数控回转工作台方案论证报告.docx

数控回转工作台方案论证报告.docx

《数控回转工作台方案论证报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控回转工作台方案论证报告.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数控回转工作台方案论证报告

机电工程学院

毕业设计方案

论证报告

设计题目:

CNC-320旋转工作台设计

学生姓名：

唐佰旺

学号：

200848050521

专业班级：

机制F0808

指导教师：

王宗才

2012年5月12日

目次

1概述1

1.1数控回转工作台的现状1

1.2数控回转工作台的发展前景1

1.3数控回转工作台的功能3

1.4数控回转工作台的设计内容3

2数控回转工作台布局方案的选择4

3电动机的选择5

4数控回转工作台驱动传动方案的选择7

4.1驱动传动方案应满足的要求7

4.2驱动传动方案及其分析7

5数控回转工作台定位方案的选择9

5.1常用定位元件及选用9

5.2定位方案的选择10

6数控回转工作台夹紧方案的选择11

论证结果14

参考文献15

1概述

1.1数控回转工作台的现状

随着科学技术与社会生产力的迅猛发展，人们对机械产品质量以及生产率提出了更高的要求。

在机械制造业，广泛的采用了组合机床、专用机床和自动机床为主体的生产线，但是这种生产方式要巨大的投资和很长的生产准备的周期，所以，它仅仅适用于生产批量较大的零件。

数控机床的横空出世让多品种小批量零件的自动化生产成为现实。

为了应对日渐增多的复杂零件的加工、提高加工的精度和生产效率，多轴机床和复合机床将会更进一步的发展。

所以在现代加工中心的开发过程中，数控回转轴的设计和制造，成为了研制机床的核心任务，数控回转工作台不但作为数控回转轴，同时也起着承载工件的重量、夹持工件等功能。

1.2数控回转工作台的发展前景

目前数控回转工作台已广泛的应用于数控机床、加工中心和组合机床上，它的总发展趋势主要体现在：

1）在规格上将向两头发展，即开发小型和大型数控转台；

2）在性能上将要研制以钢为材料的蜗轮，从而大幅度提高工作台的转速和转台的承载能力；

3）在形式上研制两轴联动和多轴并联回转的数控回转工作台。

回转工作台的性能发展趋势：

（1）高精高速高效化：

精度、速度和效率是机械制造技术的关键的性能指标。

因为采用了高速的CPU芯片、RISC芯片、多CPU等控制系统和带有高分辨率的绝对式检测元件的交流数字系统，同时也采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高精高速高效化已大大的提高。

（2）柔性化：

包含两个方面：

系统本身柔性，系统采用了模块化设计，功能覆盖面很大，可裁剪性较强，易于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能够依照不同的生产流程的要求，让物料流和信息流自动的进行动态的调整，因此发挥群控系统的效能。

（3）工艺复合性和多轴化：

以减少辅助时间、工序为主要目的的加工，有向多轴、多系列控制功能方向发展的趋势。

数控机床的复合化是指工件在机床上进行一次装夹后，经过自动换刀、旋转主轴头等各种措施，完成多表面、多工序的复合加工。

回转工作台的功能发展方向

（1）用户界面的图形化：

用户界面也就是数控系统与使用者之间的对话接口。

由于不同的用户对界面的需求不同，因此开发用户界面的工作量非常大，用户界面是计算机软件研制中最困难的部分之一。

当前虚拟现实、INTERNET、科学计算可视化以及多媒体也对用户界面提出了较高的要求。

图形用户界面便于非专业用户的使用，我们可以通过窗口和菜单对它进行操作，易于快速编程及蓝图编程、三维彩色立体动态图形的显示、图形的模拟、图形的动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放等功能的实现。

（2）科学计算可视化：

科学计算可视化可应用于高效处理数据及解释数据，使信息的交流不再局限于用文字和语言来表达，可以直接使用图像、图形以及动画等可视信息。

可视化与虚拟环境相结合，进一步拓宽了应用领域，比如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对于缩短产品的设计周期、提高产品的质量、降低产品的成本具有着重要的意义。

数控技术领域，可视化技术可用在CAD/CAM方面，例如自动编程设计、刀具补偿、和刀具管理数据的处理和显示和加工过程的可视化仿真演示等。

（3）插补和补偿方式多样化：

很多种插补方式如直线插补、圆弧插补、空间椭圆曲面插补、圆柱插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、螺纹插补、NANO插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、多项式插补等。

多种补偿功能如间隙补偿、象限误差补偿、垂直度补偿、螺距和测量系统误差补偿、温度补偿、与速度相关的前馈补偿、带平滑接近和退出以及刀具半径补偿等。

（4）内装高性能PLC：

　数控系统的内装高性能PLC控制模块，可以直接用梯形图或高级语言来进行编程，它具有直观的在帮助和在线调试的功能。

编程的工具中包含着用于车床的标准PLC用户程序的实例，可在标准PLC用户程序的基础上进行编辑和修改。

在国内方面，回转工作台的发展比较较慢，目前还无法达到高精度，高速度的要求，只能从外国直接购买，本课题就这一问题设计出了一种结构简单，成本比较便宜，而且容易达到经济精度要求的回转工作台，替国内中小企业解决成本高，投资风险大的问题，该工作台不仅结构简单，而且易于维修，各个部件基本可以各自工作，维修的时候只需要改换出问题的零件，无需再费力的将工作台解体，我深信这种回转工作台能在国内回转工作台市场中占据一席之地。

1.3数控回转工作台的功能

数控旋转工作台是数控镗床、加工中心和数控铣床等数控机床中不可缺少的重要部件。

它的作用是按照控制装置发出的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，来使数控机床能完成所指定的加工工序。

数控回转工作台的主要用途：

是落地铣镗床，端面铣床等工作母机中不可缺少的主要辅机。

它可用作支承工件并使其作直线或回转等调整和进给运动，以扩大工作母机的性能，缩短辅助的时间，广泛应用于能源，冶金，机械，发电设备等行业的机械加工。

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基本上一样，但它的驱动方式是伺服系统的驱动方式。

它可以直接与其他伺服进给轴进行联动。

数控旋转工作台表面光滑平整，美观且不易变型，耐高温、耐酸、耐碱，耐油、使用寿命长，它适合一般工厂作业与精密模具维修等，也适合一般工厂、食品业、研究室、电子厂无尘室使用。

回转工作台耐冲击、美观，适合一般工厂钳工作业、生产线包装及其它用途使用。

且旋转工作台的导轨面由大型的滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承及双列向心圆柱滚于轴承保持着准确的回转中心。

1.4数控回转工作台的设计内容

（1）转台的最大直径为φ320mm，能在机床的原工作台上使用；

（2）转台由伺服电机驱动，系统有关参数能够显示出来；

（3）转台能够实现顺、逆两个方向的转动，转角范围不定；

（4）转台能够实现匀速、加速控制，并能够实现梯形速度分布的点位控制；

（5）转台最高转速为100°/S，定位精度为2′。

2数控回转工作台布局方案的选择

数控回转工作台可分为立式数控回转工作台和卧式数控回转工作台。

立式数控回转工作台主要用于卧式机床，以实现圆周运动，它一般是由传动系统、消除间隙机构蜗轮蜗杆副、夹紧机构等部分组成。

如下图2.1所示是一种典型的立式数控回转工作台。

图2.1立式数控回转工作台

卧式数控回转工作台主要用于立式机床，以实现圆周运动，它一般由传动系统、蜗轮蜗杆副和夹紧机构等部分组成。

如下图2.2所示是一种常用的卧式数控回转工作台。

图2.2卧式数控回转工作台

立式数控回转工作台和卧式数控回转工作台各自有自己的优点，根据设计要求可知，数控回转工作台需要具有消除间隙机构，这样才能满足设计要求，采用立式数控回转工作台。

3电动机的选择

伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中，被用作执行元件，把所收到的信号转换成电动机轴上的角位移或角速度进行输出。

它可分为直流和交流伺服电动机，它的主要特点是，当信号电压为零时没有自转现象，转速随着转矩的增加而匀速的下降。

伺服主要靠脉冲来进行定位，基本上可以这样理解，伺服电机每接收到1个脉冲，它就会旋转1个脉冲对应的角度，实现位移，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每回转一个角度，会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，这样一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。

在选择伺服电机时，要保证伺服电机的输出功率大于负载所需要的功率。

而在选用位置伺服电机的时后，首先要计算机械系统的负载转矩的大小，电机的矩频特性能满足机械负载的要求并有一定的余量保证其运行的可靠性。

在实际的工作过程中，负载力矩必须在矩频特性曲线的范围以内。

一般来说最大静力矩大的电机，负载力矩也大。

选择伺服电机时，需要考虑以下几点：

电机轴上加减速力矩的计算以及负载力矩的折算；转速和编码器分辨率的确认；计算负载的惯量，惯量的匹配，安川伺服电机为例，部分产品惯量匹配可达到50倍，但实际上是越小越好，这样对精度和响应速度比较好；再生电阻的计算和选择，对于伺服，一般2kw以上，要外配置；电缆选择，编码器电缆双绞屏蔽的，对于安川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯，增量式是4芯。

而后三点为电机基本性能，因此主要是根据前2项对电机来进行选择。

交流伺服电机的运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。

交流伺服系统具有共振抑制的功能，涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），检测出机械的共振点，易于系统调整。

交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。

交流伺服系统的加速性能较好，以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，电机应选用交流伺服电机。

4数控回转工作台驱动传动方案的选择

4.1驱动传动方案应满足的要求

为了扩展数控机床的加工性能，以适应不同零件的加工需求，数控机床的进给运动除X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，还可以有绕X、Y、Z三个基本坐标轴回转的圆周运动，通常被称为A、B、C轴。

想要实现数控机床的圆周运动，需要采用数控转台。

数控机床的旋转工作台不仅能完成分度运动，而且还能进行连续的圆周进给运动。

。

数控机床的旋转工作台不仅能完成分度运动，而且还能进行连续的圆周进给运动。

数控回转工作台按照数控系统的指令，可以进行连续回转，而且回转速度是无级、连续可调的。

与此同时它也能够实现任意角度的分度定位。

所以，它和直线运动轴在控制上原理是相同的，必须采用伺服电动机来驱动。

合理的传动方案主要满足以下条件：

（1）机械的功能要求：

应该满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。

（2）工作条件的要求：

比如工作环境、工作制度、场地等。

（3）工作性能要求：

工作可靠、传动效率高等。

（4）结构工艺性要求；例如结构简单、尺寸紧凑、维护便利。

4.2驱动传动方案及其分析

方案一：

如下图4.1所示，一级（高速级）和二级（低速级）均为齿轮传动。

图4.1

方案二：

如下图4.2所示，一级（高速级）为蜗杆传动，二级（低速级）为齿轮传动。

图4.2

方案三：

如下图4.3所示，一级（高速级）为齿轮传动，二级（低速级）为蜗杆传动。

图4.3

传动方案分析如下：

方案一虽然传动效率高但它的最大缺陷是：

总传动比小，占用空间大，只能使工作台完成回转功能无法使工作台完成自锁。

方案二不易实现且传动误差大、传动效率低。

方案三虽然传动效率低，但它传递运动准确、平稳，传动比大，占用空间小，可以实现自锁。

方案三的传动案为：

伺服电机——齿轮传动——蜗杆传动——工作台。

齿轮传动承载能力较高，传递运动准确、平稳，传递功率和圆周速度范围很大，结构紧凑。

由以上分析可得：

将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较为合理。

5数控回转工作台定位方案的选择

5.1常用定位元件及选用

工件在夹具中如果想获得正确定位，应正确的选择定位基准，其次是选择合理的定位元件。

在进行定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点来进行选择。

如果工件以平面定位:

1）用面积较小的已经加工过的基准平面定位时，应该选用平头支承钉，用基准面粗糙且不平或者毛坯面定位时，应选用圆头支承钉。

2）用面积较大、平面度精度很高的基准平面定位时，应选用支承板定位元件，用于侧面定位时，可以选用不带斜槽的支承板，一般选用带斜槽的支承板，以利于清除切屑。

3）用毛坯面，阶梯平面以及环形平面作基准平面定位时，应选用自位支承作为定位元件。

但是必须注意的是，自位支承虽然有两个或者三个支承点，但是自位和浮动作用只能作为一个支承点。

4）用毛坯面作为基准平面时，在调节时可以按照定位面质量以及面积大小分别去选用可调支承作为定位元件。

5）如果工件定位基准面需要提高定位的刚度、稳定性和可靠性的时候，可以选用辅助支承来作为辅助定位元件，但是必须注意的是，辅助支承不能起限制工件自由度的作用。

常用的定位支撑钉如下图5.1所示。

图5.1定位支撑钉

常用的定位支撑板如下图5.2所示。

图5.2定位支撑板

5.2定位方案的选择

由定位基本原则可知，应该尽可能的使定位基准与零件设计基准一致，只有这样才能做到定位误差最小化。

因此根据零件的设计尺寸基本可以确定零件的定位方案。

本次设计定位元件选择平面类的定位件:

侧面用3个平面支承钉，而底面用两个不带槽的支承板。

因为工件的两头为圆弧型，如果用支撑钉定位那么很容易出现误差，因此在工件的两头使用挡板来代替支撑钉进行定位。

图5.3定位方案

6数控回转工作台夹紧方案的选择

机械加工的过程中，工件一般会受到切削力、惯性力、离心力等的作用。

为了确保在这些外力的作用下，工件仍然能在夹具中确保由定位元件所确定的加工的位置，而不导致发生振动与位移，在夹具的结构中应该设置夹紧装置将工件可靠地夹稳。

工件定位以后将工件固定且使其在加工的过程中保持定位的位置不变的装置，称为夹紧装置。

夹紧装置的设计和选择是否是合理的，会直接影响到工件。

夹紧工件的过程中，夹紧作用会直接影响到工件加工精度、表面粗糙度和生产效率。

所以，设计夹紧装置应遵循以下原则：

（1）工件不移动原则:

在夹紧过程中，应该不改变工件定位后所占据的正确位置。

（2）工件不变形原则：

夹紧力的大小要合适。

（3）工件不振动原则：

对于刚性较差的工件，或进行断续切削，和不宜采用气缸压紧的情况，应该提高支承元件以及夹紧元件刚性，且使夹紧的部位靠近加工表面，来避免工件和夹紧系统振动。

（4）安全可靠的原则:

夹紧传力机构应该有足够的夹紧的行程，手动夹紧要具有自锁性能，从而来保证夹紧可靠。

（5）经济实用性原则:

夹紧装置的自动化以及复杂程度应与生产纲领相呼应。

方案一：

如下图6.1所示，它是简单的手动夹紧机构，用锁紧螺栓和锁紧螺母的旋进和旋出，决定回转工作台的松开与夹紧。

图6.1回转工作台夹紧机构示意图（a）

1.回转工作台2.锁紧螺栓3.顶块4.锁紧螺母

当回转工作台处于工作位置时，把锁紧螺母旋紧，依靠着顶块和锁紧螺栓与回转工作台间的摩擦力把回转工作台夹紧；当回转台要回转时，放松锁紧的螺母，消除掉摩擦力（弹簧力的作用下，锁紧螺栓沿着回转台的T型槽可移动），回转台可以自由转动，直到工作位置。

方案二：

如下图6.2所示，它是通过油缸对工作台径向凸台进行夹紧。

图6.2回转工作台夹紧机构示意图（b）

1.回转工作台凸台2.夹紧块3.夹紧套

方案三：

如下图6.3所示，它是通过油缸对工作台的圆形槽进行夹紧。

图6.3回转工作台夹紧机构示意图（c）

1.夹紧块2.回转工作台3.楔块4.夹紧块5.弹性体

方案一采用了4个夹紧装置，但是由于此装置完全手动，对夹紧力无定量的规定，会导致一定的人为误差，从而影响加工精度。

方案二和方案三这两种方案均利用油缸力夹紧，油压力控制好，几个夹紧体的夹紧力相同，台面受力状态好，能够更好的保证加工精度。

这两种结构的夹紧体的夹紧力，在相同油压的情况下，方案三的夹紧体的夹紧力要远远大于方案二的夹紧体的夹紧力，因此，方案三要好于方案一和方案二。

论证结果

由以上分析可得：

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，该数控旋转工作台8由交流伺服电动机、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。

回转工作台的运动由交流伺服电机驱动圆柱齿轮传动,带'~'g#E8]6R#_"`）Z9{  O三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江动蜗轮蜗杆系统,让工作台旋转。

数控回转工作台接到数控系统的指令以后,首先是松开圆周运动部分的蜗轮夹紧装置,松开蜗轮,接着启动交流伺服电机,最后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的大小等参数。

参考文献

[1]王宗才主编.机电传动与控制.北京：

电子工业出版社，2011.6

[2]李福生主编.数控机床技术手册[M].北京:

北京出版社出版,1996.1

[3]熊光华主编.数控机床[M].机械工业出版社,2001.

[4]吴宗泽，罗圣国主编.机械设计课程设计手册[M].高等教育出版社,1992.3

[5]李佳主编.数控机床及应用[M].清华大学出版社,2001.7

[6]刘书华主编.数控机床及编程[M].机械工业出版社,2003.7

[7]王爱玲主编.现代数控机床[M].国防工业出版社，2003.4

[8]左健民主编.液压与气动技术.北京：

机械工业出版社，1992.11

[9]陈白宁等主编.机电传动控制.沈阳：

东北大学出版社，2002.03

[10]刘新德主编.袖珍液压气动手册.北京：

机械工业出版社，2003.07

[11]周士昌主编.机械设计手册-第五分册.北京：

机械工业出版社，1992.02