《數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計（84頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、中 文 摘 要- I -摘 要本次畢業(yè)設(shè)計的題目是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計。本課題主要介紹了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理和機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，這種回轉(zhuǎn)工作臺是一種可以實現(xiàn)圓周進給和精確分度運動的工作臺，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等幾部分組成，是一種很實用的加工工具。它常被用于臥式鏜床和加工中心上，它可提高加工效率，完成更多的工藝。通過本次對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計，使我們不僅能夠設(shè)計出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，而且能夠掌握機械設(shè)計的方法和步驟。本課題的主要內(nèi)容包括：確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動方案；驅(qū)動力的計算及其它相關(guān)計算；機械零件的設(shè)計與校核；通過 AUTOCAD 繪制裝配圖

2、和零件圖。數(shù)控機床的圓周進給是由回轉(zhuǎn)工作臺完成的，回轉(zhuǎn)工作臺可以與 X 軸、Y軸、Z 軸三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出球面、圓弧曲面等復(fù)雜曲面。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，從而擴大了數(shù)控機床的加工范圍。隨著數(shù)控技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的發(fā)展已成為歷史的必然。關(guān)鍵字：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺,齒輪傳動,蝸桿傳動,數(shù)控技術(shù)A b s t r a c t- II -AbstractThe graduation project is the subject of design of CNC rotary worktable and closed loop control system. The

3、 principle and mechanical structural designing of the rotary table is introduced in this paper. This rotary table is a kind ,which can achieve circular feed and precise indexing movement . It is made up of prime power, gear driving, worm gear driving and operating platform and other components, is a

4、 very useful tool for processing., because of the higher efficiency and multifunction its always used in the driller and machining centers to improve processing efficiency and complete more process technology.Through the design of CNC rotary worktable and closed loop control system ,we can not only

5、know how to design a CNC rotary worktable, but also master the methods and procedures of the mechanical design. The main content of this research include: determining the transmission scheme of CNC rotary worktable; driving force calculation and other relevant calculations; machinery parts design an

6、d verification; drawing the part drawing and assembly drawing with AUTOCAD software.The circumference of CNC rotary worktable by the completion of the feed, rotary worktable with X, Y, Z three axis coordinates to be processed into a variety of balls, such as circular surface.CNC rotary worktable can

7、 realize automatic indexing precisely, and expand the range of CNC machining. With the widely use of CNC technology, the application and development of rotary worktable has become a historical necessity.Key words：CNC rotary table，Gear drive ，Worm drive ，CNC technologyA b s t r a c t- III -目 錄 - IV -

8、目 錄摘 要 . IAbstract. II目 錄 . III第一章 引 言 . 11.1 本課題的背景和實際意義 . 11.2 本課題研究的主要內(nèi)容 . 21.3 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理與特點 . 3第二章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用 . 42.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 . 42.2 設(shè)計準(zhǔn)則 . 52.3 主要技術(shù)參數(shù) . 6第三章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計 . 73.1 傳動方案的選擇 . 73.1.1 傳 動 方 案 傳 動 時 應(yīng) 滿 足 的 要 求 . 73.1.2 傳 動 方 案 及 其 分 析 . 73.2 電機的選擇 . 83.2.1 伺 服 電 機 的 工 作 原 理 . 93.2.2

9、伺 服 電 機 的 選 擇 及 運 動 參 數(shù) 的 計 算 . 93.3 齒輪傳動的設(shè)計 . 103.3.1 齒 輪 傳 動 的 特 點 與 用 途 . 113.3.2 齒 輪 材 料 的 選 擇 原 則 . 113.3.3 齒 輪 的 幾 何 尺 寸 計 算 與 強 度 校 核 123.3.4 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 133.4 蝸輪與蝸桿的選用與校核 . 153.4.1 選 擇 蝸 桿 傳 動 類 型 . 153.4.2 選 擇 材 料 . 15目 錄 - V -3.4.3 按 齒 面 接 觸 疲 勞 強 度 進 行 校 核 . 163.4.4 蝸 桿 與 蝸 輪 的 主 要 尺 寸 與 參 數(shù)

10、183.5 軸承的選用 . 173.5.1 軸 承 壽 命 的 驗 算 193.5.2 軸 承 游 隙 調(diào) 整 . 193.5.3 滾動軸承的配合 193.5.4 滾動軸承的潤滑 203.5.5 滾動軸承的密封裝置 213.6 軸的校核與計算. 223.6.1 軸 一 的 校 核 與 計 算 . 223.6.2 軸 二 的 校 核 與 計 算 . 253.7 夾緊機構(gòu)的校核與計算. 253.8 齒輪上鍵的選擇與計算. 26第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 . 274.1 CPU 板 . 274.1.1 CPU 的 選 擇 . 274.1.2 CPU 接 口 設(shè) 計 . 284.2 驅(qū)動系統(tǒng)和人機界面 .

11、 28結(jié)論 . 29參考文獻 . 30致謝及聲明 . .31目 錄 - VI -第一章 引 言- 1 -第一章 引 言1.1 本課題的背景和意義2010 年在北京舉辦的第 11 屆中國國際機床展覽會上，數(shù)控機床、加工中心、復(fù)合機床等裝備在制造業(yè)內(nèi)已呈現(xiàn)出量大面廣的態(tài)勢，這類工作母機在各類制造業(yè)已經(jīng)得到廣泛普及，清晰地表達出了時代特征和發(fā)展潮流。機床運動不管是并聯(lián)運動機床，還是運動疊加的串聯(lián)機床，對大多數(shù)金屬加工機床來說，數(shù)控進給復(fù)合運動的加工，都是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動來實現(xiàn)的。為了應(yīng)對日益增多的復(fù)雜零件加工、提高加工的精度和效率，多軸機床和復(fù)合機床需要進一步的創(chuàng)新發(fā)展。因此，在現(xiàn)代加工中心

12、的開發(fā)中，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計與制造便成為了研制機床部件的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，同時起著承載工作重量、夾持工件的功能，因此要非常重視其創(chuàng)新設(shè)計。但是，在中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也出現(xiàn)了很多的問題，情況并不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)還集中于勞動力密集型得產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于西方發(fā)達國家；生產(chǎn)要素的決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源的破壞力大；企業(yè)的總體規(guī)模還偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力比較薄弱、管理水品也相對比較落后等。從什么角度剖析中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r？用什么方式評價中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度？如何定位中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺

13、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向和前景？中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展與當(dāng)前的經(jīng)濟熱點問題關(guān)聯(lián)度如何？此類問題，都是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展中必須面對和解決的。中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了岔口：中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺生產(chǎn)企業(yè)急需選擇發(fā)展的方向。中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告闡述了世界數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和差距，開創(chuàng)性的提出了“新型的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)”及其替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎(chǔ)上，從而從四個方面即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好 ”和“面向未來”準(zhǔn)確界定了“新型的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)”及其替代產(chǎn)品的內(nèi)涵。根據(jù) “新型的數(shù)第一章 引 言- 2 -控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)

14、業(yè)”及其替代產(chǎn)品的評價體系和量化指標(biāo)體系，從全新的角度對中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行了推演與精準(zhǔn)的預(yù)測。中國數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺市場分析的結(jié)果顯示了隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求裝備第四軸或第五軸以擴大機床加工的范圍。估計近幾年要求裝備數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的加工中心將會達到每年 700 臺左右。 預(yù)計未來 6 年雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、并且受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策大力支持和發(fā)展的裝備子行業(yè)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺作為數(shù)控機床中非常重要的一部分，研究其設(shè)計、制造過程是很有實際的工程應(yīng)用價值的。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作

15、臺的應(yīng)用很多，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的研究必然符合歷史發(fā)展的大趨勢。1.2 本課題研究的主要內(nèi)容本課題是對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計。總體設(shè)計方案就是針對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，在選定工藝和結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上進行設(shè)計。最后的成果包括：工作臺結(jié)構(gòu)總體裝配圖一套、局部部件結(jié)構(gòu)圖一套、控制圖電氣原理圖若干、源程序清單及說明書一份。設(shè)計的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺應(yīng)能實現(xiàn)任意角度的旋轉(zhuǎn)，并能通過檢測系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制。工作臺上可安裝板、盤以及其他形狀比較復(fù)雜的被加工零件，也可利用與之配套的尾座安裝棒、軸類被加工零件，實現(xiàn)等分的和不等分孔、槽或者連續(xù)的特殊表面的加工，且保證很高的加工精度。另外也可和非數(shù)控機床配套，利用專門配

16、置的控制系統(tǒng)獨立地完成等分和不等分的孔、槽以及連續(xù)的圓弧面的加工。具體內(nèi)容包括：1、工作臺的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計（機械部分）；2、工作臺的驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計（驅(qū)動方式選擇及設(shè)計）；3、工作臺的控制系統(tǒng)設(shè)計（控制方式及選擇）；4、程序設(shè)計。第一章 引 言- 3 -1.3 數(shù) 控 回 轉(zhuǎn) 工 作 臺 的 原 理 與 特 點數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的使用，為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)，通過第四軸、第五軸驅(qū)動轉(zhuǎn)臺完成等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，加工出復(fù)雜的曲面，使機床原有的加工范圍得以擴大。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺未來的發(fā)展方向是：在規(guī)格上向兩頭延伸，也就是開發(fā)小規(guī)格與大規(guī)格的轉(zhuǎn)臺以及相關(guān)的制造技術(shù)；在其性能方面將進一步提高

17、剎緊力矩、提高主軸轉(zhuǎn)速，向可靠性的方面發(fā)展。數(shù)控機床的圓周進給由數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺來完成，被稱為數(shù)控機床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與 X 軸、Y 軸、Z 軸三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，以加工出球、圓弧曲線等復(fù)雜曲面?；剞D(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，使數(shù)控機床的加工范圍得以擴大。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床與銑床，其外形和通用工作臺相似，不過它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進給的軸聯(lián)動。為自動換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺。它的進給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是以給定的程序指令進行控制的。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的發(fā)展方向是：在規(guī)格上向兩頭延伸，也就是開發(fā)小型轉(zhuǎn)臺和大型轉(zhuǎn)臺；在性能上將研制以青銅為材料的蝸輪，大幅度的提高工

18、作臺轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)臺的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。 機床工具行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)整體水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機床的數(shù)控化和產(chǎn)品的升級換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動化向柔性自動化方向轉(zhuǎn)變的這一社會需求，由于我國機床附件廠資金緊張的原因，造成技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造的力度不大，致使附件水平的發(fā)展嚴重滯后，從而成為制約民族機床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國產(chǎn)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽、精度穩(wěn)定性等方面與西方發(fā)達國家相比都存在一定的差距，但在產(chǎn)品的價格、交貨期和售后服務(wù)上占有比較大的優(yōu)勢。另外，近幾年臺灣地區(qū)的數(shù)控附件產(chǎn)品明顯加大了對大陸市場的開發(fā)力度，使國內(nèi)市場競爭

19、態(tài)勢日趨激烈。在今后幾年中，我國機床附件廠要發(fā)展中檔次品種，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能水平與可靠性的同時，也要跟蹤學(xué)習(xí)西方發(fā)達國家的先進技術(shù)，并在產(chǎn)品創(chuàng)新下功夫；總結(jié)經(jīng)驗，加強產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合，走專業(yè)化生產(chǎn)的路子，面向市場，積極參與競爭以滿足主機發(fā)展的需要。第二章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用- 4 -第二章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用數(shù)控機床的圓周進給由數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四軸?；剞D(zhuǎn)工作臺可以與 X 軸、Y 軸、Z 軸三個軸聯(lián)動，從而加工出球、圓弧曲面等各種復(fù)雜曲面。回轉(zhuǎn)工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，使數(shù)控機床加工范圍得以擴大。2.1 數(shù) 控 回 轉(zhuǎn) 工 作 臺圖 2-1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工

20、作臺1）箱體 2、3）夾緊瓦 4）液壓缸 5）活塞 6）彈簧 7）光柵 8、20）螺栓 9）套筒 10、16）螺釘 11）心軸 12）圓螺母 13）雙列推力球軸承 14）圓柱滾子軸承 15）深溝球軸承 17）墊片 18）滾柱導(dǎo)軌 19）工作臺21、22、25）密封墊在實際的應(yīng)用中，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺相似，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他的伺服進給軸聯(lián)動。 它的進給、分度轉(zhuǎn)位以及定位鎖緊都是由給定的程序指令進行控制的。轉(zhuǎn)臺的運轉(zhuǎn)是由伺服電動機經(jīng)齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。 為了消除蝸桿副的傳動間隙，這里采用了雙螺距漸厚蝸桿通過移動蝸桿的軸向位置調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距因此蝸桿齒厚從頭到