课程设计—回转工作台设计

课程设计—回转工作台设计（共6篇）

篇1：课程设计—回转工作台设计

1概述

1.1数控加工中心的概述

加工中心自问世至今已有30多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成。

1、基础部件。它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。

2、主轴部件。由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。

3、数控系统。加工小心的数控部分是由CNC装置，可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。

4、自动换刀系统。由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。

5、辅助装置。包括涡滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。

带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称转台或第四轴。

1.2数控回转工作台的发展

数控车床今后将向中高挡发展，中档采用普及型数控刀架配套，高级采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增长。然数控回转工作台更有发展前途,它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被应用于卧式的镗床和加工中心上，可前进加工效率，完成更多的工艺，它重要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙打消和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。

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；

3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。

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，普通工机床将获得年均15％－20％左右的稳定增长。

随着数控功能部件的发展，精密回转工作台对功能部件的依赖性越来越大。从某种程度上讲，功能部件的发展水平代表了主机的发展水平，其可靠性、先进性尤为突出。

精密回转工作台球面蜗轮副具有瞬时多齿接触、磨损小、精度保持持久等优点。而且采用球面蜗轮副后，转台承载能力提高3倍以上。该设备采用气压制动，制动迅速、可靠、耐重切削。其密封采用国外先进公司的产品，防渗漏性能优异。采用高精密轴承，精度保持性能好。数控机床功能部件的产品水平与10年前相比，有了很大的提高。经过近20年的发展，数控分度头、数控刀架产品的品种不断完善，主要性能和可靠性有较大提高。数控刀架、数控转台、数控分度头已能满足中低档数控机床的配套需求。同时也要认识大，为高档数控机床配套的数控附件产品，与国外产品比还有一定差距。

数控回转工作台行业的发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品快速的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张，造成技术创新和技术改造的力度不大，使附件水平的发展严重滞后，成为制约民族机床工业发展的瓶颈。国产回转工作台配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面与发达国家相比都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有较大的优势。

1.3数控回转工作台的功能

数控回转工作台是数控铣床、数控镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要附件。它的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。

数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。数控回转工作台表面光滑平整，美观不易变型，耐高温、耐热、耐酸、耐碱，耐磨损、耐油、使用寿命长，也适合一般工厂作业与精密模具维修，仪器置放与检测等用途耐高温、耐磨损、耐油、使用寿命长，为多功能桌板，适合一般工厂、食品业、研究

室、电子厂无尘室使用。回转工作台耐冲击、吸震、美观，适合一般工厂钳工作业、机具维修、生产线包装与保养厂作业及其它用途使用。而且回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承及双列向心圆柱滚于轴承保持准确的回转中心。

数控回转工作台主要用途：是落地铣镗床，端面铣床等工作母机不可缺少的主要辅机。可用作支承工件并使其作直线或回转等调整和进给运动，以扩大工作母机的使用性能，缩短辅助时间，广泛适用于能源，冶金，矿山，机械，发电设备，国防等行业的机械加工。

1.4 数控回转转台的分类

转台是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工时转动工作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。转台按功能的不同可分为通用转台和精密转台两类。

1.通用转台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。

2精密转台用于在精密机床上加工或角度计量。常见的有光学转台、数显转台和超精密端面齿盘转台。

1.5数控回转工作台的工作原理

为了扩大工艺范围，提高生产率，数控机床回转工作台除具有沿X、r、z三个坐标轴的直线进给运动功能外，摇臂钻床往往还具有绕X、r、Z坐标轴的圆周进给运动。数控机床用于实现回转运动的部件主要就是回转工作台。数控机床回转工作台按安装方式又可分为立式、卧式、万能倾斜式；按照其伺服控制方式又可分为开环和闭环两种。

数控机床回转工作台的分度定位和分度工作台不同，数控机床它是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度，并没有其他的定位元件。因此，对开环数控转台的传动精度要求高比较、传动间隙还尽量要小。

数控机床回转工作台还设有零点，当它作回零控制时，先快速回转运动至挡块压合微动开关时，发出“快速回转”变为“慢速回转”的信号，再由挡块压合微动开关发出从“慢速回转”变为“点动步进”信号，最后由功率步进电动机停在某一固定的通电相位上(称为锁相)，数控机床从而使转台准确地停在零点位置上。数控转台的圆形导轨采用都是大型推力滚珠轴承，使回转灵活。径向导轨由滚子轴承及圆锥滚子轴承保证回转精度和定心精度。摇臂钻床用来调整轴承的预紧力，可以消除回转轴的径向间隙。摇臂钻床是来调整轴承的调整套的厚度，可以使圆导轨上有适当的预紧力，保证导轨有一定的接触刚度。这种数控机床回转

工作台可做成标准附件，回转轴可水平安装也可垂直安装，数控机床以适应不同工件的加工要求。

1.6数控回转工作台的组成

数控回转工作台具有两个正交测试轴的倾角仪作为测试工具，将倾角仪设置于待调平的转台台面中心处，使倾角仪的两个正交测试轴平行于转台台面，通过调整转台底座下的调平机构使倾角仪两测试轴输出的倾斜角度值转台即为调平状态。

等分回转工作台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度。因此必须另辟蹊径开发数控转台和摆头的新型电磁驱动系统，以实现数控机床旋转运动坐标的零传动驱动。

数控回转工作台包括转台底脚、圆形的转台台面、四个安装在转台底脚的上表面、以均角布置的滚动轴承件和一安装在转台底脚上表面中心的内装调心轴承的中心支座，每一滚动轴承件包括一第一滚动轴承和通过第一轮轴支撑第一滚动轴承的支座，回转工作台台面的下表面中心设置有一垂直向下的第二轮轴，回转工作台台面安装在转台底脚之上，第二轮轴与中心支座中的调心轴承的内圈固定，而所述第一滚动轴承的转动表面各与转台台面的下表面滚动接触。方案认证

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）零件与零件之间配合的选择

（11）功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求

2.1方案一

为了保证加工精度，分度工作台的定位精度(定心和分度)要求很高。实现工作台转位的机构很难达到分度精度的要求，所以要有专门定位元件来保证。在方案一中采用定位销式分度工作台。

定位销式分度工作台采用定位销和定位孔作为定位元件，定位精度取决于定位销和定位孔的精度(位置精度、配合间隙等)，最高可达 ±5′′。因此，定位销和定位孔衬套的制造和装配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。图1是自动换刀数控卧式镗铣床的定位销式分度工作台。该分度工作台置于长方形工作台中间，在不单独使用分度工作台时，两者可以作为一个整体使用。

图 1 定位销式分度工作台结构 —挡块； 2 —工作台； 3 —锥套；

—螺钉； 5 —支座； 6 —油缸； 7 —定位衬套； 8 —定位销；

—锁紧油缸； 10 —大齿轮； 11 —长方形工作台； 12 —上底座； 13 —止推轴承； 14 —滚针轴承； 15 —进油管道； 16 —中央油缸； 17 —活塞； 18 —螺栓； 19 —双列圆柱滚子轴承； 20 —下底座； 21 —弹簧； 22 —活塞拉杆

工作台2的底部均匀分布着八个(削边圆柱)定位销 8，在工作台下底座 12 上有一个定位衬套 7 以及环形槽。定位时只有一个定位销插入定位衬套的孔中，其余七个则进人环形槽中，因为定位销之间的分布角度为 45 °，故只能实现 45 ° 等分的分度运动。

定位销式分度工作台作分度运动时，其工作过程分为三个步骤：(1)松开锁紧机构并拔出定位销

当数控装置发出指令时，下底座 20 上的六个均布锁紧油缸 9(图中只示出 一个)卸荷。活塞拉杆 22 在弹簧 21 的作用下上升 15mm，使工作台 2 处于松开状态。同时，间隙消除油缸 6 也卸荷，中央油缸 16 从管道 15 进压力油，使活塞 17 上升，并通过螺栓 18、支座 5 把止推轴承 13 向上抬起，顶在上底座 12 上，再通过螺钉 4、锥套 3 使工作台 2 抬起 15mm，圆柱销从定位

衬套 7 中拔出。(2)工作台回转分度

当工作台抬起之后发出信号使油马达驱动减速齿轮(图中未示出)，带动与工作台 2 底部联接的大齿轮 10 回转，进行分度运动。在大齿轮 10 上以 45 ° 的间隔均布 八个挡块 1，分度时，工作台先快速回转。当定位 销即将 进入规定位置时，挡块碰撞 第一个限位开关，发出信号使工作台降速，当挡块 碰撞第二个限位开关时，工作台 2 停止回转，此时，相应的定位销 8 正好对准定位衬套 7。

(3)工作台下降并锁紧

分度完毕后，发出信号使中央油缸16 卸荷，工作台 2 靠自重下降，定位销 8 插入定位衬套 7 中，在锁紧工作台之前，消除间隙的油缸 6 通压力油，活塞顶向工作台 2，消除径向间隙。然后使锁紧油缸 9 的上腔通压力油，活塞拉杆 22 下降，通过拉杆将工作台锁紧。

工作台的回转轴支承在加长型双列圆柱滚子轴承 19 和滚针轴承 14 中，轴承 19 的内孔带有 1 ： 12 的锥度，用来调整径向间隙。另外，它的内环可以带着滚柱在加长的外环内作 15mm 的轴向移动。当工作台抬起时，支座 5 的一部分 推力由止推 轴承 13 承受，这将有效地减小分度工作台的回转摩擦阻力矩，使工作台 2 转动灵活。

2.2方案二

针对于卧式加工中心的回转工作台，也符合本课题的设计要求，下面对本方案进行简要的介绍：

由于不需要使用回转工作台有圆周进给运动，故对卧式加工中心的回转工作台采用分度回转工作台的设计方案。分度工作台的作用完成分度运动。由于设计要求中分度回转工作台的定位精度和重复定位精度较高，为满足分度精度的要求，我对设计的卧式加工中心的回转工作台采用齿盘定位方式。齿盘分度工作台的分度精度主要由齿盘尺寸精度及坐标精度决定，最高可达正负5”。

鼠齿盘式分度工作台采用 鼠齿盘作为 定位元件。这种工作台有以下特点：(1)定位精度高，分度精度可达 ±2

(2)由于采用多齿重复定位，因而重复定位精度稳定。

(3)因为多齿啮合，一般齿面啮合长度不少于 60 ％，齿数啮合率不少于 90 ％，所以定位刚度好，能承受很大外载。

(4)最小分度为 360 ° ／ Z(Z 为 鼠齿盘的 齿数)，因而分度数目多，适用于多工位分度。

(5)磨损小，且 因为齿盘啮合、脱开相当于两 齿盘对研 过程，所以，随

着使用时间的延续，其定位精度不断提高，使用寿命长。(6)鼠齿盘的 制造比较困难。

图 2为鼠 齿盘及其 齿形结构

图 3为鼠齿盘式分度工作台的结构

主要由一对分度鼠齿盘 13、14，升夹油缸 12，活塞 8，液压马达，蜗轮副 3 ﹑4，减速齿轮副 5、6 等组成。其工作过程如下：(1)工作台抬起，齿盘脱离啮合

当需要分度时，控制系统发出分度指令，压力油进入分度工作台 9 中央 的升夹油缸 12 的下腔，活塞 8 向上移动，通过止推轴承 10 和 11 带动工作台 9 向上抬起，使上、下齿盘 13、14 脱离啮合，完成分度的准备工作。(2)回转分度

当工作台 9 抬起后，通过推动杆和微动开关发出信号，启动液压马达旋转，通过蜗轮 4 和齿轮副 5、6 带动工作台 9 进行分度回转运动。工作台分度回

转角度由指令给出，共有八个等分，即为 45 ° 的整倍数。当工作台的回转角度接近所要分度的角度时，减速挡块使微动开关动作，发出减速信号使液压马达低速回转，为齿盘准确定位创造条件；当达到要求的角度时，准停挡块压合微动开关发出信号，使液压马达停止转动，工作台便完成回转分度工作。(3)工作台下降，完成定位夹紧

液压马达停止转动的同时，压力油 进入升夹油缸 12 的上腔，推动活塞 8 带动工作台下降，数控机床的结构与传动种圆弧或与直线坐标轴联动加工曲面，又能作为分度 头完成 工件的转位换面。

由于数控回转工作台的功能要求连续回转 进给并与其 他坐标轴联动，因此采用伺服驱动系统来实现回转、分度和定位，其定位精度由控制系统决定。

对于工作台的夹紧机构采用液压系统进行压力夹紧。

2.3方案三

在方案三中同样选择使用鼠齿盘式.工作台。

但是与方案二中不同的是夹紧方面可选择使用斜面浮动夹紧机构。斜面浮动夹紧机构如下图所示，当回转工作台需要夹紧、固定时，压力油经滤油器、油泵、电磁换向阀后，再经C口进入油腔，推动活塞运动，从而带动活塞轴2上的斜面滑块5向上运动，由于斜面的作用，使弹性夹紧体4受到比活塞上所受力大许多的垂直方向的力而向外张开，使夹紧导轨板6与夹紧槽面(回转体上开的环形槽)接触、受压产生止压力。并最终靠夹紧导轨板6与夹紧槽面间所产生的摩擦力F使回转工作台可靠地夹紧。为使夹紧体体积小些，受力状况好些，一般此夹紧体均对称地分布于转台上，并尽可能使其力臂大些。我们所采用的为四个对称布置的夹紧体，使中心轴只受扭转力矩，而径向力为零(图2)，以利转台保持高精度。需松开时，只需往D口通入一定的压力油，使活塞向下移动，带动斜面滑块克服夹紧阻力运动，同时由于夹紧弹性体4自身弹性而收缩，使夹紧导轨板与夹紧环形槽面脱开。本例中，夹紧导轨板与回转体环形槽面间始终保持0.1mm左右间隙(两侧面)，以利夹紧动作的可靠性和快速性。

图2 斜面浮动夹紧机构

1.法兰盘 2.活塞轴 3.活塞 4.弹性夹紧体 5.斜面滑块 6.夹紧导轨板 7.定位块

一般地，我们取滑块与斜面间摩擦系数较小，f=0.10，这时摩擦角Ø=tg-1f=5.246°。为了使活塞用较小的驱动力P，产生较大的夹紧力Q，只需＞Ø即可，但考虑到其他一些因素的影响，这里取=7°30′，很显然+Ø＜(/2)成立，从而满足滑块不自锁条件。

设夹紧体所需的夹紧力Q为85kN，由于P=Qtg(+Q)知只需使活塞产生的驱动力P约为20kN即可实现夹紧。显然，P力与Q力相比要小许多，与传统的不带斜面滑块的油缸(夹紧)相比，在相同的油压，需产生相同的夹紧力时，油缸体积要小许多，同时，成本低，无需碟簧复位，节省空间，使整个机构更小巧。通过以上分析可知该斜面浮动夹紧机构与传统油缸相比有许多优点，具有一定的推广性和实用性，对于从事机械设计的工程技术人员在做此类设计工作时，提供了一个较为新颖的可借鉴的夹紧机构。本设计方案选择

对前面三套方案进行分析比较，在基于本课题的设计要求的基础上，以及对于实际情况的考虑，本人决定采用第二套方案！

因为其他两套相较于方案二，会有些不合适的地方。在方案一中因其采用定位销式的定位方式定位精度较低以及旋转角度的限制，很少用于现代数控中心以及加工中心；而在方案三中，采用斜面浮动夹紧机构，其缺点在于动作缓慢影响数控加工中心的效率，而方案二中采用液压系统进行压力夹紧方式更加具有实用性，相较于其他两种夹紧方案更加实际﹑可操作。设计思路

数控回转工作台由交流伺服电动机驱动, 在它的输出轴上接连轴器, 再接一级齿轮减速器。该数控回转工作台由圆"柱齿轮传动系统、涡轮涡杆传动系统、间隙消除装置及液压系统压力夹紧装置组成。

因为是涡轮涡杆传动与分度, 所以停位不受限, 并不像端齿分度盘一样, 只能分度固定的角度的整数倍(5°、10°、15°等),而且偏转范围较大(110°～-70°), 能加工任何角度与倾斜度的孔与表面。齿的侧隙是靠齿轮制造精度和安装精度来保持。大齿轮的支撑轴与涡杆轴做成一个轴, 这种联结方式能增大连接的* 刚性和精度, 更能减少功率的损耗。

其工作原理简述如下: 回转工作台的运动由交流侍服电机驱动圆柱齿轮传动, 带动涡轮涡杆系统, 使工作台旋转。当数控回转工作台接到数控系统的指令后, 首先松开圆周运动部分的涡轮夹紧装置, 松开涡轮, 然后启动交流侍服电机, 按数控指令确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数.摆动部分的工作原理与此相同。需要说明的是, 当工作台静止时必须处于锁紧状态, 工作台沿其圆周方向均匀分布6 个夹紧液压缸进行夹紧。当工作台不回转时, 夹紧油缸在液压油的作用下向外运动, 通过锁紧块仅仅顶在涡轮内壁, 从而锁紧工作台。当工作台需要回转时, 数控系统发出指令, 反向重复上述动作, 松开涡轮, 使涡轮和回转工作台按照控制系统的指令进行回转运动。

数控回转工作台的设计和计算

整个数控回转工作台按照功用不同可以分为两个组成部分, 即圆周回转部分和摆动部分, 在圆周回转部分和摆动部分中, 又可以按照传动结构分为两个部分, 即齿轮传动部分和蜗轮蜗杆传动部分。以下将简单说明一下计算和设计过程。

圆周回转部分设计、数控回转工作台圆周回转部分的计算主要分为两个部分，即齿轮传动部分和涡轮涡杆传动部分的设计、计算。

这是很常规的计算。主要包括以下内容: 材料选择、精度及参数选择、螺旋角选择、齿宽系数确定、计算齿轮各个直径、中心距、齿轮宽度、齿面接触强度设计、校核弯曲疲劳强度等等。

涡轮涡杆传动设计计算主要包括以下内容: 涡轮涡杆材料、硬度、头数、齿数、螺旋三升角、涡轮齿宽、弯曲疲劳强度校核、效率计算、热平衡计算等等。

摆动部分设计、计算与圆周回转部分的设计过程完全相同, 不再赘述。数控回转工作台关键部件介绍机床产品的很多单元技术都孕育在关键功能

部件之中。在数控回转工作台中, 其主要部件———涡轮涡杆调隙结构、闭环检测结构、回转部位锁紧装置、润滑与密封等部位均属于关键部件。

4.1关键技术解决方法

调隙结构———双螺距渐厚涡杆介绍在数控机床中, 分度工作台、数控回转工作台都广泛采用涡杆涡轮传动。涡轮副的啮合侧隙对其分度定位精度影响最大, 因此消除涡轮副的侧隙就成为数控回转工作台的关键问题。一般在要求连续精确分度的机构中(如齿轮加工机床、数控三维, l回转工作台等)或为了避免传动机构因承受脉动载荷(如断续铣削)而引起扭转振动的场合往往采用双螺距渐厚涡杆, 以便调整啮合侧隙到最小限度。

双螺距渐厚涡杆与普通涡杆的区别是: 双螺距渐厚涡杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距(导程);而同一侧面的齿距(导o-e程)则是相等的(图4)。双螺距渐厚涡杆副的啮合原理与一般涡杆副啮合原理相同, 涡杆的轴向截面仍相当于基本齿条, 涡则相当于同它啮合的齿轮。由于涡杆齿左、右两侧面具有不同的齿距, 即左、右两侧面具有不同的模数m(m=t /π)。因而同一侧面的齿距相同, 故没有破坏啮合条件。双螺距渐厚涡杆传动的公称模数m 可看成普通涡轮副的轴向模数, 一般等于左、右齿?面模数的平均值。此涡杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的, 所以仍然可以保持正常的啮合。因此, 可用轴向移动涡杆的方法来消除涡杆与涡轮的齿侧隙。进度安排

1、熟悉课题

时间：2011.年2月7日起

成果：了解熟悉课题，查阅资料

2、开题报告

时间：2011年2月8日——2011年2月18日

成果：撰写开题报告。

3、绘制零件图

时间：2011年2月19日——2011年3月15日

成果：拆装回转工作台，并其不同模块的机械结构进行详细分析，出零件图。

4、机构设置并计算

时间：2011年3月16日——2011年4月1日

成果：完成毕业设计计算。

5、绘制总装配图

时间：2011年4月1日——2011年4月30日

成果：利用CAD和UG等绘图软件，绘制总装图一张。

6、翻译与本课题有关的外文资料

时间：2011年5月1日——2011年5月7日

成果：翻译与本课题有关的外文资料两篇，约5000汉字。

8、设计说明书

时间：2011年5月8日——2011年6月1日

成果：写出设计说明书，完成报告，准备答辩工作。

参考文献

[1] 冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社.[2] 杨克冲.数控机床电气控制.武汉：华中科技大学出版社.[3] 吴祖育.数控机床（第三版）.上海：上海教育出版社.[4] 刘书华.数控机床与编程.北京：机械工业出版社.[5] 隋明阳.《机械设计基础》北京：机械工业出版社.[6] 张桂香.《机电类专业毕业设计指南》机械工业出版社.[7] 张建纲、胡大泽主编.《数控技术》.武汉.华中科技大学出版社.[8] 全国数控培训网络天津分中心编.《数控机床》.北京：机械工业出版社.[9] 吴宗泽.《简明机械零件设计手册》.中国电力出版社.[10] 孙训方.《材料力学》.高等教育出版社

篇2：课程设计—回转工作台设计

摘要

本次毕业设计的题目是数控回转工作台及其闭环控制系统的设计。本课题主要介绍了数控回转工作台的原理和机械结构的设计，这种回转工作台是一种可以实现圆周进给和精确分度运动的工作台，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等几部分组成，是一种很实用的加工工具。它常被用于卧式镗床和加工中心上，它可提高加工效率，完成更多的工艺。通过本次对数控回转工作台及其闭环控制系统的设计，使我们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。本课题的主要内容包括：确定数控回转工作台的传动方案；驱动力的计算及其它相关计算；机械零件的设计与校核；通过AUTOCAD绘制装配图和零件图。

数控机床的圆周进给是由回转工作台完成的，回转工作台可以与X轴、Y轴、Z轴三个坐标轴联动，从而加工出球面、圆弧曲面等复杂曲面。数控回转工作台可以实现精确的自动分度，从而扩大了数控机床的加工范围。随着数控技术越来越广泛的应用，数控回转工作台的发展已成为历史的必然。关键字：数控回转工作台,齿轮传动,蜗杆传动,数控技术

-I

A b s t r a c t

-III

目录

3.4.1 选择蜗杆传动类型...................................................................15 3.4.2 选择材料..................................................................................15 3.4.3 按齿面接触疲劳强度进行校核.................................................16 3.4.4 蜗杆与蜗轮的主要尺寸与参数………………………………… 18 3.5 轴承的选用....................................................................................................17 3.5.1轴承寿命的验算…………………………………………………… 19 3.5.2轴承游隙调整……………………………………………………..19

3.5.3 滚动轴承的配合………………………………………………………

3.5.4 滚动轴承的润滑………………………………………………………

3.5.5 滚动轴承的密封装置…………………………………………………

3.6 轴的校核与计算…………………………………………………………..22 3.6.1 轴一的校核与计算………………………………………………..22 3.6.2 轴二的校核与计算………………………………………………..25 3.7 夹紧机构的校核与计算…………………………………………………….3.8 齿轮上键的选择与计算…………………………………………………..第四章 控制系统的设计............................................................................27 4.1 CPU板............................................................................................................27 4.1.1 CPU的选择...............................................................................27 4.1.2 CPU接口设计...........................................................................28 4.2 驱动系统和人机界面....................................................................................28 结论...........................................................................................................29 参考文献...................................................................................................30 致谢及声明...................................................................................................31

-V

第一章

引

言

第一章 引 言

1.1 本课题的背景和意义

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、复合机床等装备在制造业内已呈现出量大面广的态势，这类工作母机在各类制造业已经得到广泛普及，清晰地表达出了时代特征和发展潮流。机床运动不管是并联运动机床，还是运动叠加的串联机床，对大多数金属加工机床来说，数控进给复合运动的加工，都是以直线轴加上回转轴的联动来实现的。为了应对日益增多的复杂零件加工、提高加工的精度和效率，多轴机床和复合机床需要进一步的创新发展。因此，在现代加工中心的开发中，数控回转工作台的设计与制造便成为了研制机床部件的核心任务之一，而数控回转工作台，同时起着承载工作重量、夹持工件的功能，因此要非常重视其创新设计。

但是，在中国数控回转工作台的产业发展中也出现了很多的问题，情况并不容乐观，如产业结构不合理，产业还集中于劳动力密集型得产品；技术密集型产品明显落后于西方发达国家；生产要素的决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源的破坏力大；企业的总体规模还偏小、技术创新能力比较薄弱、管理水品也相对比较落后等。

从什么角度剖析中国数控回转工作台产业的发展状况？用什么方式评价中国数控回转工作台产业的发展程度？如何定位中国数控回转工作台产业的发展方向和前景？中国数控回转工作台产业发展与当前的经济热点问题关联度如何？此类问题，都是数控回转工作台产业发展中必须面对和解决的。中国数控回转工作台产业已经发展到了岔口：中国数控回转工作台生产企业急需选择发展的方向。

中国数控回转工作台产业发展研究报告阐述了世界数控回转工作台产业的发展历程，分析了中国数控回转工作台产业的发展现状和差距，开创性的提出了“新型的数控回转工作台产业”及其替代品产业概念，在此基础上，从而从四个方面即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确界定了“新型的数控回转工作台产业”及其替代产品的内涵。根据“新型的数控回转工

第一章

引

言

1.3 数控回转工作台的原理与特点

数控回转工作台的使用，为加工中心和数控铣床提供了回转的坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台完成等分、不等分或连续的回转加工，加工出复杂的曲面，使机床原有的加工范围得以扩大。数控回转工作台未来的发展方向是：在规格上向两头延伸，也就是开发小规格与大规格的转台以及相关的制造技术；在其性能方面将进一步提高刹紧力矩、提高主轴转速，向可靠性的方面发展。数控机床的圆周进给由数控回转工作台来完成，被称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X轴、Y轴、Z轴三个坐标轴联动，以加工出球、圆弧曲线等复杂曲面。回转工作台可以实现精确的自动分度，使数控机床的加工范围得以扩大。数控回转工作台主要用于数控镗床与铣床，其外形和通用工作台相似，不过它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给的轴联动。为自动换刀数控镗床的回转工作台。它的进给、分度转位和定位锁紧都是以给定的程序指令进行控制的。数控转台的发展方向是：在规格上向两头延伸，也就是开发小型转台和大型转台；在性能上将研制以青铜为材料的蜗轮，大幅度的提高工作台转速以及转台的承载能力；在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。机床工具行业的发展，依赖于行业技术整体水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变的这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张的原因，造成技术创新和技术改造的力度不大，致使附件水平的发展严重滞后，从而成为制约民族机床工业发展的瓶颈。国产配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、精度稳定性等方面与西方发达国家相比都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有比较大的优势。另外，近几年台湾地区的数控附件产品明显加大了对大陆市场的开发力度，使国内市场竞争态势日趋激烈。在今后几年中，我国机床附件厂要发展中档次品种，在提高产品质量、性能水平与可靠性的同时，也要跟踪学习西方发达国家的先进技术，并在产品创新下功夫；总结经验，加强产、学、研的结合，走专业化生产的路子，面向市场，积极参与竞争以满足主机发展的需要。

第二章

数控回转工作台的原理与应用

渐增厚。但因为同一侧的螺距是相同的所以仍然可以保持正常的啮合。当工作台静止时转台必须处于锁紧状态。为此在蜗轮底部的辐射方向上有4对夹紧瓦并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时活塞便压向钢球撑开夹紧瓦从而夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，需先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下钢球抬起夹紧瓦将蜗轮松开。转台的导轨面是由大型的滚柱轴承支承并由深沟球轴承、双列推力球轴承及双列圆柱滚子轴承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此必须采用高精度的蜗杆副。在半闭环控制系统中可以在实际测量工作台的静态定位误差之后确定需要补偿角度的位置以及补偿值，将其记忆在补偿回路中由数控装置进行误差补偿。在全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。转台设有零点，当它作回零运动时先用挡铁压下限位开关使工作台降速然后由圆光栅或编码器发出零位信号使工作台精确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度也可以作连续的回转进给运动。数控回转工作台的具体结构如图2-1所示。

2.2 设计准则

本课题的设计准则：

1）分析转台的原理和性能；

2）创造性的利用所需要的物理性能； 3）预测机床意外载荷； 4）判别功能载荷和意义；

5）提高合理应力分布以及刚度； 6）创造有利载荷条件；

7）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸； 8）重量要合理；

9）零件与整体零件之间精度适宜； 10）根据性能组合选择材料； 11）功能设计应适应制造工艺； 12）降低制造成本。

第三章

数控回转工作台的设计

第三章 数控回转工作台的设计

3.1 传动方案的选择

3.1.1 传动方案传动时应满足的要求

此次设计的数控回转工作台主要由原动机、传动装置和转台组成，传动装置是在原动机和转台之间传递运动和动力的，可实现精准地分度运动。合理的传动方案应满足以下要求：

（1）机械功能的要求：应满足工作台的功率和运动形式的要求；（2）工作条件的要求：满足工作环境和工作制度要求；（3）工作性能要求：应该保证该转台工作可靠、传动效率高；

（4）结构工艺性要求：要满足结构简单、尺寸紧凑、使用维护方便、经济性合理等要求。

3.1.2 传动方案及其分析

如图3-1的传动方案所示，数控回转工作台的传动方案：一级传动为齿轮减速传动，二级传动为蜗轮蜗杆传动。

图3-1 传动方案

数控回转工作台的传动方案路线为：交流伺服电机—齿轮减速传动—蜗杆传动—数控回转工作台。

第三章

数控回转工作台的设计

度，从而实现位移，因此，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，与伺服电机接受的脉冲形成了呼应，因此称为闭环，这样一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又回收了多少脉冲，如此，就能够很精确的控制电机的转动，因此，可以实现精确定位。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便，产生电磁干扰，对环境有要求。它一般用于对成本敏感的普通工业以及民用场合。

无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机无需维护，效率高，运行温度低，电磁辐射小，寿命长，适用于各种环境。

2.交流伺服电机是无刷电机，可以分为同步与异步电机，目前的运动控制中一般都采用同步电机，它的功率范围很大，可以得到很大的功率。惯量大，最高的转动速度低，并且随着功率的增大而快速的降低。因此，适合于做低速平稳运行的应用。

3.伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成了电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时，电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，从而，调整转子转动的角度。伺服电机的精度由编码器的精度决定。

3.2.2 伺服电机的选择及运动参数的计算

伺服电机的额定功率应等于或稍大于工作要中求的功率。如果额定功率小于工作中的要求，则不能保证工作机器正常工作，或是电机长期过载、发热大而过早损坏；假如额定功率过大，则电机价格高，由于效率和功率因数低而造成浪费。工作所需功率为：Pw=FwVw/1000w Pw=Tnw/9550w

式中T=150NM,nw36rmin，电机工作效率w=0.97代入上式得

Pw15036/(95500.97)0.57KW

电机所需的输出功率为：Po=Pw/

第三章

数控回转工作台的设计

常生活中用的手表、电扇等都要使用各种各样的齿轮。齿轮的种类很多，有圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、螺旋齿轮、直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮、蜗轮等。其中使用较多，亦较简单的是圆柱直齿轮，又称标准圆柱齿轮。

直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的接触线均平行于齿轮的轴线。因此轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合的，载荷沿齿宽突然加上及卸下因此直齿圆柱齿轮传动的平稳性差，容易产生噪音和冲击，因此不适合应用于高速以及重载的传动中。

根据GB/T10085—1988的推荐，本次毕业设计采用的均为直齿圆柱齿轮。

3.3.2 齿轮材料的选择原则

齿轮材料选择的基本原则：

1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金银；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。

2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。

齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氨化和表面淬火。采用渗碳上艺时，应选用低碳钢或低碳含金钢作齿轮材料；氨化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。

3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。

4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。

第三章

数控回转工作台的设计

m=1.25mm。

3）计算齿轮传动中心距：am(z1z2)270mm,中心距尺寸的尾数应为0或5。

4）计算齿轮的几何参数：分度圆直径：d1mz145mm，d2mz288mm；齿宽：bdd120mm，取b2=20mm,b1=15mm。齿顶圆直径：da1m(z12ha)=48mm，da2m(z22ha)=90mm；齿根圆直径：df1m(z12ha2c)=40mm；df2m(z22ha2c)=83mm。基圆直径db1d1cosd1cos20o42.3mm；db2d2cosd2cos20o82.7mm。

（4）校核齿轮传动的弯曲疲劳强度

查图16-25取标准齿轮（x=0）的复合齿形系数YFS1=4.2,YFS2=3.96;按式（16-23）验算齿根弯曲疲劳强度

2KT1YFS211071944.2MPa85.25MPaF1

F1d1bm45652.5Y3.96MPa80.38MPaF2

F2F1FS285.25YFS14.2经验算，齿根弯曲疲劳强度满足要求，故合格。

（5）计算齿轮的圆周速度，确定齿轮精度

齿轮的圆周速度为 d1n13.1445980

vms3.53ms

601000601000

查表16-7，根据圆周速度v=3.53ms,取该齿轮传动为8级精度。

（6）绘制齿轮零件图3-2和图3-3。

3.3.4 结构设计

根据齿轮的尺寸查机械设计手册表3.7—31得出小齿轮为实心齿轮，大齿轮为孔板式齿轮。结构图如下图所示：

第三章

数控回转工作台的设计

3.4 蜗轮与蜗杆的选用与校核

3.4.1 选择蜗杆传动类型

由于本次传动场合为机床上的工作台，整体传动要求传动精度高，同时蜗杆副存在传动间隙，因此采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置调整间隙。根据整体传动比需要设计比较大，蜗轮蜗杆的整体传动比也比较大，蜗杆采用单头蜗杆，为了工作台在工作中受力平衡与工作平衡，蜗杆的旋向采用右旋。

3.4.2 选择材料

由于考虑到蜗杆传动效率不大，而且速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10Pb1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属材料，此处的齿圈用青铜制造。

3.4.3 按齿面接触疲劳强度进行校核

根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：

a3kT2(ZEZPH)2(2-5)（1）确定作用在蜗轮上的转距T2 按Z1=2，估取效率η=0.8，则:T2Ti153.4Nmm（2）确定载荷系数K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数Kβ=1；由表选取使用系数KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则

KKAKKV11.151.11.2651.27

（3）确定弹性影响系数ZE

第三章

数控回转工作台的设计

δH1.531.27170402.310.9773429MPa

451552.5tanr

tan(r)验算效率 (0.95~0.96)已知r=19.45oarctanfv;fv 与相对滑动速度Vs有关 Vs=d1n1601000cosr35.51400601000cos19.54o2.76ms

从表中用插值法查的fv=0.0238;1.759o,代入式中得0.89~0.90，所以弯曲强度是满足要求的。

3.4.4 蜗杆与蜗轮的主要尺寸与参数

直径系数q=12；分度圆直径d1=42mm，蜗杆头数Z1=1；分度圆导程角

zm=arctan14.7o,齿形角20o;

d1蜗杆轴向齿距：PA=394mm；

蜗杆齿顶圆直径：da1d12ham50.4mm 蜗杆轴向齿厚：Sa12m=5.5mm 蜗轮：

Z2=120 Z1蜗轮齿数: Z2 =2a/m-q=120，变位系数Χ=0 蜗轮分度圆直径: d2mz23.5120=420mm 蜗轮喉圆直径: da2d22m=420+7=427mm

*传动比: i=蜗轮喉母圆直径: dg22ada2=462-432mm=30mm 蜗轮齿根圆直径： df2d22m(1.16X2)=415mm 蜗轮齿顶圆直径： de2d220.5m=425mm 蜗轮轮缘宽度： B=0.45（d1+6m）=20mm

3.5 轴承的选用

轴承是各种机械设备中的重要支撑件，其功能是支承轴或是轴上的零

第三章

数控回转工作台的设计

3.5.1 轴承寿命的验算

1．求比值 Fa27000.49 Fb5500根据表13-5，深沟球轴承的最大e值为0.44，故此时

Fae。Fb2．初步计算当量动载荷P,根据式(13-8a)Pfp(XFrYFa)

按照表13-6fp1.0~1.2，取fp=1.2。

按照表13-5，X=0.56,Y值需在已知型号和基本额定静载荷Co后才能求出。现暂选一近似中间值，取Y=1.5，则

P1.2(0.5655001.52700)N8556N

3.根据式（13-6），求轴承应有的基本额定动载荷值

60nLh60125050008556N61699N C=P1061064.按照轴承样本或设计手册选择C=61800N的6310轴承 此轴承的基本额定载荷Co=38000N.验算如下：

Fa27001）求相对轴向对应的e值与Y值。相对轴向载荷为0.07105，Co38000在表中介于0.07-0.13之间，对应的e值为0.27-0.31，Y值为1.6-1.4。2）用线性插值法求Y值。

(1.61.4)(0.130.07105)Y=1.4+1.579

0.130.07 X=0.56, Y=1.579 3)求当量动载荷Po P=1.2(0.5655001.5792700)8870.28N 4)验算6009轴承的寿命，根据式（13-5）

106C106618003()()h7000h5000h

Lh60nP6012508870.28即高于其计算寿命。故该对轴承适用。

3.5.2 轴承的游隙的调整

轴承的游隙通过预紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。

3.5.3 滚动轴承的配合

滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采

第三章

数控回转工作台的设计

3.5.5 滚动轴承的密封装置

密封对轴承来说是不可缺少的。密封既可以防止润滑剂的泄露，也可以防止外界有害异物的侵入。否则会引起轴承滚道的磨粒磨损，降低轴承的使用寿命，还可能使轴承零件受到有害气体和水分的锈蚀，加速润滑剂老化。因此，轴承的密封装置是轴承系统的重要设计环节。设计时应考虑能达到长期密封和防尘的作用，同时要求摩擦和安装误差小，拆卸、装配方便，维修保养简单。

密封装置可分为静密封（固定密封）和动密封（转动密封）两种，前者称为垫圈密封，后者称为密封圈密封。按密封的结构形式又可分为接触式密封和非接触式密封。

接触式密封是密封装置和密封部位间存在着贴合压力的直接接触。因此接触式密封装置的接触形式、贴合压力、润滑状态、滑动速度以及相接触处的表面加工质量等因素都会直接影响到轴承摩擦力容许转速及温升。所有接触式密封装置在运转使用过程中会发生磨损，其磨损和失效的程度与接触式密封装置本身性能及使用条件有关。

非接触式密封就是密封装置和所需密封部位间不发生直接接触。由于非接触式密封装置中的密封间隙处，除了存在润滑剂摩擦外均不会出现任何其他的摩擦，因此非接触式密封不会产生磨损，使用时间较长也不会产生明显的热量，可适用于转速较高的地方。但密封的间隙也不能过大，否则起不到密封效果。

轴承的密封装置可以设置在轴承的支承部位，也可以设置在轴承上，前者为支承密封，后者为自身密封。

此处采用的是接触式密封，唇形密封圈。

唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，蜜蜂唇应朝外。

3.6 轴的校核与计算

轴是组成机器的重要零件之一。轴的主要功能是支撑齿轮或带轮等传动零件和轴上其他零件，并传递运动和动力。同时，它又通过轴承被支撑在机架上。轴

第三章

数控回转工作台的设计

2T2350167N476N6 d273tantan20o4666N1748N

蜗轮的径向力

FrFrocoscos121520

蜗轮的轴向力

Fa=Fttan4666tan12o1520N1015N

蜗轮的圆周力

Ft2

3)计算支反力及弯矩。根据图b所示的受力关系绘制垂直平面内的受力简图，如图c所示。求支反力：由MB0,得

Fr59FAV118Fad20

Fr59Fad217385910142732所以 FAVN88N

118118由FV0, 得FBVFrFAV1738(-98)N1866N

求垂直平面各截面的弯矩。对轴的各截面受力状态分析可知，传动力作用点所承受的弯矩最大，对该截面设定为I-I截面；此外，轴段3上承受了较大弯矩的部位是与轴段4连接的直径变化处，对该界面设定为截面。上述两截面是需要校核的两个截面。

； 截面：MIV左9859Nmm5682Nmm

MIV右=183659Nmm108326Nmm

截面：MV1836(5933)Nmm47766Nmm

根据上述计算结果绘制垂直平面内的弯矩图，如图C所示。

计算水平平面内的支反力及弯矩。根据图b所示的受力关系绘制水平平面内的受力图，如图d所示。

求支反力：；由MB0,得

如图d所示，传动力Ft布置于两支反力的中间，且距离相等，故

Ft4666

FAHFBHN2363N

22求垂直平面各截面的弯矩。

截面：MIH233359Nmm=137667Nmm

截面：MV2333(5933)Nmm60668Nmm 求各剖面的合成弯矩。I-I截面：MI左=M2IVM2IH (-5782)21376472Nmm137668Nmm

MI右=M2IVM2IH10832421376472Nmm175259Nmm 截面：

第三章

数控回转工作台的设计

3.6.2 轴二的校核与计算

轴二即蜗杆轴的校核与计算方法与轴一相同，经校验该轴符合要求。

3.7 夹紧机构的校核与计算

在本次设计中采用液压缸作为转台的夹紧机构，液压缸又被称为油缸，它是液压系统中的执行元件，其功能就是将液压能转换成直线往复式或摆动式的机械运动。液压传动具有很多优点：

1、工作比较平稳，反应快，冲击小，可以高速启动；

2、液压缸的体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑，能够输出较大的力；

3、控制调节方便，便于实现自动化；4由于功率损失所产生的热量可由流动的油带走，因此，可避免在系统某些局部位置所产生的过度温升。

单个油缸的尺寸计算：

1、活塞：

第三章

数控回转工作台的设计

选A型平键 根据直径d=15mm和轮毂宽度15mm，从表21-1中查的键的截面尺寸为b=5mm，h=5mm，l=10mm，此键的标记为：

键 55 GB 1096-90（2）校核挤压强度

p4Tdhlp L=L-B=(10-5)mm=5mm T=525250Nmm，由表21-2查的许用挤压用力为p=（100-120）Mpa 则p452525015510MPa79.8MPap，故挤压强度足够。电机外伸轴上的半圆键为 键 C315 GB 1096-79 其校核方式和蜗杆轴上的键相同，经校核强度足够。

第四章

控制系统的设计

0、定位器中断1）、RAM为128B、14位的计数器WDT、I/O接口共有32个。

4.1.2 CPU接口设计

CPU接口部分示意图如4—1所示：

图4—1 AT89C51需要完成的任务：

（1）将行程开关的状态读入CPU,通过中断进行处理，它的优先级别最高。（2）通过程序实时控制电机和电磁阀的运行。

（3）接受键盘中断指令，并响应指令，将当前行程开关状态和键盘状态反应到LED上，实现人机交互的作用。AT89C51的I/O接口按以下方式分配： 1）2）3）4）P0口通过锁存器741S373控制七段数码管的段； P1口通过扫描矩阵键盘获取外部指令； P3口控制七段数码管的位的选择；

P4口用于反馈回路的信号输入（光栅）、电磁阀驱动、急停信号等。

4.2 驱动系统和人机界面

传动驱动部分包括交流伺服电机和电磁阀的驱动，交流伺服电机必须满足快速急停、定位和退刀时可以快速运行、工作时能带动工作台并克服外力并按照指令的速度运行。在定位和退刀时夹紧机构放松。

人机界面的设计准则为：要有良好的人机交互能力，要求操作方便。此系统中的八个数码管前四个可以显示键盘输入的数据等指令，后四个可以记下工作台的显示光栅反馈给单片机的位置信号，并将角度位移显示出来。

致谢及声明

致

谢

衷心感谢导师杨教授对本人的精心指导。在此次毕业设计中，由于我所学知识过于繁杂，而且不精，不够系统，所以在做毕业设计时总是会有茫然的感觉，往往遇到问题时就会向老师请教，老师也总是不厌其烦地给我讲解，给我启发，让我知道该怎么去解决所遇到的问题，慢慢得，我学会了如何独立的去解决问题。记得每次去见老师，让老师检查我们所做的东西，老师往往要在电脑前坐好几个小时给我们指点设计中的不足。真诚地感谢杨老师的辛勤付出！

篇3：课程设计—回转工作台设计

随着许多行业对高精度、快节拍的加工母机的大量需求,高速高精卧式加工中心得到飞速发展。从而对高精度转台的要求也越来越高。

鼠牙盘式回转工作台以其定位精度高、加工过程性能稳定的优势得到广泛应用。本文以HMS63型卧式加工中心的鼠牙盘式转台为例,重点介绍高精度转台设计及计算的过程。

2 原理结构设计

HMS63型卧式加工中心是针对目前需求新研发的一款高速、高精密卧式机床。其鼠牙盘式回转工作台基本参数要求:工作台台面尺寸为630mm×630mm;载重:1200kg;定位精度:10″;重复定位精度:6″。转台具体结构见图1。

1.底座2.蜗杆轴3.缸体4.下鼠牙盘5.上鼠牙盘6.回转座7.工作台8.夹紧器9.活塞

转台的下鼠牙盘4固定在底座1上,上鼠牙盘5固定在回转座6上。转台共有3种工作状态:

(1)图示位置为鼠牙盘落下锁紧状态,此时是由A1油口进油,使活塞9处于下端位置,活塞9通过回转座6使上鼠牙盘5与下鼠牙盘4啮合在一起,从而实现回转座6锁紧,同时工作台7是用夹紧器8实现与回转座6的定位与夹紧的,此时,工作台7、回转座6与底座1锁紧为一体,可以进行切削加工。

(2)当由B2油口进油时,使活塞9上升,同时带动回转座6和上鼠牙盘5上升,与下鼠牙盘4脱开,此时可以通过蜗杆轴2传来动力(动力传动见图2),通过与蜗轮的啮合,带与固定一起的动缸体3转动,缸体3通过销子带动回转座6与工作台7一起转动,实现转台的转动。

(3)当B1进油时,进入夹紧器8,使得夹紧器的卡爪松开工作台,此时可以进行工作台7的交换。q1气动管路可以起到确认的作用:当工作台7下面的锥孔与夹紧器8的定位锥面接近时,使得管路q1的压力升高,超过设定值,即可认为工作台7到位。q2气动管路为夹紧器的锥定位面吹气,保证工作台7夹紧时与夹紧器8接触面的清洁。

转台回转定位是由鼠牙盘完成的,工作台的回转由交流伺服电机驱动,动力经一对带轮增大扭矩后传递给蜗杆轴、蜗杆轴与蜗轮轴啮合使得工作台及回转座回转。此种转台的定位方式,对动力传递装置定位的准确性要求不是太高,因此在实际生产中对蜗杆副加工的要求不太苛刻,更容易实现。

3 校核计算

3.1 上鼠牙盘浮起计算

工作台7质量m1=300kg,回转座6质量m2=225kg,浮起时带起其它零件总质量m3=75kg,工件最大重量为载重m4=1200kg,鼠牙盘浮起时,浮起部分的总质量为:

M=m1+m2+m3+m4=300+225+75+1200=180kg

总重量W=mg=1800×9.8=17640N

当由B2管路进油时,管路油压力P=6MPa,活塞9外径D1=180mm,被轴占据的内径D2=50mm,A为有效截面积,活塞9所能承受的力F:

因为F>W,所以活塞大小及其液压油的压力符合要求。油缸设计合理,为了进一步保证其浮起稳定性,在管路上装有的减压阀,调节管路压力,调整鼠牙盘升起的速度及其稳定性。

3.2 回转工作台电机的选择计算

回转工作台选用德国西门子交流伺服电机,交流伺服电机是专门为对动态性能和精度有很高要求的机器进给驱动而开发设计的永磁型电机,具有特性优良、运行稳定可靠,高转速、大扭矩、极高的耐热性等性能。

预选西门子伺服电机型号为1FT6086-1AF71-1AG1,额定转速n=3000r/min,额定扭矩M=18.5N·m,功率P=5.8kW,转动惯量J=66.5×10-4kg·m2。

(1)工作台旋转传动比的计算

i为传动比;Z1为带轮1齿数;Z2为带轮2的齿数;Z3为蜗杆轴的头数;Z4为蜗轮的齿数。

(2)工作台旋转扭矩的计算

工作台回转时,鼠牙盘浮起后,活塞内油面与回转座的零件接触,摩擦系数为0.0005,浮起零件总重量W=17640N。

摩擦力最大为:f=17640×0.0005=882N

摩擦力矩为:M1=f×r=882×57.5×0.001=50.7N·m

预选电机的额定扭矩为18.6N·m,电机的额定扭矩大于负载的扭矩M2,所以,所选电机满足要求。

(3)工作台旋转惯量的计算

工作台回转部分及工件总质量:M=1800kg

工作台回转部分及工件总的回转惯量按下式计算:

其中:M为回转体的质量,l为工作台边长,l=630mm=0.63m。

折算到电机轴上的转动惯量为:

惯量,查电机样本得,该种惯量匹配能获得高的动态响应,能够达到转台的性能要求。因此,所选电机满足设计要求。

4 结 语

样机生产装配完成后,进行了指标测试,其测试结果转台满载时,转动和交换都能顺利平稳快速完成,其转动定位精度达到6″,重复定位精度达到4″,各项指标均能达到设计前预计指标。

该类型的转台批量化生产时,优化加工及装配工艺,保证其精度的稳定性、可控性。能够为机床的发展提供可靠的部件保障。

摘要：以HMS63型卧式加工中心鼠牙盘式回转工作台的设计为例,讲述鼠牙盘式回转工作台的设计过程。详细阐述了鼠牙盘式回转工作台的工作原理、结构以及相关的理论计算。通过对机床样机测试结果,证明该鼠牙盘式回转工作台的结构设计是合理的、设计方法是切实可行的。

关键词：鼠牙盘,回转工作台,结构设计,卧式加工中心

参考文献

[1]现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册[M].北京:机械工业出版社,2006.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京:化工工业出版社,2009.

篇4：四工位立式回转刀架机电系统设计

关键词：自动回转刀架；刀架控制原理；刀架电气控制系统仿真

1 数控机床刀架的介绍

自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。机床的加工性能受刀具夹持原件的结构特性及它与機床主轴的连接方式的直接影响。而机床的换刀效率受到刀库结构形式及刀具交换装置工作方式的影响，而整机的成本造价又受自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度的直接影响。

2 数控刀架的工作原理及电气设计

电气是机械的控制中心，也就是说电气原理的设计可以实现机械动作的复杂操作控制。下面我们通过数控刀架的电气知识霍尔效应、刀架的接线原理图和具体的经济型刀架换刀过程等，对电气原理的运用做进一步的了解。

2.1 数控车床四工位刀架换刀工作原理

电机会在接到换刀键或者换刀的指令后正转，蜗杆、涡轮、轴、轴套由于花键的定位作用，同联轴器一同转动。轴套外圆上有两处凸起，能够限位轴套，使轴套在套筒内孔中的螺旋槽内作滑动，因刀架与上端齿盘同套筒相连，此时会因套筒的滑动被举起，使上下齿盘分开，刀架抬起，当套筒继续转动时，刀架会被带动旋转90°（如不到刀位，刀架还可以继续转180°、270°、360°），而且此时控制装置能够收到由微动开关发出的检测信号，直到刀架转到指定位置，控制装置会根据微动开关提供的刀架已经到达指定位置的信号，使电动机反转，此时定位销会使刀架定位不再回转，刀架则向下移动，上下端齿盘重新压合。当蜗杆继续转动，产生轴向位移，压缩弹簧，曲面压缩开关使电机停止旋转，从而完成一次转位。微机系统的控制目的就是指四工位自动回转刀架上的四把刀具中的任意一把转到指定的工作位置。

2.2 数控刀架电气控制系统设计

2.2.1 霍尔原理在刀架中运用的简单概述 一台数控机床能够进行生产加工的衡量标准即是它的精度，如果精度不能满足需求，它就不能进行生产，而霍尔元件检测的精确性却在很大程度上保障着数控机床的精度。在数控机床上，常用霍尔接近开关来检测刀位。首先，在换刀开关接通时会发出换刀信号，随后放大器在电机的驱动下正转，刀架被抬起，电机则继续正转，霍尔元件会在刀架每转过一个工位时进行检测，判断是否为所需刀位。若不是所需刀位，电机继续正转，直到所需刀架转到工位。

那么从电路的角度来看，当整个电路被接通时，正转线圈自锁，换刀开关处于自动档的位置控制开关进行自动换刀。而霍尔元件会在刀架转到所需刀位时自动断开，停止电机。此时翻转电路接通，延迟反转，刀架下降并压紧。所以从这个过程中我们可以看出来霍尔元件在数控机床中不但起到了检测与反馈作用，也是数控机床精度的可靠性保障。

2.2.2 四工位刀架PLC接线原理图 机床PLC控制着数控机床刀架，而普通的四工位刀架用于普通机床，所以控制比较简单。我们要分析数控机床的控制原理，其实就是分析车床刀架的换刀过程，而换刀过程其实就是PLC对控制刀架所有I/O信号进行逻辑处理与计算。另外换刀过程也需要设置一些相对应的系统参数来保证正常进行。在我们分析之前，还得先了解关于刀架控制的电气部分。刀架控制电气部分如下图所示。图中a是控制刀架的正反转，是强电部分；图b控制的是两个交流接触器导通和关闭，实现图a中强电部分的控制，是弱电部分；图c部分是直接控制刀架的部分电路，控制继电器回路及PLC的输入及输出回路。

图中各器件的作用如下：

①M——刀架电动机；

②QF1——刀架电动机带过载保护的电源空开；

③Km1，Km2——刀架电动机正、反转控制交流接触器；

④KA1，KA2——刀架电动机正、反转控制中间继电器；

⑤S1～S4——刀位检测霍尔开关；

⑥SB1——启动按钮；

⑦SB2——停止按钮；

⑧C——电容给刀架单项电机不项。

接线图回路图简析：假设，当1号刀在PLC输入/输出电路中输入时，同时选择手动刀。KAI线圈就会因为SB1的闭合而进行翻转，当KA1触点断开后，便能实现互锁。而KA1触点的导通（KA1始终处于闭合状态）会使的KM2线圈得电反转，便能够实现双重互锁。此时刀架正转接触器回路导通，强电回路中的KM2触点闭合后会使刀架进行正转。霍尔元件会准确的检测到1号刀架是否到达信号位，如果到达，刀架定位锁紧，电机停转，直到结束。其他3把刀换刀方式依次类推。

篇5：课程设计工作总结

本次课设我做的是一个简单的ATM取款机转账功能。系统中采用的技术主要有：JDBC数据库连接技术、和MVC三层架构利用MyEclipse集成开发环境。MVC模式设法减少可复用的域模型与显示代码之间的联系。它通过在显示与域对象之间引入一个控制器来实现。控制器处理来自显示层的事件，并将事件影射为域模型的改动。控制器通过注册显示层以获得域模型被改动的通知，从而令显示层能被更新。

同时用到了Struts2框架。Struts是一个基于SunJ2EE平台的MVC框架，是MVC模式的一种实现。Struts继承了MVC的各项特性，并根据J2EE的特点，做了相应的变化与扩张。Struts能充分满足应用开发的需要，简单易用，敏捷迅速，很受关注。从根本上讲，Struts2是一个MVC框架。Struts2出了一个MVC框架之外，还是一个小巧的轻量级容器。让你可以创建某些特性，以便让其他程序员从你所购建的独一无二的容器中收益。

虽然系统的基本功能都已实现，但还是存在系统不稳定等多个问题尚待解决。这个系统主要是我自己开发的，但也得到了老师和同学的很大帮助。我正在做系统的过程中遇到了很多问题，有的是知识存储不足，有的是考虑不够周全，之所以能够顺利实现基本功功能，离不开老师和同学的大力相助。事实证明，只靠自己是不能顺利完成一套功能完整的系统的，必须充分利用团队的力量。

课程设计这样集体的任务光靠团队里的一个人或几个人是不可能完成好的，合作的原则就是要利益均沾，责任公担。如果让任务交给一个人，那样既增加了他的压力，也增大了完成任务的风险，降低了工作的效率。所以在集体工作中，团结是必备因素，要团结就是要让我们在合作的过程中：真诚，自然，微笑；说礼貌用语；不斤斤计较；多讨论，少争论，会谅解对方；对他人主动打招呼；会征求同学的意见，会关心同学，会主动认错，找出共同点；会接受帮助，信守诺言，尊重别人，保持自己的特色。

和大家想的一样我们也会产生一些小矛盾，当然这是不可避免的。在产生小矛盾的时候，我们没有逃避。重要的是我们如何去解决它。为什么会产生这些矛盾，以怎样的方式去解决它，这是我们应该去考虑的问题。我想经过这样的一个过程我们会学到很多，学会了怎样去和别人沟通，理解别人所做的事，别人也会宽容的对待我们，从而我们就在无形之中加强了我们的人际交往能力。这个经验对我们以后的人生将会发挥很大的作用。毕竟我们是生活在人类这个群体之中的。假如世界上只剩下一个人，那么他不可能长久的生活下去的。

在课程设计的过程中，我们经历了感动，经历了一起奋斗的酸甜苦辣。也一起分享了成功的喜悦。这次的课程设计对我们每个人来说都是一个挑战。课程设计中文档的撰写我从来就没有担心过，就是网站的设计我真的很担心，平时对这方面的知识接触的就不是很多，而且对于软件我就更抓狂了。这时候小组的力量就体现出来了，各司其职，各尽其能。发挥了集体的效用。

篇6：工作分析课程设计教学大纲

课程编号：

学 分：分 时 间：2周 适应专业： 人力资源管理 开课学期：第四学期

一、课程设计的性质与目的

本次课程设计是本专业学生学完所设《工作分析》课程后的一次综合性实际操作与演练，其目的是使学生通过实际操作掌握工作分析的基本方法、基本流程、职位说明书撰写的基本技巧、胜任特征模型的基本构建方法等专业技能，并据此了解工作分析及胜任特征模型的构建对人力资源管理者素质的要求，以便学生结合自身实际有针对性地加以改进。

二、课程设计的基本要求 1．以团队形式开展课程设计。2．以实地采集数据为基础开展。3．严格按照流程开展课程设计。

4．以小组为单位提交最终文档，并准备好演示文档集中演示。

三、课程设计内容

1．通过实地采集数据进行某单位或某部门三个左右岗位的工作分析（要求包含上下级职位），并撰写职位说明书

2．通过行为事件访谈法构建某职位的胜任特征模型。

四、课程设计的进度与时间分配

第一周：实地采集数据撰写职位说明书，进行行为事件访谈 第二周：构建胜任特征模型

五、课程设计评分标准

工作说明书评分标准：前期准备文档充分、职位说明书规范、标准，表述方式恰当，内容表述符合实际情况

胜任特征模型评分标准：按规定方法构建，格式符合要求，模型内容表述恰当，基本契合职位要求。

六、课程设计指导书及参考教材

1．《工作分析与研究》，朱勇国主编，中国劳动社会保障出版社 2．《才能评鉴法》，斯宾塞著，汕头大学出版社

3．《胜任：员工胜任能力模型应用手册》，安托尼特等著，北京大学出版社