【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，精度也越來(lái)越高。 相關(guān)課題國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外相同品種、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品也在不斷出現(xiàn)。例如轉(zhuǎn)軸直接驅(qū)動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已經(jīng) 出現(xiàn)，完全改變了傳統(tǒng)的工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)速度及精度要比傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)高得多，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控刀架也已 出現(xiàn)幾年的時(shí)間，當(dāng)然，真正普及應(yīng)用還要有一個(gè)過(guò)程。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展情況 我國(guó)從 1958 年開始研究數(shù)控技術(shù)，一直到 60 年代中期處于研制、開發(fā)階段。 1965 年，國(guó)內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控裝置。 60 年代末至 70 年代初研制成功數(shù)控銑床。 從 70 年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏡 磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面展開。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平低，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定 性問(wèn)題沒(méi)有得到解決，因此未能廣泛推廣。這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床和電火花加工機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，在模具加工中得到了推廣。 80 年代，我國(guó)先后從日本、美國(guó)等國(guó)家引進(jìn)了部分?jǐn)?shù)控裝置和伺服單元技術(shù)， 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 4 頁(yè) 并于 1981 年在我國(guó)開始批量生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，包括數(shù)控裝置和伺服單元。在此期間，我國(guó)在引 進(jìn)、消化吸收的基礎(chǔ)上，跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了一些高檔的數(shù)控系統(tǒng)，如多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿形系統(tǒng)、為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)等。為了適應(yīng)機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)不同層次的需要，我國(guó)開發(fā)出了多種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并得 到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)建立了中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國(guó)外低主要表現(xiàn) 我國(guó)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國(guó)外低主要表現(xiàn)在： （ 1）速度 基于材料、檢測(cè)能力、裝備制造能力等方面的條件限制，我過(guò)附件產(chǎn)品在速度方面較國(guó)外同類產(chǎn)品要差。例如數(shù)控銑床、加工中心配套的各類數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，日本日研公司直徑 200mm 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 88r/min,而國(guó)內(nèi)的只有 12～ 16r/。 （ 2）可靠性 國(guó)外數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用比較早，經(jīng)驗(yàn)豐富，再由 于技術(shù)進(jìn)步，新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)與應(yīng)用，使得其產(chǎn)品可靠性非常好。如日本日研公司部分規(guī)格的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的核心部件蝸桿副，齒輪采用氮化鋼，齒部表面氮化處理，硬度高；蝸桿為硬質(zhì)合金蝸桿；整個(gè)蝸桿副為硬齒面接觸，耐磨。既實(shí)現(xiàn)了高速，又保證了可靠性。而國(guó)內(nèi)基本上均采用傳統(tǒng)材料和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加上外購(gòu)配套件的可靠性差造成產(chǎn)品的整體可靠性較外國(guó)產(chǎn)品的差距 [2]?？梢哉f(shuō)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的整體可靠性與我國(guó)目前整個(gè)工業(yè)發(fā)展水平有相當(dāng)密切的關(guān)系，隨著配套件水平的提高，整體狀況將有所改善。 （ 3）精度 我國(guó)數(shù)控機(jī)床附件的精度 及穩(wěn)定性應(yīng)該說(shuō)還是比較好的，基本上能滿足主機(jī)的配套要求。較日本、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品有一定差距，但不大，與臺(tái)灣地區(qū)產(chǎn)品相當(dāng)。這與行業(yè)企業(yè)近幾年抓質(zhì)量、提高質(zhì)量意識(shí)有密切的關(guān)系。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 5 頁(yè) 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的發(fā)展前景及發(fā)展趨勢(shì) 市場(chǎng)前景 隨著我們制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)將會(huì)越來(lái)越多的被應(yīng)用，以擴(kuò)大加工范圍，提高生產(chǎn)率。估計(jì)近幾年要求轉(zhuǎn)配數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)床將會(huì)大幅度增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過(guò)剩，受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長(zhǎng)率，特別是那些國(guó)家行 業(yè)政策鼓勵(lì)振興和發(fā)展的裝備行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均 15%20%左右的穩(wěn)定增長(zhǎng)。 發(fā)展趨勢(shì) 目前回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)為： 1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)； 2）在性能上將研制以鋼為材料的直接驅(qū)動(dòng)式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力； 3）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)。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 直接驅(qū)動(dòng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)能夠消除中間機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)引起 的損耗及限制，能直接提供轉(zhuǎn)矩給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)矩大、損耗低、電氣時(shí)間常數(shù)小以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度和定位精度、平滑的無(wú)差運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 6 頁(yè) 第 2 章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)現(xiàn)有方案的分析和比較 數(shù)控 加工中心的 圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與 X、 Y、 Z 三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種球、圓弧曲 面 等?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)原理及設(shè)計(jì)方案比較 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于加工中心，提供加工過(guò)程中所需的自由 度。傳統(tǒng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有兩種，一種是僅提供一個(gè)繞工件軸線轉(zhuǎn)動(dòng) ,第二種是采用齒輪和蝸桿蝸輪共同控制傳動(dòng)，第一種僅提供一個(gè)繞工件軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，但螺旋錐齒輪的加工過(guò)程中，需要調(diào)整多個(gè)參數(shù)，若采用這樣的轉(zhuǎn)臺(tái)，則每次調(diào)整參數(shù)都必須重新布置轉(zhuǎn)臺(tái)的位置，且這種布置精度受外界因素影響較大，不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)控加工。另外這種轉(zhuǎn)臺(tái)功能單一，不適合復(fù)雜曲面的加工。第二種采用蝸桿渦輪和齒輪共同來(lái)控制機(jī)械傳動(dòng)部分，這一種也采用了較多的機(jī)械傳動(dòng)部分，由于機(jī)械控制的精度和傳動(dòng)情況復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)精確控制。所以這兩種所能實(shí)現(xiàn)的精度不會(huì)特別高 ，滿足不了當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)產(chǎn)品高精度的需求。而 合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求： （ 1） 機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求。 （ 2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等。 （ 3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。 （ 4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。 本設(shè)計(jì)采用力矩電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)軸承、光柵、數(shù)控裝置 、鎖緊機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，不僅加強(qiáng)了數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的精度，也減少了它占用的空間，所以本設(shè)計(jì)在各方面都滿足傳動(dòng)方案的各項(xiàng)要求。 其方案如 21 圖所 示：力矩電機(jī)提供回轉(zhuǎn)的動(dòng)力，在力矩電機(jī)的專用編碼器模塊來(lái)控制其力矩和轉(zhuǎn)停，力矩電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩由專用轉(zhuǎn)臺(tái)軸承傳到轉(zhuǎn)臺(tái)上，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作，在數(shù)控裝置的控制下，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)到達(dá)指定的位置和指定的運(yùn) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 7 頁(yè) 動(dòng)。 當(dāng)要回轉(zhuǎn)工作臺(tái)靜止或固定在某個(gè)位置時(shí)，力矩電機(jī)在接收到命令時(shí)，在編碼器模塊的控制下，它實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速或停止轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)數(shù)控裝置接收到光柵的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，讓轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過(guò)精確的角度，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精確定位。當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要靜止時(shí)，數(shù)控裝置把指令傳遞給小液壓缸，液壓缸的活塞在液體壓力的作用下運(yùn)動(dòng)，將錐形塊往下壓，進(jìn) 而把小鋼球壓進(jìn)兩塊夾緊瓦之間，把兩塊夾緊瓦一塊往上運(yùn)動(dòng)，一塊往下運(yùn)動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)施力，讓轉(zhuǎn)臺(tái)靜止，這樣就達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制。 通過(guò)對(duì)以上幾種方案的分析比較可得：本設(shè)計(jì)方案可達(dá)到的精度更高，結(jié)構(gòu)更緊湊。同時(shí)滿足功率、轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)和可靠性等各項(xiàng)指標(biāo)。所以選擇本方案更合理。 直接驅(qū)動(dòng)式回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 主要用于 加工中心 ，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)是 力矩電機(jī) 驅(qū)動(dòng)方式。 在編碼器模塊的控制下實(shí)現(xiàn)精度高于一般回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng) 。它的進(jìn)給、 光柵 轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力 是由 力矩電機(jī)提供的 ，經(jīng) 編碼 器計(jì)算后傳遞給轉(zhuǎn)臺(tái)盤 。 當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài)。為此， 在轉(zhuǎn)臺(tái)盤上設(shè) 有 8 對(duì)夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時(shí)，活塞便壓向 錐形塊 ， ，錐形塊將鋼球壓入兩塊夾緊瓦之間， 撐開夾緊瓦，并夾緊 轉(zhuǎn)臺(tái)盤 。在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下， 將錐形塊 抬起， 鋼球也在另一根彈簧的作用下彈出， 夾緊瓦將 轉(zhuǎn)臺(tái)盤 松開 ，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)繼續(xù)工作 。 直接驅(qū)動(dòng)式精密數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度主要取決于 力矩電機(jī)上的編碼器模塊，它準(zhǔn)確控制力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到控制 轉(zhuǎn)臺(tái)盤的力矩和轉(zhuǎn)速，同時(shí)光柵也可以測(cè)定工作臺(tái)的轉(zhuǎn)角，并把所測(cè)得的信號(hào)傳遞給回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的數(shù)控裝置進(jìn)行控制，這樣達(dá)到對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精確控制。在本設(shè)計(jì)中，減少了傳統(tǒng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)對(duì)齒輪和 蝸桿副的 依賴，減少了傳動(dòng)過(guò)程中機(jī)械傳動(dòng)的誤差，而采用力矩電機(jī)和數(shù)控裝置來(lái)共同控制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，增強(qiáng)了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的 傳動(dòng)精度 。這也滿足了新時(shí)代人們對(duì)機(jī)床加工精度要求越來(lái)越高的需求 。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回 轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)時(shí)，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺(tái)降速，然后由圓光柵 和 編碼器 以及共同力矩電機(jī)編碼器模塊 發(fā)出零位信號(hào)，使工作臺(tái)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 8 頁(yè) 確 地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 。當(dāng)藥停止的時(shí)候，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在接收到力矩電機(jī)編碼器模塊，光柵以及工作臺(tái)數(shù)控裝置的信號(hào)時(shí)，對(duì)工作臺(tái)及時(shí)做出精確控制，并精確定位或鎖緊機(jī)床。這樣機(jī)床的定位也就更加精確，加工的產(chǎn)品精度也更加精確。 直接驅(qū)動(dòng)式精確數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的組成及工程圖如圖 21 所示： 圖 21 直接驅(qū)動(dòng)式精確數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的組成及工程圖 1 底座 2 力矩電機(jī) 3 螺釘 4 螺栓 5 固定塊 6 螺母 7 螺釘 8 固定塊 9鎖緊機(jī)構(gòu) 10 支撐塊 11 鍵 12 心軸 13 螺釘 14 轉(zhuǎn)臺(tái) 15 螺釘 16 工作臺(tái)端蓋 17 螺釘 18 轉(zhuǎn)臺(tái)軸承轉(zhuǎn)臺(tái)連接件 19 轉(zhuǎn)臺(tái)軸承 20 螺釘 21 螺栓 22 電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)軸承連接件 23 螺母 24 光柵固定塊 25 端蓋 26 螺釘 27 螺釘 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 9 頁(yè) 設(shè) 計(jì)準(zhǔn)則 我們的設(shè)計(jì)過(guò)程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能 2） 分析原理和性能 3） 判別功能載荷及其意義 4） 預(yù)測(cè)意外載荷 5） 創(chuàng)造有利的載荷條件 6） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度 7） 重量要適宜 8） 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 9） 根據(jù)性能組合選擇材料 10） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇 11） 功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 本章小結(jié) 本章主要對(duì)傳統(tǒng)方案和本次所選的設(shè)計(jì)方案分析和比較，得出它們的優(yōu)缺點(diǎn)，做出了本次設(shè)計(jì)的最終方案選擇。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 10 頁(yè) 第 3 章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)規(guī)格參數(shù) 規(guī)格參數(shù) 表 31 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)參數(shù) No 項(xiàng)目 Item 1 工作臺(tái)面尺寸 (mm) Turntable diameter Φ1000 2 轉(zhuǎn)臺(tái)總厚高 (mm) Table height 540 3 轉(zhuǎn)臺(tái)中心定位孔直徑 (mm) Center bore diameter Φ135深 6 4 工作臺(tái) T 型槽寬度 (mm) Tslot size 18 深 12 5 工作臺(tái)基準(zhǔn) T 型槽寬度 (mm) 18 深 8 6 設(shè)定最小分度單位 (。 ) Minincrement 7 工作臺(tái)的分度精度 177。4 8 工作臺(tái)的重復(fù)精度 177。2 9 工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速 (r/min) 500 10 冷卻條件下最大驅(qū)動(dòng)力矩 (Nm) capacity 5597 11 冷卻條件下額定驅(qū)動(dòng)力矩 (Nm) capacity 3298 12 工作臺(tái)最大承載能力 (kg) Max． Load capacity 1500 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 11 頁(yè) 13 工作臺(tái)最大靜態(tài)鎖緊力矩 (Nm) 6000 14 最大鎖緊油壓 (Mpa) 15 冷卻功率 (Kw) 7 外觀圖片 圖 31 直接驅(qū)動(dòng)式精確數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 電機(jī)選擇 力矩電機(jī)的原理 力矩電機(jī)是為滿足低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩負(fù)載要求而設(shè)計(jì)制造的一種特殊電動(dòng)機(jī)。與一般電機(jī)不同的是，它只利用轉(zhuǎn)子靜止或接近靜止時(shí)的轉(zhuǎn)矩，不強(qiáng)調(diào)機(jī)械功率 。普通電動(dòng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)