精密直驱数控转台结构设计毕业设计论文(编辑修改稿)

精密直驱数控转台结构设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

，精度也越来越高。 相关课题国内研究的现状 随着科学技术的发展，国外相同品种、不同结构的数控机床附件产品也在不断出现。 例如转轴直接驱动的数控回转工作台已经 出现，完全改变了传统的工作台的结构，回转速度及精度要比传统的机械结构高得多，伺服电动机驱动数控刀架也已 出现几年的时间，当然，真正普及应用还要有一个过程。 我国数控机床发展情况 我国从 1958 年开始研究数控技术，一直到 60 年代中期处于研制、开发阶段。 1965 年，国内开始研制晶体管数控装置。 60 年代末至 70 年代初研制成功数控铣床。 从 70 年代开始，数控技术在车、铣、镜 磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开。 但由于电子元器件的质量和制造工艺水平低，致使数控系统的可靠性、稳定 性问题没有得到解决，因此未能广泛推广。 这一时期，数控线切割机床和电火花加工机床由于结构简单，使用方便，价格低廉，在模具加工中得到了推广。 80 年代，我国先后从日本、美国等国家引进了部分数控装置和伺服单元技术， 设计（论文）专用纸 第 4 页 并于 1981 年在我国开始批量生产数控系统，包括数控装置和伺服单元。 在此期间，我国在引 进、消化吸收的基础上，跟踪国外先进技术的发展，开发出了一些高档的数控系统，如多轴联动数控系统、数字仿形系统、为柔性单元配套的数控系统等。 为了适应机械工业生产不同层次的需要，我国开发出了多种经济型数控系统，并得 到了广泛应用。 现在，我国已经建立了中、低档数控机床为主的产业体系。 我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现 我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现在： （ 1）速度 基于材料、检测能力、装备制造能力等方面的条件限制，我过附件产品在速度方面较国外同类产品要差。 例如数控铣床、加工中心配套的各类数控回转工作台，日本日研公司直径 200mm 数控回转工作台最高转速可达 88r/min,而国内的只有 12～ 16r/。 （ 2）可靠性 国外数控机床附件产品开发应用比较早，经验丰富，再由 于技术进步，新材料、新结构的不断出现与应用，使得其产品可靠性非常好。 如日本日研公司部分规格的数控回转工作台的核心部件蜗杆副，齿轮采用氮化钢，齿部表面氮化处理，硬度高；蜗杆为硬质合金蜗杆；整个蜗杆副为硬齿面接触，耐磨。 既实现了高速，又保证了可靠性。 而国内基本上均采用传统材料和传统的结构，加上外购配套件的可靠性差造成产品的整体可靠性较外国产品的差距 [2]。 可以说数控机床附件产品的整体可靠性与我国目前整个工业发展水平有相当密切的关系，随着配套件水平的提高，整体状况将有所改善。 （ 3）精度 我国数控机床附件的精度 及稳定性应该说还是比较好的，基本上能满足主机的配套要求。 较日本、德国等工业发达国家的产品有一定差距，但不大，与台湾地区产品相当。 这与行业企业近几年抓质量、提高质量意识有密切的关系。 设计（论文）专用纸 第 5 页 回转工作台的发展前景及发展趋势 市场前景 随着我们制造业的发展，数控转台将会越来越多的被应用，以扩大加工范围，提高生产率。 估计近几年要求转配数控转台的机床将会大幅度增长。 预计未来几年，虽然某些行业由于产能过剩，受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家行 业政策鼓励振兴和发展的装备行业。 作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均 15%20%左右的稳定增长。 发展趋势 目前回转工作台已广泛应用于组合机床、数控机床和加工中心上，它的总发展趋势主要体现为： 1）在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2）在性能上将研制以钢为材料的直接驱动式数控回转工作台，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力； 3）在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 本设计的主要内容 直接驱动数控回转工作台采用直接驱动技术能够消除中间机械传动机构引起 的损耗及限制，能直接提供转矩给执行机构，具有转矩大、损耗低、电气时间常数小以及响应速度快等特点，可以实现很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度和定位精度、平滑的无差运动。 设计（论文）专用纸 第 6 页 第 2 章 数控回转工作台现有方案的分析和比较 数控 加工中心的 圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与 X、 Y、 Z 三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲 面 等。 回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。 数控回转工作台原理及设计方案比较 数控回转工作台主要用于加工中心，提供加工过程中所需的自由 度。 传统的数控回转工作台有两种，一种是仅提供一个绕工件轴线转动 ,第二种是采用齿轮和蜗杆蜗轮共同控制传动，第一种仅提供一个绕工件轴线转动，但螺旋锥齿轮的加工过程中，需要调整多个参数，若采用这样的转台，则每次调整参数都必须重新布置转台的位置，且这种布置精度受外界因素影响较大，不利于实现自动化数控加工。 另外这种转台功能单一，不适合复杂曲面的加工。 第二种采用蜗杆涡轮和齿轮共同来控制机械传动部分，这一种也采用了较多的机械传动部分，由于机械控制的精度和传动情况复杂，不容易实现精确控制。 所以这两种所能实现的精度不会特别高 ，满足不了当今社会人们对产品高精度的需求。 而 合理的传动方案主要满足以下要求： （ 1） 机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。 （ 2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。 （ 3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。 （ 4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。 本设计采用力矩电机、转台轴承、光栅、数控装置 、锁紧机构和转台来实现传动，不仅加强了数控转台的精度，也减少了它占用的空间，所以本设计在各方面都满足传动方案的各项要求。 其方案如 21 图所 示：力矩电机提供回转的动力，在力矩电机的专用编码器模块来控制其力矩和转停，力矩电机输出的转矩由专用转台轴承传到转台上，回转工作台工作，在数控装置的控制下，回转工作台到达指定的位置和指定的运 设计（论文）专用纸 第 7 页 动。 当要回转工作台静止或固定在某个位置时，力矩电机在接收到命令时，在编码器模块的控制下，它实现精确调速或停止转动。 与此同时数控装置接收到光栅的数据，经过计算处理，让转台转过精确的角度，以实现整个回转工作台的精确定位。 当回转工作台要静止时，数控装置把指令传递给小液压缸，液压缸的活塞在液体压力的作用下运动，将锥形块往下压，进 而把小钢球压进两块夹紧瓦之间，把两块夹紧瓦一块往上运动，一块往下运动，对转台施力，让转台静止，这样就达到对转台的控制。 通过对以上几种方案的分析比较可得：本设计方案可达到的精度更高，结构更紧凑。 同时满足功率、转速、运动和可靠性等各项指标。 所以选择本方案更合理。 直接驱动式回转工作台 主要用于 加工中心 ，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是 力矩电机 驱动方式。 在编码器模块的控制下实现精度高于一般回转工作台的运动。 它的进给、 光栅 转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。 工作台的运动驱动力 是由 力矩电机提供的 ，经 编码 器计算后传递给转台盘。 当工作台静止时必须处于锁紧状态。 为此， 在转台盘上设 有 8 对夹紧瓦，并在底座上均布同样数量的小液压缸。 当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向 锥形块 ， ，锥形块将钢球压入两块夹紧瓦之间， 撑开夹紧瓦，并夹紧 转台盘。 在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下， 将锥形块 抬起， 钢球也在另一根弹簧的作用下弹出， 夹紧瓦将 转台盘 松开 ，回转工作台继续工作。 直接驱动式精密数控回转工作台 数控回转工作台的定位精度主要取决于 力矩电机上的编码器模块，它准确控制力矩电机的转速和转矩，以达到控制 转台盘的力矩和转速，同时光栅也可以测定工作台的转角，并把所测得的信号传递给回转工作台的数控装置进行控制，这样达到对回转工作台的精确控制。 在本设计中，减少了传统的数控回转工作台对齿轮和 蜗杆副的 依赖，减少了传动过程中机械传动的误差，而采用力矩电机和数控装置来共同控制数控回转工作台，增强了数控回转工作台的 传动精度。 这也满足了新时代人们对机床加工精度要求越来越高的需求。 回转工作台设有零点，当它作回 转 运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅 和 编码器 以及共同力矩电机编码器模块 发出零位信号，使工作台准 设计（论文）专用纸 第 8 页 确 地停在零位。 数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。 当药停止的时候，回转工作台在接收到力矩电机编码器模块，光栅以及工作台数控装置的信号时，对工作台及时做出精确控制，并精确定位或锁紧机床。 这样机床的定位也就更加精确，加工的产品精度也更加精确。 直接驱动式精确数控回转工作台的组成及工程图如图 21 所示： 图 21 直接驱动式精确数控回转工作台的组成及工程图 1 底座 2 力矩电机 3 螺钉 4 螺栓 5 固定块 6 螺母 7 螺钉 8 固定块 9锁紧机构 10 支撑块 11 键 12 心轴 13 螺钉 14 转台 15 螺钉 16 工作台端盖 17 螺钉 18 转台轴承转台连接件 19 转台轴承 20 螺钉 21 螺栓 22 电机转台轴承连接件 23 螺母 24 光栅固定块 25 端盖 26 螺钉 27 螺钉 设计（论文）专用纸 第 9 页 设 计准则 我们的设计过程中，本着以下几条设计准则： 1） 创造性的利用所需要的物理性能 2） 分析原理和性能 3） 判别功能载荷及其意义 4） 预测意外载荷 5） 创造有利的载荷条件 6） 提高合理的应力分布和刚度 7） 重量要适宜 8） 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸 9） 根据性能组合选择材料 10） 零件与整体零件之间精度的进行选择 11） 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求 本章小结 本章主要对传统方案和本次所选的设计方案分析和比较，得出它们的优缺点，做出了本次设计的最终方案选择。 设计（论文）专用纸 第 10 页 第 3 章 数控回转工作台的结构设计 设计规格参数 规格参数 表 31 回转工作台参数 No 项目 Item 1 工作台面尺寸 (mm) Turntable diameter Φ1000 2 转台总厚高 (mm) Table height 540 3 转台中心定位孔直径 (mm) Center bore diameter Φ135深 6 4 工作台 T 型槽宽度 (mm) Tslot size 18 深 12 5 工作台基准 T 型槽宽度 (mm) 18 深 8 6 设定最小分度单位 (。 ) Minincrement 7 工作台的分度精度 177。 4 8 工作台的重复精度 177。 2 9 工作台最高转速 (r/min) 500 10 冷却条件下最大驱动力矩 (Nm) capacity 5597 11 冷却条件下额定驱动力矩 (Nm) capacity 3298 12 工作台最大承载能力 (kg) Max． Load capacity 1500 设计（论文）专用纸 第 11 页 13 工作台最大静态锁紧力矩 (Nm) 6000 14 最大锁紧油压 (Mpa) 15 冷却功率 (Kw) 7 外观图片 图 31 直接驱动式精确数控回转工作台 电机选择 力矩电机的原理 力矩电机是为满足低转速、大转矩负载要求而设计制造的一种特殊电动机。 与一般电机不同的是，它只利用转子静止或接近静止时的转矩，不强调机械功率。 普通电动机静止状态下的转。