李云来201110301130毕业设计论文 - 图文

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数控转台结构设计

子专题：精密直驱数控转台结构设计

学 校： 昆明理工大学 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 2011级1班 学生姓名： 李云来 指导教师： 高贯斌 教师单位： 机电工程学院 教师职称： 讲师 时 间： 2015 年 03 月07日

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Structure design of CNC rotary tables

Subtitle: Structural design of precision direct drive CNC

rotary tables

University: Kunming University of Science and Technology Major: Mechanical Engineering and Automation

Grade: Class1.Grade2008 Name: Li Yunlai Advisor: Gao Guanbin Professional Title: Lecture Department: Faculty of Mechanical and Electrical Engineering Date： June 6, 2012

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摘要

数控机床集成了机械、计算机、光电技术、精密测量技术和自动控制技术等先进技术的最新研究成果，是先进制造业的重要设备。数控回转工作台是多轴联动加工中心和数控铣床等数控机床的重要的部件，起着承载被加工零件并实现精确分度或作为联动轴进行轨迹联动加工的作用，它的精密度和稳定性对整个数控机床的性能有着重要影响。

直接驱动数控回转工作台采用直接驱动技术能够消除中间机械传动机构引起的损耗及限制，能直接提供转矩给执行机构，具有转矩大、损耗低、电气时间常数小以及响应速度快等特点，可以实现很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度和定位精度、平滑的无差运动。

本毕业设计针对一种直接驱动式精密数控回转工作台进行了研究，提出了个人的方案和设计。该设计方案选用力矩电机作为驱动源，采用转台轴承传动力矩，当数控转台需要静止时，利用锁紧（刹紧）机构来锁紧转台，利用固定块来安装锁紧机构。在各零部件选用和设计过程中，根据设计任务计算、选择的零部件尺寸，再根据一些计算和校核公式验证了设计的零件，并做出修整。最终设计出符合该数控回转工作台所需的各项规格参数。

关键词：数控；直接驱动；回转工作台；锁紧机构

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ABSTRACT

The CNC machine tool integrates the latest, advanced technology research of the mechanical, computer, photoelectric, precision measurement and automatic control technology, which is the advanced manufacturing equipment. CNC rotary table is an important component of the multi-axis machining centers and CNC milling machine of CNC machine tools etc, plays a role in carrying the component that is to be processed and to achieve accurate indexing or as a linkage axis track simultaneous machining, its precision and stability have an important impact on the performance of CNC machine tools.

Direct drive CNC rotary table with direct drive technology can eliminate the wastage and restrictions that is caused by intermediate mechanical transmission, and provide torque to the actuator directly, with a large torque, low wastage, small electrical constant time and fast response characteristics etc, which can achieve very high dynamic response speed and acceleration, high stiffness and positioning accuracy, smooth differential movement.

This graduation designs a CNC rotary table of direct-driven precision, and put forward the individual design scheme. The design used a torque motor as a driving source, the use of the turntable bearing drive torque, when the NC rotary table stationary, the use of the locking mechanism to lock the turntable, the use of fixed block fixed locking mechanism. Component selection and design process, according to the size of the optional parts have been selected and designed, in part to validate the selected according to some calculations and check the formula and make the dressing. Finally, the CNC rotary table was designed, which satisfies the specifications of the table. Keywords: CNC; Direct drive; Rotary table; Locking mechanisms

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目录

摘要 ........................................................................................................................................ I ABSTRACT ......................................................................................................................... II 第1章 绪论 ......................................................................................................................... 1

1.1本课题的学术背景及理论与实际意义 .......................................................... 1

1.1.1数控机床简介 ...................................................................................... 1 1.1.2数控机床的产生和数控技术的发展过程 .......................................... 2 1.2相关课题国内研究的现状 .............................................................................. 3

1.2.1我国数控机床发展情况 ...................................................................... 3 1.2.2我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现 .............................. 4 1.3回转工作台的发展前景及发展趋势 .............................................................. 5

1.3.1市场前景 .............................................................................................. 5 1.3.2发展趋势 .............................................................................................. 5 1.4本设计的主要内容 .......................................................................................... 5

第2章 数控回转工作台现有方案的分析和比较 ............................................................. 6

2.1数控回转工作台原理及设计方案比较 .......................................................... 6 2.2设计准则 .......................................................................................................... 9 2.3本章小结 .......................................................................................................... 9

第3章 数控回转工作台的结构设计 ............................................................................... 10

3.1设计规格参数 ................................................................................................ 10 3.2电机选择 ........................................................................................................ 11

3.2.1力矩电机的原理 ................................................................................ 11 3.2.2力矩电机的外形及参数 .................................................................... 13 3.3转台轴承选择 ................................................................................................ 15 3.4转台轴承校核 ................................................................................................ 19 3.5转台轴承上的螺栓校核 ................................................................................ 19 3.6小液压缸选择 ................................................................................................ 20

第/III页 3.6.1液压缸的缸径杆径的选择原则： .................................................. 20

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2.2设计准则

我们的设计过程中，本着以下几条设计准则： 1） 2） 3） 4） 5） 6） 7） 8） 9）

创造性的利用所需要的物理性能 分析原理和性能 判别功能载荷及其意义 预测意外载荷 创造有利的载荷条件 提高合理的应力分布和刚度 重量要适宜

应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸 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

2.3本章小结

本章主要对传统方案和本次所选的设计方案分析和比较，得出它们的优缺点，做出了本次设计的最终方案选择。

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第3章 数控回转工作台的结构设计

3.1设计规格参数

3.1.1规格参数

表3-1 回转工作台参数

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 项目Item 工作台面尺寸(mm) Turntable diameter 转台总厚高(mm) Table height 转台中心定位孔直径(mm) Center bore diameter 工作台T型槽宽度(mm) T-slot size 工作台基准T型槽宽度(mm) 设定最小分度单位(。) Minincrement 工作台的分度精度 工作台的重复精度 工作台最高转速(r/min) 冷却条件下最大驱动力矩(Nm) Max.torque capacity 冷却条件下额定驱动力矩(Nm) Max.torque capacity 工作台最大承载能力(kg) Max．Load capacity Φ1000 540 Φ135深6 18深12 18深8 0.001 ±4\±2\500 5597 3298 1500 第10页

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13 14 15 工作台最大静态锁紧力矩(Nm) 最大锁紧油压(Mpa) 冷却功率(Kw) 6000 3.5 7

3.1.2 外观图片

图3-1 直接驱动式精确数控回转工作台

3.2电机选择

3.2.1力矩电机的原理

力矩电机是为满足低转速、大转矩负载要求而设计制造的一种特殊电动机。与一般电机不同的是，它只利用转子静止或接近静止时的转矩，不强调机械功率。普通电

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动机静止状态下的转矩虽然也可以利用，但当位置发生变化时，转矩的变化比较明显。

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力矩电机在转子旋转过程中位置发生变化时，转矩变化很小，且其工作转角变化范围较大，可连续工作在堵转状态。

力矩电机通常有直流力矩电机和交流力矩电机两种，目前应用直流力矩电机较多。下面就本设计用到的直流力矩电机的结构与工作原理进行分析介绍。

直流力矩电机的工作原理与普通直流电机相同，不同之处在于其结构。为了在一定体积和电枢电压下产生大的转矩和低的转速，直流力矩电机一般做成扁平式结构，电枢长度与直径之比一般为0.2左右极对数较多。为了减小转矩和转速的波动，选用较多的槽数和换向片数。通常采用永磁体产生磁场[6]。

如图3-2所示为永磁式直流力矩电机的结构。定子是由软磁材料制成的带槽的圆环，在槽中嵌入永磁体。转子铁心通常用硅钢片叠成，槽中嵌入电枢绕组，电枢绕组为单波绕组[19]。槽楔由铜板制成，兼作换向片，槽楔两端伸出槽外，一端作为电枢绕组接线用，另一端排列成环形换向器。转子的所有部件使用高温环氧树脂浇铸成整体。

图3-2 永磁式直流力矩电机

在直流电机中，若两台电机的电枢体积相同，它们的电枢直径分别为D1和D2，电枢长度分别为L1和L2，假设它们的极对数p、极弧数ap、槽数、并联支路数a、电枢电流Ia和气隙磁通密度B均相同，槽面积与电枢直径的二次方成正比，每槽导体数也与电枢直径的二次方成正比，则它们产生的电磁转矩之比为：

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N2p?2IaTe22?aN2?2D22?2D22?pB??2L2???()?()N1pTe1N1?1D1?1D1?pB??1L1?1Ia???（3-1） 2?aD2?LD2D2D22D2?()222?()2()?D1?1L1D1D1D1D1 由式3-1可看出，在上述前提下，电磁转矩于与电枢直径成正比，这就是直流力矩电机转矩大的原因。

3.2.2力矩电机的外形及参数

图3-3 整套转矩电机 1FW3

由设计规格参数得

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冷却条件下最大驱动力矩（N.m）Max.torque为5597； 冷却条件下额定驱动力矩（N.m）Max.torque为3298； 经查1FW3-选型手册[13]-0809-cs185页得

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