【正文】 第 6 章 回轉(zhuǎn)工作臺的原理 .................................................................................................... 31 第 7 章 數(shù)控回轉(zhuǎn)臺技術(shù)發(fā)展趨勢 ...................................................................................... 32 第 7 章 結(jié)束語 ........................................................................................................................ 36 致 謝 ...................................................................................................................................... 37 參考文獻 .................................................................................................................................. 39 學院畢業(yè)設計（論文） 6 第 1章 回轉(zhuǎn)臺的總體設計 回轉(zhuǎn)臺設計的主要內(nèi)容 通過對數(shù)控回轉(zhuǎn)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 來繪制二維圖形或創(chuàng)建三維實體的能力。 基本任務及要求 （ 1）熟悉數(shù)控回轉(zhuǎn)工作太本身的特點，明確設計要求 （ 2）擬定回轉(zhuǎn)工作臺系統(tǒng)的總體方案（機械部分） （ 3）進行機械部分的結(jié)構(gòu)設計 回轉(zhuǎn)臺的總體布局 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺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。 它的進給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進行控制的。 為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過 移動蝸桿的軸向位置調(diào)整間隙。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。為此，在蝸輪底部的輻射方向有 8 對夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦將蝸輪松開。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給數(shù)控裝置進行控制。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是一種可以實現(xiàn)圓周進給和分度運動的工作臺，它常被使用于各類設備上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動 力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。 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。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達學院畢業(yè)設計（論文） 8 到每年 600 臺左右。 M 學院畢業(yè)設計（論文） 9 第 2 章 機座設計 設計要求 底座作為傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺設計的主要部件，在作業(yè)過程中既要滿足承受靜、動載荷的要求，又要滿足相關(guān)設備的安裝與連接要求，同時為 焊接 作業(yè)提供必要的操作空間。 方案設計 底座的結(jié)構(gòu)型式： 底座的設計通常是和傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺的總體方案設計緊密聯(lián)系在一起的。在共同兼顧的過程中，目前傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺、底座已形成形式多樣的結(jié)構(gòu)。為滿足傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺底座高度及運輸要求，根據(jù)傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺級 別加大，箱疊式底座結(jié)構(gòu)層次也逐漸增多。 旋升式 旋升式底座結(jié)構(gòu)的顯著特點在于傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺 位 底座的下基座中，在保留彈弓式底座平行四邊形機構(gòu)運動原理的同時，克服了彈弓式底座穩(wěn)定性相對較差的缺點。 折疊式 折疊式底座是利用平行四邊形機構(gòu)原理，在安裝時底座處于低位，在工作時處于高位。 第 3 章 旋轉(zhuǎn)部分的 設計 設計 要求 回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。 合理的傳動方案主要滿足以下要求： （ 1）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。 （ 3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 轉(zhuǎn)盤設計 一種用來 固定工件 作回轉(zhuǎn) 焊接工作 的回轉(zhuǎn)盤，該回轉(zhuǎn)盤包括轉(zhuǎn)盤、螺栓、調(diào)節(jié)螺栓、鎖緊螺栓。該回轉(zhuǎn)盤適用于在進行回轉(zhuǎn) 焊接 時作為固定 工件 用的回轉(zhuǎn)工具。 學院畢業(yè)設計（論文） 12 圖 31 傳動方案 方案一的最大缺陷是： ； ； ，無法使工作臺完成自鎖。 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。 蝸桿傳動有以下特點： 學院畢業(yè)設計（論文） 13 1．傳動比大，在分度機構(gòu)中可達 1000 以上。 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。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。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。 如圖，采用電機帶減速動齒輪傳動，帶動蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動，從而使工作臺轉(zhuǎn)動。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進 一個步距角增量。 步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。一般地說最大靜力矩 Mjmax 大的電機，負載力矩大。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。精度是由電機的固有特性所決定。 傳動方案及其分析 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：電液脈沖馬達 —— 齒輪傳動 —— 蝸桿傳動 —— 工作 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、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，學院畢業(yè)設計（論文） 15 機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 3．可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角 時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為 ，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 左右。 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。 兩種型式各有特點： 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線 進給機構(gòu)一樣，都可以用點液脈沖馬達、功率步進電機來驅(qū)動。所測量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。又稱執(zhí)行電動機。 學院畢業(yè)設計（論文） 16 伺服電動機分交、直流兩類。在定子上有兩個相空間 位移 90176。交流伺服電動機具有運行穩(wěn)定、可控性好、響應快速、靈敏度高以及機械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標嚴格（要求分別小于 10％～ 15％和小于 15％～ 25％）等特點。電動機轉(zhuǎn)速 n為 n＝ E／ K1j＝（ Ua－ IaRa）／ K1j 式中 E為電樞反電動勢； K為常數(shù)； j為每極磁通； Ua， Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。在永磁式直流伺服電動機中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。 傳動方案及其分析 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：直流伺服電機 —— 齒輪傳動 —— 蝸桿傳動 ——工作 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、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， 機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 學院畢業(yè)設計（論文） 17 3．可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為 ，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 。 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。 兩種型式各有特點： 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進給機構(gòu)一樣，都可以用步進電機來驅(qū)動。所測量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。 （ 2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （ 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。 按 齒面 接觸 強 度 設計 d1t? 3 22])([ ))(1(1 HdU ZEUKT ?? ? (1)確定公 式內(nèi) 的各 計 算 數(shù) 值 1） 試選載 荷系 數(shù) Kt1=； 19 2) 計 算小 齒輪傳遞 的 轉(zhuǎn)矩 T1=21maxninT= 60000??= 3） 選 取 齒寬 系 數(shù) ，小 齒輪做懸 臂布置， d? =； 4）材料的 彈 性影 響 系 數(shù) ZE= ； 5）按 齒面 硬度查的小 齒輪 的接觸疲 勞強 度極限 ? Hlim1=1200Mpa,大 齒輪 的接觸疲勞強 度極限 ? Hlim1=800Mpa； 6）接觸疲 勞壽命 系 數(shù) KHN1=1,KHN2=1； 7） 計 算接觸疲 勞許 用 應 力 取失效概率 為 1%,安全系 數(shù)為 S=1 [? H]1=1200Mpa, [? H]2=800Mpa. (2)計 算 1）算小 齒輪 分度 圓 直 徑 d1t,代入 [? H]中 較 小的值 代入各 數(shù) 值的 d1t? 3 22])([ ))(1(1 HdU ZEUKT ?? ?=22mm 2） 計 算 圓 周速度 V V=10006011?tnd? =3)計 算 齒寬 b b= d? d1t=? 22= 學院畢業(yè)設計（論文） 20 4)計 算 齒寬 與 齒 高之比hb. 模 數(shù) mt= ?2022 齒 高 h== = hb = = 5） 計 算 載 荷系 數(shù) 根據(jù) V=， 6級 精度，查的 動載 系 數(shù) Kv=. 直 齒輪 KH? =KF? =. 查表的使用系數(shù) KA=