【正文】 業(yè)設(shè)計（論文）說明書 3 步有目共睹， 北京 展會展出的十二類專項產(chǎn)品正是對國內(nèi)機(jī)床行業(yè)成果的一次重大展示。 圖 12 19892021年間中國金屬加工機(jī)床產(chǎn)量的變化發(fā)展 CITM2021 中國國際機(jī)床展 調(diào)查報告顯示，中外機(jī)床的差距主要體現(xiàn)在三個方面： 機(jī)床 加工精度（ %）、可靠性（ %）、機(jī)床內(nèi)部電氣控等配置（ %）。因此在現(xiàn)代加工中心的開發(fā)中，數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計與制造，成為研制機(jī)床的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，同時也起著承載工作重量、夾持工件的功能，故要重視其創(chuàng)新設(shè)計。 五軸數(shù)控機(jī)床 學(xué)術(shù)背景 2021 年在北京舉辦的第 12 屆中國國際機(jī)床展覽會上，數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合機(jī)床在裝備制造業(yè)內(nèi)已呈現(xiàn)出量大面廣態(tài)勢，這類工作母機(jī)在各類制造業(yè)已經(jīng)普及應(yīng)用，并清晰地表達(dá)出時代特征與發(fā)展潮流。使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對所學(xué)的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。 通過本次設(shè)計，可以鍛煉學(xué)生查閱文獻(xiàn)、設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)資料、工程繪圖等工作能力，使學(xué)生掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。主軸前端是一個回轉(zhuǎn)頭，能自行環(huán)繞 Z軸 360度，成為 C 軸，回轉(zhuǎn)頭上還有帶可環(huán)繞 X軸旋轉(zhuǎn)的 A 軸，一般可達(dá)177。這樣通過 A軸與 C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)最普遍的應(yīng)用。 design and check parts。不僅可以加工簡單的直線、斜線、圓弧，還可適應(yīng)更復(fù)雜的曲面和球形零件的加工。河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 I 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是 電火花數(shù)控機(jī)床主軸附件頭 AB 軸 設(shè)計。 本課題 研究的主要內(nèi)容包括：確定 主軸附件頭 的傳動方案；驅(qū)動力計算及其他相關(guān)計算；零件設(shè)計與 校核；零件圖、裝 配圖 的繪制 。 draw the part drawing, assembly drawing. Key words： The numeric controls, Turning round the work set, Five sit the mark and connect to move 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 III 前言 裝備制造業(yè)是一國工業(yè)之基石，它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供了重要的手段，是不可缺少的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是一種可以實現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動的工作臺，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成 ，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。 A軸和 C 軸最小分度值一般為 度，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。 90 度以上，實現(xiàn)上述同樣的功能。 鞏固和深化所學(xué)的專業(yè)課知識，培養(yǎng)自己獨(dú)立分析和解決工程實際問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想，為以后從事設(shè)計工作打下良好基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用所學(xué)知識的技能，解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴(kuò)大、深化所學(xué)的專業(yè)知識和技能。柔性、復(fù)合、五軸聯(lián)動、高精、高速化仍然是數(shù)控機(jī)床的發(fā)展主流。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 2 中國國際機(jī)床展覽會010203040506070觀眾人數(shù)（萬） 展會交易額（億元）2021年2021年2021年 圖 11 2021年 中國國際機(jī)床展覽會數(shù)據(jù)統(tǒng)計 據(jù)中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會統(tǒng) 計， 2021 年我國機(jī)床工具產(chǎn)品進(jìn)口總額為 億美元，同比增長 %， 國內(nèi)機(jī)床進(jìn)口額與歷史最高的 2021年同期相比還增長了 %，創(chuàng)歷史新高。緊跟其后的是加工速度和外形方面的色彩、精美程度等，均占 %（詳見圖 13）。 圖 14 CITM2021中國國際機(jī)床展 調(diào)查 統(tǒng)計 本課題的研究目的和現(xiàn)實意義 近年來，我國在超精密機(jī)床的研究方面取得了一些可喜成績，但對于一些關(guān)鍵零部件如高精度數(shù)控聯(lián)動回轉(zhuǎn)工 作臺等，與一些技術(shù)先進(jìn)國家相比還有很大的差距。我國有關(guān)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的研究起步于上世紀(jì) 70 年代。近年來，中國陸續(xù)推出五軸數(shù)控機(jī)床的廠家（如沈陽、大連、常州、桂林、北京、濟(jì)南和齊齊哈爾等地的機(jī)床廠）越來越多。橋梁和工作臺固定，剛性好，承載大，適用于大型工件復(fù)雜型面的加工。主軸設(shè)有恒溫冷卻裝置，確保主軸恒溫、精度穩(wěn)定。其工作臺采用了 3套大扭矩 力矩電機(jī)， A 軸配有 2 套大扭矩力矩電機(jī)， B 軸采用高速旋轉(zhuǎn)的大扭矩力矩電機(jī)。 A軸額定轉(zhuǎn)速 110r/min，可繞 B 軸 360176。內(nèi)藏式主軸電機(jī)直接驅(qū)動機(jī)床主軸 ,最高轉(zhuǎn)速 18000 r/min，該機(jī)工作臺面尺寸為 Ф 500mm178。 C 軸回轉(zhuǎn)角度為 360176。最大載重 1000kg， 三向行程（ x/y/z） 1200mm 900mm 700mm， 主軸端面至工作臺臺面高度為 100mm～ 800mm， X、 Y 軸快速移動速度 120m/min， Z軸快速移動速度80m/min。 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 Ф 600mm， 最大加工直徑 Ф 400mm， 最大車削長度 1150mm， X軸行程 520mm， Y軸行程 100mm/+100mm， Z軸行程 1400mm， B軸轉(zhuǎn)角 120mm～ +120mm?，F(xiàn)在復(fù)合機(jī)床主流形式是以車銑復(fù)合加工實現(xiàn)工序集約，以加工中心為基礎(chǔ)設(shè)計的車銑復(fù)合機(jī)床。（ 0176。轉(zhuǎn)臺承載能力 500kg；分度定位制動扭矩為 1650Nm；油壓35kg/cm2 ；鎖緊時最大切削扭矩 1500Nm。 2″。； B/C 軸減速比 75/48； B/C軸最高轉(zhuǎn)速 50/100r/min。概要的說，就是通過各種技術(shù)全面集成，大幅度提高生產(chǎn)效率。液體冷卻的主軸電機(jī)由陶瓷軸承支承，轉(zhuǎn)速高達(dá) 30000r／ min、42021r／ min、 60000r／ min，并有整體式托盤架和托盤交換裝置。 O． 002～177。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7 (3)復(fù)合化：提高機(jī)床切削率和生產(chǎn)效能促使機(jī)床功能的擴(kuò)展，由原來的單主軸、單刀架，擴(kuò)展為雙主軸、雙刀架結(jié)構(gòu)，組成臥式平行雙主軸結(jié)構(gòu)或立式雙主軸結(jié)構(gòu)。日本東金屬產(chǎn)業(yè)公司研制出了一種新的鑄件材料，是在鋁中添加 20％碳化硅的復(fù)合材料，可作為精密機(jī)床、高速加工機(jī)床的床身構(gòu)件。 目前 數(shù)控 回 轉(zhuǎn) 工作臺已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總的發(fā)展 趨勢是： 1． 在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺； 2． 在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力； 3． 在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。 在現(xiàn)有的 3軸聯(lián)動機(jī)床的工作臺上增加一個旋轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺（一臺帶有兩個旋轉(zhuǎn)自由度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺），再通過對數(shù)控系統(tǒng)的升級改造使該機(jī)床成為五軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床。如沈陽機(jī)床股份有限公司開發(fā)的五軸加工車銑中心 。適用于大批量輪轂、盤類零件的加工 。并且通過 伺服電機(jī) 實現(xiàn)精密控制。附件頭的運(yùn)動是由伺 服電動機(jī)，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。 當(dāng)工作臺靜止時必須處于鎖緊狀態(tài)。 數(shù)控電火花主軸附件頭的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。因為附件頭要安裝在電火花成型加工機(jī)床的主軸上，所以必須對尺寸大小做嚴(yán)格的控制，不能太大。 因為本電機(jī)驅(qū)動 主軸附件頭 是在控制系統(tǒng)控制下作進(jìn)給運(yùn)動的，采用開環(huán)控制。伺服 電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入 信號 控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時間常數(shù)小、線性度高、始動 電壓 等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。直流伺服 電機(jī) 分為有刷和無刷電機(jī)?？刂茝?fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相 方式 靈活，可以方波換相或正弦波換相。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。直流伺服是梯形波。所以交流伺服電動機(jī)又稱兩個伺服電動機(jī)。當(dāng)有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個 旋轉(zhuǎn)磁場 ，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時，伺服電動機(jī)將反轉(zhuǎn)。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。 ⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的特點(diǎn)。 交流伺服電動機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。 2) 選擇 伺服電機(jī) 的扭矩 伺服電機(jī) 的扭矩應(yīng)該大于負(fù)載的最大扭矩。因此，η =η 2η 3η 4= = P0= Pw/η =所以： Pm =(1～ ) =～ Pm在 伺服電機(jī) SM11002030LFB可以輸出的功率范圍內(nèi) 查得電機(jī)最大轉(zhuǎn)速約為 3000rpm B 軸方向上伺服電機(jī)的選擇和及運(yùn)動參數(shù)的計算 同樣地選擇 110 系列 伺服電機(jī) 。 3） 電機(jī)功率計算 工作所需功率為： Pw=FwVw/1000η w KW Pw=Tnw/9950η w KW 式中 T=, nw=40r/min,電機(jī)工作效率η w=，代入上式得 Pw=2 40/（ 9950 ） = 電機(jī)所需的輸出功率為： P0= Pw/η 由表 ：一對滾動軸承的效率為η 2=；蝸桿傳動的效率為η 3=；聯(lián)軸器傳動效率η 4=。 ② 工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 對傳動方案進(jìn)行分析 ： 齒輪傳動承受載能力較高 ， 傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。這樣大的傳動比如用 齒輪傳動 ，則需要采取多級傳動才行 。 3. 具有 自鎖 性。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價 格較貴的有色金屬制造。雙導(dǎo)程蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別 是：雙導(dǎo)程蝸桿齒的左右兩側(cè)面具有不同的齒距（導(dǎo)程），而同一側(cè)面的齒距（導(dǎo)程）是相等的。這種蝸桿的齒厚是按線性關(guān)系逐漸增大或減小而變化的。由于蝸桿齒 的左、右側(cè)面具有不同的螺距，亦即齒的左、右側(cè)面具有不同的模數(shù) m（ ??? ttm ,? 螺距）。工作日安排每年 300 工作日計，壽命為 10年。蝸輪用鑄錫磷青銅 Zcus n10p1，金屬 模 鑄造。 （ 7） 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù)由 Zv2=Z2/（ cosγ ） 3 得 Zv2=31/（ cosγ ） 3= 根據(jù) X2=， Zv2=， 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》圖 1119 查得齒形系數(shù) YFa2 = 螺旋角系數(shù) Yβ =1γ /140= 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 21 許用彎曲應(yīng)力 從 機(jī)械設(shè)計 表 118中查得由 ZcuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 壽命系數(shù) Kf= [ f? ]=56 = σ F=（ 206789 ） /（ 40 124 4） = 所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的 。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。 蝸桿傳動比 i=N/n=3000/40=75 選擇 蝸桿 傳動的類型 根據(jù) GB/T10085— 1988的推薦，采用漸開線蝸桿的形式。傳動中心距： 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 23 （ 1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距 T 按 Z1 =2，取效率η =，則 T=9550000*P/n= （ 2）確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) Kβ =1；由使用系數(shù) KA表從而選取KA= ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù) KV= ；則 K =Kβ KAKV = 1* * = ≈ （ 3）確定彈性影響系數(shù) ZE 選用的鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 ZE=160MPA1/2 （ 4）確定接觸系數(shù) Zp 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1和傳動中心距 a的比值 d1/a= ，從 機(jī)械設(shè)計 圖1118可查出 Zp= （ 5）確定許用應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞ 45HRC，從 機(jī)械設(shè)計 表 117可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 =268MPa。 18’ 36’’ 蝸桿軸向齒距： P=； 蝸桿齒頂圓直徑： da1=44mm； 蝸桿齒根圓直徑： df1=； 蝸輪 蝸輪齒數(shù)： Z2=31 ，變位系數(shù) X= 驗算傳動比： i=Z2/Z1=31/1=31，傳動比誤差為（ 7531） /75=%，這個誤差值是允許的。已知：蝸桿頭數(shù)Z1A=Z1B=1，設(shè)為右旋，模數(shù) m=5mm，分度圓直徑 dA=dB=50mm，輸入功率 PA=PB=，轉(zhuǎn)速 nA=3000r/min， nC=3000r/min。 ⑵根據(jù)軸向和周向定位要求，確定各段直徑和長度，查文獻(xiàn) 2表 114。 缸筒直徑： 按《機(jī)械設(shè)計手冊》選取液壓缸鋼筒內(nèi)徑 D=28mm。 則摩擦力為： f=μF=2461= (472) 此 附件頭 采用八個液壓缸進(jìn)行加緊，八個液壓缸的總夾緊力： F=8= (473