数控回转工作台设计毕业设计说明书

数控回转工作台设计毕业设计说明书内容摘要：

作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。 转台按功能的不同可分为通用转台和精密转台两类。 、立卧转台和万能转台。 常见的 有光学转台、数显转台和超精密端面齿盘转台。 数控回转工作台 的工作原理 为了扩大工艺范围，提高生产率， 数控机床回转工作台 除具有沿 X、 r、 z三个坐标轴的直线进给运动功能外，摇臂钻床往往还具有绕 X、 r、 Z 坐标轴的圆周进给运动。 数控机床用于实现回转运动的部件主要就是回转工作台。 数控机床回转工作台按安装方式又可分为立式、卧式、万能倾斜式；按照其伺服控制方式又可分为开环和闭环两种。 数控机床回转工作台的分度定位和分度工作台不同，数控机床它是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度，并没有其他的定位元件。 因此 ，对开环 7 数控转台的传动精度要求高比较、传动间隙还尽量要小。 数控机床回转工作台还设有零点，当它作回零控制时，先快速回转运动至挡块压合微动开关时，发出“快速回转”变为“慢速回转”的信号，再由挡块压合微动开关发出从“慢速回转”变为“点动步进”信号，最后由功率步进电动机停在某一固定的通电相位上 (称为锁相 )，数控机床从而使转台准确地停在零点位置上。 数控转台的圆形导轨采用都是大型推力滚珠轴承，使回转灵活。 径向导轨由滚子轴承及圆锥滚子轴承保证回转精度和定心精度。 摇臂钻床用来调整轴承的预紧力，可以消除回转轴的径向间隙。 摇臂钻床是来调整轴承的调整套的厚度，可以使圆导轨上有适当的预紧力，保证导轨有一定的接触刚度。 这种数控机床回转工作台可做成标准附件，回转轴可水平安装也可垂直安装，数控机床以适应不同工件的加工要求。 数控回转工作台 的组成 数控回转工作台具有两个正交测试轴的倾角仪作为测试工具，将倾角仪设置于待调平的转台台面中心处，使倾角仪的两个正交测试轴平行于转台台面，通过调整转台底座下的调平机构使倾角仪两测试轴输出的倾斜角度值转台即为调平状态。 等分回转工作台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆 蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度。 因此必须另辟蹊径开发数控转台和摆头的新型电磁驱动系统，以实现数控机床旋转运动坐标的零传动驱动。 数控回转工作台包括转台底脚、圆形的转台台面、四个安装在转台底脚的上表面、以均角布置的滚动轴承件和一安装在转台底脚上表面中心的内装调心轴承的中心支座，每一滚动轴承件包括一第一滚动轴承和通过第一轮轴支撑第一滚动轴承的支座，回转工作台台面的下表面中心设置有一垂直向下的第二轮轴，回转工作台台面安装在转台底脚之上，第二轮轴与中心支座中的 调心轴承的内圈固定，而所述第一滚动轴承的转动表面各与转台台面的下表面滚动接触。 本课题研究的主要内容 通过对数控回转工作台设计，希望学生熟悉机电一体化系统中机械系统设计过程，以及掌握利用 AutoCAD 或 UG 来绘制二维图形或创建三维实体的能力。 毕业设计环节是教学计划中综合性最强的实践教学环节，对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高毕业生全面素质具有很重要的意义。 同时，对所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端。 对数控回转工作台的设计主要是培养学生综合应用 所学专业的基础理论、 8 基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。 而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。 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 主要技术参数 （ 1）最大回转半径： 500 mm （ 2） 回转角度： 0～ 360176。 （ 3） 回转精度： 0． 03176。 （ 4） 最大承载重量 100㎏ （ 5） 电液脉冲马达功率 （ 6） 电液脉冲马达转速 3000 rpm （ 7） 总传动比： 360 长安大学 9 第二章 方案比较 与选择 传动方案的选择 传动方案传动时应满 足的要求 数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。 在本课题中，原动机采用应采用步进电机，工作台为 T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。 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。 传动方式特点 蜗杆传动 特点 ： 1)由于蜗杆相当于一个螺杆，当蜗杆的导程角小于摩擦角时，蜗杆传动带有自锁性，这时涡轮副只能由蜗杆驱动涡轮，不能由涡轮驱动蜗杆。 2)蜗轮副传动的结构紧凑，涡轮箱的外形尺寸较小。 3)蜗轮副传动平稳，无噪声 4)蜗轮副传动是滑动摩擦，在传动中摩擦损害较大，因此传动效率较低。 采用自锁蜗杆传动时，效率约为 50%。 5)由于蜗杆传动时，蜗杆和蜗轮轮齿间的运动速度较大，摩擦也大，为了提高蜗轮副传动的寿命，一般蜗杆采用钢材制造，而蜗轮采用耐磨的材料如青铜等制造。 齿轮传动 特点 : 齿轮 传动是由分别安装在主动轴及从动轴上的两个齿轮相互啮合而成。 齿轮传动是应用最多的一种传动形式，它有如下特点 1） 能保证传动比稳定不变。 2）能传递很大的动力。 3）外廓尺寸小， 结构紧凑、效率高。 + 4） 制造和安装的精度要求较高。 5） 当两轴间距较大时，采用齿轮传动就比较笨重 6）圆周速度及功率范围广，应用最广泛 7）不能缓冲，无过载保护作用，有 噪音 10 传动方案及其分析 由图 21所示，数控回转工作台的传动方案有两种：方案一为一级和二级都是齿轮传动；方案二为一级齿轮传动，二级蜗杆传动。 图 21 传动方案 方案一的最大缺陷是： ； ； ，无法使工作台完成自锁。 而方案二虽然传动效率低，但以上三个功能全部都能完成自锁。 所以 数控回转工作台传动方案为 方案二 ：步进电机 —— 齿轮传动 —— 蜗杆传动 —— 工作台。 该传动方案分析如下： 齿轮传动承受载能力较高 ，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。 蜗杆传动有以下特点： 1．传动比大，在分度机构中可达 1000以上。 与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。 2．传动平稳 蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此， 11 传动平稳，噪声低。 3．可以自锁 当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。 这种蜗杆传动常用于起重装置中。 4．效率低、制造成本较高 蜗杆传动方面：齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为 ，具有自锁的蜗杆传动效率仅为。 为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。 传动方案的选择 由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。 原动机的选择 步进电动机 图 22 步进电机 步进电动机具有自身的特色．归纳起来有： (1)可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。 (2) 一般步进电机的精度为步进角的 35%，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计误差，具有良好的跟随性 ， 可以组成结构较为简单而 又具有 —定精度的开环控制系统，也可在要求更高招度时组成闲环控制系统。 (3)无刷，电动机本体部件少，可靠性高。 (4)易于起动、停止、正反转及变速．响应性也好 (5)停止时，可有自锁能力。 (6)步距角选择范围大，可在几十角分至 180 度大范围内选择。 在小步距情况下通常 可以在超低速下高转矩稳定运行、通常可以不经减速器直接驱动负载。 12 (7)速度可在相当宽范围内平滑调节。 同时用一台控制器控制几台步进电动机可使它 们完全同步运行。 (8)步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。 (9)由于存在失步和共振，因此步进电动机的加减速方法根据利用状态的不向而复杂化。 (10)步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。 （ 11） 步进电机外表不允许较高的温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200度以上，所以 步进电机外表温度在摄氏 8090 度完全正常。 （ 12） 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。 在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 （ 13） 由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价， 又非常的可靠 ， 同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。 （ 14） 速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。 （ 15） 步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。 （ 16） 步进电机低速时可以正常运转 ,但若高于一定速度就无法启动 ,并伴有啸叫声。 伺服 电机 13 图 23 伺 服电机 伺服 电机 与 步进电机 相比优点： (1)精度：实现了位置，速度和力矩的闭 环控制；克服了步进电机失步的问 题； (2)转速：高速性能好，一般额定转速能达到 2020～ 3000 转；在其额定转速以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 (3)适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用； (4)稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。 适用于有高速响应要求的场合； (5)及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内； (6)舒适性：发热和噪音明显降低。 (7)过载能 力： 具有速度过载和转矩过载能力。 其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。 避免了 力矩浪费的现象。 (8)控制性能： 伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 伺服电机分为 直流伺服 电机和 交流伺服 电机： 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。 有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。 因此它可以用 于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。 控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或 14 正弦波换相。 电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 但现在价格高。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。 大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。 因而适合做低速平稳运行的应用。 免维护，性价比高。 电液脉冲马达 ： 电液脉冲马达由步进电机和液压伺服机构（即扭矩放大器）所组成。 由步进电机接收数字控制装置发出的脉冲信号，把它转换或角位移。 经液压随动阀和油马达组成的伺服机构做功率放大后，驱动机床工作台或刀架，使之进行精确定或作进给运动。 是当前数控系统中特别是开环系统中比较理想的伺服元件。 电液脉冲马达广泛应用在自动控制、同步控制和各种数控机床上。 其优点为 ： 角位移准确、反应迅速、调整范围广 ，在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小，反应快，速度平稳等。 缺点为：液压系统需要供油，体积大，噪声，漏油等。 图 24 电液脉冲马达 采用电液脉冲马达为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等不足。 通常步进电机每加一。