1、三 江 學 院本科生畢業設計（論文）題 目 雙軸數控回轉工作臺設計 高職 院（系） 機械制造及自動化 專業學生姓名 陶軼晟 學號 G085152013 指導教師 王志斌 職稱 起訖日期 目錄摘要.3緒論.4第一章 數控回轉工作臺1.1 數控回轉的介紹11 數控回轉工作臺的原理.612設計準則.10第二章 雙軸工作臺的總體的方案21 樣本的選擇.1122 雙軸的工作臺方案擬定12第三章 雙軸工作臺的主要零件的設計31 底板.1432 定心軸.1433 軸承的選用.1534 為何回轉臺要用蝸輪副傳動17注意事項22結論23參考材料.24致謝25摘要數控車床今后將向中高檔發展，中檔采用普及型數控刀架

2、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，預計近年來對數控刀架需求量獎大大增加。但是數控回轉工作臺更有發展前途，它是一種可以實現圓周進給和分度運動的工作臺，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構的設計，不對以上部分運用AUTOCAD作圖，最后是對數控工作臺提出的一點建議。關鍵詞：數控回轉工作臺 齒輪傳動 蝸桿傳動 間隙消除 蝸輪加緊緒論畢業設計主要是培養學生綜合應用所學專業的基礎理論、基本技能和專業知識

3、的能力，培養學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規范和方法。從生產的第一線獲得生產實際知識和技能，獲得工程技術經用性崗位的基本訓練，通過畢業設計，可樹立正確的生產觀點、經濟觀點和全局觀點，實現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，使之系統化，綜合化。培養學生獨立工作、獨立思考和綜合所學知識的技能，提高解決本專業范圍內的一般工程技術問題的能力，從而擴大、深化所學的專業知識和技能。培養學生的設計計算、工程繪圖、實驗研究、數據處理、參閱文獻、外文資料的閱讀和翻譯、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

4、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、刻苦專研、勇于探索、具有創新意識和團隊協作的工作作風。本次畢業設計主要是解決數控回轉工作臺的工作原理和機械機構的設計與計算部分，設計思路是先原理后結構，先整體后局部。目前數控回轉工作臺已廣泛應用于數控機床和加工中心上，它的發展趨勢是：1.在規格上將向兩頭延伸，即開發小型和大型轉臺；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速和轉臺的承載能力；3.在形式上繼續研制兩軸聯動和多軸并聯回轉的數控轉臺。數控轉臺的市場分析：隨著我國制造業的發展，加工中心將會越來越多的被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。

5、估計近幾年要求配備數控轉臺的加工中心將會達到600臺左右。預計未來5年，雖然某些行業由于產能過剩、受到宏觀調控的影響而繼續保持著較低的行業景氣度外，部分裝備制造業將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產業政策鼓勵振興和發展的裝備子行業。作為準備制造業的母機，普通加工機床將獲得年均15%20%的穩定增長。第一章 數控回轉工作臺數控機床的圓周進給由回轉工作臺完成，稱為數控機床的第四軸：回轉工作臺可以與X、Y、Z三個坐標軸聯動，從而加工出各種球、圓弧曲線等。回轉工作臺可以實現精確的自動分度，擴大了數控機床加工范圍。 1.1 數控回轉工作臺的原理 數控回轉工作臺主要用于數控鏜床和銑床，其外形

6、和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅動是伺服系統的驅動方式。它可以與其他伺服進給軸聯動。 圖8-24為自動換刀數控鏜床的回轉工作臺。它的進給、分度轉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，經齒輪減速后由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  8一鋼球  9一底座  10一圓光柵 11、12一軸承蝸桿1傳給蝸輪2。 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整間隙。這種蝸桿的左右兩側面具有不同的螺距，因

7、此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。 當工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態。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。 回轉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及雙列向心圓柱滾子軸承11保持準確的回轉中心。數控回轉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。在半閉環控制系統

8、中，可以在實際測量工作臺靜態定位誤差之后，確定需要補償角度的位置和補償的值，記憶在補償回路中，由數控裝置進行誤差補償。在全閉環控制系統中，由高精度的圓光柵10發出工作臺精確到位信號，反饋給數控裝置進行控制。 回轉工作臺設有零點，當它作回零運動時，先用擋鐵壓下限位開關，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發出零位信號，使工作臺準確地停在零位。數控回轉工作臺可以作任意角度的回轉和分度，也可以作連續回轉進給運動。分度工作臺只能完成分度運動，不能實現圓周進給。分度工作臺的分度只限于某些規定的角度。鼠齒盤式分度工作臺是一種應用很廣的分度裝置。鼠齒盤分度機構的向心多齒嚙合應用了誤差平均原理，因此能

9、獲得較高的分度精度和定心精度，其分度精度可以達1"3"。圖8-25是某數控銑床的鼠齒盤式分度工作臺。鼠齒盤式分度工作臺是由工作臺面、底座、壓緊液壓缸、鼠齒盤、伺服電動機、同步帶輪和齒輪轉動裝置等零件組成。鼠齒盤是保證分度精度的關鍵零件，每個齒盤的端面帶有數目相同的三角形齒，當兩個齒盤嚙合時，能夠自動確定周向和徑向的相對位置。 鼠齒盤式分度工作臺作分度運動時，其工作過程分為三個步驟： (1)分度工作臺抬起  數控裝置發出分度指令，工作臺中央的壓緊液壓缸下腔通過油孔進壓力油，活塞向上移動，通過鋼球將分度工作臺抬起，兩齒盤脫開。抬起開關發出抬起完成信

10、號。(2)工作臺回轉分度  當數控裝置接收到工作臺抬起完成信號后，立即發出指令讓伺服電動機旋轉，通過同步齒形帶及齒輪帶動工作臺旋轉分度，直到工作臺完成指令規定的旋轉角度后，電動機停止旋轉。(3)分度工作臺下降，并定位夾緊  當工作臺旋轉到位后，由指令控制液壓電磁閥換向使壓緊液壓缸上腔通過油孔進入壓力油。活塞帶動工作臺下降，鼠齒盤在新的位置重新嚙合，并定位夾緊。夾緊開關發出夾緊完成信號。液壓缸下腔的回油經過節流閥，以限制工作臺下降的速度，保護齒面不受沖擊。 鼠齒盤式分度工作臺作回零運動時，其工作過程基本與上相同。只是工作臺回轉擋鐵壓下工作臺零位開關時，伺服電動機減速

11、并停止。 鼠齒盤式分度工作臺與其他分度工作臺相比，具有重復定位精度高、定位剛度好和結構簡單等優點。鼠齒盤的磨損小，而且隨著使用時間的延長，定位精度還會有進一步提高的趨勢，因此在數控機床上得到了廣泛應用。1.2 設計準則我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則：1） 創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） 創造有利的載荷條件5） 預測意外載荷6） 提高合理的應力分布和剛度7） 重量要適宜8） 應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸9） 根據性能組合選擇材料10） 零件與整體之間精度的選擇11） 功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求第二章 雙軸工作臺的總

12、體方案2.1 樣本選擇樣本選的是：數控回轉工作臺： 高精度球面蝸輪副。蝸杠見圖21。 一.主要用途和工作原理1 主要用途：數控轉臺事單軸交流伺服控制的高科技裝置。它主要用于三坐標，立式加工中心，數控銑床。鏜床等連接為第四軸擴大數控機床功能，同時業可用于普通銑床。鏜床。鉆床。作為高精度的 自動分度裝置，提高加工精度，減少加工工時。2 工作原理：由系統發出信號給交（直）流伺服電機，通過同步齒形帶傳給高精度蝸輪副，帶動工作臺旋轉。實現精確分度。二主要特點1用伺服電機驅動的 高精度的蝸輪副的傳動裝置，由半閉環數控系統控制，可實現任意角度的分度控制。2轉動鏈短。蝸輪副精度高。分度精度高。3制動扭矩大，剛

13、性好 ，制動后可進行任意分度下的 銑削加工，也可在較低切削扭矩下 ，連續銑削加工回轉件。4可在一次裝夾后，對單個零件多個面。或多個零件多個面進行加工。5數控回轉工作臺，可以由數控機床數控系統控制，參與數控機床的聯動，也可用于獨立的 數控系統控制，按要求編程控制其循環2. 2雙軸的工作臺方案擬定：一立式 一臥式兩個相同花盤直徑為375mm的回轉工作臺。產品的主要技術參數雙軸工作臺的結構裝配圖如圖：圖SS-1雙軸工作臺的工作原理選用二個花盤直徑為375mm的回轉工作臺。在一個為1200mm的底板上為01號圖標。把1號回轉臺放在02號的蓋板上固定在01號底板用8個M12×50螺絲和兩個8&

14、#215;20銷子固定，通過蝸輪副轉動帶動04號定心軸轉動。此時，04號定位軸和09號轉臺支架連接，并有8個T型槽螺釘和1號回轉臺花盤的T型槽固定。將2號回轉臺后面（有定位鍵那面），用8個M16×70螺絲固定。在用10號轉臺底板9個M16×50螺絲和2個12×60的錐銷固定2號工作臺的底面。用08右支架來支撐02號工作臺。用06號端蓋上的8個m12×55的螺絲來固定09支架的穩定。當01、02號工作臺裝上伺服系統后，用01號帶動09支架上的02號，可以對02號工作臺的任意分度，02號的伺服系統上的05花盤也可以任意的分度，達到雙軸的旋轉。雙軸工作臺根據最

15、大受力來設計，主要零件的設計就必須要根據其受力情況來選擇材料、設計尺寸。不受力的或力學性能要求不高的部件需根據場地和空間的布局來設計。第三章 雙軸工作臺的主要零件的設計31底板 底板材料為HT200珠光體。鑄件壁厚為3050/mm。鑄件最小抗力強度160/mpa.能承受較大的應力的（抗彎應力小于300/mpa和較重要的零件。采用了封閉對稱的結構，開口或是不對稱的零件在淬火的時應力分布不均勻，容易引起變形。32 定心軸1 、主軸材料與熱處理根據強度、耐磨性、載荷特點和熱處理后變形大小選擇，尺寸一定，主軸的剛度取決于材料的彈性模量E。各種鋼材的E值基本相同，且與熱處理無關。E=2.1´1

16、07N/cm2。常用的如45鋼或60號鋼，優點是價格便宜。（1）、一般機床主軸：常用45鋼，調質到220250HBS，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬至HRC5055。支承用滾動軸承，軸頸可不淬硬，但是不少主軸為了防止敲碰損傷軸頸的配合表面，軸頸處仍然進行淬硬。（2）、精密機床的主軸，要求在長期使用中因內應力引起的變形要小，故應選用在熱處理后殘余應力小的材料, 如40Cr或45MnB鋼。（3）、支承在滑動軸承上的高精度磨床的砂輪主軸，鏜床和坐標鏜床主軸，要求有很高的耐磨性，可選用38CrMoAlA鋼，進行氮化處理，使表面硬度達到HV11001200（相當于HRC6972）。 可

17、慮到在支架上02號的重量和轉動的速度。選用了40cr.淬火在HRC48-55.載荷大，表面要求較高的主軸。3. 3關于軸承的選用(1) 軸承按其所能承受的載荷方向或公稱接觸角的不同，分為：1) 向心軸承-主要用于承受徑向載荷的滾動軸承，其公稱接觸角從0°到45°。按公稱接觸角不同，又分為：徑向接觸軸承-公稱接觸角為0°的向心軸承：向心角接觸軸承-公稱接觸角大于0°到45°的向心軸承。2) 推力軸承-主要用于承受軸向載荷的滾動軸承，其公稱接觸角大于45°到90°。按公稱接觸角不同又分為： 軸向接觸軸承-公稱接觸角為90

18、6;的推力軸承：推力角接觸軸承-公稱接觸角大于45°但小于90°的推力軸承。(2) 軸承按其滾動體的種類，分為： 1) 球軸承-滾動體為球。 2) 滾子軸承-滾動體為滾子。滾子軸承按滾子種類，又分為： 圓柱滾子軸承-滾動體是圓柱滾子的軸承，圓柱滾子的長度與直徑之比小于或等于3 ；滾針軸承-滾動體是滾針的軸承，滾針的長度與直徑之比大于3，但直徑小于或等于5mm; 圓錐滾子軸承-滾動體是圓錐滾子的軸承; 調心滾子軸承一一滾動體是球面滾子的軸承。(3) 軸承按其工作時能否調心,分為 1) 調心軸承-滾道是球面形的,能適應兩滾道軸心線間的角偏差及角運動的軸承; 2) 非調心軸承(剛

19、性軸承)-能阻抗滾道間軸心線角偏移的軸承。(4) 軸承按滾動體的列數,分為: 1) 單列軸承-具有一列滾動體的軸承。2) 雙列軸承-具有兩列滾動體的軸承。3) 多列軸承-具有多于兩列滾動體的軸承,如三列、 四列軸承。 (5) 軸承按其部件能否分離,分為：1)可分離軸承-具有可分離部件的軸承。2)不可分離軸承-軸承在最終配套后,套圈均不能任意自由分離的軸承。(6) 軸承按其結構形狀(如有無裝填槽,有無內、外圈以及套圈的形狀,擋邊的結構,甚至有無保持架等)還可以分為多種結構類型。 考慮到在要支撐轉臺的重量選用的是skf的32934的圓錐滾子軸承（30000 型）該類軸承裝有圓臺形滾子，滾子由內圈大

20、擋邊引導。設計上使得內圈滾道面、外圈滾道面以及滾子滾動面的各圓錐面的頂點相交于軸承中心線上的一點。單列軸承可承受徑向負荷與單向軸向負荷，雙列軸承可承受徑向負荷與雙向軸向負荷，適用于承受重負荷與沖擊負荷。按接觸胸（）的不同，分為小錐角、中錐角和大錐角三種型式，接觸角越大軸向負荷能力也越大。外圈與內組件（內圈與滾子和保持架組件）可分離，便于裝拆。后置輔助代號"J"或"JR"的軸承具有國際互換性，該類軸承還多使用英制系列產品。主要適用的保持架：鋼板沖壓保持架、合成樹脂成形保持架、銷式保持架。主要用途：汽車：前輪、后輪、變速器、差速器小齒輪軸。機床主軸、建筑機械

21、、大型農業機械、鐵路車輛齒輪減速裝置、軋鋼機輥頸及減速裝置。34為何回轉臺要選用蝸輪副傳動蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。這種傳動由于具有結構緊湊、傳動比大、傳動平穩以及在一定的條件下具有可靠的自鎖性等優點，它廣泛應用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械及其它機器或設備中。1 蝸輪蝸桿的形成 蝸桿蝸輪傳動是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的。小齒輪的輪齒分度圓柱面上纏繞一周以上，這樣的小齒輪外形像一根螺桿，稱為蝸桿。大齒輪稱為蝸輪。為了改善嚙合狀況，將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿

22、形狀和參數相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣齒廓間為線接觸，可傳遞較大的動力。蝸桿蝸輪傳動的特征：其一，它是一種特殊的交錯軸斜齒輪傳動，交錯角為90°，z1很少，一般z114；其二，它具有螺旋傳動的某些特點，蝸桿相當于螺桿，蝸輪相當于螺母，蝸輪部分地包容蝸桿。 2 蝸桿傳動的類型 按蝸桿形狀的不同可分：1圓柱蝸桿傳動-普通圓柱蝸桿（阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿、錐面包絡蝸桿）和圓弧蝸桿。 普通圓柱蝸桿圓弧蝸桿2環面蝸桿傳動 環面蝸桿3錐蝸桿傳動 錐蝸桿動3 蝸桿傳動的特點 ：1傳動比大，結構緊湊。 2傳動平穩，無噪聲。 3具有自鎖性。 4傳動效率較低，磨損較嚴重 。5蝸桿軸向力較

23、大，致使軸承摩擦損失較大。 4 蝸桿傳動的應用 由于蝸桿蝸輪傳動具有以上特點，故常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當要求傳遞較大功率時，為提高傳動效率，常取z12-4。此外，由于當1較小時傳動具有自鎖性，故常用在卷揚機等起重機械中，起安全保護作用。它還廣泛應用在機床、汽車、儀器、冶金機械及其它機器或設備中； 利用蝸桿傳動傳動比大省力的特點，以及它的自鎖性能，在起重機械中廣泛應用。 單級蝸桿傳動減速器：蝸桿傳動由蝸桿相對于蝸輪的位置不同分為上置蝸桿和下置蝸桿傳動。 5 蝸輪蝸桿結構 1蝸桿結構： 蝸桿通常與軸為一體，采用車制或銑制，結構分別見下圖 2蝸輪結構： 蝸輪常采

24、用組合結構，由齒冠和齒芯組成。聯結方式有：鑄造聯結、過盈配合聯結和螺栓聯接，結構分別見下圖。蝸輪只有在低速輕載時采用整體式。 我選用的是鑄造連接。注 意 事 項1.斜轉臺臺面距旋轉轉臺中心159.870mm2.被加工零件距傾斜轉臺臺面距離不得超過200mm范圍，且重量不得大于150kg3.建議旋轉轉臺電機最高轉速為60r/min；傾斜轉臺電機工作時最高轉速100r/min4.旋轉轉臺與傾斜轉臺潤滑油均用90#導軌油5.傾斜轉臺接線蓋板孔沒有加工，根據導線導管的直徑及護套大小，自行補充鉆孔結論本論文是這次畢業設計所取得的成果。在這次的畢業設計中我深入地接觸到了機械和材料選用這兩部分東西，并能把兩者相結合。從資料的查閱，方案的確定，裝配圖的擬定，總裝圖及零件圖的繪制。我都深深的參與到每一個細節，帶著認真學習的態度，虛心請教老師、同學以及一些生產工作人員，在此基礎上，我能更好地投入設計。我認為，也許在我的設計中還存在著很多的問題，但通過這次的