畢業(yè)設(shè)計(jì)--橋式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p><b>　　1引言</b></p><p>　　近年來(lái),隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要,對(duì)數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量需求。機(jī)床制造業(yè)是一國(guó)工業(yè)之基石,它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段,是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是發(fā)達(dá)工業(yè)化國(guó)家,也無(wú)不高度重視。機(jī)床是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的象征。 </p><p>　　最早進(jìn)行數(shù)控機(jī)床研制

2、的是美國(guó)人。1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成功地研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。但這臺(tái)數(shù)控機(jī)床僅是一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性的機(jī)床，直到1954年11月，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床才生產(chǎn)出來(lái)。從此以后，世界上其它一些工業(yè)國(guó)家也都開始開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制是從1958年起步的。早期的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)采用電子管，體積大、功耗高，只在軍事部門應(yīng)用[1]。只有在微機(jī)處理機(jī)用于數(shù)控機(jī)床后，才真正使數(shù)控機(jī)床得到普及。</p><p&

3、gt;　　數(shù)控機(jī)床一般分為三個(gè)檔次，即高檔數(shù)控機(jī)床、普及型數(shù)控機(jī)床和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來(lái)對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)更有發(fā)展前途，隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)車是數(shù)控技術(shù)最普遍的應(yīng)用[1]</p><p>　　機(jī)床附件用于與機(jī)床配套完成各種功能,是

4、機(jī)床功能部件的重要組成部分,在充分發(fā)揮機(jī)床基本性能、擴(kuò)大機(jī)床使用性能、保證零件加工精度、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面都起著重要作用。</p><p>　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床附件的一種，伴隨著我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展而發(fā)展，亦有20 多年的歷程。隨著我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,對(duì)數(shù)控機(jī)床附件的要求也越來(lái)越高,因此數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的水平高低,直接影響著數(shù)控主機(jī)的水平。</p><p>　

5、　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是金屬切削機(jī)床配套裝置，用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，具有分度和連續(xù)圓周進(jìn)給功能，定位鎖緊功能[2]。本課題除具備一般數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)所具有的接受來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)控制指令的功能外，還能夠獨(dú)立與主機(jī)工作臺(tái)一個(gè)直線機(jī)械位移聯(lián)動(dòng)的功能。</p><p>　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的市場(chǎng)分析：隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和加工中心越來(lái)越多的被要求配備第四軸或第五周，以擴(kuò)大加工范圍。所以近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)控機(jī)床和加工中心

6、會(huì)越來(lái)越多。</p><p>　　通過(guò)本畢業(yè)設(shè)計(jì)，要鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械、電子、液壓等方面的知識(shí)，幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)；還要求學(xué)生熟練掌握caxa等制圖工具的使用，提高查閱有關(guān)手冊(cè)資料、設(shè)計(jì)、選型的能力；本課題還提供了親自動(dòng)手的機(jī)會(huì)，使學(xué)生在實(shí)際中得到鍛煉，更直觀地感受設(shè)計(jì)與加工的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，提高自身分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。</p><p&g

7、t;　　2.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)總體方案的確定</p><p>　　2.1 總體方案的設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品，應(yīng)具有較高的回轉(zhuǎn)精度和與機(jī)床的配合精度，一定的轉(zhuǎn)速以保證加工效率，通用性強(qiáng)，概括總體方案的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：</p><p>　　（1）傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）總體布局的設(shè)計(jì)&l

8、t;/p><p>　　（3）各主要零部件的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）與FAMUC控制系統(tǒng)連線的設(shè)計(jì) </p><p>　　2.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)可以和X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出與X、Y、Z三軸不在一個(gè)平面的，與X、Y、Z成一定角度的形體。

9、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床的加工范圍。</p><p>　　2.3橋式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)總體布局</p><p>　　橋式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能夠方便的在各類立式數(shù)控銑床、加工中心上裝卸，成為其活動(dòng)第四軸，起到擴(kuò)展數(shù)控機(jī)床工藝范圍的作用。它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式，它可以和其他的伺服進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng)。</p><p>　　圖1是橋式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的總裝圖。它的

10、分度定位和定位鎖緊是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是有伺服電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速后有蝸桿傳到回轉(zhuǎn)臺(tái)，在帶動(dòng)橋式夾具旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到指定的角度后能夠定位夾緊，方便數(shù)控機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行加工，加工完畢后，能夠恢復(fù)初始狀態(tài)，以方便拆卸零件或再次加工。</p><p>　　圖1 橋式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)總裝圖</p><p>　　上圖中1是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，2是尾座，3是橋式夾具，4是底板<

11、/p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本著一下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則</p><p>　　創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能</p><p><b>　　分析原理和性能</b></p><p><b>　　判斷功能載荷和意義</b></p><p><b>　　預(yù)測(cè)意外載荷</b>

12、;</p><p><b>　　創(chuàng)造有利的載荷條件</b></p><p><b>　　重量要適宜</b></p><p>　　應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸</p><p>　　根據(jù)性能組合選擇材料</p><p>　　零件和整體零件之間精度的進(jìn)行選擇</p>

13、<p>　　功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求</p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)</b></p><p><b>　　1數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)：</b></p><p>　?。?）回轉(zhuǎn)角度0~360 </p><p>　　（2）最大回轉(zhuǎn)直徑255mm </p><p&

14、gt;　　（3）定位精度 <15”</p><p>　?。?）最大載重250KG</p><p>　?。?）最大切削扭矩48kg m </p><p>　?。?）最小設(shè)定單位0.001°</p><p>　?。?）可與 FANUC OM以上系統(tǒng)連接</p><p>　　2.與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)尺寸匹配的具有剎車功

15、能的尾座。</p><p>　　3.橋式夾具：連接轉(zhuǎn)臺(tái)與尾座</p><p>　?。?）外形尺寸450×320 </p><p>　　（2）夾具上配有12mm標(biāo)準(zhǔn)T形槽及必要的安裝孔</p><p>　　3橋式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)零部件的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1傳動(dòng)方案的確定</p><

16、p>　　目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)普遍的傳動(dòng)方式采用了蝸輪蝸桿傳動(dòng)副，更高級(jí)的還有回轉(zhuǎn)軸直接驅(qū)動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)，雖然這樣有更高的轉(zhuǎn)速及精度，但技術(shù)要求較高而且普通的蝸輪蝸桿傳動(dòng)已經(jīng)能夠滿足課題的精度及轉(zhuǎn)速要求，固還是選用蝸輪蝸桿傳動(dòng)[3]。</p><p>　　蝸桿傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）當(dāng)使用單頭蝸桿時(shí)，蝸桿每旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比，在動(dòng)力傳

17、動(dòng)中傳動(dòng)比一般為i=5～80。由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。</p><p>　?。?）在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒數(shù)對(duì)又較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)噪聲低。</p><p>　?。?）當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。</p><p>　　3.2傳動(dòng)方案

18、傳動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求</p><p>　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般有原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置在遠(yuǎn)東機(jī)和工作臺(tái)之間傳動(dòng)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。在本課題中，原動(dòng)機(jī)采用FANUC伺服馬達(dá)，工作臺(tái)采用T型槽工作臺(tái)，傳動(dòng)裝置有齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成.</p><p>　　合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求：</p><p>　　機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速

19、和運(yùn)動(dòng)形式的要求</p><p>　　工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等</p><p>　　工作性能要求：保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等結(jié)構(gòu)工藝性要求：如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等</p><p>　　3.2.1傳動(dòng)方案及其分析</p><p>　　回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案為：伺服電機(jī)——齒輪傳動(dòng)——蝸桿傳動(dòng)—

20、—工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2</p><p>　　圖2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖</p><p>　　因?yàn)槭菧u輪渦桿傳動(dòng)與分度, 所以停位不受限 并不像端齒分度盤一樣,只能分度固定的角度的整數(shù)倍 (5°、10°、15°等),而且偏轉(zhuǎn)范圍較大 能加工任何角度與傾斜度的孔與表面。齒的側(cè)隙是靠齒輪制造精度和安裝精度來(lái)保持。大齒輪的支撐軸與渦桿軸做成一個(gè)軸，這種

21、聯(lián)結(jié)方式能增大連接的剛性和精度，更能減少功率的損耗[3]。</p><p><b>　　其工作原理簡(jiǎn)述如下</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)由交流侍服電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)渦輪渦桿系統(tǒng)，使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn) 當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，首先松開圓周運(yùn)動(dòng)部分的渦輪夾緊裝置，松開渦輪，然后啟動(dòng)交流侍服電機(jī)，按數(shù)控指令確定工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角

22、度大小等參數(shù)[4]。</p><p><b>　　該方案的分析如下：</b></p><p>　　齒輪傳動(dòng)承載能力較高，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞的功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。</p><p>　　蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1.傳動(dòng)比在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比

23、相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。</p><p>　　2.傳動(dòng)平穩(wěn)。蝸桿齒是連續(xù)的蝸旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因而，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。</p><p>　　3.可以自鎖。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，若蝸桿是主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。</p><p>　　4.效率低、成本較高。蝸桿傳動(dòng)時(shí)，齒面有較大的滑動(dòng)速度，摩擦損失大，故效率

24、約為0.7—0.8，具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為0.4左右。為了提高摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價(jià)格較貴的有色金屬制造[5]。</p><p>　　有以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。</p><p>　　同時(shí)，對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，他可以分為以下幾種形式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、半閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。</p>

25、<p>　　開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可用電液脈沖馬達(dá)，功率步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作是由步進(jìn)電機(jī)按指令脈沖的要求來(lái)確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)角度[6]。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量是指數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)每個(gè)脈沖所回轉(zhuǎn)的角度(度/脈沖)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)加工精度的要求和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)直徑大小來(lái)選定。一般加下精度愈高，加工當(dāng)量應(yīng)該愈?。患庸まD(zhuǎn)臺(tái)直徑愈大，加工當(dāng)量應(yīng)該愈小，但也不能盲目的追求過(guò)小的

26、脈沖當(dāng)量。</p><p>　　閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)與開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于:閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件(圓光柵或圓感應(yīng)同步器)[7]。所測(cè)量的結(jié)果反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作.使轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度更高。</p><p>　　此外，還有一些數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上采用伺服電機(jī)軸端帶測(cè)速發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器或帶脈沖編碼盤，直接反饋電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速和角位移進(jìn)行半閉環(huán)控制

27、[8]。</p><p>　　3.3蝸輪蝸桿的選用及校核</p><p>　　由于此回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的要求為最大載重250KG最大切削扭矩48kg m，傳動(dòng)比設(shè)定為i=36,效率η=0.8，工作日安排為每年300天昨日計(jì)，壽命為10年。</p><p>　　3.3.1.選擇蝸桿傳動(dòng)的類型</p><p>　　根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，

28、采用漸開線蝸桿。</p><p>　　3.3.2 選擇材料</p><p>　　考慮到蝸桿的傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼，為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿的螺旋齒面淬火，硬度達(dá)到45—55HRC。</p><p>　　蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1,金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪心用灰鑄鐵HT100制造。<

29、/p><p>　　3.3.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)距：</p><p>　?。?）確定作用在蝸輪的轉(zhuǎn)矩T2</p><p>　　按Z1=2，故取效率=0.8，則T2=T**i=153.4N.M</p><p><

30、;b>　?。?）確定載荷系數(shù)</b></p><p>　　因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1,由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)KV=1.1；則K=KA*KB*KV=1.27</p><p>　?。?）確定接觸系數(shù)Z</p><p>　　先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.3

31、0，從而可查出Z=3.12。</p><p>　?。?）確定許用應(yīng)力[H]</p><p>　　根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，從而可查出蝸輪的基本許用應(yīng)力[H]=268MPA。</p><p>　　因?yàn)殡妱?dòng)刀架中蝸輪蝸桿的傳動(dòng)為間隙的故初步定為、其壽命系數(shù)為KHN=0.92,則[H]=KHN[H]=0.9

32、2*268=246.56MPA</p><p><b>　　(6)計(jì)算中心距</b></p><p>　　取中心距a=135mm,m=2,蝸桿分度圓直徑d1=46mm，可查出接觸系數(shù)為2.72，因?yàn)樗∮赯,因此以上計(jì)算結(jié)果可用。</p><p>　　3.3.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸</p><p><b&

33、gt;　?。?）蝸桿</b></p><p>　　直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=46mm，蝸桿頭數(shù)Z1=2；分度圓導(dǎo)程角=3011’38”</p><p>　　蝸桿軸向齒距；PA=mπ=6.28mm</p><p>　　蝸桿齒頂圓直徑da1=d1+2h**m=54mm</p><p>　　蝸桿軸向齒厚：Sa=mπ/2=3

34、.14mm </p><p><b>　?。?）蝸輪</b></p><p>　　蝸輪齒數(shù)：Z2=72，變位系數(shù)x=0</p><p>　　驗(yàn)算傳動(dòng)比：i==36</p><p>　　蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=112mm</p><p>　　蝸輪喉圓直徑: da2=d2+2ha2=116mm&

35、lt;/p><p>　　3.3.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度</p><p><b>　　當(dāng)量齒數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)x2=0，ZV2=72，可查的齒形系數(shù)=2.31，螺旋角系數(shù)=0.9773</p><p>　　許用彎曲應(yīng)力[F]=[H]K、FN</p><p>　　[F]=40.32MPa

36、</p><p>　　2.310.9773=4.29MPa所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。</p><p><b>　　蝸輪，蝸桿結(jié)構(gòu)如下</b></p><p><b>　　圖3蝸輪剖視圖</b></p><p><b>　　圖4蝸桿結(jié)構(gòu)</b></p><p&

37、gt;　　3.4齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)前述所選伺服電機(jī)為FANUCα3伺服電機(jī)，有α3/12000 和 α3/15000 ，12000轉(zhuǎn)和15000轉(zhuǎn)2種，最大功率是5.5KW（30min）持續(xù)功率是3.7KW，最大扭矩是40N.M 持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩是20N.M 。傳動(dòng)比設(shè)定為i=5,效率η=0.97，工作日安排每年300工作日計(jì)，壽命為十年。3.4.1選擇齒輪傳動(dòng)的類型</p>&

38、lt;p>　　根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動(dòng)的形式。</p><p><b>　　3.4.2選擇材料</b></p><p>　　考慮到齒輪傳動(dòng)的效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼，為達(dá)到更高的效率和更高的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45—55HRC。</p><p>　　3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)&l

39、t;/p><p>　　先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。</p><p>　　傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為是T1=9.55106N=2.39KN.M</p><p>　　載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，有機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取K=1.2</p><p>　　齒寬系數(shù)：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取=1</p><p>　　許用接觸應(yīng)力[δH]:

40、[δH]=[ δH2]=220MPa</p><p><b>　　傳動(dòng)比i=5</b></p><p><b>　　將以上參數(shù)帶入公式</b></p><p>　　D1>=68.77mm</p><p>　　3.4.4確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸</p><p>　　(

41、1)齒數(shù)取Z1=46，則Z2=69</p><p>　　(2)模數(shù)m=d1/z1=46/35=1.31,取標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5</p><p>　　(3)中心距 標(biāo)準(zhǔn)中心距a=m/2(z1+z2)=88mm</p><p><b>　　(4)其他主要尺寸</b></p><p>　　分度圓直徑：d1=mz1=1.546=70

42、mm</p><p>　　d2=mz2=1.569=106mm</p><p>　　齒頂圓直徑：da1=d1+2m=70+21.5=73mm</p><p>　　da2=d2+2m=106+21.5=109mm</p><p>　　3.4.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度</p><p>　　復(fù)合齒形系數(shù)YS:由x=0（標(biāo)準(zhǔn)齒輪

43、）及Z1Z2查的YFS1=4.12，YFS2=3.69則</p><p><b>　　彎曲強(qiáng)度足夠。</b></p><p>　　3.5軸的校核與計(jì)算</p><p>　　軸與軸上零件的轉(zhuǎn)配關(guān)系如下圖</p><p>　　圖5 軸與軸上零件的轉(zhuǎn)配簡(jiǎn)圖</p><p>　　依據(jù)此圖畫出受力簡(jiǎn)圖<

44、;/p><p>　　由于是圓錐滾子軸承，所以軸的受力為</p><p><b>　　圖6軸的受力圖</b></p><p>　　計(jì)算出得 FNH1=46.6N FNH2=26.2N</p><p><b>　　畫出扭矩圖</b></p><p><b>　　圖7

45、扭矩圖</b></p><p>　　T=η *i*T電機(jī)=21.2NM</p><p><b>　　彎矩圖</b></p><p><b>　　圖8彎矩圖</b></p><p><b>　　M=13.1NM</b></p><p><

46、b>　　3.6軸承的類型</b></p><p>　　滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕人多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，使用滾動(dòng)軸承時(shí)，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗(yàn)算軸承的承裁能力以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)“軸承裝置設(shè)計(jì)”問(wèn)題。</p&

47、gt;<p>　　3.6.1軸承的類型</p><p>　　考慮到軸各個(gè)方面的誤差會(huì)直接傳遞給加工工件時(shí)的加工誤差，因此，選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及，軸向載荷，外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙。</p><p>　　3.6.2軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配</p><p>　　軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來(lái)調(diào)整，

48、這樣比較方便 </p><p>　　3.6.3滾動(dòng)軸承的配合</p><p>　　滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。</p><p>　　3.6.4滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 </p><p>　　考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)

49、轉(zhuǎn)速很高，并且是不問(wèn)斷工作，溫度也很高。故采用油潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤(rùn)滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。</p><p>　　3.6.5滾動(dòng)軸承的密封裝置</p><p>　　軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水．酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此外，采用接觸式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋

50、彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用[10]。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物侵入，密封唇應(yīng)朝外。</p><p>　　3.7數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)關(guān)鍵部件介紹</p><p>　　機(jī)床產(chǎn)品的很多單元技術(shù)都孕育在關(guān)鍵功能部件之中，在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中，其主要部件渦輪渦桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)部位鎖緊裝置 潤(rùn)滑與密封等部位均屬于關(guān)鍵部件</

51、p><p>　　3.7.1調(diào)隙結(jié)構(gòu)——雙螺距漸厚渦桿介紹</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床中，分度工作臺(tái)，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)都廣泛采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，蝸輪副的嚙合側(cè)隙對(duì)其分度定位精度影響最大，因此消除渦輪副的側(cè)隙就成為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的關(guān)鍵問(wèn)題，一般在要求連續(xù)精確分度的機(jī)構(gòu)中（如齒輪加工機(jī)床、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等）、或?yàn)榱吮苊鈧鲃?dòng)機(jī)構(gòu)因承受脈動(dòng)載荷 如斷續(xù)銑削），而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的場(chǎng)合往往采用雙螺距漸厚渦桿，

52、以便調(diào)整嚙合側(cè)隙到最小限度[9]。</p><p>　　數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)中，以蝸輪蝸桿的嚙合側(cè)隙對(duì)其分度定位的精度的影響最大，因此消除渦輪蝸桿副的側(cè)隙就成為數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的關(guān)鍵問(wèn)題，雙導(dǎo)程蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別是：雙導(dǎo)程蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的齒距（導(dǎo)程），而在同一側(cè)面的齒距（導(dǎo)程）則是相等的。因此，該蝸桿的齒厚從蝸桿的一端向另一端均勻的逐漸增厚或減薄，所以有稱為變齒厚蝸桿。故可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來(lái)消除后調(diào)整蝸輪副之間的嚙合

53、間隙。</p><p>　　雙導(dǎo)程蝸桿副的嚙合原理與一般的蝸桿副嚙合原理相同，蝸桿的橫向截面仍相當(dāng)于基本齒條，渦輪則相當(dāng)于同他嚙合的齒輪，由于蝸桿齒左右側(cè)面具有不同的齒距，即齒的左右兩側(cè)面具有不同的模數(shù)m[11]。因?yàn)橥粋?cè)面的齒距相同，故沒(méi)有破壞嚙合條件，當(dāng)軸向移動(dòng)蝸桿后，也能保證良好的嚙合。</p><p>　　橫向移動(dòng)蝸輪主要是靠蝸輪座的移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)蝸輪座與箱體接觸的距離，以此來(lái)使

54、蝸輪橫向移動(dòng)，從而來(lái)調(diào)節(jié)蝸輪蝸桿的間隙。</p><p>　　圖9蝸桿與蝸桿座轉(zhuǎn)配圖</p><p>　　有上圖可以看得到左邊的螺釘孔只有在蝸桿座上有，而箱體上沒(méi)有，螺栓也比螺紋孔長(zhǎng)，它是完全頂在箱體上的，它叫距離控制螺栓。而右邊的蝸桿座有螺紋孔并且箱體上也有，也就是說(shuō)螺釘是完全是將蝸桿座固定在箱體上的，它是鎖固螺栓[10]。當(dāng)蝸輪蝸桿有間隙時(shí)，就要用到他們了。</p>&l

55、t;p>　　蝸輪蝸桿間隙的調(diào)整方法：</p><p>　　將蝸桿座裝置好，然后以鎖固螺釘和距離控制螺栓夾固好。然后平均的放松四個(gè)距離控制螺栓，因蝸桿座移動(dòng)，間隙因而減少，適當(dāng)?shù)臄Q好距離控制螺栓和鎖緊螺栓，再一次的測(cè)量間隙及重復(fù)調(diào)整，直到獲得最佳間隙為止。</p><p>　　3.7.2齒輪間的間隙調(diào)整</p><p>　　當(dāng)齒輪間存在間隙時(shí)，可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整環(huán)來(lái)調(diào)

56、整之間的間隙具體方案如下：</p><p>　　圖10電機(jī)與調(diào)整環(huán)的安裝</p><p>　　如圖中所示：1是調(diào)整環(huán)，2是電機(jī)，3是電機(jī)座</p><p>　　電機(jī)的軸上安裝著齒輪，當(dāng)齒輪與和他嚙合的齒輪間隙增大時(shí)，這時(shí)就需要調(diào)整調(diào)整環(huán)來(lái)調(diào)整間隙了</p><p>　　調(diào)整環(huán)的內(nèi)外徑之間有存在著偏心，當(dāng)需要調(diào)整齒輪間的間隙時(shí)，由于調(diào)整環(huán)的內(nèi)外

57、徑之間的偏心，慢慢的旋轉(zhuǎn)調(diào)整環(huán)，以此來(lái)調(diào)整電機(jī)軸的中心位置以此帶動(dòng)著齒輪移動(dòng)，達(dá)到調(diào)整齒輪間隙的目的。</p><p>　　3.7.3數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的夾緊定位</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)精確加工，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)必須具有定位功能，定位后施加鎖緊力，以保證切削時(shí)工件不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。定位靠的是電機(jī)起停的準(zhǔn)確度，電機(jī)軸靜轉(zhuǎn)矩要大于工作臺(tái)整體的慣性矩，另外通過(guò)反饋控制，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的精確定位。定位后要

58、通過(guò)鎖緊裝置施加鎖緊力。鎖緊裝置屬于制動(dòng)器的一種，常用的制動(dòng)器分為摩擦式制動(dòng)器和非摩擦式制動(dòng)器[4]。其分類和特點(diǎn)如下：</p><p><b>　　圖11制動(dòng)器的分類</b></p><p>　　表1各種制動(dòng)器的特點(diǎn)</p><p>　　為了使數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，本設(shè)計(jì)采用摩擦式制動(dòng)器，制動(dòng)部分采用摩擦片式，其摩擦材料為石棉粉末冶金材

59、料，在干式下工作。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接合平穩(wěn)，傳遞轉(zhuǎn)矩大，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)需調(diào)整磨損間隙。制動(dòng)力采用液壓缸系統(tǒng)，雖然在速度方面略遜于氣壓鎖緊方式，但能提供足夠的鎖緊力。具體結(jié)構(gòu)方案及安裝如下圖所示：</p><p>　　圖12夾緊裝置轉(zhuǎn)配圖</p><p>　　如圖中部分，1是摩擦片，2是套在軸上的回轉(zhuǎn)臺(tái)的底座，彈簧靠底座支撐摩擦片，而彈簧軸套換套在箱體上，當(dāng)需要液壓夾緊是，外加液壓站會(huì)向空隙

60、里加注液壓油，以此推動(dòng)摩擦片向2回轉(zhuǎn)臺(tái)底座移動(dòng)，當(dāng)壓力繼續(xù)增大到一定時(shí)，摩擦片與回轉(zhuǎn)臺(tái)的底座緊緊的頂住，而回轉(zhuǎn)臺(tái)底座在摩擦片的壓力摩擦下，由于底座有圓螺母緊緊的頂住，所以底座會(huì)完全被夾緊在需要的位置。而回轉(zhuǎn)臺(tái)是定位在底座上的，所以，回轉(zhuǎn)臺(tái)也就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　當(dāng)加工完畢，工作臺(tái)需要旋轉(zhuǎn)到初始位置，則需要摩擦片松開，這時(shí)外接液壓站停止加壓，摩擦片受到液壓油的壓力減小，當(dāng)壓力減少的足夠的時(shí)候，彈簧推動(dòng)摩

61、擦片向相反方向移動(dòng)，摩擦片離開回轉(zhuǎn)臺(tái)底座，這時(shí)，回轉(zhuǎn)臺(tái)底座可以旋轉(zhuǎn)，繼而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p><b>　　4橋式夾具的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　以題目的要求，需要設(shè)計(jì)的橋式夾具的要求為：橋式夾具：連接轉(zhuǎn)臺(tái)與尾座</p><p>　　（1）外形尺寸450×320 </p><p>　?。?）夾

62、具上配有12mm標(biāo)準(zhǔn)T形槽及必要的安裝孔</p><p>　　橋式夾具是零件安裝加工的地方，它的制作精度影響著零件的加工的精度，所以橋式夾具需要有一定的粗糙度要求，要有一定的定位精度，自身也要有良好的定位才能滿足加工零件的要求。自身還要有一定的厚度才能達(dá)到一定的強(qiáng)度。</p><p>　　所以綜合上述對(duì)橋式夾具的設(shè)計(jì)如下圖</p><p>　　圖13橋式夾具俯視圖&

63、lt;/p><p>　　圖14橋式夾具左視圖</p><p><b>　　5尾座的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　其實(shí)尾座的結(jié)構(gòu)與回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)大同小異，尾座的作用是幫助橋式夾具旋轉(zhuǎn)以及夾緊，所以它就是簡(jiǎn)化了的回轉(zhuǎn)臺(tái)，只不過(guò)沒(méi)有傳動(dòng)部分以及電機(jī)，只要能夠旋轉(zhuǎn)和夾緊和定位的作用就行了</p><p>　　圖15尾座內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖&

64、lt;/p><p>　　如上圖所示，尾座的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與回轉(zhuǎn)臺(tái)非常相似，所以，尾座的結(jié)構(gòu)完全可以按照回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)。</p><p>　　6與FANUC系統(tǒng)的連線的設(shè)計(jì)</p><p>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果CNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢”，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)

65、地執(zhí)行CNC裝置發(fā)出的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。</p><p>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要有以下部分組成：位置控制單元；速度控制單元；驅(qū)動(dòng)元件；檢測(cè)與反饋單元；機(jī)械執(zhí)行部件</p><p>　　圖16進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成</p><p>　　6.1 NC機(jī)床對(duì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求</p><p>　　1．調(diào)速范圍要寬

66、且要有良好的穩(wěn)定性</p><p><b>　　調(diào)速范圍：</b></p><p>　　一般要求：RN>10000Q且0.1mm/minFmin<1mm/min</p><p>　　穩(wěn)定性是指輸出速度的波動(dòng)要小，尤其是在低速時(shí)的平穩(wěn)性顯得特別重要。</p><p>　　2．輸出位置精度要高</p>

67、<p>　　靜態(tài)：定位精度和重復(fù)定位精度要高，即定位誤差和重復(fù)定位誤差要小(尺寸精度)動(dòng)態(tài)：跟隨精度，這是動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，用跟誤差表示。(輪廓精度)靈敏度要高，有足夠高的分辯率[1]。</p><p><b>　　3．負(fù)載特性要硬</b></p><p>　　在系統(tǒng)負(fù)載范圍內(nèi)，在負(fù)載變化時(shí)，輸出速度應(yīng)基本不變。即△F盡可能小；</p><

68、;p>　　·當(dāng)負(fù)載突變叫，要求速度的恢復(fù)時(shí)間短且無(wú)振蕩。即△t盡可能短</p><p>　　·應(yīng)有足夠的過(guò)載能力。</p><p>　　這是要求伺服系統(tǒng)有良好的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)剛度。</p><p>　　4．響應(yīng)速度快且無(wú)超凋</p><p>　　這是對(duì)伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求，即在無(wú)超調(diào)的前提下，執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度的建立時(shí)

69、間應(yīng)盡可能的短[3]。通常要求從0 Fmax…(Fmax 0)，其時(shí)間應(yīng)小于200ms，不能有超調(diào)，否則對(duì)機(jī)械部件不利，有害于加工質(zhì)量</p><p>　　5．能可逆運(yùn)行和頻繁靈活啟停。</p><p>　　6．系統(tǒng)的可靠性高，維護(hù)使用方便，成本低。</p><p>　　綜上所述：列伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性兩方面，對(duì)于高精度的數(shù)控機(jī)床，對(duì)動(dòng)態(tài)性能

70、的要求要更嚴(yán)一些。</p><p>　　6.2伺服電機(jī)的原理</p><p>　　在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求、使用條件、安裝條件、成本等要求，選擇電機(jī)的類型往往從下面幾個(gè)方面考慮:</p><p>　　1．如果主要考慮系統(tǒng)的控制精度，應(yīng)首先考慮使用力矩電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)齒傳動(dòng)；如果主要考慮系統(tǒng)的響應(yīng)快速性要求，可考慮使用直流伺服電動(dòng)

71、機(jī)、力矩電機(jī)；</p><p>　　2．如果伺服系統(tǒng)的負(fù)載較大，而對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的體積和重量又有較高要求時(shí)，則應(yīng)考慮使用交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)加減速裝置的形式；</p><p>　　3．對(duì)于要求控制比較簡(jiǎn)單的輕載伺服系統(tǒng)，可以考慮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和力矩電動(dòng)機(jī)；</p><p>　　4．而對(duì)于控制要求較低的低速轉(zhuǎn)軸(如某些天線裝置中的低速轉(zhuǎn)盤)，也可考慮使用成本很低的永磁低

72、速同步電機(jī)[5]。</p><p>　　根據(jù)以上原則，由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要搭載大負(fù)載加工工件實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中的空間位置精確變換，因此選用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要具有大轉(zhuǎn)矩輸出、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行平穩(wěn)、快速啟停、過(guò)載能力強(qiáng)、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)：體積小、重量輕、大轉(zhuǎn)矩輸出、低慣量和良好的控制性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能、加速性能較好、快速啟停、控制精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)、低速無(wú)振動(dòng)現(xiàn)象、過(guò)載能力強(qiáng)、恒力矩輸出、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，

73、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方案。</p><p>　　交流伺服電機(jī)具有體積小、重量輕、大轉(zhuǎn)矩輸出、低慣量和良好的控制性能和動(dòng)響應(yīng)性能等優(yōu)點(diǎn)，并且加速性能較好，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。交流伺服電沒(méi)有換向器與電刷結(jié)構(gòu)，可靠性高。交流伺服電機(jī)的控制精度高，運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也小會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一股為2000一3000r/min)以內(nèi)，都能出額定轉(zhuǎn)矩，

74、在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。伺服電機(jī)是根據(jù)負(fù)載條件來(lái)選取的。加在電機(jī)軸上的負(fù)載主要有兩種:負(fù)載扭矩，負(fù)載慣量。負(fù)載扭矩應(yīng)小于所選擇電機(jī)的額定扭矩，負(fù)載扭矩與加速扭矩之和應(yīng)等于選擇電機(jī)的最大的扭矩。加速扭矩應(yīng)考慮負(fù)載慣量和電機(jī)慣量的匹配，同時(shí)還應(yīng)考慮連過(guò)載時(shí)間在所選電機(jī)的允許范圍內(nèi)，負(fù)載快速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在電機(jī)的最高速之內(nèi)。</p><p>　　我們采用伺服電機(jī)軸端帶脈沖編碼

75、盤，自動(dòng)的反饋電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速和角位移，進(jìn)行半閉環(huán)控制。</p><p>　　6.3 FANUC α系列伺服模塊端子功能</p><p>　　圖17 FANUC α系列伺服模塊</p><p>　　(1)PC Link端子盒</p><p>　　(2)絕對(duì)脈沖編碼器電池</p><p><b>　　(3)狀態(tài)指

76、示</b></p><p>　　(4)絕對(duì)編碼器電池電源連接線(CX5X)</p><p>　　(5)接口型設(shè)定開關(guān)s1/S2</p><p>　　(6)24V電源保險(xiǎn)F2</p><p>　　(7)24V電源i/o連接器CX2A/CX2B</p><p>　　(8)DC Link充電燈</p>

77、<p>　　(9)信號(hào)檢測(cè)板連接器JX5</p><p>　　(10)模塊之間接口輸入連接器JXIA</p><p>　　(11)模塊之間接口輸出連接器JX1B</p><p>　　(12)(13)A型接口伺服信號(hào)連接器JV1B/JV2B</p><p>　　(14)(15)B型接口伺服信號(hào)連接器JSIB/JS2B</p&

78、gt;<p>　　(16)(17)B型接口伺服電機(jī)編碼器連接器JFl/JF2</p><p>　　因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求是能夠和可與 FANUC OM以上系統(tǒng)連接，其控制單元提供電源單元、顯示單元、I/O單元、I/O link單元、伺服單元以及主軸單元的接口，其中伺服單元的接口區(qū)分了模擬和串行主軸，伺服單元提供4個(gè)接口，即最多控制4個(gè)軸，另外控制單元還提供3個(gè)手脈接口和RS232串行接口，根據(jù)需要選用[2]。

79、</p><p>　　FANUC系統(tǒng)的伺服接口均連接數(shù)字控制的交流伺服電機(jī)，伺服的連接分A型和B型，由伺服放大器上的一個(gè)短接棒控制[6]。A型連接是將位置反饋線接到CNC系統(tǒng)；B型連接是將其接到伺服放大器。0i和近期開發(fā)的系統(tǒng)用B型，0系統(tǒng)大多數(shù)用A型。</p><p>　　FANUC系統(tǒng)要能夠控制伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，并且在當(dāng)旋轉(zhuǎn)到指定位置后能夠發(fā)出指令?yuàn)A緊裝置夾緊，但位置與指令的位置有偏差時(shí)

80、，能夠通過(guò)反饋信號(hào)得到偏差，再通過(guò)命令旋轉(zhuǎn)到指定位置。</p><p>　　但加工完成，系統(tǒng)要能得到加工完成信號(hào)，發(fā)出鎖緊裝置脫開的信號(hào)，使鎖緊裝置脫開，然后再發(fā)出伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)的信號(hào)，使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到下一工位。加工完畢后，系統(tǒng)得到加工完畢的信號(hào)，即向伺服系統(tǒng)發(fā)出復(fù)位的信號(hào)，伺服系統(tǒng)帶動(dòng)工件復(fù)位，等待拆卸[3]。</p><p>　　綜合上述，可以得到與FANUC系統(tǒng)的連線圖，如下圖所示<

81、;/p><p>　　圖18伺服電機(jī)與FANUC系統(tǒng)的連線圖</p><p>　　7數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p><b>　　7.1性能發(fā)展方面</b></p><p>　　(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RlSC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢

82、測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化以大大提高[4]。</p><p>　　(2)柔性化 包含兩力面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。</p><p>

83、　　(3)工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時(shí)問(wèn)為主要目的的復(fù)合加工。正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。</p><p>　　(4)實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)柑對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。

84、而人工只能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域[3]。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　中配備編

85、程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償</p><p>　　等自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、</p><p>　　動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方而采用模糊控制，使數(shù)控系</p><p>　　統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最件控制的目的。</p><p><b&

86、gt;　　7.2功能發(fā)展方向</b></p><p>　　(1)用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)</p><p>　　算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一[5]。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地力便了非專業(yè)用戶

87、的使用，人們可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同與方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(2)科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不局限于用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息。可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高

88、產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD／CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過(guò)程的可視化仿真演示等。</p><p>　　(3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NAN0插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、

89、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度秈關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?lt;/p><p>　　(4)內(nèi)裝高性能PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有直觀的在線調(diào)試和存線幫助功能。編程工具中包含于銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地

90、建立自己的應(yīng)用程序。</p><p>　　(5)多媒體技術(shù)引用 多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力[7]。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)監(jiān)鋇等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　7.3體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展</p><p&g

91、t;　　FANUC α系列伺服模塊端子功能行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是2l世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過(guò)提高集成電路密度、減少互連長(zhǎng)度私數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性[10]。</p><p>

92、;　　(2)模塊化 硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊．如CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁翦和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　(3)網(wǎng)絡(luò)化 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作。通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、遠(yuǎn)行，不同機(jī)床的畫面同時(shí)顯示

93、在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕。</p><p>　　(4)通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過(guò)程是個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，包含諸如力加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)

94、現(xiàn)加工過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量[11]。加工過(guò)程中采用開放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD／CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。</p><p>　　7.4智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)<

95、/p><p>　　當(dāng)前開發(fā)研究適用于復(fù)雜制造過(guò)程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、剛絡(luò)技術(shù)、CAD／CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)念仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系[6]。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p>&l

96、t;p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)完四年教學(xué)計(jì)劃所規(guī)定的全部課之后，綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的全部理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐性數(shù)學(xué)環(huán)節(jié)。它培養(yǎng)我們進(jìn)行綜合分析和提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而達(dá)到鞏固，擴(kuò)大．深化所學(xué)知識(shí)的目的，它培養(yǎng)我們調(diào)查研究熟悉有關(guān)技術(shù)政策，運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，手冊(cè)，圖冊(cè)等工具書，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件的獨(dú)立工作能力。</p><p>　　通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，初步的讓我認(rèn)識(shí)到理論和

97、實(shí)踐相結(jié)合的重要。除了鞏固了所學(xué)的理論知識(shí)外，還學(xué)到不少的新知識(shí)和新方法。例如在caxa畫圖中要標(biāo)注極限偏差時(shí)，嘗先做好標(biāo)注樣式，在標(biāo)注時(shí)只要選中再右擊做好的樣式，在公差欄里寫入你要的上、下偏差值。這是我以前所不會(huì)的。通過(guò)本次的設(shè)計(jì)使我對(duì)CAXA操作更熟練，能夠完整的畫出簡(jiǎn)單零件的設(shè)計(jì)圖紙。剛開始做這個(gè)作業(yè)的時(shí)候，我?guī)缀跏菬o(wú)從下手的，讓人深感煩燥．幸好在同學(xué)和老師的</p><p>　　指導(dǎo)和自己不斷的錯(cuò)誤和摸索

98、下找到了一定的方法．不過(guò)在做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候還是遇到了很多問(wèn)題，如在機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)ξ佪單仐U的設(shè)計(jì)處理不當(dāng)，使計(jì)使計(jì)算結(jié)果偏大等等。有計(jì)剪力和彎矩時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行校核，又出現(xiàn)錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤我用了很長(zhǎng)的時(shí)間才做好，幸好還是完成了這次設(shè)計(jì)，使自己對(duì)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)有了一定的認(rèn)識(shí)，但我對(duì)它里面的很多電器控制還是不太清楚。因而，要學(xué)好它，必須掌握不少的其他領(lǐng)域?qū)W科的知識(shí)，因此還要更多的時(shí)間和努力。由于我設(shè)計(jì)水平有限，做的不夠精細(xì)，難免有點(diǎn)錯(cuò)誤懇請(qǐng)各位

99、老帥批評(píng)指正。</p><p>　　同時(shí)感訓(xùn)楊老師您對(duì)我耐心的指導(dǎo)!</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時(shí)光如流水，三個(gè)多月的時(shí)間轉(zhuǎn)眼要過(guò)去了。畢業(yè)設(shè)計(jì)也將宣告結(jié)束。回想起這些日子的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從開始題目的選擇到中間的畢業(yè)實(shí)習(xí)，再到最后我們能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，許多人給了我無(wú)私的幫助，也給我提出了很多的寶貴意見，

100、在這里我要感謝他們的支持、關(guān)心和幫助。</p><p>　　首先，楊光老師是我的指導(dǎo)教師，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中楊老師給我解答了很多問(wèn)題，也給了我們很多對(duì)設(shè)計(jì)有用的參考資料，讓我們開闊了眼界，增加了實(shí)際知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，老師基本每天都來(lái)輔導(dǎo)我們，及時(shí)解決了設(shè)計(jì)中遇到的各種問(wèn)題，也給我們提出了不少的改進(jìn)意見，起到了很好的督促和指導(dǎo)作用，保證了我們的設(shè)計(jì)進(jìn)度。對(duì)此，我非常感謝楊老師對(duì)我的幫助和淳淳教導(dǎo)。</p&g

101、t;<p>　　還有，在這里我也要感謝我們同組的同學(xué)們，在這三個(gè)多月的時(shí)間里，我們由陌生到熟悉，彼此之間真誠(chéng)相待，互相幫助，相互監(jiān)督，大家在一起互相討論，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，配合的也很默契，我們共同查閱各種資料和參考文獻(xiàn)，大家都以自己飽滿的熱情去學(xué)習(xí)，去設(shè)計(jì)，最后達(dá)到了共同進(jìn)步。</p><p>　　再一次真誠(chéng)感謝楊老師的細(xì)心指導(dǎo)以及同組同學(xué)的有利幫助，謝謝大家?。?！</p><

102、p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1 M. Minhat, V. Vyatkin, X. Xu, S. Wong, Z. Al-Bayaa. A novel open CNC architecture based on STEP-NC data model and IEC 61499 function blocks</p><p>

103、　　2 蒲良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).第八版.北京:高等教育出版社，2006</p><p>　　3 金清肅.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007</p><p>　　4 易紅.數(shù)控技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　5 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第三冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986</p><p>　　6 成

104、大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：化工工業(yè)出版社，2002</p><p>　　7 謝紅,高健.夾具式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì).《機(jī)床與液壓》，2001（6）：164~165</p><p>　　8 琚素英.我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略思考.山西焦煤科技增刊，2007 </p><p>　　19 張立瑩. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)夾緊機(jī)構(gòu)淺析.制造技術(shù)與機(jī)床，2001(3):21~22