继续教育学院毕业设计论文龚英123Word格式文档下载.docx

继续教育学院毕业设计论文龚英123Word格式文档下载.docx

《继续教育学院毕业设计论文龚英123Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《继续教育学院毕业设计论文龚英123Word格式文档下载.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

SwingMechanism；

Sphericalprocessing

正文

1绪论

1.1回转工作台简述与应用

带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称回转工作台。

回转工作台按功能的不同可分为通用回转工作台和高精度回转工作台两类。

回转工作台被广泛用于铣床及加工中心。

回转工作台是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面等，如果加工时转动工作台，则可以加工圆弧面和圆弧槽等。

回转工作台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。

（1）水平回转工作台：

在圆台面上有工件定位用的中心孔和夹紧用的T型槽。

台面外圆周上刻有360°

的等分刻线。

台面与底座之间设有蜗杆-蜗轮副（蜗杆传动），用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。

转动手轮即可驱动台面，并由台面外圆周上的刻度（以度为单位）与细分刻度盘读出旋转角度。

分度精度一般为±

60″。

水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置联接，以实现动力驱动。

（2）立卧回转工作台：

底座有两个相互垂直的安装基面，使台面既可水平也可垂直放置。

（3）万能回转工作台：

台面可以在0°

～90°

范围内倾斜任意角度,使工件在空间的任何角度都能准确调整。

回转工作台按动力又可分为液压回转工作台、数控回转工作台等。

（1）液压回转工作台：

主要用于镗床、钻床、铣床及其它机床，分度精度和重复定位精度稳定。

（如图1.1）

图1.1液压回转工作台

Fig.1.1Hydraulicrotarytable

（2）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。

它可以与其他伺服进给轴联动。

它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。

（如图1.2）

图1.2数控回转工作台

Fig.1.2CNCrotarytable

精密的回转工作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）光学转台：

主轴上装有玻璃或金属精密刻度盘，经光学系统将刻度细分、放大，通过目镜或光屏读出角度值。

（2）数显转台：

转台主轴上装有精密圆光栅或圆感应同步器，由数字显示装置读出角度值。

上述两种精密转台的分度精度最高可达±

1″。

（3）超精密端面齿盘转台：

利用一对经过精密对研的1440齿、720齿或360齿的端面齿盘分度定位，其分度精度最高可达±

0.01″，作精密角度计量用。

1.2高精度摆动式回转工作台的简述与应用

普通的回转工作台主要用于加工圆柱面或圆槽，精度不高。

要磨削加工高精度、高硬度的球面，普通的回转工作台是达不到要求的。

高精度摆动式回转工作台是专为加工高精度、超硬度的球面而设计的。

见图（1.3）。

（1）在军工、航天等方面的运用；

（2）水晶蓝宝石等硬制球面的加工：

蓝宝石易碎，突如其来的撞击会令宝石破裂，裂痕会影响宝石的美观及耐用程度。

而高精度摆动式回转工作台冲击小、稳定好、精度高，适合切割各类宝石。

如果高精度摆动式回转工作台采用数控控制（在论文中会详细叙述数控方案）那么它还可以做到以下几方面：

（1）三维面的加工；

球面打孔：

如在回转台能用数控控制，就可以在任意角度定位，打孔。

（2）三维面的测量：

通过回转台的摆动与旋转，调试到所需位置，进行三维面的测量。

图1.3高精度摆动式回转工作台

Fig.1.3high-precisionSwingrotarytable

1.3立题意义

随着机械加工水平的提高，回转工作台被应用于机床中的比例越来越大。

但是目前中国的制造业还远远落后于西方国家，因此在回转台的精度上还远远落后。

而目前的回转工作台往往结构单一，只能加工圆柱面，高精度摆动式回转工作台解决了普通回转工作台精度不高，适用范围小的缺点，能够加工出高精度、超硬度的球面。

2总体方案

2.1总体结构

2.1.1高精度摆动式回转工作台传动路线及主要部件

首先工作台采用立式布置，因立式易对中心，受载均匀。

工作台的摆动部分是由电动机，经蜗轮蜗杆减速器减速后由齿轮的啮合传递到摆动机构，再由摆动机构传递到工作台。

工作台的转动部分是由电动机，经电机轴上的齿轮传递到蜗轮蜗杆（消隙后）后再传递到工作台。

高精度回转工作台的分度由消隙后的蜗轮蜗杆进行。

高精度摆动式回转工作台主要部件见图（2.1）。

高精度摆动式回转工作台简图见图（1.3）。

图2.1高精度摆动式回转工作台主要部件

Fig.1.3high-precisionSwingrotarytable’smaincomponents

2.1.2工作原理

在加工中砂轮（刀具）与工作台摆动机构处的中心线的距离为此工件的半径R，根据砂轮的粒度、磨料的不同可以适当调整工作台参数。

工作台的平衡方式是在其下安装弹簧或重物直到工作台平衡为止。

在加工硬制球面或需在其上打孔时，机构通过减速器控制蜗轮蜗杆进行分度动作，将工件定位于需要打孔的位置，最后进行加工。

高精度摆动式回转工作台上不仅可以加工硬制凸球面工件如图（2.2），还能加工硬制凹球面工件如图（2.3）。

在加工硬制凸球面工件中刀具主要由砂轮代替，砂轮不断的旋转，工件随着工作台的摆动逐渐加工形成球面。

在加工硬制凹球面工件中，需要用到碗型砂轮，工件的摆动与加工凸球面工件是相同，但是碗型砂轮与普通砂轮纵向旋转不同，碗型砂轮是横向旋转，因此可以加工出高精度的硬制球面。

在加工超硬凸球面或凹球面时，一般先用较硬的玻璃棒粘结在要加工的硬球面下，然后用工作台上的三抓卡盘固定加工。

图2.2加工凸球面工件

Fig.2.2Convexsphericalsurfaceworkpiecemachining

图2.3加工凹球面工件

Fig.2.3Concavesphericalworkpiecemachining

2.2课题内容

2.2.1技术要求及参数

（1）技术要求

工作台直径：

￠200mm

工作台到摆动支点的距离：

200mm

工作台转速：

0-100转/分

摆动速度：

0-30°

/分

外形尺寸：

610*360*551

（2）主要组成

蜗轮蜗杆减速器，摆动机构

2.2.2设计的主要要求

蜗轮，蜗杆的设计计算，主要轴承精度及受力状况的计算和分析。

2.2.3高精度摆动式回转工作台设计中的难点

为了保证高精度加工较硬球面,在工作时机构又需要有较大的刚性。

因此轴承的设计和选择以及蜗轮，蜗杆的设计和选择是整个机构设计中的一个难点。

3设计方案

3.1支架的设计

由于回转工作台主要用于加工硬制球面，所需硬度非常高，在生产过程中必然会产生较大的振动，这对于精度的保证是一个非常大的负面影响。

因此，在机架设计的时候，采用HT200，其减振性能良好且价格便宜，这样就不至于因为振动的影响而降低加工精度了。

牌号：

HT200GB9439-88灰铸铁

特性及适用范围：

为珠光体类型的灰铸铁。

其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好，铸造性能较好，但脆性较大，需进行人工时效处理。

大量用于不受冲击载荷的零部件，如承受压力的发动机缸体、缸盖、离合器壳及制动鼓等。

也用于中等压力的油缸、泵体、阀体以及经表面淬火的零件

化学成份：

碳C：

3.36

硅Si：

2.37

锰Mn：

0.66

硫S：

0.11

磷P：

0.071

力学性能：

抗拉强度σb（MPa）：

300硬度：

（RH=1时）188HB

3.2工作台的设计

因设计要求，需保证台面的精度。

同时需保证工作台与工件的同心度。

如图（3.1），砂轮（刀具）与工作台摆动机构处的中心线的距离为此工件的半径R，因为加工的要求不同，需保证R的精度。

由于有时工件的材料，加工条件的不同，所以在加工中要及时调整刀具及工件参数。

因上述条件，在设计中考虑以上问题，设计工作台为铸铁T型槽平台，其主要目的是起固定及定位基准之用。

如图（3.2）。

图3.1高精度摆动式回转工作台

Fig.3.1high-precisionSwingrotarytable

图3.2高精度摆动式回转工作台俯视图

Fig.3.2Aplanviewofhigh-precisionSwingrotarytable

3.3电机的选用

3.3.1电机的介绍

按工作电源分类：

根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

按结构及工作原理分类：

根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。

同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。

交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。

有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。

电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

按起动与运行方式分类：

根据电动机按起动与运行方式不同，可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

按用途分类可分为驱动用电动机和控制用电动机。

驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

按转子的结构分类根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

按运转速度分类根据电动机按运转速度不同，可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。

调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。

同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。

3.3.2电机的选取

本次设计选用CEMA泛用型三相感应电动机IM1001（YA系列）。

如图3.3。

表3.1CEMA泛用型三相感应电动机IM1001（YA系列）性能表

Tab.3.1CEMAUTVphaseinductionmotorIM1001（YAseries）PerformanceTable

输出功率

转速

型号

电流

效率

功率因数

额定转矩

额定电流

1．1KW

2780r/min

YA7122

1.4

75.5

0.82

2.3

6.0

因回转工作台体积相对较小，又需传动平稳。

所以本次选用三相感应电动机，其具有诸如体积小、效率高、节能、噪音低、振动小等特点。

图3.3三相感应电动机

Fig.3.3Three-phaseinductionmotor

如果在回转工作台中加入数控系统可以使加工、操作更简便，起到省时省力的功效。

伺服电机的选择：

设计中选用交流伺服电动机，交流伺服电动机结构简单，动态响应好，输出功率大，试用于高速场合下。

3.4减速器的选用

3.4.1减速器的介绍

减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。

在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。

几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。

因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备,变速机。

减速机的作用主要有：

（1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。

（2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。

大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。

它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。

减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；

按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；

按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；

按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。

以下是常用的减速机分类：

（1）摆线针轮减速机

（2）硬齿面圆柱齿轮减速器

（3）行星齿轮减速机

（4）软齿面减速机

（5）三环减速机

（6）起重机减速机

（7）蜗杆减速机

（8）轴装式硬齿面减速机

（9）无级变速器

齿轮减速器和蜗杆减速器的紧要类型、特点及运用。

（1）展开式两级圆柱齿轮减速器

展开式两级圆柱齿轮减速器是两级减速器中最简朴、运用最遍及的一种。

它的齿轮相对于支承位置不对称，当轴发生变形时，载荷在齿轮上散布的不均匀，因此轴应设计的具有较大的刚度，并使齿轮远离输入端或输出端。

一般用在中央距和ae%26lt;

=1700mm的情况下。

两级圆锥－圆柱齿轮减速器

单级圆锥齿轮减速器及两级圆锥－圆柱齿轮减速器用于需要输入轴与输出轴成90D配置的传动中。

当传动比不大（i=1~6）时，采用单级圆锥齿轮减速器；

当传动对比大时，则采用两级（i=6~35）或三级（i=35~208）的圆锥-圆柱齿轮减速器。

由于大尺寸圆锥齿轮较难缔造，因而总是把圆锥齿轮传动作为圆锥-圆柱齿轮减速器的高速级（载荷较小），以减小其尺寸，便于提高缔造精度。

（2）同轴式两级圆柱减速器

同轴式两级圆柱减速器的径向尺寸紧凑，但径向尺寸较大。

由于中间轴较长，轴在受载时的挠曲亦较大，因而沿齿宽上的载荷集中现象亦较严峻。

同时由于两级齿轮的中央距必需一致，所以高速级齿轮的承载本领难以充分使用。

并且位于减速器中间部分的轴承润滑也对比困难。

此外，减速器的输入轴和输出轴端位于同一轴线的两端，给传动装置的总体配置带来一些局限。

但当要求输入轴端和输出轴端必需放在同一轴线上时，采用这种减速器却极为便利。

这种减速器常用于中央距总和ae=100~1000mm的情况下。

（3）蜗轮蜗杆减速器

蜗轮蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。

个中运用最广的是单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器则运用较少。

单级蜗杆减速器根据蜗杆的位置可分为上下蜗杆、下蜗杆及侧蜗杆三种。

单级蜗杆减速器传动比规模i=10~70。

上述蜗杆配置方案的选取，亦视传动装置混合的便利于否而定。

选择时、应尽可能采用下蜗杆的结构。

因为此时的润滑和冷却问题均较轻易解决，同时蜗杆的轴承润滑也很便利当蜗杆的圆周速度大于4~5m/s时，为了减削搅油和飞溅时损耗的功率，可采用上蜗杆结构。

3.4.2减速器的选取

蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。

但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。

谐波减速机的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。

输入转速不能太高。

行星减速机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。

但价格略贵。

图3.4WPWED外型安装尺寸

Fig.3.4WPWEDinstallsize

表3.2WPWED蜗轮蜗杆减速器参数

Tab.3.2WPWEDWormReducer

因此在设计中选用蜗轮蜗杆减速器，其特点是在外廓尺寸不大情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，精度较高，使用寿命很长。

WPWED系列蜗轮蜗杆减速器输入功率1.5W。

如图3.5。

输入功率：

1.5KW，

传动比：

800，

型号：

WPWED80-135。

图3.5WPWED系列蜗轮蜗杆减速器

Fig.3.5WPWEDserieswormreducer

图3.5WPWED系列蜗轮蜗杆减速器结构示意图

Fig.3.5WPWEDschematicwormreducer

3.5齿轮的设计

3.5.1齿轮的计算

此次设计的齿轮主要用于电机与蜗杆之间的连接，因为如不使用此一级齿轮，而直接使用单头或双头蜗轮蜗杆无法达到设计要求的转速。

由于与电机轴相连所以齿轮需要能够承受轻微振动。

表3.3齿轮设计表

Tab.3.3Geardesigntable

设计项目

设计依据及内容

设计结果

1.设计参数

传递功率P=1.1（kW）

传递转矩T=2.4（N·

m）

齿轮1转速n1=2780（r/min）

齿轮2转速n2=2780*1.5

=4170（r/min）

原动机载荷特性SF=轻微振动

工作机载荷特性WF=均匀平稳

预定寿命H=10000（小时）

传动比i=1.5

2.材料及热处理

齿面啮合类型GFace=软齿面

热处理质量级别Q=ML

齿轮1材料及热处理Met1=34CrNi3Mo<

调质>

齿轮1硬度取值范围HBSP1=269～341

齿轮1硬度HBS1=310

齿轮1材料类别MetN1=0

齿轮1极限应力类别MetType1=5

齿轮2材料及热处理Met2=40Cr<

齿轮2硬度取值范围HBSP2=235～27