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1、机械装备设计设计说明书课题名称：二O一四年十二月第一章课题简介3第二章 工作原理与主要参数42.1工作原理分析42.2主要技术参数5第三章.工作台的结构设计53.1传动方案及分析53.2电动机的选择63.2.1A轴伺服电机选择63.2.2 B轴伺服电机选择83.3齿轮传动设计93.3.1齿轮的校核93.3.2确定齿轮传动精度133.4蜗杆传动类型173.4.1材料选择173.4.2设计与校核173.5 轴承213.5.1轴承的选型213.5.2轴承寿命校核223.6主轴243.6.1轴的材料243.6.2确定轴的结构尺寸253.6.3校核轴的强度263.7联接、支撑件的设计273.7.1键的选
2、择包括类型选择和尺寸选择。273.7.2键联接的类型283.7.3键的强度校核293.8轴承293.8.1轴承的预紧293.8.2 滚动轴承的配合293.8.3滚动轴承的润滑303.8.4滚动轴承的密封装置303.8.5转台轴承303.9联轴器31第四章工作台设计32第一章课题简介 为了提高数控设备对复杂零件加工的精度和效率，五轴机床等复合机床的研发和创新也越来越重要，而摇篮式工作台是五轴机床的一个重要的部件，五轴加工中心一般是由三个直线轴加两个回转轴来组成，序号工作台直径（mm）工作台承重水平（Kg）工作台承重垂直（Kg）旋转轴减速比倾斜轴减速比其他参数14002001301：901：90自
3、定机械制造装备课程设计主要内容了解该部件的功能，机械装置的总体方案设计，电机功率选择，功能部件的计算选择，运动和动力计算。绘制装配图，标注装配尺寸和配合代号及其他技术要求主要零部件强度校核，绘制主要零件的零件图，标注零件的结构尺寸、尺寸公差和形位公差、表面粗糙度及技术要求。编写计算说明书（包括该部件的现状概况，计算过程）装配图1张、主要零件图不少于6张。 第二章 工作原理与主要参数2.1工作原理分析 单臂摇篮式工作台是五轴机床的一个重要组成部件，五轴加工中心一般是由三个直线轴加两个回转轴来组成。单臂摇篮式工作台即为两轴回转工作台。它主要安装在数控镗床和铣床上，通用情况下，其外形和其他工作台几乎
4、一样，不同的是它的是通过伺服系统的驱动方式来工作的。它也可以与其他的伺服进给 轴联动，实现一体化。它的驱动主要是靠伺服电机，伺服电机的精度高，操作方便。其中分度转位和定位都是通过给定的指令来进行控制的。工作台的运动是由交流伺服电动机，经过齿轮传动后由蜗杆传给蜗轮，最后再由涡轮通过键的联接来带动主轴的转动，或者是直接由蜗杆、蜗轮传动，直接带动另一方向的旋转。也可以同时控制两轴的运动，实现联动。蜗杆副的传动存在间隙，为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然
5、可以保持正常的啮合。回转工作台的导轨面由转台轴承支撑，该型轴承具有高轴向和径向承载能力，高清斜度和极高的精度，同时保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在闭环控制系统中，由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。工作台设有零点，由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。 2.2主要技术参数工作台直径：400mm工作台承重水平：200Kg工作台承重垂直：130Kg旋转轴减速比：1:90倾斜轴减速比：1:90最高转速20r/min旋转精度0.001第三章.工作台的结构设计3.1传动方案及分析 单臂摇篮式工
6、作台由原动机，传动装置和工作台构成。因为单臂摇篮式工作台是五周机床的重要组成部分，旋转精度要求很高，我们选用伺服电机作为原动机来驱动，控制系统为闭环控制系统。旋转轴减速比：1:90，倾斜轴减速比：1:90，两个减速比比较的大，如果仅用齿轮传动，需要很多级转速，同时齿轮直径比较庞大，我们选用二级减速，一级齿轮减速，二级蜗轮蜗杆减速。由涡轮通过主传动轴带着工作台旋转运动。 齿轮传动承受载能力较高 ，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆传动有以下特点：（1）传动比大（2）传动平稳（3）可以自锁（4）效率低、制造成本较高。 通过以上分析可得：齿轮传动要放在传动系
7、统的高速级，蜗杆传动要放在传动系统的低速级，传动方案较合理。3.2电动机的选择传动方案如图1所示。计算传动装置的运动和动力参数3.2.1A轴伺服电机选择初步选定回转工作台的材料为铸钢，其密度查机械手册可知= 7.85103kg/m3。由给定的设计参数可知工作台的尺寸为 直径为400mm假设工作台厚度为80mm则有工作台质量 m=7.851033.14200280=78.88kg转动惯量=5.58kg假设工作台在启动之后0.5秒内达到最大转速20则角加速度=（10*3.14*2）/（60*0.5）=2那么驱动力矩=11.16N.m考虑回转台与导轨之间由于轴向压力产生的摩擦，工作台的承载工件重量为
8、m=200kg，回转台78.88kg，则工件和回转台在导轨上的的压力为=（200+78.88）9.8=2733.024N查机械设计手册得钢与铸铁之间油润滑时滑动摩擦因数 f =0.15工作台工作时的摩擦力为：=f得 =0.152733.024=409.95N轴向摩擦转矩：=r=409.95200=81.9Nm同时考虑其他未考虑的次要因素取安全系数为1.2，则Tf=1.2Tf0=98.38Nm则=98.38+11.16=109.54Nm则蜗轮上的功率 =229W同时交流伺服电机拖动负载所需扭矩T=1.88Nm初定蜗轮蜗杆传动效率为0.7，齿轮传动为0.97所需功率P10=P4/（）=337W，同
9、时考虑功率储备取P1=600W传动比的确定初选齿轮传动比=2；蜗杆传动比=45则根据传动比可得各级零件转速：=30，工作台（蜗轮）转速=20齿轮、蜗杆n2=n3=600=3，小带轮转速=1800交流伺服电机的选择根据初定的输出扭矩为T=1.88Nm，驱动小齿轮所需转速转速=1800功率P1=337W为降低电机的重量和价格，选取常用的转速为2000r/min的130系列电机型号为SM 130-077-20 LFB，其满载转速nm=2000r/min,此外，电机的安装和外形尺寸可查表伺服电机选型手册。如图3-23.2.2 B轴伺服电机选择B轴伺服电机的计算与A轴相似，B轴电机带动整个A轴工作台旋转
10、，应选功率比A轴电机稍大的伺服电机。选取常用的额定功率2.4KW的130系列电机型号为SM 130-077-30 LFB，转速为3000r/min,具体尺寸参数如上表。3.3齿轮传动设计根据齿轮的失效形式可知，齿轮材料的主要应满足的要求是：在循环或冲击载荷下，首先要有足够的弯曲强度；其次齿轮表面硬度和耐磨性要好；最后进过热处理后和各种加工后要达到一定的精度要求。小齿轮用40Cr,调质处理，硬度241HB286HB,平均取为260HB，大齿轮用45钢，调制处理，硬度229286HB，平均取240HB。3.3.1齿轮的校核先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。按齿面接触疲劳强度进行
11、设计(1)初步计算传递转矩T1 T1=9.55106P1/N1=（9.55X1061.6/2000）=7640 Nmm齿宽系数 查表12.13 =0.6接触疲接触疲劳极限 由表12.17c =710MP =580MP初步计算的许用接触应力 0.9 =710MPa0.9 =580MPa =639MPa =522MPaA值 由表12.16 取A=85初步计算齿轮直径 d A =85 =33.6m取d=40mm初步齿宽b b=0.6 40=24mm(2)校核计算圆周速度v v=4.18精度等级 由表12.3 选8级等级齿数z和模数m 初选齿数z=20 m=2 取m=2 则Z1=d1/m=40/2=20 Z2=iz1=60使用系数 由表12.9 =1.25动载系数 由图12.9 =1.18齿间载荷分配系数 由表12.10 先求=382N =11.9100cos =cos=1.66 由此得
