回转工作台设计及其技术研究开题报告

毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工制造复杂繁琐曲面的机床,这种机床系统对一个国家的军事、科研、航空、航天、精密器械、高精医疗设备等各行各业有着举足轻重的影响力1。现在，人们普遍认为，数控加工中心是用来解决船用螺旋桨、叶轮、叶片和重型发电机转子、大型柴油机曲轴及汽轮机转子等等复杂曲面加工的唯一手段。随着我国制造业的发展,加工中心的需求也在增加,特别是四轴、五轴联动的加工中心。回转工作台是五轴联动的重要功能部件,它能够实现回转轴和摆动轴的两坐标定位。而且数控车床今后将向中高挡发展2，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。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3。1.1、数控回转工作台结构类型 通过大量资料查阅可知,国内外有关数控多轴联动回转工作台实现的主要方法有：通过滚动齿蜗轮蜗杆副回转工作台、利用直接传动电机驱动回转工作台、釆用伺服电机驱动齿轮齿条副回转工作台等途径。1.1.1、滚动齿蜗轮蜗杆副回转工作台机械制造工业中蜗轮蜗杆副传动有着十分广泛的应用。蜗轮蜗杆传动相当于螺旋传动,为多齿啮合传动,具有自锁性。该途径有着传动比大、工作平稳、结构紧凑、无噪声、承载能力高、效率低、无强制冷却润滑时不能长时间连续运转等显著特点蜗轮蜗传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大,故摩擦损耗大、效率低410。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常釆用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高。关于提高蜗轮副效率，降低温升、提高耐磨性,已经成了提升蜗轮蜗杆副使用价值的关键性所在。然而带有自锁传动的是普通圆柱蜗杆，它的传动效率较低；无自锁传动T=0.70.9。其在工作过程中齿面磨损较为严重，温度也容易升高,并会造成能源的浪费。由于轮齿为组合结构，通常不适用于较小模数的传动，否则将给加工、制造带来不便。同时,这种结构的间隙补偿及控制问题解决起来较为困难，因此其并不适用于高速高精度回转工作台。图1、滚动齿涡轮蜗杆副回转工作台1.1.2、电机直接驱动回转工作台直接传动电机驱动回转工作台是由工作台台体和与其相匹配的专用伺服驱动装置组成，它通过可编程序控制器对其进行控制。电机直接驱动回转工作台56的主要部件包括:高分辨率光学编码器、高精度步进电机及液压悬浮支承轴承711等构成。这种机构的驱动精度高、反应灵敏，目前国内外一些中高精度的回转工作台采用直接驱动的方式。但是这种由电机直接驱动结构在低速大功率切削力作用下，为保证其切削所需的扭矩，往往需要配置大功率的电机，这就使得双轴工作台整体结构较大。图2、电机直接驱动回转工作台1.1.3、伺服电机驱动齿轮齿条副回转工作台齿轮齿条副回转工作台是通过伺服电机驱动,它是通过伺服电机来带动齿轮10的旋转，齿轮则带动齿条作直线运动，然后利用齿条带动齿轮进行旋转,最终带动回转工作台的旋转8911。伺服系统主要依靠脉冲来定位，伺服电机通过脉冲信号实现位移，其原理是每接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲所对应的相应角度。已知伺服电机本身具备发出脉冲的功能,因此伺服电机每旋转一个角度，都会发出相应数量的脉冲,然后能和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，这样一来,系统就会记录收发多少脉冲给伺服电机，然后就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位。图3、伺服电机驱动齿轮齿条副回转工作台1.2、国内外研究现状 我国“十一五”期间，在高端数控机床关键技术研究方面取得了一系列重大突破，五轴联动技术、复合加工技术及装备的实际应用领域不断扩大。 高精度和高分辨率的精密微位移工作台系统12在近代尖端工业生产和科学研究领域内占有极为重要的地位。它直接影响精密、超精密切削加工水平、精密水平及超大规模集成电路生产水平。同时它的各项技术指标是各国高技术发展水平的重要标志。双轴工作台系统的定位精度和行程范围直接影响到生产加工的精度。同时，工作台的速度、加速度及启停过程的稳定时间则影响到设备的效率，成为系统的重要指标。 在已研制的精密及超精密工作台中，往往只追求某个性能指标，其整体性能存在缺陷，如工作台运动性能的高精度与运行速度往往不能兼顾，精度越高，系统的分辨率越高，当运行速度提高到一定程度时，传感器的信号频率将超过控制系统的采样频率。因此高精度高速度的多轴联动工作台的控制系统必须具有高的采样频率和极短的工作周期。这样的控制系统对软硬件的要求都极高，势必造成很大的技术难度或高昂的成本。 对于多轴联动工作台13来说，如果其定位精度和分辨率要求在亚微米级或纳米级时，其工作环境对工作台的影响也是不容忽视的问题。温度的变化直接影响到工作台的定位精度，环境的振动影响到系统的稳定性，温度与湿度的变化影响到传感器的精度。因此，亚微米多轴联动工作台对工作环境要求极高，对温度及湿度的变化一般控制到 20±0.1和湿度 60±5%以内，更高精度的工作台则要求控制到温度变化20±0.01以内。而恒温车间的建造价格极高，为达到极小的温度变化，多采用多级恒温车间嵌套的措施等。 成都宁江机床（集团）股份有限公司展出了一台 THM63100IV 精密卧式五轴联动加工中心。该机获得 CCMT200814春燕奖，宁江机床集团股份有限公司自主研发的THM63100IV 精密卧式五轴联动加工中心，融合了卧式加工中心技术和五轴联动加工中心技术15,扩大了产品的使用范围。X /Y /Z 轴行程分别为 1300mm/1000mm/1100mm，工作台为立卧连续回转工作台（A 轴、B 轴），可摆动角度为 0°90°，A 轴分度数0.001°×90000，工作台 B 轴分度数 0.001°×360000，定位精度 0.006mm。其回转工作台的定位精度与国内同类相比应该说很不错了，但是与国外高精度机床16相比还有一定的差距（如瑞士米克朗高精度铣削加工中心，其重复定位精度 1m）。沈阳机床、大连机床、秦川机床、江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床17等企业产品，已获得国内市场的认同。1.3关键技术 数控回转工作台的定位精度和速度平稳性是高档数控机床的重要指标。对于高精度的机械加工,要求数控回转工作台具有稳定的速度以及较高的工作精度。数控回转工作台的传动技术、间隙调节技术和刹紧定位技术、驱动技术、机械传动消隙技术18是设计回转够工作台的主要内容，具体安排从以下三个方面作为切入点研究：1.3.1 结构设计（关键部件结构设计）-回转工作台的设计是否合理，结构是否紧凑直接影响到回转工作台精度；零部件传动间隙如何合理的调节；1.3.2 回转工作台驱动装置设计&选择-驱动装置的科学布置，可减弱驱动装置工作时的振动对工作台的影响等内容，此外合理分配传动结构，并与驱动装置相互配合，使二者在性能上能达到最佳。1.3.3 为了使设计说明书更加直观饱满，也为了锻炼自己的三维作图能力，利用Solid Works三维制图软件，尝试绘制出回转工作台立体结构图，使得回转工作台在视觉上更加形象直观。参考文献：1 韩文渊.数控回转工作台J.装备机械，2010,46（1）：62-73.2 周济.周艳红.数控加工技术M.北京：国防工业出版社.20023 于骏一.邹青.机械制造技术基础M.北京：机械工业出版社.20094 戴曙.金属切削机床M.北京：机械工业出版社.20095 廖效果.数控技术M.湖北：湖北科学技术出版社.20006 隋秀凛.高安邦.实用机床设计手册M.北京：机械工业出版社.20107 上海纺织工学院.机床设计图册M.上海：上海科学技术出版社.19768 于惠力.冯新敏.传动件件设计与实用数据速查M.北京：机械工业出版社.20109 张展.齿轮设计与实用数据速查M.北京：机械工业出版社.201010 周恩涛.液压系统设计元器件选型手册M.北京：机械工业出版社.200711 崔旭芳.周英.数控回转工作台的原理和设计J.砖瓦，2008年，6期:23-27页12 韩文渊.数控回转工作台.装备机械J，2010年，1期:63-73页13 专题专访.CCMT 2008 展出的部分五轴联动机床.制造技术与机床.2008.6.14 李斌，李培根.数控技术和装备发展趋势及对策.机电产品开发与创新.2002(5):55-58.15 林胜.五轴数控机床发展与应用J.航空精密制造技术.2005.8.16 李亚红.从CIMT2009 看国内外五轴联动机床的发展.数控机床市场.2009.5.17 李涛，杨岚.一种无间隙传动机构.上海机床.2000.1.18 高红娟.高精度数控联动回转工作台关键技术的研究D.2010.7 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1研究拟解决的问题 本课题主要研究回转工作台的原理和其机械结构的设计，并对以上部分运用AUTOCAD做图。本次毕业设计的题目是数控回转工作台设计。通过对数控回转工作台的设计，使我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；零件图的绘制与三维模型建立。设计的主要难度在于回转工作台几项关键技术：数控回转工作台的传动技术、间隙调节技术和刹紧定位技术、驱动技术、机械传动消隙技术等，并对其关键技术的研究。研究具体内容包括:1、 对回转工作台进行结构方案的确定以及其整体结构设计，包括传动方案选择，驱动方案等；2、 分析影响回转工作台精度的因素，掌握回转工作台几项关键技术，整体上提高回转工作台精度。3、对回转工作台内部关键零部件设计、校核以及标准件的合理选用。4、总体设计达到简单、合理、实用，可行性强的特点。其中技术线路图如下图4 方案设计技术线路图2.2 拟采用的研究手段回转工作台是数控机床的核心部件，回转工作台的性能好坏直接决定这数控机床本身的精度。本次课题能够全面的调动起我们所学的各个方面的机械知识。1、资料搜集制定总体方案。查阅大量资料，熟悉数控回转工作台的结构、工作原理、关键技术，了解国内外此产品的研究现状；关注生产数控机床知名厂家，获取相关产品的一些技术参数，并进行分析；熟悉几种典型规格的回转台，将其主要的关键技术与指导老师进行探讨；2、 回转台设计。针对具体的机床回转台的设计任务；查询有关机床设计的手册或书籍及国家标准，注意对典型机构的灵活应用，尽量将回转台的结构设计简单；利用AutoCAD、solidworks等建模软件进行辅助设计；注重产品精度、刚度的保证，零件设计力求合理、工艺性简单3、 撰写设计说明书并绘制机械总装配图-包括总装配图、零件图等。本课题的设计是对自己一次全面的锻炼与提升，在设计上要有所创新，尽自己最大的努力做好每一个细节，合理设计每一个零件，很好的装配好整个工作台系统。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 报告表明，该同学近期查阅了一些文献资料，通过