数控机床回转台的设计

1、湘潭大学毕业设计说明书题 目：数控回转工作台设计学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2008500831 姓 名： 孟东杰 指导教师： 周后明 完成日期： 2012年5月20日 数控回转工作台设计摘要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，是一种很实用的加工工具。它主要由回转和摆动两个部分组成。传动系统由原动力、齿轮传动、蜗杆传动组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧。本文依据机械设计的规则和步骤，充分借鉴现有各类机床工作台的工作特性、传动、夹紧结构和调整技术，运用三维制图软件初步绘制出数控回转工作台，初步得出各个传动轴上的齿轮啮合的空间位置关系，然后进行轴和齿轮，蜗轮的设计计算，最后运用AUTOCAD绘制出装配图和零件图。关键词：数控回转工作台；齿轮传动；蜗杆传动；间隙消除； 蜗轮加紧 The Designing of CNC Rotary WorktableAbstractThe CNC rotary table can be achieved a circular fee

2、d movement and indexing movement, it is often used in horizontal boring machine and machining center which can improve processing efficiency, and the completion of more technology, is a very practical processing tools. It consists of two parts rotating and oscillating. Drive system is composed of motive power , gear run , worm drive, and gap elimination and worm can be intensified. This mechanical design based on the rules and steps to fully draw on the work of the existing characteristics of va

3、rious types of machine tool table, drive, clamping structure and adjustment techniques, use the three-dimensional mapping software to map out the initial NC rotary table, the initial draw on each shaft gear meshing relationship between the spatial location and then proceed to shafts and gears, worm gear design calculations, drawing out the final assembly drawings and parts drawing by using of AUTOCAD.Keyword： Numerical control rotary table; Gear drive; Worm drive; Gap elimination; Worm intensify

4、目 录第一章 绪论11.1 数控回转工作台的应用及特点11.2 数控回转台的发展趋势21.3 本论文的主要研究内容2第二章 数控回转工作台的原理与应用32.1 数控回转工作台32.2 设计准则32.3 主要技术参数4第三章 数控回转工作台回转部分结构设计53.1 传动方案的确定53.2 伺服电机的原理53.3 传动方案传动时应满足的要求63.4 传动方案及其分析63.5 伺服电机的选择及运动参数的计算73.6 齿轮传动的设计93.7 蜗轮及蜗杆的选用与校核133.8 轴的设计与校核173.9 键的选取与校核213.10 轴承的选用223.11 回转部分的润滑与密封22第四章：数控回转工作台摆动部分结构设计234.1 伺服电机的选择及运动参数的计算234.2 齿轮传动的设计244.3 蜗轮及蜗杆的选用与校核284.4 轴的设计与校核314.5 轴承的选用334.6 摆动部分的润滑与密封34结论35致谢36参考文献37附录1：外文原文38附录2：外文译文39第一章 绪论近年来， 随着我国国民经济的迅速发展和国防建设的需要，对高档数控机床提出了急迫的大量需求。机床制造业是一国工业之基石，它为

5、新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。即使是发达工业化国家，也无不高度重视。机床是一个国家制造业水平的象征，代表机床制造业最高境界的则是五轴联动数控机床系统。从某种意义上说，五轴联动数控机床系统反映了一个国家的工业发展水平状况。由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵加之NC程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化。现在很多的工厂都在这几年或几年前购置了三轴联动的数控铣床，即能实现X、Y、Z三个轴方向的联动。如果再配上一个数控回转工作台，能实现绕X轴、Z轴旋转(即A轴和C轴)，可以大大增加数控机床的加工范围。开发高精度数控回转工作台具有十分重要的现实意义。1.1 数控回转工作台的应用及特点数控机床加工某些零件时，除需要有沿X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，还需要有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周进给运动，分别称为A、B、C轴。现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床是叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等复杂零件加工的主要手段。五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。特别适宜加工像汽车零部件、

6、飞机结构件等模具的零件。五轴加工中心的回转轴基本有两种方式：一种是工作台回转轴，另一种则是依靠立式主轴头的回转。依靠立式主轴头的回转的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计得非常大，如巨大的发动机壳等都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点，我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削保证有一定的线速度可提高表面加工质量。这种结构非常受高精度模具曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。依靠回转工作台的回转的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90o时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。1.2 数控回转台的发展趋势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

7、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。1.3 本论文的主要研究内容本文依据机械设计的规则和步骤，充分借鉴现有各类机床工作台的工作特性、传动、夹紧结构和调整技术，运用三维制图软件初步绘制出数控回转工作台，初步得出各个传动轴上的齿轮啮合的空间位置关系，然后进行轴和齿轮，蜗轮的设计计算，最后运用AUTOCAD绘制出装配图和零件图。第二章 数控回转工作台的原理与应用数控机床加工某些零件时，除需要有沿X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，还需要有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周进给运动，分别称为A、B、C轴。普通的机床只要配上一个回转工作台就可以实现圆周进给运动。2.1 数控回转工作台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一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。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。回转工作台的运动由交流伺服电机驱动圆柱齿轮传动，带动涡轮涡杆系统，使工作台旋转。当数控回转工作台接到数控系统的指令后，首先松开圆周运动部分的涡轮夹紧装置，松开涡

8、轮，然后启动交流伺服电机，按数控指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。摆动部分的工作原理与此相同。2.2 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进行选择（11） 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2.3 主要技术参数回转部分：（1）回转半径：450mm（2）重复定位精度：0.005 mm（3）伺服电机功率0.75kw（4）伺服电机转速3000 rpm（5）总传动比：83.3（6）最大承载重量100摆动部分：（1）摆动角度：110O-70O（2）伺服电机功率：21KW（3）伺服电机转速：3000 rpm（4）最大承载重量：500kg第三章 数控回转工作台回转部分结构设计3.1 传动方案的确定整个数控回转工作台按照功用不同可以分为两个组成部分，即圆周回转部分和摆动部分，在圆周回转部分和摆动部分中，又可以按照传动结构分为两个部分，即齿轮传动部分和蜗轮蜗杆传动部分。如图3-1所示：图3-1 传动示意图3.2 伺服电机的原理伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件。伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。伺服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。广泛应用于机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备中。选择伺服电机时，首先要保证伺服电机的输出功率大于负载所需

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