数控回转工作台设

1、数控回转工作台设计Design of NC rotary worktable 导 师:答辩人:高贾顺专 业:机械设计制造及其自动化1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：2 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，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

2、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32.内容提要 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；绘制装配图及运动仿真。 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、

3、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。 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。 43.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：53.1主要技术

4、参数 包括：（1）最大回转半径：275 mm（2）回转角度：0360（3）回转精度：003（4）最大承载重量100 （5）传动比：6063.2传动方案的选择 数控回转工作台的传动方案有两种：方案一为一级和二级都是齿轮传动；方案二为一级齿轮传动，二级蜗杆传动。 7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为方案二。即：步进电机齿轮传动蜗杆传动工作台。83.3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

5、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9 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。 103.4齿轮的设计 11首先，选择齿轮传动的类型与材料 1. 选用直齿圆柱齿轮传动；2. 7级精度；3. 小齿轮和大齿轮材料均为45钢（调质）；4. 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=3.12

6、 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）13 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。 14确定模数和

7、齿数之后，进行几何尺寸计算 1）分度圆直径2）中心距3）齿轮宽度 取153.5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。163.按齿面接触疲劳强度进行设计 蜗轮齿数 ;变位系数 ；验算传动比 ,这时传动比误为 是允许的。蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉圆半径 17包括: 1.轴承的选用； 2.键的选用。3.6轴系零部件

8、的选用 181.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。19同理可以选出其他轴承。输入轴（轴1） 2x6006（深沟球轴承）；传动轴（轴2） 2X30309（圆锥滚子轴承）；输出轴（轴3） 2X30308（圆锥滚子轴承）和1X6006（深沟球轴承）。 202.键的选用1.输入轴（轴1）与联轴器相匹配的键为：圆头普通平键8X30;2.输入轴（轴1）与小齿轮相匹配的键为：圆头普通平键10X40;3.传动轴（轴2）与大齿轮相匹配的键为：圆头普通平键15X45。213.7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22 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。 下图为输入轴（轴1）载荷分析图 23 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。24 各传动零件