【正文】 常用的同步轉速為3000r/min的Y系列電機，型號為Y8012，其滿載轉速=3000r/min。查得：齒輪傳動的效率為ηw=；一對滾動軸承的效率為ηw=；蝸桿傳動的效率為ηw=。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。 電液脈沖馬達的選擇及運動參數的計算 電液脈沖馬達電機的選擇按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機。要同時達到這幾方面的要求比較困難，因此應按設計要求考慮傳動比分配方案，以滿足某些主要要求。圖33 工作臺箱體圖2 傳動比的確定總傳動比為各級傳動比、的乘積，即分配總傳動比，即各級傳動如何取值，是設計中的重要問題。 圖32 工作臺箱體圖1數控回轉工作臺的蝸桿及軸的設計，考慮蝸桿軸的拆卸不便，將箱體后方和右邊放置蝸桿軸與蝸輪配對?？紤]箱體內零件的布置及與機床上的工件關系，設計尺寸圖31所示：自動分度回轉工作臺尺寸：長 寬 高 555mm 720mm 160mm工作臺右端蓋部分尺寸：長 寬 高 240mm 50mm 160mm 圖31 工作臺尺寸數控回轉工作臺的箱體蝸輪設計，考慮到蝸桿傳動的裝卸，設計成上端放置蝸輪，在蝸輪上面放置回轉工作臺，而蝸輪由蝸輪上的軸與箱體用軸承固定。改善機器造型，協調機器各部分比例，使整機造型美觀。安全保護和密封作用，使箱體內的零件不受外界環(huán)境的影響，又保護機器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。 機械部分的設計綜合以上分析機械部分的總體設計原理圖如下圖：圖27 總體設計原理圖與之對應的工作臺實體參照為： 圖28 數控回轉工作臺第三章 各零件的設計分析計算 工作臺箱體設計數控回轉工作臺箱體起著支承并包容各種傳動零件，如齒輪、軸、軸承等，使它們能夠保持正常的運動關系和運動精度。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。閉環(huán)控制數控系統(tǒng)在結構上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜，相對成本也高，對使用環(huán)境要求嚴。所測量的結果經反饋與指令值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執(zhí)行機構，以給定的速度向著減少偏差的方向運動，直到指令給定位置與反饋的實際位置的差值為零。但該系統(tǒng)具有結構簡單、調試維修方便、工作可靠度高、成本價格低，易改裝成功等優(yōu)點。這種系統(tǒng)不將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)。數控裝置將工件加工程序處理后，輸出指令脈沖信號，由 圖25 開環(huán)回轉工作臺數控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經驅動電路控制和功率放大后，使步進電機轉動，驅動執(zhí)行部件。兩種型式各有特點：（1） 開環(huán)回轉工作臺開環(huán)回轉工作臺和開環(huán)直線進給機構一樣，都可以用步進電機來驅動。 原動機選擇由于步進電機輸出扭矩現在還不能做得太大，且隨著輸出扭矩的增大，其慣量亦增大，使它的起停頓率受到限制，且相比較之下電液脈沖馬達在數控機床上的經濟性和實用性都較伺服電機好，而且電液脈沖馬達已經廣泛應用在數控機床上，各方面都比較成熟，故綜合比較之下選擇電液脈沖馬達。圖24 電液脈沖馬達采用電液脈沖馬達為驅動單元，其機構也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。其優(yōu)點為：角位移準確、反應迅速、調整范圍廣，在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數小，反應快，速度平穩(wěn)等。是當前數控系統(tǒng)中特別是開環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。由步進電機接收數字控制裝置發(fā)出的脈沖信號，把它轉換或角位移。免維護，性價比高。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。但現在價格高?？刂茝碗s，容易實現智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 伺服電機分為直流伺服電機和交流伺服電機： 直流伺服電機分為有刷和無刷電機。避免了力矩浪費的現象。(7)過載能力：具有速度過載和轉矩過載能力。(3)適應性：抗過載能力強，能承受三倍于額定轉矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用； (4)穩(wěn)定：低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產生類似于步進電機的步進運行現象。（16）步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。（14）速度可在相當寬的范圍內平滑調節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅動負載。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。（12）步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降。（11）步進電機外表不允許較高的溫度。 同時用一臺控制器控制幾臺步進電動機可使它 在小步距情況下通常 (4)易于起動、停止、正反轉及變速．響應性也好 (3)無刷，電動機本體部件少，可靠性高。 又具有—定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高招度時組成閑環(huán)控制系統(tǒng)。 原動機的選擇 步進電動機圖22 步進電機步進電動機具有自身的特色．歸納起來有：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。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。蝸桿傳動有以下特點：1．傳動比大，在分度機構中可達1000以上。所以數控回轉工作臺傳動方案為方案二：步進電機——齒輪傳動——蝸桿傳動——工作臺。圖21 傳動方案方案一的最大缺陷是：；；，無法使工作臺完成自鎖。 R2 {4）制造和安裝的精度要求較高。 M* I3 P9 J% ]3）外廓尺寸小，結構緊湊、效率高。2）能傳遞很大的動力。齒輪傳動特點: 齒輪傳動是由分別安裝在主動軸及從動軸上的兩個齒輪相互嚙合而成。采用自鎖蝸桿傳動時，效率約為50%。2)蝸輪副傳動的結構緊湊，渦輪箱的外形尺寸較小。（4）結構工藝性要求；如結構簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經濟合理等。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。在本課題中，原動機采用應采用步進電機，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。（3）回轉精度：0．03176。而工科類學生更應側重于從生產的第一線獲得生產實際知識和技能，獲得工程技術經用性崗位的基本訓練，通過畢業(yè)設計，可樹立正確的生產觀點、經濟觀點和全局觀點，實現由學生向工程技術人員的過渡。同時，對所學知識的全面總結和綜合應用，又為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好的開端。 本課題研究的主要內容 通過對數控回轉工作臺設計，希望學生熟悉機電一體化系統(tǒng)中機械系統(tǒng)設計過程，以及掌握利用AutoCAD或UG來繪制二維圖形或創(chuàng)建三維實體的能力。因此必須另辟蹊徑開發(fā)數控轉臺和擺頭的新型電磁驅動系統(tǒng)，以實現數控機床旋轉運動坐標的零傳動驅動。 數控回轉工作臺的組成數控回轉工作臺具有兩個正交測試軸的傾角儀作為測試工具，將傾角儀設置于待調平的轉臺臺面中心處，使傾角儀的兩個正交測試軸平行于轉臺臺面，通過調整轉臺底座下的調平機構使傾角儀兩測試軸輸出的傾斜角度值轉臺即為調平狀態(tài)。搖臂鉆床是來調整軸承的調整套的厚度，可以使圓導軌上有適當的預緊力，保證導軌有一定的接觸剛度。徑向導軌由滾子軸承及圓錐滾子軸承保證回轉精度和定心精度?！　悼貦C床回轉工作臺還設有零點，當它作回零控制時，先快速回轉運動至擋塊壓合微動開關時，發(fā)出“快速回轉”變?yōu)椤奥倩剞D”的信號，再由擋塊壓合微動開關發(fā)出從“慢速回轉”變?yōu)椤包c動步進”信號，最后由功率步進電動機停在某一固定的通電相位上(稱為鎖相)，數控機床從而使轉臺準確地停在零點位置上。　　數控機床回轉工作臺的分度定位和分度工作臺不同，數控機床它是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數來決定轉位角度，并沒有其他的定位元件。數控機床用于實現回轉運動的部件主要就是回轉工作臺。常見的有光學轉臺、數顯轉臺和超精密端面齒盤轉臺。 、立臥轉臺和萬能轉臺。 數控回轉轉臺的分類轉臺是鏜床、鉆床、銑床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時轉動工作臺，則可加工圓弧面和圓弧槽等?！　　悼鼗剞D工作臺主要用途：是落地銑鏜床，端面銑床等工作母機不可缺少的主要輔機?；剞D工作臺耐沖擊、吸震、美觀，適合一般工廠鉗工作業(yè)、機具維修、生產線包裝與保養(yǎng)廠作業(yè)及其它用途使用。它可以與其他伺服進給軸聯動。它的作用是按照控制裝置的信號或指令作回轉分度或連續(xù)回轉進給運動，以使數控機床能完成指定的加工工序。 (4)可以采用最新的控制技術 　　可根據技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。 (3)可充分利用現有的條件 　　可以充分利用現有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50％左右。特別是大型、特殊機床尤其明顯。 5）擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償等多種自律功能，因而可實現長 時間無人看管加工。 4）可實現多工序的集中，減少零件 由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現自動化。 　　由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 微觀看改造的必要性 　　從微觀上看，數控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 　?。?）引入專家系統(tǒng)指導加工 　　將熟練工人和專家的經驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數數據庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 3）向智能化方向發(fā)展 　　隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯網通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數控的任務。 數控未來發(fā)展的趨勢 　　還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數控（即CNC）了，而我國仍習慣稱數控（NC）。 　　總之，計算機數控階段也經歷了三代。 　　到了1990年，PC機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數控系統(tǒng)核心部件的要求。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控），不如采用微處理器經濟合理。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。 2）計算機數控（CNC）階段（1970年～現在） 　　到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現并成批生產。NC），簡稱為數控（NC）。 1）數控（NC）階段（1952～1970年） 　　早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的