【正文】 的工件來說， 2 其運(yùn)動(dòng)合成可使刀具軸線的方向在一定的空間內(nèi)任意控制，從而具有保持最佳切削狀態(tài)及有效避免刀具干涉的能力 。由此，在對(duì)兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的開始發(fā)展之時(shí)，我對(duì)相關(guān)資料做了了解和整理，通過所學(xué)專業(yè)知識(shí)，試行來對(duì)五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第六章是對(duì)下轉(zhuǎn)臺(tái)的參數(shù)確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過分析確定上轉(zhuǎn)臺(tái)與下轉(zhuǎn)臺(tái)的聯(lián)接方式和支撐結(jié)構(gòu)。第二章是闡述五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的發(fā)展?fàn)顩r及其發(fā)展趨勢(shì)。由于在操作過程中，其轉(zhuǎn)速較低，因此可以在不高的功率下即可承受較大載荷，這樣可使 兩坐標(biāo)回動(dòng)工作臺(tái)能夠滿足承載能力要求。 綜上所述，要完成其設(shè)計(jì)功能需要有較好的傳動(dòng)件緊密聯(lián)接性，還要能夠承受一定的工作載荷，并盡量使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。由于其只作為機(jī)床的附件而被設(shè)計(jì)使用，這既可使之實(shí)現(xiàn)可回轉(zhuǎn)性功能，又不至使結(jié)構(gòu)尺寸過于龐大，因而能很好的滿足人們的需要，并具有較好的可操作性。目前我國(guó)機(jī)床有多種類型，其功能各異，對(duì)于工件的加工起到了便捷的作用。但能夠?qū)崿F(xiàn)多方位可旋轉(zhuǎn)式加工并不多見，這樣就不 易實(shí)現(xiàn)一次性成形加工的操作。 五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn) 聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，其主要功能是能夠?qū)崿F(xiàn)沿水平軸和豎直軸的回轉(zhuǎn)操作。 從整體性考慮，其實(shí)現(xiàn)的主要功能是兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此需要在水平方向和豎直方向上分別有主軸傳動(dòng)。在傳動(dòng)方式上選用蝸桿傳動(dòng)，這樣可以降低工作轉(zhuǎn)速并可承受一定載荷，同時(shí)所選蝸桿傳動(dòng)還有自鎖功能，這樣可以減少一些其它零部件的使用，從而達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸的目的。第三章則說明了兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的用途及技術(shù)性能特點(diǎn)。第七章是對(duì)五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，能作為一個(gè)功能部件，安裝在現(xiàn)有的立式或臥式加工中心上的工作臺(tái)上，使其成為五面體或五坐標(biāo)加工中心。 因此，五坐標(biāo)加工又可以獲得比四坐標(biāo)加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果，特別適宜于三維曲面零件的高效高質(zhì)量加工以及異型復(fù)雜零件的加工。如配置上五軸聯(lián)動(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工，更能夠適宜像汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。這樣通過 A 軸與 C 軸的組合，固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。但一般工作臺(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。為機(jī)床用戶提供高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性的加工設(shè)備是機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)在當(dāng)前和未來的發(fā)展目標(biāo)，只有通過增加生產(chǎn)能力和提高產(chǎn)品質(zhì)量才能達(dá)到這一目的。隨著機(jī)床復(fù)合化技術(shù)的新發(fā)展，在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，又很快生產(chǎn)出了能進(jìn)行銑削加工的車銑中心。目前我國(guó) 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)市場(chǎng)主要被大陸和臺(tái)灣地區(qū)的生產(chǎn)廠家所占領(lǐng)，少量高端產(chǎn)品由日本公司占領(lǐng)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品主要以中檔產(chǎn)品為主。還有， 武漢重型機(jī)床廠為發(fā)電設(shè)備制造業(yè)提供了一大批重型關(guān)鍵加工設(shè)備，為上海電機(jī)廠的主機(jī)配備了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，面積為 4 8m，承重 140t，這是國(guó)內(nèi)目前承重最大的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 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)。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。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。 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。 對(duì)數(shù)控及伺服控制系統(tǒng) 的 要求 也較 高。 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(jiǎn)單易 行，又可在各環(huán)節(jié)上都能滿足國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。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。對(duì)于全國(guó)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。 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。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?？?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。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。中間箱體是為了放置和固定軸承而用的。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。中間箱體是通過螺栓固定連接在下箱體上的。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。從而是拆卸容易實(shí)現(xiàn)。但其經(jīng)濟(jì)性差，不可以自鎖。 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)。 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。 （ 3） 當(dāng)選用膜片聯(lián)軸器時(shí) 其工作時(shí)不需潤(rùn)滑，易平衡，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 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。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。 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。 （ 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。 04′，則 ? 1 = ? 2 ：軸承摩擦損耗時(shí)效率 ? 3 ：濺油損耗時(shí)的效率 一般取 ? 2? ? 3 =，則 ?= ? 1? ? 2? ? 3 = ? = 說明設(shè)計(jì)計(jì)算條件是符合要求的。 材料選擇 考慮蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率不大，速度較低，故蝸桿用 45 鋼 ；因希望提高些效率， 耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45? 55HRC。由傳動(dòng)中心距公式 a ≥ ? ? 232 EHZZKT? ??????? (65) 確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)距 T2 按 Z1 = 1，估取效率 ?= ，根據(jù)公式 T = ???? ? Pn （ 66） 則 T2 = ???? ? Pn? = ???? ? ? = 334250N? mm 確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù) K? = 1；由《 機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）表 115選取使用系數(shù) K? = ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù) VK = ；根據(jù)公式 K = K? ? K? ? VK （ 67） 則 K = ?1? ? 確定彈性影響系數(shù) ZE 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 ZE = 160 1/2MPa 。這時(shí) d1/a = ，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）圖 1118 中可查得接觸系數(shù) Z?? = ，因?yàn)?Z?? ? Z? ，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 根據(jù)壽命系數(shù)公式 KFN = 6910N （ 614） 則 KFN = 69 10?= 因此 [ F? ] = 40 ? = 又根據(jù)疲勞強(qiáng)度公式 F? = 212 YFa2Y? （ 615） 則 F? =1 .5 363????????????????????? ? = MPa 由于 F? ? [ F? ] ，因此彎曲強(qiáng)度是滿足的。因此 ? ? [ 1?? ]，故計(jì)算得到數(shù)據(jù)可用。 軸承尺寸為： d = 60mm； D = 85mm； T = 17mm； B = 17mm； C = 14mm 軸承重量為 W = 聯(lián)接上主軸與工作臺(tái)面的脹緊套的尺寸選擇 此處選擇為 Z2 型膜片脹緊套，此種脹緊套為圓盤型通過螺紋聯(lián)接的脹緊套，可以實(shí)現(xiàn)緊密聯(lián)接作用，能夠承受較大載荷。 根據(jù)蝸桿分度圓直徑公式 dg = Vd? (64) 則 dg = ???? = 由于 V 4? 5m/s，則選用蝸桿下置。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪心則用灰鑄鐵 HT100 制造。 確定接觸系數(shù) Z? 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動(dòng)中心距 a 的比值 d1/a = ，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）圖 1118 中可查得 Z? = 。 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 蝸桿 軸向齒距 Pa = ? m = ?8 = 直徑系數(shù) q = d1 / m = 80 / 8 = 10 齒頂圓直徑 da1 = d1 +2ha1 = 96mm 齒根圓直徑 df1 = d1? 2hf1 = 分度圓導(dǎo)程角 ? =???????? 蝸桿軸向齒厚 sa = 12m? = 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 2z = 31；變位系數(shù) 2x = ? ； 驗(yàn)算傳動(dòng)比 21zi z? =311 = 31，這時(shí)傳動(dòng)比誤差為 313030? = = %，是允許的。 圖 64 下蝸桿結(jié)構(gòu) 圖 65 下蝸輪結(jié)構(gòu) 17 下回轉(zhuǎn)臺(tái)中主軸與軸承的參數(shù)確定及幾何尺寸計(jì)算 初步確定軸的最小直徑 下主軸的功率 P = ； 下主軸的轉(zhuǎn)速 n = 2r/min； 下主軸的轉(zhuǎn)距 T = 9550000 ??????????= 955000N? mm； 根據(jù)公式 d? A0 3Pn (616) 初步估算軸的最小直徑 。取 mind = 55mm。所選用的脹緊套尺寸為： d = 75mm； D = 115mm； l = 24mm； L = 28mm； L1 = 脹緊套重量為 。 五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)要實(shí)現(xiàn)在機(jī)床上兩個(gè)方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)除可實(shí)現(xiàn) X 軸、 Y 軸和 Z 軸方向的平行移動(dòng)外，還可完成沿水平面和豎直面的旋轉(zhuǎn)操作。這是為我們后面設(shè)計(jì)者開創(chuàng)了五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與參照。不僅如此，在其材料的選用上也不必選用高成本材料 ，大部分都可以選用通用性材料即可達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。由于其不算大型設(shè)備，并且其成本不是很高，因此易于在各種加工設(shè)備上配合使用。正因如此，可以使生產(chǎn)廠家的資金周轉(zhuǎn)靈活，用于進(jìn)一步提高其產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。這樣對(duì)于以前很難加工甚至不可以自動(dòng)加工的 操作變得十分容易加工。 對(duì)于任何機(jī)械加工產(chǎn)品來說，其