畢業(yè)設計（論文）-數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)設計

1、<p><b>　　哈爾濱石油學院</b></p><p>　　本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設 計）</p><p>　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　姓 名 </p>

2、<p>　　學 號 </p><p>　　班 級 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　答辯日期 </p><p><b>　　哈爾濱石油學院</

3、b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　題目： 回轉(zhuǎn)工作臺設計</p><p>　　姓名： 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學號： </p><p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><

4、;p>　　查閱各種機床的回轉(zhuǎn)工作臺，或回轉(zhuǎn)臺附件，以及測量儀器的回轉(zhuǎn)工作臺，比較各工作臺的工作要求和結(jié)構(gòu)特點，也可參考數(shù)控機床的回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)，總結(jié)回轉(zhuǎn)工作臺設計要點，為設計新型回轉(zhuǎn)工作臺做技術準備。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1．繪制回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)裝配圖。</p><p>　　2．繪制回轉(zhuǎn)工作臺

5、關鍵部件或零件圖，與總裝圖共折合A0圖紙3張。</p><p>　　3. 關鍵零件進行受力分析，進行力校核計算。</p><p>　　4. 提出設計的改進方向。</p><p>　　5. 撰寫設計說明書。</p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　[1] 隋明陽．機械

6、設計基礎[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005.2</p><p>　　[2] 張桂香．機電類專業(yè)畢業(yè)設計指南[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005.11</p><p>　　[3] 張建綱，胡大澤．數(shù)控技術[M]．武漢：華中科技大學出版社，2000.1</p><p>　　[4] 于慧力，向敬忠，張春宜. 機械設計[M]. 北京：科學出版社，2007</p&

7、gt;<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術越來越廣泛的應用于各個領域。數(shù)控機車是數(shù)控技術最普遍的應用。數(shù)控車床今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增加。但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺更有發(fā)展前途,它是一種可以實現(xiàn)圓周進給和分度運動的工作臺

8、，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，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。本課題主要介紹了它的原理和機械結(jié)構(gòu)的設計，并對以上部分運用AUTOCAD做圖,最后是對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺提出的一點建議。</p><p>　　關鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺；齒輪傳動；蝸桿傳動；間隙消除；蝸輪加緊</p><p>

9、;<b>　　Abstract</b></p><p>　　With the level of development of productive forces, NC technology is more and more widely used in various fields. NC locomotive technology is the most widespread appli

10、cation. Numerical control there is in the future lathe to in will develop, the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-grandly, have such

11、 varieties as knife rest of hydraulic pressure, servo knife rest, vertical knife rest, etc. concurrently, it is e</p><p>　　Key words：numerical control rotary table； gear drive；worm drive；gap elimination； wo

12、rm gear steping up</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 數(shù)控技發(fā)展簡史1</p><p>　　1.2 機床數(shù)控化改造的必要性3</p><p>　　1.3 機床數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺點4</

13、p><p>　　1.4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇4</p><p>　　1.5 數(shù)控改造中主要機械部件改裝的探討5</p><p>　　1.6 數(shù)控技術發(fā)展趨勢6</p><p>　　第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應用9</p><p>　　2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺9</p><p>　　2.2 設

14、計準則10</p><p>　　2.3 主要技術參數(shù)10</p><p>　　2.4 本章小結(jié)11</p><p>　　第3章 傳動方案的確定12</p><p>　　3.1步進電機的原理12</p><p>　　3.2 傳動時應滿足的要求12</p><p>　　3.3 傳動方案及

15、其分析13</p><p>　　3.4本章小結(jié)13</p><p>　　第4章 齒輪傳動的設計14</p><p>　　4.1 選擇齒輪傳動的類型14</p><p>　　4.2 材料的選擇14</p><p>　　4.3 按齒面接觸疲勞強度設計16</p><p>　　4.4 確

16、定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸18</p><p>　　4.5 校核齒根彎曲疲勞強度18</p><p>　　4.6 本章小結(jié)19</p><p>　　第5章 電液脈沖馬達的選擇及運動參數(shù)的計算20</p><p>　　5.1 電機的選擇與運動參數(shù)計算20</p><p>　　5.2 本章小結(jié)21</p

17、><p>　　第6章 蝸輪蝸桿的設計與校核22</p><p>　　6.1 選擇蝸桿傳動類型22</p><p>　　6.2 材料的選擇22</p><p>　　6.3 按齒面接觸疲勞強度設計23</p><p>　　6.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸25</p><p>　　6.5

18、 校核齒根彎曲疲勞強度25</p><p>　　6.6 本章小結(jié)26</p><p><b>　　第7章 軸27</b></p><p>　　7.1 軸的設計要求和設計步驟27</p><p>　　7.2 軸的材料27</p><p>　　7.3 軸的強度計算28</p>

19、<p>　　7.4 本章小結(jié)30</p><p>　　第8章 軸上配合件的選用31</p><p>　　8.1 齒輪上鍵的選取與校核31</p><p>　　8.2 軸承的選用31</p><p>　　8.3 本章小結(jié)32</p><p><b>　　結(jié) 論33</b>

20、</p><p><b>　　參考文獻34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　畢業(yè)設計主要是培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想

21、，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。而高職類學生更應側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實際知識和技能，獲得工程技術經(jīng)用性崗位的基本訓練，通過畢業(yè)設計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學生向工程技術人員的過渡。使學生進一步鞏固和加深對所學的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學生獨立工作、獨立思考和綜合運用所學知識的技能，提高解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術問題的能力，從而擴大、深化所學的專業(yè)知識和技能。</p><

22、;p>　　培養(yǎng)學生的設計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應用、文字表達等基本工作實踐能力，使學生初步掌握科學研究的基本方法和思路。使學生學會初步掌握解決工程技術問題的正確指導思想、方法手段，樹立做事嚴謹、嚴肅認真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結(jié)協(xié)作的工作作風。</p><p>　　本次畢業(yè)設計主要是解決數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機械機構(gòu)的

23、設計與計算部分，設計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。</p><p>　　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：</p><p>　　(1)在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺；</p><p>　　(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；</p><p&

24、gt;　　(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。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達到每年600臺左右。預計未來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)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加

25、工機床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長。</p><p>　　1.1 數(shù)控技發(fā)展簡史 </p><p>　　1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)，工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比有了質(zhì)的飛躍，他為人類進入信息社會奠定了基礎。半個世紀以來，以計算機為主導和核心的信息技術，既通過電視，現(xiàn)代通信等提高了人類生

26、活的質(zhì)量，還促進生產(chǎn)力飛速向前發(fā)展，開創(chuàng)了人類文明史，生產(chǎn)史的新紀元。信息技術的飛速發(fā)展直接導致了知識經(jīng)濟的到來。</p><p>　　六年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上。在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。計算機及控制技術在機械制造設備中的應用是世紀內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術進步。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來，數(shù)控機床經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。</p><p>　

27、　(1)數(shù)控(NC)階段(1952-1970年)</p><p>　　早期計算機運算速度低，這對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控(HARD WIREDNC)，簡稱為數(shù)控(NC)。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年第一代— 電子管;1959年第二代— 晶體管;1965年第三代— 小規(guī)模

28、集成電路。</p><p>　　(2)計算機數(shù)控(CNC)階段(1970-現(xiàn)在)</p><p>　　到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批量生產(chǎn)。其運算速度比五，六十年代有了大幅度的提高，這比專門“搭”成的專用計算機成本低，可靠性高。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控(CNC)階段。到1971年美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件— 運

29、算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路集成在一塊芯片上，稱之為微處理器(MICROPROCESSOR)，又稱為中央處理單元(簡稱CPU)。</p><p>　　1974年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕，不及采用微處理器經(jīng)濟合理，而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能還不夠高，但可以采用多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)

30、控。到了1990年，PC機(個人計算機，國內(nèi)習稱微機)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，而且PC機生產(chǎn)批量很大，價格便宜，可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC的時代?？傊?，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年第四代一一小型計算機;1974年第五代— 微處理器;1990年第六代— 基于PC(國外稱為PC--BASED). 數(shù)控系統(tǒng)近五十年來經(jīng)歷了兩個階段六代的發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本

31、上解決了可靠性低，價格極為昂貴，應用很不方便等極為關鍵的問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達的國家，數(shù)控系統(tǒng)大規(guī)模地得到應用和普及，是在七十年代末八十年代初以后的事情，也即數(shù)控技術經(jīng)過了近三十年的發(fā)展才走向普及應用的。國外早己改稱為計算機數(shù)控(即CNC)，而我國仍習稱數(shù)控(NC)。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)控”實</p><p>　　1.2 機床數(shù)控化改造的必要性</p><p>　　(1)微觀看改造的

32、必要性    微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面?？梢詫崿F(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記

33、住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。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”?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力

34、(一個人可以看管多臺機床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突</p><p>　　1.3 機床數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺點</p><p>　　(1)減少投資額、交貨期短 同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動

35、交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50％左右。</p><p>　　(2)機械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限 所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。</p><p>　　(3)熟悉了解設備、便于操作維修 購

36、買新設備時，不了解新設備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)</p><p>　　(4)可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構(gòu)筑地基。</p><p>　　(5)可以采用最新的控制技術 可根據(jù)技術革

37、新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高設備質(zhì)量和檔次，將傳統(tǒng)機床改成當今先進水平的機床。</p><p>　　1.4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇</p><p>　　(1)進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈

38、沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。</p><p>　　(2)異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由

39、光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴。設計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。 </p><

40、p>　　(3)交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。當前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠

41、峰公司、北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度、驅(qū)動電機的功率和用戶的要求。</p><p>　　1.5 數(shù)控改造中主要機械部件改裝的探討</p><p>　　一臺新的數(shù)控機床，在設計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數(shù)控改造時應盡量達到上述

42、要求。不能認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了數(shù)控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。</p><p>　　(1)滑動導軌副 對數(shù)控車床來說，導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑。</p><p>

43、　　(2)齒輪副 一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數(shù)控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結(jié)構(gòu)上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求，以保證機床加工精度。 </p><p>　　(3)滑動絲杠與滾珠絲杠 絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺

44、距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。</p><p>　　(4)滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。 </p><p>　　(5)安全防護 改造效果必須以安

45、全為前提。在機床改造中要根據(jù)實際情況采取相應的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵特別是切屑及硬砂粒進入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。大拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。</p><p>　　1.6 數(shù)控技術發(fā)展趨勢</p><p><b>　　(1)性能發(fā)展方向</b></p>

46、<p>　　①高速高精高效化。速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由 </p><p>　　于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。 ②柔性化。包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用

47、戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 ③工藝復合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。 ④實時智能化。早

48、期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務，以確保任務在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為</p><p><b>　　(2)功能發(fā)展方向</b></p><p>　　①用戶界面圖形化。用戶界面是

49、數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。 </p&

50、gt;<p>　?、诳茖W計算可視化?？茖W計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結(jié)合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產(chǎn)品設計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及

51、加工過程的可視化仿真演示等。 ③插補和補償方式多樣化。多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?④內(nèi)裝高性能PL

52、C。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序?qū)嵗?lt;/p><p>　　(3)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展</p><p>　　①集成化。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平

53、板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 ②模塊化。硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器

54、、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 ③網(wǎng)絡化。機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。 ④通用型開放式閉環(huán)控制模式。采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式</p><p>　　第2章

55、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應用</p><p>　　數(shù)控機床的圓周進給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲線等?；剞D(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，擴大了數(shù)控機床加工范圍。</p><p>　　2.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺</p><p>　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣

56、，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進給軸聯(lián)動。</p><p>　　圖2-1為自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺。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。工作臺的運動是由伺服電動機，經(jīng)齒輪減速后由</p><p>　　1一蝸桿  2一蝸輪  3、4一夾緊瓦  5一小液壓缸  6一活塞  7一彈簧</p>

57、<p>　　8一鋼球  9一支座 10一光柵 11、12一軸承</p><p>　　圖2-1 自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺</p><p>　　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宋調(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。</p&

58、gt;<p>　　當工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有8對夾緊瓦4和3，并在底座9上均布同樣數(shù)量的小液壓缸5。當小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞6便壓向鋼球8，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪2。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7的作用下，鋼球8抬起，夾緊瓦將蝸輪松開。</p><p>　　回轉(zhuǎn)工作臺的導軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承12及雙列向心

59、圓柱滾子軸承11保持準確的回轉(zhuǎn)中心。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。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實際測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補償角度的位置和補償?shù)闹?，記憶在補償回路中，由數(shù)控裝置進行誤差補償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵10發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給數(shù)控裝置進行控制。</p><p>　　回轉(zhuǎn)工作臺設有零點，當它作回零運動時，先用擋鐵壓下限位開關

60、，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進給運動。</p><p><b>　　2.2 設計準則</b></p><p>　　設計過程中，本著以下幾條設計準則</p><p>　　(1)創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能</p><p&g

61、t;　　(2)分析原理和性能</p><p>　　(3)判別功能載荷及其意義</p><p><b>　　(4)預測意外載荷</b></p><p>　　(5)創(chuàng)造有利的載荷條件</p><p>　　(6)提高合理的應力分布和剛度</p><p><b>　　(7)重量要適宜</b

62、></p><p>　　(8)應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸</p><p>　　(9)根據(jù)性能組合選擇材料</p><p>　　(10)零件與整體零件之間精度的進行選擇</p><p>　　(11)功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求</p><p>　　2.3 主要技術參數(shù)</p><

63、;p>　　(1)回轉(zhuǎn)半徑：500 mm</p><p>　　(2)重復定位精度：0.005 mm</p><p>　　(3)電液脈沖馬達功率：0.75 kw</p><p>　　(4)電液脈沖馬達轉(zhuǎn)速：3000 rpm</p><p>　　(5)總傳動比：72.5</p><p>　　(6)最大承載重量：100k

64、g</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章講述了回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理以及設計要求，其主要參數(shù)包括回轉(zhuǎn)半徑：500 mm、重復定位精度：0.005 mm、電液脈沖馬達功率：0.75 kw、電液脈沖馬達轉(zhuǎn)速：3000 rpm、總傳動比：72.5、最大承載重量：100kg。</p><p>　　第3章 傳動方

65、案的確定</p><p>　　3.1 步進電機的原理</p><p>　　步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。   步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差

66、、控制簡單等特點。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。     選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。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。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩大的電機，負載

67、力矩大。     選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。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。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。   選擇功率步進電機時，應當估算機械負</p><p>　　3.2 傳

68、動時應滿足的要求</p><p>　　數(shù)控回轉(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。在本課題中，原動機采用電液脈沖馬達，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。</p><p>　　合理的傳動方案主要滿足以下要求：</p><p>　　(1)機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運

69、動形式的要求；</p><p>　　(2)工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等；</p><p>　　(3)工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等；</p><p>　　(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。</p><p>　　3.3 傳動方案及其分析</p><p&

70、gt;　　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—工作臺。</p><p>　　該傳動方案分析如下：</p><p>　　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。</p><p>　　蝸桿傳動有以下特點：</p><p>　　(1)傳動比大在分度機構(gòu)中可達1000以上

71、。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；</p><p>　　(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；</p><p>　　(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。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中；</p><p>　　(4)效率低、制造成本較高 。蝸桿傳動是，

72、齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。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。</p><p>　　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。同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。</p><p><b&

73、gt;　　兩種型式各有特點：</b></p><p>　　(1)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。</p><p>　　(2)閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 。閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。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

74、更高。</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章結(jié)合電機對幾種傳動方案進行了系統(tǒng)的分析，并從中選取了最為合理的傳動方案。本方案為:電液脈沖馬達—齒輪傳動—蝸桿傳動—工作臺。</p><p>　　第4章 齒輪傳動的設計</p><p>　　由于前述所選電機可知T=2.39 NM傳動比

75、設定為i=3，效率η=0.97工作日按300工作日計，壽命為10年。</p><p>　　4.1 選擇齒輪傳動的類型</p><p>　　齒輪類型較多，按照兩傳動軸相對位置和齒向的不同，齒輪機構(gòu)可分如圖4.1所示。</p><p>　　圖4-1 齒輪機構(gòu)的類型</p><p>　　根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動的形

76、式。</p><p>　　4.2 材料的選擇</p><p>　　(1)齒輪傳動對材料的基本要求</p><p>　　由齒輪的失效形式可知，設計齒輪傳動時，應使齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合及塑性變形的能力，而齒根要求有較高的抗折斷能力。因此，對齒輪材料性能的基本要求為：</p><p>　　齒面要硬，齒芯要韌；</p>

77、<p>　　具有良好的力學性能和熱處理性能。</p><p>　　(2)齒輪常用的材料</p><p>　　常用的齒輪材料是各種牌號的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵和鑄鋼等。表4-1列出了常用齒輪的材料及其熱處理后的硬度。</p><p>　　表4-1 常用的齒輪材料</p><p>　　齒輪材料的種類很多，在選擇時應考慮的因素也很

78、多，下述幾點可供選材時參考。</p><p>　　(1)閉式軟齒面齒輪傳動常用材料</p><p>　　閉式軟齒面齒輪傳動常選用的材料有35、45、40Cr和35SiMn經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理。此類材料的特點是制造方便，多用于對強度、速度和精度要求不高的一般機械傳動中。由于小齒輪輪齒工作次數(shù)較多，應使其齒面硬度比大齒輪的高出25~50HBS。</p><p>　　(2)閉

79、式硬齒面齒輪傳動常用的材料</p><p>　　閉式硬齒面齒輪傳動常用的材料有20、20Gr、20GrMnTi表面滲碳淬火和45、40Gr表面淬火或整體淬火，一般齒面硬度為45~65HRC。通常兩齒輪輪齒采用相同的齒面硬度。此類材料的特點是制造較復雜，精度要求高，多用于高速、重載及精密機械中。</p><p>　　(3)大尺寸齒輪及開式低俗齒輪傳動常用材料</p><p

80、>　　當齒輪尺寸較大而輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼；開式低俗傳動可采用灰口鑄鐵；球墨鑄鐵有時可代替鑄鋼。</p><p>　　考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。</p><p>　　4.3 按齒面接觸疲勞強度設計</p><p>　　先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒

81、根彎曲疲勞強度。</p><p><b>　　(1)轉(zhuǎn)距T</b></p><p><b>　　（4-1)</b></p><p>　　式中 P1— 傳遞的功率，kW；</p><p>　　N1— 小齒輪轉(zhuǎn)速，r/min。</p><p>　　轉(zhuǎn)矩 T=2.39 N

82、83;M</p><p><b>　　(2)載荷系數(shù)K</b></p><p>　　式中 K — 載荷系數(shù)；</p><p>　　KA — 使用系數(shù)；</p><p>　　KV — 動載系數(shù)；</p><p>　　K — 齒間載荷分配系數(shù)；</p><p>　　K —

83、 齒向載荷分布系數(shù)。</p><p>　　因為載荷平穩(wěn)，查表4-2，取KA=1.00 </p><p>　　分別查取KV，K和K的值，得到K=1.2</p><p>　　表4-2 使用系數(shù)KA</p><p>　　注：對于增速傳動可取表中值的1.1倍；當外部機械與齒輪裝置之間撓性連接時，其值可適當降低。</p><p&g

84、t;<b>　　(3)齒寬系數(shù)ψd</b></p><p>　　由表4-3得ψd=1</p><p>　　表4-3 齒寬系數(shù)ψd</p><p>　　注：直齒圓柱齒輪宜取較小值，斜齒輪可取較大值，人字齒輪可取到2；載荷穩(wěn)定，軸剛性大時取較大值；變載荷，軸剛性較小時宜取較小值。</p><p>　　(4)許用接觸應力[H

85、]</p><p>　　表4-4 最小安全系數(shù)參考值</p><p>　　注：1.在經(jīng)過使用驗證或材料強度、載荷工況及制造精度擁有較準確的數(shù)據(jù)時，SHmin可取下限。</p><p>　　2.建議對一般齒輪傳動不采用低可靠度。</p><p>　　(4-2) </p><p>　　式中 Hlim—失效率

86、為1%時，試驗齒輪的接觸疲勞極限；</p><p>　　SHmin—齒面接觸強度最小安全系數(shù)，因彎曲疲勞造成的輪齒折斷有可能引起重大事故，而接觸疲勞產(chǎn)生的點蝕只影響使用壽命，故齒輪彎曲疲勞安全系數(shù)SFmin的數(shù)值遠大于齒面接觸疲勞安全系數(shù)SHmin；</p><p>　　ZN—接觸疲勞強度計算的壽命系數(shù)取決于工作應力循環(huán)次數(shù)NL。</p><p>　　取失效率為1%

87、，查表4-4，最小安全系數(shù)SHmin=1</p><p>　　[H]=220 MPa</p><p><b>　　(5)端面重合度</b></p><p><b>　　=1.69</b></p><p><b>　　(6)重合度系數(shù)Z</b></p><p&

88、gt;　　(7)齒輪分度園直徑d</p><p>　　= 32.88 mm</p><p>　　4.4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸</p><p>　　(1)傳動比：i=3</p><p>　　(2)齒數(shù)：取Z1 = 22</p><p>　　則Z2 = i × Z1 =66</p>&l

89、t;p>　　(3)模數(shù)： m = d1/Z1= 32.88/22 = 1.49 mm, </p><p>　　取標準值：m = 1.5。</p><p>　　(4)中心距： α = m/2(Z1+Z2) = 60.5 mm </p><p>　　(5)分度圓直徑

90、：d1 = mZ1= 1.5x22 = 33 mm</p><p>　　d2 = mZ2 = 1.5x66 = 99 mm </p><p>　　(6)齒頂圓直徑：da1 = d1+2m = 33+2x1.5 = 36 mm </p><p>　　da2

91、= d2+2m = 99+2x1.5 = 102 mm </p><p>　　(7)齒寬：b = dd1 = 1x33 = 33 mm </p><p>　　b1 = b2+(5～10) 取b2 = 25mm</p><p>　　4.5 校核齒根彎曲疲勞強度

92、 </p><p>　　(1)大小齒輪彎曲疲勞極限</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　(2)彎曲壽命系數(shù)</b></p><p><b>　　O， </b></p><p><b>　　(

93、3)許用彎曲應力</b></p><p>　　取失效率1%，最小安全系數(shù)SFmin = 1.25， (4-3)</p><p>　　[F1] = 344MPa ，[F2] = 267.52MPa</p><p><b>　　(4)重合度系數(shù)Y</b></p><p><b>　　(5)應力修正系

94、數(shù)</b></p><p>　　YSa1 = 1.59，YSa2 = 1.77</p><p><b>　　(6)復合齒形系數(shù)</b></p><p>　　YFa1 = 4.12，YFa2 = 3.96</p><p><b>　　(7)校核計算</b></p><p

95、><b>　　彎曲強度足夠。</b></p><p><b>　　4.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對齒輪進行了系統(tǒng)的分析，通過齒輪的結(jié)構(gòu)類型圖對比得出采用直齒輪傳動的形式是最為理想的，本章還對出對齒輪進行了設計與計算并對齒輪進行了校核。</p><p>　　第5章 電液脈沖馬達的選擇及運動參數(shù)的

96、計算</p><p>　　5.1 電機的選擇與運動參數(shù)計算</p><p>　　許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅(qū)動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)微量進給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用電液脈沖馬達作為執(zhí)行單元。這是因為電液脈沖馬達具有以下優(yōu)點：</p><p>　　(1)直接采用數(shù)字量進行控

97、制</p><p>　　(2)轉(zhuǎn)動慣量小，啟動、停止方便</p><p><b>　　(3)成本低</b></p><p><b>　　(4)無誤差積累</b></p><p><b>　　(5)定位準確</b></p><p>　　(6)低頻率特性比較

98、好</p><p><b>　　(7)調(diào)速范圍較寬</b></p><p>　　采用電液脈沖馬達為驅(qū)動單元，其機構(gòu)也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進電機每加一個脈沖轉(zhuǎn)過一個脈沖當量；但由于其脈沖當量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用電液脈沖馬達的細分驅(qū)動技術。</p><p>

99、;　　(1)電液脈沖馬達電機的選擇</p><p>　　按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機。</p><p>　　(2)選擇電液脈沖馬達的額定功率</p><p>　　馬達的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，并且由于效

100、率和功率因素低而造成浪費。</p><p>　　工作所需功率為：Pw = FwVw/1000ηw KW Pw = Tnw/9950ηw KW </p><p>　　式中T = 150NM, nw = 36r/min,電機工作效率ηw = 0.97，代入上式得</p><p>　　Pw = 150×36/（9950×0.97）= 0.56

101、KW</p><p>　　電機所需的輸出功率為：P0 = Pw/η</p><p>　　式中：η為電機至工作臺主動軸之間的總效率。</p><p>　　由表2.4查得：齒輪傳動的效率為ηw=0.97；一對滾動軸承的效率為ηw=0.99；蝸桿傳動的效率為ηw=0.8。因此，</p><p>　　Η = η1η23η3 = 0.97×0

102、.993×0.8 = 0.75</p><p>　　P0 = Pw/η = 0.56/0.75 = 0.747 KW</p><p>　　(1)一般電機的額定功率 Pm = (1-1.3)P0 = (1-1.3)0.747 = 0.747-0.97 KW</p><p>　　電機額定功率為：Pm = 0.75 KW</p><p>

103、　　(2)電機機構(gòu)傳動范圍：齒輪傳動比：3—5</p><p>　　蝸桿傳動比：15—32</p><p>　　(3)則總的傳動范圍為：i = i1 × i2 = 3 ×(15—5)× 32 = 45—160</p><p>　　電機轉(zhuǎn)速的范圍為：N = i × nw = (45—160) × 36 = 1620—

104、5760 r/min</p><p>　　為降低電機的重量和價格，選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機，型號為Y801-2，其滿載轉(zhuǎn)速nm = 3000r/min。</p><p><b>　　5.2 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章結(jié)合回轉(zhuǎn)工作臺的工作精度需求，通過計算選取了滿載轉(zhuǎn)速nm = 3000r/min型號為

105、Y801-2的電機。</p><p>　　第6章 蝸輪蝸桿的設計與校核</p><p>　　由于前述所選電機可知T=6.93NM傳動比設定為i = 27.5，效率η = 0.8工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。</p><p>　　6.1 選擇蝸桿傳動類型</p><p>　　按蝸桿螺旋線方向的不同，蝸桿傳動有右旋和左旋之分。除

106、特殊需要外，一般都采用右旋。兩者工作原理和設計方法相同。</p><p>　　按蝸桿頭數(shù)的不同，可分為單頭蝸桿和多頭蝸桿。單頭蝸桿主要用于大傳動比的場合，要求自鎖的蝸桿傳動必須才用單頭蝸桿。多頭蝸桿主要用于傳動比不大和要求效率較高的場合。</p><p>　　按蝸桿形狀的不同，可分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動三類。</p><p>　　普通圓柱蝸桿的齒面

107、一般是在車窗上用直母線切削刃的車刀切制的，刀位置不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒輪廓線也不同?？煞譃榘⒒椎挛仐U、漸開線蝸桿、錐面包絡蝸桿、法向直廓蝸桿和圓弧圓柱蝸桿。</p><p>　　根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿。</p><p>　　6.2 材料的選擇</p><p><b>　　(1)蝸桿材料</b>

108、;</p><p>　　常用的蝸桿材料有碳鋼和合金鋼兩類。按熱處理的不同可分為硬面蝸桿和調(diào)質(zhì)蝸桿，設計時應首先考慮選用硬面蝸桿，但要注意硬面蝸桿制造時必須磨削；在缺乏磨削設備或蝸桿傳動承受短期沖擊載荷作用時，可選用調(diào)質(zhì)蝸桿。常用的蝸桿材料及熱處理方法見表6-1。</p><p>　　表6-1 蝸桿材料及工藝要求</p><p><b>　　(2)蝸輪材料

109、</b></p><p>　　蝸輪材料通常是指蝸輪齒冠部分的材料?？紤]到蝸桿傳動難有高的接觸精度，滑動速度又較大，以及蝸桿變形等因素，故蝸桿、蝸輪不能都用硬材料制造，通常蝸輪用減摩性良好的軟材料來制造。設計時可根據(jù)滑動速度選擇蝸輪材料，通常的材料如下。</p><p>　　鑄造錫青銅。其耐磨性最好，抗膠合能來高，易加工，用于重要傳動，允許的滑動速度可達25m/s，但是價格昂貴。

110、常用的有ZcuSn10Pb1、ZcuSnPb5Zn5，其中后者常用于小于12m/s的傳動。</p><p>　　鑄造鋁青銅。強度較高但價格教錫青銅便宜，其他性能均比錫青銅略差，一般用于小于4m/s的傳動，且與之配套的蝸桿硬度不低于45HRC。常用的有ZuAl10Fe3、ZcuAl10Fe3Mn2等。</p><p>　　灰鑄鐵。其各項性能遠不如前面兩類材料，但價格便宜。適用于小于2m/s的

111、低速、且對效率要求不高的一般傳動。</p><p>　　考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。</p><p>　　6.3 按齒面接觸疲勞強度設計</p><

112、;p>　　根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。</p><p>　　(1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2</p><p>　　按Z1=2，估取效率η=0.8，則</p><p><b>　　(6-1)</b></p><p>　　(2)確定載荷系數(shù)K</p>

113、<p>　　因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則</p><p>　　(3)確定彈性影響系數(shù)ZE</p><p>　　根據(jù)表6-2選用與鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配的ZE的值。</p><p>　　表6-2 材料系數(shù)ZE

114、 單位：</p><p>　　取ZE = 155 </p><p>　　(4)確定接觸系數(shù)Z</p><p>　　先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a = 0.30，從圖6-1可查出Zρ = 3.12。</p><p><b>　　Z</b></p><p>　　圖6-1

115、 圓柱蝸桿傳動的接觸系數(shù)</p><p>　　(5)確定許用應力[σ0H]</p><p>　　根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，可查表6.3得蝸輪的基本許用應力[σ0H] = 268MPa。</p><p>　　因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為YN=0.92，則</p>