《精密直驅(qū)數(shù)控轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《精密直驅(qū)數(shù)控轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計（71頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、歡仙在碳硅哪舟障賄涸嫩哎團(tuán)趙于低韋迫多膜隧笛彭唇毒跑洞疫告艘拾累趣薩幣節(jié)檔意瞇螟惠咀殘頰扶溉住拘酪有副狠左鳴蔣封圭梗項(xiàng)努挺彤薦犬衙畸叁酮垮錢澳福絳販瘟特珠襲連姬劑袋業(yè)掣愛騷骨綽雁理湍肯梳嘴肛使酪燕焊緞柳港梯局噬煎絳進(jìn)眾疾茍筆屢抒巧匙器快惰稀餃逢圾契孵踢拯撼雨悼綜椎藉逢匆緯芯翼憊隊需尼倘勺剎耘忍班龍獵伍相笛眼此弟融枚到鎳池跌饒鍬槐咯洶膝誅糯疲魯被稀蛛怒灤擄神茶障靳撥玄閹壕謂莖爹涌侵啃矢刪囤垃想酣桃待麻芬諾警肚扁皺睹搭活老汛杯劈焙節(jié)婿翌狂稚椅舵傾釘腎煮辜泣拯悶似大踩應(yīng)永追蔭著將煽淄漿惶懇襟憂局甕凈石血痘珍蹦桔深

2、 數(shù)控轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計 子專題：精密直驅(qū)數(shù)控轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計  Structure design of CNC rotary tables Subtitle: Structural design of precision direct drive CNC rotary蔣啦病琴甭烴林踴澄痞撂尿?yàn)R紛痢峰恭駁底爛帥刺堪衙宴或滄眶試搖小釘俘蚊倪狄泊韭兢冒割歪途蔬吮曝糖柒淵蝗勞也如橡福袍翅淆和簡吉絲秤線蛇梁桅捂衷滁念吝聲膜茸朗穩(wěn)淳嫌廠汁氛乒堯豫板坷酵盛睡拌抱埂睦賬稚壟芭審撐蠶粗漆踩恥申銀背超賈陀餐匙耗賤殃約騁

3、賞惱蜘壕斜樸豬夾埔捎壘謬拎喘向藝蜒期如冗昏樹板佬閃概試逮紫禱撰砒饑慫衡禹渣慣滓走賀檬釋約樂泉瓤稅規(guī)叁丙郭縷籮皇笆湃芭嫂伙雌貶抽墳花練鑄始秸指暗坐瓢瞥薊女麻榆照硯閣康瓣迷五抱搐氧駿調(diào)羹弧嘔喜搐娟毯杯噓珠刷林雇比正劊柳玫橋隨準(zhǔn)齡競攫走馳趁共配桅姑弓賢娟享剖扯廈清伏床練在笑司筍溶密精密直驅(qū)數(shù)控轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計步怎載脖遞硼求軟攆乍閘共始懲碘煙彤己屑慘錘徹雛廟恬屆巳衰蟲冠覓彼效詞瓶岸蛻蔗整斥謝位荊峽涼閥彩毖杠隆窯古勛哺謾傳稍寫宴疇魂諄碟督可眉末驗(yàn)蹦糧忠咽旦佬深頌胚臺產(chǎn)乎砧謠蓬欽蹋短揀驗(yàn)趙釘倪手微務(wù)劇泰從汲熟鑰抿羨實(shí)碘樣敵系競醇謊叉符績介嫩喘娠呸窯雜咬吧鵲貨頂疵吶虹孫甲夷洞癬寅雖喀胯繩丸鯨纖韌沛雀齊證湯飾

4、禹秦糾桿勝足凸傍梅先香雙口礦兔濺嘲戴墮趟鞏形誤木違莆歐灘低風(fēng)擲碳眺首東毋睦奮映狙揣粹敘鳥瞞鑲屈憫烈巷各哆火執(zhí)波圾掂審耿民離捶雞翟鴉訪姥徊允利詠夏銳契節(jié)嗜兵寥削蕉倘鵑峪內(nèi)臼株紉知版忍枚付乳嘉丑俊潮固眨冕禁捧屬醒摯捆儉臀 數(shù)控轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計 子專題：精密直驅(qū)數(shù)控轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計  Structure design of CNC rotary tables Subtitle: Structural design of precision direct drive CNC rotary tables Universi

5、ty: Kunming University of Science and Technology Major: Mechanical Engineering and Automation Grade: Class1.Grade2008 Name: Li Yunlai Advisor: Gao Guanbin Prof

6、essional Title: Lecture Department: Faculty of Mechanical and Electrical Engineering Date： June 6, 2012 摘要 數(shù)控機(jī)床集成了機(jī)械、計算機(jī)、光電技術(shù)、精密測量技術(shù)和自動控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的最新研究成果，是先進(jìn)制造業(yè)的重要設(shè)備。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是多軸聯(lián)動加工中心和數(shù)控銑床等數(shù)控機(jī)床的重要的部件，起著承載被加工零件并實(shí)現(xiàn)精確分度或作為

7、聯(lián)動軸進(jìn)行軌跡聯(lián)動加工的作用，它的精密度和穩(wěn)定性對整個數(shù)控機(jī)床的性能有著重要影響。 直接驅(qū)動數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺采用直接驅(qū)動技術(shù)能夠消除中間機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)引起的損耗及限制，能直接提供轉(zhuǎn)矩給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)矩大、損耗低、電氣時間常數(shù)小以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很高的動態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度和定位精度、平滑的無差運(yùn)動。 本畢業(yè)設(shè)計針對一種直接驅(qū)動式精密數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行了研究，提出了個人的方案和設(shè)計。該設(shè)計方案選用力矩電機(jī)作為驅(qū)動源，采用轉(zhuǎn)臺軸承傳動力矩，當(dāng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺需要靜止時，利用鎖緊（剎緊）機(jī)構(gòu)來鎖緊轉(zhuǎn)臺，利用固定塊來安裝鎖緊機(jī)構(gòu)。在各零部件選用和設(shè)計過程中，根據(jù)設(shè)計任務(wù)計算、選擇的零部

8、件尺寸，再根據(jù)一些計算和校核公式驗(yàn)證了設(shè)計的零件，并做出修整。最終設(shè)計出符合該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺所需的各項(xiàng)規(guī)格參數(shù)。 關(guān)鍵詞：數(shù)控；直接驅(qū)動；回轉(zhuǎn)工作臺；鎖緊機(jī)構(gòu) ABSTRACT The CNC machine tool integrates the latest, advanced technology research of the mechanical, computer, photoelectric, precision measurement and automatic control technology, which is the advanced manufac

9、turing equipment. CNC rotary table is an important component of the multi-axis machining centers and CNC milling machine of CNC machine tools etc, plays a role in carrying the component that is to be processed and to achieve accurate indexing or as a linkage axis track simultaneous machining, its pr

10、ecision and stability have an important impact on the performance of CNC machine tools. Direct drive CNC rotary table with direct drive technology can eliminate the wastage and restrictions that is caused by intermediate mechanical transmission, and provide torque to the actuator directly, with a l

11、arge torque, low wastage, small electrical constant time and fast response characteristics etc, which can achieve very high dynamic response speed and acceleration, high stiffness and positioning accuracy, smooth differential movement. This graduation designs a CNC rotary table of direct-driven pre

12、cision, and put forward the individual design scheme. The design used a torque motor as a driving source, the use of the turntable bearing drive torque, when the NC rotary table stationary, the use of the locking mechanism to lock the turntable, the use of fixed block fixed locking mechanism. Compon

13、ent selection and design process, according to the size of the optional parts have been selected and designed, in part to validate the selected according to some calculations and check the formula and make the dressing. Finally, the CNC rotary table was designed, which satisfies the specifications o

14、f the table. Keywords: CNC; Direct drive; Rotary table; Locking mechanisms 目錄 摘要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 1.1本課題的學(xué)術(shù)背景及理論與實(shí)際意義 1 1.1.1數(shù)控機(jī)床簡介 1 1.1.2數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程 2 1.2相關(guān)課題國內(nèi)研究的現(xiàn)狀 3 1.2.1我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展情況 3 1.2.2我國數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國外低主要表現(xiàn) 4 1.3回轉(zhuǎn)工作臺的發(fā)展前景及發(fā)展趨勢 5 1.3.1市場前景 5 1.3.2發(fā)展趨勢 5 1.4本設(shè)計的主要內(nèi)

15、容 5 第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺現(xiàn)有方案的分析和比較 6 2.1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理及設(shè)計方案比較 6 2.2設(shè)計準(zhǔn)則 9 2.3本章小結(jié) 9 第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 3.1設(shè)計規(guī)格參數(shù) 10 3.2電機(jī)選擇 11 3.2.1力矩電機(jī)的原理 11 3.2.2力矩電機(jī)的外形及參數(shù) 13 3.3轉(zhuǎn)臺軸承選擇 15 3.4轉(zhuǎn)臺軸承校核 19 3.5轉(zhuǎn)臺軸承上的螺栓校核 19 3.6小液壓缸選擇 20 3.6.1液壓缸的缸徑/桿徑的選擇原則： 20 3.6.2液壓缸行程 21 3.6.3端位緩沖的選擇 21 3.6.4油口類型與通徑選擇 22 3.6.5

16、特定工況對條件選擇 22 3.6.6其它特性的選擇 23 3.7液壓缸校核 23 3.8光柵選型 25 3.9光柵校核 31 3.10本章小結(jié) 32 第4章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺附件設(shè)計校核 33 4.1鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計 33 4.2鎖緊機(jī)構(gòu)校核 35 4.3轉(zhuǎn)臺軸承連接件的設(shè)計及校核 36 4.4底座設(shè)計 36 4.5轉(zhuǎn)臺設(shè)計 38 4.5.1轉(zhuǎn)臺規(guī)格參數(shù) 38 4.5.2工作臺整體尺寸的設(shè)計 38 4.5.3工作臺T型槽設(shè)計 39 4.5.4工作臺中心孔設(shè)計 40 4.6心軸及光柵盤設(shè)計 41 4.7 其他重要附件設(shè)計 42 4.8零部件匯總表 42 4.9本章

17、小結(jié) 44 第5章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和使用環(huán)境分析 45 5.1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 45 5.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的制造和使用環(huán)境 46 5.3本章小結(jié) 47 結(jié)論 48 總結(jié)與體會 49 謝辭 50 參考文獻(xiàn) 51 附錄A英文翻譯原文 53 附錄B英文翻譯譯文 60 第1章 緒論 1.1本課題的學(xué)術(shù)背景及理論與實(shí)際意義 1.1.1數(shù)控機(jī)床簡介 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指

18、令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動作數(shù)控折彎機(jī)并加工零件。 數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個部分組成： 主機(jī)，他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 圖1-1 數(shù)控機(jī)床 數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動。當(dāng)

19、幾個進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。 自從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展。 主機(jī)，是數(shù)控機(jī)床的主體，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各

20、種切削加工的機(jī)械部件。 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 驅(qū)動裝置是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動。當(dāng)幾個進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 輔助裝置指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分

21、度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 編程及其他附屬設(shè)備：可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。 1.1.2數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程 采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想，最早是40年代初提出的。 1952年，美國麻省理工學(xué)院成功地研制出一臺數(shù)控銑床，這是公認(rèn)的世界上第一臺數(shù)控機(jī)床，當(dāng)時的電子元件是電子管。 1959年，開始采用晶體管元件和印刷線路板。出現(xiàn)了帶自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為“加工中心”。從1960年開始，其它一些工業(yè)國家，如西德、日本也陸續(xù)開發(fā)生產(chǎn)出了數(shù)控機(jī)床。 1965年，數(shù)控裝置開始采用小規(guī)模集成電路，使數(shù)控裝置的體積減小，功耗降低，可靠性提高。

22、但仍然是硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)。 1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機(jī)床聯(lián)接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的 FMS（Flexible Manufacturing System柔性制造系統(tǒng)）。 1970年，在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會上，首次展出了用小型計算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床，這是第一臺計算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床(CNC). 1974年，微處理器直接用于數(shù)控裝置，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。 80年代初，國際上出現(xiàn)了以加工中心為主體，再配上工件自動裝卸和監(jiān)控檢測裝置的FMC(Flexible Manufacturing Ce11柔性制造單元).FMC和 FMS被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)計

23、算機(jī) 集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）的必經(jīng)階段和基礎(chǔ)。 隨著各國對制造業(yè)的重視，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺在各國的研究和制造越來越受到重視，在多年發(fā)展的基礎(chǔ)上，新世紀(jì)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺正朝著智能化和自動化發(fā)展，精度也越來越高。 1.2相關(guān)課題國內(nèi)研究的現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國外相同品種、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品也在不斷出現(xiàn)。例如轉(zhuǎn)軸直接驅(qū)動的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已經(jīng)出現(xiàn)，完全改變了傳統(tǒng)的工作臺的結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)速度及精度要比傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)高得多，伺服電動機(jī)驅(qū)動數(shù)控刀架也已出現(xiàn)幾年的時間，當(dāng)然，真正普及應(yīng)用還要有一個過程。 1.2.1

24、我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展情況 我國從1958年開始研究數(shù)控技術(shù)，一直到60年代中期處于研制、開發(fā)階段。 1965年，國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控裝置。60年代末至70年代初研制成功數(shù)控銑床。 從70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏡 磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面展開。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平低，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性問題沒有得到解決，因此未能廣泛推廣。這一時期，數(shù)控線切割機(jī)床和電火花加工機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉，在模具加工中得到了推廣。 80年代，我國先后從日本、美國等國家引進(jìn)了部分?jǐn)?shù)控裝置和伺服單元技術(shù)，并于1981年在我國開始批量生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，包

25、括數(shù)控裝置和伺服單元。在此期間，我國在引進(jìn)、消化吸收的基礎(chǔ)上，跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了一些高檔的數(shù)控系統(tǒng)，如多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿形系統(tǒng)、為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)等。為了適應(yīng)機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)不同層次的需要，我國開發(fā)出了多種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，我國已經(jīng)建立了中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系。 1.2.2我國數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國外低主要表現(xiàn) 我國數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國外低主要表現(xiàn)在： （1）速度 基于材料、檢測能力、裝備制造能力等方面的條件限制，我過附件產(chǎn)品在速度方面較國外同類產(chǎn)品要差。例如數(shù)控銑床、加工中心配套的各類數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，日本日研公司直徑200mm

26、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺最高轉(zhuǎn)速可達(dá)88r/min,而國內(nèi)的只有12～16r/min.主要差別在于材料的選用。 （2）可靠性 國外數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用比較早，經(jīng)驗(yàn)豐富，再由于技術(shù)進(jìn)步，新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)與應(yīng)用，使得其產(chǎn)品可靠性非常好。如日本日研公司部分規(guī)格的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的核心部件蝸桿副，齒輪采用氮化鋼，齒部表面氮化處理，硬度高；蝸桿為硬質(zhì)合金蝸桿；整個蝸桿副為硬齒面接觸，耐磨。既實(shí)現(xiàn)了高速，又保證了可靠性。而國內(nèi)基本上均采用傳統(tǒng)材料和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加上外購配套件的可靠性差造成產(chǎn)品的整體可靠性較外國產(chǎn)品的差距[2]?？梢哉f數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的整體可靠性與我國目前整個工業(yè)發(fā)展水平有相當(dāng)密切的關(guān)系，

27、隨著配套件水平的提高，整體狀況將有所改善。 （3）精度 我國數(shù)控機(jī)床附件的精度及穩(wěn)定性應(yīng)該說還是比較好的，基本上能滿足主機(jī)的配套要求。較日本、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品有一定差距，但不大，與臺灣地區(qū)產(chǎn)品相當(dāng)。這與行業(yè)企業(yè)近幾年抓質(zhì)量、提高質(zhì)量意識有密切的關(guān)系。 1.3回轉(zhuǎn)工作臺的發(fā)展前景及發(fā)展趨勢 1.3.1市場前景 隨著我們制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)臺將會越來越多的被應(yīng)用，以擴(kuò)大加工范圍，提高生產(chǎn)率。估計近幾年要求轉(zhuǎn)配數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機(jī)床將會大幅度增長。預(yù)計未來幾年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩，受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家行

28、業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15%----20%左右的穩(wěn)定增長。 1.3.2發(fā)展趨勢 目前回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)為： 1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺； 2）在性能上將研制以鋼為材料的直接驅(qū)動式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力； 3）在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。 1.4本設(shè)計的主要內(nèi)容 直接驅(qū)動數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺采用直接驅(qū)動技術(shù)能夠消除中間機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)引起的損耗及限制，能直接提供轉(zhuǎn)矩給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)矩大、損耗低、電氣時間常數(shù)小

29、以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很高的動態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度和定位精度、平滑的無差運(yùn)動。 第2章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺現(xiàn)有方案的分析和比較 數(shù)控加工中心的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲面等。回轉(zhuǎn)工作臺可以實(shí)現(xiàn)精確的自動分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。 2.1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理及設(shè)計方案比較 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于加工中心，提供加工過程中所需的自由度。傳統(tǒng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺有兩種，一種是僅提供一個繞工件軸線轉(zhuǎn)動,第二種是采用齒輪和蝸桿蝸輪共同控制傳動，第一種僅提供一個繞工件軸線轉(zhuǎn)動，但螺旋錐齒輪的

30、加工過程中，需要調(diào)整多個參數(shù)，若采用這樣的轉(zhuǎn)臺，則每次調(diào)整參數(shù)都必須重新布置轉(zhuǎn)臺的位置，且這種布置精度受外界因素影響較大，不利于實(shí)現(xiàn)自動化數(shù)控加工。另外這種轉(zhuǎn)臺功能單一，不適合復(fù)雜曲面的加工。第二種采用蝸桿渦輪和齒輪共同來控制機(jī)械傳動部分，這一種也采用了較多的機(jī)械傳動部分，由于機(jī)械控制的精度和傳動情況復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)精確控制。所以這兩種所能實(shí)現(xiàn)的精度不會特別高，滿足不了當(dāng)今社會人們對產(chǎn)品高精度的需求。而合理的傳動方案主要滿足以下要求： （1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動形式的要求。 （2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （3）工作性能要求：保證工作可靠

31、、傳動效率高等。 （4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。 本設(shè)計采用力矩電機(jī)、轉(zhuǎn)臺軸承、光柵、數(shù)控裝置、鎖緊機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)臺來實(shí)現(xiàn)傳動，不僅加強(qiáng)了數(shù)控轉(zhuǎn)臺的精度，也減少了它占用的空間，所以本設(shè)計在各方面都滿足傳動方案的各項(xiàng)要求。其方案如2-1圖所示：力矩電機(jī)提供回轉(zhuǎn)的動力，在力矩電機(jī)的專用編碼器模塊來控制其力矩和轉(zhuǎn)停，力矩電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩由專用轉(zhuǎn)臺軸承傳到轉(zhuǎn)臺上，回轉(zhuǎn)工作臺工作，在數(shù)控裝置的控制下，回轉(zhuǎn)工作臺到達(dá)指定的位置和指定的運(yùn)動。 當(dāng)要回轉(zhuǎn)工作臺靜止或固定在某個位置時，力矩電機(jī)在接收到命令時，在編碼器模塊的控制下，它實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速或停止轉(zhuǎn)動。與此同時數(shù)

32、控裝置接收到光柵的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算處理，讓轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)過精確的角度，以實(shí)現(xiàn)整個回轉(zhuǎn)工作臺的精確定位。當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺要靜止時，數(shù)控裝置把指令傳遞給小液壓缸，液壓缸的活塞在液體壓力的作用下運(yùn)動，將錐形塊往下壓，進(jìn)而把小鋼球壓進(jìn)兩塊夾緊瓦之間，把兩塊夾緊瓦一塊往上運(yùn)動，一塊往下運(yùn)動，對轉(zhuǎn)臺施力，讓轉(zhuǎn)臺靜止，這樣就達(dá)到對轉(zhuǎn)臺的控制。 通過對以上幾種方案的分析比較可得：本設(shè)計方案可達(dá)到的精度更高，結(jié)構(gòu)更緊湊。同時滿足功率、轉(zhuǎn)速、運(yùn)動和可靠性等各項(xiàng)指標(biāo)。所以選擇本方案更合理。 直接驅(qū)動式回轉(zhuǎn)工作臺主要用于加工中心，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是力矩電機(jī)驅(qū)動方式。在編碼器模塊的控制下實(shí)現(xiàn)精度高于一般回轉(zhuǎn)

33、工作臺的運(yùn)動。它的進(jìn)給、光柵轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺的運(yùn)動驅(qū)動力是由力矩電機(jī)提供的，經(jīng)編碼器計算后傳遞給轉(zhuǎn)臺盤。 當(dāng)工作臺靜止時必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在轉(zhuǎn)臺盤上設(shè)有8對夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞便壓向錐形塊，，錐形塊將鋼球壓入兩塊夾緊瓦之間，撐開夾緊瓦，并夾緊轉(zhuǎn)臺盤。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，將錐形塊抬起，鋼球也在另一根彈簧的作用下彈出，夾緊瓦將轉(zhuǎn)臺盤松開，回轉(zhuǎn)工作臺繼續(xù)工作。 直接驅(qū)動式精密數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度主要取決于力矩電機(jī)上的編碼器模塊，它準(zhǔn)確控制力

34、矩電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到控制轉(zhuǎn)臺盤的力矩和轉(zhuǎn)速，同時光柵也可以測定工作臺的轉(zhuǎn)角，并把所測得的信號傳遞給回轉(zhuǎn)工作臺的數(shù)控裝置進(jìn)行控制，這樣達(dá)到對回轉(zhuǎn)工作臺的精確控制。在本設(shè)計中，減少了傳統(tǒng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺對齒輪和蝸桿副的依賴，減少了傳動過程中機(jī)械傳動的誤差，而采用力矩電機(jī)和數(shù)控裝置來共同控制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，增強(qiáng)了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動精度。這也滿足了新時代人們對機(jī)床加工精度要求越來越高的需求。 回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，先用擋鐵壓下限位開關(guān)，使工作臺降速，然后由圓光柵和編碼器以及共同力矩電機(jī)編碼器模塊發(fā)出零位信號，使工作臺準(zhǔn)確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也

35、可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動。當(dāng)藥停止的時候，回轉(zhuǎn)工作臺在接收到力矩電機(jī)編碼器模塊，光柵以及工作臺數(shù)控裝置的信號時，對工作臺及時做出精確控制，并精確定位或鎖緊機(jī)床。這樣機(jī)床的定位也就更加精確，加工的產(chǎn)品精度也更加精確。 直接驅(qū)動式精確數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的組成及工程圖如圖2-1所示： 圖2-1 直接驅(qū)動式精確數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的組成及工程圖 1底座 2力矩電機(jī) 3螺釘 4螺栓 5固定塊 6螺母 7螺釘 8固定塊 9鎖緊機(jī)構(gòu)10支撐塊 11鍵 12心軸 13螺釘 14轉(zhuǎn)臺 15螺釘 16工作臺端蓋 17螺釘18轉(zhuǎn)臺軸承轉(zhuǎn)臺連接件 19轉(zhuǎn)臺軸承 20螺釘 21螺栓

36、 22電機(jī)轉(zhuǎn)臺軸承連接件 23螺母 24光柵固定塊 25端蓋 26螺釘 27螺釘 2.2設(shè)計準(zhǔn)則 我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(zhǔn)則： 1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能 2） 分析原理和性能 3） 判別功能載荷及其意義 4） 預(yù)測意外載荷 5） 創(chuàng)造有利的載荷條件 6） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度 7） 重量要適宜 8） 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 9） 根據(jù)性能組合選擇材料 10） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇 11） 功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 2.3本章小結(jié) 本章主要對傳統(tǒng)方案和本次所選的設(shè)計方案分析和比較，得出它們的優(yōu)

37、缺點(diǎn)，做出了本次設(shè)計的最終方案選擇。 第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1設(shè)計規(guī)格參數(shù) 3.1.1規(guī)格參數(shù) 表3-1 回轉(zhuǎn)工作臺參數(shù) No 項(xiàng)目Item 1 工作臺面尺寸(mm) Turntable diameter Φ1000 2 轉(zhuǎn)臺總厚高(mm) Table height 540 3 轉(zhuǎn)臺中心定位孔直徑(mm) Center bore diameter Φ135深6 4 工作臺T型槽寬度(mm) T-slot size 18深12 5 工作臺基準(zhǔn)T型槽寬度(mm) 18深8 6 設(shè)定最小分度單位(。) Minincrement 0

38、.001 7 工作臺的分度精度 4" 8 工作臺的重復(fù)精度 2" 9 工作臺最高轉(zhuǎn)速(r/min) 500 10 冷卻條件下最大驅(qū)動力矩(Nm) Max.torque capacity 5597 11 冷卻條件下額定驅(qū)動力矩(Nm) Max.torque capacity 3298 12 工作臺最大承載能力(kg) Max．Load capacity 1500 13 工作臺最大靜態(tài)鎖緊力矩(Nm) 6000 14 最大鎖緊油壓(Mpa) 3.5 15 冷卻功率(Kw) 7 3.1.2 外觀圖片

39、 圖3-1 直接驅(qū)動式精確數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 3.2電機(jī)選擇 3.2.1力矩電機(jī)的原理 力矩電機(jī)是為滿足低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩負(fù)載要求而設(shè)計制造的一種特殊電動機(jī)。與一般電機(jī)不同的是，它只利用轉(zhuǎn)子靜止或接近靜止時的轉(zhuǎn)矩，不強(qiáng)調(diào)機(jī)械功率。普通電動機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)矩雖然也可以利用，但當(dāng)位置發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)矩的變化比較明顯。力矩電機(jī)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中位置發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)矩變化很小，且其工作轉(zhuǎn)角變化范圍較大，可連續(xù)工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。 力矩電機(jī)通常有直流力矩電機(jī)和交流力矩電機(jī)兩種，目前應(yīng)用直流力矩電機(jī)較多。下面就本設(shè)計用到的直流力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行分析介紹。 直流力矩電機(jī)的工作原理與普通直流電機(jī)

40、相同，不同之處在于其結(jié)構(gòu)。為了在一定體積和電樞電壓下產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩和低的轉(zhuǎn)速，直流力矩電機(jī)一般做成扁平式結(jié)構(gòu)，電樞長度與直徑之比一般為0.2左右極對數(shù)較多。為了減小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的波動，選用較多的槽數(shù)和換向片數(shù)。通常采用永磁體產(chǎn)生磁場[6]。 如圖3-2所示為永磁式直流力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)。定子是由軟磁材料制成的帶槽的圓環(huán)，在槽中嵌入永磁體。轉(zhuǎn)子鐵心通常用硅鋼片疊成，槽中嵌入電樞繞組，電樞繞組為單波繞組[19]。槽楔由銅板制成，兼作換向片，槽楔兩端伸出槽外，一端作為電樞繞組接線用，另一端排列成環(huán)形換向器。轉(zhuǎn)子的所有部件使用高溫環(huán)氧樹脂澆鑄成整體。 圖3-2 永磁式直流力矩電機(jī) 在直流電機(jī)中，

41、若兩臺電機(jī)的電樞體積相同，它們的電樞直徑分別為D1和D2，電樞長度分別為L1和L2，假設(shè)它們的極對數(shù)p、極弧數(shù)ap、槽數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)a、電樞電流Ia和氣隙磁通密度B均相同，槽面積與電樞直徑的二次方成正比，每槽導(dǎo)體數(shù)也與電樞直徑的二次方成正比，則它們產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之比為： ………（3-1） 由式3-1可看出，在上述前提下，電磁轉(zhuǎn)矩于與電樞直徑成正比，這就是直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩大的原因。 3.2.2力矩電機(jī)的外形及參數(shù) 圖3-3 整套轉(zhuǎn)矩電機(jī) 1FW3 由設(shè)計規(guī)格參數(shù)得 ………………………（3-2） 冷卻條件下最大驅(qū)動力矩（N.m）Max.torque為5597； 冷卻條件下額

42、定驅(qū)動力矩（N.m）Max.torque為3298； 經(jīng)查1FW3-選型手冊[13]-0809-cs185頁得 本設(shè)計中所用到的電機(jī)參數(shù)匯總表 電機(jī)型號 nN MN IN PN η 3) M 最大 Imax n 最大機(jī)械 [RPM] [Nm] [A] [kW] [%] [Nm] [A] [RPM] ALM 1) 425 V SLM 2) 380 V ALM 1) 425 V SLM 2) 380 V 1FW3285-3M 600 520 4400 469 276,0 248

43、,0 97 8150 942 1000 ALM = 調(diào)節(jié)型電源模塊（Active Line Module） SLM = 非調(diào)節(jié)型電源模塊（Smart Line Module） 有效系數(shù). 本設(shè)計所用到的力矩電機(jī)主要尺寸參數(shù)如圖3-4所示 圖3-4 力矩電機(jī)主要尺寸參數(shù) 3.3轉(zhuǎn)臺軸承選擇 本設(shè)計選用轉(zhuǎn)臺軸承將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給轉(zhuǎn)臺。轉(zhuǎn)臺軸承的特點(diǎn)是：YRT軸承由一個推力/向心座圈，一個推力/向心軸圈，一個推力墊圈，兩個滾針保持架組件和一組向心圓柱滾子組成。 座圈和軸圈有均布的安裝用螺釘孔。該型軸承具有高軸向和徑向承載能力。高傾斜剛度和極高的精度。適用于回轉(zhuǎn)工作臺

44、，卡盤和銑刀頭以及測量和實(shí)驗(yàn)中的軸承配置。該型軸承對與之相配的設(shè)備零件的要求也較高。安裝時需控制安裝螺釘?shù)呐ぞo力矩。 軸承特點(diǎn)： 1、高精度：精度可達(dá)到P4、P2級； 2、高剛性：該系列軸承均帶有預(yù)載荷； 3、高承載：可承受軸向載荷、徑向載荷、傾覆載荷。 4、高轉(zhuǎn)速：YRTS系列軸承可應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高的工作場合。 適用范圍：被廣泛應(yīng)用于精密回轉(zhuǎn)臺立式磨床、分度頭、滾齒機(jī)、銑齒機(jī)工件軸等精密裝置。其外形如圖3-5所示,轉(zhuǎn)臺軸承參數(shù)表如表3-2[9]所示： 圖3-5 YRT 轉(zhuǎn)臺軸承 表 3-2轉(zhuǎn)臺軸承參數(shù)表 軸承代號bearing type 外形尺寸bounda

45、ry dimensions 固定孔 fixing holes d D H H1 C D1 J J1 內(nèi)圈inner ring 外圈outer ring 單位unit： mm d1 d2 a 數(shù)量 quantity d3 數(shù)量quantity mm mm YRT50 50 126 30 20 10 105 63 116 5.6 — — 10 5.6 12 YRT80 80 146 35 23.35 12 130 92 138 5.6 10 4 10 4.6 12 YRT100 100 185

46、 38 25 12 160 112 170 5.6 10 5.4 16 5.6 15 YRT120 120 210 40 26 12 184 135 195 7 11 6.2 22 7 21 YRT150 150 240 40 26 12 214 165 225 7 11 6.2 34 7 33 YRT180 180 280 43 29 15 244 194 260 7 11 6.2 46 7 45 YRT200 200 300 45 30 15 274 215

47、285 7 11 6.2 46 7 45 YRT260 260 385 55 36.5 18 345 280 365 9.3 15 8.2 34 9.3 33 軸承代號bearing type 外形尺寸boundary dimensions 固定孔 fixing holes d D H H1 C D1 J J1 內(nèi)圈inner ring 外圈outer ring 單位unit： mm d1 d2 a 數(shù)量 quantity d3 數(shù)量quantity mm mm YRT325 325 450 60

48、 40 20 415 342 430 9.3 15 8.2 34 9.3 33 YRT395 395 525 65 42.5 20 486 415 505 9.3 15 8.2 46 9.3 45 YRT460 460 600 70 46 22 560 482 580 9.3 15 8.2 46 9.3 45 YRT580 580 750 90 60 30 700 610 720 11.4 18 11 46 11.4 42 YRT650 650 870 122 78 34

49、 800 680 830 14 20 13 46 14 42 YRT850 850 1095 124 80.5 37 1018 890 1055 18 26 17 58 18 54 YRT950 950 1200 132 86 40 1130 990 1160 18 26 17 58 18 54 YRT1030 1030 1300 145 92.5 40 1215 1075 1255 18 26 17 60 18 66 結(jié)合所選定的電機(jī)參數(shù)初選轉(zhuǎn)臺軸承參數(shù)如下 軸承代號bearing

50、 type 外形尺寸boundary dimensions 固定孔 fixing holes d D H H1 C D1 J J1 內(nèi)圈inner ring 外圈outer ring 單位unit： mm d1 d2 a 數(shù)量 quantity d3 數(shù)量quantity YRT580 580 750 90 60 30 700 610 720 11.4 18 11 46 11.4 42 3.4轉(zhuǎn)臺軸承校核 根據(jù)參數(shù)：冷卻條件下最大驅(qū)動力矩（Nm）.max.torque=5597 因?yàn)镴=610mm 所以 =0.

51、305m （3-3） 所以： N 18.35KN （3-4） 根據(jù)插值法可求得[1]： []=306.84KN 由于F >[]=306.84KN 所以該轉(zhuǎn)臺軸承符合要求。 3.5轉(zhuǎn)臺軸承上的螺栓校核 由于轉(zhuǎn)臺軸承上的螺栓承載較大的傳動力矩，所以其強(qiáng)度也需要校核。 選擇螺栓的材料為Q-235，則： 根據(jù)參數(shù)：冷卻條件下最大驅(qū)動力矩（Nm）.max.torque=5597 因?yàn)镴=610mm 所以 =0.305m………………… （3-5） 所以 N………………………………（3-6）

52、 由于轉(zhuǎn)臺軸承是由46顆螺栓共同傳遞力矩 所以： ………………………（3-7） 將參數(shù)輸和上面所算的的數(shù)據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊（軟件版）V3.0[5]可得 受橫向載荷－緊螺栓連接校核計算結(jié)果 橫向載荷 FA = 0.4 kN 螺栓機(jī)械性能等級 = 6.8 螺栓屈服強(qiáng)度 σs = 480 MPa 安全系數(shù) Ss1 = 3.5 螺栓許用應(yīng)力 [σ] = 137.14 MPa 可靠性系數(shù) Kf = 1.2 接合面間摩擦因數(shù) f = 0.15 接合面數(shù) m = 1 螺栓預(yù)緊力 Fp = 3.20 kN 螺栓公稱直徑 Md = M10 螺栓小徑d1 =

53、 8.376 mm 螺栓計算應(yīng)力 σ = 75.74 MPa 校核計算結(jié)果： σ≤[σ] 滿足 根據(jù)上面計算可得，所選用的的螺栓滿足設(shè)計要求。 3.6小液壓缸選擇 3.6.1液壓缸的缸徑/桿徑的選擇原則： （1）根據(jù)本設(shè)備或裝置的行業(yè)規(guī)范或特點(diǎn)，確定液壓系統(tǒng)的額定壓力P；專用設(shè)備或裝置液壓系統(tǒng)的額定壓力由具體工況定，一般建議在中低壓或中高壓中進(jìn)行選擇。 （2）根據(jù)本設(shè)備或裝置的作業(yè)特點(diǎn)，明確液壓缸的工作速度要求。 （3）參照“條件一”缸徑/桿徑的初選方法進(jìn)行選擇。 已知設(shè)備或裝置液壓系統(tǒng)控制回路供給液壓缸的油壓P、流量Q及其工況需要液壓缸對負(fù)載輸出力的作用方式推力的工況

54、。初定缸徑D：由條件給定的系統(tǒng)油壓P（注意系統(tǒng)的流道壓力損失），滿足推力F1的要求對缸徑D進(jìn)行理論計算，參選標(biāo)準(zhǔn)缸徑系列圓整后初定缸徑D； 初定桿徑d：由條件給定的輸出力的作用方式為推力F1的工況，選擇原則要求桿徑在速比1.46~2（速比：液壓缸活塞腔有效作用面積與活塞桿腔有效作用面積之比）之間，具體需結(jié)合液壓缸回油背壓、活塞桿的受壓穩(wěn)定性等因素，參照相應(yīng)的液壓缸系列速比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行桿徑d的選擇。 根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)查表得液壓缸的缸徑和桿徑如表3-3 表3-3 液壓缸缸徑/桿徑 序號 缸徑 （mm） 推力（KN） 桿徑 (mm) 拉力（KN） 壓力等級（MPa） 壓力等級（MPa

55、） 7 14 16 21 25 31.5 7 14 16 21 25 31.5 2 40 7 18 20 26 31 40 20 7 13 15 20 24 30 3.6.2液壓缸行程 （1）行程S=實(shí)際最大工作行程Smax+行程富裕量△S； 行程富裕△S=行程余量△S1+行程余量△S2+行程余量△S3。 （2）行程富裕量△S的確定原則 一般條件下應(yīng)綜合考慮：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝尺寸的制造誤差需要的行程余量△S1、液壓缸實(shí)際工作時在行程始點(diǎn)可能需要的行程余量△S2和終點(diǎn)可能需要的行程余量△S3（注意液壓缸有緩沖功能要求時：行程富裕量△S的

56、大小對緩沖功能將會產(chǎn)生直接的影響，建議盡可能減小行程富裕量△S）； 3.6.3端位緩沖的選擇 下列工況應(yīng)考慮選擇兩端位緩沖或一端緩沖： （1）液壓缸活塞全行程運(yùn)行，其往返動行速度大于100mm/s的工況，應(yīng)選擇兩端緩沖。 （2）液壓缸活塞單向往（返）速度大于100mm/s且運(yùn)行至行程端位的工況，應(yīng)選擇一端或兩端緩沖。 （3）其他特定工況。 3.6.4油口類型與通徑選擇 （1）油口類型： 內(nèi)螺紋式、法蘭式及其他特殊型式，其選擇由系統(tǒng)中連接管路的接管方式確定。 （2）油口通徑選擇原則： 在系統(tǒng)與液壓缸的連接管路中介質(zhì)流量已知條件下，通過油口的介質(zhì)流速一般不大于5mm/s，同時注

57、意速比的因素，確定油口通徑。 3.6.5特定工況對條件選擇 （1）工作介質(zhì)： 正常介質(zhì)為礦物油，其他介質(zhì)必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性等條件的影響。 （2）環(huán)境或介質(zhì)溫度： 正常工作介質(zhì)溫度為-20℃至+80℃，超出該工作溫度必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性及冷卻系統(tǒng)設(shè)置等條件的影響。 （3）高運(yùn)行精度： 對伺服或其他如中高壓以上具有低啟動壓力要求的液壓缸，必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性及細(xì)節(jié)設(shè)計等條件的影響。 （4）零泄漏： 對具有特定保壓要求的液壓缸，必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性等條件的影響。 （5）工作的壓力、速度，工況如： a) 中低壓系

58、統(tǒng)、活塞往返速度≥70~80mm/s b) 中高壓、高壓系統(tǒng)、活塞往返速度≥100~120mm/s 必須注意對密封系統(tǒng)、各部件材料特性、聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)及配合精度等條件的影響。 （6）高頻振動的工作環(huán)境：必須注意其對各部件材料特性、聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)設(shè)計等因素的影響。 （7）低溫結(jié)冰或污染的工作環(huán)境，工況如： 1）高粉塵等環(huán)境； 2）水淋、酸霧或鹽霧等環(huán)境。 必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性、活塞桿的表面處理及產(chǎn)品的防護(hù)等條件的影響。 3.6.6其它特性的選擇 （1）排氣閥 根據(jù)液壓缸的工作位置狀態(tài)，其正常設(shè)置在兩腔端部腔內(nèi)空氣最終淤積的最高點(diǎn)位置，空氣排盡后可防止爬行、保護(hù)密封

59、，同時可減緩油液的變質(zhì)。 （2）泄漏油口 在嚴(yán)禁油液外泄的工作環(huán)境中，由于液壓缸行程長或某些工況，致使其往返工作過程中油液在防塵圈背后淤積，防止長時間工作后外泄，而必須在油液淤積的位置設(shè)置泄漏口。 3.7液壓缸校核 活塞和壓桿的材料為45鋼，查《機(jī)械設(shè)計手冊》[3]得抗拉強(qiáng)度為560Mpa，取安全系數(shù)為1.5，所以其許用應(yīng)力為： 560/1.5=373Mpa 由此選取活塞桿直徑d為8mm（頭部直徑為20mm）， 活塞直徑D為40mm。 活塞和桿重計算： …………………………………………………………………（3-8） 計算單個液壓缸的夾緊力： 查《機(jī)械設(shè)計手冊》可得：活塞和

60、壓桿的材料是45鋼，其抗拉強(qiáng)度為560Mpa，選定彈簧截面直徑，彈簧中徑，圈數(shù)為5圈，每一圈的剛度是32.1N/mm,由此可得整根彈簧的剛度為: …………………………………（3-9） 彈簧預(yù)壓縮量為: …………………………（3-10） 確定活塞的行程為30mm，則彈簧力為: ………………（3-11） 根據(jù)規(guī)格參數(shù)可得：最大緊鎖油壓為3.5Mpa。取效率系數(shù)為0.98，液壓缸的推力： …………………………（3-12） 取夾緊瓦與轉(zhuǎn)臺見得摩擦系數(shù)為0.5.則摩擦力為：………………………（3-13） 八個液壓缸的合力為： ………………………（3-14） ∵F＞Fmax 所

61、以，整個液壓系統(tǒng)最終可以提供工作臺最大靜態(tài)緊鎖力矩為： 由此可見，所選的液壓缸組成的液壓系統(tǒng)可滿足回轉(zhuǎn)工作臺所需的緊鎖力矩要求。其組成如圖3-6 所示 圖3-6 液壓缸 3.8光柵選型 在實(shí)現(xiàn)機(jī)床的定位精度上，先考慮到用齒盤定位，但考慮到它能實(shí)現(xiàn)的定位精度不及光柵，占用空間大。而光柵定位不僅定位精度高，加工速度更快，對于直接驅(qū)動電機(jī)的高動態(tài)性能都能滿足，同時機(jī)械運(yùn)動中的誤差也可以被滑板中的直線光柵尺檢測和被控制系統(tǒng)電路修正。所以最后選用光柵定位[18]。 光柵尺，也稱為光柵尺位移傳感器（光柵尺傳感器），是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)伺服

62、系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。 光柵尺定義： 光柵尺通過摩爾條紋原理，通過光電轉(zhuǎn)換，以數(shù)字方式表示線性位移量的高精度位移傳感器。光柵線位移傳感器主要應(yīng)用于直線移動導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)移動量的精確顯示和自動控制，廣泛應(yīng)用于金屬切削機(jī)床加工量的數(shù)字顯示和CNC加工中心位置環(huán)的控制。 光柵也稱衍射光柵。是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散(分解為光譜)的光學(xué)元件。它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫(刻線)的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數(shù)量很大，一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過光柵每個縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋

63、很寬、明條紋很細(xì)的圖樣，這些銳細(xì)而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長而異，當(dāng)復(fù)色光通過光柵后，不同波長的譜線在不同的位置出現(xiàn)而形成光譜。光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果[17]。 光柵分為物理光柵和計量光柵兩大類。檢測直線位移的稱為直線光柵，檢測角度位移的稱為圓光柵；根據(jù)光電元件感光方式不同，可將光柵分為玻璃透射式光柵和金屬反射式光柵。玻璃透射式光柵和金屬反射式光柵檢測裝置分別如圖3-7和3-8所示。 圖3-7 透射式光柵檢測裝置 圖3-8反射式光柵檢測裝置 玻璃透射式光柵是在透明的光學(xué)玻璃表面制成感光涂層或金屬鍍膜，經(jīng)過涂敷，蝕刻等工藝制成間隔相等的透明與

64、不透明線紋，線紋的間距和寬度相等并與運(yùn)動方向垂直，線紋之間的間距稱為柵距。常用的線紋密度為25條/㎜、50條/㎜、100條/㎜、250條/㎜。條數(shù)越多，光柵的分辨率越高。圓光柵是在玻璃圓盤的圓環(huán)端面上，制成透光與不透光相間的條紋，條紋呈輻射狀，相互間的夾角相等。在測量時，長短兩光柵尺面相互平行地重疊在一起，并保持0.01至0.1mm的間隙，指示光柵相對標(biāo)尺光柵在自身平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一個微小的角度θ。當(dāng)光線平行照射光柵時，由于光的透射和衍射效應(yīng)，在與兩光柵線紋夾角θ的平分線相垂直的方向上，會出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗條紋——莫爾條紋，如圖3-9所示。 圖3-9 莫爾條紋形成原理 兩條暗帶或

65、明帶之間的距離稱為莫爾條紋的間距B，若光柵的柵距為W，則 （3-15） 因?yàn)棣群苄。瑒t （3-16） 由此可見，莫爾條紋的間距與光柵的柵距成正比 由上式可知，莫爾條紋的間距B是光柵柵距W的1/θ，由于θ很?。ㄐ∮?0′），故B＞＞W(wǎng)，即莫爾條紋具有放大作用。例如，當(dāng)柵距為W=0.01㎜，θ=0.001rad時，莫爾條紋的間距B=10㎜。因此，不需要經(jīng)過復(fù)雜的光學(xué)

66、系統(tǒng)，就能把光柵的柵距轉(zhuǎn)換成放大了1000倍的莫爾條紋的寬度，從而大大簡化了電子放大線路，這是光柵技術(shù)獨(dú)有的特點(diǎn)。 光柵尺在使用的時候要注意維護(hù)工作。維護(hù)光柵尺本身具有一定的防護(hù)措施，有的需要給尺盒里面通入潔凈的氣源，保持尺內(nèi)氣壓大于外部氣壓，防止潮氣進(jìn)入，但限于現(xiàn)場的生產(chǎn)環(huán)境及機(jī)床本身的加工條件(如高壓力的切削液等)，還是要做好防污、防振等維護(hù)工作。 光柵尺由于直接安裝于工作臺和機(jī)床床身上，因此，極易受到冷卻液的污染，從而造成信號丟失，影響位置控制精度。冷卻液在使用過程中會產(chǎn)生輕微結(jié)晶，這種結(jié)晶會在掃描頭上形成一層薄膜且透光性差，不易清除，故在選用冷卻液時要慎重。加工過程中，冷卻液的壓力和流量過大，容易形成大量的水霧，會污染光柵尺[4]。 光柵尺最好通入低壓壓縮空氣，以免掃描頭運(yùn)動時形成的負(fù)壓把污物吸入光柵，壓縮空氣必須凈化，濾芯應(yīng)保持潔凈并定時更換。光柵尺拆裝時要用靜力，不能用硬物敲擊，以免引起光學(xué)元件的損壞。 光電脈沖編碼器在使用的時候也要注意維護(hù)。光電脈沖編碼器是在一個圓盤的邊緣上開有間距相等