双轴数控回转工作台毕业设计

三江学院

本科生毕业设计（论文）

题目双轴数控回转工作台设计

高职院（系）机械制造及自动化专业

学生姓名陶轶晟学号 G085152013 指导教师王志斌职称

起讫日期

目录

摘要 (3)

绪论 (4)

第一章数控回转工作台

1.1 数控回转的介绍

1．1 数控回转工作台的原理 (6)

1．2设计准则 (10)

第二章双轴工作台的总体的方案

2．1 样本的选择 (11)

2．2 双轴的工作台方案拟定 (12)

第三章双轴工作台的主要零件的设计

3．1 底板 (14)

3．2 定心轴 (14)

3．3 轴承的选用 (15)

3．4 为何回转台要用蜗轮副传动 (17)

注意事项 (22)

结论 (23)

参考材料 (24)

致谢 (25)

数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架。兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量奖大大增加。但是数控回转工作台更有发展前途，它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被使用于卧式的镗床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。本课题主要介绍了它的原理和机械结构的设计，不对以上部分运用AUTOCAD作图，最后是对数控工作台提出的一点建议。

关键词：数控回转工作台齿轮传动蜗杆传动间隙消除蜗轮加紧

毕业设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。

使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化，综合化。培养学生独立工作、独立思考和综合所学知识的技能，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。

培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、参阅文献、外文资料的阅读和翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。

使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦专研、勇于探索、具有创新意识和团队协作的工作作风。

本次毕业设计主要是解决数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。

目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的发展趋势是：

1.在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；

2.在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力；

3.在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多的被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到600台左右。

预计未来5年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。作为准备制造业的母机，普通加工机床将获得年均15%~20%的稳定增长。

第一章数控回转工作台

数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。

1.1 数控回转工作台的原理

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。

图8-24为自动换刀数控镗床的回转工作台。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。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由

1一蜗杆2一蜗轮3、4一夹紧瓦5一小液压缸6一活塞7一弹簧8一钢球9一底座10一圆光栅11、12一轴承蜗杆1传给蜗轮2。为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置宋调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。

当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向装有8对夹紧瓦4和3，并在底座9上均布同样数量的小液压缸5。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞6便压向钢球8，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮2。在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧7的作用下，钢球8抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。

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12及双列向心圆柱滚子轴承11保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中，由高精度的圆光栅10发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。

回转工作台设有零点，当它作回零运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。

分度工作台只能完成分度运动，不能实现圆周进给。分度工作台的分度只限于某些规定的角度。鼠齿盘式分度工作台是一种应用很广的分度装置。鼠齿盘分度机构的向心多齿啮合应用了误差平均原理，因此能获得较高的分度精度和定心精度，其分度精度可以达1"~3"。

图8-25是某数控铣床的鼠齿盘式分度工作台。

鼠齿盘式分度工作台是由工作台面、底座、压紧液压缸、鼠齿盘、伺服电动机、同步带轮和齿轮转动装置等零件组成。鼠齿盘是保证分度精度的关键零件，每个齿盘的端面带有数目相同的三角形齿，当两个齿盘啮合时，能够自动确定周向和径向的相对位置。

鼠齿盘式分度工作台作分度运动时，其工作过程分为三个步骤：

(1)分度工作台抬起数控装置发出分度指令，工作台中央的压紧液压缸下腔通过油孔进压力油，活塞向上移动，通过钢球将分度工作台抬起，两齿盘脱开。抬起开关发出抬起完成信号。

(2)工作台回转分度当数控装置接收到工作台抬起完成信号后，立即发出指令让伺服电动机旋转，通过同步齿形带及齿轮带动工作台旋转分度，直到工作台完成指令规定的旋转角度后，电动机停止旋转。

(3)分度工作台下降，并定位夹紧当工作台旋转到位后，由指令控制液压电磁阀换向使压紧液压缸上腔通过油孔进入压力油。活塞带动工作台下降，鼠齿盘在新的位置重新啮合，并定位夹紧。夹紧开关发出夹紧完成信号。液压缸下腔的回油经过节流阀，以限制工作台下降的速度，保护齿面不受冲击。

鼠齿盘式分度工作台作回零运动时，其工作过程基本与上相

同。只是工作台回转挡铁压下工作台零位开关时，伺服电动机减速并停止。

鼠齿盘式分度工作台与其他分度工作台相比，具有重复定位精度高、定位刚度好和结构简单等优点。鼠齿盘的磨损小，而且随着使用时间的延长，定位精度还会有进一步提高的趋势，因此在数控机床上得到了广泛应用。

1.2 设计准则

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）创造有利的载荷条件

5）预测意外载荷

6）提高合理的应力分布和刚度

7）重量要适宜

8）应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）零件与整体之间精度的选择

11）功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求

第二章双轴工作台的总体方案

2.1 样本选择

样本选的是：数控回转工作台：

――高精度球面蜗轮副。蜗杠见图－21。

一.主要用途和工作原理

1．主要用途：数控转台事单轴交流伺服控制的高科技装置。

它主要用于三坐标，立式加工中心，数控铣床。镗床等连

接为第四轴扩大数控机床功能，同时业可用于普通铣床。

镗床。钻床。作为高精度的自动分度装置，提高加工精度，减少加工工时。

2．工作原理：由系统发出信号给交（直）流伺服电机，通过同步齿形带传给高精度蜗轮副，带动工作台旋转。实现精

确分度。

二．主要特点

1．用伺服电机驱动的高精度的蜗轮副的传动装置，由半闭环数控系统控制，可实现任意角度的分度控制。

2．转动链短。蜗轮副精度高。分度精度高。

3．制动扭矩大，刚性好，制动后可进行任意分度下的铣削加工，也可在较低切削扭矩下，连续铣削加工回转件。

4．可在一次装夹后，对单个零件多个面。或多个零件多个面进行加工。

5．数控回转工作台，可以由数控机床数控系统控制，参与数控机床的联动，也可用于独立的数控系统控制，按要求编程控制其循环

2. 2双轴的工作台方案拟定：

一立式一卧式两个相同花盘直径为375mm的回转工作台。

产品的主要技术参数

双轴工作台的结构装配图如图：图SS-1

双轴工作台的工作原理

选用二个花盘直径为375mm的回转工作台。在一个为1200mm的底板上为01号图标。把1号回转台放在02号的盖板上固定在01号底板用8个M12×50螺丝和两个8×20销子固定，

通过蜗轮副转动带动04号定心轴转动。此时，04号定位轴和09号转台支架连接，并有8个T型槽螺钉和1号回转台花盘的T型槽固定。将2号回转台后面（有定位键那面），用8个M16×70螺丝固定。在用10号转台底板9个M16×50螺丝和2个12×60的锥销固定2号工作台的底面。用08右支架来支撑02号工作台。用06号端盖上的8个m12×55的螺丝来固定09支架的稳定。

当01、02号工作台装上伺服系统后，用01号带动09支架上的02号，可以对02号工作台的任意分度，02号的伺服系统上的05花盘也可以任意的分度，达到双轴的旋转。

双轴工作台根据最大受力来设计，主要零件的设计就必须要根据其受力情况来选择材料、设计尺寸。不受力的或力学性能要求不高的部件需根据场地和空间的布局来设计。

第三章双轴工作台的主要零件的设计

3．1底板

底板材料为HT200珠光体。铸件壁厚为30－50/mm。铸件最小抗力强度160/mpa.能承受较大的应力的（抗弯应力小于300/mpa和较重要的零件。采用了封闭对称的结构，开口或是不对称的零件在淬火的时应力分布不均匀，容易引起变形。

3．2 定心轴

1、主轴材料与热处理

根据强度、耐磨性、载荷特点和热处理后变形大小选择，尺寸一定，主轴的刚度取决于材料的弹性模量E。各种钢材的E值基本相同，且与热处理无关。E=2.1 107N/cm2。常用的如45钢或60号钢，优点是价格便宜。

（1）、一般机床主轴：常用45钢，调质到220～250HBS，主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬至HRC50～55。支承用滚动轴承，轴颈可不淬硬，但是不少主轴为了防止敲碰损伤轴颈的配合表面，轴颈处仍然进行淬硬。

（2）、精密机床的主轴，要求在长期使用中因内应力引起的变形要小，故应选用在热处理后残余应力小的材料, 如40Cr或45MnB 钢。

（3）、支承在滑动轴承上的高精度磨床的砂轮主轴，镗床和坐标镗床主轴，要求有很高的耐磨性，可选用38CrMoAlA钢，进行氮化处理，使表面硬度达到HV1100～1200（相当于HRC69～

72）。

可虑到在支架上02号的重量和转动的速度。选用了40cr.淬火在HRC48-55.载荷大，表面要求较高的主轴。

3. 3关于轴承的选用

(1) 轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同，分为：

1) 向心轴承----主要用于承受径向载荷的滚动轴承，其公称接触角从0°到45°。按公称接触角不同，又分为：径向接触轴承----公称接触角为0°的向心轴承：向心角接触轴承----公称接触角大于0°到45°的向心轴承。

2) 推力轴承----主要用于承受轴向载荷的滚动轴承，其公称接触角大于45°到90°。按公称接触角不同又分为：轴向接触轴承----公称接触角为90°的推力轴承：推力角接触轴承----公称接触角大于45°但小于90°的推力轴承。

(2) 轴承按其滚动体的种类，分为：

1) 球轴承----滚动体为球。

2) 滚子轴承----滚动体为滚子。滚子轴承按滚子种类，又分为：圆柱滚子轴承----滚动体是圆柱滚子的轴承，圆柱滚子的长度与直径之比小于或等于 3 ；滚针轴承----滚动体是滚针的轴承，滚针的长度与直径之比大于3，但直径小于或等于5mm;

圆锥滚子轴承----滚动体是圆锥滚子的轴承; 调心滚子轴承一一滚动体是球面滚子的轴承。

(3) 轴承按其工作时能否调心,分为

1) 调心轴承----滚道是球面形的,能适应两滚道轴心线间的角偏差及角运动的轴承;

2) 非调心轴承(刚性轴承)----能阻抗滚道间轴心线角偏移的轴承。

(4) 轴承按滚动体的列数,分为:

1) 单列轴承----具有一列滚动体的轴承。

2) 双列轴承----具有两列滚动体的轴承。

3) 多列轴承----具有多于两列滚动体的轴承,如三列、四列轴承。

(5) 轴承按其部件能否分离,分为：

1)可分离轴承----具有可分离部件的轴承。

2)不可分离轴承----轴承在最终配套后,套圈均不能任意自由分离的轴承。

(6) 轴承按其结构形状(如有无装填槽,有无内、外圈以及套圈的形状,挡边的结构,甚至有无保持架等)还可以分为多种结构类型。

考虑到在要支撑转台的重量选用的是skf的32934的圆锥滚子轴承（30000 型）该类轴承装有圆台形滚子，滚子由内圈大挡边引导。设计上使得内圈滚道面、外圈滚道面以及滚子滚动面的各圆锥面的顶点相交于轴承中心线上的一点。单列轴承可承受径向负荷与单向轴向负荷，双列轴承可承受径向负荷与双向轴向负荷，适用于承受重负荷与冲击负荷。按接触胸（α）的不同，分为小锥角、中锥角和大锥角三种型式，接触角越大轴向负荷能力也越大。外圈与内组件（内圈与滚子和保持架组件）可分离，便于装拆。后置辅助代号"J"或"JR"的轴承具有国际互换性，该类轴承还多使用英制系列产品。主要适用的保持架：钢板冲压保持架、合成树脂成形保持架、销式保持架。主要用途：汽车：前轮、后轮、变速器、差速器小齿轮轴。机床主轴、建筑机械、大型农业机械、铁路车辆齿轮减速装置、轧钢机辊颈及减速装置。

3．4为何回转台要选用蜗轮副传动

蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为90°。这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动平稳以及在一定的条件下具有

可靠的自锁性等优点，它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其它机器或设备中。

1 蜗轮蜗杆的形成

蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较大的动力。

蜗杆蜗轮传动的特征：

其一，它是一种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为∑＝90°，z1很少，一般z1＝1～4；

其二，它具有螺旋传动的某些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容蜗杆。

2 蜗杆传动的类型

按蜗杆形状的不同可分：

1．圆柱蜗杆传动-普通圆柱蜗杆（阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆、锥面包络蜗杆）和圆弧蜗杆。

普通圆柱蜗杆

圆弧蜗杆

2．环面蜗杆传动

环面蜗杆

3．锥蜗杆传动

锥蜗杆动

3 蜗杆传动的特点：

1传动比大，结构紧凑。

2传动平稳，无噪声。

3具有自锁性。

4传动效率较低，磨损较严重。

5蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。

4 蜗杆传动的应用

由于蜗杆蜗轮传动具有以上特点，故常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。当要求传递较大功

率时，为提高传动效率，常取z1＝2-4。此外，由于当γ1较小时传动具有自锁性，故常用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用。它还广泛应用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或设备中；

利用蜗杆传动传动比大省力的特点，以及它的自锁性能，在起重机械中广泛应用。

单级蜗杆传动减速器：

蜗杆传动由蜗杆相对于蜗轮的位置不同分为上置蜗杆和下置蜗杆传动。

5 蜗轮蜗杆结构

1．蜗杆结构：

蜗杆通常与轴为一体，采用车制或铣制，结构分别见下图

2．蜗轮结构：

蜗轮常采用组合结构，由齿冠和齿芯组成。联结方式有：铸造联结、过盈配合联结和螺栓联接，结构分别见下图。蜗轮只有在低速轻载时采用整体式。