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加工 中心 工作台 结构 及其 装配 工艺 设计

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车铣加工中心工作台结构及其装配工艺设计,加工,中心,工作台,结构,及其,装配,工艺,设计

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车铣加工中心工作台结构分析及其装配工艺设计 班级 机械07 7设计 刘晓亮学号 0701010708指导教师 姜彬 目录 目的及意义 国内外发展现状 工作台的工作原理 工作台的结构分析 相关部件的设计 工作台相关部件的装配 工作台的整体装配 目的及意义 目的 意义 目的 通过对加工中心工作台的结构分析 全面认识工作台 掌握工作台的功能 并对工作台进行整体的装配 近年来机械工业产销高速增长 产业规模持续扩大 得益于国家政策对机械工业的大力支持 特别是在中央实施应对国际金融危机冲击的一揽子计划后 相关产业调整和振兴规划的逐步落实 推动了机械工业快速企稳回升 国务院通过的 装备制造业调整与振兴规划 提出依托高速铁路 煤矿与金属矿采掘 基础设施 科技重大专项等十大领域重点工程 振兴装备制造业 政策措施包括加强投资项目的设备采购管理 鼓励使用国产装备 推进企业兼并重组等 上述领域涉及了经济建设中的关键部门 也是我国机械行业发展中亟待突破的领域 尤其是高档数控机床和矿用机械长期以来一直是我国制造领域的薄弱环节 与国外先进水平有明显的差距 这些产品再次被列入重点发展的领域 未来几年内将面临超常规发展的机遇 国内外发展现状 现状 工作台的工作原理 1 蜗杆2 涡轮轮3 4 加紧瓦5 液压缸6 活塞7 弹簧8 钢球9 支座10 光栅11 12 轴承 图1工作台 图1为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 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装有8对夹紧瓦4和3 并在底座9上均布同样数量的小液压缸5 当小液压缸的上腔接通压力油时 活塞6便压向钢球8 撑开夹紧瓦 并夹紧蜗轮2 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7的作用下 钢球8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 并由圆锥滚柱轴承12及双列向心圆柱滚子轴承11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10发出工作台精确到位信号 反馈给数控装置进行控制 数控回转工作台的结构分析 分析 工作台的结构分析 加工中心常用工作台介绍 数控回转工作台的结构分析 图2工作台 工作台由三大部分组成 工作台 工作台旋转进给箱 C轴分度传动箱 其俯视简图如左图 安装时C轴箱安放在龙门架正面 进给箱安装在龙门架后面 工作台的功用 第一 使工作台进行圆周进给完成切削工作 第二 使工作台进行分度工作 它按照控制系统的命令 在需要时完成上述任务 数控回转工作台由伺服电动机驱动 采用无级变速方式工作 所以定位精度完全由控制系统决定 加工中心常用工作台介绍 图3通用转台 图4精密转台 通用转台 是镗床 钻床 铣床和插床等重要附件 用于加工有分度要求的孔 槽和斜面 加工时转动工作台 则可加工圆弧面和圆弧槽等 通用转台按结构不同又分为水平转台 立卧转台和万能转台 精密转台用于在精密机床上加工或角度计量 常见的有光学转台 数显转台和超精密端面齿盘转台 主轴的设计 相关部件 工作台的相关部件的设计 工作台的设计 图5工作台 数控分度工作台作为需要回转的部件 在其上还会有专业的夹具 为了满足其分度的功能 所以工作台做成圆形件 制造工作台的材料最常见的是HT300和QT500 表面淬火后精磨 齿圈的设计 图46主轴 在分度工作台进行分度的时候 齿条带动上齿轮 下齿轮与齿圈啮合而带动工作台和中心轴一起转动72 所以在此过程中下齿轮与齿圈的啮合只是做精确定位的作用并没有相对的转动 所以下齿轮和齿圈只是需要按结构尺寸确定即可 根据工作台的工作原理 可知下齿轮和齿圈的齿数应为5的倍数才能满足要求 主轴的设计 图7主轴 本项目中选用轴承为NN3092K W33 由于此主轴在工作台中主要的作用为定心和承重 所以主要承受径向力 由生产实践得到数据 由此对轴进行建模 底座的设计 图8底座 工作台的底座在铸件经加工后的一个零部件 工作台底座的壁厚与选择的材料有关选择ZG200 400作为工作台底座的材料 工作台的整体装配工艺设计 装配前的准备工作 1 应当熟悉机械各零件的相互连接关系及装配技术要求 2 确定适当的装配工作地点 准备好必要的设备 仪表 工具和装配时所需的辅助材料 如纸垫 毛毡 铁丝 垫圈 开口销等 3 零件装配前必须进行清洗 对于经过钻孔 铰削 镗销等机加工的零件 一定要把金属屑末清除干净 因为任何赃物或尘粒的存在 都将加速配合件表面的磨损 4 零部件装配前应进行检查 鉴定 凡不合技术要求的零部件不能装配 1 工作台的装配 2 工作台底座的装配 装配 工作台的装配 1 组装左 右工作台 将工作台左体和右体以台面为基准用加压台垫起对齐导轨面 用销钉定位 用螺栓 螺母将工作台左右体结合 2 加工齿圈与工作台结合的螺孔 配齿圈与工作台结合的螺孔位置加工线 后将工作台拆开转到机加工车间钻螺孔 3 装大齿圈 重新将工作台组装到一起 后将齿圈转到机加工车间装入工作台 找整大齿圈齿周节对工作台中心孔的同轴度 可以借用轴承套 轴承 主轴等件装入工作台锥孔内 将专用表杆紧固在主轴上圈表测量 合格 由机加车间做结合 4 装入锥销 完成工作台转装配车间 5 配作螺孔 6 配作相关零件及其余零件与工作台结合螺孔轴承套与工作台组装 借用轴承套与工作台组装 调整调整垫 保证轴承外套圆与工作台锥孔全面接触 注 调整垫根据轴承套语工作台制件的实际测量值进行磨削 转恒温导轨磨完成 合格后装配 工作台底座的装配 1 组装工作台底座 将工作台底座前 后体零件架起底面 用可调垫铁调整环形导轨面为基准对齐 装上圆橡皮条用销钉定位 用螺栓螺母将工作台底座前 后体结合 要求机床调整垫铁的调整螺栓向内 而中间的机床调整垫铁的调整螺栓向外 便于调整机床水平 专用垫铁垫在机床调整垫铁下面 2 修刮研工作台底座 首先检验环形导轨面对孔端面的平行度 若不合格 可刮研工作台底座环形导轨面达到要求 其次用研具挂研工作台底座导轨板 然后再与工作台研合 可以先将主轴等件装入工作台底座上定位 挫表检测或用平尺 塞量块米字型检测 然后配作工作台底座结合螺孔 并刮研该件上端面 保证其上端面与导轨面在同一平面 后将油膜侧厚装置 密封圈等件组装在装入工作台底座 3 工作台底座装配 首先将零部件一次装入工作台底座 并调整调整垫 将组装完的分油器 多头泵等件装入工作台底座 连接各油管及润滑点 其次将装完的各零部件装在工作台底座上 连接各螺孔 最后 装配完时 再将分油器多头泵上的各油管进行连接 配做各销孔及装齐其余各零件 4 调整工作台底座 调整工作台底座水平 调整工作台底座与床身的相对位置 装工作台主轴 1 配作及组装主轴 配作各零件结合螺孔 组装主轴与轴承 调整调整垫 保证轴承间隙 将轴承套 密封圈等件与主轴装在一起 测量轴承套轴承之间的距离 保证主轴轴承夹紧 将轴承套装入主轴组件 然后装上轴承 轴承套 调整调整垫 保证其轴承间隙 最后将轴承 轴承盖装上 调整调整间隙 注 调整调整垫间隙时应考虑工作台静压浮起量为0 15 2 将组装完的主轴组件 安装上密封圈 一起装入工作台底座 连接各油路 工作台整体的装配 装配工艺规程是规定产品或部件装配工艺规程和操作方法等的工艺文件 是制订装配计划和技术准备 指导装配工作和处理装配工作问题的重要依据 它对保证装配质量 提高装配生产效率 降低成本和减轻工人劳动强度等都有积极的作用 安装装配顺序的经济性原则本次装配的顺序为 1 工作台底座与主轴的装配 2 工作台与齿圈的装配 3 工作台与工作台底座的装配 UG模仿工作台底座与主轴装配 UG模拟工作台最终装配 UG模拟工作台与齿圈装配 装配 27 27 UG模仿工作台底座与主轴装配 选定正确的对应关系环形静压导轨平行度为0 02 图9 图10 图11 28 28 UG模拟工作台与齿圈装配 大齿圈尺周节对工作台中心孔的同轴度为0 03 图12 图14 图13 29 29 UG模拟工作台最终装配 图15 图17 图16 30 30 二维工程图 31 31 结论 通过对以往各工作台的结构完成了全面的分析 明确了数控回转工作台的旋转与分度过程 掌握了其工作原理 通过对工作台各部分的模拟装配过程 充分认识了工作台的机构 该设计针对数控机床技术向高速 复合 智能和环保方向发展 对数控转台的发展得出如下结论 1 着重开发小型和大型转台 2 在性能上将以钢为材料为主 提高了工作台转速和转台的承载能力 3 在形式上研制数控回转分度的的多功能工作台 这次设计使我的理论知识和实践能力都得到了很好的锻炼和提高 对回转工作台的设计有了更进一步的认识 开拓了我的知识面 锻炼了自己独立分析和解决问题的能力 对市场的需求也有所了解 谢谢 哈尔滨理工大学学士学位论文车铣加工中心工作台结构分析及其装配工艺设计摘要数控车床今后将向中高挡发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。但是数控回转工作台更有发展前途,它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。首先，明确课题研究的目的和意义，以及国内外的发展现状，就目前的发展趋势进行了研讨，针对当前数控工作台在加工中心中发挥的作用，对工作台进行了全面的了解。其次，课题主要对数控回转工作台的结构进行了分析，阐述了它的工作原理，并对其内部的机械结构进行了设计。包括对工作台、工作台底座、主轴、齿圈进行了初步的设计计算。最后，通过对工作台及其相关配套机构的了解，对工作台的各部分分别建模，选用适当的装配方法并制定合理的装配顺序，运用UG软件对其进行整体的模拟装配，直观的展现整个装配流程。然后运用AutoCAD软件将模块转换成三维工程图。关键词数控回转工作台；齿轮传动；圆周进给；分度Car milling machining center table structure and assembly process technologyAbstractNumerical control lathe will be in high gear for future development, the middle-grade to high in the block with affordable enough to form a complete set, high-grade numerical control by a dynamic model the frame, with hydraulic knife, vertical knife, servo knife varieties such as in recent years, is expected to the numerical control tool carrier will increase significantly.But Nc rotary table are more promising, it is a circle can feed and be indexing movement of the table, it is often used in the horizontal boring machine and machining center, can improve the machining efficiency, and get more process, it mainly consists of impulsion, gear transmission, worm transmission, the components, and may carry on clearance and worm gear to eliminate, is a very practical kind of machining tools. First of all, a clear purpose and significance of the research and development status at home and abroad, on current trends in the discussion, put forward to reform proposals.Secondly, the main subject of the Nc rotary table structure was analyzed to explain its working principle, and its internal mechanical structure design. Includes table, table base, spindle, gear ring, a preliminary design calculation.Finally, through to the table and related institutions understanding of all the parts of the workbench, respectively, choose the proper assembly modeling method and formulate the assembly sequence, using UG software of the simulation of the whole assembly, show the whole assembly process intuitivly. Then use AutoCAD software module will convert three-dimensional engineering drawings.Keywords Nc rotary table；Gear transmission；Circle feed；Indexing不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的目的及意义11.3 国内及国外的发展趋势及现状21.4 本课题研究的主要内容4第2章 加工中心总体方案设计62.1 加工中心常用工作台简介62.2 数控回转工作台的工作原理82.3 数控回转工作台的结构分析92.4 本章小结10第3章 关键部件的设计113.1 工作台和齿圈设计113.2 工作台主轴的设计123.2.1 轴的设计方案133.2.2 轴材料的选择133.2.3 轴的受力分析及校核133.3 工作台底座设计153.4 传动方案的确定163.4.1 传动方案的确定163.4.2 传动方案及其分析163.5 齿轮传动的设计163.5.1 齿轮类型和材料的选择163.5.2 按齿面解除疲劳强度设计173.5.3 确定齿轮的主要参数与尺寸183.5.4 校核齿根弯曲疲劳强度183.5.5 齿轮结构设计193.6 本章小结19第4章 装配工艺设计204.1 工作台的装配工艺204.1.1 工作台相关机构的安装214.1.2 工作台相关机构的装配224.2 工作台的整体装配234.2.1 装配方法的选择244.2.2 装配顺序的选择244.2.3 装配过程244.3 装配工艺的检测294.3.1 几何精度的预检294.3.2 定位精度预检294.3.3 同轴度的检测294.4 本章小结30结论31致谢32参考文献33附录 外文原文和翻译34千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景该课题来源于齐齐哈尔第二机床（集团）有限责任公司。齐齐哈尔第二机床厂是国家大型骨干企业，是我国规模最大、历史最久的十八家机床制造厂之一。现有全民职工万余人，拥有各类设备二千余台，有九顶高十八米的重型机床装配厂房和一百六十吨天车，具备生产重型、超重型机床和锻压设备的能力。工厂拥有四千平方米的恒温车间和带有空调的计量测试中心、计算机机中心及一批具有国际先进水平的引进设备，具备成批生产数控机床、数控锻压机械和加工中心的能力。齐齐哈尔自动锻压机研究所设在厂内，负责全国自动锻压设备的行为归口工作。工厂现已生产各种机床和锻压设备十大系列、二百多个品种，产品远销世界四十多个国家和地区。齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司（由原齐齐哈尔第二机床厂改制）1950年10月于沈阳北迁建厂，是“一五”期间我国机械工业第一批重点骨干企业，闻名全国的马恒昌小组所在企业，党和国家领导人多次亲临企业和小组视察。经过五十多年的发展建设，企业已成为我国重型机床及锻压设备的著名生产基地，国家“十一五”发展数控机床产业化专项重点扶持企业，中国重型机床龙头企业，为我国32个省、市、自治区和世界五大洲40多个国家和地区提供了近6万台（套）机床装备，其中，为国防、军工、航空、航天、船舶、汽车、能源等国家重点行业和领域提供装备1000余台，为国家基础工业建设和国防建设做出了重要贡献。1.2 课题研究的目的及意义机械工业为我国国民经济发展和建设做出了积极贡献，较好地发挥了支柱产业的作用。2009年，机械产品市场自给率进一步提高到85%，对全国工业总产值、新产品产值、利润和税金增长的贡献率分别为31.86%、67.58%、57.91%和24.01%，均居工业各行业首位。2010年我国机械工业产销额再创历史新高：全年累计完成工业总产值14.38万亿元，销售产值14.06万亿元，同比分别增长33.93%和34.26%。自2010年3月起，机械工业月度产值连续10个月超过1.1万亿元，已经进入了月产万亿元的新时期1。近年来机械工业产销高速增长，产业规模持续扩大，得益于国家政策对机械工业的大力支持，特别是在中央实施应对国际金融危机冲击的一揽子计划后，相关产业调整和振兴规划的逐步落实，推动了机械工业快速企稳回升。国务院通过的装备制造业调整与振兴规划，提出依托高速铁路、煤矿与金属矿采掘、基础设施、科技重大专项等十大领域重点工程，振兴装备制造业；抓住九大产业重点项目，实施装备自主化；提升四大配套产品制造水平。政策措施包括加强投资项目的设备采购管理、鼓励使用国产首台（套）装备、推进企业兼并重组等。上述领域涉及了经济建设中的关键部门，也是我国机械行业发展中亟待突破的领域，尤其是高档数控机床和矿用机械长期以来一直是我国制造领域的薄弱环节，与国外先进水平有明显的差距。这些产品再次被列入重点发展的领域，未来几年内将面临超常规发展的机遇2。毕业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。而高职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。使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的技能和能力，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。1.3 国内及国外的发展趋势及现状第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工5。这种多工序集中加工的形式也扩展到了其他类型数控机床，例如车削中心，它是在数控车床上配置多个自动换刀装置，能控制三个以上的坐标，除车削外，主轴可以停转或分度，而由刀具旋转进行铣削、钻削、铰孔和攻丝等工序，适于加工复杂的旋转体零件。为了进一步缩短非切削时间，有的加工中心配有两个自动交换工件的托板。一个装着工件在工作台上加工，另一个则在工作台外装卸工件。机床完成加工循环后自动交换托板，使装卸工件与切削加工的时间相重合。加工中心通常以主轴与工作台相对位置分类，分为卧式、立式和万能加工中心6。我国数控机床功能部件最初是通过两个途径进行发展的。一是专业化附件生产厂家向数控附件生产发展，典型的产品有机床回转工作台、动力卡盘、滚珠丝杠等；二是主机生产厂家自我研发配套功能性部件，典型的产品有数控刀架，国内大多数车床厂都经历了这个过程。专业化生产应是我国回转工作台发展的方向。 从技术发展上看，数控机床技术向高速、复合、智能和环保方向发展，对数控刀架、数控转台、数控分度头提出了同样的要求。在数控附件的高速化方面，机床回转工作台主要特点是采用伺服电机驱动，液压或气压松开夹紧，转位时间可调，达到国外同类产品水平。机床回转工作台采用模块化设计，动力刀具由伺服电机驱动，由两个伺服电机驱动达到两轴联动，配套于五轴联动加工中心。综上所述，高速化、复合化数控附件产品代表了国内最高水平，填补了国内空白，为主机的发展提供了保障7。随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础8。过去五轴加工中心多为德国、美国、日本、意大利制造，令人欣喜的是今年3月在上海举行的“中国数控机床展览会”上，展出了多台国内生产的五轴加工中心9。 现在加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备，它加工范围广，使用量大。近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展。品种：有新型的立、卧五轴联动加工中心，可用于航空、航天零件加工；有专门用于模具加工的高性能加工中心，集成三维CAD/CAM对模具复杂的曲面超精加工；有适用于汽车、摩托车大批量零件加工的高速加工中心，生产效率高且具备柔性化。性能：普遍采用了万转以上的电主轴，最高可达610万转；直线电机的应用使机床加速度达到了3-5g；执行ISO/VDI检测标准，促使制造商提高加工中心的双向定位精度。功能：糅合了激光加工的复合功能，结构上适合于组成模块式制造单元（FMC）和柔性生产线（FMS），并具有机电、通讯一体化功能。 市场前景：随着我们制造业的发展，数控转台将会越来越多的被应用，以扩大加工范围，提高生产率。估计近几年要求转配数控转台的机床将会大幅度增长。预计未来几年，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，特别是那些国家行业政策鼓励振兴和发展的装备行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均15% 20%左右的稳定增长10。发展趋势：目前回转工作台已广泛应用于组合机床、数控机床和加工中心上，它的总发展趋势主要体现为：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涡轮，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11。我国数控机床的发展经历了30年的跌宕起伏，已经由成长期进入成熟期。2002-2008年，我国金属切削机床产量年均增长18.58；而同期数控机床产量年算术平均增长率更是高达33.22，明显快于普通金属切削机床的增长速度。同时，数控机床在金属加工机床总量中的比重逐年上升，我国机床的数控化率逐年提高。机床的产量数控化率从2001年的9.12上升为2008年的19.79，同时产值数控化率也从37.8提高到2008年48.6。2009年行业重点企业机床产值数控化率达到50以上。行业规模不断壮大，国产高档数控机床明显进步，国产中高档数控系统取得重大突破，这些都充分说明，中国数控机床整体水平全面提升。在数量持续增长的同时，数控机床的质量也在追赶世界的进程中不断加速。同时，作为数控机床核心技术的国产数控系统同样取得重大突破12。装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性产业。2009年初，国家发布并实施装备制造业调整振兴规划，这给机床工具行业的调整振兴指明了方向。为我国机床工具工业的战略调整和产业升级提供了难得的历史机遇。2009年通过技术创新和一批新产品的推出，重点企业产品结构调整取得较大进展。为适应金融危机以来的市场需求变化，许多企业压缩了低档、普通产品生产，加快经济型数控机床升级换代步伐，着力发展中高档数控机床及生产线等13。1.4 本课题研究的主要内容随着数控技术不断发展与提高，使机床主机对配件要求与依赖都越来越高。机床配件技术发展间接决定了机床主机发展水平，专业化发展方向成为我国机床配件业总体发展趋势。为了缩小与国外工业大国差距，我们各大机床厂应全力配合，企业本身要加快技术改革步伐，积极自主创新，并且勇于与国外企业多多学习。企业应该努力学习国际先进机床技术，全面开展创新工作，企业高层也应该鼓励并且大力支持机床配件创新，从而使我们机床配件业越做越强3。本毕业设计是研究数控分度工作台的工作原理和机械结构的设计和计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部，最后进行整体的装配工艺设计。在各种数控机床和其他机械的制造中，数控回转工作台的应用十分广泛。近些年来，随着数控技术的不断进步、自动化程度的普遍提高，组合机床、数控车床、数控铣床的生产和应用日益广泛，对高精度、高效率的分度装置的需求也越来越大。随着我们制造业的发展，为了适应不同的产品加工要求，扩大加工范围，分度工作台也将在一定范围内得到运用4。第2章 加工中心总体方案设计2.1 加工中心常用工作台简介带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称转台或第四轴。转台按功能的不同可分为通用转台和精密转台两类。图2-1 转台通用转台：是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工时转动工作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。通用转台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。 1、水平转台：在圆台面上有工件定位用的中心孔和夹紧用的T型槽 。台面外圆周上刻有360等分刻线。台面与底座之间设有蜗杆-蜗轮副（见蜗杆传动）,速比为90:1或120:1，用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。转动手轮即可驱动台面，并由台面外圆周上的刻度（以度为单位）与细分刻度盘读出旋转角度。分度精度一般为60。水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置联接，以实现动力驱动。 2、立卧转台：底座有两个相互垂直的安装基面，使台面既可水平也可垂直放置。 3、万能转台：台面可以在090范围内倾斜任意角度, 使工件在空间的任何角度都能准确调整。 精密回转工作台：精密转台用于在精密机床上加工或角度计量。常见的有光学转台、数显转台和超精密端面齿盘转台。 图2-2 精密转台1、光学转台：主轴上装有玻璃或金属精密刻度盘，经光学系统将刻度细分、放大，通过目镜或光屏读出角度值。 2、数显转台：转台主轴上装有精密圆光栅或圆感应同步器，由数字显示装置读出角度值。上述两种精密转台的分度精度最高可达1。 3、超精密端面齿盘转台：利用一对经过精密对研的1440齿、720齿或360齿的端面齿盘分度定位,其分度精度最高可达0.01，作精密角度计量用。 加工中心机床除了沿X、Y和Z三个坐标轴直线进给运动外，往往还带有绕X、Y和Z轴的圆周进给运动。一般圆周进给运动由回转工作台来实现。加工中心常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台，它们的功用各不相同。分度工作台的功用只是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的加工。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外，还有实现圆周运动进给运动。分度工作台：分度工作台的作用完成分度运动。分度工作台的分度、转位和定位工作是按照控制系统的指令自动进行的，每次转位回转一定的角度（如90、60和45等）。为满足分度精度的要求，需要使用专门的定位元件。常用的定位元件方式有插销定位、齿盘定位和钢球定位等几种。数控回转工作台：为了适应某些零件加工的需要，加工中心的进给运动常常还增加了绕X、Y和Z三个坐标轴的圆周进给运动，分别称A、B、C轴。圆周进给运动一般由数控回转工作台来实现，它除了可以完成圆周进给运动外，还可以完成分度运动。数控回转工作台和分度工作台没多大区别，但在结构上则具有一系列的特点。由于数控回转工作台能实现自动进给，所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有很多共同之处。不同之点在于数控机床的进给驱动机构实现的是直线进给运动，而数控回转工作台实现的是圆周进给运动，数控回转工作台可分为开环数控回转工作台和闭环数控回转工作台两种数控回转工作台的分度定位和分度工作台不同，它是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度，没有其他的定位元件（如齿盘、定位销等），故分度定位精度高。2.2 数控回转工作台的工作原理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都一样，但它的驱动方式是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。图2-3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。1-蜗杆 2-涡轮 3、4-加紧瓦 5-液压缸 6-活塞 7-弹簧 8-钢球 9-支座 10-光栅 11、12-轴承图2-3工作台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来调整间隙。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装有8对夹紧瓦4和3，并在底座9上均布同样数量的小液压缸5。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞6便压向钢球8，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮2。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7的作用下，钢球8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，并由圆锥滚柱轴承12及双列向心圆柱滚子轴承11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10发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。2.3 数控回转工作台的结构分析工作台由三大部分组成，工作台，工作台旋转进给箱，C轴分度传动箱，其俯视简图如图2.4，安装时C轴箱安放在龙门架正面，进给箱安装在龙门架后面。 图2-4 工作台C轴传动箱采用的是人字形传动结构，从而一个电动机可附带两个传动链，工作台正转时，反转传动链分开正转传动链咬合，反转时正转传动链分开反转传动链咬合，这种结构的优点在于可以消除正反转转换时带来的齿合间隙，保证机床工作台的分度精度，传动箱体结构如图2.5；车削过程中，电机通过进给箱带动工作台绕C主轴旋转，由此可见工作台、工作台底座及其C主轴、C轴传动箱、进给箱相关零件的加工及安装精度直接决定了机床的加工精度。 图2-5 C轴箱工作台的功用：第一，使工作台进行圆周进给完成切削工作；第二，使工作台进行分度工作。它按照控制系统的命令，在需要时完成上述任务。数控回转工作台由伺服电动机驱动，采用无级变速方式工作，所以定位精度完全由控制系统决定工作台的机构特点：（1）由于采用多齿盘定位、液压金锁，随使用时间的加长，工作台的分度定位精度有不断提高的趋势。（2）工作台中除交换托盘所需专用件外，只要更换分度工作台和工作台就可以方便地进行两种工作台的选择，减少了机件的种类，从而减少了工装、刀、辅、量检具的种类，大大降低了机床的制造成本。（3）可根据用户需要，即使产品在装备完成后，可以灵活地进行两种不同结构更换，能及时满足不同用户的需要，并缩短了生产制造周期。2.4 本章小结本章主要介绍了数控回转工作台的分类，可分为通用转台和精密回转工作台，同时对工作台的工作原理进行了分析，明确了工作台的结构特点，为下章的设计打下了坚实的基础。第3章 关键部件的设计3.1 工作台和齿圈设计工作台设计：数控分度工作台作为需要回转的部件，在其上还会有专业的夹具。为了满足其分度的功能，所以工作台做成圆形件，且根据工作台的加工零件范围：最大载重量为100t，所以工作台台面选取5700mm，工作台的高度为820mm。工作台表面需要T型槽，用于工作台上夹具的定位夹紧。为了使工作台耐用，在工作台的中心处设计一个中心孔，用于安装衬套的安装。工作台的下端面需要与中心转轴和端齿盘安装定位制造工作台的材料最常见的是HT300和QT500，表面淬火后精磨工作台的的机构设计如下图所示： 图3-1 工作台 图3-2 工作台其工作过程如下：1、 分度工作台抬起、松开；2、 分度工作台回转、分度（分度工作台的回转速度可以通过液压系统进行调节）；3、 分度工作台落下、夹紧；4、 分度油缸返回。工作台相关参数：表3-1 工作台相关参数工作台台面直径5.7m最大加工高度4mT型槽宽度22mm分度角度90最大加工直径5m使用流体液压油分度方向顺/逆时针最大载重量100t分度精度0.2重复精度0.2mm工作台最大扭矩400knm工作台主机功率120kw齿圈的设计：在分度工作台进行分度的时候，齿条带动上齿轮，下齿轮与齿圈啮合而带动工作台和中心轴一起转动72。所以在此过程中下齿轮与齿圈的啮合只是做精确定位的作用并没有相对的转动。所以下齿轮和齿圈只是需要按结构尺寸确定即可：根据工作台的工作原理，可知下齿轮和齿圈的齿数应为5的倍数才能满足要求。材料选择45号钢。图3-3 齿圈3.2 工作台主轴的设计本项目中选用轴承为NN3092K/W33，由于此主轴在工作台中主要的作用为定心和承重，所以主要承受径向力，由生产实践得到数据，由此对轴进行建模，如图3-4。图3-4主轴3.2.1 轴的设计方案该轴主要承载工作台的重力，并且工作台可以绕轴旋转由于结构及工作需要将该轴定为齿轮轴,因此其材料须与齿轮材料相同,均为45号钢,热处理为调制处理,取材料系数 所以,有该轴的最小轴径为: (3-1)其中是工作台的最大功率，是工作台的最高转速，计算可得轴的最小直径为385mm。确定完最小轴径后合理设计其他各个部位的尺寸，比如轴承和承载面的尺寸确定等，如图1-1。二、轴材料的选择该轴采用45号钢加工制造，其材料成分如下：含碳（C）量是0.420.50%，Si含量为0.170.37%，Mn含量0.500.80%，Cr含量=0.25%，Ni含量=0.30%。GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J 。实际使用过程材料的强度参数要小于理论值。由材料设计手册查材料45的使用强度参数为： (3-2)3.2.2 轴材料的选择该轴采用45号钢加工制造，其材料成分如下：含碳（C）量是0.420.50%，Si含量为0.170.37%，Mn含量0.500.80%，Cr含量=0.25%，Ni含量0 and D2 0 , the machine tool is free-running without cutting. The equation of motion for the cutting tool is (5)where AF= A/m . If D1 0 , the force on contact with mass m on the left surface is (6)For D1 0 and D2 0 , the machine tool will not cut the work-piece, which the machine tool just slides across the surface. Equation of motion for this case is given by (7)where (8) (9)Where (10) (11)Because of the friction, if z 0 , the region of motion is considered as the first region, but if z 0 . For a sink boundary .12 possessing non-zero measure, the critical initial and final states of the sliding motion are (x,y , y ) and (tx, y ,), accordingly. In Fig. 4, the switching condition for the sliding motion is presented through the vector fields of Fy.(1)(t) and Fy (2)(t) From Luo 15, the non-sliding motion in the y -direction is guaranteed for t .(t ,t ) by (28)where the normal vector of the boundary .12 is . (29)Note that n. iFy (tn.)= Fy . The sliding motion (or called the stick motion in physics) in the y -direction is guaranteed for tm ti ,ti+1 ). tc ,tf ) by (30)Note that tm represents the time for the motion on the velocity boundary and tm = tm0 reflects the responses on the regions rather than boundary. The switching conditions for the sliding motions are summarized as (31)MAPPINGS The sliding motion is defined by Eq.(19) and Eq.(20) with initial conditions (tk, yk,V) For the non-stick motion, selecttyk .the initial condition on the velocity boundary (i.e.,y.k = V ). The basic solutions in the Appendix will be used for construction of mappings. In phase plane, the trajectories in i starting and ending at the velocity discontinuity (i.e., from . to . , ,1,2) are illustrated in Fig.5. The starting and ending points for mappings Pi in are ( yk,v,tk) and (yk+1,v,tk+1) respectively. The stick mapping is P0. Define the switching planes as (32)where V .= lim (V .) and V += lim (V +) for arbitrarily small 0 . Therefore, (33)where is the direct summation. From the foregoing two equations, we have (34)With Eq.(17) and (19), the governing equations for P0 and i 1, 2 are (35) (36)The switching of the sliding and non-sliding motions can be monitored from the disappearance of the non-sliding motion. NUMERICAL PREDICTIONS The numerical predictions of the periodic stick and non-stick motion for this two degree of freedom oscillator with dry friction subject to a periodical force, is presented over the range of excitation amplitudes Af12.70,20.00 . The dynamical system parameters are (37)and the external force and geometry parameters are (38) Fig.8 Numerical prediction of (a) switching phase ( mod( , 2 ) i t ) and (b) switching displacement ( x ), (c) switching displacement ( y ) and (d) switching displacement ( y. ) for stick and non-stick periodic motions.The switching phase mod (ti,2 ) , switching displacement i x , switching displacement i y , and switching displacement yt versus excitation amplitude F A are illustrated in Fig.8(a)-(d), respectively. However, the most useful information is found in Fig. 9(a) and (b), where the switching forces and switching force products versus excitation amplitude F A . One of the simplest periodic motions is observed through a range of excitation amplitude FA16.83,20.00 for mapping structure P21= P2。 Fig. 10 stick and non-stick periodic motion ( P201 ): (a) phase trajectory in phase plane ( y., y) , b) forces (F (1) and F(2) ) distribution along displacement y.(c) velocity (y.) Following the motion in domain 1, the motion passes through the boundary and gets into the domain 2 , which is labeled by mapping P2. Once the motion arrives to the boundary, the sliding motion on the boundary exists, which is labeled by P0. To verify the switchability of motion on the boundary, the forces versus the displacement is presented in Fig.10(b). The analytical switchability conditions in Eq.(29), (31) and (32) are observed on the boundary. Finally, the velocity and forces time histories for this motion are shown in Fig.10(c) and (d), respectively. SUMMARY The dynamics of the machine tool in the cutting process is described through a two degree of freedom oscillator with discontinuity. The analytical solutions for the switchability of motion on the discontinuous boundary are presented. the switching sets based on the discontinuous boundary is introduced and the basic mappings are introduced to investigate periodic motion in such a mechanical model. The mapping structures for the stick and non-stick motions are discussed. Numerical predictions of motions of the machine tool in the cutting process are presented through the two-degree of freedom system with discontinuity. The phase trajectory and velocity and force responses are presented and the switchability of motion on the discontinuous boundary is illustrated through force distribution and force product on the boundary. REFERENCES 1. Oxley, P.L.B., 1961, “Mechanics of Metal Cutting”, International Journal of Machine Tool Design Research, 1, pp.89-97, 2. Shouchry, A.S., 1979, “Metal Cutting and Plasticity Theory”, Wear, 66, pp.313-329. 3. Childs, T.H.C., 2007, Numerical experiments on the influence of material and othervariables on plane strain continuous chip formation in metal machining, International Journal of Mechanical Sciences, 48, pp. 307-322. 4. 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Wiercigroch, M. and Cheng, A.H-D.,1997, “Chaotic and Stochastic Dynamics of Orthogonal Metal Cutting”, Chaos, Solitons & Fractals, 8, pp.715-726. 外文译文2007年中国国际研讨会ASME设计工程技术会议及计算机和信息在工程研讨会IDETC / CIE 9月4-7日，拉斯维加斯，内华达州，美国DETC2007-35166定期运动的机床切削过程布兰登CGegg机械工程学系德州AM大学大学站，得克萨斯州77843-3123，美国，史蒂夫SSuh机械工程学系德州AM大学大学站，得克萨斯州77843-3123，美国，终审法院首席法官罗伟业机械系及工业工程系Edwardsville南伊利诺斯大学Edwardsville，IL 62026-1805，美国，摘要在本文中，两自由度动力系统是不连续的程度来描述在切割过程中的振动。在边界上的连续运动开关能力提出的解析解。开关设置不连续边界的基础上引入并介绍了基本的映射，以了解此一周期运动的力学模型。为坚持和不粘议案的映射结构进行了讨论。机床的运动数值预报在切割过程中提出通过两自由度不连续体系程度。相轨迹和速度和力量的反应是提出和边界上的不连续的运动能力是通过武力开关分布和边界力的产品说明。简介在过去几十年，机床的动力学进行了广泛的研究。1961年，奥克斯利1研究通过检查与理想的滑移线理论金属切削剪切面的解决方案的机制。 1979年，从力学的角度来看，Shouchry 2适用于金属切削塑性理论。在飞机上的应变连续切屑形成的影响给出了数值模拟研究3。为了模拟的机床振动问题，制定了许多力学模型。流行的模型，给出了一个振荡器的自由程度（例如，4）和两个自由度振荡器（例如，5 - 14）。对于一个系统的自由程度，被认为是非线性重现经验观察反应。在许多情况下，单一模式的自由程度不足以形容在切割过程中的机械工具，如振动。因此，两振荡器的自由程度制定了与非线性组合的实际，通过模式耦合和接触工件，损失等。4。机床切削过程的分析调查，是通过两个振荡器的自由程度研究（例如，5 - 8）。机床工具系统的混沌动力学进行了研究（例如，9 - 11）。通过这些研究，作者在机床系统的非线性性质的明确说明尚未提供。在本文中，这样的想法将会延长，为了对机器在切削过程刀具的动力学模型将得到发展。定期棍子在这样的模型不粘议案将在数值预测和讨论。滑动映射和在间断附近的非滑动映射将推出。对于标准的滑动和非滑运动将在载体和地图的形式发展。数值插图的滑动和非滑动在切割过程中机床的振动周期运动将进行。力学模型考虑两个减震器，系数（即dx和dy）和两个系数（即kx和肯塔基州）弹簧模型的切削工具支持在x和y方向。坐标系（x，y）是从平衡点测量在与黑暗的圆形符号质量中心。机床和联营公司被认为是等效米。如果不切割，工件接触的机床可以模拟由D1的阻尼器和弹簧的K1的，它提供了一个正常的力量。一旦切割过程的进行，切削力包括正常的支撑力和摩擦表面上的耙力，工件的支撑力，应考虑。用于切割的支撑力是参照通过对D2 K2的阻尼器和一个春天。群众是受外部激振力与一个关闭垂直方向的角度Fp()t = Acos t，A和分别为激励幅度和频率。这种机械模型如图1所示。一旦切割过程中发生，两个额外的外部势力的F1和F2为作为外部力量。两个外部力量作用于刀具的两个面。在左侧面，除了正常的力，金属切割之间和刀具摩擦力将予以考虑。在底部表面，只有正常力模型。 图1：刀具的力学模型：a）未经切割处理，b）切割工艺）。 图2：几何特征切割机床加工。为了模拟切割过程中，全球系统（X，Y）是在O点的原产地，在图2所示介绍的。底部倾斜的表面有一个从横向面角度。 B点之间的和原始（即，OB）的距离为Y1。左倾斜的表面有一个角度，从垂直表面的，而两者的起源与点A（即OA）是X1的距离。从底部和左侧倾斜表面的距离，在无拉伸弹簧平衡状态分别为1和2。对于底部和左侧面，两个距离被定义为 (1) (2)这两个距离D1的= 0和D2 = 0给没有任何刀具，即作用力的初始接触点 (3) (4)适用于D10和D20，无切削机床是自由运行。该议案的刀具方程式 (5)在AF= A/m情况下，如果D10，质量为m的接触力左侧面 (6)适用于D1 0 和D2 0，机床工具将不会切断工件，而机床只是表面上的幻灯片。对于这种情况下，给出了运动方程 (7)其中 (8) (9)其中 (10) (11)由于摩擦，如果z 0，运动区域被认为是第一个区域，但如果Z 0，运动区域被称为第二个区域。在不同的地区，运动控制方程是不同的。因此，与F1 () 和F2 (t)是不沾的议案， (12)在切割时，如果在工件的机床打勾，在切割表面的相对速度应为零，即 (13)为了研究这一现象，一个新的坐标系（x，y）为介绍。坐标x是正常的方向。坐标Y对左侧的机床切削表面。两间转换坐标（x，y）的和（x，y）是 (14)或 (15)相应速度可以给出 (16)从（15）和（16）中得出，方程（13）变为 (17)对于粘在y方向运动，下面的等式举行 (18)坚持执政的议案在x方向方程式 (19)其中 (20)运动开关能力的条件有三个界限来考虑这个问题：两个排量界限，一个速度边界。边界的位移是由于F1(x,y)和F2(x,y)接触了的外部动力系统。本次调查将不包括边界的位移，而不是速度边界，并在此动力系统的影响。对于这个由两自由度系统，运动方程的程度在x方向是连续的。摩擦力是在y方向。不失一般性，该系统的不连续性方程，提出通过在y方向的动力系统。在x方向的变化可以被提出，该不会是展示说明的不连续性。正如在15 - 17以来，在y方向摩擦力，是在相对速度方向依赖，相平面被划分为两个区域在该议案通过不断的动力系统的描述，如图3所示。 图4：棒运动矢量场对于绝对和相对帧，分离边界不变。在相平面，我们定义 (21)相应的区域和边界是 (22)其中 (23) (24)下标(i.j)定义从i到j边界.从何均衡器的运动方程(17) 和(18)可以看出，y方向可以描述为 (25)其中x = (x, y) T和 (26)上标i 1, 2表示这两个领域。Fy(i)(x,y,t)是在y方向的向量场，Fy(x,y,t)是分离的边界上的向量场，与向量的领域，为整个系统的不连续性，通过提出这样的表达，Fy(x,y,t)）是第i域标力，对于在方程（19），在这两个领域的力量是i 1,2。 (27) 图5：定期和滑动的映射带速度V 0对于一个下沉的边界。12具有非零的措施，关键的最初和最后的滑动状态（x，y，y）和相应地(tx, y ,)。在图4，滑动开关的条件是通过Fy.(1)(t)和Fy (2)(t)从罗15在Y方向的非滑动议案t .(t ,t )，如下 (28)边界向量12是 (29)请注意n. iFy (tn.)= Fy，滑动运动在y方向（或称为物理学中的棒运动），是保证tm ti ,ti+1 ). tc ,tf )的，由下可知 (30)请注意，tm代表了边界上的运动速度和tm = tm0时反映了各地区的反应，而不是边界，以下就是为滑动动作的切换条件概述 (31)映象滑动议案定义均衡器以方程（19）和方程（20）与初始条件，不粘议案(tk, yk,V)。边界上的速度（即，YK型= V）的初始条件。附录中的基本解决方案将用于映射建设。在相平面，在i轨迹开始和结束时的速度不连续(i.e., from . to . , ,1,2)是在图5所示。为映射的出发点和落脚点Pi分别是( yk,v,tk) 和 (yk+1,v,tk+1)。棒子映射为P0。作为定义开关机 (32)其中V .= lim (V .) 和V += lim (V +)的任意小0。因此