倾斜式焊接回转台的设计

宁毕 业 设 计 (论 文 )倾斜式焊接回转台设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日摘 要本次毕业设计的题目是倾斜式焊接回转工作台设计。通过对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。本课题研究的主要内容包括：确定数控回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；零件设计与校核；零件图的绘制和绘制装配图。对于数控回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿轮传动和蜗杆传动；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。关键词：回转工作台；齿轮；蜗杆；箱体AbstractThe graduation design topic is inclined welding rotary work table design. By the NC rotary table design, make the students step into the society before, not only to design NC rotary table, and can master the mechanical design methods and steps. The main contents of the research include : identification of NC rotary table transmission scheme; driving force calculation and other related calculation; component design and verification; parts drawing and assembly drawing.For NC rotary table design, first of all, for the overall program design, transmission scheme adopts gear transmission and worm drive; and parts of the design and verification, the worm and worm gear shaft adopts an integral structure; and the work table adopts screw connection; working table balance through the thrust bearing to ensure the box body comprises a box seat;, a box cover and a top cover, wherein the box body on the design of the round table and the stiffener; finally, the parts are assembled.Key Words: Rotary table; gear; worm; box目 录摘 要 .IIAbstract.III目 录 .IV第 1 章 回转台的总体设计 .61.1 回转台设计的主要内容 .61.2 回转台的总体布局 .61.3 回转工作台概况 .71.4 设计准则 .81.5 主要技术参数 .8第 2 章 机座设计.92.1 设计要求 .92.2 方案设计 .9第 3 章 旋转部分的设计.103.1 设计要求 .103.2 转盘设计 .103.3 传动方案及其分析 .113.4 步进电机的原理 .133.5 传动方案及其分析 .143.6 伺服电动机的原理 .153.7 传动方案及其分析 .16第 4 章 转轮组的设计.184.2 齿轮的设计 .184.3 蜗杆传动 .224.4 直流伺服电机的选择及运动参数的计算 .264.5 轴承的选用 .284. 5. 1 轴承的类型 .284. 5. 2 轴承的游隙及轴上零件的调配 .282. 5. 3 滚动轴承的配合 .284.5.4 滚动轴承的润滑 .294. 5. 5 滚动轴承的密封装置 .294.6 本章小结 .29第 5 章 装配图的绘制.29第 6 章 回转工作台的原理.31第 7 章 数控回转台技术发展趋势.32第 7 章 结束语.36致 谢.37参考文献.39第 1 章 回转台的总体设计1.1 回转台设计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，以及掌握利用 AutoCAD 来绘制二维图形或创建三维实体的能力。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。基本任务及要求（1）熟悉数控回转工作太本身的特点，明确设计要求（2）拟定回转工作台系统的总体方案（机械部分）（3）进行机械部分的结构设计1.2 回转台的总体布局数控回转工作台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。1.3 回转工作台概况随着生产力水平的发展，回转工作台越来越广泛的应用于各个领域。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，它常被使用于各类设备上，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。本次毕业设计主要是解决倾斜式焊接回转台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。1.4 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1.5 主要技术参数（1）工作台直径：350 mm；（2）分辨率：5分/step；（3）工作台转速范围：262.5 rpm；（4）直流伺服电机最高转速2000rpm；（5）总传动比：20；（6）轴向最大载荷：60NM第 2 章 机座设计 2.1 设计要求底座作为倾斜式焊接回转台设计的主要部件，在作业过程中既要满足承受静、动载荷的要求，又要满足相关设备的安装与连接要求，同时为焊接作业提供必要的操作空间。底座是相对独立的结构件，其设计一是要满足倾斜式焊接回转台设计技术协议内容要求，二是要符相关标准和规范，三是要结合加工制造和装配水平。2.2 方案设计底座的结构型式：底座的设计通常是和倾斜式焊接回转台的总体方案设计紧密联系在一起的。在倾斜式焊接回转台总体方案设计中，底座方案通常作为整体考虑，结构要满足传动设备的安装和连接等要求。在共同兼顾的过程中，目前倾斜式焊接回转台、底座已形成形式多样的结构。按照结构形式及起升安装方式来分，主要有以下几种：箱叠式 箱叠式底座主要由左右箱座及钻台构件组成。为满足倾斜式焊接回转台底座高度及运输要求，根据倾斜式焊接回转台级别加大，箱叠式底座结构层次也逐渐增多。弹弓式 弹弓式底座是根据平行四边形机构的运动原理，利用倾斜式焊接回转台的动力通过游吊系统拉动底座起升大绳或通过专配动力拉动底座起升绳系，使底座及台面设备从低位整体起升到工作位置的结构。旋升式 旋升式底座结构的显著特点在于倾斜式焊接回转台位底座的下基座中，在保留弹弓式底座平行四边形机构运动原理的同时，克服了弹弓式底座稳定性相对较差的缺点。伸缩式 伸缩式底座主要应用于倾斜式焊接回转台中，其特点是通过立柱的提升降落满足升高或降低要求，在工作时处于倾斜式焊接回转台焊接作业要求。折叠式 折叠式底座是利用平行四边形机构原理，在安装时底座处于低位，在工作时处于高位。其起升方式有吊车起吊安装、液压油缸起升等多种方式。第 3 章 旋转部分的设计3.1 设计要求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，原动机采用电液脉冲马达，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。3.2 转盘设计一种用来固定工件作回转焊接工作的回转盘，该回转盘包括转盘、 、螺栓、调节螺栓、锁紧螺栓。其中，转盘下端面上的中心 轴插入底盘上的中心孔内，在转盘顶面的中间处，开有一个用来放置测量工具的 T 槽，锁紧块设在该槽内。该回转盘适用于在进行回转焊接时作为固定工件用的回转工具。 3.3 传动方案及其分析由图所示，回转工作台的传动方案有两种：方案一为一级和二级都是齿轮传动；方案二为一级齿轮传动，二级蜗杆传动。图 3-1 传动方案方案一的最大缺陷是：1.总传动比小；2.占用空间大；3.只能使工作台完成回转功能，无法使工作台完成自锁。而方案二虽然传动效率低，但以上三个功能全部都能完成自锁。所以数控回转工作台传动方案为方案二：步进电机齿轮传动蜗杆传动工作台。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。如图，采用电机带减速动齿轮传动，带动蜗轮蜗杆转动，从而使工作台转动。3.4 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 Mjmax 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。 3.5 传动方案及其分析数控回转工作台传动方案为：电液脉冲马达齿轮传动蜗杆传动工作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 蜗杆传动是，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。同时，对于数控回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环回转工作台。两种型式各有特点：开环回转工作台 开环回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用点液脉冲马达、功率步进电机来驱动。闭环回转工作台 闭环回转工作台和开环回转工作台大致相同，其区别在于：闭环回转工作台有转动角度的测量元件（圆光栅） 。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。3.6 伺服电动机的原理伺服电动机（servomotor）用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。 伺服电动机分交、直流两类。交流伺服电动机的工作原理与交流感应电动机相同。在定子上有两个相空间位移90电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf接一恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电动机运行的目的。交流伺服电动机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于1015和小于1525）等特点。直流伺服电动机的工作原理与一般直流电动机相同。电动机转速n为 nEK1j（UaIaRa）K1j式中E为电枢反电动势；K为常数；j为每极磁通；Ua，Ia为电枢电压和电枢电流；Ra为电枢电阻。改变Ua或改变，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法。在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通恒定。 直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。3.7 传动方案及其分析数控回转工作台传动方案为：直流伺服电机齿轮传动蜗杆传动工作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 蜗杆传动是，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。同时，对于数控回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环回转工作台。两种型式各有特点：开环回转工作台 开环回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用步进电机来驱动。闭环回转工作台 闭环回转工作台和开环回转工作台大致相同，其区别在于：闭环回转工作台有转动角度的测量元件（圆光栅） 。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。第 4 章 转轮组的设计4.1 设计要求转动平稳可靠（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。4.2 齿轮的设计1、选用传动比：先选为 21）选用直齿圆柱齿轮传动；2）数控机床速度高，要求精度高，故选 6 级精度；3) 材料选择，小齿轮材料选 35CRALA(调质后氮化)，硬度为 65HRC,大齿轮材料18CRMNTI(渗碳后淬火)硬度为 60HRC；4) 选小齿轮齿数 Z1=20，大齿轮齿数为 40。2、按齿面接触强度设计d1t 2.3232)(1HdUZEKT(1)确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数 Kt1=1.2；2) 计算小齿轮传递的转矩T1= = =3.37N.m21maxniT98.063）选取齿宽系数，小齿轮做悬臂布置， =0.4；d4）材料的弹性影响系数 ZE=189.8Mpa ；215）按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1=1200Mpa,大齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1=800Mpa；6）接触疲劳寿命系数 KHN1=1,KHN2=1；7） 计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数为 S=1 H1=1200Mpa, H2=800Mpa.(2)计算1）算小齿轮分度圆直径 d1t,代入 H中较小的值代入各数值的d1t 2.32 =22mm32)(1HdUZEKT2）计算圆周速度 VV= =1.382m/s106tnd3)计算齿宽 bb= d1t=0.4 22=8.8mmd4)计算齿宽与齿高之比 .hb模数 mt= 1.1mm20齿高 h=2.25mt=2.251.1=2.475mm= =3.5hb475.285）计算载荷系数根据 V=1.382m/s，6 级精度，查的动载系数 Kv=1.02.直齿轮 KH =KF =1.0.查表的使用系数 KA=1；用插值法查得 6 级精度，小齿轮相对支撑悬臂布置时 KH =1.139.由 =3.556 KH =1.139 得 KF =1.09. 故载荷系数hbK=KAKVKH KH =11.0511.139=1.1976）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径d1=d1t =21.98mm332.197Kt7)计算模数 mm= = =1.099mm1zd2098.3 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为M 321FdZYaSKT（1） 确定公式内的各计算数值1） 查表得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1=800Mpa;大齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE2=700Mpa；2） 查得弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.9, KFN2=0.95;3） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数。S=1.8. F1= Mpa=400Mpa8.109SFEKN F2= Mpa=369.44Mpa.7524)计算载荷系数 KK= KAKVKF KF =11.0511.09=1.1465)查取齿形系数查表的 YFa1=2.80 YFa2=2.406)应力校正系数Ysa1=1.55 Ysa2=1.677）计算大、小齿轮的 并加以比较FYaS= =0.010851FYSa405.82= =0.010852.3697（2） 设计计算 m= mm=0.806mm3204.185.3716.2对比计算结果，齿面接触疲劳强度计算模数 m 大于齿根弯曲疲劳强度计算模数，齿轮模数 m 大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可取弯曲强度算得的模数 0.806 并就近圆整为标准值 m=1，按接触强度算得的分度圆直径 d1=22mm，算出小齿轮齿数Z1= =22md1大齿轮齿数 Z2=222=444 几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径d1=Z1m=221=22mmd2=Z2m=441=44mm(2)计算中心距a= =33mm241d（2） 计算齿轮宽度（3） b= d1=0.422=8.8mmd取 B1=15mm B2=10mm4.3 蜗杆传动1 选择蜗杆传动类型采用渐开线蜗杆2 选择材料考虑到蜗杆传动速度中等，蜗杆用 45 钢，并淬火，硬度为 4555HRC,蜗轮用铸锡磷青铜 ZCUSn10P1，金属模铸造，为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT100 制造。3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式齿轮传动的设计准则，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。传动中心距a 32)(HZEPKT(1)确定在蜗轮上的转矩 T2按 Z1=4，取消率为 =0.9T2=60000N.mm(2)确定载荷系数 K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数 K =1,由表选取使用系数KA=1.15，由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 Kv=1.05；则K=KAKF Kv=1.1511.05=1.21(3)确定弹性影响系数 ZE因选用的是铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配，故 ZE=160 Mpa 21(4)确定接触系数 Zp先假设蜗杆分度圆直径 d1 和传动中心距 a 的比值 =0.4，可查图得d1Zp=2.75.(5)确定许用接触应力 H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCUSn10P1。金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC.可从表中查的蜗轮的基本许用应力 H=268Mpa.N=60jn2Lh=60110015000=1.05108寿命系数KHN= =0.7453887105.则 H=KHN H=0.7453268Mpa=200Mpa （6）计算中心距a =70.56mm3 2)075.16(2.取其中心距 a=80mm.因 i=102,故从表中去模数 m=3.15mm,蜗杆分度圆直径d1=35.5mm,这时 = =0.44，从图中可查的接触系数 Zp=2.65,因为ad1805.3ZpZp，因此以上计算可用。4、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆轴向齿距 Pa= m=9.891mm;直径系数 q=11.27;齿顶圆直径da1=d1+2ha1=35.5+213.15=41.8mm.齿根圆直径 df1=d1-2(ha m+c)=35.5-2(3.15+0.23.15)=27.94mm，分度圆导程角 r=19.45，蜗杆轴向齿厚Sa=0.5 m=0.53.143.15=4.9455mm.（2）蜗轮蜗轮齿数 Z2=39;变位系数 X2=+0.2619;验算传动比 i= =9.75,这时传动比误差为 =2.5，是允许的。43912z 1075.9蜗轮分度圆直径 d2=mZ2=3.1539=123mm.蜗轮喉圆直径 da2=d2+2ha2=123+23.15(1+0.2619)=130.95mm;蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=123-23.15(1-0.2619+0.2)=117.09mm;蜗轮咽喉母圆半径 ra2=a-0.5da2=80-0.5130.95=14.525mm.5 校核齿根弯曲疲劳强度F=2153. FYamdkT当量齿数 Zv2= =41.387.9cos33rZ根据 X2=+0.2619, Zv2=41.38.查的齿形系数 YFa2=2.24.螺旋角系数 Y =1- =1- =0.8604140r5.许用弯曲应力 F= FKFN查的 ZCUSn10P1 制造的蜗轮基本许用弯曲应力 F=56Mpa. 寿命系数 KFN= =0.596986105. F=560.596=33.376F= 2.240.8604Mpa=15.56Mpa15.32.5606 验算效率 =（0.950.96） )tan(vr 已知 r=19.45 =arctanfv;fv 与相对滑动速度 Vs 有关。vVs= =2.76m/s54.19cos06.3cos106rnd从表中用插值法查的 fv=0.0238; =1.759,代入式中得v=0.890.90 间，不用重算。4.4 直流伺服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。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在闭环系统中，广泛采用直流伺服电机作为执行单元。这是因为它具有以下优点：响应特性高，响应速度快;转动惯量小，启动、停止方便；高功率密度（体积小、重量轻） ；可实现高精度数字控制；停电制动；调速范围较宽；采用直流伺服电机为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、涡轮蜗杆。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量；但由于其脉冲当量一般较大，如0.01mm，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用直流伺服电机的闭环反馈控制。1）选择直流伺服电机的额定功率电机的额定转矩应等于或稍大于工作要求的转矩。额定功率小于工作要求，则不能保证工作机器正常工作，或使马达长期过载、发热大而过早损坏；额定功率过大，则马达价格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪费。折算到电机轴上的转矩为： MNiTd 475.026max则选择电机的额定转矩应该大于4 N2）电机与工作台的惯量匹配计算回转体的惯量： )(3224mkgLDrJ则各回转部件的转动惯量为: 27141095.32kggBdJZ 26.mZ5kg108.9蜗 杆J24.蜗 轮 015mkgJ。工 作 台折算到电机轴上的转矩为 222121 mkg05.1iJiJJZL 工 作 台蜗 轮蜗 杆电机转子惯量为 08.mkgM125.0LJ满足惯量匹配要求3）定位加速时的最大转矩计算LMamJtn)(602取时间常数 s计算得到定位最大转矩为M=3.37NM 1.4max综上，选择电机为法纳克5L直流伺服电机。4.5 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触来支撑转动零件的。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。4. 5. 1 轴承的类型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。其机构代码为3000，然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：30208。4. 5. 2 轴承的游隙及轴上零件的调配轴承的游隙和欲紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。2. 5. 3 滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。4.5.4 滚动轴承的润滑考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。 4. 5. 5 滚动轴承的密封装置轴承的密封装置是为了阻止灰尘，水，酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。此处，采用接触式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，蜜蜂唇应朝外。4.6 本章小结对数控回转工作台的主要零件及传动系统的零件进行设计 选型 零件校核，按照机械设计一书进行设计，完成机械部分。第 5 章 装配图的绘制根据前面的设计，绘制装配图如下：第 6 章 回转工作台的原理回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控加工范围。 1-电机；2-小齿轮；3-偏心套；4-大齿轮；5-柱销；6、7、8、11-轴承盖、套筒；9-蜗杆；10-蜗轮；12、13-加紧瓦；14-油缸；15-活塞；16-弹簧；17-钢球；18-光栅；如图所示为闭环数控转台的结构图，该数控转台用直流伺服电机 1 通过减速齿轮2 和 4 带动蜗杆 9，通过蜗轮 10 使工作台回转。为了尽量消除反向间隙和传动间隙，通过调整偏心环 3 来消除齿轮 2 和 4 啮合侧隙。齿轮 4 与蜗杆 9 是靠楔形拉紧圆柱销5（A 一 A 剖面）来连接。这种连接方式能消除轴与套的配合间隙。工作台的转角位置用光栅 18 测量，测量结果发出反馈信号与数控装置发出的指令信号进行比较，若有偏差经放大后控制伺服电机朝消除偏差的方向转动，使工作台精确定位， ，台面的锁紧用均布的 8 个小油缸 14 来完成，需要加紧时油缸上腔进压力油，活塞 15 下移，通过钢球 17，推开夹紧块 12 及 13，将蜗轮夹紧。当工作台需要回转时，数控系统发出指令，夹紧液压缸 14 上腔的油流回油箱，钢球 17 在弹簧 16 的作用下向上抬起，夹紧块 12和 13 松开蜗轮，这时蜗轮和回转工作台可按照控制系统的指令作回转运动。回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承，并由圆锥滚子轴承及圆锥孔双列圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。工作台支撑在镶钢滚柱导轨上，运动平稳且耐磨。 第 7 章 数控回转台技术发展趋势7.1 发展方向(1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由 于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测 元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。(3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。(4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。7.2功能发展方向(1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前 INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (2)科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图