【正文】 加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。預(yù)計未來5年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、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率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。隨著數(shù)控功能部件的發(fā)展，精密回轉(zhuǎn)工作臺對功能部件的依賴性越來越大。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機(jī)床的數(shù)控化和產(chǎn)品快速的升級換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動化向柔性自動化方向轉(zhuǎn)變這一社會需求，由于我國機(jī)床附件廠資金緊張，造成技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴(yán)重滯后，成為制約民族機(jī)床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具。 　　6年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARDWIRED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。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計算機(jī)前面應(yīng)有的通用兩個字省略了）。 　　到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。而且當(dāng)時的小型機(jī)可靠性也不理想。由于微處理器是通用計算機(jī)的核心部件，故仍稱為計算機(jī)數(shù)控。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。即1970年的第四代小型計算機(jī)；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）。所以我們?nèi)粘Ｖv的數(shù)控，實(shí)質(zhì)上已是指計算機(jī)數(shù)控了。 1）繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展 　　基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。 2）向高速化和高精度化發(fā)展 　　這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 　?。?）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 （3）引入故障診斷專家系統(tǒng) 　　（4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置 　　可以通過自動識別負(fù)載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。 1）可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 2）可以實(shí)現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。 3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要修配。在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn) (1)減少投資額、交貨期短 　　同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。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(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。 (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。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功能數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、加工中心等數(shù)控機(jī)床不可缺少的重要附件。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺表面光滑平整，美觀不易變型，耐高溫、耐熱、耐酸、耐堿，耐磨損、耐油、使用壽命長，也適合一般工廠作業(yè)與精密模具維修，儀器置放與檢測等用途耐高溫、耐磨損、耐油、使用壽命長，為多功能桌板，適合一般工廠、食品業(yè)、研究室、電子廠無塵室使用。而且回轉(zhuǎn)工作臺的導(dǎo)軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承及雙列向心圓柱滾子軸承保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。可用作支承工件并使其作直線或回轉(zhuǎn)等調(diào)整和進(jìn)給運(yùn)動，以擴(kuò)大工作母機(jī)的使用性能，縮短輔助時間，廣泛適用于能源，冶金，礦山，機(jī)械，發(fā)電設(shè)備，國防等行業(yè)的機(jī)械加工。轉(zhuǎn)臺按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺和精密轉(zhuǎn)臺兩類。 。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理為了擴(kuò)大工藝范圍，提高生產(chǎn)率，數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺除具有沿X、r、z三個坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動功能外，搖臂鉆床往往還具有繞X、r、Z坐標(biāo)軸的圓周進(jìn)給運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺按安裝方式又可分為立式、臥式、萬能傾斜式；按照其伺服控制方式又可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。因此，對開環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傳動精度要求高比較、傳動間隙還盡量要小。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的圓形導(dǎo)軌采用都是大型推力滾珠軸承，使回轉(zhuǎn)靈活。搖臂鉆床用來調(diào)整軸承的預(yù)緊力，可以消除回轉(zhuǎn)軸的徑向間隙。這種數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺可做成標(biāo)準(zhǔn)附件，回轉(zhuǎn)軸可水平安裝也可垂直安裝，數(shù)控機(jī)床以適應(yīng)不同工件的加工要求?！　〉确只剞D(zhuǎn)工作臺與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉(zhuǎn)臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達(dá)到高速加工所需的速度和精度。　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺包括轉(zhuǎn)臺底腳、圓形的轉(zhuǎn)臺臺面、四個安裝在轉(zhuǎn)臺底腳的上表面、以均角布置的滾動軸承件和一安裝在轉(zhuǎn)臺底腳上表面中心的內(nèi)裝調(diào)心軸承的中心支座，每一滾動軸承件包括一第一滾動軸承和通過第一輪軸支撐第一滾動軸承的支座，回轉(zhuǎn)工作臺臺面的下表面中心設(shè)置有一垂直向下的第二輪軸，回轉(zhuǎn)工作臺臺面安裝在轉(zhuǎn)臺底腳之上，第二輪軸與中心支座中的調(diào)心軸承的內(nèi)圈固定，而所述第一滾動軸承的轉(zhuǎn)動表面各與轉(zhuǎn)臺臺面的下表面滾動接觸。畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)是教學(xué)計劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生的思想、工作作風(fēng)及實(shí)際能力、提高畢業(yè)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。 設(shè)計準(zhǔn)則我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(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)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 主要技術(shù)參數(shù)（1）最大回轉(zhuǎn)半徑：500 mm（2）回轉(zhuǎn)角度：0～360176。（4）最大承載重量100㎏（5）（6）電液脈沖馬達(dá)轉(zhuǎn)速3000 rpm（7）總傳動比：360第二章 方案比較與選擇 傳動方案的選擇 傳動方案傳動時應(yīng)滿足的要求數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機(jī)、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機(jī)和工作臺之間傳遞運(yùn)動和動力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動。合理的傳動方案主要滿足以下要求：（1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動形式的要求。（3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 傳動方式特點(diǎn)蝸桿傳動特點(diǎn)：1)由于蝸桿相當(dāng)于一個螺桿，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于摩擦角時，蝸桿傳動帶有自鎖性，這時渦輪副只能由蝸桿驅(qū)動渦輪，不能由渦輪驅(qū)動蝸桿。3)蝸輪副傳動平穩(wěn)，無噪聲4)蝸輪副傳動是滑動摩擦，在傳動中摩擦損害較大，因此傳動效率較低。5)由于蝸桿傳動時，蝸桿和蝸輪輪齒間的運(yùn)動速度較大，摩擦也大，為了提高蝸輪副傳動的壽命，一般蝸桿采用鋼材制造，而蝸輪采用耐磨的材料如青銅等制造。齒輪傳動是應(yīng)用最多的一種傳動形式，它有如下特點(diǎn)1）能保證傳動比穩(wěn)定不變。 l7 }4 o。+Q u9 Q! A) c% z$ z7 U! e39。 b) r8 P5 E7 U( q+ i) b/ y5）當(dāng)兩軸間距較大時，采用齒輪傳動就比較笨重6）圓周速度及功率范圍廣，應(yīng)用最廣泛7）不能緩沖，無過載保護(hù)作用，有噪音 傳動方案及其分析 由圖21所示，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動方案有兩種：方案一為一級和二級都是齒輪傳動；方案二為一級齒輪傳動，二級蝸桿傳動。而方案二雖然傳動效率低，但以上三個功能全部都能完成自鎖。該傳動方案分析如下：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。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機(jī)構(gòu)將自鎖。4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動方面：齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大。 傳動方案的選擇由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。(1)可以用數(shù)字信號直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)簡單廉價。 (2) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而 (5)停止時，可有自鎖能力。 (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。 可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行、通?？梢圆唤?jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù)載。 (7)速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。 們完全同步運(yùn)行。 (8)步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。 (9)由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電動機(jī)的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不向而復(fù)雜化。 (10)步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源?！　? 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏8090度完全正常。　　 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)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。（13）由步進(jìn)電機(jī)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)。（15）步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。 伺服電機(jī) 圖23 伺服電機(jī)伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比優(yōu)點(diǎn)：(1)精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問題；(2)轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到2000～3000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。適用于有高速響應(yīng)要求的場合； (5)及時性：電機(jī)加減速的動態(tài)相應(yīng)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。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。(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(jī)編碼器反饋信號進(jìn)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(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡