次独立设计机械的实践机会，还有给我提供良好的学习研究环境。同时，我要感谢评阅老师，感谢你们呢抽出宝贵的时间来评阅这篇毕业论文。参考文献l 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社，2006:186-3832 吴宗泽.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社，2006:58-1023 朱辉，曹光，唐宝宁，陈大复.画法几何及工程制图M.上海:上海科学技术出版社，2003:80-2574 成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2007：52-725 胡小康编.UG NX6运动仿真培训教程M.北京：清华大学出版社.2009.10：5-1006孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理M.北京:机械工业出版社,2005:52-1527郑金兴.机械制造装备设计M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006：14-1528赵雪松，任小中，于华.机械制造装备设计M.武汉：华中科技大学，2009.11:10-299冀宏.液压气压传动与控制M. 武汉：华中科技大学，2009.0110 薛蒲昌.基于PID的数控机床工作台电液位置伺服系统分析J. 信息技术,2009,(6):107-10911 崔旭芳.数控回转工作台的原理和设计J.技术交流,2008,(3):23-2712 顾华锋.数控机床回转工作台动态性能分析与仿真J. 机床与液压,2008,(36):216-22013 王友林.数控双转轴式回转工作台的结构与工作原理J. 煤矿机械,2009,(30):102-103 14 张立莹.回转数控工作台夹紧机械浅析J. 制造技术,2001,(3):102-10315 李智强.基于CAN总线的高精度小型数控工作台示教与设计J.功能部件，2008，（6）158-1616 何雪明.数控技术M.武汉:华中科技大学出版社，2006.917 钟雯.机械类毕业设计选题精选M.北京:化学工业出版社，2010.118 杨萍.数控工作台设计J.组合机床自动化加工技术，1996，（8）：18-4219 刘国庆，孙国民.齿轮泵的异常噪声问题J.工程机械.1997(9)20 黎新.低噪声齿轮传动系统的结构设计方法 J.机械研究与应用.1998(2)21 曲秀全，戴恒震，宋学勇.降低沥青齿轮泵噪声的方法J.流体机械，2001(7) 22Bowes D E. Methods For charactering the Fluid borne Noise Generated By Displacement Pumps J.198523G. Dalpiaz, A. Fernandez del Rincon , E. Mucchi. Modeling meshing phenomena in gear pumpsJ.2004 Leuven Conference on Noise and Vibration Engineering (ISMA 2004).2004(p.720-734)24Stanley Baksi, Karl Grote, Nasser Harris. DYNAMIC STRESS ANALYSIS OF AN EPICYCLIC GEAR PUMPJ.23rd Computers and Information in Engineering Conference . Sep 2-6,2003,Chicago,Illionis.25S. Neyrat, N. Orand, D. Jonquet. Modelling and Analysis of an Automatic Transmission Internal Gear Oil Pump With Cavitation J.2005 SAE Noise and Vibration Conference and Exhibition .2005(p.10-20)26Xiaojin Fu,Guohua Yan.The Fuzzy Optimization Design of the Gear PumpJ.Interational Conference on Agile Manufacturing (ICAM 2003).2003(p.337-341)27Duke K. Improving Gear Pump Relief Groove DesignJ.Prec. Natl. Conf. Fluid Power.1976,30袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄