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1、AC轴回转工作台设计（偏重A轴）摘要：本次毕业设计的题目是AC轴数控回转工作台设计。通过对数控回转工作台的设计，使我们能够掌握机械设计的方法和步骤。本课题研究的主要内容包括：确定数控回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；零件设计与校核；零件图的绘制与三维模型建立；绘制装配图及运动仿真。对于数控回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿轮传动和蜗杆传动；然后进行各零件的设计与校核，蜗杆与轴采用整体式结构；蜗轮与工作台采用螺钉连接；工作台的平衡通过止推轴承来保证；箱体由箱座、箱盖和顶盖组成，其中箱体上设计了圆台和加强筋；最后，对各零件进行装配。数控机床的圆周进给由回转工作台
2、完成，回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲面等。回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。目前，数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床。随着数控技术的应用越来越广泛，数控回转工作台的应用已成为历史的必然。关键词：数控回转工作台；齿轮；蜗杆；箱体；建模Design of CNC rotary worktableAbstract：The graduation project is the subject of design ofCNC rotary worktable.Through the design of the CNC rotary workta
3、ble, so that we can master the methods and steps of mechanical design.The main content of this research include: determining the transmission scheme of CNC rotary worktable; driving force calculation and other calculations; part design and verification; part and three-dimensional mapping model; asse
4、mbly drawing and motion simulation.NC rotary worktable for the design, first of all, the overall design, use of transmission scheme and worm gear drive; then each part of the design and verification, the whole worm and shaft structure; worm screw connection with the worktable; Balance worktable by t
5、hrust bearings to ensure; box from the box seat, lid and cover, of which the box on the design of the round table and strengthen the tendons; Finally, the parts for assembly.The circumference of CNC rotary worktable by the completion of the feed, rotary worktable with X, Y, Z three axis coordinates
6、to be processed into a variety of balls, such as circular surface. Precision rotary worktable can realize automatic indexing, and expand the range of CNC machining. Currently, the NC rotary table CNC boring and milling machines are mainly used. With more and more widespread application of CNC techno
7、logy, CNC rotary worktable applications has become a historical necessity.Keywords:NC rotary worktable; gear; worm; box; modeling1 绪论1.1本课题的学术背景与实际意义近年来，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。从某种意义上来说，一个国家机床的发展水平决定着一个国家机械制造业的水平，数控机床和数控技术的应用已经达到了一
8、个新的高度。本次毕业设计的题目是数控回转工作台，它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，常被使用于卧式的镗床和加工中心上。由于能在一次装夹中，可以加工出除定位面之外的五个加工面，所以普遍认为它是叶轮、叶片，螺旋桨、水轮发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等零件加工的唯一手段，也事宜加工汽车、飞机上各种结构件模具的加工。它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。本次毕业设计主要是解决数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。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
9、总的发展趋势是：1在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；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；数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。预计未来5年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均1520左右的稳定增长。1.2本课题研究的主要内容通过对数控回转工作台设计，
10、希望学生熟悉机电一体化系统中机械系统设计过程，以及掌握利用AutoCAD或UG来绘制二维图形或创建三维实体的能力。毕业设计环节是教学计划中综合性最强的实践教学环节，对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高毕业生全面素质具有很重要的意义。同时，对所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端。对数控回转工作台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确
11、的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。1.3数控回转工作台的结构类型与加工特点加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心，立式加工中心（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展。五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点，工作一次装夹就可完成五面体的加工。如果配上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更更能够适宜像汽车零部件、飞机结构等现代模具的加工。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，另一种是依靠立式主轴头的回转。前者结构相对简单、制
12、造成本较低，尤其是主轴设计不受结构限制，主轴的刚度有保证，而且，可以配用“标准”的刀库和换刀机构，但由于回转工作台不能设计的太大，承重也较小，特别是当A轴回转到90时，工作台受到很大的偏载力矩，所以适合中、小零件的加工。后一种配置形式由于回转进给机构集中在主轴端，结构密集，但由于回转进给结构只驱动主轴头与道具，不受工件重力负荷，所以机构可小巧、灵活，而直线移动的工作台可以设计的非常大，所以更适合如客机机身，大型发动机机壳，大型模具等大型、重型零件的加工。根据课题的研究内容与所给定参数，本次设计所选取的结构是在原立式铣削加工中心的基础上配置一个可绕Z轴回转的数控工作台和绕X轴回转摇摆工作台。实现
13、三轴联动到五轴联动的改造。 五轴联动机床也称五坐标机床，它是在三个平动轴（沿X、Y、Z轴的直线运动）的基础上增加了两个转动轴（能实现绕X轴、Z轴的旋转运动，即A轴和C轴），不仅可使刀具相对与工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对工件的方向也在一定范围内任意可控，工作时具有以下特点：a.可避免道具干涉，加工普通三坐标机床难以加工的复杂零件，加工适应性广，如图一（a）所示；b.对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型，加工质量好、效率高，如图一（b）所示；c.对于一般立体型特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铣刀端面逼近表面进行加工，走刀次数少，残余高度小，可大大提高加工效率和表面质量，如图一（c
14、）所示；d.对工件上多个空间表面可一次装夹进行多面、多工序加工，加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度，如图一（d）所示，；e.五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态，如图一（e）所示；f.在某些加工场合，如空间受到限制的通道加工或组合曲面的过渡区域加工，可采用较大尺寸的刀具避开干涉，刀具刚度好，有利于提高加工效率与精度，如图一（a）所示。图1-1五坐标加工的特点2 数控回转工作台的原理与应用2.1数控回转工作台的原理所设计的双轴回转工作台是由一个可绕Z轴做360回转的回转工作台和一个绕X轴做110-70摆动的摆动工作台组成，做C轴运动的回转台安装在摇摆台的U型台架上，U型台
15、架通过两端的支架，固定在直线移动工作台上，回转台与摇摆台的结构如图所示，做C轴运动的回转工作台由伺服电机驱动，经一对齿轮降速，带着蜗杆、涡轮运动，涡轮与回转的台面固连，从而使台面回转。摇摆台的回转运动是由U型台架的回转摆动实现的，驱动U型台架回转的主动轴是左支轴，驱动左支轴的传动系统也是一对齿轮及一个蜗轮-蜗杆副组成，当摇摆台接到数控系统指令后，启动交流伺服电机，按数控指令确定摇摆台的回转方向，回转速度以及回转角度等参数。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
16、合理的应力分布和刚度7）重量要适宜8）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸9）根据性能组合选择材料10） 零件与整体零件之间精度的进行选择11） 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2.3传动方案的选择2.3.1传动方案应满足的要求数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用应采用交流伺服电机，工作台为摆动台（U型架），传动装置由一级齿轮传动和涡轮-蜗杆传动组成。合理的传动方案主要满足以下要求：（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。（2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。（3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。（4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。2.3.2传动方案的分析数
