课程设计回转工作台设计Word文档格式.docx
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作为装备制造业的母机，普通工机床将获得年均15％－20％左右的稳定增长。
随着数控功能部件的发展，精密回转工作台对功能部件的依赖性越来越大。
从某种程度上讲，功能部件的发展水平代表了主机的发展水平，其可靠性、先进性尤为突出。
精密回转工作台球面蜗轮副具有瞬时多齿接触、磨损小、精度保持持久等优点。
而且采用球面蜗轮副后，转台承载能力提高3倍以上。
该设备采用气压制动，制动迅速、可靠、耐重切削。
其密封采用国外先进公司的产品，防渗漏性能优异。
采用高精密轴承，精度保持性能好。
数控机床功能部件的产品水平和10年前相比，有了很大的提高。
经过近20年的发展，数控分度头、数控刀架产品的品种不断完善，主要性能和可靠性有较大提高。
数控刀架、数控转台、数控分度头已能满足中低档数控机床的配套需求。
同时也要认识大，为高档数控机床配套的数控附件产品，和国外产品比还有一定差距。
数控回转工作台行业的发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品快速的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张，造成技术创新和技术改造的力度不大，使附件水平的发展严重滞后，成为制约民族机床工业发展的瓶颈。
国产回转工作台配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面和发达国家相比都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有较大的优势。
1.3数控回转工作台的功能
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的重要附件。
它的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，以使数控机床能完成指定的加工工序。
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。
它可以和其他伺服进给轴联动。
数控回转工作台表面光滑平整，美观不易变型，耐高温、耐热、耐酸、耐碱，耐磨损、耐油、使用寿命长，也适合一般工厂作业和精密模具维修，仪器置放和检测等用途耐高温、耐磨损、耐油、使用寿命长，为多功能桌板，适合一般工厂、食品业、研究室、电子厂无尘室使用。
回转工作台耐冲击、吸震、美观，适合一般工厂钳工作业、机具维修、生产线包装和保养厂作业及其它用途使用。
而且回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承及双列向心圆柱滚于轴承保持准确的回转中心。
数控回转工作台主要用途：
是落地铣镗床，端面铣床等工作母机不可缺少的主要辅机。
可用作支承工件并使其作直线或回转等调整和进给运动，以扩大工作母机的使用性能，缩短辅助时间，广泛适用于能源，冶金，矿山，机械，发电设备，国防等行业的机械加工。
1.4数控回转转台的分类
转台是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工时转动工作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。
转台按功能的不同可分为通用转台和精密转台两类。
1.通用转台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。
2精密转台用于在精密机床上加工或角度计量。
常见的有光学转台、数显转台和超精密端面齿盘转台。
1.5数控回转工作台的工作原理
为了扩大工艺范围，提高生产率，数控机床回转工作台除具有沿X、r、z三个坐标轴的直线进给运动功能外，摇臂钻床往往还具有绕X、r、Z坐标轴的圆周进给运动。
数控机床用于实现回转运动的部件主要就是回转工作台。
数控机床回转工作台按安装方式又可分为立式、卧式、万能倾斜式；
按照其伺服控制方式又可分为开环和闭环两种。
数控机床回转工作台的分度定位和分度工作台不同，数控机床它是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度，并没有其他的定位元件。
因此，对开环数控转台的传动精度要求高比较、传动间隙还尽量要小。
数控机床回转工作台还设有零点，当它作回零控制时，先快速回转运动至挡块压合微动开关时，发出“快速回转”变为“慢速回转”的信号，再由挡块压合微动开关发出从“慢速回转”变为“点动步进”信号，最后由功率步进电动机停在某一固定的通电相位上（称为锁相），数控机床从而使转台准确地停在零点位置上。
数控转台的圆形导轨采用都是大型推力滚珠轴承，使回转灵活。
径向导轨由滚子轴承及圆锥滚子轴承保证回转精度和定心精度。
摇臂钻床用来调整轴承的预紧力，可以消除回转轴的径向间隙。
摇臂钻床是来调整轴承的调整套的厚度，可以使圆导轨上有适当的预紧力，保证导轨有一定的接触刚度。
这种数控机床回转工作台可做成标准附件，回转轴可水平安装也可垂直安装，数控机床以适应不同工件的加工要求。
1.6数控回转工作台的组成
数控回转工作台具有两个正交测试轴的倾角仪作为测试工具，将倾角仪设置于待调平的转台台面中心处，使倾角仪的两个正交测试轴平行于转台台面，通过调整转台底座下的调平机构使倾角仪两测试轴输出的倾斜角度值转台即为调平状态。
等分回转工作台和摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台和摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度。
因此必须另辟蹊径开发数控转台和摆头的新型电磁驱动系统，以实现数控机床旋转运动坐标的零传动驱动。
数控回转工作台包括转台底脚、圆形的转台台面、四个安装在转台底脚的上表面、以均角布置的滚动轴承件和一安装在转台底脚上表面中心的内装调心轴承的中心支座，每一滚动轴承件包括一第一滚动轴承和通过第一轮轴支撑第一滚动轴承的支座，回转工作台台面的下表面中心设置有一垂直向下的第二轮轴，回转工作台台面安装在转台底脚之上，第二轮轴和中心支座中的调心轴承的内圈固定，而所述第一滚动轴承的转动表面各和转台台面的下表面滚动接触。
2方案认证
我们的设计过程中，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）
使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）零件和零件之间配合的选择
（11）功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求
2.1方案一
为了保证加工精度，分度工作台的定位精度（定心和分度）要求很高。
实现工作台转位的机构很难达到分度精度的要求，所以要有专门定位元件来保证。
在方案一中采用定位销式分度工作台。
定位销式分度工作台采用定位销和定位孔作为定位元件，定位精度取决于定位销和定位孔的精度（位置精度、配合间隙等），最高可达±
5′′。
因此，定位销和定位孔衬套的制造和装配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。
图1是自动换刀数控卧式镗铣床的定位销式分度工作台。
该分度工作台置于长方形工作台中间，在不单独使用分度工作台时，两者可以作为一个整体使用。
图1
定位销式分度工作台结构
1—挡块；
2—工作台；
3—锥套；
4—螺钉；
5—支座；
6—油缸；
7—定位衬套；
8—定位销；
9—锁紧油缸；
10—大齿轮；
11—长方形工作台；
12—上底座；
13—止推轴承；
14—滚针轴承；
15—进油管道；
16—中央油缸；
17—活塞；
18—螺栓；
19—双列圆柱滚子轴承；
20—下底座；
21—弹簧；
22—活塞拉杆
工作台2的底部均匀分布着八个（削边圆柱）定位销8，在工作台下底座12上有一个定位衬套7以及环形槽。
定位时只有一个定位销插入定位衬套的孔中，其余七个则进人环形槽中，因为定位销之间的分布角度为45°
，故只能实现45°
等分的分度运动。
定位销式分度工作台作分度运动时，其工作过程分为三个步骤：
（1）松开锁紧机构并拔出定位销
当数控装置发出指令时，下底座20上的六个均布锁紧油缸9（图中只示出一个）卸荷。
活塞拉杆22在弹簧21的作用下上升15mm，使工作台2处于松开状态。
同时，间隙消除油缸6也卸荷，中央油缸16从管道15进压力油，使活塞17上升，并通过螺栓18、支座5把止推轴承13向上抬起，顶在上底座12上，再通过螺钉4、锥套3使工作台2抬起15mm，圆柱销从定位衬套7中拔出。
（2）工作台回转分度
当工作台抬起之后发出信号使油马达驱动减速齿轮（图中未示出），带动和工作台2底部联接的大齿轮10回转，进行分度运动。
在大齿轮10上以45°
的间隔均布八个挡块1，分度时，工作台先快速回转。
当定位销即将进入规定位置时，挡块碰撞第一个限位开关，发出信号使工作台降速，当挡块碰撞第二个限位开关时，工作台2停止回转，此时，相应的定位销8正好对准定位衬套7。
（3）工作台下降并锁紧
分度完毕后，发出信号使中央油缸16卸荷，工作台2靠自重下降，定位销8插入定位衬套7中，在锁紧工作台之前，消除间隙的油缸6通压力油，活塞顶向工作台2，消除径向间隙。
然后使锁紧油缸9的上腔通压力油，活塞拉杆22下降，通过拉杆将工作台锁紧。
工作台的回转轴支承在加长型双列圆柱滚子轴承19和滚针轴承14中，轴承19的内孔带有1：
12的锥度，用来调整径向间隙。
另外，它的内环可以带着滚柱在加长的外环内作15mm的轴向移动。
当工作台抬起时，支座5的一部分推力由止推轴承13承受，这将有效地减小分度工作台的回转摩擦阻力矩，使工作台2转动灵活。
2.2方案二
针对于卧式加工中心的回转工作台，也符合本课题的设计要求，下面对本方案进行简要的介绍：
由于不需要使用回转工作台有圆周进给运动，故对卧式加工中心的回转工作台采用分度回转工作台的设计方案。
分度工作台的作用完成分度运动。
由于设计要求中分度回转工作台的定位精度和重复定位精度较高，为满足分度精度的要求，我对设计的卧式加工中心的回转工作台采用齿盘定位方式。
齿盘分度工作台的分度精度主要由齿盘尺寸精度及坐标精度决定，最高可达正负5”。
鼠齿盘式分度工作台采用鼠齿盘作为定位元件。
这种工作台有以下特点：
（1）定位精度高，分度精度可达±
2
（2）由于采用多齿重复定位，因而重复定位精度稳定。
（3）因为多齿啮合，一般齿面啮合长度不少于60％，齿数啮合率不少于90％，所以定位刚度好，能承受很大外载。
（4）最小分度为360°
／Z（Z为鼠齿盘的齿数），因而分度数目多，适用于多工位分度。
（5）磨损小，且因为齿盘啮合、脱开相当于两齿盘对研过程，所以，随着使用时间的延续，其定位精度不断提高，使用寿命长。
（6）鼠齿盘的制造比较困难。
图2为鼠齿盘及其齿形结构
图3为鼠齿盘式分度工作台的结构
主要由一对分度鼠齿盘13、14，升夹油缸12，活塞8，液压马达，蜗轮副3﹑4，减速齿轮副5、6等组成。
其工作过程如下：
（1）工作台抬起，齿盘脱离啮合
当需要分度时，控制系统发出分度指令，压力油进入分度工作台9中央的升夹油缸12的下腔，活塞8向上移动，通过止推轴承10和11带动工作台9向上抬起，使上、下齿盘13、14脱离啮合，完成分度的准备工作。
（2）回转分度
当工作台9抬起后，通过推动杆和微动开关发出信号，启动液压马达旋转，通过蜗轮4和齿轮副5、6带动工作台9进行分度回转运动。
工作台分度回转角度由指令给出，共有八个等分，即为45°
的整倍数。
当工作台的回转角度接近所要分度的角度时，减速挡块使微动开关动作，发出减速信号使液压马达低速回转，为齿盘准确定位创造条件；
当达到要求的角度时，准停挡块压合微动开关发出信号，使液压马达停止转动，工作台便完成回转分度工作。
（3）工作台下降，完成定位夹紧
液压马达停止转动的同时，压力油进入升夹油缸12的上腔，推动活塞8带动工作台下降，数控机床的结构和传动种圆弧或和直线坐标轴联动加工曲面，又能作为分度头完成工件的转位换面。
由于数控回转工作台的功能要求连续回转进给并和其他坐标轴联动，因此采用伺服驱动系统来实现回转、分度和定位，其定位精度由控制系统决定。
对于工作台的夹紧机构采用液压系统进行压力夹紧。
2.3方案三
在方案三中同样选择使用鼠齿盘式.工作台。
但是和方案二中不同的是夹紧方面可选择使用斜面浮动夹紧机构。
斜面浮动夹紧机构如下图所示，当回转工作台需要夹紧、固定时，压力油经滤油器、油泵、电磁换向阀后，再经C口进入油腔，推动活塞运动，从而带动活塞轴2上的斜面滑块5向上运动，由于斜面的作用，使弹性夹紧体4受到比活塞上所受力大许多的垂直方向的力而向外张开，使夹紧导轨板6和夹紧槽面（回转体上开的环形槽）接触、受压产生止压力。
并最终靠夹紧导轨板6和夹紧槽面间所产生的摩擦力F使回转工作台可靠地夹紧。
为使夹紧体体积小些，受力状况好些，一般此夹紧体均对称地分布于转台上，并尽可能使其力臂大些。
我们所采用的为四个对称布置的夹紧体，使中心轴只受扭转力矩，而径向力为零（图2），以利转台保持高精度。
需松开时，只需往D口通入一定的压力油，使活塞向下移动，带动斜面滑块克服夹紧阻力运动，同时由于夹紧弹性体4自身弹性而收缩，使夹紧导轨板和夹紧环形槽面脱开。
本例中，夹紧导轨板和回转体环形槽面间始终保持0.1mm左右间隙（两侧面），以利夹紧动作的可靠性和快速性。
图2斜面浮动夹紧机构
1.法兰盘2.活塞轴3.活塞4.弹性夹紧体5.斜面滑块6.夹紧导轨板7.定位块
一般地，我们取滑块和斜面间摩擦系数较小，f=0.10，这时摩擦角Ø
=tg-1f=5.246°
。
为了使活塞用较小的驱动力P，产生较大的夹紧力Q，只需＞Ø
即可，但考虑到其他一些因素的影响，这里取=7°
30′，很显然+Ø
＜（/2）成立，从而满足滑块不自锁条件。
设夹紧体所需的夹紧力Q为85kN，由于P=Qtg（+Q）知只需使活塞产生的驱动力P约为20kN即可实现夹紧。
显然，P力和Q力相比要小许多，和传统的不带斜面滑块的油缸（夹紧）相比，在相同的油压，需产生相同的夹紧力时，油缸体积要小许多，同时，成本低，无需碟簧复位，节省空间，使整个机构更小巧。
通过以上分析可知该斜面浮动夹紧机构和传统油缸相比有许多优点，具有一定的推广性和实用性，对于从事机械设计的工程技术人员在做此类设计工作时，提供了一个较为新颖的可借鉴的夹紧机构。
3本设计方案选择
对前面三套方案进行分析比较，在基于本课题的设计要求的基础上，以及对于实际情况的考虑，本人决定采用第二套方案！
因为其他两套相较于方案二，会有些不合适的地方。
在方案一中因其采用定位销式的定位方式定位精度较低以及旋转角度的限制，很少用于现代数控中心以及加工中心；
而在方案三中，采用斜面浮动夹紧机构，其缺点在于动作缓慢影响数控加工中心的效率，而方案二中采用液压系统进行压力夹紧方式更加具有实用性，相较于其他两种夹紧方案更加实际﹑可操作。
4设计思路
数控回转工作台由交流伺服电动机驱动,在它的输出8i2O+u#J
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]7O轴上接连轴器,再接一级齿轮减速器。
该数控回转工作台由圆"
柱齿轮传动系统、涡轮涡杆传动系统、间隙消除装置及液压系统压力夹紧装置组成。
因为是涡轮涡杆传动和分度,所以停位不受限,并不像端齿分度盘一样,只能分度固定的角度的整数倍（5°
、10°
、15°
等）,$^2h:
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三维网技术论坛而且偏转范围较大（110°
～-70°
）,能加工任何角度和倾斜度的孔和表面。
齿的侧隙是靠齿轮制造精度和安装精度来保持。
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Z三维网技术论坛轮的支撑轴和涡杆轴做成一个轴,这种联结方式能增大连接的*刚性和精度,更能减少功率的损耗。
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^/其工作原理简述如下:
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v三维网技术论坛回转工作台的运动由交流侍服电机驱动圆柱齿轮传动,带'
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O三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江动涡轮涡杆系统,使工作台旋转。
当数控回转工作台接到数控系统的指令后,首先松开圆周运动部分的涡轮夹紧装置,松开涡轮,然后启动交流侍服电机,按数控指令确定工作台的回转.G+|#w7b2I8c%方向、回转速度及回转角度大小等参数.
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G3U）O8h）s三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江摆动部分的工作原理和此相同。
需要说明的是,当工作台静止时必须处于锁紧状态,工作*}/Y4P4r$I1?
3_台沿其圆周方向均匀分布6个夹紧液压缸进行夹紧。
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X三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江不回转时,夹紧油缸在液压油的作用下向外运动,通过锁紧块仅仅顶在涡轮内壁,从而锁紧工作台。
当工作台需要回转时,数0b*k2@
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数控回转工作台的设计和计算
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s两个组成部分,即圆周回转部分和摆动部分,在圆周回转部分和:
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k4o2R.}摆动部分中,又可以按照传动结构分为两个部分,即齿轮传动部分和蜗轮蜗杆传动部分。
以下将简单说明一下计算和设4Y$M）\2B-V$D9C0X:
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圆周回转部分设计、数控回转工作台圆周回转部分的计算主要分为两个部分，7n/c-p:
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^三维网技术论坛即齿轮传动部分和涡轮涡杆传动部分的设计、计算。
这是很常规的计算。
主要包括以下内容:
材料选择、精度及参数选择、螺旋角选择、齿宽系数确定、计算齿轮各个直径、中心距、齿轮宽度、齿面接触强度设计、校核弯曲疲劳强度等等。
涡轮涡杆传动设计计算.N
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涡轮涡杆材料、硬度、头数、齿数、螺旋三升角、涡轮齿宽、弯曲疲劳强度校核、效率计算、热平衡计算等2k:
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在数控回转工作台中,其主要部件———涡轮涡杆调隙结构、闭环检,M!
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4.1关键技术解决方法
调隙结构———双螺距渐厚涡杆介绍在数控机床中,分度工作台、数控回转工作台都广泛采用8P.U%I1d"
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G0b（Z3Q涡杆涡轮传动。
涡轮副的啮合侧隙对其分度定位精度影响最大,因此消除涡轮副的侧隙就成为数控回转工作台的关键问题。
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S三维网技术论坛削）而引起扭转振动的场合往往采用双螺距渐厚涡杆,以便调整
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