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1、数控回转工作台设计Design of NC rotary worktableDesign of NC rotary worktable 导导 师师: :答辩人答辩人: :高贾顺高贾顺专专 业业: :机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化数控回转工作台设计1.研究背景2.内容提要3.设计要点4.运动仿真包括： 2010年在北京举办的第11届中国国际机床展览会上，数控机床、加工中心、复合机床在装备制造业内已呈现出大量推广态势，这类工作机床在各类制造业已经普及应用，并清晰地表达出时代特征与发展潮流。机床运动无论是并联运动机床，还是串联叠加机床，对大多数金属加工机床来说，数控进给复合运动的加工，
2、是以直线轴加上回转轴的联动来实现。为了应对日益增多的复杂零件加工、提高加工精度和效率，多轴机床和复合机床将会进一步创新发展。因此在现代加工中心的开发中，数控回转台的设计与制造，成为研制机床的核心任务之一，而数控回转台，同时也起着承载工作重量、夹持工件的功能，故要重视其创新设计。1.研究背景2.内容提要 v 本次毕业设计的题目是数控回转工作台设计。通过对数控回转工作台的设计，使大学生在步入社会之前，不仅能够设计出数控回转工作台，而且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
3、及运动仿真。v 数控机床的圆周进给由回转工作台完成，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。v 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。 3.设计要点 3.1数控回转工作台的主要技术参数3.2传动方案的选择3.3电机的选择3.4齿轮
4、设计3.5蜗轮蜗杆设计3.6轴系零部件的选用3.7轴的设计与校核3.8箱体的设计3.9装配包括：3.1主要技术参数 包括：v（1）最大回转半径：275 mmv（2）回转角度：0360v（3）回转精度：003v（4）最大承载重量100 v（5）传动比：603.2传动方案的选择 v数控回转工作台的传动方案有两种：v方案一为一级和二级都是齿轮传动；v方案二为一级齿轮传动，二级蜗杆传动。 方案一的最大缺陷是： 1.总传动比小； 2.占用空间大； 3.只能使工作台完成回转功能，无法使工作台完成自锁。而方案二： 虽然传动效率低，但对方案一的三个缺陷都能克服，而且还能完成自锁功能。所以数控回转工作台传动方案
5、为方案二。即：步进电机步进电机齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动工作台工作台。3.3电机的选择 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲，电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。这一点对数控回转工作台来说是非常重要的。所以选用步进电机 电机的类型选择之后，就要选择电机的型号。 先计算所需电机的步距角和转矩，然后根据电机的步距角和转矩。选取常用两相混合式步进电机11BYG250D0502。下面这张表是这种步进电机的性能参数。 3.4齿轮的设计 首先，选择齿轮传动的类型与材料 v1. 选用直齿圆柱齿轮传
6、动；v2. 7级精度；v3. 小齿轮和大齿轮材料均为45钢（调质）；v4. 初步选取选小齿轮齿数Z=24，大齿轮齿数取Z=72，传动比为i=3. 然后分别按照齿面接触疲劳强度和齿根弯曲强度设计。 按齿面接触疲劳强度设计 利用公式 （1） 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 （2） 得到计算结果后，对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得到模数m=3.22,并就近圆整为标准值m=3mm,按接触强度算的的分度圆直径 ，算出小齿轮
7、齿数 , 圆整后取 。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 确定模数和齿数之后，进行几何尺寸计算 v1）分度圆直径v2）中心距v3）齿轮宽度 取3.5蜗轮及蜗杆的选用与校核 1.选择蜗杆传动类型 根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。2.选择材料 考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造。3.按齿面接触疲劳强度进行设计 v蜗轮齿数 ;变位系数 ；v验算传动比 ,这时
8、传动比误为 是允许的。v蜗轮分度圆直径v蜗轮喉圆直径v蜗轮齿根圆直径v蜗轮咽喉圆半径 包括: 1.轴承的选用； 2.键的选用。3.6轴系零部件的选用 1.轴承的选用 传动轴（轴2）选用圆锥滚子轴承30309 ，然后利用下面的公式，验算轴承寿命 ： 从计算结果可以看出，所需的轴承寿命为10年，而计算的轴承寿命大于10年，所以选择的轴承满足要求。v同理可以选出其他轴承。v输入轴（轴1） 2x6006（深沟球轴承）；v传动轴（轴2） 2X30309（圆锥滚子轴承）；v输出轴（轴3） 2X30308（圆锥滚子轴承）和1X6006（深沟球轴承）。 2.键的选用v1.输入轴（轴1）与联轴器相匹配的键为：圆
9、头普通平键8X30;v2.输入轴（轴1）与小齿轮相匹配的键为：圆头普通平键10X40;v3.传动轴（轴2）与大齿轮相匹配的键为：圆头普通平键15X45。3.7轴的设计与校核 这里以输入轴为例。 首先计算出轴的最小截面直径。然后圆整为：d=30mm。 然后按照最小截面直径设计轴出各段直径和长度。得：输入轴 各轴段的直径和长度设计出之后按弯扭合成应力校核轴的强度。 v下图为输入轴（轴1）载荷分析图 然后找出危险截面，并列出其水平面、竖直面的弯矩、总弯矩和扭矩。之后，计算危险截面的应力。而轴的许用应力为所以，危险截面的应力小于许用应力。因此，输入轴的设计是合理的。同理可以设计和校核出传动轴和输出轴。 各传动零件设计完之后，进行的箱体设计。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。箱体的壁厚为15mm；3.8箱体的设计顶盖箱座箱盖3.9装配各零件设计完之后，进行装配。这是三维装配图这是二维装配图4.数控回转工作台的运动仿真v顶盖去除v顶盖未去除
