立式数控转台设计项目说明指导书.doc
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1、 机电工程学院毕业设计阐明书设计题目: CNC320立式数控转台设计 学生姓名: 赵辉辉 学 号: 15010621 专业班级: 机制Y1208 指引教师: 王宗才 5 月 28 日 目 录第1章 引言1 1.1 设计规定1 1.2 设计思路1 1.3 设计准则1第2章 总体方案论证3 2.1 数控转台布局3 2.2 驱动元件选取3 2.2.1 步进电动机3 2.2.2 伺服电动机3 2.3 传动方案拟定4 2.4 工作台制动5 2.5 工作台定位7第3章 数控转台零件设计8 3.1 伺服电动机拟定8 3.2 齿轮传动机构设计8 3.2.1 齿轮设计8 3.2.2 齿轮机构消隙 10 3.3
2、蜗轮及蜗杆传动机构设计10 3.3.1 蜗轮及蜗杆设计10 3.3.2 蜗轮蜗杆副机构消隙 12 3.4 蜗杆轴计算与校核13 3.4.1 轴构造设计13 3.4.2 轴计算与校核13 3.5 轴承选用16 3.5.1 轴承类型16 3.5.2 轴承配合16 3.5.3 轴承润滑16 3.5.4 轴承密封16 3.5.5 轴承预紧16 3.6 夹紧力计算16 第4章 数控转台控制系统设计18 第5章 数控转台三维造型19 5.1 蜗轮三维造型19 5.2 蜗杆三维造型21 5.3 工作台三维造型23 5.4 底座三维造型24 5.5 底座与工作台装配24 5.6 夹紧瓦三维造型24结论27设计
3、总结28道谢29参照文献 30 摘要 为了使某些特殊零件可以在普通机床上加工出来,减少零件加工费用,扩大机床加工性能是非常有必要。这就规定数控机床不但要满足可以沿三个坐标轴做直线进给运动规定,还必要满足可以绕三个坐标轴可以旋转规定。数控机床圆周进给运动,普通由数控回转工作台(简称数控转台)来实现。数控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重要部件,其造型与普通工作台没有很大差距,她与通用机床最大不同之处是它驱动是伺服系统驱动方式。当控制装置发出一种信号时数控转台会依照指令做回转分度,以使机床精确地完毕加工工序。数控回转工作台分为开环和闭环两种。闭环数控回转台构造和开环数控回
4、转台几乎相似,其重要差别在于闭环数控回转台有圆感应同步器来进行角测量。核心词:数控回转工作台;蜗杆传动;间隙消除;蜗轮加快 Abstract In order to make some special parts can be made in the general machine tool,reduce the parts processing costs,enlarging the machine processing performance is very necessary. This is needed for NC machine tools not only have three
5、 axes linear feed motion,also need to have around three axes feed circular motion,respectively. NC machine tool feed motion,generally consists of the NC rotary table NC rotary table) to achieve. The NC rotary table is a CNC milling machine,CNC boring machine,machining center,CNC machine tools is an
6、indispensable important component,its type and ordinary table does not have a large gap,he and general machine tool the biggest difference is the driver servo system driven. When the control device to send a signal to the NC rotary table will according to instructions to do rotary indexing,to make t
7、he machine accurately complete machining process,CNC rotary worktable for open loop and closed-loop control. Closed loop NC rotary table structure and open loop NC rotary table is almost the same. The main difference lies in the closed loop NC rotary table has a circular grating to measure angle.Key
8、words: nc rotary table;worm drive;clearance elimination 第1章 引言本次毕业设计题目是立式数控转台设计, 数控转台是一种可以依照系统发出信号指令可以自动分度转台,它可应用在铣床、车床上。数控转台使用可以使加工零件程序指令更加简朴化,通过这次设计,咱们可以对机床,加工中心有深一步理解,更能理解机床主轴部件,刀库,夹具之间互相配合。在大学咱们学过了好多专业课程,譬如机械制图,机械原理,材料力学,几何量公差,机械设计,机械制造技术基本等等。同样,咱们也做过某些课程设计,但这些课程设计只是针对设计或制造中单方面,咱们并没有把所学知识串起来,然而这
9、次毕业设计,则考验是咱们设计计算能力,工程图绘制能力,文字表达能力,数据解决等基本能力。在设计中,咱们还需要参照某些外文文献。这也考验了咱们外文资料翻译能力。因此说这次毕业设计,是一种非常艰巨并且故意义任务。1.1 设计规定1. 转台最大直径为320mm,能单独在机床原工作台上使用;2. 转台由伺服电机驱动,系统关于参数可以显示出来;3. 转台可以实现顺、逆两个方向转动,转台可以持续旋转,也可以作为分度台使用(规定设立四个分度按键);4转台可以实现加减速控制;5转台最高转速不低于15r/min,定位精度不低于1;6. 最大驱动转矩不低于700NM,最大承载重量250kg。1.2 设计思路本次毕
10、业设计重要是解决数控回转工作台工作原理和机械机构设计与计算某些,设计思路是先原理后构造,先整体后局部,先拟定总体传动方案 ,然后依照任务书上规定,进行计算,拟定零件型号以及尺寸,最后在对各零件强度和刚度进行校核。 1.3设计准则 1创造性运用所需要物理性能 2分析原理和性能 3鉴别功能载荷及其意义 4预测意外载荷 5创造有利载荷条件 6提高合理应力分布和刚度 7重量要适当 8应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸 9依照性能组合选取材料 10零件与整体零件之间精度进行选取 11功能设计应适应制造工艺和减少成本规定 第2章 总体方案论证2.1 数控转台布局 我本次毕业设计设计是立式数控转台,立式数控转
11、台总体布局见图2-1 , 图2-1 立式数控转台总体布局 2.2 驱动元件选取2.2.1步进电动机 步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移开环控制步进电机。步进电机有如下特点:(1) 先进起停和正反转响应;停止时,可有自锁功能。(2)由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽转速范畴。(3)外表不容许较高温度。(4)力矩会随转速升高而下降。 数控回转工作台对电机平稳性规定是很高,而步进电动机一种最大缺陷就是在工作时振动较大,从这一点上不选取步进电动机。2.2.2伺服电动机 伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机。直流伺服电动机上电刷和换向器给直流伺服电动机带来了如下几种棘手问题。第一,电
12、动机构造复杂;第二,电刷和换向器滑动会产生阻力因而也许会破坏电动机平稳性。而交流伺服电机在这一点上满足设计规定。交流伺服电机自诞生以来,它发展速度不久,构造和性能都得到了很大改进,已经完全可以使用在工业上,与直流伺服电机相比较而言,交流伺服电机有诸多长处。数控转台,是一种精密传动机器,它对传动精度规定很高,因此选用普通电动机无法满足其规定,伺服电机又称执行电动机。伺服电动机将电压信号转化为转矩与转速来驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并且能迅速响应,在自动控制系统过程中,用来作为执行元件,且线性度比较高、时间常数小、始终把接受到电信号转换成电机轴上角位移或者角速度来作为输出。伺服电
13、机有如下特点:系统发出一种指令,伺服转动一种角度,由于交流伺服电动机是一种闭环系统,其转动角度成果会被系统收到,然后转动角度成果与系统发出指令进行比较,如果转动角度不够,伺服电机会继续同方向转动。如果转动角度过大,伺服电机会反方向转动,用这样办法来实现数控转台精准定位。综上所述,电机应选用交流伺服电机。 2.3 传动方案拟定数控转台相称于数控机床第四轴,它传动均匀性,平稳性,精准性对加工零件质量有很大影响。为此要选取一种合理优越传动方案。 为此,本文提出了三个传动方案。 方案一:一级(高速级)和二级(低速级)均为齿轮传动。如图2-2所示。 图2-2 方案一传动示意图方案二:一级(高速级)为蜗杆
14、传动,二级(低速级)为齿轮传动。如图2-3所示。 图2-3 方案二传动示意图方案三:一级(高速级)为齿轮传动,二级(低速级)为蜗杆传动。如图2-4所示。 图2-4 方案三传动示意图 方案一传动效率虽然高但它致命缺陷是:总传动比小,不能为工作台提供700NM这样大扭矩。方案二构造复杂,不易实现。方案三与方案二看起来差不多,重要区别是方案三一级减速是通过齿轮来实现,然后再通过蜗轮蜗杆减速。如果一级减速用蜗轮蜗杆副,由于转速太高,会对蜗杆导致大限度损害。综上所述,应选用方案三。先通过齿轮减速,再通过蜗轮蜗杆减速。 2.4 工作台制动 在加工零件过程中,工作台普通会受到力等作用而发生移动。在加工生产中
15、,工作台不能放松,工作台一放松加工零件极大也许不满足规定,因此说转台夹紧同传动机构同样是非常重要。 工作台夹紧有好几种办法,可以采用手动夹紧(见图2-5),也可以运用液压缸夹紧。手动夹紧夹紧力不大,不稳定,并且用数控转台加工零件时,需要不断地夹紧和拆卸工件。这就增长了工人劳动强度。而采用液压缸夹紧,则解决了这些问题。由于工作台和蜗轮通过螺栓连接起来,因此对蜗轮进行夹紧就可以对工作台进行夹紧,在本次设计中运用液压缸来实现夹紧,夹紧机构如图2-6所示。夹紧原理:夹紧原理是,液压缸一腔腔进油迫使活塞杆向下运动,活塞杆迫使滚珠向下运动,滚珠使两个夹紧瓦一种向右运动,一种向左运动,从而达到夹紧蜗轮作用,
16、同步也夹紧了工作台。当工作台需要转动时,系统发出指令,液压缸停止进油,压紧弹簧放松,使滚珠向上运动,从而放松蜗轮和工作台。 1. 回转工作台 2.锁紧螺栓 3.顶块 4.锁紧螺母 图2-5 手动加快示意图 图2-6 夹紧机构示意图 2.5 工作台定位 每个数控机床工作台均有T型槽(见图2-7),这有T型槽都是有国标尺寸,在数控转台上设计两个U型槽,使两个U型槽之间距离为P整数倍,然后通过螺栓将转台与数控机床连接在一起,T型槽尺寸见表3-1图2-7 T型槽示意图 这次设计工作台直径为320mm,选T型槽间距为40mm,选p为9,得两个u型槽距离为40X9=360mm。 表2-1 T型槽尺寸 第3
17、章 数控转台零件设计 3.1 伺服电动机拟定1. 初步选BONMET牌电动机2. 依照技术参数拟定电动机型号 设计参数700NM。依照公式p=Tw,又w=2,得出=1.008kw,通过计算得到电动机传到工作台总效率为0.76,得到依照表3-1选用型号为SM-130-100-15LFB电动机。它基本参数为N=1500r/min,依照规定可得可以计算出i取值范畴为到100。选总传动比i为90。单级圆柱齿轮减速机直齿传动比最大为5,当传动比过大时,大小齿轮分度圆直径相差太大,润滑,安装等各个方面都不适当。当蜗轮蜗杆机构传递力时,最佳传动比为10到40。在这里选齿轮传动比为3,蜗轮蜗杆传动比。 表3-
18、1 交流伺服电机型号表3.用驱动转矩对电动机校核 查设计手册有联轴器传动效率为0.99,轴承传动效率为0.98,齿轮传动效率为0.98,蜗轮蜗杆传动效率为0.8,因此通过一系列传动,最后传到工作台功率为1.1kw。由公式T=9.55,T=700.3NM。符合规定。 3.2齿轮传动设计3.2.1齿轮设计1. 选取齿轮类型,精度级别,材料及齿数 (1)选用直齿圆柱齿轮传动,压力角取为20度。(2)依照设计手册,选用7级精度齿轮。(3)材料选取。选取小齿轮材料为45钢(调质),齿面硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),齿面硬度为280HBS。 (4)选小齿轮齿数为=22,大齿轮齿数为=x=
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