数控凸轮轴磨床旋转转台设计说明书（含有CAD图纸）

1、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。而数控磨床更是 发展中的重中之重，需求量扩大，我们必须全身心研究并设计出利于加工生产的数控磨 床。本次毕业设计的题目是数控凸轮轴磨床旋转转台设计。通过对磨床旋转转台的设 计，使我在步入社会之前，不仅能够人体了解凸轮轴磨床旋转转台的人体功用，而且能 够掌握机械设计的方法和步骤。数控凸轮轴旋转转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 磨床和数控加工中心上，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。本课题主要介绍了它的原理和机

2、械结构的设计，并对以上部分运用”cfi做 图。数控凸轮轴旋转转台的设计，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：数控凸轮轴旋转转台；箱体；结构；设计；蜗杆；齿轮abstractwith the development of productivity, numerical control technology is becoming more and more widely u

3、sed in various fields.the cnc grinding machine is the most important in the development, the demand is enlarged, we must study the whole body and design the numerical control grinding machine which is favorable for the processing.the graduation design is the problem of cnc camshaft grinder rotating

4、table design by of grinding machine for rotating the turntable design, make me before stepping into the society, not only to general understanding of camshaft grinder rotary turntable general function, but also can master the methods and steps of mechanical design.cnc cam shaft for rotating the turn

5、table is a circular feed and indexing movement worktable can be realized. it is often used in grinding machine and cnc machining centers, improve processing efficiency, more technology, which is mainly composed of a driving force, gear transmission, worm drive, such as working platforms and space fo

6、r wonn elimination and step up, is a very useful tool for processing. this paper mainly introduces its principle and mechanical structure design, and the above parts of the use of autocad chart.cnc camshaft rotating the turntable design, first of all, for the overall program design, transmission sch

7、eme by gear transmission and womi transmission; then the parts of the design and checking, worm shaft and by integral structure; worm gear and work table adopts screw connection; the balance of the worktable through the thrust bearing to ensure; box is composed of a box seat, a box cover and the cov

8、er, which box design for circular and reinforcing ribs. finally, the parts assembly.keywords: cnc rotary table; box; structure; design; wonn; gear第一章绪论l i课题的学术背景及理论与实际意义l2课题研究的目的与意义l3课题研究的方法与主要创新点l4 课题研究的主要内容ls研究项目的发展趋势lb数控技术发展趋势lb. i性能发展方向lu2功能发展方向lb.3体系结构的发展-4lb.4智能化新一代 w 数控系统-4第二章 数控凸轮轴旋转转台的设计准则及

9、原理与应用.2. i数控凸轮轴旋转转台的设计准则2.2数控凸轮轴磨床旋转转台的工作原理2.3数控凸轮轴磨床旋转转台的主要组成部分2.4数控凸轮轴磨床旋转转台的主要设计参数第三章 数控旋转转台的结构设计x i传动方案传动时应满足的要求x l i传动方案及其分析x l2 电动机的选择x2电液脉冲马达的选择及运动参数的计算14x3确定电机转速kb第四章 主要零部件的设计4. i齿轮传动的设计4. l i选择齿轮传动的类型 4. l 2选择材料 4. l3按齿面接触疲劳强度设计4.2蜗轮及蜗杆的选用与校核214.2. i选择蜗杆传动类型4.2.2选择材料214.x3按齿面接触疲劳强度设计 4.5蜗杆与

10、蜗轮的主要参数与几何尺寸4.x i蜗杆4.x2蜗轮4.x5校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度4.4轴承的选用4.4. i轴承的游隙及轴上零件的调酉己4.4.2滚动轴承的配合4.4.5滚动轴承的润滑4.4.4滚动轴承的密封装置4.4. b 验算轴承寿命4.4. b轴i的校核与计算4.4. t蜗杆上开轴2的结构设计第五章结论参考文献总结与致谢名称压融压缩后a （上级目录）文际乞a0-数控磨庆旋转转台装配圏.dwg285.2 kb198.4 kbautocad 囹形选a2-蜗杆囹.dwg113.1 kb63.2 kbautocad 囹形盘a2-舷囹.dwg88.7 kb38.0 kbautocad 囹形迅a2

11、 压板图dwg125.9 kb81.3 kbautocad 图形f©a2-国柱大齿抡图.dwg81.8 kb34.3 kbautocad 圏形勺a3-工作台体图.dwg70.8 kb2&8 kbautocad 图形兀a3-底轴器图,dwg91.3 kb41.8 kbautocad 图形乞a3-湄整套图.dwg147.2 kb94.4 kbautocad 冒形勺a3dl图dwg110.1 kb71.2 kbautocad 囹形乞a3-圆柱小齿蛇图.dwg110.3 kb66.9 kbautocad 囹形固开謝§吉doc37.5 kb7.7 kbmicrosoft wo

12、rd®开駆报告封面.doc25.0 kb3.2 kbmicrosoft word動任裁.doc23.5 kb4.0 kbmicrosoft word動设计说明书.doc1.1 mb542.6 kbmicrosoft word 文档®数控凸抡轴磨床旋转转台设计说明书.doc1.1 mb542.6 kbmicrosoft word 文栏動英文翻译.doc80.5 kb22.2 kbmicrosoft word動英文文献翻译封面.doc20.0 kb2.7 kbmicrosoft word軸撰写规范如211.5 kb64.6 kbmicrosoft word 文档! 妊门轮轴磨戻

13、旋转转台设计3 -解包大小为3.8 mb安全文件 揍作工m辛助召d数控凸轮轴磨床旋转转台设计-360压缩解压一避解圧牺除第一章绪论l i课题的学术背景及理论与实际意义2tl年在北京举办的第ii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岀量大面广态势，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，对大多数金屈加工机床来说，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h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

14、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。l2课题研究的目的与意义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。毕业设计主要是培养我们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，培养我们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。培养我们

15、 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，使我们初步掌握科学研究的基本方法和思路。l3课题研究的方法与主要创新点通过对数控凸轮轴旋转转台的结构设计，熟悉机电一体化系统中机械系统设计过 程，掌握利用或2/软件来绘制二维图形或创建三维实体的能力。对数控凸 轮轴旋转转台的设计要提高回转精度和振动稳定性。本次设计主要是解决了数控凸轮轴旋转转台的工作原理和机械机构设计与计算部 分，先根据其原理设计结构，整体设计然后局部调整。目前数控凸轮轴旋转转台已广泛应用于数控机床和加工中心上。可开发小型回转工 作台或大型回转工作台，即规格上两

16、头延伸；性能上研制以刚为材料的蜗轮，大幅度提 高工作台的转速与转台的承载能力；形式上采用两轴联动或多轴并联回转的数控转台。l4课题研究的主要内容查阅各种机床的回转工作台或回转台附件，以及测量仪器的回转工作台，比较各工 作台的工作要求和结构特点，总结回转工作台设计要点，为设计新型或改进回转工作台 做技术准备。数控凸轮轴旋转转台结构设计的主要内容： 分析数控凸轮轴磨床旋转转台的整体传动方案； 旋转转台结构的总体方案设计； 零部件的校核与设计相关的计算； 装配图的设计、零件工作图的设计； 本设计的优缺点分析； 典型零件加工工艺及图形交互式（sbfsi）或手工数控程序编制； 编写设计说明书；ls研究项

17、目的发展趋势预计未来几年，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 s%-29%左右的稳定增长。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bh台左右。lb数控技术发展趋势lkl性能发展方向qd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cm芯片、0 芯片、多"控制系统以

18、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。q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。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

19、控技术轴，四门子it系统控制轴数可达24轴。44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

20、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。lk3功能发展方向41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wdtt、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

21、、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。q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，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视 化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术 等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成木具有重要意义。在数控技术 领域，可视化技术可用于砂/ciil,如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具 管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。插补和补偿方式多样化 多种插补方式如肓线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间 椭圆曲面

22、插补、螺纹插补、极坐标插补、2ht螺旋插补、/皿插补、/-ik插补俳均 匀有理样条插补、样条插补g、样条、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补 偿、垂育度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、 温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。内装高性能plc数控系统内装高性能plc控制模块，可盲接用梯形图或高级语 言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铳床的标准m.c 用户程序实例，用户可在标准plc用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己 的应用程序。>多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具

23、 有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可 以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过 程参数监测等方面有着重大的应用价值。lu3体系结构的发展qd集成化 采用高度集成化cm、gc芯片和大规模可编程集成电路rw队1»、 cpu以及专用集成电路 g 芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用 r»平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、 功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和st抗衡的新兴显示技术，是 21卅纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半

24、导体和表面安装技术融为一体。 通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺 寸，提高系统的可靠性。<2模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需 求，将基本模块，如cm、存储器、位置伺服、plc、输入输出接口、通讯等模块，作成 标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数 控系统。网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一 台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一 台机床的屏幕上。44通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块

25、化、开放式、 嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度 的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模 式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含 诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工 过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程 变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能 技术、网络技术、多媒体技术、砂/ci出、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动 态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体

26、，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而 实现集成化、智能。lu4智能化新一代心数控系统当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代ki c数控系统己成为可能。智能化新一代 w数控系统将计算机智能技术、网络技术、倔/如、伺服控制、自适 应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制 造过程闭环控制体系。第二章数控凸轮轴旋转转台的设计准则及原理与应用2. i数控凸轮轴旋转转台的设计准则1、转台的旋转精度控制在土旷以内；2、转台应该可以在任意位置停止，旋转分辨率要达到r；）、转台锁紧采用液压驱动，且最好采用在原位置锁紧，转台在锁紧和放松的一瞬

27、间，不能有抖动或微转动作，以保证旋转精度的稳定性；4、整个转台的支撑刚性应该足够，满足超高速磨削的刚度要求；队 转台的防水性能应该良好，在大流量、高压力的磨削和修整冷却水的冲击下， 不能有进水和水雾的问题。其中必须要遵循以下法则：1、提高合理的应力分布和刚度2、创造有利的载荷条件，预测意外载荷7、要有合理的承载结构4、根据性能组合选择合适的材料来提高性能、功能设计要满足其制造工艺，零件与整体零件之间精度的进行选择厶重量要适宜，降低成本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、*力三个坐标轴联动，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

28、度，扩大了数控机床加工范围。同理，数控凸轮轴磨床的回转运动由其旋转 转台完成。x2数控凸轮轴磨床旋转转台的工作原理数控凸轮轴旋转转台主要用于盛放砂轮以便对凸轮轴进行加工，其外形和通用工作 台几乎一样，但它的驱动可由步进电机连接电液脉冲马达进行旋转。由于内凹轮廓的理论磨削直径一般比较小，通常为最小的达到了 mil.在磨削过程中，实际使用的砂轮一般不能犬于理论磨削直径，否则在磨削过程中 会造成机床进给冲击，影响凸轮轮廓精度，产生磨削表面波纹，如果一台机床只采用一 个直径为左右的砂轮来磨削吋，由于砂轮主轴系统结构小，其电机功率、主轴 刚性、砂轮线速度都将受到限制，机床的磨削效率将很低，无法满足正常生

29、产要求，因 此，我们同样通过两个主轴系统，其中分别为一个大砂轮主轴系统和一个小砂轮主轴系 统，成分布，通过一个旋转转台进行砂轮选择，实现凹形凸轮的加工。见图2-1的冋转工作台。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。工作台的运功是由步进电机连接电液脉冲马达，经齿轮减速后，由蜗轮蜗杆改变 运动方向，最后传递到工作台。i-蜗杆；2-蜗轮；7、4夹紧瓦；a小液压缸；a支座；f光栅；、4轴承图九1数控凸轮轴磨床旋转转台设计原型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宋 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

30、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对夹紧 瓦，并在底座上均布同样数量的小液压缸乱 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，并由圆锥滚柱轴承口及双列向心圆柱 滚子轴承ii保持准确的回转中心。数控凸轮轴旋转转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

31、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，由高精度的圆光栅耳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，当它作回零运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速, 然后由圆光栅发出零位信号，使工作台准确地停在零位。数控凸轮轴旋转转台可以作任 意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。由此可总结数控磨床回转工作台的工作原理：回转工作台的动力源由步进电机带动电液马冲马达提供，驱动圆柱齿轮传动，带动 蜗轮蜗杆系统，使工作台旋转。当数控凸轮轴旋转转台接到数控系统的指令后，首先松 开圆周运动部分的蜗轮夹紧装置，松开蜗轮，然后启动步进电机，按数控指

32、令确定工作 台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数。需要说明的是，当工作静止时必须处于锁紧状态，工作台沿起圆周反向均匀分布 个加紧液压缸进行加紧。工作台不会转时，加紧油缸的作用下向外运动通过夹紧块仅仅 顶在蜗轮内壁，从而锁紧工作台。当工作台需要回转时，数控系统发出指令反复上述动 作，松开蜗轮，使涡轮和回转工作台按照控制系统的指令进行回转运动。也）数控凸轮轴磨床旋转转台的主要组成部分数控凸轮轴旋转转台是由步进电机带动电液脉冲马达作为动力源，在它的输出轴上 接联轴器再接一级齿轮减速器。该数控凸轮轴旋转转台由圆柱齿轮传动系统、蜗轮蜗杆 传动系统。因为是蜗轮蜗杆传动与分度，所以停位不受限，并不像端

33、齿分度盘一样，只能分度 固定角度的整数倍（°、it、u°等），而口偏转范围较大到-tt ）,能 加工任何角度与任何倾斜的孔与表面。齿的侧隙是靠齿轮制造和安装的精度来保持。人 齿轮的支撑轴与蜗杆轴做成一个轴，这种联系方式能曾人连接的刚度和精度，更能减少 功率的损耗。主要的部件$步进电动机电液脉冲马达直齿轮的传动系统蜗轮蜗杆传动系统工作台光栅的反馈机床产品的很多单元都孕育在关键功能部件之中。在数控凸轮轴旋转转台中，其主 要部件一一蜗轮蜗杆调隙结构、闭环检验结构、冋转部位锁紧装置、润滑与密封等部位 均属于关键部件。调隙结构一一双螺距渐厚蜗杆介绍在数控机床中，分度工作台都广泛采用蜗

34、杆蜗轮传动轮副的齿轮侧隙对其分度定位 精度影响最人，因此消除蜗轮副的侧隙就成为数控凸轮轴旋转转台的关键问题，一般在 要求连续精确分度的机构中（如齿轮加工机床数控凸轮轴旋转转台等）或为了避免传动 机构承受脉动载荷（如断续铳削）而引起扭转振动的场合往往采用双螺距渐厚蜗杆，以 便调整啮合侧隙的最小限度。重复定位精度：e.hs ii总传动比:最大承载重量：呷、图九2双螺距渐厚蜗杆调隙原理双螺距渐厚蜗杆与普通螺杆的区别：双螺距渐厚蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距（导程）；而同一侧面的齿距（导 程）则是相等的（如图2-2所示）。双螺距渐厚蜗杆杆副的啮合原理与一般蜗杆副啮合 原理相同。由于蜗杆齿的左、右两

35、侧面具有不同的齿距，即左、右两侧具有不同的模数 io因而同一侧面的齿距相同，故没有破坏啮合条件。双螺距渐厚蜗杆传动的公称模数 可看成普通蜗杆副的轴向模数，一般等于左、右齿面模数的平均值，此蜗杆齿厚从头到 尾渐增厚。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。2.4数控凸轮轴磨床旋转转台的主要设计参数（i）最大回转半径：bh ii<20><4>第三章数控凸轮轴磨床旋转转台的结构设计5. i传动方案传动时应满足的要求数控凸轮轴旋转转台一般由原动机、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

36、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：l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。x工作条件的要求例如工作环境、场地、工作制度等。x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。x l i传动方案及其分析由图工i所示，数控凸轮轴旋转转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。1lll777方案一一级齿轮二级齿轮方案二一级齿轮二级蜗杆图九i传动方案方案一的最大缺陷是：l总传动比小；2.占用空间大；九只能使工作台

37、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。所以数控凸轮轴旋转转台传动方案为：步进电机电液脉冲马达齿轮传动蜗杆 传动一数控凸轮轴旋转转台转动。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。2、蜗杆传动具有以下特点：<d结构紧凑传动比大在分度机构中可达ih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。o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。o>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

38、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，故效率约为具 有自锁的蜗杆传动效率仅为4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格 较贵的有色金展制造。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。7、对于数控凸轮轴旋转转台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环 回转工作台。<d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。a>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

39、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。x l3电动机的选择由数控技术课本得电动机的选择可以从步进电机与伺服电机中选择;(i) 步进电动机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

40、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

41、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（2）伺服电动机iml ）图,j伺服电动机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置；伺 服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控 制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作 执行元件，且具有机电i寸间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收

42、到的电信号 转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两人类，其主要 特点是，当信号电压为零吋无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正 弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。（3）步进电机和交流伺服电机性能比较步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前 国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。伺服电机分为直流伺服电机和交 流伺服电机，但是永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：无电 刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低

43、。定子绕组散热比较方便。惯 量小，易于提高系统的快速性波纹管联轴器。适应于高速人力矩工作状态。同功 率下有较小的体积和重量。口随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越 来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中人多 采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较人的差异。查找文献资料, 二者的使用性能应用比较如下： 控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为、 lf ,五相混合式步进电机步距角一 般为t2 °、st o也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生

44、产的一 种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为；德国百格拉公司 生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为lf、亍、t.t2o、3fc°、-t2°、,兼容了两相和五相混合式步进电机的步 距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2sh线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频 技术，其脉冲当量为。对于带n位编码器的电机而言，驱动器每 接收2r>»ir22个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为 w秒。是步距角为lt°的步进电机的脉冲当量的1/bsso 在机械加工中，电机所受的力包括：

45、连续负载扭矩(包括重力、摩擦力等)、加 减速扭矩、切削扭矩。在选择电机时，需要对上述各个力的大小进行综合的分析，最终 确定电机的型号。除此以外，电机在工作的过程中，由于会受到工作环境的影响。因此, 在选择电机的时候，还需要考虑电机所处的环境对电机的影响，例如：温度、湿度、震 动等因素。采用步进电机与电液脉冲马达组合可以精确的控制回转精度，综合考虑确定 步进电机。(4) 电机的保护电机的保护主要是指在使用电机过程中，需要注意电机工作的环境。包括温度、 湿度、粉尘等因素。正确的使用电机，会延长电机的使用寿命，同时大大减低电机的故 障发生概率。主要包括：(1) 工作温度：°c4°

46、c。即电机工作车间或者室内的温度。若温度超过4°c,则应通过外界降温的方法使温 度处于正常的工作范围内。在本说明书中，关于电机的所有数据(功率、扭矩等)均是 在工作温度为2tc时测量的数据。(2) 湿度：o)震动：安装在机床上的电机，其可以承受的最大震动为3.3电液脉冲马达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，广泛采用屯液脉冲马达作为执行单元。这是因为电液脉冲马达 具有以下优点：直接采用数字量进行控制转动惯量小，启动、停止方便；

47、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；采用电液脉冲马达为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠 副，以克服爬行和间隙等不足。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，如在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用电液脉冲马达的细分驱动技术。l电液脉冲马达电机的选择按照工作要求和条件选系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电机。x选择电液脉冲马达的额定功率马达的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。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

48、因素低而造成浪费。工作所需功率为：p ytnp = kw p =kwoi)1000久，9550久，式屮上仇电机工作效率几：啊 代入上式得(3-2)电机所需的输出功率为：出丄式中为电机至工作台主动轴之间的总效率。 由机械设计课本查得：齿轮传动的效率为 1 = 0.97对滚动轴承的效率为=0.99蜗杆传动的效率为3 =0.8因此，7弘；仍x 0.99x-d.f一般电机的额定功率:由机械设计课程设计课本确定电机额定功率为：«w5-j确定电机转速由机械设计课木得知：齿轮传动比：ai,蜗杆传动比：b-32,则总的传动范围为：u = ux“2=)x is-sx3241-im电机转速的范圉为：03

49、)n(l = (i& .z；k:<48- 3x牝 ib2«-v2m / 04)为降低电机的重量和价格，选取常用的同步转速为shwirii的丫系列电机，型号为 wl2,其满载转速nzn=x«wiao第四章主要零部件的设计4.1齿轮传动的设计4. l i选择齿轮传动的类型根据ci/tihtlims的推荐，采用直齿轮传动的形式。采用直齿轮传动结构见图4i所示。hli小齿轮；2大齿轮图4. i直齿轮传动由于前述所选电机可知上23射传动比设定为起*效率n：啊工作日安排 每年3工作日计，寿命为i年。4. l3选择材料考虑到齿轮传动效率不大，速度只是屮等，故齿轮可用4号钢，

50、调质后你凹面淬 火，为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求齿轮面硬度为1）选用直齿圆柱齿轮传动；2）选用巾级精度；3）选择小齿轮材料为41.（调质）,硬度为2w-bs.大齿轮材料为少钢（调质）；4.按齿面接触疲劳强度设计先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。(4-1)上述两式为标准直齿圆柱齿轮的设计计算公式。(4-2)此外，公式巾=怦y bdx u(7lj=2.5zj<(yll为直齿轮校核计算公式。 y bdx u式中tx齿轮的传动转矩，/k载荷系数；%齿宽系数；u传动比；z一一区域系数；ze材料的弹性影响系数；(rh接触疲劳许用应力，s齿轮传递转矩7；t = 9.55x&

51、quot;m = 9.55x"x0.75 = ?90孑 1n、3000载荷系数k 由课程设计课本知：因载荷平稳，故取ffcl2x 圆柱齿轮的齿宽系数同理由机械设计课木知：取©/ = !接触疲劳许用应力b齿轮的传动比u = 3 区域系数zrz/2.5材料的弹性影响系数zeze=ls9.mpa可将以上参数代入设计公式与校核公式中。2xl.2x2.39x(3±l) * ( 2.5x189.8 v220>48.29n4.1.4确定齿轮的主要参数与主要尺寸l 齿数4取乙尹，则 z2=/xz, =3x22 = 66,取z?尹x模数m = “a" = 2.2mm

52、 取标准值得 3 乙 223. 中心距亠标准中心距a = -m(z1+z2) = 88n24其他主要尺寸分度圆直径：心=mz =2x22 = 44mmd2 mz? 2x66 = 132/7?m齿顶圆直径:dm = % + 2m = 44 + 4 = 48mmd“2 =2 + 2m = 132 4-4 = 136m/?齿宽：/? = 0 £ = 1x 44 = 44/77772取 =勺 + (5 -10) = 49 - 54mm取/?2 = 54mm4. lb校核齿根弯曲疲劳强度设计公式：(4-5)警f bm式中：k载荷系数；ft齿轮所所受的圆周力，f；陥一一齿形系数；ysa应力校正系

53、数；b齿宽，ii;m模数；crf弯曲疲劳许用应力，/。复合齿形系数*:由（标准齿轮）及乙、z?由机械设计课本表 i 知小齿轮 $1=4.12大齿轮yfs2=3.96则 ctn =2k%bmdx2xl.2x2.39xl03x4.1244x2x44=610,*5 <rn(4-4)%二竽岂泸= 5.86,虫也故弯曲强度足够。4. lb确定齿轮传动精度由机械设计课本表7齿轮传动的精度等级范围确定可选用级精度。4. lt齿轮结构设计小齿轮 d（l =采用实心式齿轮大齿轮 da2 = 136 mm采用腹板式齿轮4-2蜗轮及蜗杆的选用与校核为了将轴的转动的方向改变，在这一传动的过程中采用蜗轮蜗杆的传动

54、，方法如图4.2所示。蜗轮蜗杆的传动部仅仅能够改变轴的旋转方向，而且具有方向口锁的功能。 传递运动也非常的平稳。蜗轮2-蜗杆图4.2蜗轮蜗杆的传动由于前述所选电机可知百 i传动比设定为氐九效率工作口安排每年3工作口计，寿命为i年。4.x i选择蜗杆传动类型根据ci/tihtsims的推荐，采用渐开线蜗杆。4.2.2选择材料考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用4号钢；为达到更高的效 率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为4»必。蜗轮用铸锡磷青铜 x.s- npl金属铸造。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 tim制造。按齿面接触疲劳强度设计根据

55、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，在校核齿根弯曲 疲劳强度。传动中心距：i 7 7合 k7；(-)2(4-i)vs 式屮 kj许用接触应力，zp圆柱蜗杆传动的接触系数；s材料的弹性系数；k计算系数；t2作用在蜗轮上的转矩，f lol在蜗轮上的转距笃按 zj =1 ；效率 = 0.8则 t2=txix7 = 1525n m因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数kq由使用系数ka表从而选取ka = l k；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数/cv：l i；贝ij k = ix l bx l tll2ti2确定弹性影响系数z&选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，取zg =160辆亦九确定接触