【正文】 工更方便、更準(zhǔn)確。 此外，在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)應(yīng)用中還廣泛引進(jìn)了液壓技術(shù)和電子設(shè)備，這樣便可在操作控制方面更容易實(shí)現(xiàn)。 液壓技術(shù)被引入工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有一百多年的歷史了，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，液壓技術(shù)更日新月異。伴隨著數(shù)學(xué)、控制理論、計(jì)算機(jī)、電子器件和液壓流體學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)，并作為一門應(yīng)用科學(xué)已經(jīng)發(fā)展成熟，形成自己的體系和一套行之有效的分析和 設(shè)計(jì)方法。不僅如此，當(dāng)前的液壓技術(shù)及其設(shè)備已能夠完成許多以前不可能完成的任務(wù)，為機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展開辟了新篇章。另外，通過數(shù)模轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)了電子電路控制功能，并且對(duì)數(shù)控技術(shù)的使用是相當(dāng)大的支持。近年來像 AutoCAD、 Pro/E 等繪圖軟件的普遍使用，更是大大方便了人們對(duì)機(jī)械的設(shè)計(jì)加工。 再有，隨著回轉(zhuǎn)工作臺(tái)功能的不斷完備，人們對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)和操作更多的開始考慮環(huán)保因素和使之更加人性化、系統(tǒng)化，并由此轉(zhuǎn)化成為一種設(shè)計(jì)思路，從而使設(shè)備在整體結(jié)構(gòu)上的配置更加細(xì)致、更加符合人們的需要。 現(xiàn)在的機(jī)械設(shè)備是越 來越實(shí)用化，對(duì)人們所需進(jìn)行的加工任務(wù)更是實(shí)現(xiàn)的淋漓盡致。由于對(duì)設(shè)備的要求越來越苛刻，因此也促使今后所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的設(shè)備更加完善，更符合先進(jìn)化要求。 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用已十分廣泛，其組成及性能特點(diǎn)也各不相同，工程上對(duì)伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求也有差別。伺服系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)包括兩個(gè)方面，一是對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)性能的要求，包括對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能兩方面的要求；二是對(duì)一般系統(tǒng)的要求，包括工作方式、可靠性、使用壽命、工作環(huán)境、外形、重量以及經(jīng)濟(jì)性等。 但是，目前兩坐標(biāo)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的性能水平和可靠性都不很高，并且工藝水平也 較為滯后。 一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng) A 軸回轉(zhuǎn)大于等于 90 度時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來很大的承載力矩。 編程復(fù)雜、難度大。因?yàn)橛袃蓚€(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參與，其所形成的合成運(yùn)動(dòng)的空間軌跡非常復(fù)雜和抽象，一般難以想象和理解。如為了加工出所需的空間自由曲面，往往需通過多次坐標(biāo)變換和復(fù)雜的空間幾何運(yùn)算，同時(shí)還要考慮各軸運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性，避免干涉、沖撞，以及插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)要適時(shí)適量等，以保證所要求的加工精度和表面質(zhì)量，編程難度就更大了 。 對(duì)數(shù)控及伺服控制系統(tǒng) 的 要求 也較 高。由于合成運(yùn)動(dòng)中有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的加入，這不僅增加了插補(bǔ)運(yùn)算 的工作量，而且由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的微小誤差有可能被放大從而大大影響加工的精度， 因此要求數(shù)控系統(tǒng)要有較高的運(yùn)算速度和精度。 由此看出，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的未來發(fā)展趨勢(shì)是：在規(guī)格上向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。 對(duì)兩個(gè) 回轉(zhuǎn) 部件，既要求其結(jié)構(gòu)緊湊，又要具有足夠大的力矩和運(yùn)動(dòng)的靈敏性及精度 。 第三章 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的用途及其功能設(shè)計(jì) 在生產(chǎn)制造過程中，多以標(biāo)準(zhǔn)件為選材，這樣既可使設(shè)計(jì)生產(chǎn)簡單易 行，又可在各環(huán)節(jié)上都能滿足國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，這樣也能節(jié)省生產(chǎn)總時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本。對(duì)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，通過比較分析，以較高精度標(biāo)準(zhǔn)制造出來，這樣便可在整體上達(dá)到較高精度要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也力求簡單，這樣可以減小裝配難度和檢修難度。對(duì)于在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到結(jié)構(gòu)尺寸要求，這樣可以使生產(chǎn)中不需用較大型的設(shè)備。因此生產(chǎn)過程有良好的時(shí)效性。 在銷售環(huán)節(jié)上，由于五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸不大，這便于廠商的批量運(yùn)輸。另外，對(duì)于有技術(shù)條件的廠商，由于個(gè)零部件都拆裝靈活，則完全可以拆卸成小 4 件，這樣可以節(jié)省較 大的占用空間。對(duì)于全國各地的需要，以個(gè)小件的運(yùn)輸及存儲(chǔ)，這樣使銷售有靈活通暢。因?yàn)榇罅窟x用標(biāo)準(zhǔn)件，使其制造成本較低，則銷售的效益空間就會(huì)很大，這也能促使其在全國范圍內(nèi)的暢銷。 在使用方面上，五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的工作環(huán)境要求不是很高，因而對(duì)使用者在其維護(hù)、保養(yǎng)上都更為簡單。由兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可獨(dú)立完成加工任務(wù)，也可與其它機(jī)床配合起來共同完成加工操作，這樣就使其既可以加工小型工件，又可與較大機(jī)床配合起來加工較大些的工件，從而可以滿足不同使用者的需求，實(shí)現(xiàn)了多功能化。 第四章 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有兩種設(shè)計(jì)方案。其一，是水平軸在上方，豎直軸在下方；其二；是數(shù)值軸在上方，水平軸在下方。 在第一種設(shè)計(jì)方案中，與上主軸通過軸承連接的箱體稱為上箱體。實(shí)現(xiàn)加工操作的工作臺(tái)是通過脹緊套與上主軸相連接的。在工作臺(tái)面上放置被加工的工件，因而工作臺(tái)面要承受一定的載荷，再通過脹緊套而傳至上主軸。上主軸與電機(jī)間的傳動(dòng)方式可選為蝸桿傳動(dòng)。通過上主軸上所受的載荷計(jì)算，而確定蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)尺寸大小。當(dāng)蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)尺寸確定后，上相體的外觀尺寸便也可基本確定。考 慮到蝸輪蝸桿的安裝問題，在蝸輪外端設(shè)置一端蓋，此端蓋通過螺紋連接固定在箱體端面上。在上箱體中設(shè)有蝸桿傳動(dòng)的一側(cè)，只需在軸承外加一端蓋，通過螺紋連接固定在上箱體上，以頂住軸承使之緊固。軸承所放置的位置也是很重要的。當(dāng)軸承對(duì)稱線與上箱體壁厚中線重合時(shí)，則上主軸可以承受更大的載荷，因此使兩者盡可能相重合。再有，由于上箱體的結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，則使與上箱體中的蝸桿傳動(dòng)相連的電機(jī)至于上箱體內(nèi)，并使其結(jié)構(gòu)盡量緊湊。 由于兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)，因而，下主軸既需要與上箱體相連，又需與下箱體相連，所以下主軸被設(shè) 計(jì)為豎直放置的。上箱體與下主軸的連接是通過在下主軸的上頂端加套一個(gè)脹緊套而與上箱體實(shí)現(xiàn)緊密連接的。由于上箱體需要以中間箱體為支撐，因此，上箱體的質(zhì)量不能太大，這就必須使上箱體的壁厚不能過大。中間箱體是為了放置和固定軸承而用的。上箱體是放在置于中間箱體的推力球軸承上的。在上箱體與中間箱體之間的靠周邊位置相隔 90176。角放置了 4 個(gè)輔助支撐座。這 4 個(gè)輔助支撐座是為了承受上箱體向下的載荷，從而把上箱體的載荷傳遞到中間箱體。而推力球軸承的作用是使上箱體能夠有較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。在下主軸上有上下兩個(gè)圓錐滾子軸承。上邊的圓錐滾子軸 承被固定在中間箱體上，下邊的圓錐滾子軸承被固定在下箱體上，兩個(gè)滾子軸承共同實(shí)現(xiàn)對(duì)下主軸的水平支撐作用。中間箱體是通過螺栓固定連接在下箱體上的。中間箱體由下箱體實(shí)現(xiàn)支撐作用。下主軸是靠蝸桿傳動(dòng)方式傳遞動(dòng)力的。在下箱體中放置蝸輪蝸桿，蝸輪是靠脹緊套與下主軸實(shí)現(xiàn)緊密連接的。由于下箱體也不易尺寸太大，因而在下箱體中放置的電機(jī)要安放緊湊。通過下箱體中的電機(jī)可以向蝸桿、蝸輪和主軸輸送動(dòng)力。在下箱體中的電機(jī)與蝸桿連接時(shí)，需要通過用膜片式連軸器以確保連接的緊密性。最下面是底蓋，底蓋通過螺紋連接與下箱體相連，當(dāng)打開底蓋后，便 可輕松取下蝸輪蝸桿。從而是拆卸容易實(shí)現(xiàn)。 在另一方案中，由于上主軸要實(shí)現(xiàn)在水平面上的旋轉(zhuǎn)，因此，軸的尺寸需要很短，但為了下主軸能實(shí)現(xiàn)縱向旋轉(zhuǎn)，對(duì)兩軸的動(dòng)力傳遞就較為難實(shí)現(xiàn)，因而在本設(shè)計(jì)中不宜選取第二方案。 5 圖 41 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)外觀圖 第五章 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要傳動(dòng)部件及電機(jī)的選擇 主要傳動(dòng)部件的選擇 由于工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，且精度要求高，可以考慮選用滾動(dòng)絲杠副傳動(dòng)方式，或選用蝸桿傳動(dòng)。 （ 1） 當(dāng)選用滾動(dòng)絲杠副傳動(dòng)方式時(shí) 滾珠絲杠副傳動(dòng)精度較高，傳動(dòng)穩(wěn)定，可重復(fù)定為，可采用多種預(yù)緊方 式，其傳動(dòng)效率較高，可實(shí)現(xiàn)降速。但其經(jīng)濟(jì)性差，不可以自鎖。 （ 2） 當(dāng)選用蝸桿傳動(dòng)時(shí) 蝸桿傳動(dòng)精度較高，可重復(fù)定位，能實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，傳動(dòng)效率較低，降速效果較好，并且其經(jīng)濟(jì)性好，可實(shí)現(xiàn)自鎖。 綜合考慮，選用蝸桿傳動(dòng)方式較為適宜。并且各參數(shù)計(jì)算不十分復(fù)雜。 電機(jī)的選擇 由于要求能夠控制工作臺(tái)轉(zhuǎn)速的快慢，并能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以考慮選用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。 （ 1） 當(dāng)選用交流伺服電機(jī)時(shí) 電源與電機(jī)間不需要電流轉(zhuǎn)換裝置，只需計(jì)算交流伺服電機(jī)的內(nèi)部參數(shù)即可。在一定程度上減小了設(shè)備的空間尺寸。 （ 2） 當(dāng)選用直流伺服電機(jī)時(shí) 其便于調(diào)速，機(jī)械性能較好，但其輸出轉(zhuǎn)距較小，電機(jī)尺寸較大，且特性參數(shù)易變，一般在使用時(shí)須在電機(jī)與電源間加裝電流轉(zhuǎn)換裝置。 綜合考慮，由于交流外接電源一般較多，因此考慮使用方便性，選用交流伺服電機(jī)較為適宜，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。目前，交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面已逐步接近直流伺服電機(jī)，并且整體可靠性高，具有高性能、大容量等特點(diǎn)。 聯(lián)軸器的選擇 由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，并且需要具有一定的位移補(bǔ)償能力，工作可靠性要求要高，還需要能夠正反轉(zhuǎn)多變頻繁的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此可選用的聯(lián)軸器有齒式聯(lián)軸器或膜片聯(lián)軸器。 6 （ 1）當(dāng)選 用齒式聯(lián)軸器時(shí) 其承載能力大，補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移性能好，工作可靠，能夠用于正反轉(zhuǎn)多變起動(dòng)頻繁的傳動(dòng)軸系，具有一定的緩沖吸振性能，但其制造困難，工作時(shí)需良好的潤滑。 （ 3） 當(dāng)選用膜片聯(lián)軸器時(shí) 其工作時(shí)不需潤滑，易平衡，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，且結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，工作可靠，無噪聲，并具有一定的補(bǔ)償性能和緩沖性能。膜片聯(lián)軸器已做成標(biāo)準(zhǔn)件，可按實(shí)際要求進(jìn)行選用。 綜合考慮，由于受工作臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸所限，選用膜片式聯(lián)軸器不需要進(jìn)行潤滑，便可免去潤滑部分所占的空間，由此可減小回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸，而要用齒式聯(lián)軸器則需要潤 滑，還需要考慮潤滑空間所要占的尺寸，因此不能滿足工作臺(tái)設(shè)計(jì)短小輕便的要求。經(jīng)分析，選用膜片聯(lián)軸器較為合適。 圖 51 膜片聯(lián)軸器外觀圖 圖 52 膜片聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖 主傳動(dòng)件間聯(lián)接的選擇 由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)加工精度要求較高，因此在選擇傳動(dòng)聯(lián)接方式上要選用緊密聯(lián)接件，一般情況下可以選用花鍵聯(lián)接或脹緊聯(lián)接。 （ 1） 當(dāng)選用花鍵聯(lián)接時(shí) 其聯(lián)接受力較為均勻，可承受較大的載荷，軸上零件與軸的對(duì)中性好，且導(dǎo)向性好。但其齒根仍有應(yīng)力集中，成本也較高。 （ 2） 當(dāng)選用脹緊聯(lián)接時(shí) 脹緊聯(lián)接是在轂孔與軸之間裝入脹緊聯(lián)接套，可裝一個(gè)或幾個(gè)，在軸向力作用下，同時(shí)脹緊軸與轂而構(gòu)成的一種聯(lián)接。工作時(shí)，利用壓緊力所引起的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)距或軸向力。各型脹緊套已標(biāo)準(zhǔn)化，選用時(shí)只需根據(jù)軸和輪轂的尺寸及傳遞載荷的大小，查 閱手冊(cè)選擇合 7 適的型號(hào)和尺寸，使傳遞的載荷在許用范圍內(nèi)即可。 脹緊聯(lián)接的定心性好，裝拆方便，引起的應(yīng)力集中較小，承載能力高，并且有安全保護(hù)作用。但由于要在軸與轂孔之間安裝，應(yīng)用時(shí)要受到結(jié)構(gòu)尺寸限制。 綜合考慮，由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要求短小輕便，對(duì)精度要求較高，且需要承受一定的載荷能力，因此選用脹緊套聯(lián)接較為適宜。由于有標(biāo)準(zhǔn)件可以選用，這樣即方便又經(jīng)濟(jì)。 與上工作臺(tái)中心軸聯(lián)接的軸承的選擇 由于工作臺(tái)上的徑向載荷較大，并有軸向載荷，可考慮選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。 （ 1） 當(dāng)選用角接觸球軸承時(shí) 角接觸球軸承可以同 時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，且能夠在較高轉(zhuǎn)速下正常工作，可實(shí)現(xiàn)預(yù)緊作用。 （ 2） 當(dāng)選用圓錐滾子軸承時(shí) 圓錐滾子軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，一般轉(zhuǎn)速不高，可承受較大軸向載荷，可實(shí)現(xiàn)預(yù)緊作用。 根據(jù)操作需要，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速較低，但需受較大軸向載荷，因此，滾子類軸承要比球軸承的承載能力強(qiáng)，此處宜選用圓錐滾子軸承。 第六章 主要零件的材料選用及其幾何尺寸的計(jì)算 上回轉(zhuǎn)臺(tái)中蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)確定及幾何尺寸計(jì)算 上回轉(zhuǎn)臺(tái)蝸桿傳動(dòng)的初步效率計(jì)算 上轉(zhuǎn)臺(tái)工作臺(tái)面最大載荷： F = 1000N 上轉(zhuǎn)臺(tái)工作臺(tái)面最大轉(zhuǎn)速： n = 4r/min 根據(jù)公式： Pw = 1000FV (61) 其中，工作臺(tái)面轉(zhuǎn)速 V = m/s，工作臺(tái)面載荷 F = 1000N, 則，上工作臺(tái)功率為 P = ? =