【正文】 脈沖馬達等。 回轉(zhuǎn)臺 類型 的選擇 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。通常步進電機每加一個脈沖轉(zhuǎn)過一個脈沖當量；但由于其脈沖當量一般較大，如 ，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精 15 度，廣泛采用電液脈沖馬達的細分驅(qū)動技術(shù)。缺點為：液壓系統(tǒng)需要供油，體積大，噪聲，漏油等。電液脈沖馬達廣泛應用在自動控制、同步控制和各種數(shù)控機床上。經(jīng)液壓隨動閥和油馬達組成的伺服機構(gòu)做功率放大后，驅(qū)動機床工作臺或刀架，使之進行精確定或作進給運動。 電液脈沖馬達 ： 電液脈沖馬達由步進電機和液壓伺服機構(gòu)（即扭矩放大器）所組成。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。 交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定。 有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。 (8)控制性能： 伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。適用于有高速響應要求的場合； (5)及時性：電機加減速的動態(tài)相應時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)； (6)舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。 伺服 電機 13 圖 23 伺 服電機 伺服 電機 與 步進電機 相比優(yōu)點： (1)精度：實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉 環(huán)控制；克服了步進電機失步的問 題； (2)轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達到 2020～ 3000 轉(zhuǎn)；在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 （ 15） 步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。 （ 13） 由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價， 又非常的可靠 ， 同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。 步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達攝氏 200度以上，所以 步進電機外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 (10)步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 (8)步進電機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負載的能力較差。 12 (7)速度可在相當寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。 (6)步距角選擇范圍大，可在幾十角分至 180 度大范圍內(nèi)選擇。 (3)無刷，電動機本體部件少，可靠性高。 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： (1)可以用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)簡單廉價。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， 11 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(gòu)中可達 1000以上。 所以 數(shù)控回轉(zhuǎn)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。 + 4） 制造和安裝的精度要求較高。 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(jié)構(gòu)緊湊，渦輪箱的外形尺寸較小。 （ 4） 結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)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(zhuǎn)精度： 0． 03176。而工科類學生更應側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實際知識和技能，獲得工程技術(shù)經(jīng)用性崗位的基本訓練，通過畢業(yè)設(shè)計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學生向工程技術(shù)人員的過渡。同時，對所學知識的全面總結(jié)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(nèi)容 通過對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計，希望學生熟悉機電一體化系統(tǒng)中機械系統(tǒng)設(shè)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(shù)控轉(zhuǎn)臺和擺頭的新型電磁驅(qū)動系統(tǒng)，以實現(xiàn)數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)運動坐標的零傳動驅(qū)動。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 的組成 數(shù)控回轉(zhuǎn)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(shè)置于待調(diào)平的轉(zhuǎn)臺臺面中心處，使傾角儀的兩個正交測試軸平行于轉(zhuǎn)臺臺面，通過調(diào)整轉(zhuǎn)臺底座下的調(diào)平機構(gòu)使傾角儀兩測試軸輸出的傾斜角度值轉(zhuǎn)臺即為調(diào)平狀態(tài)。搖臂鉆床是來調(diào)整軸承的調(diào)整套的厚度，可以使圓導軌上有適當?shù)念A緊力，保證導軌有一定的接觸剛度。徑向?qū)к売蓾L子軸承及圓錐滾子軸承保證回轉(zhuǎn)精度和定心精度。 數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺還設(shè)有零點，當它作回零控制時，先快速回轉(zhuǎn)運動至擋塊壓合微動開關(guān)時，發(fā)出“快速回轉(zhuǎn)”變?yōu)椤奥倩剞D(zhuǎn)”的信號，再由擋塊壓合微動開關(guān)發(fā)出從“慢速回轉(zhuǎn)”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(shù)控機床從而使轉(zhuǎn)臺準確地停在零點位置上。 數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺的分度定位和分度工作臺不同，數(shù)控機床它是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數(shù)來決定轉(zhuǎn)位角度，并沒有其他的定位元件。數(shù)控機床用于實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的部件主要就是回轉(zhuǎn)工作臺。常見的 有光學轉(zhuǎn)臺、數(shù)顯轉(zhuǎn)臺和超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺。 、立臥轉(zhuǎn)臺和萬能轉(zhuǎn)臺。 數(shù)控回轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)臺 的分類 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動工作臺，則可加工圓弧面和圓弧槽等。 數(shù)控回轉(zhuǎn)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。 回轉(zhuǎn)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(chǎn)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(lián)動。它的作用是按照控制裝置的信號或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進給運動，以使數(shù)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(shù) 6 可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。 (2)熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的 1/3，交貨期短。 數(shù)控化改造的優(yōu)缺 點 (1)減少投資額、交貨期短 同購置新機床相比，一般可以節(jié)省 60％～ 80％的費用，改造費用低。 4） 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。 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(xiàn)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(shù)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(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 （ 2）引入專家系統(tǒng)指導加工 將熟練工人和專家的經(jīng)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(shù)數(shù)據(jù)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(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)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(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。所以我們?nèi)粘Ｖv的 數(shù)控 ，實質(zhì)上已是指 計算機數(shù)控 了。即 1970 年的第四代 小型計算機；1974年的第五代 微處理器和 1990年的第六代 基于 PC（國外稱為 PCBASED）。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。而且當時的小型機可靠性也不理想。 到 1974 年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。于是將它移植過來作為 4 數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（ CNC）階段（把計算機前面應有的 通用 兩個字省略了）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即 1952 年的第一代 電子管； 1959 年的第二代 晶體管； 1965 年的第三代 小規(guī)模集成電路。 1） 數(shù)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(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ)。國產(chǎn) 回轉(zhuǎn)工作臺 配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達國家相比都存在一定的差距，但在產(chǎn)品的價格、交貨期和售后服務上占有較大的優(yōu)勢。從某種程度上講，功能部件的發(fā)展水平代表了主機的發(fā)展水平，其可靠性、先進性尤為突出。作為裝備制造業(yè)的母機，普通工機床將獲得年均 15％－ 20％左右的穩(wěn)定增長。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達到每年 600 臺左右。 目前 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應用于數(shù)控機床和加工中心上，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 3 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。 發(fā)展趨勢 數(shù)控車床今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高級采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增長。國外工作臺的功能與我國所生產(chǎn)的工作臺功能基本相似，但是在其精度方面，國外的一些公司所生產(chǎn)的工作臺要略高于我國所生產(chǎn)的工作臺。它可以 2 完成任意 度的孔、槽、平面類機械加工，以及曲線、凸輪等的加工，并可達到較高的精度。并且目前部分工作臺還可以作為機床的第四回轉(zhuǎn)軸，大大提高了機床的性能。 由圖 11 所示， 2020 年中國國際機床展覽會無論是在人數(shù)上， 還是在交易額上，都是逐年上升 。為了應對日益增多的復雜零件加工、提高加工精度和效率，多軸機床和復合機床將會進一步創(chuàng)新發(fā)展。 finally, the assembly of various parts The circumference feed of the CNC machine tool to be pleted by the rotary table, the rotary table can be used with the X, Y, and Z three axes linkage, thereby processing a variety of balls, the circular surface, and so on. The rotary table can achieve accurate automatic indexing, expanded CNC machining range. At present, the NC rotary table is mainly used for horizontal boring and milling machine and machining center. Keywords: NC rotary worktable, gear, worm, box III 目 錄 插 圖清單 .............................................................. V 插 表清單 .............................................................. V 第一章 前言 .......................................................... 1 本課題的學術(shù)背景及理論與實際意義 ...............................