本科毕业论文--精密直驱数控转台结构设计毕业

1、数控转台结构设计子专题：精密直驱数控转台结构设计kmustStructure desig n of CNC rotary tablesSubtitle: Structural design of precision direct drive CNCrotary tablesUniversity: Kunming University of Science and TechnologyMajor : Mechanical Engineering and AutomationGrade: Class1Grade2008Name: Li YunlaiAdvisor: Gao GuanbinProfe

2、ssional Title LectureDepartment: Faculty of Mechanical and Electrical Engineering Date: June 6, 2012摘要数控机床集成了机械、计算机、光电技术、精密测量技术和自动控制技术等先进 技术的最新研究成果，是先进制造业的重要设备。数控回转工作台是多轴联动加工中 心和数控铣床等数控机床的重要的部件，起着承载被加工零件并实现精确分度或作为 联动轴进行轨迹联动加工的作用，它的精密度和稳定性对整个数控机床的性能有着重 要影响。直接驱动数控回转工作台采用直接驱动技术能够消除中间机械传动机构引起的 损耗及限制，能直接

3、提供转矩给执行机构，具有转矩大、损耗低、电气时间常数小以 及响应速度快等特点，可以实现很高的动态响应速度和加速度、 极高的刚度和定位精 度、平滑的无差运动。本毕业设计针对一种直接驱动式精密数控回转工作台进行了研究，提出了个人的方案和设计。该设计方案选用力矩电机作为驱动源， 采用转台轴承传动力矩，当数控 转台需要静止时，利用锁紧（刹紧）机构来锁紧转台，利用固定块来安装锁紧机构。 在各零部件选用和设计过程中，根据设计任务计算、选择的零部件尺寸，再根据一些 计算和校核公式验证了设计的零件， 并做出修整。最终设计出符合该数控回转工作台 所需的各项规格参数。关键词：数控；直接驱动；回转工作台；锁紧机构A

4、BSTRACTThe CNC mach ine tool in tegrates the latest, adva need tech no logy research of the mechanical, computer, photoelectric, precision measurement and automatic control tech no logy, which is the adva need manu facturi ng equipme nt. CNC rotary table is an important component of the multi-axis m

5、achining centers and CNC milling machine of CNC mach ine tools etc, plays a role in carry ing the comp onent that is to be processed and to achieve accurate indexing or as a linkage axis track simultaneous machining, its precision and stability have an important impact on the performance of CNC mach

6、ine tools.Direct drive CNC rotary table with direct drive tech no logy can elimi nate the wastage and restricti ons that is caused by in termediate mecha ni cal tran smissi on, arpTovide torque to the actuator directly, with a large torque, low wastage small electrical con sta nt time and fast resp

7、onse characteristics etc, which can achieve very high dyn amic resp onse speed and acceleratio n, high stiff ness and positi oning accuracy, smooth differe ntial moveme nt.This graduati on desig ns a CNC rotary table of direct-drive n precisi on, and put forward the in dividual desig n scheme. The d

8、esig n used a torque motor as a driv ing source, the use of the turntable beari ng drive torque, whe n the NC rotary table stati on ary, the use of the locking mechanism to lock the turntable, the use of fixed block fixed locking mecha ni sm. Comp onent select ion and desig n process, accord ing to

9、the size of the opti onal parts have bee n selected and desig ned, in part to validate the selected accordi ng to some calculatio ns and check the formula and make the dress ing. Fin ally, the CNC rotary table was designed, which satisfies the specifications of the table.Keywords: CNC; Direct drive;

10、 Rotary table; Lock ing mecha ni sms目录摘要第II页ABSTRACTII TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.1本课题的学术背景及理论与实际意义 1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1.1数控机床简介 1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1.2数控机床的产生和数控技术的发展过程 2

11、 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2相关课题国内研究的现状 3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.2.1我国数控机床发展情况 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.2.2我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现 4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.3回转工作台的发展前景及发展趋势 5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.3.1

12、市场前景5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.3.2发展趋势5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.4本设计的主要内容5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 第2章 数控回转工作台现有方案的分析和比较 6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.1数控回转工作台原理及设计方案比较 6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2.2设计准则9 HYPER

13、LINK l bookmark30 o Current Document 2.3本章小结 9 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 第3章 数控回转工作台的结构设计 10 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.1设计规格参数 10 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.2电机选择11 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 3.2.1力矩电机的原理 11 HYPERLINK l bookmark44 o C

14、urrent Document 3.2.2力矩电机的外形及参数13 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.3转台轴承选择15 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3.4转台轴承校核19 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 3.5转台轴承上的螺栓校核 19 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.6小液压缸选择20 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 3.6

15、.1液压缸的缸径/杆径的选择原则： 20 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 3.6.2液压缸行程21 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 3.6.3端位缓冲的选择21 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 3.6.4油口类型与通径选择 22 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.6.5特定工况对条件选择 22 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 3.6.6

16、其它特性的选择窗23第III页 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 3.7液压缸校核23 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 3.8光栅选型25 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 3.9光栅校核31 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 3.10本章小结32 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 第4章 数控回转工作台附件设计校核

17、33 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 4.1锁紧机构设计33 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 4.2锁紧机构校核35 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 4.3转台轴承连接件的设计及校核 364.4底座设计36 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 4.5转台设计38 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 4.5.1转台规格参数 38 HYPERLINK

18、 l bookmark94 o Current Document 4.5.2工作台整体尺寸的设计 38 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 4.5.3工作台T型槽设计 39 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 4.5.4工作台中心孔设计 40 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 4.6心轴及光栅盘设计 41 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 4.7其他重要附件设计42 HYPERLINK l boo

19、kmark104 o Current Document 4.8零部件汇总表42 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 4.9本章小结44 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 第5章 数控回转工作台的经济技术和使用环境分析 45 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 5.1数控回转工作台的经济技术分析 45 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 5.2数控回转工作台的制造和使用环境 46 HYPERLIN

20、K l bookmark116 o Current Document 5.3本章小结47 HYPERLINK l bookmark118 o Current Document 结论48 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 总结与体会49 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 谢辞50 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 参考文献51 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 附录 A英文翻译原文 53 H

21、YPERLINK l bookmark134 o Current Document 附录B英文翻译译文 60虚呎3权瘁设计（论文）专用纸虚呎3权瘁设计（论文）专用纸第1章绪论1.1本课题的学术背景及理论与实际意义1.1.1数控机床简介数控机床是数字控制机床（ Computer nu merical con trol mach ine tools ）的简称, 是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或 其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。数控机床一般由下列几个部分组成：主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等

22、机械部件。 他是用于完成各种切削加工的机械部件。图1-1数控机床数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、 CRT显示器、键盒、纸 带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、 数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、 主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和 进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 反听怒債乂号设计（论文）专用纸 反听怒債乂号设计（论文）专用纸辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件， 用以保证数

23、控机床的运行，如冷 却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、 数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在 制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论 在硬件和软件方面，都有飞速发展。主机，是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他 是用于完成各种切削加工的机械部件。数控装置是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入

24、数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、 数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件， 包括主轴驱动单元、进给单元、主轴 电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给 驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。辅助装置指数控机床的一些必要的配套部件， 用以保证数控机床的运行，如冷却、 排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控 转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。编程及其他附属设备：可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。1.1.2数控机床的产生和数控技术的发

25、展过程采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早是 40年代初提出的。1952年，美国麻省理工学院成功地研制出一台数控铣床，这是公认的世界上第 一台数控机床，当时的电子元件是电子管。1959年，开始采用晶体管元件和印刷线路板。出现了带自动换刀装置的数控机 床，称为“加工中心”。从1960年开始，其它一些工业国家，如西德、日本也陆续 开发生产出了数控机床。1965年，数控装置开始采用小规模集成电路，使数控装置的体积减小，功耗降 低，可靠性提高。但仍然是硬件逻辑数控系统。1967年，英国首先把几台数控机床联接成具有柔性的加工系统，这就是最初的 FMS（ Flexible Manufacturing

26、System 柔性制造系统）。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了用小型计算机控制的数控 机床，这是第一台计算机控制的数控机床（CNC）.1974年，微处理器直接用于数控装置，促进了数控机床的普及应用和数控技术的 发展。80年代初，国际上出现了以加工中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检测装 置的FMC（Flexible Manufacturing Ce11柔性制造单元）.FMC和FMS被认为是实现计 算机集成制造系统 CIMS （ Computer Integrated Manufacturing System）的必经阶段 和基础。随着各国对制造业的重视，数控回转工作台在各国

27、的研究和制造越来越受到重 视，在多年发展的基础上，新世纪的数控回转工作台正朝着智能化和自动化发展，精度也越来越高。1.2相关课题国内研究的现状随着科学技术的发展，国外相同品种、不同结构的数控机床附件产品也在不断出 现。例如转轴直接驱动的数控回转工作台已经出现， 完全改变了传统的工作台的结构， 回转速度及精度要比传统的机械结构高得多，伺服电动机驱动数控刀架也已出现几年 的时间，当然，真正普及应用还要有一个过程。1.2.1我国数控机床发展情况我国从1958年开始研究数控技术，一直到60年代中期处于研制、开发阶段。1965年，国内开始研制晶体管数控装置。60年代末至70年代初研制成功数控 铣床。从7

28、0年代开始，数控技术在车、铣、镜 磨、齿轮加工、电加工等领域全面展 开。但由于电子元器件的质量和制造工艺水平低，致使数控系统的可靠性、稳定性问 题没有得到解决，因此未能广泛推广。这一时期，数控线切割机床和电火花加工机床 由于结构简单，使用方便，价格低廉，在模具加工中得到了推广。80年代，我国先后从日本、第美国等国家引进了部分数控装置和伺服单元技术， 反听怒債乂号设计（论文）专用纸 反听怒債乂号设计（论文）专用纸 反听怒債乂号设计(论文)专用纸并于1981年在我国开始批量生产数控系统，包括数控装置和伺服单元。在此期间， 我国在引进、消化吸收的基础上，跟踪国外先进技术的发展，开发出了一些高档的数

29、控系统，如多轴联动数控系统、数字仿形系统、为柔性单元配套的数控系统等。为了 适应机械工业生产不同层次的需要， 我国开发出了多种经济型数控系统， 并得到了广 泛应用。现在，我国已经建立了中、低档数控机床为主的产业体系。1.2.2我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现在：速度基于材料、检测能力、装备制造能力等方面的条件限制，我过附件产品在速度方面较国外同类产品要差。 例如数控铣床、加工中心配套的各类数控回转工 作台，日本日研公司直径 200mm数控回转工作台最高转速可达 88r/min,而国内的只 有1216r/mi n.主要差别在于材料的选用。可靠性 国

30、外数控机床附件产品开发应用比较早，经验丰富，再由于技术进 步，新材料、新结构的不断出现与应用，使得其产品可靠性非常好。如日本日研公司 部分规格的数控回转工作台的核心部件蜗杆副， 齿轮采用氮化钢，齿部表面氮化处理， 硬度高；蜗杆为硬质合金蜗杆；整个蜗杆副为硬齿面接触，耐磨。既实现了高速，又保证了可靠性。而国内基本上均采用传统材料和传统的结构， 加上外购配套件的可靠 性差造成产品的整体可靠性较外国产品的差距 。可以说数控机床附件产品的整体可 靠性与我国目前整个工业发展水平有相当密切的关系，随着配套件水平的提高，整体状况将有所改善。精度 我国数控机床附件的精度及稳定性应该说还是比较好的，基本上能满

31、足主机的配套要求。较日本、德国等工业发达国家的产品有一定差距，但不大，与台 湾地区产品相当。这与行业企业近几年抓质量、提高质量意识有密切的关系。第4页1.3回转工作台的发展前景及发展趋势1.3.1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。1.3.2发展趋

32、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直接驱动式数控回转工作台，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。1.4本设计的主要内容直接驱动数控回转工作台采用直接驱动技术能够消除中间机械传动机构引起的 损耗及限制，能直接提供转矩给执行机构，具有转矩大、损耗低、电气时间常数小以 及响应速度快等特点，可以实现很高的动态响应速度和加速度、 极高的刚度和定位精 度、平滑的无差运动。第5页第2章数控回转工作台现有方案的分析和比较数

33、控加工中心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、丫、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数控回转工作台原理及设计方案比较数控回转工作台主要用于加工中心， 提供加工过程中所需的自由度。传统的数控 回转工作台有两种，一种是仅提供一个绕工件轴线转动，第二种是采用齿轮和蜗杆蜗 轮共同控制传动，第一种仅提供一个绕工件轴线转动，但螺旋锥齿轮的加工过程中， 需要调整多个参数，若采用这样的转台，则每次调整参数都必须重新布置转台的位置， 且这种布置精度受外界因素影响较大，不利于实现自动化数控加工。另

34、外这种转台功 能单一，不适合复杂曲面的加工。第二种采用蜗杆涡轮和齿轮共同来控制机械传动部 分，这一种也采用了较多的机械传动部分， 由于机械控制的精度和传动情况复杂， 不 容易实现精确控制。所以这两种所能实现的精度不会特别高， 满足不了当今社会人们 对产品高精度的需求。而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。本设计采用力矩电机、转台轴承、光栅、数控装置、锁紧机

35、构和转台来实现传动， 不仅加强了数控转台的精度，也减少了它占用的空间，所以本设计在各方面都满足传 动方案的各项要求。其方案如2-1图所示：力矩电机提供回转的动力，在力矩电机的 专用编码器模块来控制其力矩和转停，力矩电机输出的转矩由专用转台轴承传到转台 上,回转工作台工作，在数控装置的控制下，回转工作台到达指定的位置和指定的运动。当要回转工作台静止或固定在某个位置时， 力矩电机在接收到命令时，在编码器 模块的控制下，它实现精确调速或停止转动。与此同时数控装置接收到光栅的数据， 经过计算处理，让转台转过精确的角度，以实现整个回转工作台的精确定位。 当回转 工作台要静止时，数控装置把指令传递给小液压

36、缸，液压缸的活塞在液体压力的作用 下运动，将锥形块往下压，进而把小钢球压进两块夹紧瓦之间， 把两块夹紧瓦一块往 上运动，一块往下运动，对转台施力，让转台静止，这样就达到对转台的控制。通过对以上几种方案的分析比较可得： 本设计方案可达到的精度更高，结构更紧 凑。同时满足功率、转速、运动和可靠性等各项指标。所以选择本方案更合理。直接驱动式回转工作台主要用于加工中心， 其外形和通用工作台几乎一样，但它 的驱动是力矩电机驱动方式。在编码器模块的控制下实现精度高于一般回转工作台的 运动。它的进给、光栅转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动驱动力是由力矩电机提供的，经编码器计算后传递给转台

37、盘。当工作台静止时必须处于锁紧状态。 为此，在转台盘上设有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，活塞便压向锥形 块，锥形块将钢球压入两块夹紧瓦之间，撑开夹紧瓦，并夹紧转台盘。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，将锥形块抬起，钢球 也在另一根弹簧的作用下弹出，夹紧瓦将转台盘松开，回转工作台继续工作。直接驱动式精密数控回转工作台数控回转工作台的定位精度主要取决于力矩电 机上的编码器模块，它准确控制力矩电机的转速和转矩， 以达到控制转台盘的力矩和 转速，同时光栅也可以测定工作台的转角，并把所测得的信号传递给回转工作台的数 控装置

38、进行控制，这样达到对回转工作台的精确控制。 在本设计中，减少了传统的数 控回转工作台对齿轮和蜗杆副的依赖， 减少了传动过程中机械传动的误差，而采用力 矩电机和数控装置来共同控制数控回转工作台，增强了数控回转工作台的传动精度。 这也满足了新时代人们对机床加工精度要求越来越高的需求。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，然后由圆光栅和编码器以及共同力矩电机编码器模块发出零位信号，使工作台准反引3反拶设计（论文）专用纸反引3反拶设计（论文）专用纸确地停在零位。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。当药停止的时候，回转工作台在接收

39、到力矩电机编码器模块， 光栅以及工作 台数控装置的信号时，对工作台及时做出精确控制，并精确定位或锁紧机床。这样机 床的定位也就更加精确，加工的产品精度也更加精确。直接驱动式精确数控回转工作台的组成及工程图如图 2-1所示：釦做?T $图2-1直接驱动式精确数控回转工作台的组成及工程图1底座 2力矩电机 3螺钉 4螺栓 5固定块 6螺母 7螺钉 8固定块 9 锁紧机构10支撑块11键12心轴13螺钉14转台15螺钉16工作台端盖 17螺钉18转台轴承转台连接件 19转台轴承 20螺钉 21螺栓 22电机转台轴承 连接件 23螺母 24光栅固定第8页5端盖 26螺钉 27螺钉瓦呛3上拶设计（论文）

40、专用纸瓦呛3上拶设计（论文）专用纸 反听怒債乂号设计(论文)专用纸2.2设计准则我们的设计过程中，本着以下几条设计准则：创造性的利用所需要的物理性能分析原理和性能判别功能载荷及其意义预测意外载荷创造有利的载荷条件提高合理的应力分布和刚度重量要适宜应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸根据性能组合选择材料零件与整体零件之间精度的进行选择功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2.3本章小结本章主要对传统方案和本次所选的设计方案分析和比较，得出它们的优缺点，做出了本次设计的最终方案选择。第3章 数控回转工作台的结构设计3.1设计规格参数3.1.1规格参数表3-1回转工作台参数No项目Item1工作台面尺寸

41、 (mm) Turntable diameter 10002转台总厚咼（mm） Table height5403转台中心定位孑L直径 (mm) Cen ter bore diameter135深64工作台T型槽宽度（mm） T-slot size18 深 125工作台基准T型槽宽度（mm）18深86设疋最小分度单位（。）Minin creme nt0.0017工作台的分度精度当8工作台的重复精度9工作台最高转速（r/min）50010冷却条件下最大驱动力矩（Nm） Max.torquecapacity559711冷却条件下额定驱动力矩（Nm） Max.torquecapacity329812工

42、作台最大承载能力 （kg） Max . Load capacity1500第10页良听理N拶设计（论文）专用纸 Wkm UHHZ屋咽并/乂良听理N拶设计（论文）专用纸 Wkm UHHZ屋咽并/乂反呎3权抄设计（论文）专用纸JKim （I T13工作台最大静态锁紧力矩（Nm）600014最大锁紧油压（Mpa）3.515冷却功率（Kw）73.1.2外观图片图3-1直接驱动式精确数控回转工作台3.2电机选择3.2.1力矩电机的原理力矩电机是为满足低转速、大转矩负载要求而设计制造的一种特殊电动机。与一般电机不同的是，它只利用转子静止或接近静止时的转矩，不强调机械功率。普通电第11页动机静止状态下的转矩

43、虽然也可以利用，但当位置发生变化时，转矩的变化比较明显。 力矩电机在转子旋转过程中位置发生变化时， 转矩变化很小，且其工作转角变化范围 较大，可连续工作在堵转状态。力矩电机通常有直流力矩电机和交流力矩电机两种，目前应用直流力矩电机较 多。下面就本设计用到的直流力矩电机的结构与工作原理进行分析介绍。直流力矩电机的工作原理与普通直流电机相同， 不同之处在于其结构。为了在一 定体积和电枢电压下产生大的转矩和低的转速，直流力矩电机一般做成扁平式结构， 电枢长度与直径之比一般为0.2左右极对数较多。为了减小转矩和转速的波动，选用 较多的槽数和换向片数。通常采用永磁体产生磁场 。如图3-2所示为永磁式直流

44、力矩电机的结构。 定子是由软磁材料制成的带槽的圆 环，在槽中嵌入永磁体。转子铁心通常用硅钢片叠成，槽中嵌入电枢绕组，电枢绕组 为单波绕组19。槽楔由铜板制成，兼作换向片，槽楔两端伸出槽外，一端作为电枢绕 组接线用，另一端排列成环形换向器。转子的所有部件使用高温环氧树脂浇铸成整体。图3-2永磁式直流力矩电机在直流电机中，若两台电机的电枢体积相同，它们的电枢直径分别为D1和D2，电枢长度分别为L1和L2,假设它们的极对数p、极弧数ap、槽数、并联支路数a 电枢电流la和气隙磁通密度B均相同，槽面积与电枢直径的二次方成正比，每槽导 体数也与电枢直径的二次方成正比，则它们产生的电磁转矩之比为：第12页

45、反讯3犬拶设计（论文）专用纸反讯3犬拶设计（论文）专用纸N2p ,亠21aTe2 21 aN2G2 ZD22 2二：pB. 2L2( ) ( )Te1 N1p1Ia N1 1 D1 1D1 jB額丄(却)f2、2 D2/D2、2 D2L1D1 D1 D1D1D22 - 2 L2(D1)7由式3-1可看出，在上述前提下，电磁转矩于与电枢直径成正比，这就是直流 力矩电机转矩大的原因。3.2.2力矩电机的外形及参数图3-3整套转矩电机仆W3由设计规格参数得9549pn 9549 73-2)n133.686N.mn500冷却条件下最大驱动力矩（N.m） Max.torque为5597;冷却条件下额定驱

46、动力矩（N.m）Max.torque为3298；经查仆W3-选型手册13-0809-cs185页得第13页ViVi反毗I匕拶设计(论文)专用纸本设计中所用到的电机参数汇总表电机型号nNMNINPNn 3)M最大Imaxn最大 机械RPMNmAkW%NmARPMALM1)425 VSLM 2)380 VALM1)425 VSLM2)380 V1FW3285-3M6005204400469276,0248,09781509421000ALM = 调节型电源模块(Active Line Module )SLM =非调节型电源模块(Smart Line Module) 有效系数.本设计所用到的力矩电机

47、主要尺寸参数如图3-4所示第14页艮讯理N拶设计（论文）专用纸艮讯理N拶设计（论文）专用纸图3-4力矩电机主要尺寸参数3.3转台轴承选择本设计选用转台轴承将电机的转矩传递给转台。转台轴承的特点是：YRT轴承由一个推力/向心座圈，一个推力/向心轴圈，一个推力垫圈，两个滚针保持架组件和一组向心圆柱滚子组成。座圈和轴圈有均布的安装用螺钉孔。该型轴承具有高轴向和径向承载能力。高倾斜刚度和极高的精度。适用于回转工作台，卡盘和铣刀头以及测量和实验中的轴承配置。该型轴承对与之相配的设备零件的要求也较高。安装时需第15页控制安装螺钉的扭紧力矩。虚毗3权拶设计（论文）专用纸虚毗3权拶设计（论文）专用纸轴承特点：

48、1高精度：精度可达到 P4、P2级；2、高刚性：该系列轴承均带有预载荷；3、高承载：可承受轴向载荷、径向载荷、倾覆载荷。4、高转速：YRTS系列轴承可应用于转速较高的工作场合。适用范围：被广泛应用于精密回转台立式磨床、分度头、滚齿机、铣齿机工件轴等精 密装置。其外形如图3-5所示,转台轴承参数表如表3-29所示：图3-5 YRT转台轴承区听班*权拶设计（论文）专用纸区听班*权拶设计（论文）专用纸表3-2转台轴承参数表轴承代号beari ng type夕卜形尺寸 boundary dimensions固定孑L fixing holesdDHH1CD1JJ1内圈 innerring夕卜圈outer

49、 ring单位 unit: mmd1d2a数量qua ntityd3数量qua ntitymmmmYRT5050126302010105631165.6一一105.612YRT80801463523.3512130921385.6104104.612YRT1001001853825121601121705.6105.4165.615YRT1201202104026121841351957116.222721YRT1501502404026122141652257116.234733YRT1801802804329152441942607116.246745YRT2002003004530152

50、742152857116.246745YRT2602603855536.5183452803659.3158.2349.333第17页 艮讯泄*上 设计（论文）专用纸 艮讯泄*上 仃=306.84KN所以该转台轴承符合要求。3.5转台轴承上的螺栓校核由于转台轴承上的螺栓承载较大的传动力矩，所以其强度也需要校核 选择螺栓的材料为Q-235，则：根据参数：冷却条件下最大驱动力矩（Nm） .max.torque=5597因为 J=610mm所以T 5597F18350.81967 =0.305m,（ 3-5）L 0.305所以T 5597F18350.81967 N,（3-6）L 0.305由于转台

51、轴承是由46颗螺栓共同传递力矩 所以：18350.8196746=398.93N : 0.4KN ,3-7）将参数输和上面所算的的数据机械设计手册（软件版）V3.05可得受横向载荷-紧螺栓连接校核计算结果横向载荷 FA = 0.4 kN 第19页螺栓机械性能等级=6.8、 反听怒債乂号设计(论文)专用纸螺栓屈服强度 (T s = 480 MPa安全系数Ss1 = 3.5螺栓许用应力(T = 137.14 MPa可靠性系数Kf = 1.2接合面间摩擦因数f = 0.15接合面数m = 1螺栓预紧力 Fp = 3.20 kN螺栓公称直径 Md = M10螺栓小径d1 = 8.376 mm螺栓计算应

52、力 (r= 75.74 MPa校核计算结果：(7满足根据上面计算可得，所选用的的螺栓满足设计要求。3.6小液压缸选择3.6.1液压缸的缸径/杆径的选择原则： 根据本设备或装置的行业规范或特点，确定液压系统的额定压力P；专用 设备或装置液压系统的额定压力由具体工况定， 一般建议在中低压或中高压中进行选 择。根据本设备或装置的作业特点，明确液压缸的工作速度要求。参照 条件一 ”缸径/杆径的初选方法进行选择。已知设备或装置液压系统控制回路供给液压缸的油压P、流量Q及其工况需要液压缸对负载输出力的作用方式推力的工况。 初定缸径D :由条件给定的系统油压P(注 意系统的流道压力损失)，满足推力 F1的要

53、求对缸径D进行理论计算，参选标准缸 径系列圆整后初定缸径D;初定杆径d:由条件给定的输出力的作用方式为推力F1的工况，选择原则要求杆径在速比1.462(速比：液压缸活塞腔有效作用面积与活塞杆腔有效作用面积之比) 之间，具体需结合液压缸回油背压、20活塞杆的受压稳定性等因素，参照相应的液压缸:区讯疋*犬拶设计（论文）专用纸系列速比标准进行杆径d的选择。根据各项参数查表得液压缸的缸径和杆径如表3-3表3-3液压缸缸径/杆径推力（KN）拉力（KN ）序号缸径（mm）压力等级（MPa）杆径(mm)压力等级（MPa）71416212531.571416212531.5240718202631402071

54、315202430362液压缸行程（1）行程S=实际最大工作行程Smax+行程富裕量 S;行程富裕厶S=行程余量厶S1+行程余量厶S2+行程余量 S3。（2）行程富裕量 S的确定原则一般条件下应综合考虑：系统结构安装尺寸的制造误差需要的行程余量 S1、液 压缸实际工作时在行程始点可能需要的行程余量 S2和终点可能需要的行程余量 S3 （注意液压缸有缓冲功能要求时：行程富裕量 S的大小对缓冲功能将会产生直接 的影响，建议尽可能减小行程富裕量厶 S）；3.6.3端位缓冲的选择下列工况应考虑选择两端位缓冲或一端缓冲：（1） 液压缸活塞全行程运行，其往返动行速度大于 100mm/s的工况，应选择两 端

55、缓冲。（2） 液压缸活塞单向往（返）速度大于 100mm/s且运行至行程端位的工况，应 选择一端或两端缓冲。（3）其他特定工况。第21页364油口类型与通径选择油口类型：内螺纹式、法兰式及其他特殊型式，其选择由系统中连接管路的接管方式确定。油口通径选择原则：在系统与液压缸的连接管路中介质流量已知条件下，通过油口的介质流速一般不大于5mm/s，同时注意速比的因素，确定油口通径。3.6.5特定工况对条件选择工作介质：正常介质为矿物油，其他介质必须注意其对密封系统、各部件材料特性等条件的 影响。环境或介质温度：正常工作介质温度为-20C至+80C,超出该工作温度必须注意其对密封系统、 各 部件材料特

56、性及冷却系统设置等条件的影响。高运行精度：对伺服或其他如中高压以上具有低启动压力要求的液压缸，必须注意其对密封系 统、各部件材料特性及细节设计等条件的影响。零泄漏：对具有特定保压要求的液压缸，必须注意其对密封系统、各部件材料特性等条件 的影响。工作的压力、速度，工况如：中低压系统、活塞往返速度 7080mm/s中高压、高压系统、活塞往返速度 100120mm/s必须注意对密封系统、各部件材料特性、联结结构及配合精度等条件的影响。(6)高频振动的工作环境：必须注意其对各部件材料特性、联结结构及细节设计等因素的影响。第22页 反听怒債乂号设计（论文）专用纸 反听怒債乂号设计（论文）专用纸（7）低温

57、结冰或污染的工作环境，工况如：1）高粉尘等环境；2）水淋、酸雾或盐雾等环境。必须注意其对密封系统、各部件材料特性、活塞杆的表面处理及产品的防护等条 件的影响。366其它特性的选择（1）排气阀根据液压缸的工作位置状态，其正常设置在两腔端部腔内空气最终淤积的最高点 位置，空气排尽后可防止爬行、保护密封，同时可减缓油液的变质。（2）泄漏油口在严禁油液外泄的工作环境中，由于液压缸行程长或某些工况，致使其往返工作 过程中油液在防尘圈背后淤积，防止长时间工作后外泄，而必须在油液淤积的位置设 置泄漏口。3.7液压缸校核活塞和压杆的材料为45钢，查机械设计手册3得抗拉强度为560Mpa,取安 全系数为1.5,

58、所以其许用应力为：560/1.5=373Mpa由此选取活塞杆直径d为8mm （头部直径为20mm），活塞直径D为40mm。活塞和杆重计算：G - g= /4（402 15 82 60 202 10） 107.8 103 9.81.92N ,（3-8）计算单个液压缸的夹紧力：查机械设计手册可得：活塞和压杆的材料是45钢，其抗拉强度为560Mpa选定弹簧截面直径d 0.8mm，弹簧中径D5mm，圈数为5圈，每一圈的刚度是32.1N/mm,由此可得整根弹簧的刚度为反讯财乂 乂瘁设计(论文)专用纸反讯财乂 乂瘁设计(论文)专用纸K =32.1/ 5 =6.42N/mm,弹簧预压缩量为：S=G/K =1

59、.92/6.42= 0.3mm3-9)3-10)确定活塞的行程为30mm,则弹簧力为：Ft =K(S + L) =6.42(30 +0.3) = 194.526N(根据规格参数可得：最大紧锁油压为3.5Mpa。取效率系数 为0.98,3-11)液压缸的推力:F VD2“2)P -FtWSN,3-12)取夹紧瓦与转台见得摩擦系数为Ff =0.5 3941.231= 1970.6605N0.5.则摩擦力为:3-13)八个液压缸的合力为：F=8Ff =8 1970.6605 = 15765.284N ,/ FFmax3-14)所以，整个液压系统最终可以提供工作台最大静态紧锁力矩为：由此可见，所选的液

60、压缸组成的液压系统可满足回转工作台所需的紧锁力矩要求。其组成如图3-6所示虚讯A尸设计（论文）专用纸1-PEmUKT7L/屋咽疗/金虚讯A尸设计（论文）专用纸1-PEmUKT7L/屋咽疗/金图3-6液压缸3.8光栅选型在实现机床的定位精度上，先考虑到用齿盘定位，但考虑到它能实现的定位精度 不及光栅，占用空间大。而光栅定位不仅定位精度高，加工速度更快，对于直接驱动 电机的高动态性能都能满足，同时机械运动中的误差也可以被滑板中的直线光栅尺检 测和被控制系统电路修正。所以最后选用光栅定位 18。光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工 作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于