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数控回转工作台的设计

弧面，还可适应更大的斜面（锥度）和更复杂的直纹曲面零件的加工。

传统的电火花线切割机床的两轴平移坐标工作台以及偏移式丝架、双坐标联动装置的配合也只能加工出上下异性界面形状的零件，仍然无法加工出复杂表面，因此在直线进给运动上叠加回转或者摆动进给运动使之成为多轴联动数控机床。

课题的主要任务（需附有技术指标分析）：

1、确定总体方案；

2、进行必要的匹配计算，选择适当的元器件； 3、机械部分总体设计（装配图A0 1张）;

4、零件设计，绘制零件图若干（折合2张A0图纸）； 5、编写设计说明书1份。

1.3 设计过程

第1-2周：熟悉设计任务，收集，调研 第 3 周：方案论证，作开题报告 第4-6周：总体设计 第7-10周：零、部件设计 第11-13周：撰写说明书

第14周：其他：包括翻译和其他工作

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陕西科技大学毕业论文（设计说明书）

2 工作台设计方案及其分析

2.1 数控电火花线切割机床的机构组成及其作用

机床本体由床身、坐标工作台、运丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等几部分组成。 （1）床身部分：

床身一般为铸件，是坐标工作台、绕丝机构及丝架的支承和固定基础。 （2）坐标工作台部分：

电火花线切割机床最终都是通过坐标工作台与电极丝的相对运动来完成对零件加工的。 （3）走丝机构：

使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。 （4）锥度切割装置：

（a）偏移式丝架：主要用在高速走丝线切割机床上实现锥度切割。

（b）双坐标联动装置：在低速走丝线切割机床上广泛采用，可以实现上下异形截面的加工。

2.2、传动方案的确定

图2-1 回转工作台原理图

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数控回转工作台的设计

由于现有XY坐标工作台电火花线切割机床通过可以实现在XY平面内的曲线切割，因此不需要在Z轴实现回转运动，所以为了实现更多的加工工艺，且考虑到电火花切割时电极丝只能沿Z轴垂直方向，不能有较大的偏移角度，工作台亦不能A、B两轴进行360°的回转运动，否则会造成工作台本身与电极丝发生干涉，破坏工作台机构，因此本设计中采用A、B两轴在一定角度内连续摆动运动。

两轴摆动可联动，也可独立运动，配合已有工作台X、Y轴方向的平移，再通过对数控系统的升级（不属于此题范畴），使该机床成为多坐标联动的数控机床，来完成对复杂直纹曲面的加工。

2.2.1 A轴结构确定

A轴摆动机构采用悬臂式结构，即比B轴少一个支撑座。其运动由交流伺服电机驱动圆柱齿轮传动，带动涡轮蜗杆系统，使工作台实现在A轴内±30°的连续摆动。涡轮蜗杆传动平稳，振动，冲击和噪声均较小，能以单级传动获得较大的传动比，机构紧凑，且当螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时蜗杆传动便具有自锁性，有利于实现回转工作台所要求的分度和锁紧的实现，故选用涡轮蜗杆传动。

当数控工作台接到数控系统的指令后，首先松开运动部分的涡轮加紧装置，同时电机解除自锁，然后启动交流伺服电机，按数控指令确定工作台的回转方向，回转速度及回转角度大小等参数。

因为是涡轮蜗杆传动与分度，所以停位不受限，并不像端齿分度盘一样，只能分度固定的角度的整数倍（5°、10°、15°等），而且偏转范围大，能加工任何角度与倾斜度的孔与表面。齿的侧隙是靠齿轮制造精度和安装精度来保持，大齿轮的支撑轴与蜗杆轴做成一个轴这种连接方式能增大连接的刚度和精度，更能减少功率的损耗。

本设计属于开环数控回转工作台，旋转编码器与交流伺服电机和支撑座的尾端连接，能将旋转后的位置准确的反馈回系统。

设计中应主要减少A轴在X轴方向上的结构尺寸，以减少非加工范围造成的X轴无效行程，并使机构尺寸不会超出工作台范围。同时降低工作台的高度以增大工件的加工厚度，避免A轴机构高度超出丝架的跨度产生运动干涉。

2.2.2 B轴结构确定

B轴工作原理与A轴相同，主要零件类型相同，只是采用两个支撑座以固定安装在XY坐标工作台上，其左支撑座只起到支承作用，只要零件位于右支撑座内。由于B轴位于Y轴工作台上，其尺寸只要不超出Y轴工作台长度即可，因此应只要减少B轴在Y轴方向上的结构尺寸，以减小实际影响Y轴加工范围的机构尺寸。

2.2.3 回转工作台的锁紧原理

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陕西科技大学毕业论文（设计说明书）

在A、B两轴摆动结构中，虽然蜗杆传动具有自锁性能，但是考虑到加工方式的要求和A轴的特殊结构，因此，首先采用伺服电机的自锁实现对机构静止时的锁定，同时采用在摆动轴涡轮轮毂上使用油压环抱式锁紧装置，以大面积的缩进摆动部分，锁紧时圆周表面紧密配合，减少了盘面压力不稳定的起伏，所以具有高刚性和耐重切削的特性。

油压环抱式锁紧装置是由一个薄壁套筒套在涡轮的轮毂上，当套筒内通高压油后，薄壁套筒径向变形，抱紧轮毂。薄壁套筒通过两端的凸缘被固定在箱体上。涡轮被抱紧，与涡轮通轴并固连的大齿轮和右支座轴也被固定，这就意味着回转至某一角度的工作台和B轴机构被夹紧、固定。这对圆锥面、斜面等直纹面的切削、倾斜孔加工会大幅度提高加工系统的刚性，明显提高机床耐重切削的能力-。 锁紧力计算：

输入油压20MPa，锁住面积：油压环长20mm，保守估计80％接触。 则接触面积：

S=πdl80％=π x 66.4 x 20 x 80％=3335.9mm2 （2-1）

锁紧力：

F=psμ = 20 x 3335.9 x 0.2 =13343.6N （2-2）

锁紧力矩：

2.2.4 回转工作台的润滑与密封

因为两轴摆动机构有较大的摆动角度，所以虽然涡轮蜗杆及齿轮传动都是在箱体内，涡轮蜗杆顶面都里箱底有较大的距离，也不能采用常规的甩油润滑。再者箱盖与箱座之间不能有很好的密封，且在倾斜时会将存于箱底的油与齿轮顶脱离接触，没法再甩油。

所以应选用循环喷油润滑。但在装配时轴承部分要先填好润滑脂，以免长时间得不到润滑而降低使用寿命。

喷油润滑的好处非常多，可以冲掉传动过程中齿轮啮合区的磨粒、减少磨损、延长使用寿命、对涡轮蜗杆进行很好的冷却与润滑等。

右支撑座采用常规的齿轮-蜗杆减速器密封方法，各轴承端采用油润滑和橡胶圈密封，与B轴机构连接的轴承段采用橡胶圈密封。

对于左端支撑，采用齿轮减速器的密封方法，各轴承端采用油润滑和橡胶圈密封。

T=FR = 13343.6 x 33.2 x 10-3=443N2m （2-3）

2.3 回转工作台的组成

A、B两轴摆动机构均由交流伺服电机、联轴器、输入轴、高速级小齿轮、高速级大齿轮、中间轴、低速级小齿轮、低速级大齿轮、蜗杆轴、涡轮、涡轮等组成。

B轴：

B轴机构由两个支撑座构成，左支撑座只起支撑作用，传动零件均位于右支撑座内。主要