【正文】 載工作重量、夾持工件的功能，故要重視其創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 中國國際機(jī)床展覽會(huì)010203040506070觀眾人數(shù)（萬） 展會(huì)交易額（億元）2020年2020年2020年 圖 11 中國國際機(jī)床展覽會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 研究現(xiàn)狀 目前工作臺(tái)的種類繁多，傳統(tǒng)的工作臺(tái)只能安裝在某一指定機(jī)床上，伴隨著科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多功能性方向發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺(tái)，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機(jī)床上。例如：我國生產(chǎn)機(jī)床工作臺(tái)的公司之一的煙臺(tái)恒力數(shù)控機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的 HLTK14 系列數(shù)控可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái) (如下圖所示 )， 它可以實(shí)現(xiàn)用于數(shù)控機(jī)床和加 工中心機(jī)床上，可利用原機(jī)床的兩個(gè)控制坐標(biāo)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)和傾斜，也可直接利用本轉(zhuǎn)臺(tái)配套的數(shù)控裝置與機(jī)床聯(lián)接完成所需的工作循環(huán)。 圖 12 數(shù)控可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 另外也可用于非數(shù)控鉆、銑、鏜類機(jī)床上，獨(dú)立完成等分和不等分的角度分度工作。因此我國與國外相比，還是有一定的差距，因此 我們要借助時(shí)代的步伐，與時(shí)俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新，使我國成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強(qiáng)國。然數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)更有發(fā)展前途 ,它是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它常被應(yīng)用于臥式的鏜床和加工中心上，可前進(jìn)加工效率，完成更多的工藝，它重要由原動(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙打消和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的市場(chǎng)分析 隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會(huì)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(jì)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(lì)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(tái) 對(duì)功能部件的依賴性越來越大。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(jí)換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變這一社會(huì)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(tái) 電子計(jì)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(dòng)的工具。 6年后，即在 1952 年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)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(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（ HARDWIRED NC），簡稱為數(shù)控（ NC）。 2） 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）階段（ 1970 年～現(xiàn)在） 到 1970 年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。到 1971 年，美國 INTEL 公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件 運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)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）。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。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(jié)構(gòu)來解決。 到了 1990 年， PC 機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。 總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即 CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（ NC）。 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì) 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(huì)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。 （ 1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過程中一些重要信息，并自動(dòng)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。 5 （ 3）引入故障診斷專家系統(tǒng) （ 4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置 可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)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(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)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 。 5） 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長 時(shí)間無人看管加工。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高 2～ 3倍，與購置新機(jī)床相 比，只能節(jié)省投資50％左右。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。 (3)可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充 分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 的功能 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(tái)主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式 。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 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(cè)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(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾動(dòng)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?？捎米髦С泄ぜ⑹蛊渥髦本€或回轉(zhuǎn)等調(diào)整和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以擴(kuò)大工作母機(jī)的使用性能，縮短輔助時(shí)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(tái)按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)兩類。 。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 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(tái) 除具有沿 X、 r、 z三個(gè)坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(dòng)。數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(duì)開環(huán) 7 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)精度要求高比較、傳動(dòng)間隙還盡量要小。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)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。 等分回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)包括轉(zhuǎn)臺(tái)底腳、圓形的轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面、四個(gè)安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)底腳的上表面、以均角布置的滾動(dòng)軸承件和一安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)軸承件包括一第一滾動(dòng)軸承和通過第一輪軸支撐第一滾動(dòng)軸承的支座，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)臺(tái)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(tái)臺(tái)面安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)表面各與轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面的下表面滾動(dòng)接觸。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是教學(xué)計(jì)劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)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(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)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、 8 基本技能和專業(yè)知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 我們的設(shè)計(jì)過程中，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 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） 電液脈沖馬達(dá)功率 （ 6） 電液脈沖馬達(dá)轉(zhuǎn)速 3000 rpm （ 7） 總傳動(dòng)比： 360 長安大學(xué) 9 第二章 方案比較 與選擇 傳動(dòng)方案的選擇 傳動(dòng)方案傳動(dòng)時(shí)應(yīng)滿 足的要求 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。 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。 （ 3） 工作性能要求：保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。 傳動(dòng)方式特點(diǎn) 蝸桿傳動(dòng) 特點(diǎn) ： 1)由于蝸桿相當(dāng)于一個(gè)螺桿，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)帶有自鎖性，這時(shí)渦輪副只能由蝸桿驅(qū)動(dòng)渦輪，不能由渦輪驅(qū)動(dòng)蝸桿。 3)蝸輪副傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪聲 4)蝸輪副傳動(dòng)是滑動(dòng)摩擦，在傳動(dòng)中摩擦損害較大，因此傳動(dòng)效率較低。 5)由于蝸桿傳動(dòng)時(shí)，蝸桿和蝸輪輪齒間的運(yùn)動(dòng)速度較大，摩擦也大，為了提高蝸輪副傳動(dòng)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(dòng)是應(yīng)用最多的一種傳動(dòng)形式，它有如下特點(diǎn) 1） 能保證傳動(dòng)比穩(wěn)定不變。 3）外廓尺寸小， 結(jié)構(gòu)緊湊、效率高。 5） 當(dāng)兩軸間距較大時(shí)，采用齒輪傳動(dòng)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 10 傳動(dòng)方案及其分析 由圖 21所示，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案有兩種：方案一為一級(jí)和二級(jí)都是齒輪傳動(dòng)；方案二為一級(jí)齒輪傳動(dòng)，二級(jí)蝸桿傳動(dòng)。 而方案二雖然傳動(dòng)效率低，但以上三個(gè)功能全部都能完成自鎖。 該傳動(dòng)方案分析如下： 齒輪傳動(dòng)承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，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(shí)，若蝸桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動(dòng)方面：齒面上具有較大的滑動(dòng)速度，摩擦磨損大，故效率約為 ，具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為 。 傳動(dòng)方案的選擇 由以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。 (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(jì)誤差，具有良好的跟隨性 ， 可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而 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(shí)組成閑環(huán)控制系統(tǒng)。 (4)易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速．響應(yīng)性也好 (5)停止時(shí)，可有自鎖能力。在小步距情況下通常 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(dòng)負(fù)載。同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可使它 們完全同步運(yùn)行。 (9)由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不向而復(fù)雜化。 （ 11） 步進(jìn)電機(jī)外表不允許較高的溫度。 （ 12） 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 （ 14） 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 （ 16） 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無法啟動(dòng) ,并伴有嘯叫聲。 (3)適應(yīng)性：抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用； (4)穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。 (7)過載能 力： 具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。 避免了 力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象 。 伺服電機(jī)分為 直流伺服 電機(jī)和 交流伺服 電機(jī)： 直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。因此它可以用 于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或 14 正弦波換相。 但現(xiàn)在價(jià)格高。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。 免維護(hù)，性價(jià)比高。 由步進(jìn)電機(jī)接收數(shù)字控制裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)，把它轉(zhuǎn)換或角位移。是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別是開環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。 其優(yōu)點(diǎn)為 ： 角位移