回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)及其技術(shù)研究【含5張cad圖紙+文檔全套資料】
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回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)及其技術(shù)研究
摘要:本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)。通過對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)。本課題研究的主要內(nèi)容包括：確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案；驅(qū)動(dòng)力計(jì)算及其他相關(guān)計(jì)算；零件設(shè)計(jì)與校核；零件圖的繪制與三維模型建立；繪制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的裝配圖。
對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，首先，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，傳動(dòng)方案采用齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)；然后進(jìn)行各零件的設(shè)計(jì)與校核，蝸桿與軸采用整體式結(jié)構(gòu)；蝸輪與工作臺(tái)采用螺釘連接；工作臺(tái)的平衡通過止推軸承來保證；箱體由箱座、箱蓋和頂蓋組成，其中箱體上設(shè)計(jì)了圓臺(tái)和加強(qiáng)筋；最后，對(duì)各零件進(jìn)行裝配。
關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；齒輪；蝸桿；箱體；建模
Rotary table design and technology research
Abstract:The graduation project is the subject of design of CNC rotary worktable. NC rotary table on the design, so that before the students entered the community, not only to design a CNC rotary worktable, and can master the mechanical design of the methods and procedures. The main content of this research include,determining the transmission scheme of CNC rotary worktable;driving force calculation and other calculations; part design and verification; part and three-dimensional mapping model; assembly drawing .
NC rotary worktable for the design, first of all, the overall design, use of transmission scheme and worm gear drive; then each part of the design and verification, the whole worm and shaft structure; worm screw connection with the worktable; Balance worktable by thrust bearings to ensure; box from the box seat, lid and cover, of which the box on the design of the round table and strengthen the tendons; Finally, the parts for assembly.
Keywords: NC rotary worktable; gear; worm; box; modeling
II
目 錄
摘要 I
Abstrac. II
目 錄 III
引 言 1
第1章 緒論 2
1.1 本課題研究的主要內(nèi)容 2
1.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)原理及優(yōu)缺點(diǎn) 2
第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理 4
2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 4
2.2設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 4
2.3主要技術(shù)參數(shù) 5
第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 6
3.1 傳動(dòng)方案的選擇 6
3.1.1 傳動(dòng)方案傳動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求 6
3.1.2 傳動(dòng)方案及其分析 6
3.2 電機(jī)的選擇 7
3.2.1步進(jìn)電機(jī)的原理 7
3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 7
3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 9
3.3.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型與材料 9
3.3.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 10
3.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 12
3.3.4 幾何尺寸計(jì)算 13
3.3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 15
3.4.1 選擇渦桿傳動(dòng)類型 15
3.4.2 選擇材料 15
3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 15
3.4.4 蝸桿與渦輪的主要尺寸與參數(shù) 17
3.5軸的設(shè)計(jì) 18
3.5.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
3.5.2軸以及軸上鍵的校核 18
3.6 軸承的選用 19
3.6.1 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 20
3.6.2 滾動(dòng)軸承的配合 20
3.6.3 滾動(dòng)軸承的潤滑 20
3.6.4 滾動(dòng)軸承的密封裝置 20
3.7 潤滑與密封 20
3.7.1 傳動(dòng)副的潤滑 20
3.7.2 軸承的潤滑 21
3.7.3 密封 21
3.8本章小結(jié) 21
第4章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
4.1數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
4.2數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)今后發(fā)展趨勢(shì) 23
4.3功能發(fā)展方向 23
4.4體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 24
4.5智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) 24
結(jié)論 25
參 考 文 獻(xiàn) 26
致 謝 28
IV
引 言
隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)最普遍的應(yīng)用。而能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用于鏜床和加工中心，加工效率可以有效提高，更多的工藝也能被完成，它主要由電動(dòng)機(jī)、錐齒輪機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。
此次設(shè)計(jì)主要是完成輸送回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)齒輪、軸的計(jì)算以及校核，設(shè)計(jì)思路為：先確定回轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理以及驅(qū)動(dòng)方案，之后確定具體各個(gè)零件的尺寸以及裝配參數(shù)。
如今數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)應(yīng)用范圍很廣，它的發(fā)展方向?yàn)橐幌聨c(diǎn)：
a) 在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；
b) 在性能大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；
c) 在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。
估計(jì)近幾年要求帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心將會(huì)達(dá)到很多。在未來的5年內(nèi)，某些行業(yè)可能會(huì)因?yàn)橐恍┩獠康脑驅(qū)е掳l(fā)展速度下降，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，有國家政策幫助的行業(yè)會(huì)發(fā)展更快。普通加工機(jī)床將將以15％－20％左右的速度增長。
1
第1章 緒論
1.1 本課題研究的主要內(nèi)容
本課題主要研究回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理和其機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)以上部分運(yùn)用AUTOCAD做圖。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)。通過對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，而且對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟掌握了很多。本課題研究的主要內(nèi)容包括：確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案；驅(qū)動(dòng)力計(jì)算及其他相關(guān)計(jì)算；零件設(shè)計(jì)與校核；零件圖的繪制與三維模型建立。設(shè)計(jì)的主要難度在于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)技術(shù)、間隙調(diào)節(jié)技術(shù)和剎緊定位技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)消隙技術(shù)等，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)的研究。
研究具體內(nèi)容包括:
a) 確定回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)方案，傳動(dòng)方案，驅(qū)動(dòng)方案等；
b) 對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)內(nèi)部關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)、校核以及標(biāo)準(zhǔn)件的合理選用。
c) 總體設(shè)計(jì)達(dá)到簡單、合理、實(shí)用，可行性強(qiáng)的特點(diǎn)。
其中技術(shù)線路圖如下
1.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)原理及優(yōu)缺點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，能完成各種復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍[2]。例如自動(dòng)換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)是：在性能上以提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和承載能力為主要目標(biāo)；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)
2
和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。 機(jī)床工具行業(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。國產(chǎn)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽(yù)、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達(dá)國家相比都存在一定的差距，但在產(chǎn)品的價(jià)格、交貨期和售后服務(wù)上占有較大的優(yōu)勢(shì)。另外，近幾年臺(tái)灣地區(qū)的數(shù)控附件產(chǎn)品明顯加大了對(duì)大陸市場的開發(fā)力度，使國內(nèi)市場競爭態(tài)勢(shì)更加激烈。在接下來的幾年內(nèi)，我國機(jī)床附件廠要積極學(xué)習(xí)國外的一流技術(shù)，提高自己的創(chuàng)造力，和專業(yè)化產(chǎn)品，一定要面向市場，參與競爭，滿足主機(jī)發(fā)展的需要，適應(yīng)眼下的發(fā)展方向，提高加工的效率以及質(zhì)量，能在很短時(shí)間內(nèi)提高自己的機(jī)械化水平。
3
第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理
數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種普通機(jī)床難以加工出的球、圓弧曲面等?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。
2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng)，它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。
為了消除蝸桿副的傳動(dòng)間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動(dòng)蝸桿的軸向位置調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但它之所以能保持正常嚙合都是因?yàn)橥瑐?cè)螺距相同。
當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向有8對(duì)夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時(shí)，活塞便壓向鋼球，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，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(tái)可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)[4]。
2.2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：
a）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能
b） 分析原理和性能
c） 判別功能載荷及其意義
d） 預(yù)測意外載荷
e） 創(chuàng)造有利的載荷條件
f） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度
g） 重量要適宜
h） 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸
i） 根據(jù)性能組合選擇材料
j） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇
4
k） 功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求
2.3主要技術(shù)參數(shù)
——最大回轉(zhuǎn)直徑：320mm
——回轉(zhuǎn)角度：0～360°
——回轉(zhuǎn)精度：0.05°
——最大承載重量100㎏
第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
3.1 傳動(dòng)方案的選擇
3.1.1 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)一般由電動(dòng)機(jī)、錐齒輪和蝸輪蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)組成。傳動(dòng)裝置在電動(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)。在此次設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，工作臺(tái)為T形槽工作臺(tái)，傳動(dòng)裝置由錐齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成。
3.1.2 傳動(dòng)方案及其分析
由圖3-1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)。
圖3-1 傳動(dòng)方案
方案一的最大缺陷是：
——總傳動(dòng)比??；
——占用空間大；
——只能使工作臺(tái)完成回轉(zhuǎn)功能，無法使工作臺(tái)完成自鎖。
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。
所以數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為方案二：步進(jìn)電機(jī)——齒輪傳動(dòng)——蝸桿傳動(dòng)——工作臺(tái)。
該傳動(dòng)方案分析如下：
齒輪傳動(dòng)承載能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)正確協(xié)調(diào)，傳遞功率和圓周速度適用范圍非常廣，傳動(dòng)具有高效率的特點(diǎn)。
蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：
a) 傳動(dòng)比大，在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。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。
b) 傳動(dòng)平穩(wěn) 蝸輪與蝸桿能正常嚙合。因此，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。
c) 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。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。
d) 效率低、制造成本較高
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。
3.2 電機(jī)的選擇
3.2.1步進(jìn)電機(jī)的原理
步進(jìn)電機(jī)是一種利用脈沖控制的電磁執(zhí)行元件，選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要確定電機(jī)功率。
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要[11]。
優(yōu)點(diǎn)：直接利用數(shù)字量進(jìn)行控制；傳動(dòng)慣量小，啟動(dòng)，停止方便；成本低；無誤差積累；定位準(zhǔn)確；低頻率特性比較好；調(diào)速范圍較寬
3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn):
a）過載性好
b）控制方便
c）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單。
所以選擇步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算如下：
1）電機(jī)的選擇
按照工作要求和條件選兩相混合式步進(jìn)電機(jī)
2）功率
工作所需功率為：
式中， 電機(jī)工作效率；
電機(jī)所需的輸出功率為：
式中：為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。齒輪：；軸承：
蝸桿；。因此
一般電機(jī)的額定功率
則取電機(jī)額定功率為：。
3）轉(zhuǎn)矩
由后面齒輪的轉(zhuǎn)矩可得：
4）確定電機(jī)轉(zhuǎn)速
由文獻(xiàn)[2]表1-8推薦的各種機(jī)構(gòu)傳動(dòng)范圍為，?。?
齒輪傳動(dòng)比：3-5，
蝸桿傳動(dòng)比：15-32，
則總的傳動(dòng)范圍為：
電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍為
為降低電機(jī)的重量和價(jià)格，選取常用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)11BYG250D-0502，其各項(xiàng)指標(biāo)如表3-1所示:
表3-1 11BYG250D-0502步進(jìn)電機(jī)指標(biāo)
型號(hào)
相數(shù)
步距角
電流
轉(zhuǎn)矩
重量
外形尺寸
110BYG250D-0502
2
0.9/1.8
5A
18N.M
10.7Kg
112*112*225
5）利用步距角檢驗(yàn)
主要技術(shù)參數(shù)中，回轉(zhuǎn)精度：0.03°，可得步距角為：
計(jì)算的值與11BYG250D-0502步進(jìn)電機(jī)的步距角相吻合。11BYG250D-0502步進(jìn)電機(jī)滿足條件。
3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
如下圖所示，此傳動(dòng)為齒輪傳動(dòng)，其中1為小齒輪，2為大齒輪，傳動(dòng)比為3。
圖3-2 一級(jí)齒輪傳動(dòng)
3.3.1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型與材料
a) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；
b) 選用7級(jí)精度；
c) 小齒輪材料：調(diào)質(zhì)處理。硬度為280HBS, 大齒輪材料為45鋼；硬度為250HBS。
d) 選小齒輪齒數(shù)為24，大齒輪齒數(shù)位72
齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
3.3.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
式中：K為載荷系數(shù)；
T為轉(zhuǎn)矩；
為齒寬系數(shù)；
為許用接觸疲勞應(yīng)力。
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。
首先，試選載荷系數(shù)；
①計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
齒寬系數(shù)
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度；
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
接觸疲勞壽命系數(shù)
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得：
（2）計(jì)算
①試算小齒輪的分度圓直徑，代入中較小的值
=32mm
②計(jì)算周轉(zhuǎn)速度
③計(jì)算齒寬b
④計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
⑤計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)，7級(jí)精度，由文獻(xiàn)[1]圖10-8查的動(dòng)載荷系數(shù);
直齒輪;
系數(shù);
小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)；,由、,
;故載荷系數(shù)得:
⑦計(jì)算模數(shù)m
3.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
①彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
(3-5)
②確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
彎曲疲勞壽命系數(shù)，
③計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù),得：
④計(jì)算載荷系數(shù)K
⑤查取齒形系數(shù)
由文獻(xiàn)[1]表10-5查的
⑥查取應(yīng)力校正系數(shù)
得
計(jì)算大小齒輪的并加以比較
（2）強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
分析計(jì)算結(jié)果去模數(shù)m=1.18mm,并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm,按接觸強(qiáng)度計(jì)算分度圓直徑，得出小齒輪齒數(shù),取則有大齒輪齒數(shù)為72。
按這種方法設(shè)計(jì)出的齒輪，齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度都得到了滿足，并且結(jié)構(gòu)也緊湊了許多，避免了許多問題。
3.3.4 幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算分度圓直徑
2）中心距
3）計(jì)算齒輪寬度
取
3.3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖3-3,3-4所示，兩齒輪均為實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪，齒輪與軸采用單鍵連接。
圖3-3 小齒輪
圖3-4 大齒輪
3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核
3.4.1 選擇渦桿傳動(dòng)類型
根據(jù)GB/T10085-1988國家標(biāo)準(zhǔn)，采用漸開線蝸桿（ZI）
3.4.2 選擇材料
由于蝸桿傳動(dòng)功率不大，傳動(dòng)速度不高，故蝸桿用45鋼；為了要使傳動(dòng)效率高一點(diǎn)，耐磨性好一些，所以蝸桿輪蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸桿用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1,金屬模鑄造。齒外圈用青銅制造，輪芯用灰鑄鐵HT100鑄造。
3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
式中：K為載荷系數(shù)；
T2為蝸桿上的轉(zhuǎn)矩；
ZE為彈性影響系數(shù)；
ZP接觸系數(shù)。
①確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩
按，估取效率，則
②確定載荷系數(shù)
系數(shù);由于載荷系數(shù)不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù)；則
③確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故。
④確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距a的比值，。
⑤確定許用接觸應(yīng)力
蝸輪的許用應(yīng)力。
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
壽命系數(shù)
則
⑥計(jì)算中心距
取中心距a=100mm,,因，取模數(shù)m=4,蝸桿分度圓直徑d=40mm。接觸系數(shù),,因?yàn)?因此以上計(jì)算結(jié)果可用。
3.4.4 蝸桿與渦輪的主要尺寸與參數(shù)
（1）蝸桿
軸向齒距；
直徑系數(shù)；
齒頂圓直徑；
齒根圓直徑；
分度圓導(dǎo)程角；
蝸桿軸向齒厚。
（2）蝸輪
蝸輪齒數(shù);變位系數(shù)；
驗(yàn)算傳動(dòng)比,這時(shí)傳動(dòng)比誤差為，是允許的。
蝸輪分度圓直徑
蝸輪圓直徑
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉圓半徑
3.5軸的設(shè)計(jì)
3.5.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
定心軸
蝸桿軸結(jié)構(gòu)
3.5.2軸以及軸上鍵的校核
1）取鍵連接的類型及尺寸
因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應(yīng)用平鍵連接即可。在此用平鍵。由資料可查出傳動(dòng)軸鍵的截面尺寸為：寬度b=12mm，高度h=8mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=40mm；蝸輪軸鍵的截面尺寸為：寬度b=14mm，高度h=9mm，由大齒輪的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=50mm。
2） 鍵連接的強(qiáng)度
鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力，取其平均值。
傳動(dòng)軸鍵的工作長度l=L-b=40-12=28mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=4mm，從而可得：，可見滿足要求。此鍵的標(biāo)記為：鍵B12×40 GB/T 1096—1979。
傳動(dòng)軸鍵的工作長度l=L-b=50-12=38mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=4.5mm，從而可得：，可見滿足要求。此鍵的標(biāo)記為：鍵B14×50 GB/T 1096—1979。
3.6 軸承的選用
滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。滾動(dòng)軸承主要是借助內(nèi)外圈的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳力與滾動(dòng)，滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。
3.6.1 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配
軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。
3.6.2 滾動(dòng)軸承的配合
滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。
3.6.3 滾動(dòng)軸承的潤滑
考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。
3.6.4 滾動(dòng)軸承的密封裝置
軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。
唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應(yīng)朝外。
3.7 潤滑與密封
3.7.1 傳動(dòng)副的潤滑
計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的由于蝸桿傳動(dòng)效率不高，產(chǎn)熱量比較大，因此，蝸桿傳動(dòng)應(yīng)用油浴潤滑。根據(jù)算出的潤滑油溫度判斷是否需要采用強(qiáng)化散熱裝置。
在單位時(shí)間內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)由摩擦損耗產(chǎn)生的熱量為, 從箱體外表面散逸到空氣中的熱量,根據(jù)平衡條件可求出潤滑油的工作溫度t
式中 —蝸桿輸入功率，；
—蝸桿傳動(dòng)效率；
K—散熱系數(shù)，,當(dāng)周圍空氣流通良好時(shí)取大值；
A—散熱面積，，指內(nèi)壁被油所濺及而外壁與空氣接觸的表面積；
—周圍環(huán)境溫度，。
在本次設(shè)計(jì)中，電機(jī)的輸入功率為，電機(jī)的工作效率，齒輪傳動(dòng)效率為；一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率為；蝸桿傳動(dòng)效率為，因此蝸桿的輸入功率,不需要采取強(qiáng)化散熱裝置。
因?yàn)辇X輪傳動(dòng)的速度不是很快，傳動(dòng)比較小，所以，齒輪傳動(dòng)不需要采取專門的潤滑方式，只需要再工作時(shí)，給齒輪涂上與之相適應(yīng)的潤滑油即可。
3.7.2 軸承的潤滑
軸承在大多數(shù)情況下使用脂潤滑，在一些特殊情況下，也可以采用油潤滑。在本次設(shè)計(jì)中，蝸桿軸上的兩個(gè)圓錐滾子軸承就應(yīng)該采用油潤滑，而且潤滑油與蝸桿傳動(dòng)的潤滑油是同一種潤滑油。這樣，在傳動(dòng)過程中，潤滑油由于蝸桿的回轉(zhuǎn)就可以飛濺到軸承上，而且潤滑方便?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的其他軸承應(yīng)該用脂潤滑，而且為了防止?jié)櫥瓦M(jìn)入軸承，從而破壞了脂潤滑，需要在相應(yīng)的部位安裝上擋油盤。
3.7.3 密封
為了防止外界飛塵進(jìn)入回轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)部以及防止?jié)櫥蜐B出箱體，需要在工作臺(tái)于箱體的接觸面、以及軸承端蓋與箱體的接觸面上布置相應(yīng)的密封件。經(jīng)過設(shè)計(jì)與選擇，在工作臺(tái)與箱體的接觸面上采用氈圈密封，另外，在傳動(dòng)軸的伸出的相關(guān)部位，我們也采用氈圈密封。軸承端蓋與箱體的接觸面上，我們采用O形圈密封。
此外，還有一個(gè)重要的密封，就是為了防止蝸桿傳動(dòng)的潤滑油進(jìn)入齒輪傳動(dòng)的部位，我們采用旋轉(zhuǎn)軸唇形式密封圈。
3.8本章小結(jié)
對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)以及其他零件的設(shè)計(jì)首先通過設(shè)計(jì)要求，合理選用了傳動(dòng)方式，合理選用了電機(jī)型號(hào)，完成了對(duì)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)以及校核，各類參數(shù)的確定，完成了軸的設(shè)計(jì)和校核，軸承的選用，潤滑方式的選擇等。
第4章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖4-1數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)圖
圖中：1、主箱體，2、蝸輪，3、定心軸，4、連接螺栓，5、軸套，6、箱體連接螺栓，7、墊片，8、軸1,9、聯(lián)軸器，10、鍵，11、小齒輪，12、端蓋，13、圓柱滾子軸承，14、副箱體，15、大齒輪，16、滾子球軸承，17、蝸桿，18,、軸向擋圈
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)是其技術(shù)核心，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理直接影響到所加工零件的精度，本次設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理：利用聯(lián)軸器將電機(jī)軸和傳動(dòng)軸1連接，小齒輪與軸1用鍵連接，電機(jī)動(dòng)力通過軸1傳遞給小齒輪，小齒輪和大齒輪嚙合傳動(dòng)，大齒輪與蝸輪軸用鍵連接將動(dòng)力傳遞給蝸桿，蝸輪利用螺栓和定心軸承與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)固定連接。利用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力和轉(zhuǎn)速。
圖4-2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖
圖中：19、固定螺栓，20、回轉(zhuǎn)臺(tái)，21、定位螺栓，22、定心軸，23、上端蓋，24、定位銷，25、下端蓋，26、軸承，27、加緊裝置，28、鋼球，29、彈簧，30、加緊瓦，31、圓鋼珊，32，螺母，33螺釘，34、軸承，35、螺栓，36、軸套，37、調(diào)整環(huán) 38、支座連接螺栓 39、支座，40、定心軸軸承。
數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)支架部分，總體結(jié)構(gòu)有上端蓋，下端支撐腿組成，回轉(zhuǎn)臺(tái)工作面和蝸輪利用定芯軸22連接，保證蝸輪和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的同軸度，定心軸利用軸承以及擋圈，支座固定連接在一起，利用彈簧和夾緊裝置將其定位加緊，利用連接螺栓將上端蓋和下支腿箱體連接在一起，從而形成整個(gè)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)。
4.2數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)今后發(fā)展趨勢(shì)
a) 高速高精高效化
b) 柔性化
c) 工藝復(fù)合性和多軸化
d) 實(shí)時(shí)智能化
4.3功能發(fā)展方向
a) 用戶界面圖形化。
b) 科學(xué)計(jì)算可視化
c) 插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化
d) 內(nèi)裝高性能PLC
e) 多媒體技術(shù)應(yīng)用
4.4體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展
a) 集成化
b) 模塊化
c) 網(wǎng)絡(luò)化
d) 通用型開放式閉環(huán)控制模式
4.5智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)
智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將computer智能技術(shù)、internet技術(shù)、CAD/CAM、等多種高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。
結(jié)論
通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我能將自己這四年來所學(xué)的專業(yè)知識(shí)重新拾起整理，并且在心中有了一個(gè)知識(shí)體系，知道如何去調(diào)用所學(xué)的知識(shí)，對(duì)于自己不了解的、不曾接觸過的專業(yè)知識(shí)，知道可以通過查閱資料區(qū)學(xué)習(xí)并掌握它。
現(xiàn)在想起剛拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，覺得太難了，不知道從哪里入手，怕不能完成。最后在老師的指導(dǎo)下，才知道原來這個(gè)題目的用意就是在于讓學(xué)生深入了解一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，將自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)重新收拾一遍，為以后走向工作崗位打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。有了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷，我深刻理解了一臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，也學(xué)會(huì)如何將所學(xué)的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中。
大家都知道，每一套設(shè)備都要經(jīng)過反復(fù)的改進(jìn)才能讓生產(chǎn)效率更高，所以不是這么一份并且還不是很完善的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書就完了，需要做的事情很多很多。任何的設(shè)計(jì)都不可能時(shí)完美的，總存在一定的不足之處。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也不可避免的存在缺陷: 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)還不完善。我會(huì)再接再厲，盡可能的完善數(shù)控系統(tǒng)。
本次設(shè)計(jì)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，僅有一個(gè)自由度。若在此基礎(chǔ)上增加一個(gè)或多個(gè)自由度，那么工作臺(tái)的應(yīng)用范圍將會(huì)更廣，目前市場上多自由度的工作臺(tái)需求量很大。所以若設(shè)計(jì)多自由度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，將會(huì)很有價(jià)值。
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