数控回转工作台设

数控回转工作台毕业设计

数控回转工作台设计Design of NC rotary worktable

导 师: 答辩人: 答辩人:高贾顺 专 业:机械设计制造及其自动化

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数控回转工作台设计包括：

1.研究背景 2.内容提要 3.设计要点 4.运动仿真

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1.研究背景2010年在北京举办的第11届中国国际机床 展览会上，数控机床、加工中心、复合机床在装 备制造业内已呈现出大量推广态势，这类工作机 床在各类制造业已经普及应用，并清晰地表达出 时代特征与发展潮流。机床运动无论是并联运动 机床，还是串联叠加机床，对大多数金属加工机 床来说，数控进给复合运动的加工，是以直线轴 加上回转轴的联动来实现。为了应对日益增多的 复杂零件加工、提高加工精度和效率，多轴机床 和复合机床将会进一步创新发展。因此在现代加 工中心的开发中，数控回转台的设计与制造，成 为研制机床的核心任务之一，而数控回转台，同 时也起着承载工作重量、夹持工件的功能，故要 重视其创新设计。

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2.内容提要本次毕业设计的题目是数控回转工作台设计。通过对数控回转工作台 的设计，使大学生在步入社会之前，不仅能够设计出数控回转工作台， 而且能够掌握机械设计的方法和步骤。本课题研究的主要内容包括：确 定数控回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；零件设计 与校核；零件图的绘制与三维模型建立；绘制装配图及运动仿真。 数控机床的圆周进给由回转工作台完成，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。目前，数控回转工作台 主要用于数控镗床和铣床。 对于数控回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采 用齿轮传动和蜗杆传动；然后进行各零件的设计与校核，蜗杆与轴采用 整体式结构；蜗轮与工作台采用螺钉连接；工作台的平衡通过止推轴承 来保证；箱体由箱座、箱盖和顶盖组成，其中箱体上设计了圆台和加强 筋；最后，对各零件进行装配。

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3.设计要点包括： 3.1数控回转工作台的主要技术参数 3.2传动方案的选择 3.3电机的选择 3.4齿轮设计 3.5蜗轮蜗杆设计 3.6轴系零部件的选用 3.7轴的设计与校核 3.8箱体的设计 3.9装配

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3.1主要技术参数包括： (1)最大回转半径：275 mm (2)回转角度：0~360° (3)回转精度：0.03° (4)最大承载重量100㎏ (5)传动比：60

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3.2传动方案的选择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。

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方案一的最大缺陷是： 1.总传动比小； 2.占用空间大； 3.只能使

工作台完成回转功能，无法使工作台完成自锁。 而方案二： 虽然传动效率低，但对方案一的三个缺陷都能克服，而且还 能完成自锁功能。 所以数控回转工作台传动方案为方案二。即： 步进电机——齿轮传动 齿轮传动——蜗杆传动 蜗杆传动——工作台 工作台。 步进电机 齿轮传动 蜗杆传动 工作台

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3.3电机的选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换 成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每 输入一个脉冲，电机转轴步进一个步距角增 量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例， 相应的转速取决于输入脉冲频率。这一点对 数控回转工作台来说是非常重要的。所以选 用步进电机

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电机的类型选择之后，就要选择电机的 型号。 先计算所需电机的步距角和转矩，然后 根据电机的步距角和转矩。选取常用两相混 合式步进电机11BYG250D0502。下面这张 表是这种步进电机的性能参数。

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3.4齿轮的设计

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首先，选择齿轮传动的类型与材料1. 选用直齿圆柱齿轮传动； 2. 7级精度； 3. 小齿轮和大齿轮材料均为45钢(调质); 4. 初步选取选小齿轮齿数Z=24,大齿轮齿 数取Z=72,传动比为i=3.

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然后分别按照齿面接触疲劳强度和齿根弯曲 强度设计。 按齿面接触疲劳强度设计 KT u ± 1 Z d ≥ 2.32 ( ) 利用公式 (1) φd u [σ ]1t 3 1 E 2 H

按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 m ≥

3

2 KT1 YFaYSa ( ) φd Z12 [σ F ] (2)

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得到计算结果后，对比计算结果，由齿面接触疲 劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算 的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强 度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定 的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度 算得到模数m=3.22,并就近圆整为标准值m=3mm, 按接触强度算的的分度圆直径 d1 = 70.8mm,算出小齿 d Z = = 23.6 , 轮齿数 m 圆整后取Z1 = 24 。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳 强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧 凑，避免浪费。1 1

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确定模数和齿数之后，进行几何尺寸计算

1)分度圆直径d1 = Z1 m = 3 × 24 = 72mm d 2 = Z 2 m = 3 × 72 = 216mm

2)中心距d1 + d 2 72 + 216 a= = = 144mm 2 2

3)齿轮宽度b = φd d1 = 1× 72 = 72mm

取

B1 = 75mm B2 = 70mm

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3.5蜗轮及蜗杆的选用与校核1.选择蜗杆传动类型 根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗 杆(ZI)。 2.选择材料 考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故 蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗 杆蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC。蜗 轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造。

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3.按齿面接触疲劳强度进行设计蜗轮齿数 Z 2 = 41 ;变位系数 x2 = 0.5; Z 41

i= = 验算传动比 Z 2 = 20.5 ,这时传动比误为 是允许的。 蜗轮分度圆直径 d = mZ = 8 × 41 = 328mm 蜗轮喉圆直径 d a 2 = d 2 + 2ha 2 = 344mm 蜗轮齿根圆直径 d = d 2h = 308.8mm 蜗轮咽喉圆半径 r = a 1 d = 28mm2 1

20.5 20 = 2.5% 20

2

2

f2

2

f2

g2

2

a2

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3.6轴系零部件的选用包括: 1.轴承的选用； 2.键的选用。

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1.轴承的选用传动轴(轴2)选用圆锥滚子轴承30309 ,然 后利用下面的公式，验算轴承寿命 ：106 c ε 106 130 ×103 10 Lh = ( ) = ×( ) 3 = 146215.0h > L'h = 10年 60n p1 60 × 660 15597.2

从计算结果可以看出，所需的轴承寿命为10年， 而计算的轴承寿命大于10年，所以选择的轴承满足 要求。

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同理可以选出其他轴承。 输入轴(轴1) 2x6006(深沟球轴承); 传动轴(轴2) 2X30309(圆锥滚子轴承); 输出轴(轴3) 2X30308(圆锥滚子轴承)和 1X6006(深沟球轴承)。

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2.键的选用1.输入轴(轴1)与联轴器相匹配的键为：圆 头普通平键8X30; 2.输入轴(轴1)与小齿轮相匹配的键为：圆 头普通平键10X40; 3.传动轴(轴2)与大齿轮相匹配的键为：圆 头普通平键15X45。

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