陕西国防工业职业技术学院SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕业设计论文题目水平回转工作台专业机电一体化班级机电3111班姓名罗小亮学号********指导教师王刚目录摘要 (3)第一章绪论 (4)1.1概述 (4)1.2数控回转工作台的发展及展望 (4)1.3数控回转工作台的原理 (5)1.4 设计要求及主要参数 (6)1.4.1设计准则 (6)第二章数控回转工作台的结构设计 (6)2.1设计工作台的基本要求 (8)2.2数控回转工作台传动方案的选择 (9)2.3电机的选择 (11)2.3.1选择步进电机的注意事项 (11)2.3.2电机的参数计算 (11)2.4齿轮的设计 (12)2.4.1齿轮材料确定 (12)2.4.2齿轮强度计算 (12)2.4.3尺寸计算 (12)2.4.4齿轮结构设计 (14)2.5蜗轮蜗杆设计 (16)2.6蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (16)2.7轴的校核与计算 (18)2.8联轴器的选择 (19)2.9输入轴的设计 (20)2.10蜗杆轴的设计 (25)2.11轴强度的校核 (28)总结 (31)参考文献 (32)致谢 (33)摘要数控机床在机械行业中扮演的角色越来越重要。

特别是数控机床朝着大功率、高速度、高精度、高稳定性的方向发展，其可靠性已成为衡量其性能的重要指标。

而数控回转工作台作为数控机床中不可或缺的部件，其精度已直接影响到机床的整体性能。

为了提高效率，扩大机床制造范围，数控机床除了做三轴直线进给运动之外，通常还需要用数控回转工作台来做加工的圆周运动。

由此来满足自动改变工件相对主轴的位置，让机床更好的对工件各个面的加工。

配合数控系统的控制，数控回转工作台可以有效提高生产率，消除人为误差，提高加工精度。

数控回转工作台主要是应用于数控铣床与数控镗床或加工中心，它主要是用于对板类、箱体等类似工件的不间断回转加工和多面加工。

第一章绪论1.1概述数控铣床作为效率比较高的机械制造设备，现在应用的已经非常普遍了。

在加工工件时，将工件装在回转台上，为了满足工件的加工需求，能给工件加工到更多的表面，除了一般机床都能进行的三轴直线运动之外，还必须用回转工作台来给工件做回转运动。

数控系统控制着工作台，去做各种需求的圆周运动。

必要时它可以和其他的坐标轴一起联动，这样来加工复杂一点的零件。

同时在精度的保证下，理论上可以实现任意角度、任意分度的转动。

数控回转工作台的结构最常见的是用电机作为动力源，再者是齿轮传动来减速，最后是蜗轮蜗杆连接工作台，起到带动转动的作用。

设计中回转精度是主要的参考对象。

现在技术越来越先进，社会对回转工作台的要求也是很大。

回转工作台分类可能会有很多，但是一般是可以分为两种，它们是数控回转工作台，还有就是分度台。

数控回转工作台可以自动的运动加工，它的结构和市面上的一般机床的进给机构可能有点相似。

它们最主要的不同的地方在于一般机床是做直线运动的，但是数控回转工作台还可以做回转的运动。

两种回转台从外表上看上去是差不多的，关键不同在于它们的内部。

数控回转工作台又可以细分为两种，一种开环,另一种是闭环。

开环与闭环结构上是看不出什么区别的，它们的区别在于闭环它多了一个角度测量的功能。

这个测量功能会反馈和系统给的指令相互对比，选择闭环的话，工作加工的精度会高一些。

1.2数控回转工作台的发展及展望目前国内数控机床可以说得到了快速的发展，近年来取得的进步也是非常明显不过了。

尤其是国内的数控系统，从没有到现在的这么成熟。

可以说我国的数控技术大有可为，不断在接近西方国家的先进技术。

作为机床的主要组成部分，回转工作台相对机床的各方面的性能来说是非常重要的。

在未来数控回转工作台主要是向着两个极端发展，一个是开发小型转台，一个是大型转台。

于此同时呢它在性能方面主要还是朝着以更强的以钢为材料的蜗轮，这样可以很大程度的增加工作台转动的速度，增加转台承担负载的能力。

未来在设计形式上也是向着多轴一起联动的趋势前进。

在不久的将来，我国机床的附件将会朝着高档的水平发展。

不管是产品质量或是产品性能，都会慢慢跟上西方发达国家的水平。

并不断地创新，走出自己的特色。

加强对产、学、研的结合力度，从而走专业化生产道路，面向市场，满足数控机床发展的需求。

1.3数控回转工作台的原理数控回转工作台应用最多的还是在这三个机床中，它们分别是数控铣床、加工中心还有就是数控镗床了。

与一般的工作台比较起来，在外形上我们很难发现它们会有怎样的不同，它们使用着不同的驱动。

数控回转工作台是可以跟其他的伺服结合一起运动。

图1-1 闭环内部结构1-步进电机；2-主动齿轮；3-偏心环；4-从动齿轮；5-柱销；6-压块；7-螺母；8-锁紧螺钉、11-轴承盖、套筒；9-蜗杆；10-蜗轮；12、13-加紧瓦；14-压紧液压缸；15-活塞；16-弹簧；17-钢球；18-光栅；如下图1-1所示该结构图就是演示的闭环数控回转工作台的内部结构，这种工作台是由1电机作为动力元件的，然后2、4齿轮传动作为减速器的效果给电机减速。

在用齿轮传动带动9蜗杆，9与蜗轮10配合转动这就可以带动工作台转动了。

通常消除反向间隙、传动间隙的方法有很多的，这里是用了偏心环3就能达到消除齿轮2、4之间的啮合侧隙的目的了。

设计中为了实现蜗杆9、齿轮4连接在一起，其中间采用的是楔形拉紧圆柱销5。

用这种连接方式的优点的是还可以减少各轴和轴套之间的配合间隙。

回转台转角的位置是采用光栅18来进行测量的，它的测量结果会与指令信号相互比较。

如果其中存在偏差，那么将偏差放大，然后由控制电机使其朝着降低偏差的方位回转，从而使工作台达到精确定位的目的，设计中对于台面的锁紧通过均匀分布的小油缸14达到目的。

在其要加紧时，通过油缸上面的上腔注入压力油，从而使活塞15向下移动，然后钢球17，来推开装置中的夹紧块12、13，从而使蜗轮处于夹紧状态。

当回转台工作时，只需由数控系统来发指令，从而夹紧液压缸14，使其上腔的油回流到油箱，而钢球17此时在弹簧16弹力的作用下向上运动，然后夹紧块12、13会从蜗轮中松开，就在这时蜗轮就可以同回转工作台一起按系统的指令做回转运动。

这个工作台的导轨面采用滚柱轴承来支承，并同时采用圆锥滚子轴承来确保正确的回转中心的位置。

工作台是由镶钢滚柱导轨来支撑的，这样可以使回转台平稳的运动。

1.4 设计要求及主要参数1.4.1设计准则将严格按照以下设计准则来完成本次设计：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.第二章数控回转工作台的结构设计2.1设计工作台的基本要求数控回转工作台一般是由三部分组成的，其中一部分是传动装置，另一部分是原动机，还有工作台。

其中的传动装置主要是在其中传递运动，让工作台运转。

合理的传动方案主要满足以下要求：（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、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、维护便利、工艺性和经济合理等。

数控回转工作台作为数控铣床装夹工件的机床附件，它对机床的影响是非常大的。

而数控回转台合理的传动方案的好坏直接影响到数控回转工作台的性能。

所以选择合适的传动方案对于本次设计显得尤为重要。

2.2数控回转工作台传动方案的选择有如下三种不同的方案图2-1 方案（1）方案（1）采用的是皮带传动加涡轮蜗杆的传动方案。

分析此方案可发现皮带有不少的缺点：1、滑动损失皮带在工作时，由于带轮两边的拉力差以及相应的变形经差形成弹性滑动，导致带轮与从动轮的速度损失。

弹性滑动与载荷、速度、带轮直径和皮带的结构有关，弹性滑动率通常在1%-2%之间。

有的皮带传动还有几何滑动。

过载时将引起打滑，使皮带的运动处于不稳定状态，效率急剧下降，磨损加剧，严重影响皮带的寿命。

2、滞后损失皮带在运行中会产生反复伸缩，特别是带轮上的绕曲会使皮带体内部产生摩擦引起功率损失。

3、空气阻力高速传动时，运动中的风阻将引起转矩损耗，其损耗值与速度的平方成正比。

因此，设计高速皮带传动时，皮带的表面积宜小，尽量用厚而窄的皮带，带轮的轮辐面要平滑，或用辐板以减小风阻。

4、轴承的摩擦损失皮带在工作时，轴承受到皮带的拉力，也引起转矩损。

滑动轴承的损伯为2%-5%，滚动轴承的损失为1%-2%图2-2：方案（2）方案（2）采用的是涡轮蜗杆加齿轮组的传动方案该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能力较高，传递运动准确、平稳，传递功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。

蜗杆传动有以下特点：1．传动比大在分度机构中可达1000以上。

与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。

2．传动平稳蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。

3．可以自锁当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。

这种蜗杆传动常用于起重装置中。

4．效率低、制造成本较高蜗杆传动是，齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。

为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造图2-3：方案（3）方案（3）采用的是齿轮传动加锥齿轮的传动方案，锥齿轮在很大程度上与涡轮蜗杆有可以相互取代的可能，但在本次设计中要求能传动自锁，这是锥齿轮传动所不具备的。

由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。

同时，对于数控回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环回转工作台。

两种型式各有特点：开环回转工作台 开环回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用点液脉冲马达、功率步进电机来驱动。

闭环回转工作台 闭环回转工作台和开环回转工作台大致相同，其区别在于：闭环回转工作台有转动角度的测量元件（圆光栅）。

所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。

2.3电机的选择许多机械加工需要微量进给。

要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。

步进电机的特点:一是过载性好。

其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合；二是控制方便。

步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场；三是整机结构简单。