四工位全自动回转工作台设计【定位销式分度工作台】【说明书+CAD+SOLIDWORKS】

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It is expected that in the next few years, despite the overcapacity in some industries and the impact of macroeconomic regulation and control, a relatively low industry boom will be maintained, and the parts of the equipment manufacturing industry are expected to maintain a higher growth rate, especially those that encourage the development of the national industrial policy to encourage the equipment industry. As a major mechanical equipment manufacturing, the general machine tool will grow at a speed of about 15%, an average annual rate of 20%.In this paper, a fully automatic rotary worktable of four station is designed. Through the study of the basic principle of the fully automatic rotary table, a fully automatic rotary table is designed in combination with the knowledge of numerical control, motor drive, worm drive and so on. In order to improve the precision of the automatic rotary table of CNC machine tools, the design of the worm gear and worm drive can greatly improve the bearing capacity and the clearance adjustment of the worm positioning accuracy.Key words: CNC machine tool, four position, slewing structure, structure design.目 录摘 要iAbstractii目 录iii第一章 引 言- 1 -1.1 数控技术简介- 1 -1.2 数控设备的发展现状和趋势- 2 -1.2.1 我国数控设备的发展现状- 2 -1.2.2 数控设备的发展趋势- 2 -1.3 回转工作台的研究- 3 -1.4 回转工作台的研究- 3 -1.4.1 回转工作台的功能- 3 -1.4.2 回转工作台的构成与分类- 4 -1.5 课题的研究意义- 6 -第二章 四工位全自动回转工作台机构的结构设计- 7 -2.1 传动方案的确定- 7 -2.1.1 步进电机的原理- 7 -2.1.2 传动方案传动时应满足的要求- 7 -2.1.3 传动方案及其分析- 8 -2.2 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算- 8 -2.3 蜗轮及蜗杆的选用与校核- 10 -2.3.1 选择蜗杆传动类型- 11 -2.3.2 按齿面接触疲劳强度设计- 11 -2.4 轴的校核与计算- 16 -2.4.1 画出受力简图- 16 -2.4.2 画出扭矩图- 17 -2.4.3 画出弯矩图- 17 -2.4.4 弯矩组合图- 17 -2.5 键的选取与校核- 17 -2.6 轴承的选择计算- 18 -2.6.1 轴承的选择- 18 -2.6.2 轴承材料的选择- 18 -2.6.3 轴承类型的选择- 19 -2.6.4 轴承的校核计算- 20 -2.6.5 轴承的组合设计- 21 -第三章 四工位全自动回转工作台机构的总体设计- 23 -3.1 回转工作台原理图- 23 -3.2 机械部分的设计- 23 -3.2.1 蜗杆蜗轮的配合- 24 -3.2.2 角接触球轴承的选择- 24 -3.3 光栅尺的选型设计- 25 -3.3.1 光栅尺简介- 25 -3.3.2光栅尺工作原理- 25 -3.3.3 光栅尺主要应用- 26 -3.3.4 光栅尺的选型- 27 -3.4 绘制回转工作台总体设计图- 27 -总 结- 28 -参考文献- 29 -致 谢- 30 - 30 - 第一章 引 言1.1 数控技术简介数控技术及装备是高新技术产业和高新技术产业的发展（如信息技术和信息产业，生物技术和产业，航空，航天和国防产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。”人类生产活动的最基本的生产资料就是制造技术和装备，而数控技术的核心是当今先进制造技术和装备技术。目前采用数控加工技术制造钢钒的世界，以提高制造能力和水平，提高适应市场和竞争动态能力。在世界发达国家数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高级”数控关键技术和装备方面封锁和限制对中国征收。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为发达国家加速经济发展的重要途径，提高综合国力和国家地位。数控设备是机床装备制造业，是实现制造技术和装备现代化的基石，确保设备的高技术产业发展和国防和军队现代化建设战略。在装备制造业振兴的16个关键领域，每个领域的振兴是一大批先进的数控设备的需要，如大型火电和核电厂的发展，大型化工设备生产，海洋运输船舶大型化的发展，对大型板成套设备的发展，高速列车的热轧和冷轧的，新的地铁和轨道交通车辆，都需要大量的高速，精密，高效、专用数控设备制造。同时，数控设备作为国防设备的策略，制造各种武器装备是最重要的，是国防和军事装备现代化的重要保证。国际上一些发达国家将采取的高性能数控设备的战略物资和严格控制，限制中国的高性能数控设备进口。目前，由于中国发展滞后的数控设备产业，限制了装备制造业的发展，直接影响到国防工业安全。国内和国际经验表明，装备制造业的发展，装备制造业，是数控设备的基础，因此，科学发展观的全面实施，加快中国的数控设备产业的发展，具有基础性，前瞻性的战略，总体情况。1.2 数控设备的发展现状和趋势1.2.1 我国数控设备的发展现状在中国的数控设备和数控技术的研究开发始于1958，直到第二十世纪60年代中期仍在发展，发展的时期。1965，中国开始研制晶体管数控系统。第二十世纪60年代末至70研制成功数控立式铣床，cjk-18数控系统和数控非圆齿轮刨齿机。从70年代开始的第二十个世纪，中国的数控技术开始在车，铣，钻，磨，齿轮加工，电火花加工等领域，在上海成功开发了数控加工中心，北京。但由于稳定性一直没有得到解决，因此没有被广泛。在这一时期，数控线切割机由于其结构简单，使用方便，成本低，得到了广泛的应用和模具数控加工中推广。在第二十世纪80年，中国进口的数控系统和直流伺服电机的一部分，直流主轴电机技术从日本FANUC公司，并引进一些新的技术从发达国家美国，欧洲，和商业化生产，该数控系统具有可靠性高，性能稳定，功能齐全，促进数控设备在中国的稳定发展，使中国的数控设备的性能和质量产生质的飞跃。“十五”期间，中国机床工具工业的快速发展几年，2005我国机床产值从“九五”在世界列第八年底，跃升至世界第三位。其中，2005数控金切机床产量达到60000台，4.3次超过2000 14000。”高速，精密，复杂的情报，”为方向，技术创新和产品开发取得了重大进展，一个新产品的多轴加工中心，数控设备的发展，高速度、高精度数控设备等，在国民经济建设中发挥着重要的作用。目前，1500多个品种达到数控设备。机床工具行业通过国内企业和企业集团，如沈阳机床（集团）公司和大连机床集团机床销售已进入世界机床企业前十五名。”十五”期间，加快中国机床工具行业发展，振兴装备制造业的最初的发展奠定了基础。但总体而言，中国机床工具工业与世界先进水平相比，差距还是很明显的：一是国内高档数控设备满足中国发展的要求是在品种，质量和数量，高档数控设备目前仍大量进口；二是数控设备配件、数控系统的开发滞后，成为中国数控设备产业发展的瓶颈；三是机床制造企业技术装备水平不高，制造能力，综合管理和服务能力，不能满足快节奏发展的市场需求。1.2.2 数控设备的发展趋势自第二十世纪中叶数控技术的出现，数控设备在机械制造行业带来革命性的变化。数控设备具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者的劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化和经济效益。数控设备是一种机电产品的高度集成，适用于多品种、小批量零件，加工零件的精度高，结构复杂，频繁修改的部分需要，价格昂贵不允许报废关键零件，精密零件，要求复制需要缩短生产周期的零件和100%检验要求的零件。特点和数控设备的应用范围，使其成为国民经济和国防建设的重要设备的发展。在第二十一世纪，中国的经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的良好机遇，也面临着激烈的中国加入世界贸易组织和国际市场竞争后，加快数控设备的发展来解决企业的机床制造业可持续发展的关键。随着数控设备的需求量很大的制造业的快速发展以及计算机技术和现代设计技术，高速数控设备，高精度，复杂的，聪明的，开放的，网络，多轴联动发展的趋势，绿色等。1.3 回转工作台的研究数控设备由床身，立柱，工作台，送料机构等。工作台作为数控设备的重要组成部分，而且精度的一个重要组成部分。由X-Y工作台的直线运动的开始，为了满足加工简单零件的设计，目前以实现多工位加工制造的索引表，索引表等。为了满足现代制造业的发展，而且对环境的要求，驱动工作台驱动从最初的机械变为液压驱动，现在多采用气动装置，以更好地保护环境，节约资源。全自动回转工作台作为一种机床附件，是发展现状和机床及机床附件行业密切相关。机床附件开发的驱动，它将不得不提到中国机床工具工业的发展前景，是中国机床工具工业更加稳定和快速发展，我们必须进行一次全面的数控改造和创新，使一系列机床附件行业继续跟踪进展。但中国的机床配件厂大部分资金仍相对紧张，这使得技术创新改革推进的影响很大，这也是我国部分水平未能迅速进步的重要点。成为一个障碍，机床行业的发展。国内机床附件教国际技术术语，无论质量或性能与发达国家有一定的差距。随着中国经济的稳步增长，中国的机床附件行业也将呈现平稳发展的趋势，市场份额将继续改善，主导作用，中国机床工具行业的不断发展，但我国机床附件行业也存在一些缺点，当然也有很好的发展空间。1.4 回转工作台的研究1.4.1 回转工作台的功能为一个零件加工表面上的需要，以减少装卸工件数，保证加工表面的相互位置精度的角部分，经常使用回转工作台。回转工作台是一个机床的关键功能部件，主要用于与机床匹配，索引的索引功能的机床。确保充分利用机床的基本功能，扩展过程的使用性能，机床使用范围，保证加工精度，提高生产效率，降低劳动强度起着重要的作用。因此，对机床工作台的发展水平已成为机床工具行业的技术水平的重要标志。全自动回转工作台，提供索引坐标加工中心和数控设备，由第四个轴的精确角度，第五轴驱动表或相等的回转工作台头，不等长或连续回转工作台加工，加工复杂曲面的完成，加工机床范围扩大。随着经济和技术的飞速发展，全自动回转工作台必须在未来会有更广泛的发展。1.4.2 回转工作台的构成与分类回转工作台是通过传动部分，将由系统控制的驱动传递到需转动角度的工作台台面，实现回转工作台的回转工作台转位。回转工作台从结构上讲，可由驱动，传动，回转工作台锁紧机构。回转工作台按照不同分类方法大致有以下几大类： 由安装方式有立卧工作台与立式工作台。 由回转工作台形式有等分工作台与任意回转工作台。 由驱动方式有液压工作台与电动工作台。 由回转工作台轴轴数有单轴工作台、可倾工作台(两轴联动)与多轴并联工作台。 另外，将各种不同机构组合，便可以得到现目前正在使用的各种回转工作台，如:液压等分工作台、电动等分工作台(分抬起和不抬起)、电动任意回转工作台、立卧两用回转工作台、立式回转工作台、多轴并联可倾工作台等。工作台分为立式工作台和卧式工作台两种。（1）立式工作台垂直表框轴垂直于地平面，音叉式工作台的垂直结构的大部分，内框架结构的一个O型圆盘式，结构如图1.1所示。图1.1立式工作台（2）卧式工作台外轴平行于地平面的水平表，结构如图1.2所示。图1.2卧式工作台（1）转角位置伺服控制在位置伺服控制式工作台，可发出指示，调整框的位置伺服位置，并具有所要求的频率响应。（2）转角速度伺服控制在速度伺服控制模式表，可以根据给定的速度伺服调节指示各帧速率，并具有所要求的频率响应。（3）工作台限位告警工作台限位两种限制：限位限制在控制器面板上任意设定的极限值，当角度大于软限值，限位报警指示和保护的软件处理指令。限制是通过安装在平台上的限位开关来实现，当角桌大于硬限值，限位开关，保护和报警电路接通工作表，表的保护。（4）工作台保护告警工作台的保护：功率放大器故障、工作台越位、手动应急等。当出现工作台保护时，工作台控制器响应动作为:工作台表位置闭环控制电路的增益低，工作台位置回路的输入为零，切断伺服功率放大器，从台伺服电机和功率放大器，台伺服电机线圈短路。（5）转角的实时显示显示的数值实施阶段的控制器可以工作台转角，一般0.01角显示分辨率。（6）微机监控工作台数字控制器采用微机数字控制，工作台控制具有与上位微机接口的能力。工作台控制器可以接受监控器的指令或上位微机的指令，并可使工作台的位置传送到上位微机。（7）紧急停车当异常发生时，或当操作员在必要的时候，可以按下紧急按钮，工作台控制系统的紧急关闭状态。当表进入紧急停车状态，在同一工位的控制与保护。1.5 课题的研究意义随着我国制造业的发展，全自动回转工作台将得到越来越广泛的应用，扩大加工范围，提高生产率。近年来组装回转工作台将大大的增长。预计在未来几年，虽然一些行业产能过剩，宏观调控的影响，继续保持一个相对较低的行业的景气度，装备制造业的部分预计将保持较高的增长率，尤其是那些对国家产业政策鼓励装备工业的振兴和发展。作为一个主要的机械设备制造，通用机床将在约15%，平均每年20%的速度稳步增长。索引表已广泛应用于组合机床，数控设备和加工中心，总的发展趋势是它的体现：1）延伸到规格的两端，即小型和大型工作表的开发；2）中的表现将开发钢作为水轮机材料，大大提高的速度表和工作台的承载能力；3）继续四工位全自动回转工作台的两个轴和轴形成回转工作台。第二章 四工位全自动回转工作台机构的结构设计2.1 传动方案的确定2.1.1 步进电机的原理步进电机能够将数字输入脉冲电磁增量旋转或直线运动执行器。对于每一个输入轴，一步一步的角增量脉冲。通用汽车的旋转角与输入脉冲数成正比，相应的速度取决于输入脉冲频率。步进电机是一种机电一体化产品的关键部件，常用作定位控制和定速控制。步进电机的低惯性特征，定位精度高，没有积累误差，控制简单。广泛应用于机电一体化产品，如：包装机械，数控设备，计算机外围设备，复印机，传真机，等。步进电机的选择，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。在功率步进电机的选择，应先装机械系统转矩计算，矩频特性可以满足机械负载和一些利润来保证可靠的操作。在实际工作过程中，各种频率的负载转矩在矩频特性曲线的范围内。一般来说mjmax电动机的最大静转矩，负载转矩。步进电机的选择，应使匹配的步进角和机械系统，使得脉冲可以等效机的要求。在机械传动过程中为了使较小的脉冲当量，一是可以改变的线材，二是可以通过步进电机的细分驱动完成。但故障可以改变它的分辨率，不改变其精度。精度是电机的固有特性。功率步进电机的选择，应转动惯量和机械要求的机械负荷的估计负载起动频率，使步进电机相位匹配和一些边缘的惯性频率特性，使其在高速连续频率工作能满足快速移动的机器需要。2.1.2 传动方案传动时应满足的要求回转工作台机构是由原动机，传动装置和工作台的传动装置，将原动机和工作单位之间的运动和动力，并可实现运动。在本文中，为电液压脉冲电机原动机，对圆形槽台工作台，传动装置通过蜗轮和蜗杆传动。合理的传动方案主要满足以下要求： （1）机械功能要求：应符合电力，表的速度和运动形式的要求。（2）职位要求：例如，现场的工作环境，工作系统。（3）性能要求：保证工作可靠，传动效率高。（4）结构的加工要求；如结构简单，体积小，使用维护便利，技术经济合理的。2.1.3 传动方案及其分析全自动回转工作台传动方案为：伺服电机蜗轮蜗杆传动工作台蜗杆传动有以下特点： 1大传动比在回转工作台机构中超过1000。与其他传动相比，传动比是相同的，身体的大小，因此具有结构紧凑。2个稳定的传动蜗杆是一个连续的螺旋齿，蜗轮啮合是连续的，因此，传动平稳，噪音低。3时可自锁蜗轮角小于当量摩擦角，如果蜗杆传动部件，机构将自锁。本蜗杆传动用于吊装装置。4低效率，制造成本高，使蜗杆传动比较大，随着滑动速度对摩擦和齿面，磨损大，所以效率约为0.70.8，具有自锁蜗杆传动的效率仅为0.4左右。为了提高减摩耐磨，蜗杆通常是昂贵的有色金属制造。从以上分析：蜗杆传动可放置在高速传输系统，传输方案更合理。同时，全自动回转工作台，结构简单，它有两种类型：开环，闭环转台旋转台。两种型式各有特点： 开环旋转表进行开环和开环的线性旋转工作台进给机构，可以使用流体脉冲电动机，功率步进电机驱动。闭环转盘转盘使闭环和开环旋转工作台是大致相同的，所不同的是：与测量元件的旋转角的闭环转台（元guangzha）。测量结果的反馈和指导价值，为闭回路的工作原理，使表指数更高的定位精度。2.2 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算对微进给许多加工。为了实现微量进给，步进电机，直流伺服电机交流伺服电机作为驱动元件。对于后者，必须利用先进的传感器，形成一个封闭的系统，以实现微进给。在闭环系统中，广泛应用于电液脉冲电机作为执行单元。这是因为电液脉冲电机具有以下优点：直接采用数字量进行控制; 转动惯量小，启动、停止方便； 成本低； 无误差积累； 定位准确； 低频率特性比较好； 调速范围较宽；利用电液压脉冲电机作为驱动单元，其机制比较简单，主要是齿轮传动，蜗轮蜗杆，克服爬行空间的缺点等。通常步进电机的每一个脉冲转了一个脉冲当量；但是脉冲当量一般较大，如0.01mm，数控系统中为了保证加工精度，广泛应用于电液脉冲电机细分驱动技术。 1）电液脉冲马达电机的选择 根据一般用途的全封闭自扇冷式三相鼠笼型感应电动机Y系列工作要求和条件。2）选择电液脉冲马达的额定功率 电机额定功率应等于或稍大于电源工作的要求。额定功率小于工作的要求，不能保证工作机器正常工作，或电机过载，长的加热和额定功率的过早失效；率太大，电机价格高，其效率和功率因数低，废物。所需功率为：Pw=FwVw/1000w KWPw=Tnw/9950w KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,电机工作效率w=0.97，代入上式得 Pw=15036/（99500.97）=0.56 KW 电机所需的输出功率为：P0= Pw/ 式中：为电机至工作台主动轴之间的总效率。 由表2.4查得：对W = 0.97齿轮传动效率；对W = 0.99滚动轴承的效率；对W = 0.8蜗杆传动效率。因 此=1233=0.970.9930.8=0.75 P0= Pw/=0.56/0.75=0.747 KW 一般电机的额定功率 Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW 则由表2.1取电机额定功率为：Pm=0.75 KW。 确定电机转速，按各种机构传动范围为，取：蜗杆传动比：15-32，则总的传动范围为：i=15-32，电机转速的范围为 N= inw=(15-32)36=540-1152r/min 为了减少电机的重量和价格，从表2.1中选择的同步转速常用的Y系列电机960rmin，型y801-2，全速纳米= 960r /分钟。2.3 蜗轮及蜗杆的选用与校核1.最大工作载荷的计算转台最大承重为50Kg，由参考文献【3】中P389，取颠覆力影响系数K=1.1，摩擦系数查参考文献【1】中P194可知u=0.00250.005,现取u=0.005，求得最大工作载荷： =1.11352+0.005(307+468+500) =1491N2.最大计算动载荷的确定预计蜗轮蜗杆的工作5年,每年算360天，每天工作8小时，由此得使用寿命为：T=53608=14400h，根据参考文献【1】中P110，公式54得：=其中 T使用寿命 14400 h N循环次数求得：69（）查参考文献【1】中P110，表5-1、5-2得，受中等冲击载荷取值范围，现取，滚道硬度为60HRC时，硬度影响系数取值，由参考文献【1】中P109，式5-3 代入数据得：7971N2.3.1 选择蜗杆传动类型根据GBt10085 1988建议，渐开线蜗杆。材料的选择考虑到蜗杆传动的效率是不大，速度中等，所以用45钢蜗轮；耐磨性达到更高的效率和更好的，蜗杆螺旋齿面淬火硬度的要求，45-55hrc。45钢蜗轮，金属铸造。为了节约贵重有色金属，只有青铜齿圈和轮芯，用灰铸铁HT100制造。2.3.2 按齿面接触疲劳强度设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，按齿面接触疲劳强度设计中，弯曲核齿根疲劳强度。传动中心距：（1）确定作用在蜗轮上的转距T2按Z1=2，估取效率=0.8，则T2=T*i=153.4N.M (3-3)（2）确定载荷系数K因为工作负荷是稳定的，所以带的载荷分布不均匀系数K= 1；利用系数Ka表选择Ka = 1.15；由于速度不高，影响不大，动载系数Kv = 1.1是可取K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651.27 (3-4)（3）确定弹性影响系数ZE选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配。（4）确定接触系数Z假设d1 / = 0.30远离D1和蜗杆传动中心距圆直径之比，它可以检测Z= 3.1（5）确定许用应力H根据铸造锡磷青铜ZCuSn10P1蜗轮材料，金属型铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，45，可以检查蜗轮的基本许用应力的268mpa H 。因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，初步定位，其寿命系数KHN = 0.92，然后H= KHNH=0.92268=246.56247MPA (3-5)（6）计算中心距一个为50mm的中心距，M = 1.25mm，蜗杆回转工作台圆直径D1 = 22.4mm，然后=0.448，它可以检查接触系数= 2.72，因为“Z，因此上述结2.3.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1 蜗杆直径系数q=17.92；回转工作台圆直径d1=22.4mm，蜗杆头数Z1=1；回转工作台圆导程角=31138蜗杆轴向齿距：PA=3.94mm；(3-7)蜗杆齿顶圆直径：(3-8)蜗杆轴向齿厚：=1.97mm(3-10)2 蜗轮蜗轮齿数：Z2 =62，变位系数=0验算传动比：i=/=62/1=62(3-11)这是传动比误差为：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12)蜗轮回转工作台圆直径：d2=mz2=(3-13)蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=93.5 (3-14)蜗轮喉母圆直径rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25 (3-17)3 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据2=0，ZV2=62，可查得齿形系数=2.31，螺旋角系数Y=1-/140=0.9773；(3-20)许用弯曲应力F= KFN F=560.72=40.32MPa(3-21)=2.310.9773=4.29MPa(3-22)所以弯曲强度是满足要求的。驱动蜗杆的输入选择：选择电机型号为伺服电机50/3000，最高转速为3000r/min，旋转惯量为0.0145，临界转速v=4.3m/s 式中d为输入轴的直径，n为电机主轴的最高转速中心距的计算：蜗轮转矩 = = = =5901240.8使用系数 按题意查参考文献可知，=1.1转速系数 =0.86 式中 -蜗轮的转速，r/min；弹性系数 ，查机械设计表13.2，=147寿命系数 = = =1.131.6 式中-蜗轮的预期寿命接触系数 由参考文献查出，=3.6接触疲劳极限 查表13.2，=265MPa，接触疲劳极限的最小安全系数 由设计要求可知，=1.3中心距 a= = =358mm传动基本尺寸的计算：蜗杆头数 由参考文献查得导程角= ，=1蜗轮齿数 =i=801=80 模数 m=(1.41.7)a/=(1.41.7)，取m=8式中 a蜗轮蜗杆传动中的中心距，mm；-蜗轮的齿数。蜗杆回转工作台圆的直径 查现代机械传动手册可知，=80mm，=96mm，=60.8mm蜗轮回转工作台圆直径 =m=600mm蜗杆的导程角 tan=0.1，因此=蜗轮的宽度 =61.1mm蜗杆圆周速度 =6.07m/s式中 -蜗杆的回转工作台圆直径，mm；-蜗杆轴的转速，r/min；相对滑动速度 =6.1m/s式中 -蜗杆圆周速度，m/s； -蜗轮蜗杆传动中的蜗杆的导程角；当量摩擦系数 由机械设计中的表13.6查得=0.021，=齿面接触疲劳强度的验算： 许用接触应力 = =198.09MPa由上面的计算可知=1.13；最大接触应力 =168MPa198.09MPa由机械设计图13.12查出，=3.6；-使用系数；-蜗轮转矩，；a中心距由上面的数据可看出齿面接触疲劳强度验算合格。轮齿弯曲疲劳极限验算：齿根弯曲疲劳强度 机械设计中的表13.2查出，=115MPa。弯曲疲劳最小安全系数 按照要求自取=1.4。许用弯曲疲劳应力 = = =82MPa式中 -齿根弯曲疲劳强度，MPa；-弯曲疲劳最小安全系数，MPa；轮齿的最大弯曲应力 = = =40.9MPa82MPa蜗杆挠度验算：轴惯性矩 I=2.01 式中 -蜗杆轴的回转工作台圆直径允许蜗杆挠度 =0.004m=0.0048=0.032mm蜗杆轴挠度 =0.002mm因此蜗杆轴的挠度校核合格。温度计算：传动啮合效率 =0.825式中 -当量的摩擦角；-导程角；搅油效率 按照设计要求自定 =0.99轴承效率 按照设计要求自定 =0.99总效率 =0.8250.990.99=0.81散热面积估算 A=7.02箱体工作温度 =此处取=15，通风环境中等；因此，温度计算合格。润滑油粘度和润滑方法：润滑油粘度 根据相对滑动速度 =6.1m/s可知，由机械设计中的表13.7，选取=220。2.4 轴的校核与计算2.4.1 画出受力简图图 2-1受力简图计算出：R1=46.6N R2=26.2N2.4.2 画出扭矩图图2-2 扭矩图T=.i.T=0.36600.98=21.2 N.M2.4.3 画出弯矩图M=72.818010-3=13.1N.图2-3 弯矩图2.4.4 弯矩组合图由此可知轴的最大危险截面所在。组合弯矩2.5 键的选取与校核（1）键连接的类型和尺寸由于其轴主要作用是传递扭矩，平键连接的应用。在平键。数据可以在截面尺寸是：宽度b5mm，高度H = 5mm，耦合的系列参考键的宽度和长度，粘结长度L= 10mm。（2）键连接的强度键、轴和连轴器的材料都是钢，因而可查得许用挤压力p= 5060MPa，取其平均值p=135MPa。键的工作长度l=L-b=10-5=5mm，键与连轴器的键槽的接触高度k=0.5h=2.5mm，从而可得：p=2000T/(kld)=127p可见满足要求。 此键的标记为：键B510 GB/T 10961979。2.6 轴承的选择计算滚动轴承是一种广泛使用的现代机械零件。这是接触滚动支持旋转部分依靠的主要成分。滑动轴承比较，滚动轴承的摩擦阻力小，动力消耗少，易于启动等优点。最常用的滚动轴承已标准化，因此，滚动轴承的使用，只要根据轴承类型和尺寸的正确选择特定的工作条件。承载能力验算轴承。和轴承的安装，调整，润滑，密封和其他相关的“轴承装置设计”。2.6.1 轴承的选择根据轴系零件的轴向位置的不同方法，轴支撑结构可分为三种基本类型：轴承两端固定，一端固定，浮动支撑在两端和浮动支撑。本设计采用轴承两端固定。使用固定支架，应适当的轴向间隙，热膨胀补偿轴，也应该提供适当的间隙调整方法。我使用的是角接触轴承，所以我们可以用调整垫片或螺钉调整轴承的间隙，以保证轴承的正常运转。首先，约3000 4000N一般轴承载荷的轴向力分析，属于中等负荷，所以球轴承的使用；然后读取速度，球轴承和滚子轴承相比，具有更高的极限速度，在主轴转速1000r/min，所以球轴承优先选择。最后，轴承承受径向负荷的同时，有大的轴向载荷，因此选择的深沟球轴承，角接触轴承。因此，在主轴的两端使用角接触球轴承、深沟球轴承。成对安装角接触球轴承（GB / t292-1994）能承受径向载荷和轴向载荷。它可以在更高的速度工作，接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取15度接触角。深沟球轴承是最具代表性的，广泛的用途。适用于高速和高速运行，而且非常耐用，无需经常维护。深沟球轴承摩擦系数小，极限转速很高，特别是在高速运行条件下的大的轴向载荷，深沟球轴承，推力球轴承是更多的优势。2.6.2 轴承材料的选择目前，支持滚动轴承主要由轴承钢球和陶瓷球混合轴承。我使用的混合陶瓷球轴承。与钢轴承的混合陶瓷球轴承与传统相比，低密度，高弹性模量，热膨胀系数低，耐高温等优良的物理和力学性能。（1）的混合陶瓷球轴承材料，氮化硅，密度仅为钢的40%。在高速运转时，它可以显着减少滚动体离心力，从而减少应力，球滚圈之间的接触，延长轴承使用寿命。（2）高弹性模量，高硬度。与钢球轴承相比，一个给定的荷载应力变形小的塑料材料在接触区域中的陶瓷球，提高了轴承的刚度，从而提高主轴系统的临界转速。（3）膨胀系数小。改变工作间隙和混合轴承间隙小，导致高速度和高的温度，应力幅值和接触载荷较小的滚动接触体接触的渠道，以确保轴承运行平稳，热还原。2.6.3 轴承类型的选择在机械设计中，滚动轴承选择的一般过程如下图所示图2-6 轴承类型选择过程示意图2.滚动轴承类型选择应注意的问题:（1）考虑轴承的承受载荷情况方向：受径向力，轴向力，向心轴承；推力轴承；径向和周向的联合行动，向心推力轴承；尺寸：负荷较大，可用滚子轴承或尺寸系列，较大的轴承；由一个较小的负载，可用的球轴承，轴承或更小的尺寸系列（2）考虑对轴承尺寸的限制 当对轴承的径向尺寸严格限制时，可选用滚针轴承；（3）考虑轴承的转速 一般来说，球轴承，滚子轴承可容纳更高的比轻系列轴承的转速，轴承的比例系列能适应高速；此外，推力轴承的极限转速很低，不易用于高转速条件下。（4）考虑对轴承的调心性要求调心球轴承和调心滚子轴承能满足一定的调整要求（即：轴心线与轴承座孔心线可适当偏转），和圆柱滚子轴承，圆锥滚子轴承，滚针轴承，调心满足几乎为零的要求的能力。2.6.4 轴承的校核计算1 滚动轴承寿命计算滚动轴承在运行时可能出现的各种类型的失效形式，但套圈和滚动疲劳点蚀的表面是一个最基本的和常用的滚动轴承的失效形式，通常是计算为滚动轴承寿命的基础。轴承的腐蚀破坏，在运行中经常出现的振动，噪声和强热现象。滚动轴承的寿命轴承或环首先出现在点蚀，轴承转速或相应的运行时间。滚动轴承的承载力计算主要是指对轴承寿命计算。图2-7 滚动轴承的寿命曲线与一般结构的疲劳寿命，对滚动轴承的疲劳寿命也比较大的离散。工程的定义有轴承寿命90%可靠性为基本额定寿命轴承。在工程实践中，通常在基本额定动载荷测量轴承承载能力。基本额定所谓轴承的动态负荷是指：基本额定寿命轴承准确1000000转速，负荷轴承可以承受的值，用字母C的基本额定动载荷的轴承为代表的是根据试验研究和理论分析的结果，其值可在滚动轴承手册发现。滚动轴承的基本额定寿命（L10）和基本额定动负荷轴承，轴承外部载荷（当量动载荷P）等，可根据额定寿命的计算公式。对滚动轴承的寿命计算的一个重要内容是用动态载荷和轴向力法计算等效计算。2 轴承静载荷及极限转速静载荷计算静载荷是指轴承套圈的相对速度为零，在对轴承负荷。为了限制滚动轴承的静载荷过大的接触应力和变形下，静载荷计算。根据额定静载荷的轴承，为基本公式C0C0r=S0P0静压轴承，轴承摆动或较低的速度慢，安全系数可以参考机械设计手册的选择。安全系数s0旋转轴承可参见表5。如果轴承转速较低，运转精度和摩擦力矩的要求不高，允许更大的接触应力，理想的S01。球面滚子推力轴承，不论旋转，应采取SO4。轴承静载荷安全系数s0（固定的或振荡）S0的安全系数和旋转轴承机械设计手册。极限转速滚动轴承转速过高会使摩擦表面温度高，效果之间的润滑性能，油膜破坏，使滚动体回火或元件的磨损。滚动轴承的极限转速不是指轴承在一定的工作条件下，能承受的最高温度达到平衡热时的速度值。轴承的工作速度应小于极限速度。在脂润滑和油润滑条件下，确定了轧制速度的极限承载性能数值表。用0的公差，润滑冷却正常，和刚性的轴承，底座和轴承P0.1C（C基本额定动载荷径向轴承，轴承只受径向负荷，推力轴承轴向载荷下的轴承只）。当滚动轴承，P0.1，接触应力增大；轴承载荷，滚动体的负荷会增加，这会增加接触面之间的摩擦，润滑状态。在这一点上，极限转速值应改性，实际的许可以计算N0 = F1F2N0 n型-实际允许的转速，转/分钟的速度值；速度限制，N0轴承r/min；F1负荷系数（图3-3）的F2荷载分配系数。2.6.5 轴承的组合设计在确定的类型和型号的轴承，还必须对滚动轴承的组合结构的设计是正确的，为保证轴承的正常工作。包括设计复合材料结构的轴承：轴承端结构；随着轴承及零部件；轴承的润滑与密封；提高轴承系统的刚度。 1 支承端结构形式为了保证滚动轴承轴向力正常传输和不动，在轴基部定位固定，轴向固定结构必须合理设计轴。有三种典型结构。1）.两端单向固定正常操作温度短轴（长度400mm），支点通常使用深沟球轴承（或角接触球轴承，圆锥滚子轴承在两端）单向固定的模式，每个轴承的轴向力进行一个方向。允许轴工作的小的热膨胀量，轴承的安装应使轴向间隙0.25mm-0.4mm（间隙小，结构图不画），间隙调整螺钉调整或普通垫片.2）.一端双向固定、一端游动3）.两端游动2 轴承的配合随着轴承与轴或外壳的目的是内，外环牢固地固定到轴或轴承座上，这是不是有害的滑动。随着滑动表面，它会发烧是不正常的磨损，以及粉末的磨损造成轴承早期损伤引起的振动问题，引起轴承不能充分发挥其功能。此外，与轴承的径向游隙影响轴承，轴承的径向游隙不仅操作精度有关，而其生活的影响。滚动轴承是标准部件，因此与孔的直径相关零件的基准孔和基准轴，没有注释。决定用最重大的问题，合作是轴承的负荷状态，轴承。一般来说，规模大，负荷大，振动，高速或高温条件下应紧密，并经常删除或游泳圈是用来与松散的结合。3 轴承座的刚度与同轴度轴和轴承座必须有足够的刚度，以避免滚动体的受力不均匀变形过大。因此，轴承座孔壁应有足够的厚度，并设有加强筋，以增加刚度。此外，悬臂轴承座应尽可能的短。两个轴承孔必须保证同心度，从而避免了轴承内外圈轴线倾斜太大。因此，轴承尺寸的两端应相同，那么无聊，你可以减少对同轴度误差。当轴承不同直径大小相同的轴，用一杯结构安装轴承尺寸小，使轴承孔可以是一个无聊的。4 轴承的润滑滚动轴承的润滑是为了减少摩擦和磨损，也有吸振，冷却，防锈和密封等。轴承的性能改进具有合理的润滑，延长轴承使用寿命的重要意义。高速电主轴轴承润滑的润滑基本上都是，我们在这就不详细介绍了。第三章 四工位全自动回转工作台机构的总体设计3.1 回转工作台原理图回转工作台根据其特点，大致包括以下主要部件：完成最终功能的机械执行部件（即产品的机械装置）；操作面板的操作者操纵的工作产品和产品状态的理解；处理操作指令的控制系统；驱动电路和相应的设备驱动程序来控制从控制系统的信号。如图3-1图3.1回转工作台原理图3.2 机械部分的设计机械部分的总体设计原理图如图3-2：图3-2 机械部分设计原理图3.2.1 蜗杆蜗轮的配合蜗杆与常用的运动和动力传递两交错轴之间的蜗轮，它主要有以下特点：1可得到较大的传动比（我7 80），比交错机制斜齿轮啮合面接触2紧凑；两线，其承载能力比交叉螺旋齿轮机构更高；3蜗杆传动相当于螺旋传动，传动平稳，噪音小；4自锁性能。当蜗轮啮合角小于等效角，机构自锁，可以实现自锁，只有通过蜗轮蜗杆传动，而不是与蜗轮蜗杆传动，如重型机械自锁蜗轮使用反向自锁，能起到安全保护的作用；5传输低效率，严重磨损；6蜗杆的轴向力；7个常用的间歇工作的场合。蜗杆传动的这些特点是与课程设计规定。此外，基本的参数也必须清楚蜗杆传动包括模数m，压力角，蜗杆直径系数，导角，蜗杆头数，蜗轮，齿顶高系数和顶隙系数。其中，模数和压力角是指蜗杆轴面的模数、压力角，即齿轮的模数和压力角，与标准值；蜗轮蜗杆回转工作台圆直径的直径比系数q和模量。蜗轮蜗杆的速度比i=蜗杆的转速/蜗轮的转速，速度是步进电机的速度，速度是蜗轮回转工作台表速度。索引表的最大速度；要求换工位的时间为20秒，步进电机的最高转速为960转/分钟，可计算出蜗杆传动比为960 / 20 = 48。3.2.2 角接触球轴承的选择因为这个机制主要承受轴向负荷，径向负荷和部分，在这部分中，角接触球轴承的选择是最合适的，因为角接触球轴承可承受径向载荷和轴向载荷。要知道，接触角是角接触球轴承的一个重要参数，它直接决定了角接触球轴承的轴向承载能力，接触角增大，轴向承载能力越大，但精度将略有减少。双向推力角接触球轴承只能承受一个方向的负荷，在承受径向负荷时，将引起附加轴向力，轴承的轴向位移可以限制轴或外壳在一个方向，这不是我们想要的，若是成对双联安装，使一对轴承外圈相对，即宽端宽端，窄端窄端面，可避免附加轴向力，而且在轴或外壳限制在轴向游隙范围内的两个方向。最大负荷容量的设计要求是500kg，回转工作台精度为0.05，可接触角接触球轴承式7000ac 25度，角度的选择，SKF轴承进口最好的选择（因为轴承相对于其他轴承，更好的性能），轴向力增加了避免，这对组合安装，持有人可以选择性能优良的材料，合成树脂具有相对较长的。3.3 光栅尺的选型设计3.3.1 光栅尺简介光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。3.3.2光栅尺工作原理光栅尺是通过莫尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器.GBC系列光栅尺是由读数头、主尺和接口组成。玻璃光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辩率为5m的计数脉冲。一般的情况下，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90的两路。当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90的脉冲波，输出信号再经过数显系统细分处理,分辨率是光栅周期除以信号细分数,经过电子信号细分处理分辨率可为5um或1um。1莫尔条纹以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上形成明暗相间的条纹，这种条纹称为“莫尔条纹”。严格地说莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直，莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。莫尔条纹W=/2*sin（/2）=/。2莫尔条纹具特征：(1)莫尔条纹的变化规律两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。(2)放大作用在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度和光栅栅距W、栅线角之间有下列关系，式中，的单位为rad，W的单位为mm。由于倾角很小，sin很小，则W=/若001mm，0.01rad，则上式可得W1，即光栅放大了100倍。2.光栅尺分类光栅尺按结构分宽尺和窄尺两种。窄尺最长可做1米，宽尺30米内任选。另外可分为敞开式和封闭式两类。其中敞开式光栅尺为高精度型，输出波型为正弦波，主要用于精密仪器的数字化改造最高分辨率可达0.1um。封闭式光栅尺则主要用于普通机床、仪器的数字化改造，输出波型为方波。直线光栅尺分为增量式和绝对式（1）增量式光栅尺的测量原理是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹，通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量，并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定绝对位置;（2）绝对式光栅尺的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道，读数头通过读取当前位置的编码可以得到绝对位置。绝对式光栅尺的优点是开电后直接得到当前位置信息，无需“归零”操作，简化控制系统设计;绝对位置计算在读数头中完成，无需后续细分电路;采用双向串行通信技术，通信可靠。因此，绝对式光栅尺在数控行业得到越来越广泛的3.3.3 光栅尺主要应用（1） 各类测量机构、仪器的位移测量：弹簧试验机、三坐标机、投影仪（2） 各类机床的数显系统：车床、铣床、磨床、镗床、电火花、钻床等（3） 各类数控机床的配套使用：数控铣、加工中心、数控磨等（4） 配接PLC,用于各类自动化机构的位移测量3.3.4 光栅尺的选型设计参数：分度数：-0.00013600000最小分辨率：0.001分度定位精度：小于0.05重复分度定位精度：3”转动速度：0-11r/min根据以上设计参数，选择FAGOR光栅尺HP-D200/HOP-D200型。各项参数均能满足设计需求。3.4 绘制回转工作台总体设计图回转工作台总体设计图如图3-3所示，图3-3 回转工作台总体设计图总 结本次毕业设计现已收尾。回顾整个设计过程，深觉受益匪浅。通过它，提高了我对所学知识的综合运用能力，使我学到了书本上不能获取的知识。通过这次毕业设计，锻炼了自己查阅资料的能力，让我熟悉有关技术政策，熟练的运用国家标准，规范手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件的独立工作能力。还让我感觉到团体的力量，遇到问题时，通过我们这小组及指导老师的讨论，分析，总能得到较为满意的结果。一台机器不可能有一个人独立完成，要大家全力合作，才能达到好的效果。通过这次毕业设计，给我带来了很大的益处，使我建立了正确的设计思想，初步掌握了解决本专业工程技术问题的方法和手段。从而，使我受到了一次工程师的训练。