机械-毕业设计正文、结论、参考文献标准格式

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1、精选优质文档-倾情为你奉上1 引言数控铣床今后将向中高挡发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。但是数控回转工作台更有发展前途,它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被使用于卧式的镗床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。11 研究数控回转台的意义 大型飞机、轿车生产线、重型船舶柴油机这些各行各业关键装备的加工制造，都要依靠高档数控机床和基础制造装备来完成。这些行业要提高产品的性能

2、和质量、降低成本、缩短生产周期等，都受到了高档数控机床和基础制造装备这些“工作母机”的水平制约。 高档数控机床和基础制造装备是实现制造技术和工业现代化的基石，其性能、质量和拥有量已成为当今衡量一个国家工业化水平及综合国力的重要标志。世界装备制造业强国无不重视控制高端制造装备这一产业制高点，重视用高技术优化提升传统装备制造业，支撑高端制造，保持产业优势，这也从一个侧面证明，大力发展高档数控机床与基础制造装备，具有全局性、战略性的意义。 随着生产力水平的发展,数控技术越来越广泛的应用于各个领域。数控机车是数控技术最普遍的应用。数控回转工作台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被使用于卧式

3、的镗床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。本课题主要介绍了它的原理和机械结构的设计。 数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴；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、圆弧曲线等。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。 数控回转台的出现必将给数控机床带来质的飞跃，从而加工出加工难度大，精度要求高的零件，为高科技产品的制造奠定坚实的基础，这也必将把机械制造业的发展推向高潮。1. 2 数控回转台的国内现状 从20世纪中叶数控技术

4、出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的

5、良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。 随着电控技术的发展,国外相同品种、不同结构的数控机床附件产品也在不断出现。回转轴直接驱动的数控回转工作台已经出现,完全改变了传统回转工作台的结构,回转速度及精度要比传统的机械结构高得多。我国数控机床附件产品的水平与10 年前相比,应该说有了非常大的提高。当时研发此类产品主要是参照国外产品,也有引进技术生产的。首先是从动力卡盘、分度类数控附件、

6、数控刀架几个产品开始的。近20 年的发展,品种不断完善,主要性能和可靠性方面提高较大。我国生产的数控机床附件产品应该说满足中低档数控机床的配套需求没有问题,但在为高档数控机床配套的机床附件产品方面与国外比较差距较大,产品设计能力方面有差距,但不是很大,主要差距在于整个行业的装备制造能力和协作配套能力。因此对整个数控机床附件产品水平影响较大,这是目前国内产品水平较国外产品水平低的主要原因。1. 3 数控回转台的发展趋势数控机床及由数控机床组成的制造系统以其卓越的柔性自动化的性能、高效而可靠的生产效率、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能，充分显示出它是改造传统产业、构建先进的数字化企业的重要基础

7、制造装备。因此，数控技术已成为先进制造技术中的一项核心技术，随着用户需求的多样化和市场竞争激剧化，促进数控技术的加速发展。高精度，高效率，数字化和智能化，复合化和集成化这是其未来发展趋势。 开放式数控系统是数控系统发展的必然趋势。随着计算技术、信息技术、网络技术的迅速发展, 开放式数控系统的优越性已被越来越多的系统制造商、设备制造商和用户所认识和欢迎, 。它满足了目前技术、市场、生产组织等多方面快速变化对数控系统的柔性和通用性提出的要求, 为将来车间自动化向更高层次的集成提供了广阔的前景, 极大地提高了制造业的世界市场竞争能力。1. 4 数控回转台的种类以及各自的优缺点加工中心的回转工作台分为

8、数控分度台和数控转台，它们适用不同的场所，各自有不同的特点。数控分度台通常只能完成整数度数的分度，如5的整数倍、1的整数倍等，不能实现连续分度，但以分度精度高、生产装配简单的优点，在加工中心的回转工作台中占有很高的比例。数控转台因定位精度低、精度保持性差，生产、调试，使用复杂等不利因素，在加工中心中较少使用。但在一些具有空间曲面零件(如一些刀具、空间滚子凸轮等)的加工则必须使用数控转台。为此，我们必须掌握数控转台的典型结构及其对分度定位精度的影响。按照数控机床驱动系统的分类方法， 数控回转工作台也分为点值控翻和连续控制，或可分为开环何船控制， 闭环伺服控制和半闭环伺服控制等。开环伺服控制系统的

9、回转工作台，其运动精度和分度定位主要取决于传动链(主要是蜗轮副)的制造、安装精度。因此， 要达到高的分度定位精度比较困难。对于闭环伺服控制系统的回转工作台，其分度定位精度， 主要取决于角度位置反馈测量元件的分辨率和制造精度。对于半闭伺服控制系统的回转台， 其分度定位精度也和开环伺服控制系统一样取决于伺服传动链的传动精度 但如果精定位是由非传动的机械(如定位销或端面齿盘等)保证， 则分度精度取决于所采用的机械定位元件的制造精度。2 数控回转工作台的原理与应用数控机床的圆周进给由回转工作台来完成，可称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而可加工出各种球、圆弧曲线等。回转

10、工作台可以实现精确的自动分度，从而扩大了数控机床的加工范围。2. 1 数控回转工作台数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。数控回转台的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的，工作台的运动是由步进电机经减速器蜗轮蜗杆来完成的。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中，由高精度的光栅尺发出工作台精确到位信号，反馈

11、给数控装置进行控制。回转工作台设有零点，当它作回零运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。数控转台和分度工作台没有多大区别，但在结构上具有一系列的特点。由于数控回转台能实现伺服进给运动，所以他在结构上和数控机床的进给伺服机构有许多共同之处。不同点是进给伺服机构实现直线伺服进给运动，而数控回转台实现的是圆周伺服进给运动。数控回转台分为开环闭环半闭环三种类型。开环闭环半闭环数控转台结构大致相同，区别在于：开环数控转台没有转动角度的测量元件，并由步进电机驱动。闭环和半闭环

12、数控转台由交流伺服电机驱动，有转动角度的测量元件（圆光栅或圆感应同步器），所测量的结果反馈回去与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台定位精度更高。半闭环数控转台利用伺服电机轴端带的旋转变压器或脉冲编码盘，直接反馈的是电机轴的转速和角位移，进行半闭环控制。回转工作台是数控铣床数控镗床加工中心等数控机床不可缺少的重要部件，其作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床完成指定的加工工序。常用的回转工作台有数控回转工作台和分度工作台。数控回转工作台是金属切削机床配套装置，用于实现一个旋转坐标轴，具有分度和连续圆周进给功能，定位锁紧功能。本课题除具备一般数控回转台所具

13、有的接受来自数控系统控制指令的功能外，还能够独立与主机工作台一个直线机械位移联动的功能。数控回转台的发展在机械行业十分有意义，国家应大力发展。 2. 2 设计准则我的设计过程中，本着以下几条设计准则:1） 创造性的利用所需要的物理性能2） 分析原理和性能3） 判别功能载荷及其意义4） 预测意外载荷5） 创造有利的载荷条件6） 提高合理的应力分布和刚度7） 重量要适宜8） 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸9） 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 主要技术参数（1）回转半径：255 mm（2）重复定位精度：0.005

14、mm（3）步进电机步距角：0.9（4）回转台脉冲当量：1秒/脉冲（5）总传动比：3100（6）最大承载重量:1002. 4 本章小结主要简单介绍毕业设计题目（数控回转工作台）,包括其性能和工作原理，大致的结构和一些主要参数，使我们对其有个初步了解。3 数控回转工作台的结构设计3. 1 传动方案的确定3.1.1 驱动方式的选择 由于数控回转台的控制精度要求较高且工作功率不大，动力源应选择微特电机，可以选择步进电机或伺服电机，经过分析，我选择步进电机85BYGH201.步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件，每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，这个角度称为步

15、距角，简称为布距。脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动，步进电机便因之而命名。步进电机的位移量与输入脉冲数严格成比例，这就不会引起误差的积累，其转速与脉冲频率和步距角有关。控制输入脉冲当量频率及电动机各相绕组的接通次序，可以得到各种需要的运行特性。尤其是当与其他数字系统配套时，它将体现出更大的优越性，因而，广泛地用于数字控制系统中。步进电机和一般旋转电机一样，分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组，由环形分配器送来的电脉冲对多相定子绕组轮流进行励磁；转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构。步进电机工作原理，其实就是电磁铁的工作原理，如图所示： 由环形分配器送

16、来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电。通电顺序为ABCA时，转子便按顺时针方向一步一步转动。每换接一次，则转子前进一个步距角。电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距角。步进电机的分类方式很多，常见的分类方式有按产生力矩的原理、按输出力矩的大小以及按定子和转子的数量进行分类等。根据不同的分类方式，可将步进电机分为多种类型:我选择的步进电机85BYGH201参数如下：步距角0.9/1.8 相数 4 电压 2.8 额定电流4 电阻0.7 电感2.8（mh)静转矩50(kg.cm) 定位转矩 45 重量 3.5(kg) 机身长113mm 出轴长 37mm3.1.2 传动方案传动时应满足的要求数控回转

17、台一般由原动机传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机是步进电机，传动装置由减速器和蜗杆传动组成。 合理的传动方案应主要满足以下几点要求:(1) 机械功能要求：应满足回转台的功率转速和运动形式的要求。(2) 工作条件的要求：例如工作环境场地工作制度等。(3) 工作性能要求：保证工作可靠传动效率高等。(4) 结构工艺性要求：如结构简单尺寸紧凑使用维护便利工艺性和经济合理等。(5) 加工可行性：便于加工，方便生产。3.1.3 传动方案及其分析数控回转台传动方案为：步进电机减速器（齿轮）蜗杆传动回转台对此传动分析如下：齿轮传动主要特点：1

18、.效率高 在常用的机械传动中，以齿轮的传动效率为最高。2.结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。3.工作可靠寿命长 设计制造正确合理使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年。4.传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格昂贵，且不宜用于传动距离过大的场合。蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为90。蜗杆传动主要特点：1.当使用单头蜗杆时，蜗杆每旋转一周，蜗轮只转过一个齿距，因而能实现大的传动比。2.在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮

19、齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。3.当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。4.蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低。在此传动方案中，减速器我采用直接购买，拟采用传动比为50，行星齿轮减速器:类别:齿轮 齿轮类型:圆锥齿轮减速机 安装形式:多种 布局形式:同轴式 齿面硬度:硬齿面 用途:变速机 品牌:恒歌齿轮箱 型号:多种 输入转速:订（rpm） 额定功率:订（kw） 输出转速范围:

20、订（rpm） 许用扭矩:订（N.m） 使用范围:多种适用 级数:多种 减速比:50。齿轮箱/变速器/减速机/齿轮加工：1.材质：不锈钢 铁基 合金2.产品：齿轮箱 变速机 齿轮系列 精密异形结构件系列3.应用：各种机械设备；4.批量：万上以起订，开模订做。5.变速比：订做；6.尺寸规格：订做；7.齿轮：铁、不锈钢；行星齿轮减速器的实物图如下：蜗轮蜗杆传动，在此传动方案中，蜗杆头数为1，蜗轮齿数为62，模数为3.15，传动比为62，蜗杆材质为20Cr，涡轮材质为ZCuAl10Fe3。蜗轮蜗杆实物图如下： 由步距角和脉冲当量，总传动比可得一误差值。具体计算如下：总传动比i=5062=3100 转化

21、到回转台时有0.96060/3100=1.05与给定的1存在小误差=(1.05-1)1100=5,误差很小，经分析计算此传动方案符合要求。3. 2 电机的选择及一些参数的计算3.2.1 电机在工业中的发展在现代工业中，为了实现生产过程自动化的要求，机电传动不公包括拖动生产机械的电动机，而且包含控制电动机的一整套系统，也就是说，现代机电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的。从现代化生产的要求出发，机电传动控制系统所要完成的任务，从广义上讲，就是要使生产机械设备生产线，车间、甚至整个工厂都实现自动化。从狭义上说，则专指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加、质量的提高

22、、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能量的合理利用。随着生产工艺的发展，对机电传动控制系统提出了愈来愈高的要求。例如，一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米，甚至几微米，重型镗床为保证加工精度和控制粗糙度，要求在极慢的稳速下进给，即要求在很宽的范围内调速;轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械，操作频繁，要求在不到一秒的时间内就是完成从正转到反转的过程，即要求能迅速地启动、制动和反转;对于电梯和提升机则要求启动和制动。3.2.2 电机的选择原则1) 电机容量的选择在机电系统中选择一台合适的电动机是极为重要的。电动机的选择主要是容量的选择，如果电动机的容量小了，一方面不能发挥电动机的能力，使生成效

23、率降低，另一方面电动机经常在过载情况下运行，会使它过早损坏，同时还可能出现启动困难，经受不起冲击故障。如果电动机容量选择大了，则不仅仅是使投资费用增加了，而且电动机经常在轻载下运行，运行效率和功率因数都会下降。选择电动机的容量应根据以下三项基本原则：发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高工作温度等于或小于电动机绝缘的允许最高工作温度，即。过载能力：电动机在运行时，必须有一定的过载能力。启动能力：电动机必须具有一定的启动能力。2） 电动机类型的选择交流电动机的选择：交流电动机结构简单，价格便宜，维护量小，但起动机调速性能不如直流电动机。因而在交流电动机能满足生产需要的场合都应采用交流电动

24、机，仅在起制动和调速方面不能满足要求时，才考虑直流电动机。直流电动机的选择： 需要较大起动转矩和恒功率调速的机械，用直流串励电动机。注意要按生产机械的恒转矩和恒功率调速范围，合理选择电动机的基速及弱磁倍数，从而正确选择电动机类型。3.2.3 电动机传动系统的组成：电动机分类励磁直流电动机分为：他励电动机，串励电动机和复励电动机。永磁直流电动机。交流电动机：异步电动机分为：笼式电动机，绕线电动机。同步电动机分为：普通同步电动机无换向器电动机磁组电动机。电动机的外壳结构形式主要有：开启式，防护式，防滴防溅式，封闭式，防爆时，密闭式六种。而封闭式又分为自然冷却式，管道通风式，自冷式。电源装置：电动机

25、电源装置分为机组交流装置及电力电子交流装置两大类。电器传动控制系统：电器传动控制系统按所用器件分类：电器控制又称继电器控制，与母线供电配合使用 。电机放大机和磁放大机控制：与机组供电装置配合使用，在30-60年代盛行，随着电子技术的发展，已被淘汰。电子控制装置又分为电子管控制和半导体控制。电气传动系统按工作原理分为：逻辑控制： 通过电气控制装置控制电机启动，停止，正反转或有机调速，控制信号来自主令电器或可编程序控制器。连续速度控制： 与机组或电子电力交流装置配合使用，连续改变电机转速。这类系统按控制系统原则分为开环控制，闭环控制和复合控制 。按控制信号分为数字控制，模拟控制及数字模拟混合控制。

26、直流电机调速一般都采用电压频率比控制，转差率控制及矢量控制。3.2.4 生产机械和电动机工作制（1） 生产机械的工作制长期工作制:生产机械长期恒速(或变化不大)运行，根据负载施加方式不同，分为三类：平稳负载 负载转矩长期不变或变化不大，这尅机械对电气传动装置的要求简单，只要有足够的功率和启动转矩就行。波动或重复短时负载 负载施加，但大小波动或周期性重复施加。短时负载 势加负载时时间短，在负载周期中占比例小。这类机械通常有较大的飞轮力矩，施加负载时，速度降低，飞轮飞出的能量做功，电机功率可适当减小。对电机传动装置要求有足够的启动和过载转矩，电机发热效率一般不成问题。短时和重复工作制:短期工作制,

27、生产机械经长时间将恶气艇或加减速一次，完成一个工作循环。重复短时工作制,生产机械周期性的起停间隔较短。（2） 对应于生产机械的各种工作制，通常将电动机的工作类型分为八类:连续工作制短期工作制断续周期工作制包括启动的断续周期工作制包括电制动的断续周期工作制连续周期工作制包括电制动的连续周期工作制包括负载与转速相应变化的连续周期工作制3.2.5 电动机一些参数的计算1) 步距角 是步进电机的主要性能指标之一。不同的应用场合，对步距角大小的要求不同。它的大小直接影响步进电机的启动和运行频率，因此，在选择步进电动机的步距角时，若通电方式和系统的传动比已初步确定，则步距角应满足 imin式中，i传动比；

28、 min负载轴要求的最小位移增量（或称脉冲当量，即每一个脉冲所对应的负载轴的位移增量）即31001/3600=0.92) 最大静转矩负载转矩与最大静转矩的关系为=(0.30.5)为保证步进电机在系统中正常工作，还必须满足 式中，步进电机启动转矩； 最大静负载转矩。通常取 =/(0.30.5) 以便有相当力矩储备。经计算=20Kg.cm根据得到的T和值，选择的步进电机类型为：85BYGH201永磁感应子式步进电机。其外形尺寸如下图所示:该电机的参数：型号：85BYGH201；相数：4；电压：2.8V；电流：4A；电阻：0.7；电感：2.8mH，静转矩：50Kg.cm；机身长：112mm；出轴长：

29、37mm；定位转矩：4.5Kg.cm；重量：3.5。3）空载启动频率是指步进电机在空载情况下，不失布启动所能允许的最高频率。由于在负载情况下，步进电机不失步启动所允许的最高频率是随负载的增加而显著下降的，因此，在选用电动机时应该注意到这一点。4） 精度精度是用一周内最大的步距角误差值表示的。对于所选用的步进电机，其步距精度应满足 =i（l）式中，l负载轴上所允许的角度误差。5） 连续运行频率和矩频特性步进电动机运行频率连续上升时，电动机不失步运行的最高频率称为连续运行频率，它的值也与负载有关。很显然，在同样负载下，运行频率远大于启动频率。步进电机85BYGH201运行矩频特性如下图所示：3.3

30、 蜗杆涡轮的主要参数与几何尺寸3.3.1 主要参数1. 模数m和压力角 在中间平面上，蜗杆的轴面模数压力角应与涡轮的端面模数压力角相等。且均取标准值。蜗杆模数系列与齿轮模数系列有所不同。国家标准GB/T 100881988 中对蜗杆模数作了规定，国家标准GB/T 100871988 规定，阿基米德蜗杆的压力角=20。在动力传动中允许增大压力角，推荐用25；在分度传动中，允许减小压力角，推荐用15或12。综上所述：ma1=mt2=m=3.15 a1=t2=202.蜗杆的头数Z1蜗轮的齿数Z2蜗杆的齿数是指端面上的齿数，又称为蜗杆的头数，用Z1表示。一般可取Z1=110，推荐取Z1=1246。当要

31、求传动比大或者反行程具有自锁时，常取Z1=1，即单头蜗杆；当要求具有较高传动效率时则Z1应取大值。涡轮的齿数Z2可根据传动比及选定的Z1计算而得。对于动力传动，一般推荐Z2=2970。我取Z1=1，Z2=62。3.蜗杆分度圆直径d1和导程角1因为再用涡轮滚刀切制蜗杆时，滚刀的尺寸形状与工作蜗杆相同，为了限制蜗轮滚刀的数目，国家标准规定将蜗杆的分度圆直径标准化，且与其模数相匹配，d1与m匹配可查表得。设蜗杆的分度圆直径为d1，头数为Z1，螺旋导程为l，轴向齿距为px1， 导程角为1，则有：，d1和m均为标准值，当d1和m一定时，蜗杆的头数越多，1越大，传动效率越高，加工难度越大。蜗轮的分度圆直径

32、的计算公式同齿轮，即d2=mZ2。查标准值有d1=56 mm，即=3.24.传动比i12传动比为： ，值得注意的是，因为，所以，即。5.蜗杆传动的中心距蜗杆的传动中心距为： mm6. 蜗杆的直径系数q为了限制蜗轮滚刀的数目及便于滚刀的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径d1而把比值称为蜗杆的直径系数。d1与q已有标准值，常用的标准模数m和蜗杆分度圆直径d1及直径系数q均可在表中查得。如果采用非标准滚刀或飞刀切制蜗轮，d1和q值可不受标准的限制。我选的蜗杆直径系数7. 几何尺寸蜗杆和蜗轮的齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径和齿根圆直径，均可参照直齿轮的计算公式进行计算，但要注意其顶隙

33、系数c=0.2。设计计算时可查阅有关国家标准。3.3.2 蜗杆蜗杆齿顶圆直径：da1=d1+2ha1=d1+2ham=56+213.15=62.3 mm蜗杆齿根圆直径：df1=d1-2hf1=d1-2（ham+c)=56-2(13.15+0.23.15)=48.44 mm蜗杆的轴向齿距：Pa=m=3.143.15=9.891 mm蜗杆螺牙导程：PZ=mZ1=3.143.151=9.891 mm蜗杆螺牙部分长度：L=2（1+）m=2（1+）3.15=55.91 mm蜗杆螺牙在分度圆柱上的法向弦齿厚：SXn1=mcos r=3.143.15cos 3.2=4.938 mm测量SXn1用的齿高hXn

34、1ham=3.15 mm蜗杆齿顶高：ha1=ham=3.15蜗杆齿根高：hf1=（ha+c）m=（1+0.2)3.15=3.78 mm蜗杆齿全高：h1=ha1+hf1=3.15+3.78=6.93 mm蜗杆节圆直径：d1=d1+2x2m=56+2（-0.2063)3.15=54.7 mm蜗杆节圆柱上的螺旋线升角：=3.2蜗杆法向齿形角：n=20蜗杆轴向齿形角：t=arc tan（tann cos ）19.97蜗杆螺牙在分度圆柱上的轴向齿厚：Sa=m=3.143.15=4.9455 mm蜗杆螺牙在分度圆柱上的法向弧齿厚：Sn=Sa cos=4.9378 mm蜗杆齿宽：b12.5m=62.5 mm

35、3.3.3 蜗轮蜗轮齿顶圆直径：da2=m（Z2+2ha+2x2）=3.1562+21+2（-0.2063)=200 mm蜗轮齿根圆直径：df2=d2-2hf2=195.3-24.6=186.1 mm蜗轮分度圆直径：d2=mZ2=3.1562=195.3 mm非变为中心距：a0=m（Z2+q）=3.15（62+17.778）=125.65 mm变为系数：x2=-0.2063蜗轮外径:Dw=da2(da2+1.5m)=200204.725 mm蜗轮齿面包角：初选2=70110，取2=90蜗轮齿面有效宽度：B1=da1sin44.1 mm，取B1=45 mm蜗轮轮缘宽度I型：B=B1=45 mm蜗

36、轮齿顶圆弧半径：R1=（d1-2ham）=（56-213.15）=24.85 mm蜗轮齿顶高：ha2=（da2-d2）=m（ha+x2）=3.15（1-0.2063)=2.5 mm蜗轮齿根高：hf2=（d2-df2）=m（ha-x2+c）=3.15（1+0.2063+0.2）=4.43 mm蜗杆齿全高:h2=ha2+hf2=2.5+4.43=6.93 mm蜗轮齿根圆弧半径：R2=d1+ham+cm=28+3.15+0.23.15=31.78 mm重叠系数：= =1.883.4 蜗轮蜗杆的校核与计算3.4.1 选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆。3.4.2 选择

37、材料考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆采用20Cr,表面淬火,5055HRC。为了节省有色金属蜗轮轮心用HT150，蜗轮齿圈采用ZCuAl10Fe3，砂型铸造。精度为GB/T 164551996，八级精度。3.4.3 按齿面接触疲劳强度设计由公式： 式中: Fn啮合齿面上的法向载荷，N； L0接触线总长，mm； K载荷系数； ZE材料的弹性影响系数，单位MPa1/2，对于青铜或铸铁蜗轮与钢蜗杆配 对时取ZE=160 MPa1/2。将以上公式中的法向载荷Fn换算成蜗轮分度圆直径d2（单位为mm）与涡轮转矩T2（单位为N.mm）的关系式，再将d2L0等换算成中心距a（单位为mm）的函数后

38、，即得蜗轮齿面接触疲劳强度的验算公式为 式中： Z蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数，简称接触系数。 K载荷系数，K=KAKKv，其中KA为使用系数；K为齿向载荷分布系数，当蜗杆传动在平稳载荷下工作时，载荷分布不均现象将由于工作表面良好的磨合而得到改善，此时可取K=1；当载荷变化较大，或有冲击振动时，可取K=1.31.6；Kv为动载系数，由于蜗杆传动一般较平稳，动载荷要比齿轮传动的小得多，故Kv值可取定如下：对于精确制造，且涡轮圆周速度v23m/s时，取Kv=1.01.1；v23m/s时，取Kv=1.11.2。 H蜗轮齿面的接触应力，MPa。当涡轮材料为灰铸铁或高强度青铜时，蜗

39、杆传动的承载能力主要取决于齿面胶合强度。但因目前尚无完善的胶合强度计算公式，故采用接触强度计算式一种条件性计算，在查取蜗轮齿面的许用接触应力时，要考虑相对滑动速度的大小。若涡轮材料为强度极限B300MPa的锡青铜，因涡轮主要为解除疲劳失效，故应先查出涡轮的基本许用接触应力H，再按公式H=KHNH算出许用接触应力值。式中KHN为接触强度的寿命系数，KHN=。其中应力循环次数N=60jn2Lh，此处n2为涡轮转速，r/min;Lh为工作寿命，h；j为蜗轮每转一转，每个轮齿啮合次数。因而有以下公式： 使用系数KA可以从下表查得： 计算蜗轮输出转距T2粗算传动效率：=（100-3.5）%=（100-3

40、.5）%=86.6%=9550=9550=35.1（N/m） 确定许用接触应力由机械设计手册：查表13-4-13查得=220N/；查表13-4-13当涡轮材料为锡青铜时，由图13-4-10查得滑动速度=2.85m/s；采用喷油润滑，由图13-4-2得到的=0.98取蜗轮的平均使用寿命为10年，每天工作16小时，载荷时间为15min，则有N=60n2t=60117.61030016=3.39根据N的结果由图13-4-4查到=0.68所以=2200.980.68=146.6经以上计算寿命符合设计要求。 求载荷系数K由机械设计手册查表13-4-13知：设，按表13-4-13取；查表13-4-16，8

41、级精度时；由JC=25%，由图13-4-5得；=0.63；由表13-4-17查得；由表13-4-18查得由表13-4-6查得所以计算m值查表13-4-3，取=3.15，则m=3.15。涡轮齿面接触强度校核验算接触强度校核公式：由于。所以接触强度够了。3.5 行星轮减速器的选择（1） 减速器：是原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。在现代机械中应用广泛。（2） 减速器的种类很多，可以有以下分类： 按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合起来的减速器； 按

42、照传动的级数可分为单级和多级减速器； 按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器； 按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。（3） 计算传动比总传动比：，又蜗轮蜗杆传动比，所以减速器的传动比，取。由传动比可以知道，该机械需要较大的传动比，选择一般的减速器不能够满足要求，所以本设计选择行星齿轮减速器中的谐波减速器。本次设计所选择的减速器的外形轮廓如下图所示：这种减速器能够跟电机直接相连，中间减少了联轴器，这样可以大大节省空间，简化了传动装置，方便实用。图12.行星轮减速器外观电机的各项性能参数：节数：2；减速比：50；额定输入转速：；最大输入转速：；扭

43、转刚度：13.5；效率；重量：5.2Kg；使用温度：；润滑：CASTROL LMX 油脂；防护等级：IP64；安装方向：任意方向；噪音值： 。3.6 轴承的选用滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，启动容易等优点。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架所组成。工作时，滚动体在内、外圈滚道上滚动。保持架将滚动体彼此隔开，并使其沿圆周均匀分布。在一般情况下，轴颈与内圈配合，内圈随轴一起转动，外圈和轴承座或机体配合，固定不动。但也可以相反，内

44、圈不动外圈转动。滚动轴承（rollingbearing）是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。3.6.1 滚动轴承的类型如果紧按轴承用于承受的外载荷不同来分类时，滚动轴承可以概括地分为向心轴承推力轴承和向心推力轴承三大类。主要承受径向载荷的轴承叫做向

45、心轴承，只能承受轴向载荷的轴承叫做推力轴承，能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承叫做向心推力轴承。滚动轴承的特点和滑动轴承比，滚动轴承摩擦力矩小，承载能力高，使用寿命长，运动精度高，对温度变化不敏感，具有互换性，维修方便，外形尺寸大，安装结构复杂，成本较高。滚动轴承类型的选择一般的选择原则是：(1)载荷的大小及方向轴承所受的载荷，是选择滚动轴承类型的主要依据。当承受的载荷较大时，应选用线接触的滚子轴承；当载荷较小时，应选择点接触的球轴承当承受纯径向载荷时，选用径向接触轴承；当承受纯轴向载荷时，选用轴向接触轴承；当同时承受径向载荷和不大的轴向载荷时，可选向心角接触球轴承，或深沟球轴承；当同时承受径

46、向载荷和较大的轴向载荷时，可选圆锥滚子轴承；当同时承受轴向载荷比径向载荷大得多时，可采用向心轴承和推力轴承的组合，分别承受径向载荷和轴向载荷。(2)转速高速运行时，宜选用球轴承；转速较低时，可用推力球轴承、滚子轴承。(3)刚性及调心性能要求支承刚度较高时，可选用向心角接触轴承(成对使用)；支点跨距大、轴的变形大或多支点轴，宜用调心轴承。(4)经济性在满足使用要求的情况下，可优先选用价格低的滚动轴承。一般说来，球轴承的价格低于滚子轴承；精度越高价格越高；同精度的滚动轴承中深沟球轴承最便宜。在我的设计方案中我选择了角接触球轴承7207C7216C7220C,标准均为GB/T292-1994。3.6

47、.2 滚动轴承的密封装置轴承的密封装置是为了阻止灰尘水酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式和非接触式两大类。1. 接触式密封在轴承端盖内放置软材料与转动轴直接接触而起密封作用。常用的软材料有毛毡橡胶皮革软木等，或者放置减摩性好的硬质材料（如加强石墨青铜耐磨铸铁等）与转动轴直接接触以进行密封。其中常用的结构形式有：毡圈油封唇形密封圈密封环。2. 非接触式密封使用接触式密封，总要在接触处产生滑动摩擦。使用非接触式密封，就能避免此缺点。常用的非接触式密封有：隙缝密封甩油密封曲路密封。在我的设计中我采用了接触式密封，用毡圈油封。3.6.3 滚动轴承的轴向紧固滚动轴承轴

48、向紧固的方法很多，内圈紧固的常用方法有：1）用轴用弹性挡圈嵌在轴的沟槽内，主要用于轴向力不大及转速不高时；2）用螺钉固定的轴端挡圈紧固，可用于在高转速下承受大的轴向力；3）用圆螺母和止动垫圈紧固，主要用于轴承转速高承受较大的轴向力的情况；4）用紧定衬套止动垫圈和圆螺母紧固，用于光轴上的轴向力和转速都不大的内圈为圆锥孔的轴承。外圈轴向紧固的常用方法有：1）用嵌入外壳沟槽内的孔用弹性挡圈紧固，用于轴向力不大且不需减小轴承装置的尺寸时；2）用轴用弹性挡圈嵌入轴承外圈的止动槽内紧固，用于带有止动槽的深沟球轴承，当外壳不硬设凸肩或外壳为剖分式结构时；3）用轴承盖紧固，用于高转速及很大轴向力时的各内向心推

49、力和向心推力轴承；4）用螺纹环紧固，用于轴承转速高轴向载荷大，而不适于使用轴承盖紧固的情况。3.6.4 轴承游隙及轴上零件位置的调整1. 有的轴承在制造装配后，其游隙就确定了，称为固定游隙轴承，如深沟球轴承、圆柱滚子轴承、调心球轴承、调心滚子轴承；有的轴承可以在安装时调整游隙，称为可调游隙轴承，例如角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、推力圆柱滚子轴承。游隙对轴承的寿命、效率、旋转精度、温升和噪声都有很大影响。轴承游隙的调整方法有：靠加减轴承盖与机座间垫片的厚度进行调整；利用螺钉通过轴承外圈压盖移动外圈位置进行调整，调整之后，用螺母锁紧防松。2 轴承的预紧：对某些可调游隙式轴承，在安装时给予

50、一定的轴向压紧力(预紧力)使内、外圈产生相对位移而消除游隙，并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和轴向刚度，延长轴承寿命。这种方法称为轴承的预紧。一般向心角接触轴承都是成对预紧。与单个轴承预紧后受载相比，成对预紧轴承的变形量有所降低，进一步提高了刚性。3.6.5 滚动轴承的配合轴承的配合是指内圈与轴颈及外圈与外壳孔的配合。滚动轴承是标准件，为了使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔与轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳孔的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。轴承配合种类的选取，应根据轴承的类型和尺寸载荷的大小和方向以及载荷的性质等来决定。正确选择

51、的轴承配合应保证轴承正常运转，防止内圈与轴外圈与外壳空在工作时发生相对转动。对开式的外壳与轴承外圈的配合，宜采用较松的配合，如果机器工作时有较大的温度变化，那么，工作温度将使配合性质发生变化。在我的设计中，我内圈采用的是基孔制H7/m6,外圈采用的是基轴制R7/h6。3.6.6 滚动轴承的润滑轴承润滑的作用润滑对滚动轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、温升、振动等有重要影响，没有正常的润滑，轴承就不能工作。分析轴承损坏的原因表明，40左右的轴承损坏都与润滑不良有关。因此，轴承的良好润滑是减小轴承摩擦和磨损的有效措施。除此之外，轴承的润滑还有散热，防锈、密封、缓和冲击等多种作用，轴承润滑的作用可以简要地

52、说明如下：1)在相互接触的二滚动表面或滑动表面之间形成一层油膜把二表面隔开，减少接触表面的摩擦和磨损。2)采用油润滑时，特别是采用循环油润滑、油雾润滑和喷油润滑时，润滑油能带走轴承内部的大部分摩擦热，起到有效的散热作用。3)采用脂润滑时，可以防止外部的灰尘等异物进人轴承，起到封闭作用。4)润滑剂都有防止金属锈蚀的作用。5)延长轴承的疲劳寿命。脂润滑和油润滑的比较：轴承的润滑方法大致分为脂润滑和油润滑两种。为了充分发挥轴承的功能，重要的是根据使用调减和使用目的，采用合理的润滑方法。(1)脂润滑润滑脂是由基础油，增稠剂及添加剂组成的润滑剂。当选择时，应选择非常适合于轴承使用条件的润油脂，由于商标不

53、同，在性能上也将会有很大的差别，所以在选择的时候，必须注意。轴承常用的润滑脂有钙基润滑脂、钠基润滑脂、钙钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂和二硫化钼润滑脂等。轴承中充填润滑脂的数量，以充满轴承内部空间的1213为适宜。高速时应减少至13。过多的润滑脂使温度升高。润滑脂的选择：按照工作温度选择润滑脂时，主要指标应是滴点，氧化安定性和低温性能，滴点一般可用来评价高温性能，轴承实际工作温度应低于滴点1020。合成润滑脂的使用温度应低于滴点2030。根据轴承负荷选择润滑脂时，对重负荷应选针人度小的润滑脂。在高压下工作时除针入度小外，还要有较高的油膜强度和极压性能。根据环境条件选择润滑脂时，钙基润滑脂不

54、易溶于水，适于干燥和水分较少的环境。(2)油润滑在高速、高温的条件下，脂润滑已不适应时可采用油润滑。通过润滑油的循环，可以带走大量热量。黏度是润滑油的重要特性，黏度的大小直接影响润滑油的流动性及摩擦面问形成的油膜厚度，轴承工作温度下润滑油的黏度一般是1215cSt。转速愈高应选较低的黏度，负荷愈重应选较高的黏度。常用的润滑油有机械油、高速机械油、汽轮机油、压缩机油、变压器油、汽缸油等。油润滑方法包括：1)油浴润滑。油浴润滑是最普通的润滑方法，适于低、中速轴承的润滑，轴承一部分浸在油槽中，润滑油由旋转的轴承零件带起，然后又流回油槽，油面应稍低于最低滚动体的中心。2)滴油润滑。滴油润滑适于需要定量

55、供应润滑油得轴承部件，滴油量一般每38s一滴为宜，过多的油量将引起轴承温度增高。在我的设计中我采用的是油润滑。3.7 联轴器的选择联轴器类型的选择应由工作要求决定。对与中小型减速器，输入轴、输出轴均可采用弹性柱销联轴器，它加工制造容易，装拆方便，成本低，能缓冲减振。输入轴如果与电动机相连，转速高，转矩小，可选用弹性套柱销联轴器。对于按照对中困难的低速重载轴的连接，可选用齿轮联轴器，但是制造困难，成本较高。对高温、潮湿或多尘的单向传动，且有一定角位移时，可选用滚子链联轴器。联轴器型号按所连接两轴的尺寸要求选择，要求所选型号联轴器允许的最大转矩应不小于计算转矩。在本设计中选择凸缘联轴器就能够满足使

56、用要求了，其外形如图所示。图13 凸缘联轴器3.8 光栅尺的选用我选用的光栅尺是海德汉HEIDENHAIN光栅尺LIP581，HEIDENHAIN的封闭式光栅尺可以防止灰尘，切屑和飞溅液体，是机床测量装置的最佳选择。准确度等级2m测量步距0.1m测量长度达30m快速方便的安装允许的安装公差大高加减速度封闭式光栅尺可防污物标准截面尺寸的光栅尺具有高抗振性测量长度长达30m纤细截面尺寸的光栅尺用于安装位置有限的场合，测量长度最长1240mm如带安装架最长为2040mmHEIDENHAIN的封闭式光栅尺可以保护带尺，扫描单元及其导轨不受切屑和液体的污染但弹性密封条要开口向下。扫描单元载体在尺体内的移

57、动采用低摩擦导轨。载体与尺体外部的安装块通过联接器连接，联接器可以补偿光栅尺和机床导轨之间不可避免的不对中度。HEIDENHAIN敞开式光栅尺的扫描单元和带尺之间无机械接触。典型的应用为：测量设备，比较器和其它线性测量的高精密装置，以及半导体工业的测量装备。准确度等级0.5m和更高测量步距0.001m（1nm）测量长度30m扫描单元与带尺无摩擦体积小，重量轻移动速度高。其工程图如下：它具有高的准确度和特定的热特性，很适合于数控高速精密机床。封闭式直线光栅尺由带尺、扫描单元和带密封条的防护铝外壳组成。扫描单元载体在尺体内的移动采用低摩擦导轨。载体与尺体外部的安装块通过联接器连接，联接器可以补偿光

58、栅尺和液压机之间不可避免的不对中度。该联接器在测量方向上具有高刚性，因而这种连接具有较高的固有频率。标准截面尺寸的光栅尺具有高抗振性，准确度可达(2m)。4 电气系统与控制系统设计4.1 现代数控技术的发展与现状（1） 数控技术：数控技术是用数字信息对运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。其技术范围覆盖很多领域：机械制造技术；信息处理、加工、传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技术等。（2） 数控的发展：随着现代制造业生产方式的发展，生产设备正朝着灵活、多功能、网络化的方向发展

59、，它希望控制器的功能重新配置、修改、扩充和改装甚至重新生成，这样就对控制器产生了“开放”的要求。控制器制造商希望开放式控制器具有更高的性能价格比和提高产品竞争力。制造信息的集成化、生产系统的分散化也促进了控制器的开放。日新月异的互联网技术为控制器的开放奠定了物质基础。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面： 高速

60、、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 5轴联动加工和机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要

61、趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，简化编程、简化操作方面的智能化，还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 重视新技术标准、规范的建立数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一种

62、不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。4.2 实现圆柱形工件表面加工曲线槽沟的控制方法数控回转工作台是金属切削机床配套装置，用于实现一个旋转坐标轴，具有分度和连续圆周进给功能，定位锁紧功能。本课题除具备一般数控回转台所具有的接受来自数控系统控制指令的功能外，还能够独立与主机工作台一个直线机械位移联动的功能。在步进电机的带动下，回转台实现了回转功能，带着工件开始了回转运动，因回转台能够独立与主机工作台一个直线机械位移联动的功能，从而回转台也能够产生直线位移，即工件还能与此同时做直线运动，随着铣刀的运动个配合，从而能够实现圆柱形工件表面加工曲线槽沟，达到预期效果。电机的