緒論畢業(yè)設(shè)計主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。而專科類學(xué)生更應(yīng)側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實際知識和技能，獲得工程技術(shù)經(jīng)用性崗位的基本訓(xùn)練，通過畢業(yè)設(shè)計，可以樹立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟(jì)觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過渡。使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對所學(xué)的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用所學(xué)知識的技能，提高解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴(kuò)大、深化所學(xué)的專業(yè)知識和技能。培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實踐能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。使同學(xué)學(xué)會初步掌握解決工程技術(shù)問題的正確指導(dǎo)思想、方法手段，樹立做事嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。本次畢業(yè)設(shè)計主要是解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。目前數(shù)控回轉(zhuǎn)臺已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是：在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺；在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達(dá)到每年600臺左右。預(yù)計未來5年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝配制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備的行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15%—20%左右的穩(wěn)定增長。第一章數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出各種球圓弧曲線等?；剞D(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用在數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床上，其外形和分度工作臺十分相似但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的許多特點。它的功能是使工作臺進(jìn)行圓周進(jìn)給以完成切削工件，并使工作臺進(jìn)行分度。開環(huán)系統(tǒng)中的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺由傳動系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成。12 ]1 109 ?7ti54 3 2I8-24匕動換旳數(shù)控縊跋的回轉(zhuǎn)丄作臺圖8-24為自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺。它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺的運(yùn)動是由伺服電動機(jī)，經(jīng)齒輪減速后由1一蝸桿2一蝸輪3、4一夾緊瓦5一小液壓缸6一活塞7一彈簧8一鋼球9一底座10一圓光柵 11、12一軸承蝸桿1傳給蝸輪2。為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置宋調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。當(dāng)工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有8對夾緊瓦4和3，并在底座9上均布同樣數(shù)量的小液壓缸5。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞6便壓向鋼球8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪2。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧7的作用下，鋼球8抬起，夾緊瓦將蝸輪松開?；剞D(zhuǎn)工作臺的導(dǎo)軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承12及雙列向心圓柱滾子軸承11保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實際測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償角度的位置和補(bǔ)償?shù)闹?，記憶在補(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵10發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)有零點，當(dāng)它作回零運(yùn)動時，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準(zhǔn)確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動。分度工作臺只能完成分度運(yùn)動，不能實現(xiàn)圓周進(jìn)給。分度工作臺的分度只限于某些規(guī)定的角度。鼠齒盤式分度工作臺是一種應(yīng)用很廣的分度裝置。鼠齒盤分度機(jī)構(gòu)的向心多齒嚙合應(yīng)用了誤差平均原理，因此能獲得較高的分度精度和定心精度，其分度精度可以達(dá)1"~3"。鼠齒盤式分度工作臺是由工作臺面、底座、壓緊液壓缸、鼠齒盤、伺服電動機(jī)、同步帶輪和齒輪轉(zhuǎn)動裝置等零件組成。鼠齒盤是保證分度精度的關(guān)鍵零件，每個齒盤的端面帶有數(shù)目相同的三角形齒，當(dāng)兩個齒盤嚙合時，能夠自動確定周向和徑向的相對位置。鼠齒盤式分度工作臺作分度運(yùn)動時，其工作過程分為三個步驟：分度工作臺抬起數(shù)控裝置發(fā)出分度指令，工作臺中央的壓緊液壓缸下腔通過油孔進(jìn)壓力油，活塞向上移動，通過鋼球?qū)⒎侄裙ぷ髋_抬起，兩齒盤脫開。抬起開關(guān)發(fā)出抬起完成信號。工作臺回轉(zhuǎn)分度當(dāng)數(shù)控裝置接收到工作臺抬起完成信號后，立即發(fā)出指令讓伺服電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過同步齒形帶及齒輪帶動工作臺旋轉(zhuǎn)分度，直到工作臺完成指令規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度后，電動機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。分度工作臺下降，并定位夾緊當(dāng)工作臺旋轉(zhuǎn)到位后，由指令控制液壓電磁閥換向使壓緊液壓缸上腔通過油孔進(jìn)入壓力油?；钊麕庸ぷ髋_下降，鼠齒盤在新的位置重新嚙合，并定位夾緊。夾緊開關(guān)發(fā)出夾緊完成信號。液壓缸下腔的回油經(jīng)過節(jié)流閥，以限制工作臺下降的速度，保護(hù)齒面不受沖擊。鼠齒盤式分度工作臺作回零運(yùn)動時，其工作過程基本與上相同。只是工作臺回轉(zhuǎn)擋鐵壓下工作臺零位開關(guān)時，伺服電動機(jī)減速并停止。鼠齒盤式分度工作臺與其他分度工作臺相比，具有重復(fù)定位精度高、定位剛度好和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。鼠齒盤的磨損小，而且隨著使用時間的延長，定位精度還會有進(jìn)一步提高的趨勢，因此在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)計準(zhǔn)則我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(zhǔn)則創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能(2)分析原理和性能(3)判別功能載荷及其意義預(yù)測意外載荷創(chuàng)造有利的載荷條件提高合理的應(yīng)力分布和剛度重量要適宜根據(jù)性能組合選擇材料零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求主要技術(shù)參數(shù)回轉(zhuǎn)半徑：500mm重復(fù)定位精度：0.005mm電液脈沖馬達(dá)功率0.75kw電液脈沖馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)3000rpm總傳動比：72.5最大承載重量100kg本章小結(jié)本章簡單介紹畢業(yè)設(shè)計題目(數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺)和其發(fā)概況，設(shè)計背景、工作原理、設(shè)計參數(shù)也作了進(jìn)一步的說明。第二章數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計傳動方案的確定步進(jìn)電機(jī)的原理步進(jìn)電動機(jī)是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移（或線位移）的電磁裝置，是一種特殊的電動機(jī)。一般電動機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進(jìn)電動機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入肘步進(jìn)電動機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進(jìn)電動機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。選擇步進(jìn)電動機(jī)時，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載的需的功率。而在選用步進(jìn)電機(jī)時，首先要計算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辯率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。選擇功率步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快移動的需要。選擇三相雙三拍電動機(jī)，步距為15°，型號為Y801-2。傳動方案傳動時應(yīng)滿足的要求數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機(jī)、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機(jī)和工作臺之間傳遞運(yùn)動和動力，并可實現(xiàn)分運(yùn)動。在本課題中，原動機(jī)采用電液脈沖馬達(dá)，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。合理的傳動方案主要滿足以下要求：（1）機(jī)械功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)動和運(yùn)動形式的要求。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。（3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求：如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。傳動方案及其分析數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：步進(jìn)電動機(jī)——齒輪傳動——蝸桿傳動——工作該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高，傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞功率和圓周速度范圍很大傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿傳動有以下特點：傳動比大在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。傳動平穩(wěn)，蝸桿齒輪是連續(xù)的螺旋，與蝸輪的嚙合是邊續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)噪聲低?？梢宰枣i當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。效率低、制造成本較高，蝸桿傳動是齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。由以以上分析可知：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。齒輪傳動的設(shè)計根據(jù)前述所選電機(jī)可知T=2.39KN.M，傳動比設(shè)定為i=3,n=0.97,工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。選擇齒輪傳動的類型根據(jù)GB／T10085－1988的推薦，采用直齒輪傳動的形式。選擇材料考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼：為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。為保證大、小齒面硬度差30—50HBS,小齒輪可用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為230HBS,大齒輪用45鋼，正火處理，齒面硬度為190HBS。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計先按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。[o]Hl=380MPa+0.7X230MPa=541MPa[o]H2=380MPa+0.7X190MPa=513MPa[o]Fl=140MPa+0.2X230MPa=186Mpa[o]F2=140MPa+0.2X190MPa=178MPa選取設(shè)計參數(shù)。小齒輪齒數(shù)Zl。取Zl=22，則Z2=iXZ1=3X22=66，取Z2=66。齒寬系數(shù)屮d：由機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表11-6取屮d=1齒數(shù)比。卩=66/22=3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計。小齒輪的轉(zhuǎn)矩。T,=9.55X10鋁/N,=(9.55X106X0.75/3000)=2.39KN.M載荷系數(shù)。載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，由機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表11-3取K=1.2計算d「d1$7673：kT(￥ =32.88mm屮川0Ht確定齒輪模數(shù)。m=d$3288=1.495mm，取m=1.5?22齒輪幾何尺寸計算。d=mz1=1.5X22=33mm,d=mz=1.5X66=99mm22d=m(z+2h*)=1.5X(22+2X1)=36mmTOC\o"1-5"\h\za1 1ad=m(z+2h*)=1.5X(66+2X1)=102mma2 1adf1=m(z-2h*-2c*)=1.5X(22-2X1-2X0.25)=29.25mmf1 1adf2=m(z2-2h*-2c*)=1.5X(66-2X1-2X0.25)=95.25mmf2 2a

m1.5m1.5— (z[十z2)=一2122X(22+66)-66mmb—屮dd]-lX33-33mm取b2-b—33mm,b1—b2+5-38mm按齒輪根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。復(fù)合齒形系數(shù)Y:由x-0（標(biāo)準(zhǔn)齒輪）及Z1Z2查機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)圖11-8得s12YFS1—4.12,YYFS1—4.12,YFS2—3.962KT1Y-22KT1Y-2XL2X2.39X103bmd1FS1 33x1.5x22X4.12MPa-21.7MPaVLf」Y.FS1二F1YYFS2(21.7X3.96/4.12)—20.857MPaVL]F2結(jié)論：合格。確定齒輪傳動精度。齒輪圓周速度v=d1n“/(60X1000)=3.14X33X970/(60X1000)=3.68m/s，由機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表11-2確定第II公差組為8級。第I、II公差組也定為8級，齒厚偏差選HK齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計。小齒輪 d1=33mm 采用實心式齒輪大齒輪 d2=99mm采用腹板式齒輪電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動參數(shù)的計算鑒于電液脈沖馬達(dá)具有：直接采用數(shù)字量進(jìn)行控制；轉(zhuǎn)動慣量小，啟動、停止方便；成本低；無誤差積累；定位準(zhǔn)確；低頻率特性比較好；調(diào)速范圍寬的特點，采用電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動單元。工作所需功率為：Pw=FwVw/1000nwKWPw=Tn⑷/9950nwKW式中T=150N.m,nw=36r/min,電機(jī)工作效率nw=0.97,代入上式得P=150X36/(9550X0.97)=0.56KWw電機(jī)所需功率為：P0=Pw/n式中：n為電機(jī)至工作臺主動軸之間的總效率。由機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表11-9查得：齒輪傳動的效率為n1=0.97；一對滾動軸承的效率效率n2=0.99蝸桿傳動的效率為n3=0.8。因此，n=n1耳%n3=0.97x0.993X0.8=0.75P=P/n=0.56/0.75=0.747KW 一般電機(jī)的額定功率P=(1-1.3)P廣0w m 0(1-1.3)X0.747=0.747-0.97KW則由機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計表16-1取電機(jī)額定功為：P=0.75KW。m確定電機(jī)轉(zhuǎn)速按機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計表2-3推薦的各種機(jī)構(gòu)傳動范圍，?。糊X輪傳動比：3-5，蝸桿傳動比：15-32,則總的傳動范圍為：i=i1Xi2=3X15-5X32=45-160電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍為N=iXn=(45-160)X36=1620-5760r/minw為降低電機(jī)的重量和價格，由機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計表16-1中選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機(jī),型號為Y801-2,其滿載轉(zhuǎn)速nm=3000r/min,此外，電機(jī)的安裝和外形尺寸可查機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計表16-2。蝸輪及蝸桿的選用校核由于前述所選電機(jī)可知T=6.93KN.M，傳動比設(shè)定為i=27.5，效率n=0.8,工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿。選擇材料考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼：為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為 45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcusnlOpl,金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動中心距：a氣:KT；斬 （3-2）（1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2按Z1=2,估取效率n=0.8，則T2=TXnXi=153.4N.m （3-3）（2） 確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.5；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KA=1.1；則K=KAXKXKV=1X1.5X1.1=1.265~1.27 (3-4)確定彈性影響系數(shù)ZE 選用鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。E確定接觸系數(shù)Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比d1/11a=0?30,從而可查出Z=3.12。p確定許用應(yīng)力t]H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZcusnlOpl,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度〉45HRC,從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力]=268MPa.H因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的,故初步定位、其壽命系數(shù)為Khn=0.92，則t]=K L]=0.92X268=246.56~247MPa (3-5)HHNH計算中心距1 (160x27\2a>3I'1.27x3538.2x =24mm (3-6)\ I247丿取中心距a=50mm,m=1.25mm,蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm,這時變位系數(shù)=0.44&從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為2.27VZp，因此以上計算結(jié)果可用。蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸蝸桿直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=22.4mm,蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導(dǎo)程角丫=3°11，38〃TOC\o"1-5"\h\z蝸桿軸向齒距：PA=3.94mm; (3-7)蝸桿齒頂圓直徑：d=d+2h*Xm=32.2mm (3-8)a1 1a蝸桿軸向齒厚：S=1/2兀m=1.97mm (3-10)a蝸輪蝸輪齒數(shù)：Z2=62,變位系數(shù)x=0驗算傳動比：i=Z2/Z1=62/1=62 (3-11)

這是傳動比誤差為：(60-62)／60=2／60=3.3％蝸輪分度圓直徑：d2=mZ2=1.25X62=77.5mm (3-13)蝸輪喉圓直徑：da=d2+2ha=93.5 (3-14)a2 2 a2蝸輪喉母圓直徑r2=(a-1)/2d廣50-1/(2X93.5)=3.252 a23-12)3-17).F=?kT25五］FdM2mFa2 f3-12)3-17).F=?kT25五］FdM2mFa2 fZ2 Z2V2=COS3Y當(dāng)量齒數(shù)62cos33.18。3-18)623-19)根據(jù)x=0,ZV2=62,可查得齒形系數(shù)YFa2=2.31,螺旋角系數(shù)Yp3-20)許用彎曲應(yīng)力Is』=IsH】Kfn=56X0.72=40.32MPa (3-21)卜片］=竺x'27x17040x2.31X0.9773=4.29MPaH45x155x2.5所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。Y=0.9773；1400(3-22)軸的校核與計算畫出受力簡圖受力簡圖計算出：R1=46.6N R2=26.2N畫出扭矩圖T二n?i? =0.36X60X0.98=21.2N.m (3—33)電機(jī)扭矩圖彎矩圖M=72.8X180X103=13.1N (3—34)彎矩圖彎矩組合圖由此可知軸的最大危險截面所在。組合彎矩：M二 2+(aT)2 (3-35)根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑8，切2+⑷2乙1] (3-36)caw -1扭矩切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取a=0.6抗彎截面系數(shù)W=0.1d3根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及大小。齒輪上鍵的選取與校核(1)取鍵連接的類型及尺寸因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應(yīng)用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=10mm。鍵連接的強(qiáng)度鍵、軸和連接器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力k」=50?60MPa，取其平均值k』=135MPa。鍵的工作長度l=L-b=10-5=5mm,鍵與連軸器的鍵槽人接觸高度k=0.5h=2.5mm，從而可得：8p=2000T/(Kld)=127MPaWkp] 可見滿足要求。此鍵的標(biāo)記為：鍵B5X10GB/T1096-1979。軸承的選用滾動軸承是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計”問題。2.10.1軸承的類型考慮到各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機(jī)構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和便用壽命選出軸承型號為：30208。2.10.2軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。滾動軸承的配合滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。滾動軸承的潤滑考慮到電動刀架工作轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。滾動軸承的密封裝置軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封和部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜封應(yīng)朝外。本章小結(jié)對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計，選型零件校核，按機(jī)械設(shè)計一書進(jìn)行設(shè)計，完成機(jī)械部分。第三章數(shù)控技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)社會最偉大的科技成果是計算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了50個年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機(jī),形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有10?20萬臺，產(chǎn)值上百億美元?！笆濉皠倓傞_始，國防科工委就明確提出在軍工企業(yè)中投入6.8元，用于對1.2-1.8萬臺機(jī)床的數(shù)控改造。目前，國際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本FANUC公司，1年生產(chǎn)5萬套以上系統(tǒng)，占世界市場約40%左右，其次是德國的西門子公司約占15%以上，再次是德海德漢爾、西班牙發(fā)格、意大利菲地亞、法國的NUM、日本的三菱、安川。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽藝天、廣州數(shù)控、南京新方達(dá)、成都廣泰等，國產(chǎn)數(shù)控生產(chǎn)廠家規(guī)模都較小，年產(chǎn)都還沒有超過300?400套。近10年，數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)發(fā)展，在以下幾個技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。1高速化由于高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高各方面速度，車床主軸轉(zhuǎn)速由3000?4000r/min提高至【」8000~10000r/min，銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000?8000r/min提高到12000r/min、24000r/min、40000r/min以上快速移動速度由過去的10?20m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min，在提高速度的同時要求提高運(yùn)動部件起動的加速度，其已由過去一般機(jī)床的0.5G(重力加速度)提高到1.5?2G，最高可達(dá)15G，直線電機(jī)在機(jī)床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。2高精度化數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0.01?0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右，納米級機(jī)床達(dá)到0.005?0.01》m，最小分辨率為1nm(0.000001mm)的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高，納米級插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達(dá)到1》的圓度，插補(bǔ)前多程序段預(yù)讀，大大提高插補(bǔ)質(zhì)量，并可進(jìn)行自動拐角處理等。1.3復(fù)合加工、新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn)女口5軸5面體復(fù)合加工機(jī)床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。也派生出各新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括6軸擬軸機(jī)床，串并聯(lián)鉸鏈機(jī)床等。采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。

4使用各種高效特殊功能的刀具用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼”如內(nèi)冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和除切屑，在鉆深孔時大大提高效率。加工鋼件切削速度能達(dá)1000m/min,加工鋁件能達(dá)5000m/min。5數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個主要潮流。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢2?1性能發(fā)展方向咼速咼精咼效化。速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于米用了咼速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時米取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的咼速咼精咼效化大大提咼。柔性化。柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。工藝復(fù)合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。實時智能化。早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。2功能發(fā)展方向2?1用化戶界面圖形用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開

發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。2?2?2科學(xué)計算可視化科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。2.2.3插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)（非均勻有理B樣條插補(bǔ)）、樣條插（A、B、C樣條）、多項式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展3?1集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路FPGA、E-PLD、CPLD以及用PLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。2.3.2模塊化硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

2?3?3網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時顯示在每一臺機(jī)床的屏幕上。智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計算機(jī)智能技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制自適應(yīng)控制動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。展望制定符合我國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本章對數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析，對我國數(shù)控領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展途徑進(jìn)行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅持可持續(xù)發(fā)展道路的總體發(fā)展戰(zhàn)略。在此基礎(chǔ)上，研究了發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)、