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1、直驱的回转工作台开题报告班级 机 0606-12 号 姓名 王文东指导教师 王科社一、综述近年来，借助三维CAD建模和有限元分析优化的紧密配合，可以精确设计出复杂而高效的各种机械产品，但与此同时，产品零件的结构和形状也日趋复杂，例如多个自由曲面、多个非正交基准、薄壁厚等，使得加工难度也越来越大。传统数控机床的笛卡尔坐标进给运动配合球头铣刀，虽然能够加工简答的自由曲面，但是因受到工具和工件之间可能的干涉限制，难以高效和准确的加工复杂的零件。因此在直线进给运动上叠加回转进给运动的多轴联动数控机床成为当前机床产品创新的主要趋势。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
2、量需求。机床制造业是一国工业之基石，它为新技术、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。从某种意义上说，数控机床系统反映了一个国家的工业发展水平状况。2009 年我国制定出台了一系列扩内需、调结构、保增长的应对措施，工业和信息化部及有关部门根据装备制造业调整和振兴规划和“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项实施方案及相关产业政策，组织实施了一批科技重大项目和技术改造项目，使机床工具行业保持持续增长，工业总产值实现同比增长 16.1%。2009 年我国机床产值和消费额分别达到 153 亿美元和 1
3、97 亿美元，均列世界第一位。通过各项政策措施的落实到位，促进了国产高档数控机床及其配套产品的迅速发展，市场需求结构得到优化，企业兼并重组取得较大进展，重点企业的自主创新能力明显增强。高档数控机床的自主创新成果显著。自主创新成果产业化进程加快，企业开发了一批高速、精密、复合、多轴联动数控机床，以及一批大规格、大吨位数控机床新产品，这些新产品基本满足了国家重点工程用户加工生产需要，在国民经济建设和国防军工发展中起到了关键作用。在重型、超重型数控机床研发方面，重型龙门五轴联动复合机床、超重型数控卧式镗车床、五轴联动叶片加工机床、数控重型曲轴铣车复合加工机床、大型数控冲压生产线等一批国际先进水平的高
4、档数控机床的研制成功，满足了航空航天、发电设备、汽车等重点领域对于超大零件的重点加工需求；高速/精密数控车床、加工中心等产品广泛应用于汽车、航空航天、电子、军工等多个行业领域，并带动了众多中小企业设备更新改造和产业升级。同时，主机发展带动为其配套的数控系统与伺服驱动/电机、各类功能部件等产业发展，延长了产业链，拉动了上下游产业及地方经济的发展。二、研究内容所设计的数控转台最好要符合以下的主要指标：良好的分度精度和重复定位精度、精度保持性、承载能力、密封性能、足够的刹紧力和回转定位速度。在数控转台驱动中，传统的驱动方式通常是旋转伺服电机加蜗轮、蜗杆副、齿轮副机构，由于存在机械传动链，虽有较好的静
5、态刚度，但在完成启动、加速、减速、反转及停车等运动时，会产生弹性变形、摩擦和反向间隙等，造成机械振动、运动响应慢、动态刚度差及其它非线性误差，难以实现高精度加工。采用数控转台直接驱动技术实现“零传动”，从而可以提高回转工作台的回转精度与定位精度。三、实现方法及预期目标1 回转工作台的结构方案回转工作台的总体布局为：床身作为支承转台轴承和工作台的基础部件固定于地面，上设有定心轴，回转台面可绕定心轴作旋转运动。精密转台式将双向推力轴承于一个向心引导轴承紧固在一起这些快速安装的预润滑单元具备极高的刚性和承载能力，并且有特别高的旋转精度。他们能够承受径向载荷、轴向载荷和颠覆力矩特别适合需要高精度运行的
6、场合。安装注意！如果是常规设计安装 L 系列支撑圈，轴承的摩擦力矩会有相应的增加，支撑圈的高度至少要是垫圈处的高度的 2 倍。回转工作台（主体部分）的外观图2 床身床身采用优质高强度铸铁，断面设计密筋布置，并采用有限元分析，保证高的抗弯、抗扭刚度，使其具有高的固有频率，提高抗振性。床身作为支承滑座和工作台的基础部件，为保证高载荷下基础件不变形，床身下设有三排地脚垫铁。3 工作台回转工作台采用优质铸铁加工，工作台的 T 型槽用于夹紧工件，工作台中心有定位止口，与回转轴轴同轴，可用于工件定位。工作台的回转精度是由装在滑座中心轴上的精密圆锥孔双列圆柱滚子轴承保证，轴承外圈与锥套配合，锥套与工作台锥孔
7、经精密研磨，而双列圆柱滚子轴承与滑座上的定心轴也是锥孔定位，定心效果好。安装时在推力滚子轴承与工作台回转轴间调整有 0.030.06mm 间隙，当工作台浮起时，此处间隙完全贴合，在精密圆锥孔双列圆柱滚子轴承及推力滚子轴承的共同作用下，工作台可完成精密回转。工作台的回转分度采用圆光栅进行全闭环控制，带距离编码功能，线数为 36000 线，系统精度1，测量步距 0.00005，同时配可调心型联轴器，可将圆光栅回转中心与回转台回转心调整一致。作为数控回转工作台，在使用过程中，490位置的使用率比较大。本方案设计有490精确定位，通过机械方式调整，使 490分度精度更高于任意位置分度精度。4 数控检测
8、回转轴设有零点限位。回转分度精度由精密圆光栅反馈数据至数控系统，再由电气补偿达到。直接测量，无需返回至参考点。5 可靠性分析机械可靠性一般可分为结构可靠性和机构可靠性。结构可靠性主要考虑机械结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效；机构可靠性则主要考虑的不是强度问题引起的失效，而是考虑机构在动作过程由于运动学问题而引起的故障。6 力矩电机传统机床转台旋转进给伺服驱动主要采用高速伺服电机加蜗轮蜗杆副传动方式，由于此种方式动态响应慢，且存在机械传动链上的弹性变形和反向间隙等因素，因此难以满足现代高档数控机床加工精度要求；采用永磁环形力矩电机直接驱动方式，取消了中间传动环节，解决
9、了传统驱动方式带来的相关问题。由于转台机械结构的紧凑性，要求电机具有高转矩密度，而电机与负载的直接耦合要求其转矩波动小，才能实现机床转台的高精度进给。7 闭环控制为了克服半闭环系统的缺陷，获得更高的控制精度，可以在最终的运动部分上安装高精度的位置反馈元件（如光栅尺、磁栅尺等），而电机上的编码器此时仅作为速度环的反馈，构成全闭环控制系统。此时，驱动器接受速度指令，完成速度环的控制，位置环的控制则由上位控制器来完成，这样就可以消除机械上存在的一切间隙，并且还可以对机械传动上出现的误差进行补偿，达到真正全闭环的目的，实现高精度的位置控制。四、进度的具体安排毕业设计（论文）进度计划（起止时间、工作内容
10、）（ 指导教师对毕业设计（论文）的进度计划提出要求 ,至少详细到前期、中期和答辩阶段）周次 计 划 完 成 工 作5 1写第 5 周的工作报告及总结。2计算，校核。6 1写第 6 周的工作报告及总结。2 直驱的回转工作台工作原理图。7 1写第 7 周的工作报告及总结。2直驱的回转工作台的装配图。8 1写第 8 周的工作报告及总结。2零件图、工作原理图。9 1写第 9 周的工作报告及总结。101 编写设计说明书的提纲；毕业设计小论文的构思与选题，拟定初步题纲；2 整理前期的设计工作，接受学校与系的期中检查；3 写第 10 周的工作报告及总结。11 1写第 11 周的工作报告及总结。2动画演示。1
11、2 1写第 12 周的工作报告及总结。2初步整理。13 1 完成毕业设计要求的小论文的撰写；2 写第 13 周的工作报告及总结。14 1 完善设计图并打印；整理设计说明书并装订。2 写第 14 周的工作报告及总结。15 1 毕业设计总结；必要的资料和成果刻光盘存档；答辨准备，写答辩提纲；2 在小组内进行预答辨。16 1 答辩；2 归还学校和老师提供的图书资料。五、参考文献1 现代实用机床设计手册编写组编. 现代实用机床设计手册 (第一册，第二册).北京： 机械工业出版社，20062 范云涨，陈兆年主编.金属切削机床简明手册.北京：机械工业出版社， 19943 李福生主编.实用数控机床技术手册.
12、北京：北京出版社， 19934 赵松年，张奇鹏主编.机电一体化机械系统设计.北京：机械工业出版社， 19985 机电一体化技术手册编委会.机电一体化技术手册，上册，下册 .北京：机械工业出版社，19946 崔旭芳,周英主编. 数控回转工作台的原理和设计J. 砖瓦, 2008,(06) .7 徐灏主编.新编机械设计师手册(下册). 北京：机械工业出版社，19958 宋学义主编. 袖珍液压气动手册.北京：北京机械工业出版社， 19959 陈杰主编. 回转工作台等分回转角度的测量J. 机械工人(冷加工), 2007,(06)10 周志明主编 基于运动控制卡的步进电机控制系统 期刊论文 -煤矿机械 2
13、004(3)11 高冰，张萍主编.基于运动控制器的全闭环控制系统期刊论文 广东技术师范学院学报 - 2007 年 10 期12 Bhasker J.verrilog HDL Synthesis:A Pratical PrimerM.Star Galaxy Publishing,1998.13 Shilpa AVaze ，James EDeVault，Prakash KrishnaswamiModeling of Hybrid Electromechanical System using a ComponentBased ApproachAProceeding of the IEEE International Conference on Mechatronics&Automation Niagara Falls，Canada July 2005指导教师： 年 月 日督导教师： 年 月 日领导小组审查意见： 审查人签字： 年 月 日
