畢業(yè)設(shè)計(jì)-----曲軸中心孔加工機(jī)床設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　ABSTRACT1</p><p><b>　　1緒論2</b></p><p>　　1.

2、1研究背景及研究意義2</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3本課題主要研究?jī)?nèi)容和研究思路4</p><p>　　1.3.1數(shù)控?fù)u臺(tái)簡(jiǎn)介及加工特點(diǎn)4</p><p>　　1.3.2數(shù)控?fù)u臺(tái)基本結(jié)構(gòu)與組成4</p><p>　　2曲軸中心孔加工機(jī)床總體設(shè)計(jì)5</p>

3、<p>　　2.1 機(jī)床設(shè)計(jì)要5</p><p>　　2.2 機(jī)床必要?jiǎng)幼鞣治?</p><p>　　2.3 總體方案的分析6</p><p>　　2.4 具體方案的設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.5 機(jī)床初始參數(shù)的擬定7</p><p>　　2.6 機(jī)床布局形式的確定8</

4、p><p>　　3數(shù)控?fù)u臺(tái)主要機(jī)構(gòu)零件的選擇和特點(diǎn)9</p><p>　　3.1數(shù)控?fù)u臺(tái)底座的設(shè)計(jì)和特點(diǎn)9</p><p>　　3.2數(shù)控?fù)u臺(tái)與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的連接部件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.3數(shù)控?fù)u臺(tái)驅(qū)動(dòng)副的選擇與特點(diǎn)10</p><p>　　3.3.1蝸桿傳動(dòng)的類型選擇11</p><

5、p>　　3.3.2減小傳動(dòng)間隙的雙程蝸桿傳動(dòng)原理和特點(diǎn)11</p><p>　　3.4電機(jī)的選擇和特點(diǎn)13</p><p>　　4雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪的參數(shù)選擇和驗(yàn)算13</p><p>　　4.1雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)原理13</p><p>　　4.2雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算15</p><p>　　

6、4.2.1材料的選擇15</p><p>　　4.2.2基本參數(shù)的確定16</p><p>　　4.2.3蝸桿蝸輪驗(yàn)算19</p><p>　　5左右轉(zhuǎn)臺(tái)軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算20</p><p>　　5.1軸的材料與設(shè)計(jì)主要問題20</p><p>　　5.2軸的初步計(jì)算與選擇20</p><

7、p>　　5.2.1初步估算軸徑20</p><p>　　5.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.2.3軸的強(qiáng)度驗(yàn)算22</p><p>　　6數(shù)控?fù)u臺(tái)有關(guān)部位的介紹和特點(diǎn)23</p><p>　　6.1閉環(huán)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)23</p><p>　　6.2數(shù)控?fù)u臺(tái)的鎖緊23</p>

8、<p>　　6.3電機(jī)的固定24</p><p>　　6.4搖動(dòng)部分的潤(rùn)滑與密封。24</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><

9、;p>　　介紹一種新型的數(shù)控?fù)u臺(tái)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用時(shí)，工作臺(tái)固定在直線進(jìn)給工作臺(tái)的V形槽內(nèi)，不用時(shí)，即可拆下，工作臺(tái)可以由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床共用，其結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)高溫和裝配合理的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)軸與擺動(dòng)軸的兩坐標(biāo)定位。在組合機(jī)床以及高速加工中心中有著廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　詳細(xì)分析和說明了雙回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的作用、構(gòu)造、工作原理和設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)中采用了先進(jìn)的伺服電機(jī)作為數(shù)控?fù)u臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使搖臺(tái)回轉(zhuǎn)控

10、制的角度位置更加準(zhǔn)確精準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)軸尾部裝有光柵，能夠反饋工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的角度和位置，幫助提高工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞1 數(shù)控?fù)u臺(tái)；關(guān)鍵詞2 原理結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵詞3 擺動(dòng)軸</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　A new type of NC rotary table works an

11、d structural characteristics, use, table fixed in the linear feed of the T-slot table, when not in use can be removed, the table can be shared by a number of CNC machine tools Its structure has to adapt to high temperatu

12、res and assembly reasonable, and can achieve rotary and oscillating axle positioning the two coordinates. In the combination of machine tools and high-speed machining center has a wide range of applications.</p>&

13、lt;p>　　Detailed analysis and description of the role of the double rotary table, structure, working principle and design process, design of servo motor using advanced numerical control roll station as the Qudong motor

14、, Shi rock station rotary control of Jiaodu Weizhigengjia accurate precision, drive shaft Tail with grating feedback table to the angle of rotation and position of the rotary table to help improve accuracy. </p>

15、<p>　　Key words: NC rotary table；Principle structure；Oscillating axle ；GIS</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1研究背景及研究意義</p><p>　　曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，曲軸受到周期性變化的燃?xì)鈮毫Α?/p>

16、往復(fù)慣性力、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性力及力矩作用。這些力和力矩的共同作用使曲軸受到復(fù)雜的交變應(yīng)力，由于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲振動(dòng)容易造成疲勞破壞，這就要求曲軸必須有足夠的強(qiáng)度、剛度及良好的平衡性。曲軸具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性差、加工表面多、技術(shù)要求高的特性，加工工藝較為繁雜，其加工質(zhì)量將直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)性能及壽命。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視曲軸的生產(chǎn)，以提高其性能水平，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的需要。近幾年來，國(guó)內(nèi)曲軸加工發(fā)展十分迅速。</p>&

17、lt;p>　　曲軸的加工中心孔，起著曲軸各道工序加工定位基準(zhǔn)作用，因此中心孔的定位直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，中心孔位置的確定至關(guān)重要，關(guān)系到該工件是否具有適當(dāng)?shù)募庸び嗔?，在批量生產(chǎn)中這個(gè)問題的處理更具經(jīng)濟(jì)意義。</p><p>　　為了尋求各種曲軸毛坯以及其它種類零件的最佳加工基準(zhǔn)，本課題提出了一種全新的曲軸毛坯初始加工基準(zhǔn)的加工尋位方式：即在機(jī)器視覺的基礎(chǔ)上， 運(yùn)用三維重構(gòu)技術(shù)在計(jì)算機(jī)中所生成的曲軸毛坯模型與最

18、終所要加工成形的曲軸產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)匹配，獲得曲軸初始加工基準(zhǔn)的最佳定位點(diǎn)，從而更快更好地對(duì)曲軸進(jìn)行后續(xù)整體加工制造。</p><p>　　本論文所研究開發(fā)的方法和技術(shù)，不要求曲軸在機(jī)床上占有唯一正確的位置，因而也無須設(shè)計(jì)制造使用專門的夾具或無須人工測(cè)量找正曲軸毛坯，只需將曲軸依加工方位任意夾緊在機(jī)床上就能正確地進(jìn)行曲軸的數(shù)控加工，即“夾緊一尋位一加工"這一新的操作模式。這種全新的曲軸初始基準(zhǔn)尋位方案將使得

19、目前數(shù)控加工僅僅實(shí)現(xiàn)的切削過程的數(shù)字化(數(shù)字程序控制)擴(kuò)展到包含曲軸毛坯安裝找正、機(jī)床調(diào)整和切削過程的數(shù)字化，從而實(shí)現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行的曲軸毛坯加工過程的全面數(shù)字化。該項(xiàng)目的研究將解決目前數(shù)控加工曲軸中存在的，采用夾具安裝工件所帶來的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、成本增加、柔性低的問題，采用人工測(cè)量找正安裝曲軸帶來的輔助時(shí)間長(zhǎng)、安裝效率低、安裝精度不易保證的問題，以及曲軸毛坯后續(xù)加工中加工余量的均布問題。</p><p>　　

20、1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　曲軸屬于細(xì)長(zhǎng)類零件，加工過程中主要定位基準(zhǔn)是兩端中心孔，按其加工位置可分為兩種：一種是利用雙V型塊或其它方式找出曲軸支承軸頸的幾何中心，在此中心上加工出的中心孔稱為幾何中心孔；另一種是利用專門的質(zhì)量定心機(jī)測(cè)出曲軸的質(zhì)量中心，在此中心上加工出的中心孔稱為質(zhì)量中心孔。由于毛坯的幾何形狀誤差和質(zhì)量分布不勻等原因，一般兩者并不重合。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線中大多采用幾何定心法，在兩工位銑端面打

21、中心孔機(jī)床上完成，但是利用幾何中心孔作定位中心進(jìn)行車加工或磨削加工時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生離心力，不但影響加工質(zhì)量，降低定心元件的使用壽命，而且在加工后剩余的動(dòng)不平衡量較大。在后面的動(dòng)平衡工序中需多次反復(fù)測(cè)量和去重才能達(dá)到要求，影響生產(chǎn)節(jié)拍，效率低，且會(huì)造成個(gè)別半成品報(bào)廢?；谶@種原因，國(guó)外大都采用了質(zhì)量中心孔，利用專門設(shè)計(jì)的測(cè)試設(shè)備來測(cè)試質(zhì)量中心，然后加工出中心孔，并且可將銑兩端長(zhǎng)度和加工質(zhì)量中心孔合并為一道工序，采用CNC技術(shù)控制，加工效

22、率很高。這樣就基本上解決了由于采用幾何中心孔而造成的問題。但值得一提的是若毛坯彎曲變形嚴(yán)重或質(zhì)量嚴(yán)重分布不均勻。采用質(zhì)量中心孔仍不能徹底解決上述問題。對(duì)目前國(guó)內(nèi)外所采用的兩種定心法進(jìn)行比</p><p>　　(1)當(dāng)曲軸毛坯質(zhì)量較差時(shí)，質(zhì)量中心與幾何中心相差較遠(yuǎn)，如采用質(zhì)量中心孔，則大部分毛坯在打完中心孔后，由于與幾何中心孔相差較大成為廢品，質(zhì)量定心機(jī)變成了一臺(tái)檢測(cè)設(shè)備。</p><p>

23、　　(2)當(dāng)曲軸毛坯加工余量較為均勻時(shí)，質(zhì)量中心孔與幾何中心孔基本重合，可以采用幾何中心孔加工設(shè)備。由于曲軸生產(chǎn)線設(shè)備昂貴，在“八五”前，國(guó)內(nèi)主要發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠大多將投資放在曲軸精加工機(jī)床上，如進(jìn)口曲軸磨床、拋光機(jī)、動(dòng)平衡機(jī)等，對(duì)曲軸粗加工尤其是軸頸的粗加工設(shè)備不夠重視，這將造成曲軸在粗加工段產(chǎn)生較大的變形量，直接影響曲軸的最終加工精度，并嚴(yán)重影響引進(jìn)的精加工設(shè)備的效率、精度性，部分廠家甚至對(duì)這些設(shè)備的精度產(chǎn)生懷疑，加工出的曲軸無法滿足高

24、質(zhì)量發(fā)動(dòng)機(jī)的配套需要?！鞍宋濉币院?，各發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠及曲軸專業(yè)制造廠開始意識(shí)到這個(gè)問題，通過咨詢考察，相繼引進(jìn)了一些曲軸的高效、高精度粗加工設(shè)備，如質(zhì)量定心機(jī)、曲軸數(shù)控車床、曲軸內(nèi)銑床、曲軸車?yán)?車一車?yán)?機(jī)床等。</p><p>　　目前曲軸質(zhì)量定心機(jī)的核心技術(shù)掌握在德國(guó)申克公司和美國(guó)平衡工程公司等手中，他們生產(chǎn)的設(shè)備是比較成熟的設(shè)備，不過國(guó)內(nèi)的沈陽(yáng)數(shù)控機(jī)床有限公司已成功的開發(fā)車曲軸質(zhì)量定心機(jī)并應(yīng)用于生產(chǎn)。<

25、;/p><p>　　在計(jì)算機(jī)視覺方面，國(guó)內(nèi)外的研究非?；钴S。在國(guó)內(nèi)研究中，哈工大采用異構(gòu)雙目活動(dòng)視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自主足球機(jī)器人導(dǎo)航。將一個(gè)固定攝像機(jī)和一個(gè)可以水平旋轉(zhuǎn)的攝像機(jī)分別安裝在機(jī)器人的頂部和中下部，可以同時(shí)監(jiān)視不同方位視點(diǎn)，體現(xiàn)出比人類視覺優(yōu)越的一面；在國(guó)外研究中，Nihon大學(xué)將雙目視覺系統(tǒng)用于人體身高的測(cè)量。人體身高在交通售票系統(tǒng)、公園中游客使用娛樂設(shè)施甚至在發(fā)現(xiàn)犯罪嫌疑人方面都是重要的特征。他們?cè)诟鞣N入

26、口處安裝兩臺(tái)攝像機(jī)，通過兩臺(tái)攝像機(jī)獲取的圖像的處理和匹配，利用成像的三角法則對(duì)人體身高做出了判斷，而對(duì)于將計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用于曲軸初始基準(zhǔn)定位方面，在國(guó)內(nèi)外的研究中還很少。</p><p>　　1.3本課題主要研究?jī)?nèi)容和研究思路</p><p>　　1.3.1數(shù)控?fù)u臺(tái)簡(jiǎn)介及加工特點(diǎn)</p><p>　　設(shè)計(jì)加工中心回轉(zhuǎn)工作臺(tái)時(shí)，應(yīng)考慮合理的布局，在滿足功能的前提下，降低

27、成本，同時(shí)要使工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，裝配容易。下面就新開發(fā)的加工中心回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述。</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床上加工曲軸中心孔時(shí)，工作臺(tái)除了需要沿著X坐標(biāo)軸直線方向進(jìn)給外，還需要有繞著X、Y坐標(biāo)軸方向圓周方向旋轉(zhuǎn)。即在一個(gè)平動(dòng)軸基礎(chǔ)上增加兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，不僅可使刀具相對(duì)于工件的位置任意可控，而且刀具軸線相對(duì)于工件的方向也在一定范圍內(nèi)任意可控，使加工工具有以下特點(diǎn)：</p><p&g

28、t;　　a. 可避免刀具干涉，加工復(fù)雜零件時(shí)，加工適應(yīng)性廣。</p><p>　　b. 對(duì)工件上的多個(gè)空間表面可一次裝夾進(jìn)行多面、多工序加工，加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度</p><p>　　c. 對(duì)于直紋面類零件?？刹捎脗?cè)銑方式一刀成型，加工質(zhì)量好、效率高</p><p>　　設(shè)置在機(jī)床身上的工作臺(tái)可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)。定義為A軸，A軸一般工作范圍

29、±10°。工作臺(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)，可以環(huán)繞Y軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸，C軸是360°回轉(zhuǎn)的。這種沒置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸剛性非常好，制造成本比較低，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)角度不大時(shí)，工件切削時(shí)不會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來很大的承載力矩。但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重不大。環(huán)繞Y軸回轉(zhuǎn)的即為轉(zhuǎn)臺(tái)，環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)的即為搖臺(tái)。</p><p>　　數(shù)控?fù)u臺(tái)的基本功用：</p>&

30、lt;p>　　第一，使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給完成切削工作；第二，使工作臺(tái)進(jìn)行分度工作。它按照控制系統(tǒng)的命令，在需要時(shí)完成上述任務(wù)。數(shù)控?fù)u臺(tái)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用無級(jí)變速方式工作，所以定位精度完全由控制系統(tǒng)決定。</p><p>　　1.3.2數(shù)控?fù)u臺(tái)基本結(jié)構(gòu)與組成</p><p>　　數(shù)控?fù)u臺(tái)是基于搖臺(tái)底座基礎(chǔ)上，在數(shù)控?fù)u臺(tái)機(jī)架上通過左右兩個(gè)搖臺(tái)軸與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的連接帶動(dòng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的擺動(dòng)，搖臺(tái)

31、軸的控制則由蝸輪蝸桿副驅(qū)動(dòng)，搖臺(tái)軸支撐起轉(zhuǎn)臺(tái)。而整個(gè)搖臺(tái)底座通過導(dǎo)軌與機(jī)床連接，整個(gè)數(shù)控?fù)u臺(tái)設(shè)計(jì)的草圖如圖1-1：</p><p>　　圖1-1 數(shù)控?fù)u臺(tái)設(shè)計(jì)草圖</p><p>　　所以主軸中心孔加工機(jī)床的搖臺(tái)部件主要由搖臺(tái)底座、左右兩轉(zhuǎn)臺(tái)軸、蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)副以及伺服電機(jī)等組成。 </p><p>　　2曲軸中心孔加工機(jī)床總體設(shè)計(jì) </p><

32、;p>　　2.1 機(jī)床設(shè)計(jì)要</p><p>　　本機(jī)床的設(shè)計(jì)最主要是考慮零件在相對(duì)機(jī)床位置的任意性和機(jī)床加工動(dòng)作的特殊要求，工作環(huán)境和效率要求等，還要考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)合理，占用小，工作可靠，經(jīng)濟(jì)成本等因素。本論文研究的曲軸中心孔專用鉆床，起加工工件是任意放置在機(jī)床工作臺(tái)上的，需要調(diào)整動(dòng)力頭或工作臺(tái)的位置來適應(yīng)加工孔的位置要求。</p><p>　?。?）要求設(shè)備占用盡量小的空間；&l

33、t;/p><p>　　（2）要求機(jī)床能在水平面和垂直面內(nèi)進(jìn)行±10°的擺動(dòng)調(diào)整，以保證動(dòng)力頭軸線與要加工的曲軸毛坯軸線重合；</p><p>　?。?）要求機(jī)床在對(duì)曲軸毛坯進(jìn)行加工前后能有足夠的空間保證曲軸毛坯的上料及下料。</p><p>　　2.2 機(jī)床必要?jiǎng)幼鞣治?lt;/p><p>　　傳統(tǒng)的曲軸中心孔加工機(jī)床其主要運(yùn)行

34、動(dòng)作可分為：主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行曲軸中心孔加工時(shí)，由專用夾具將曲軸緊固在機(jī)床工作臺(tái)上，兩邊鉆頭同時(shí)進(jìn)行鉆削加工。鉆削加工時(shí)，鉆頭一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進(jìn)行橫向進(jìn)給，其運(yùn)動(dòng)形式為：</p><p>　?。?）中心孔加工機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；</p><p>　?。?）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為主軸的橫向進(jìn)給。</p><p>　　本文研究的曲軸中心孔加工機(jī)床最主要的技術(shù)要

35、求是：需要調(diào)整機(jī)床床身和動(dòng)力頭位置來適應(yīng)加工孔的位置要求。這主要是由曲軸毛坯的位置特性和效率要求等因素所決定的。</p><p>　　由于曲軸毛坯是以任意姿態(tài)放置在機(jī)床工作臺(tái)上，放置其上后不能保證曲軸毛坯自身加工中心孔軸線與動(dòng)力頭軸線的重合度，這就需要改變傳統(tǒng)曲軸中心孔加工機(jī)床的動(dòng)力頭或機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式，以補(bǔ)償曲軸任意放置引起的曲軸加工軸線與動(dòng)力頭軸線的不重合度。</p><p>　　

36、針對(duì)以上分析，我們的總體思路是把機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式分成動(dòng)力頭和工作臺(tái)兩部分，即兩部分都可以運(yùn)動(dòng)。故對(duì)于該機(jī)床來說，其運(yùn)動(dòng)形式主要有：</p><p>　　（1）動(dòng)力頭的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；</p><p>　?。?）平端面時(shí)工作臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；</p><p>　?。?）動(dòng)力頭為了補(bǔ)償曲軸中心孔軸線高度而做的豎直移動(dòng)；</p><p>　?。?）工作

37、臺(tái)為了補(bǔ)償曲軸毛坯的放置傾斜度而做的搖擺及旋轉(zhuǎn)定位運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.3 總體方案的分析</p><p>　　針對(duì)以上分析，我們得到了幾套整體運(yùn)動(dòng)思路：</p><p>　　工作臺(tái)動(dòng)的基本構(gòu)思是，動(dòng)力頭只負(fù)責(zé)沿軸向的進(jìn)給切削運(yùn)動(dòng)，而讓整個(gè)工作臺(tái)部分實(shí)現(xiàn)三個(gè)坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)以及搖擺和旋轉(zhuǎn)定位運(yùn)動(dòng)，由于工作臺(tái)加上曲軸毛坯的質(zhì)量很大，同時(shí)滿足各個(gè)方向的移動(dòng)所

38、需的驅(qū)動(dòng)力相應(yīng)也很大，并且要求同時(shí)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)機(jī)構(gòu)的三個(gè)軸向移動(dòng)及繞坐標(biāo)軸的擺動(dòng)對(duì)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了很大的難度。故該方案難以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　動(dòng)力頭動(dòng)的基本構(gòu)思是，完全由動(dòng)力頭單獨(dú)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)曲軸毛坯的對(duì)位加工，即由動(dòng)力頭實(shí)現(xiàn)空間中三個(gè)坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)以及搖擺和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就要求動(dòng)力頭所在床身要有復(fù)雜地運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)床動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來說難度很大，特別是搖擺和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完全由動(dòng)力頭來完成不易實(shí)現(xiàn)。</

39、p><p>　　組合運(yùn)動(dòng)的基本構(gòu)思是，分別調(diào)整動(dòng)力頭和工作臺(tái)的位置，由兩者進(jìn)行相關(guān)運(yùn)動(dòng)，使曲軸毛坯中心孔與動(dòng)力頭準(zhǔn)確對(duì)位，方便動(dòng)力頭對(duì)曲軸毛坯的加工。該方案的特點(diǎn)是不再需要?jiǎng)恿︻^或工作臺(tái)單獨(dú)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)曲軸毛坯的對(duì)位加工，以致增加各自結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，將所需的對(duì)位運(yùn)動(dòng)分解到兩個(gè)部件來承擔(dān)，若分配合理不僅占用空間小、傳動(dòng)鏈短，且加工精度也能很好保證。故選用組合運(yùn)動(dòng)方案。</p><p>　　2.4

40、 具體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　選定組合運(yùn)動(dòng)方案后，就要對(duì)具體的運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)及比較，以滿足曲軸毛坯的中心孔定位加工要求。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭對(duì)曲軸毛坯中心孔的精確定位加工，需要機(jī)床提供沿三個(gè)軸向的移動(dòng)及搖擺和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即沿X、Y、Z三個(gè)方向的移動(dòng)和繞X、Y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。 </p><p>　　對(duì)于沿X、Y、Z三個(gè)軸向的移動(dòng)，可以分散到工作臺(tái)、立柱和主軸箱上，由三個(gè)部件分別運(yùn)動(dòng)來滿足，這

41、樣每個(gè)部件都分擔(dān)到相差不多的負(fù)載，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。剩下兩個(gè)運(yùn)動(dòng)則是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)——如何調(diào)整動(dòng)力頭和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)以補(bǔ)償曲軸任意放置引起的曲軸加工軸線與動(dòng)力頭軸線的不重合度。</p><p>　　在這兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)中，繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，即在水平面內(nèi)的擺動(dòng)由工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)較為容易，由于本機(jī)床的動(dòng)力頭為兩端設(shè)置，即兩個(gè)動(dòng)力頭同時(shí)加工，若用動(dòng)力頭來實(shí)現(xiàn)繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)需調(diào)節(jié)兩個(gè)動(dòng)力頭的擺動(dòng)，而對(duì)于工作臺(tái)來說，只需使用常見的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)

42、即可實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)要求。故繞Y軸上的擺動(dòng)可完全由工作臺(tái)來完成。剩下繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的幾個(gè)方案分析如下：</p><p>　?。?）立柱動(dòng)方案的基本構(gòu)思是，底座固定不動(dòng)，立柱及其上整個(gè)機(jī)床部分作為一個(gè)整體與底座活動(dòng)連接，使其在水平面內(nèi)輕微擺動(dòng)。由于機(jī)床整機(jī)除開底座后的部分質(zhì)量很大，而此方案中是對(duì)整個(gè)該部分進(jìn)行微調(diào)以連帶達(dá)到鉆頭微調(diào)的目的，對(duì)實(shí)現(xiàn)該目的的裝置要求較高。并且位置調(diào)好后，還要對(duì)該部分進(jìn)行牢靠的固定以保證加工穩(wěn)定性，

43、以及微調(diào)精度如何保證等，引出了一系列的問題。</p><p>　?。?）主軸箱動(dòng)：是指機(jī)床除了主軸箱以外的其它部分不擺動(dòng)，通過單一的對(duì)主軸箱軸線的微調(diào)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭軸線與曲軸毛坯軸線的對(duì)位加工。主軸箱相對(duì)于機(jī)床其它部分來說，無論是其質(zhì)量還是體積均較小，且在機(jī)床上的布置空間也較偏，這就使得在直接對(duì)其進(jìn)行微調(diào)時(shí)，對(duì)機(jī)床其它部分的正常運(yùn)行基本上不會(huì)產(chǎn)生影響。但是由于主軸箱還要負(fù)責(zé)Y方向的移動(dòng)，結(jié)構(gòu)已比較復(fù)雜，再要對(duì)其實(shí)行

44、改動(dòng)以達(dá)到設(shè)計(jì)要求基本不可。</p><p>　　（3）工作臺(tái)動(dòng)：立柱和主軸箱都不動(dòng)，僅僅是工作臺(tái)在繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這就需要在轉(zhuǎn)臺(tái)的基礎(chǔ)上再加裝一個(gè)搖臺(tái)，雖然看上去結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，甚至不如以上兩種方案，但由于轉(zhuǎn)臺(tái)和搖臺(tái)的技術(shù)都已相當(dāng)成熟，將兩者加在一起，不僅不會(huì)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且減少了因?yàn)榉珠_而占用的空間，使機(jī)床整體看起來簡(jiǎn)潔，精度也不會(huì)受到影響。</p><p>　　綜合考慮，選擇方案（3）。&

45、lt;/p><p>　　2.5 機(jī)床初始參數(shù)的擬定</p><p>　　對(duì)于本機(jī)床的參數(shù)確定可參照沈陽(yáng)機(jī)床廠的SUC8116a型锪端面轉(zhuǎn)中心孔機(jī)床的主要參數(shù)。該機(jī)床主要參數(shù)如下：</p><p>　　圖2-1 機(jī)床參數(shù)</p><p>　　2.6 機(jī)床布局形式的確定</p><p>　　經(jīng)過收集分析國(guó)內(nèi)外各種臥式車

46、床及銑床的布局，確定如下布局方案：</p><p>　　立柱在床身上做Z方向的移動(dòng)；</p><p>　　工作臺(tái)包含數(shù)控?fù)u臺(tái)和數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，可做X方向的移動(dòng)；</p><p>　　正掛式主軸箱在立柱上做Y方向的移動(dòng)。</p><p>　　根據(jù)以上布局形式的初步確定，運(yùn)用Proe三維軟件做出布局造型如下：</p><p>　

47、　圖2 機(jī)床布局方案</p><p>　　3數(shù)控?fù)u臺(tái)主要機(jī)構(gòu)零件的選擇和特點(diǎn)</p><p>　　3.1數(shù)控?fù)u臺(tái)底座的設(shè)計(jì)和特點(diǎn)</p><p>　　設(shè)計(jì)數(shù)控?fù)u臺(tái)時(shí)，應(yīng)考慮合理的布局，在滿足功能的前提下，降低成本，同時(shí)要使工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，裝配容易。因?yàn)楸患庸さ那S在銑端面時(shí)，需要有沿著X軸方向的直線進(jìn)給，因此整個(gè)數(shù)控?fù)u臺(tái)可以選擇三角形與矩形導(dǎo)軌配合的方式放置

48、在機(jī)床底座上，擺動(dòng)部分則由左右兩轉(zhuǎn)臺(tái)軸帶動(dòng)，因此整個(gè)數(shù)控?fù)u臺(tái)具有夾具式特點(diǎn)的工作臺(tái)，具有兩大特點(diǎn)：</p><p>　　a. 使用時(shí)，工作臺(tái)如夾具固定在直線進(jìn)給工作臺(tái)的三角形與矩形槽內(nèi)，不用時(shí)，即可拆下，工作臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立體。</p><p>　　b． 便于保證裝配精度的特點(diǎn)。</p><p>　　考慮到需要加工的曲軸大多是直徑500㎜～1000㎜，繼而數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的長(zhǎng)

49、度與寬度在900㎜，考慮設(shè)計(jì)時(shí)盡量降低成本、滿足功能的前提下，盡量的縮小搖臺(tái)的尺寸，數(shù)控?fù)u臺(tái)的材料為TH200。</p><p>　　3.2數(shù)控?fù)u臺(tái)與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的連接部件設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的特點(diǎn)是通過傳感副驅(qū)動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)環(huán)繞Y坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)，而數(shù)控?fù)u臺(tái)的作用是驅(qū)動(dòng)整個(gè)數(shù)控?fù)u臺(tái)環(huán)繞X坐標(biāo)軸±10°旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)曲軸加工時(shí)的方位調(diào)整，因此設(shè)計(jì)時(shí)通過左右兩根搖臺(tái)

50、軸與數(shù)控?fù)u臺(tái)的連接起到支撐作用，而搖臺(tái)軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的固定則需要在搖臺(tái)軸上鍛造一個(gè)與法蘭盤一樣結(jié)構(gòu)的凸起軸臂，通過安放在軸臂四周的左右一起八個(gè)螺釘連接來固定搖臺(tái)軸與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)而數(shù)控?fù)u臺(tái)的驅(qū)動(dòng)副帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)環(huán)繞X坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)草圖如下:</p><p>　　圖3-1 數(shù)控?fù)u臺(tái)與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)連接示意圖</p><p>　　兩根搖臺(tái)軸通過圓錐滾子軸承放在搖臺(tái)底座兩側(cè)，為了保證

51、整個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)現(xiàn)實(shí)環(huán)繞X坐標(biāo)軸方向的環(huán)繞，數(shù)控?fù)u臺(tái)底座的上表面需要與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)有一定的間隙，因而數(shù)控?fù)u臺(tái)驅(qū)動(dòng)副帶動(dòng)左右兩根搖臺(tái)軸跟數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　3.3數(shù)控?fù)u臺(tái)驅(qū)動(dòng)副的選擇與特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控?fù)u臺(tái)驅(qū)動(dòng)副的選擇是蝸桿傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)是傳遞空間兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的一種機(jī)構(gòu)，蝸桿傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)、沖擊和噪聲均很小，在一定的條件下具有自

52、鎖性等特點(diǎn)。</p><p>　　3.3.1蝸桿傳動(dòng)的類型選擇</p><p>　　按蝸桿分度曲面的形狀不同，蝸桿傳動(dòng)可分為圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐面蝸桿傳動(dòng)三大類。如下圖：</p><p>　　圖3-2 蝸桿傳動(dòng)類型</p><p>　　其中環(huán)面蝸桿傳動(dòng)具有高效率（85％～90％）、承載能力強(qiáng)（為普通蝸桿傳動(dòng)的2～4倍）的特點(diǎn)，但制

53、造工藝復(fù)雜，國(guó)內(nèi)應(yīng)用還不夠廣泛，但在發(fā)達(dá)國(guó)家，它已成為動(dòng)力蝸桿傳動(dòng)的主要形式。</p><p>　　錐面蝸桿，在美國(guó)由于有專業(yè)工廠成批生產(chǎn)，積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，解決了制造上許多</p><p>　　難點(diǎn)，但是在國(guó)內(nèi)尚處于試制階段，未得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　而普通圓柱蝸桿傳動(dòng)中的阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿）具有加工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械中應(yīng)用最廣，所以蝸桿傳動(dòng)

54、類型的選擇為ZA蝸桿。</p><p>　　圖3-3 阿基米德圓柱蝸桿</p><p>　　3.3.2減小傳動(dòng)間隙的雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)原理和特點(diǎn)</p><p>　　蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于傳動(dòng)比大等特點(diǎn)在機(jī)械傳動(dòng)及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。在某些機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，特別是伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)間隙的要求越來越嚴(yán)格，通常要求零間隙傳動(dòng)，這是因?yàn)閭鲃?dòng)間隙對(duì)伺服控制系統(tǒng)而言直接影

55、響到啟動(dòng)及反向控制精度。為了改善蝸輪蝸桿傳動(dòng)間隙，可采取雙導(dǎo)程蝸桿調(diào)隙法，以及改變蝸輪蝸桿的中心距法，但后者的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且要有足夠的實(shí)施空間，因此使用范圍受到限制。因此采用雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)更為方便。</p><p>　　一：雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)的原理</p><p>　　雙導(dǎo)程圓柱蝸桿傳動(dòng)的工作原理與普通圓柱蝸桿傳動(dòng)沒有本質(zhì)上的不同。在沿蝸桿軸的中心剖面內(nèi)，同樣的蝸桿齒形相當(dāng)丁齒條，蝸輪相當(dāng)于

56、與它嚙合的齒輪。雙導(dǎo)程蝸輪桿傳動(dòng)與普通圓柱蝸輪蝸桿傳動(dòng)的區(qū)別在于：雙導(dǎo)程圓柱蝸桿(包括蝸輪)的左右齒面具有不相等的導(dǎo)程，而同一側(cè)齒面的導(dǎo)程則相等。假如沿著雙導(dǎo)程圓柱蝸桿的分度圓柱展開，其左右齒面上的螺旋線如圖3-4所示。從圖中可以看出，蝸桿的兩個(gè)齒面(即左齒面與右齒面)上有兩個(gè)不相等的導(dǎo)程，導(dǎo)致了蝸桿的軸向齒厚沿其軸線從一端到另一端按一定的比例增大(或者減小)，而與雙導(dǎo)程圓柱蝸桿嚙合的蝸輪齒厚均相等。這樣，當(dāng)蝸桿沿軸向移動(dòng)時(shí)，它們之間的

57、嚙合側(cè)隙也隨之改變。當(dāng)一對(duì)雙導(dǎo)程蝸輪副運(yùn)轉(zhuǎn)很長(zhǎng)時(shí)間后，因磨損造成齒面嚙合側(cè)隙加人而破壞了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，此時(shí)，將雙導(dǎo)程圓柱蝸桿沿齒厚減簿的方向位移一段軸向距離，嚙合側(cè)隙則隨之減小或完全消除，隨之恢復(fù)了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，而無須增加新的結(jié)構(gòu)或改變中心距。這就是雙導(dǎo) 圓柱蝸桿傳動(dòng)的工作原理。</p><p>　　雙導(dǎo)程蝸輪副的嚙合原理與一般蝸輪副的嚙合原理相同。蝸桿的軸向截面相當(dāng)于基本齒條， 蝸輪則相當(dāng)于與其嚙合的齒輪。雖然

58、蝸桿齒左右側(cè)面具有不同的齒距（即不同的模數(shù)）， 但因同一側(cè)面的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件，當(dāng)軸向移動(dòng)蝸桿后，也能保證良好嚙合。</p><p>　　圖3-4 左右齒面上的螺旋線</p><p>　　二： 雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：</p><p>　　1. 嚙合間隙可調(diào)整得很小。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，側(cè)隙可調(diào)整至0.01㎜～0.015㎜，而普通蝸輪副一般只能達(dá)到0.03㎜～0

59、.08㎜再小就容易咬死，因此雙導(dǎo)程蝸輪副能在較小的側(cè)隙下工作，對(duì)提高數(shù)控?fù)u臺(tái)的分度精度非常有利。</p><p>　　2.普通蝸輪副是以蝸桿作徑向移動(dòng)來調(diào)整嚙合側(cè)隙，從而改變傳動(dòng)副的中心距。從嚙合原理角度看，是不合理的。因?yàn)楦淖冎行木鄷?huì)引起齒面接觸情況變差，甚至加劇磨損，不利于保持蝸輪副的精度，雙導(dǎo)程蝸輪副則是用蝸桿軸向移動(dòng)來調(diào)整嚙合側(cè)隙，不會(huì)改變中心距。</p><p>　　3.雙導(dǎo)程蝸

60、桿是用修磨調(diào)整環(huán)來控制調(diào)整量，調(diào)整準(zhǔn)確，方便可靠，而普通蝸輪副的徑向調(diào)整量較難掌握，調(diào)整時(shí)也容易產(chǎn)生蝸桿軸線歪斜。</p><p>　　3.4電機(jī)的選擇和特點(diǎn)</p><p>　　為了保證曲軸加工的精度，則需要數(shù)控?fù)u臺(tái)擺動(dòng)平穩(wěn)，反應(yīng)迅速，轉(zhuǎn)角精準(zhǔn)，而整個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上面所需的夾具、工件等重量的不確定性，要求傳動(dòng)裝置有一定的過載能力，因此選取交流伺服電機(jī)。</p><p>

61、;　　伺服電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或者轉(zhuǎn)速，以帶動(dòng)控制對(duì)象，有控制信號(hào)輸入時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有信號(hào)時(shí)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)。改變控制電壓的大小和相位就可以改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此比普通電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　一：調(diào)速范圍廣。伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓改變，能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。</p><p>　　二：轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實(shí)現(xiàn)迅速啟動(dòng)

62、、停轉(zhuǎn)。</p><p>　　三：控制功率小，過載能力強(qiáng)，可靠性好。</p><p>　　四：脈沖定位，精準(zhǔn)而穩(wěn)定，容易控制。</p><p>　　值得注意的是蝸桿與電機(jī)連接的時(shí)候需要聯(lián)軸器，而在安裝一個(gè)剛性聯(lián)軸器時(shí)要格外小心，特別是過度的彎曲負(fù)載可能導(dǎo)致軸端和軸承的損壞或磨損。</p><p>　　在實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)控?fù)u臺(tái)的過程中，在選取所需

63、的電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要選取參照大量同類搖臺(tái)上的負(fù)載及受力參數(shù)，通過整理等到一個(gè)有效的線性表，去掉兩級(jí)的少數(shù)參數(shù)，再計(jì)算大多數(shù)情況下的負(fù)載和受力來確定所需的電機(jī)型號(hào)，但是本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)條件有限，因此在參照了一些其它相關(guān)的數(shù)控?fù)u臺(tái)設(shè)計(jì)中所選取的電機(jī)后，選擇了FANCU交流伺服電動(dòng)機(jī)，型號(hào)5S，輸出功率0.75KW，最高轉(zhuǎn)速nm=2000r／min。</p><p>　　4雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪的參數(shù)選擇和驗(yàn)算</p>

64、<p>　　4.1雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副與普通蝸輪副相比，在結(jié)構(gòu)上主要表現(xiàn)在雙導(dǎo)程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的導(dǎo)程．而同一側(cè)的導(dǎo)程則是相等的。因?yàn)樵撐仐U的齒厚從蝸桿的一端向另一端均勻地逐漸增厚或減薄，所以雙導(dǎo)程蝸桿又稱變齒厚蝸桿。故可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來消除或調(diào)整蝸輪副的嚙合間隙。</p><p>　　雙導(dǎo)程蝸輪副的嚙合原理與一般蝸

65、輪副的嚙合原理相同。蝸桿的軸向截面相當(dāng)于基本齒條，蝸輪則相當(dāng)于與其嚙合的齒輪。雖然蝸桿齒左右側(cè)而具有不同的齒距(即不同的模數(shù))，但同一側(cè)的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件，當(dāng)軸向移動(dòng)蝸桿后．也能保證良好嚙臺(tái)．如圖4-1所示．圖中，實(shí)線表示變導(dǎo)程漸厚齒形，點(diǎn)化線表示標(biāo)準(zhǔn)齒形。</p><p>　　圖4-1 雙導(dǎo)程蝸桿軸向剖面齒形圖</p><p>　　蝸桿左、右齒面具有不等的軸向節(jié)距：<

66、;/p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中 ——右側(cè)軸向節(jié)距</p><p><b>　　——左側(cè)軸向節(jié)距</b></p><p>　　——公稱軸向節(jié)距，等于左右側(cè)節(jié)距的平均值

67、；</p><p>　　——左右側(cè)節(jié)距與公稱節(jié)距的差值。</p><p>　　相鄰兩齒厚之差為2 ，從中間某個(gè)齒開始，向一側(cè)螺牙厚度依次遞減；而向另一側(cè)螺牙厚度則依次遞增，中間某個(gè)齒的螺牙厚度定為標(biāo)準(zhǔn)值為 ，但各個(gè)齒厚中點(diǎn)的節(jié)距是不變的，都等于公稱節(jié)距 。</p><p>　　由于左右側(cè)節(jié)距是不變的，左右側(cè)模數(shù)也不等。</p><p><

68、;b>　　（3-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中 md——右側(cè)齒模數(shù)；</p><p>　　mx ——左側(cè)齒模數(shù)；</p><p>　　m0——公稱模數(shù)，等于左右側(cè)模數(shù)的平均值；</p><p>　　——左、右側(cè)模數(shù)與公稱模

69、數(shù)的差值。</p><p>　　圖3-2為蝸輪中間剖面齒形圖。公稱分度圓直徑d2和公稱齒頂圓直徑De2分別為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　但是實(shí)際上兩齒側(cè)的模數(shù)是不同的，因此由這兩個(gè)模數(shù)所決定的標(biāo)準(zhǔn)齒形如圖中實(shí)

70、線所示，其分度圓直徑和齒頂圓直接分別為</p><p>　　d2x=mxZ2<d2 （3-7）</p><p>　　De2x=mx（Z2+2 ）<De2 （3-8）</p><p>　　d2d=mdz2>d2

71、（3-9）</p><p>　　De2d=md（Z2+2 ）>De2 （3-10）</p><p>　　蝸輪輪齒兩側(cè)的齒頂圓和齒根圓直徑必須分別相同，都應(yīng)等于公稱齒頂圓和齒根圓直徑。因此，把小模數(shù)側(cè)進(jìn)行正變能，把大模數(shù)側(cè)進(jìn)行負(fù)變位。這樣．蝸桿與蝸輪不但能正常相互嚙合傳動(dòng)．且還能調(diào)整相互嚙合的側(cè)隙。當(dāng)蝸輪副磨損，傳動(dòng)間隙過大時(shí)，通過增減蝸桿兩端的墊

72、片使蝸桿軸向移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)整間隙的作用。</p><p>　　圖4-2 蝸輪中間剖面齒形圖 </p><p>　　4.2雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　4.2.1材料的選擇</p><p>　　蝸桿采用45鋼，表面高頻淬火，硬度45～55

73、HRC，考慮到蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)整個(gè)數(shù)控?fù)u臺(tái)的擺動(dòng)，精度要求非常高，載重也比較大，但是滑行速度較低，因此采用含錫量低的鑄錫鋅鉛青銅（ZcuSn5Pb5Zn5）。</p><p>　　4.2.2基本參數(shù)的確定</p><p>　　參照機(jī)械設(shè)計(jì)蝸桿頭數(shù)與蝸輪齒數(shù)的推薦值，蝸桿頭數(shù)Z1=1，傳動(dòng)比𝔦=50，則Z2=1×50=50，電機(jī)輸出功率為0.75KW，電機(jī)與蝸桿通過聯(lián)軸

74、器連接，傳動(dòng)效率為0.99，則蝸桿輸入功率P=0.75×0.99KW=0.7425KW。蝸桿轉(zhuǎn)速取為n1=250r/min，因此蝸桿上的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　一：作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2</p><p><b>　　蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率 </b></p><p>　　二：載荷系數(shù)KA和許用接觸應(yīng)力、彈性系數(shù)的確定</p>

75、<p>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)表取KA=1， ，選取壽命系數(shù) ，則許用應(yīng)力</p><p>　　由于銅蝸輪與鋼蝸桿相配，得彈性系數(shù) </p><p>　　三：確定公稱模數(shù)及蝸桿蝸輪直徑</p><p>　　參考機(jī)械設(shè)計(jì)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)表，選取 </p><p>　　所以選取公稱模數(shù) ，直徑系數(shù) ，蝸桿公稱軸向節(jié)距和公稱導(dǎo)程：<

76、;/p><p>　　選取頂隙 ，蝸桿公稱分度圓、齒頂圓、齒根圓直徑為：</p><p>　　蝸桿公稱分度圓柱上的螺旋升角為</p><p><b>　　中心距為</b></p><p>　　蝸輪公稱分度圓直徑 和齒頂圓直徑De2可以根據(jù)式（3-5）和（3-6）計(jì)算</p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)蝸輪

77、寬度和外徑計(jì)算公式，齒寬B和外徑 為：</p><p>　　所以取齒寬B=70㎜，外徑 =426㎜。</p><p>　　四：雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)副的特殊參數(shù)</p><p>　?。?）齒厚增量系數(shù) </p><p>　　雙導(dǎo)程圓柱蝸桿軸向移動(dòng)單位長(zhǎng)度時(shí)的軸向齒厚變化量稱為齒厚增量系數(shù) 。 在雙導(dǎo)程圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中是一個(gè)重要參數(shù)，是確定

78、的原始數(shù)據(jù)</p><p>　　蝸輪左右側(cè)變位移距為圖3-3</p><p>　　圖4-3 雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪的嚙合原理</p><p>　　為保證正確嚙合， 點(diǎn)不應(yīng)該超出蝸桿的齒頂高， 點(diǎn)不應(yīng)該超出蝸輪齒頂高，即</p><p>　　所以 </p><p>　　對(duì)于

79、的蝸桿， 值可按下表選取</p><p><b>　　選擇 </b></p><p>　?。?）模數(shù)差 和兩側(cè)模數(shù)分別為</p><p><b>　　㎜</b></p><p><b>　　（3）齒厚調(diào)整量 </b></p><p>　　應(yīng)該根據(jù)補(bǔ)償制造

80、誤差和蝸輪允許的最大磨損量所形成的側(cè)隙選取，選擇 </p><p>　　（4）蝸桿的標(biāo)準(zhǔn)齒形角 和蝸輪分度圓上的壓力角</p><p>　　蝸桿軸向齒形角 可以根據(jù)蝸桿公稱分度圓柱上的螺旋升角λ按照標(biāo)準(zhǔn)選取，因此選取 ，以減少它對(duì)傳動(dòng)誤差的影響。對(duì)于阿基米德蝸桿，蝸桿兩側(cè)面的軸向齒形角和蝸輪兩側(cè)的分度圓壓力角都等于 ，公稱分度圓上兩側(cè)面的壓力角分別為</p><p>

81、;　?。?）蝸桿螺旋線部分長(zhǎng)度L</p><p>　　L由嚙合長(zhǎng)度 、調(diào)整長(zhǎng)度 和工藝長(zhǎng)度組成，計(jì)算較為復(fù)雜，可用作圖法求得。分別過左、右齒面嚙合節(jié)點(diǎn) 、 分別作出左、右齒面嚙合線 ，與蝸輪頂圓和蝸桿齒頂線分別相交，共產(chǎn)生四個(gè)交點(diǎn)。由4個(gè)交點(diǎn)引嚙合線的垂線分別交于蝸桿左、右齒面節(jié)線，得左齒面嚙合區(qū)長(zhǎng)度 及右齒面嚙合區(qū)域長(zhǎng)度 ，同理可得大模數(shù)齒面的 、 ，分別比較兩段數(shù)值較大的相加作為嚙合長(zhǎng)度 ，運(yùn)用PRO/E制圖

82、軟件畫出上述圖形后測(cè)量嚙合長(zhǎng)度為：</p><p>　　當(dāng)ΔS取為0.03時(shí)，</p><p><b>　　，</b></p><p>　　應(yīng)該把 加在蝸桿的厚齒端一邊。</p><p><b>　　工藝長(zhǎng)度 </b></p><p>　　螺旋部分中點(diǎn)處軸向齒厚：</p

83、><p>　　因此蝸輪蝸桿基本尺寸見下表：</p><p>　　4.2.3蝸桿蝸輪驗(yàn)算</p><p>　　一 ：蝸桿的剛度計(jì)算</p><p>　　蝸桿受力后，變形若太大將引起蝸桿牙上的載荷集中，通常將蝸桿的螺旋部分看作以齒根圓直徑為直徑的軸段，主要是校核彎曲剛度，最大彎曲擾度y可按下式計(jì)算：</p><p>　　式中：

84、 、 ——分別為蝸桿所受的圓周力和徑向力；</p><p>　　E——蝸桿材料彈性模量；</p><p>　　I——蝸桿危險(xiǎn)截面慣性距；</p><p>　　——蝸桿兩端支承的跨距；</p><p>　　——最大許用撓度，一般取 ； 為蝸桿分度圓直徑。</p><p>　　計(jì)算得 ，滿足剛度要求。</p>

85、<p>　　二：驗(yàn)算是是否會(huì)發(fā)生根切，因?yàn)榇竽?shù)側(cè)進(jìn)行負(fù)變位，所以只驗(yàn)算大模數(shù)一側(cè)，不發(fā)生根切的蝸輪齒數(shù) 為</p><p><b>　　所有參數(shù)滿足要求。</b></p><p>　　5左右轉(zhuǎn)臺(tái)軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　5.1軸的材料與設(shè)計(jì)主要問題</p><p>　　因?yàn)榇颂庉S帶動(dòng)整個(gè)數(shù)控?fù)u臺(tái)的

86、轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷較大，無其他特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼。</p><p>　　由于數(shù)控?fù)u臺(tái)上工件不確定性，載荷與受力無法確定，因此彎矩?zé)o法求出，但是與蝸輪連接處的軸主要承受轉(zhuǎn)矩，所以在進(jìn)行轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)時(shí)，只能根據(jù)轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度或者經(jīng)驗(yàn)公示估算出軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度驗(yàn)算。</p><p>　　5.2軸的初步計(jì)算與選擇</p><p>　　5.2.1

87、初步估算軸徑</p><p>　　扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸出端的最小軸徑，輸出軸的功率</p><p>　　P為電機(jī)輸出功率0.75KW， 分別為聯(lián)軸器效率、蝸輪蝸桿嚙合效率、平鍵效率，分別取為0.99、0.75、0.99。所以輸出軸功率為</p><p>　　根據(jù)公示 , 為軸的轉(zhuǎn)速，等于蝸輪的轉(zhuǎn)速，取為 ,輸出軸最小直徑：</p><p>　　由于

88、考慮到與蝸輪的連接需要平鍵，軸徑應(yīng)該增加5%，因?yàn)槲纯紤]到彎矩的影響，整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)的重量較大，所以先取相對(duì)一個(gè)較大的值，待整個(gè)軸設(shè)計(jì)完成后通過計(jì)算彎矩的驗(yàn)算，完成整個(gè)設(shè)計(jì)，故取 =70㎜。</p><p>　　5.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　軸與蝸輪的定位采用平鍵連接，為了防止搖臺(tái)軸向移動(dòng)，需要在中間加一相對(duì)兩者大的軸臂，而輸出軸尾部需要加一個(gè)光柵，來對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)搖動(dòng)速度和精度進(jìn)行檢測(cè)反

89、饋，選取的時(shí)候應(yīng)該參選光柵標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榇颂庉S臂沒有起到定位、支撐、傳動(dòng)作用，設(shè)計(jì)時(shí)以光柵標(biāo)準(zhǔn)加工，而與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)連接處需要鍛造一類似于法蘭盤的軸臂，因此右轉(zhuǎn)臺(tái)軸軸一共為九個(gè)軸臂組成，左搖臺(tái)軸由于沒有光柵和輸出軸，只有四個(gè)個(gè)軸臂，結(jié)構(gòu)與右搖臺(tái)軸相同。右轉(zhuǎn)臺(tái)軸結(jié)構(gòu)如圖4-1</p><p>　　4-1 軸上零件的裝配方案</p><p>　　參照機(jī)械設(shè)計(jì)軸上零件的軸向定位和固定方法，非定位軸肩高度

90、一般取為 ，所以對(duì)右轉(zhuǎn)臺(tái)軸徑從右到左取 、 、 、 、 、 、 、 。蝸輪寬度為70㎜，參照平鍵選擇標(biāo)準(zhǔn)，以及輪轂寬度選為104㎜，加上套筒的長(zhǎng)度，選擇軸臂寬度為 ㎜。選取雙列圓錐滾子軸承型號(hào)為97516GB299-85,其寬度為74㎜，選擇軸臂寬度為 ㎜。定位軸臂寬度取為 ㎜，末節(jié)與轉(zhuǎn)臺(tái)連接的軸臂寬度為 。總體結(jié)構(gòu)見圖如圖5-1</p><p>　　圖5-1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p&

91、gt;　　5.2.3軸的強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　　因?yàn)檩敵鲚S只承受轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度，所以按上式求出的直徑只能滿足轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度條件，將底座與軸的連接整體看成一個(gè)支點(diǎn)，但是對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)軸與整個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的連接處截面受到來自轉(zhuǎn)臺(tái)重力所帶來的彎矩，因此需要校核此截面的彎扭合成強(qiáng)度。</p><p>　　左右兩根轉(zhuǎn)臺(tái)軸與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)一起放在搖臺(tái)的底座支架上，因此將兩軸與支架連接處看成支點(diǎn)，而與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)最接近的截面為危

92、險(xiǎn)截面</p><p>　　圖5-2 軸的受力圖</p><p>　　上圖中A、B為軸的支點(diǎn)，C、E相當(dāng)于整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)載荷力，C、E即為兩軸的危險(xiǎn)截面，根據(jù)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度為 =802㎜，高度為350㎜，根據(jù)公式 ，估算已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的轉(zhuǎn)臺(tái)估算重量為17969N, </p><p><b>　　㎜,</b></p><p&g

93、t;　　所以C、E截面的剪力為：</p><p>　　所以C、E截面的彎矩為：</p><p><b>　　軸的轉(zhuǎn)矩：</b></p><p>　　因?yàn)檗D(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力往往不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，因此在計(jì)算彎矩時(shí)，必須計(jì)及這種應(yīng)力循環(huán)特性差異的影響，于是將轉(zhuǎn)矩T轉(zhuǎn)化為相當(dāng)于對(duì)稱循環(huán)是的當(dāng)量彎矩。</p><p><b

94、>　　所以當(dāng)量彎矩 ：</b></p><p>　　其中 為考慮轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的應(yīng)力校正系數(shù)，因?yàn)檩S受不變的轉(zhuǎn)矩，取 </p><p><b>　　由強(qiáng)度計(jì)算公示：</b></p><p>　　查詢機(jī)械設(shè)計(jì)教材軸的常用材料、主要力學(xué)性能、許用彎曲應(yīng)力及用途表得45鋼的許用彎曲應(yīng)力 ，所以強(qiáng)度滿足要求。</p><

95、p>　　6數(shù)控?fù)u臺(tái)有關(guān)部位的介紹和特點(diǎn)</p><p>　　6.1閉環(huán)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到機(jī)器性能要求的精密性以及加工的準(zhǔn)確性，還要與數(shù)控鉆銑床相連成為精密的曲軸中心孔加工機(jī)床，因此要求系統(tǒng)為閉環(huán)．即設(shè)計(jì)一閉環(huán)數(shù)控?fù)u臺(tái)臺(tái)。因此選用特制光柵安裝在與搖臺(tái)支座連接的轉(zhuǎn)臺(tái)軸末端，即使在傳動(dòng)過程中有誤差或間隙也可在反饋后得到數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償。</p><p

96、>　　6.2數(shù)控?fù)u臺(tái)的鎖緊</p><p>　　因?yàn)閿?shù)控?fù)u臺(tái)采用的是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而伺服電機(jī)內(nèi)部配有專門的鎖緊裝置，因此電機(jī)在停止工作后會(huì)自動(dòng)鎖緊。</p><p><b>　　6.3電機(jī)的固定</b></p><p>　　由于箱體表面不利于加工，因此把伺服電機(jī)的固定需要一固定支座，支座為L(zhǎng)型，通過螺釘把支座固定在箱體右邊的底座上，然后再

97、把電機(jī)與支座端面通過螺釘連接。</p><p>　　6.4搖動(dòng)部分的潤(rùn)滑與密封。</p><p>　　擺動(dòng)部分是固定在平動(dòng)工作臺(tái)上的，只能隨X軸平動(dòng)，所以選擇甩油潤(rùn)滑，可采用噴油潤(rùn)滑。在左右搖臺(tái)軸兩端的軸承采用脂潤(rùn)滑，由于蝸桿的轉(zhuǎn)速不高，也可以采用脂潤(rùn)滑。各軸承端則需采用透蓋跟悶蓋密封。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p

98、><p>　　[1] 彭文生，李志明.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社 ，2002，8.</p><p>　　[2] 甘永立.幾何量公差與檢測(cè).上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003，1.</p><p>　　[3] 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006，3.</p><p>　　[4] 范云漲，陳兆年.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北

99、京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994，7.</p><p>　　[5] 汪星橋.機(jī)床設(shè)計(jì)手則.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.12</p><p>　　[6]《Modern Control Engineering Fourth Edition》 Katsuhiko Ogata University of Minnesota.</p><p>　　[7] 《Flow Cont

100、rol Devices》 By Yochanan Dvir.</p><p>　　[8] 戴曙.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.</p><p>　　[9] 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三冊(cè)）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986</p><p>　　[10] 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p>