傾斜式焊接回轉臺設計含3張CAD圖

傾斜式焊接回轉臺設計含3張CAD圖,傾斜,歪斜,焊接,回轉,設計,cad 任務書 院（系） XX 專業(yè) XX 班級 XX 課題名稱 傾斜式焊接回轉臺設計 畢業(yè)設計（論文）起止時間 20XX年12月7日—20XX年5月18日 指導教師 職稱 所在教研室 學生姓名 學號 任務下達日期 課題主要內容 本設計包括傾斜式焊接的結構設計、回轉臺的選擇、支撐裝置的設計等，通過設計過程說明傾斜式焊接回轉臺的工作原理，同時鋼格經過拋丸處理，能有效提高焊接質量和油漆附著力. 課題任務的具體要求 1、明確設計目的，熟悉傾斜式焊接回轉臺工作原理。 2、運用軟件繪制CAD裝配圖.回轉臺圖及各個零件圖。 3、對其各組成部件進行設計，保證運作過程的連貫順暢。 4、從設計結構出發(fā)，說明工作過程的可行性。 擬定的工作進度及要求（以周為單位） 1、1—5周：搜集材料。 2、6—7周：寫出可行性開題報告。 3、8—13周：分析課題資料內容，完善方案措施。 4、14—17周：寫出畢業(yè)設計說明書，申請結題。 5、18周：結題驗收，畢業(yè)設計答辯。 主要參考文獻 [1] 毛振揚.機械零件課程設計[M].杭州：浙江大學出版社，1985：75-86. [2] 陳立德.機械制造技術基礎課程設計[M].北京：高等教育出版社，2009，5：36-37. [3] 張鵬.以內孔表面作為定位基準的夾具設計原理[J].機械科學與技術，1996，11：54-55. [4] 董玉明，楊洪玉.夾具設計中常見的問題[J].機械工人，2005，5： 59-60. [5] 謝驥. 機床夾具中的設計技巧[J] .機械工程學報，1998，3：24-25. 指導教師（簽字） 日期： 年 月 日 教研室主任（簽字） 日期： 年 月 日 任務接受人（簽字） 日期： 年 月 日 傾斜式焊接回轉臺設計 摘 要 本次畢業(yè)設計的題目是傾斜式焊接回轉工作臺設計。通過對數控回轉工作臺的設計，使大學生在步入社會之前，不僅能夠設計出數控回轉工作臺，而且能夠掌握機械設計的方法和步驟。本課題研究的主要內容包括：確定數控回轉工作臺的傳動方案；驅動力計算及其他相關計算；零件設計與校核；零件圖的繪制和繪制裝配圖。 對于數控回轉工作臺的設計，首先，進行總體方案設計，傳動方案采用齒輪傳動和蝸桿傳動；然后進行各零件的設計與校核，蝸桿與軸采用整體式結構；蝸輪與工作臺采用螺釘連接；工作臺的平衡通過止推軸承來保證；箱體由箱座、箱蓋和頂蓋組成，其中箱體上設計了圓臺和加強筋；最后，對各零件進行裝配。 關鍵詞：回轉工作臺；齒輪；蝸桿；箱體 Abstract The graduation design topic is inclined welding rotary work table design. By the NC rotary table design, make the students step into the society before, not only to design NC rotary table, and can master the mechanical design methods and steps. The main contents of the research include : identification of NC rotary table transmission scheme; driving force calculation and other related calculation; component design and verification; parts drawing and assembly drawing. For NC rotary table design, first of all, for the overall program design, transmission scheme adopts gear transmission and worm drive; and parts of the design and verification, the worm and worm gear shaft adopts an integral structure; and the work table adopts screw connection; working table balance through the thrust bearing to ensure the box body comprises a box seat;, a box cover and a top cover, wherein the box body on the design of the round table and the stiffener; finally, the parts are assembled. Key Words: Rotary table; gear; worm; box 39 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 回轉臺的總體設計 6 1.1 回轉臺設計的主要內容 6 1.2 回轉臺的總體布局 6 1.3 回轉工作臺概況 7 1.4設計準則 8 1.5 主要技術參數 8 第2章 機座設計 9 2.1 設計要求 9 2.2 方案設計 9 第3章 旋轉部分的設計 10 3.1 設計要求 10 3.2 轉盤設計 10 3.3 傳動方案及其分析 11 3.4 步進電機的原理 13 3.5傳動方案及其分析 14 3.6 伺服電動機的原理 15 3.7 傳動方案及其分析 16 第4章 轉輪組的設計 18 4.2 齒輪的設計 18 4.3蝸桿傳動 22 4.4 直流伺服電機的選擇及運動參數的計算 26 4.5 軸承的選用 28 4. 5. 1 軸承的類型 28 4. 5. 2 軸承的游隙及軸上零件的調配 28 2. 5. 3 滾動軸承的配合 28 4.5.4 滾動軸承的潤滑 29 4. 5. 5 滾動軸承的密封裝置 29 4.6 本章小結 29 第5章 裝配圖的繪制 29 第6章 回轉工作臺的原理 31 第7章 數控回轉臺技術發(fā)展趨勢 32 第7章 結束語 36 致 謝 37 參考文獻 39 第1章 回轉臺的總體設計 1.1 回轉臺設計的主要內容 通過對數控回轉工作臺設計，希望學生熟悉機電一體化系統(tǒng)中機械系統(tǒng)設計過程，以及掌握利用AutoCAD來繪制二維圖形或創(chuàng)建三維實體的能力。對數控回轉工作臺的設計主要是培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。 基本任務及要求 （1）熟悉數控回轉工作太本身的特點，明確設計要求 （2）擬定回轉工作臺系統(tǒng)的總體方案（機械部分） （3）進行機械部分的結構設計 1.2 回轉臺的總體布局 數控回轉工作臺其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅動是伺服系統(tǒng)的驅動方式。它可以與其他伺服進給軸聯動。 ?它的進給、分度轉位和定位鎖緊都是由給定的指令進行控制的。工作臺的運動是由伺服電動機，經齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。 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調整間隙。這種蝸桿的左右兩側面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。 當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有8對夾緊瓦，并在底座上均布同樣數量的小液壓缸。當小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞便壓向鋼球，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺需要回轉時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦將蝸輪松開。 回轉工作臺的導軌面由大型滾動軸承支承，并由深溝球軸承及雙列向心圓柱滾子軸承保持準確的回轉中心。數控回轉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，確定需要補償角度的位置和補償的值，記憶在補償回路中，由數控裝置進行誤差補償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給數控裝置進行控制。 1.3 回轉工作臺概況 隨著生產力水平的發(fā)展，回轉工作臺越來越廣泛的應用于各個領域。數控回轉工作臺是一種可以實現圓周進給和分度運動的工作臺，它常被使用于各類設備上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。 本次畢業(yè)設計主要是解決傾斜式焊接回轉臺回轉工作臺的工作原理和機械機構的設計與計算部分，設計思路是先原理后結構，先整體后局部。 目前數控回轉工作臺已廣泛應用于數控機床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是： 1．在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉臺； 2．在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉速和轉臺的承 載能力； 3．在形式上繼續(xù)研制兩軸聯動和多軸并聯回轉的數控轉臺。 數控轉臺的市場分析：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，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數控轉臺的加工中心將會達到每年600臺左右。 1.4設計準則 我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則： 1） 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 4） 預測意外載荷 5） 創(chuàng)造有利的載荷條件 6） 提高合理的應力分布和剛度 7） 重量要適宜 8） 應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 9） 根據性能組合選擇材料 10） 零件與整體零件之間精度的進行選擇 11） 功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求 1.5 主要技術參數 （1）工作臺直徑：350 mm； （2）分辨率：5分/step； （3）工作臺轉速范圍：2～62.5 rpm； （4）直流伺服電機最高轉速2000rpm； （5）總傳動比：20； （6）軸向最大載荷：60N·M 第2章 機座設計 2.1 設計要求 底座作為傾斜式焊接回轉臺設計的主要部件，在作業(yè)過程中既要滿足承受靜、動載荷的要求，又要滿足相關設備的安裝與連接要求，同時為焊接作業(yè)提供必要的操作空間。底座是相對獨立的結構件，其設計一是要滿足傾斜式焊接回轉臺設計技術協(xié)議內容要求，二是要符相關標準和規(guī)范，三是要結合加工制造和裝配水平。 2.2 方案設計 底座的結構型式： 底座的設計通常是和傾斜式焊接回轉臺的總體方案設計緊密聯系在一起的。在傾斜式焊接回轉臺總體方案設計中，底座方案通常作為整體考慮，結構要滿足傳動設備的安裝和連接等要求。在共同兼顧的過程中，目前傾斜式焊接回轉臺、底座已形成形式多樣的結構。按照結構形式及起升安裝方式來分，主要有以下幾種： 箱疊式 箱疊式底座主要由左右箱座及鉆臺構件組成。為滿足傾斜式焊接回轉臺底座高度及運輸要求，根據傾斜式焊接回轉臺級別加大，箱疊式底座結構層次也逐漸增多。 彈弓式 彈弓式底座是根據平行四邊形機構的運動原理，利用傾斜式焊接回轉臺的動力通過游吊系統(tǒng)拉動底座起升大繩或通過專配動力拉動底座起升繩系，使底座及臺面設備從低位整體起升到工作位置的結構。 旋升式 旋升式底座結構的顯著特點在于傾斜式焊接回轉臺位底座的下基座中，在保留彈弓式底座平行四邊形機構運動原理的同時，克服了彈弓式底座穩(wěn)定性相對較差的缺點。 伸縮式 伸縮式底座主要應用于傾斜式焊接回轉臺中，其特點是通過立柱的提升降落滿足升高或降低要求，在工作時處于傾斜式焊接回轉臺焊接作業(yè)要求。 折疊式 折疊式底座是利用平行四邊形機構原理，在安裝時底座處于低位，在工作時處于高位。其起升方式有吊車起吊安裝、液壓油缸起升等多種方式。 第3章 旋轉部分的設計 3.1 設計要求 回轉工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現分度運動。在本課題中，原動機采用電液脈沖馬達，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）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉速和運動形式的要求。 （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）結構工藝性要求；如結構簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經濟合理等。 3.2 轉盤設計 一種用來固定工件作回轉焊接工作的回轉盤，該回轉盤包括轉盤、、螺栓、調節(jié)螺栓、鎖緊螺栓。其中，轉盤下端面上的中心 軸插入底盤上的中心孔內，在轉盤頂面的中間處，開有一個用來放置測量工具的T槽，鎖緊塊設在該槽內。該回轉盤適用于在進行回轉焊接時作為固定工件用的回轉工具。 　 3.3 傳動方案及其分析 由圖所示，回轉工作臺的傳動方案有兩種：方案一為一級和二級都是齒輪傳動；方案二為一級齒輪傳動，二級蝸桿傳動。 圖3-1 傳動方案 方案一的最大缺陷是： 1.總傳動比小； 2.占用空間大； 3.只能使工作臺完成回轉功能，無法使工作臺完成自鎖。 而方案二雖然傳動效率低，但以上三個功能全部都能完成自鎖。 所以數控回轉工作臺傳動方案為方案二：步進電機——齒輪傳動——蝸桿傳動——工作臺。 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結構緊湊。 蝸桿傳動有以下特點： 1．傳動比大，在分度機構中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構緊湊。 2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3．可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動方面：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。 由以上分析可得：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。 如圖，采用電機帶減速動齒輪傳動，帶動蝸輪蝸桿轉動，從而使工作臺轉動。 3.4 步進電機的原理 步進電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖頻率。? ? 步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產品中，如：數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。? ???? 選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。? ???? 選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。? ? 選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機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)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。? 3.5傳動方案及其分析 數控回轉工作臺傳動方案為：電液脈沖馬達——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 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結構緊湊。 蝸桿傳動有以下特點： 1．傳動比大在分度機構中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構緊湊。 2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3．可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。 4．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。 由以上分析可得：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。 同時，對于數控回轉工作臺，結構簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉工作臺、閉環(huán)回轉工作臺。 兩種型式各有特點： 開環(huán)回轉工作臺 開環(huán)回轉工作臺和開環(huán)直線進給機構一樣，都可以用點液脈沖馬達、功率步進電機來驅動。 閉環(huán)回轉工作臺 閉環(huán)回轉工作臺和開環(huán)回轉工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉工作臺有轉動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結果經反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉臺分度定位精度更高。 3.6 伺服電動機的原理 伺服電動機（servomotor） 用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機。又稱執(zhí)行電動機。其功能是將電信號轉換成轉軸的角位移或角速度。 伺服電動機分交、直流兩類。交流伺服電動機的工作原理與交流感應電動機相同。在定子上有兩個相空間位移90°電角度的勵磁繞組Wf和控制繞組WcoWf接一恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達到控制電動機運行的目的。交流伺服電動機具有運行穩(wěn)定、可控性好、響應快速、靈敏度高以及機械特性和調節(jié)特性的非線性度指標嚴格（要求分別小于10％～15％和小于15％～25％）等特點。直流伺服電動機的工作原理與一般直流電動機相同。電動機轉速n為 n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j 式中E為電樞反電動勢；K為常數；j為每極磁通；Ua，Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。改變Ua或改變φ，均可控制直流伺服電動機的轉速，但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動機中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。 直流伺服電動機具有良好的線性調節(jié)特性及快速的時間響應。 3.7 傳動方案及其分析 數控回轉工作臺傳動方案為：直流伺服電機——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 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結構緊湊。 蝸桿傳動有以下特點： 1．傳動比大 在分度機構中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構緊湊。 2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3．可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。 4．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。 由以上分析可得：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。 同時，對于數控回轉工作臺，結構簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉工作臺、閉環(huán)回轉工作臺。 兩種型式各有特點： 開環(huán)回轉工作臺 開環(huán)回轉工作臺和開環(huán)直線進給機構一樣，都可以用步進電機來驅動。 閉環(huán)回轉工作臺 閉環(huán)回轉工作臺和開環(huán)回轉工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉工作臺有轉動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結果經反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉臺分度定位精度更高。 第4章 轉輪組的設計 4.1 設計要求 轉動平穩(wěn)可靠 （1）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉速和運動形式的要求。 （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）結構工藝性要求；如結構簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經濟合理等。 4.2 齒輪的設計 1、選用傳動比：先選為2 1）選用直齒圓柱齒輪傳動； 2）數控機床速度高，要求精度高，故選6級精度； 3) 材料選擇，小齒輪材料選35CRALA(調質后氮化)，硬度為65HRC,大齒輪材料18CRMNTI(滲碳后淬火)硬度為60HRC； 4) 選小齒輪齒數Z1=20，大齒輪齒數為40。 2、按齒面接觸強度設計 d1t2.32 (1)確定公式內的各計算數值 1）試選載荷系數Kt1=1.2； 2) 計算小齒輪傳遞的轉矩 T1===3.37N.m 3）選取齒寬系數，小齒輪做懸臂布置，=0.4； 4）材料的彈性影響系數ZE=189.8Mpa； 5）按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim1=1200Mpa,大齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim1=800Mpa； 6）接觸疲勞壽命系數KHN1=1,KHN2=1； 7） 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%,安全系數為S=1 [H]1=1200Mpa, [H]2=800Mpa. (2)計算 1）算小齒輪分度圓直徑d1t,代入[H]中較小的值 代入各數值的 d1t2.32=22mm 2）計算圓周速度V V==1.382m/s 3)計算齒寬b b=d1t=0.422=8.8mm 4)計算齒寬與齒高之比. 模數 mt=1.1mm 齒高 h=2.25mt=2.25×1.1=2.475mm ==3.5 5）計算載荷系數 根據V=1.382m/s，6級精度，查的動載系數Kv=1.02. 直齒輪 KH=KF=1.0. 查表的使用系數KA=1； 用插值法查得6級精度，小齒輪相對支撐懸臂布置時 KH=1.139. 由=3.556 KH=1.139得KF=1.09. 故載荷系數 K=KA×KV×KH×KH=1×1.05×1×1.139=1.197 6）按實際的載荷系數校正所算得分度圓直徑 d1=d1t=21.98mm 7)計算模數m m===1.099mm 3按齒根彎曲強度設計 彎曲強度的設計公式為 M≥ （1） 確定公式內的各計算數值 1） 查表得小齒輪的彎曲疲勞強度極限FE1=800Mpa;大齒輪的彎曲疲勞強度極限FE2=700Mpa； 2） 查得彎曲疲勞壽命系數KFN1=0.9, KFN2=0.95; 3） 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數。S=1.8. [F]1=Mpa=400Mpa [F]2=Mpa=369.44Mpa 4)計算載荷系數K K= KA×KV×KF×KF=1×1.05×1×1.09=1.146 5)查取齒形系數 查表的 YFa1=2.80 YFa2=2.40 6)應力校正系數 Ysa1=1.55 Ysa2=1.67 7）計算大、小齒輪的并加以比較 ==0.01085 ==0.01085 （2） 設計計算 m=mm=0.806mm 對比計算結果，齒面接觸疲勞強度計算模數m大于齒根彎曲疲勞強度計算模數，齒輪模數m大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，可取彎曲強度算得的模數0.806并就近圓整為標準值m=1，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=22mm，算出小齒輪齒數 Z1==22 大齒輪齒數 Z2=22×2=44 4幾何尺寸計算 （1） 計算分度圓直徑 d1=Z1×m=22×1=22mm d2=Z2×m=44×1=44mm (2)計算中心距 a==33mm （2） 計算齒輪寬度 （3） b=×d1=0.4×22=8.8mm 取B1=15mm B2=10mm 4.3蝸桿傳動 1選擇蝸桿傳動類型 采用漸開線蝸桿 2選擇材料 考慮到蝸桿傳動速度中等，蝸桿用45鋼，并淬火，硬度為45～55HRC,蝸輪用鑄錫磷青銅ZCUSn10P1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 3 按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據閉式齒輪傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距 a≥ (1) 確定在蝸輪上的轉矩T2 按Z1=4，取消率為=0.9 T2=60000N.mm (2) 確定載荷系數K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數K=1,由表選取使用系數KA=1.15，由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數Kv=1.05；則 K=KA×KF×Kv=1.15×1×1.05=1.21 (3)確定彈性影響系數ZE 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故ZE=160 Mpa (4)確定接觸系數Zp 先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值=0.4，可查圖得Zp=2.75. (5)確定許用接觸應力[H] 根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCUSn10P1。金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC.可從表中查的蝸輪的基本許用應力 [H]′=268Mpa. N=60jn2Lh=60×1×100×15000=1.05× 壽命系數 KHN==0.7453 則 [H]=KHN·[H]′=0.7453×268Mpa=200Mpa （6）計算中心距 a≥=70.56mm 取其中心距a=80mm.因i=102,故從表中去模數m=3.15mm,蝸桿分度圓直徑d1=35.5mm,這時==0.44，從圖中可查的接觸系數Zp′=2.65,因為Zp′＜Zp，因此以上計算可用。 4、蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 （1）蝸桿 軸向齒距Pa=m=9.891mm;直徑系數q=11.27;齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=35.5+2×1×3.15=41.8mm.齒根圓直徑df1=d1-2(ham+c)=35.5-2(3.15+0.2×3.15)=27.94mm，分度圓導程角r=19.45°，蝸桿軸向齒厚Sa=0.5m=0.5×3.14×3.15=4.9455mm. （2）蝸輪 蝸輪齒數Z2=39;變位系數X2=+0.2619; 驗算傳動比i==9.75,這時傳動比誤差為=2.5﹪，是允許的。 蝸輪分度圓直徑 d2=mZ2=3.15×39=123mm. 蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2ha2=123+2×3.15(1+0.2619)=130.95mm; 蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=123-2×3.15(1-0.2619+0.2)=117.09mm; 蝸輪咽喉母圓半徑 ra2=a-0.5da2=80-0.5×130.95=14.525mm. 5校核齒根彎曲疲勞強度 F= 當量齒數 Zv2==41.38 根據X2=+0.2619, Zv2=41.38.查的齒形系數YFa2=2.24. 螺旋角系數Y=1-=1-=0.8604 許用彎曲應力 [F]= [F]‵KFN 查的ZCUSn10P1制造的蝸輪基本許用彎曲應力[F]‵=56Mpa. 壽命系數KFN==0.596 [F]=56×0.596=33.376 F=2.24×0.8604Mpa=15.56Mpa 6驗算效率 =（0.95～0.96） 已知r=19.45°=arctanfv;fv與相對滑動速度Vs有關。 Vs==2.76m/s 從表中用插值法查的fv=0.0238; =1.759°,代入式中得 =0.89～0.90間，不用重算。 4.4 直流伺服電機的選擇及運動參數的計算 許多機械加工需要微量進給。要實現微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現微量進給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用直流伺服電機作為執(zhí)行單元。這是因為它具有以下優(yōu)點： ●響應特性高，響應速度快; ●轉動慣量小，啟動、停止方便； ●高功率密度（體積小、重量輕）； ●可實現高精度數字控制； ●停電制動； ●調速范圍較寬； 采用直流伺服電機為驅動單元，其機構也比較簡單，主要是變速齒輪副、渦輪蝸桿。通常步進電機每加一個脈沖轉過一個脈沖當量；但由于其脈沖當量一般較大，如0.01mm，在數控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用直流伺服電機的閉環(huán)反饋控制。 1）選擇直流伺服電機的額定功率 電機的額定轉矩應等于或稍大于工作要求的轉矩。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。 折算到電機軸上的轉矩為： 則選擇電機的額定轉矩應該大于4 2）電機與工作臺的慣量匹配計算 回轉體的慣量： 則各回轉部件的轉動慣量為: 折算到電機軸上的轉矩為 電機轉子慣量為 滿足慣量匹配要求 3）定位加速時的最大轉矩計算 取時間常數 計算得到定位最大轉矩為M=3.37NM 綜上，選擇電機為法納克5L直流伺服電機。 4.5 軸承的選用 滾動軸承是現代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉動零件的。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已經標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據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、調整、潤滑、密封等有關的“軸承裝置設計”問題。 4. 5. 1 軸承的類型 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調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，安裝時可調整軸承的游隙。其機構代碼為3000，然后根據安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：30208。 4. 5. 2 軸承的游隙及軸上零件的調配 軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調整的，這樣比較方便。 2. 5. 3 滾動軸承的配合 滾動軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產，軸承內孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準。 4.5.4 滾動軸承的潤滑 考慮到電動刀架工作時轉速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的。 4. 5. 5 滾動軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO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的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應朝外。 4.6 本章小結 對數控回轉工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進行設計 選型 零件校核，按照機械設計一書進行設計，完成機械部分。 第5章 裝配圖的繪制 根據前面的設計，繪制裝配圖如下： 第6章 回轉工作臺的原理 回轉工作臺可以實現精確的自動分度，擴大了數控加工范圍。 1-電機；2-小齒輪；3-偏心套；4-大齒輪；5-柱銷；6、7、8、11-軸承蓋、套筒；9-蝸桿；10-蝸輪；12、13-加緊瓦；14-油缸；15-活塞；16-彈簧；17-鋼球；18-光柵； 如圖所示為閉環(huán)數控轉臺的結構圖，該數控轉臺用直流伺服電機1通過減速齒輪2和4帶動蝸桿9，通過蝸輪10使工作臺回轉。為了盡量消除反向間隙和傳動間隙，通過調整偏心環(huán)3來消除齒輪2和4嚙合側隙。齒輪4與蝸桿9是靠楔形拉緊圓柱銷5（A一A剖面）來連接。這種連接方式能消除軸與套的配合間隙。工作臺的轉角位置用光柵18測量，測量結果發(fā)出反饋信號與數控裝置發(fā)出的指令信號進行比較，若有偏差經放大后控制伺服電機朝消除偏差的方向轉動，使工作臺精確定位，，臺面的鎖緊用均布的8個小油缸14來完成，需要加緊時油缸上腔進壓力油，活塞15下移，通過鋼球17，推開夾緊塊12及13，將蝸輪夾緊。當工作臺需要回轉時，數控系統(tǒng)發(fā)出指令，夾緊液壓缸14上腔的油流回油箱，鋼球17在彈簧16的作用下向上抬起，夾緊塊12和13松開蝸輪，這時蝸輪和回轉工作臺可按照控制系統(tǒng)的指令作回轉運動。 回轉工作臺的導軌面由大型滾柱軸承支承，并由圓錐滾子軸承及圓錐孔雙列圓柱滾子軸承保持準確的回轉中心。工作臺支撐在鑲鋼滾柱導軌上，運動平穩(wěn)且耐磨。 第7章 數控回轉臺技術發(fā)展趨勢 7.1 發(fā)展方向 (1)高速高精高效化　速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由 于采用了高速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 元件的交流數字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化　包含兩方面：數控系統(tǒng)本身的柔性，數控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，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)能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3)工藝復合性和多軸化　以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數可達24軸。 (4)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，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。 7.2功能發(fā)展方向 (1)用戶界面圖形化　用戶界面是數控系統(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軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術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行操作，便于藍圖編程和快速編程、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。 (2)科學計算可視化　科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 (3)插補和補償方式多樣化　多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。 (4)內裝高性能PLC　數控系統(tǒng)內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。 (5)多媒體技術應用　多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。 7.3體系結構的發(fā)展 (1)集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，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，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 (2)模塊化　硬件模塊化易于實現數控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據不同的功能需求，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，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統(tǒng)。 (3)網絡化　機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。 (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。 7.4智能化新一代PCNC數控系統(tǒng) 當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代PCNC數控系統(tǒng)已成為可能。 智能化新一代PCNC數控系統(tǒng)將計算機智能技術、網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。 第7章 結束語 在這幾個月的畢業(yè)設計的過程中，我認真分析了指導老師提供的基本設計數據和要求，之后在查閱了大量工具書和期刊資料；對現在我國的數控工作臺總體趨勢進行分析，在網上和圖書館搜集了大量的第一手的資料，首先初步確定了本次設計的基本方案，然后設計出了具體的方案。 畢業(yè)設計是我們在學完四年教學計劃所規(guī)定的全部課之后，綜合運用所學過的全部理論知識與實踐相結合的實踐性數學環(huán)節(jié)。它培養(yǎng)我們進行綜合分析和提高解決實際問題的能力，從而達到鞏固，擴大，深化所學知識的目的，它培養(yǎng)我們調查研究熟悉有關技術政策，運用國家標準，規(guī)范，手冊，圖冊等工具書，進行設計計算，數據處理，編寫技術文件的獨立工作能力。 通過我學到了很多，初步的讓我認識到理論和實踐相結合的重要。除了鞏固了所學的理論知識外，還學到不少的新知識和新方法。例如在CAD畫圖中要標注極限偏差時，要先做好標注樣式，在標注時只要選種再右擊選出你做好的樣式，在公差欄里寫入你要的上、下偏差值。這是我以前所不會的。通過本次的設計使我對AUTCAD操作更熟練，能夠完整的畫出簡單零件的設計圖紙。 剛開始做這個作業(yè)的時候，我?guī)缀跏菬o從下手的.讓人深感煩燥.幸好在同學的指導和自己不斷的錯誤和摸索下找到了一定的方法. 不過在做這個設計的時候還是遇到了很多問題，如在機械設計的時候對蝸輪蝸桿的設計處理不當，使計算結果偏大等等。有計剪力和彎矩時,沒有進行校核,又出現錯誤,這些錯誤我用了很長的時長的時間才做好,幸好還是完成了這次設計,使自己對數控機床的工作臺有了一定的認識,但我對它里面的很多電器控制還是不太清楚。因而,要學好它，必須掌握不少的其他領域學科的知識，因此還要更多的時間和努力。由于本次設計時間短和水平有限，做的不夠精細，難免有點錯誤懇請各位讀者批評指正。 同時很多謝老師您對我們的教導! 致 謝 首先，要感謝我的畢業(yè)設計指導XX老師。在畢業(yè)設計中，給了我許多指導性的建議和改進方法，使我在設計過程中少走彎路，在生活上也給與了一定的關心和支持。其次，也要感謝XX老師，他對我的設計提出了許多改進的建議，并且對我的設計方案，圖形繪制等提出了許多寶貴的建議。對我的方案改進和圖形的修改有了非常大的幫助。 我也非常感謝我的父母，是他們在生活上和學習上給我關心和幫助，讓我能全身心的投入到學習中。 再次，也非常感謝學校能給我這次機會來進行我的畢業(yè)設計，讓我把書本上的知識運用的實踐中去，讓我深刻的體會到了“學以致用”的道理。讓我在實踐中豐富和充實了自己。 最后，要感謝所有曾經幫助我的同學，我的舍友，使他們的鼓勵和幫助，讓我的設計圓滿結束。 這次畢業(yè)設計不僅給我?guī)砹酥R上的收獲，在做人方面也教會了我許多許多，在對待事情方面，尤其是有選擇的時候自己該放棄什么，該抓住什么。什么是該自己作的，什么時候做，我明白了好多。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！ 參考文獻 [1] 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