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数控回转工作台的设计

有一级齿轮减速器和一对涡轮蜗杆传动组成。伺服电机驱动一级齿轮减速器传动，齿轮减速器通过蜗杆轴带动涡轮蜗杆传动，涡轮安装在支承轴上，支承轴与A轴机构箱体螺栓连接，在保证螺栓连接可以安装的同时应尽量减少机构尺寸，以上零件均位于右支撑座内。

A轴：

伺服电机驱动一级齿轮减速器传动，一级齿轮采用垂直方向安装，以减小A轴运动时的极限范围，但应保证对电火花机床工作台尺寸高丝架跨度的要求，扩大可使用的机床范围。

A轴传动零件与B轴右支撑座相同，伺服电机驱动一级齿轮减速器传动，齿轮减速器通过蜗杆轴带动涡轮蜗杆传动，涡轮安装在输出轴上，输出轴与工作台采用螺栓连接，在保证螺栓连接可以安装的同时应尽量减少机构尺寸。

2.4 主要参数

回转角度：±30°

最大回转半径：300mm 最大承载重量：100kg 脉冲当量：0.001° 电动机步距角：0.5°

2.5 回转工作台的传动精度对工艺指标的影响

数控机床中常见的反应式步进电机的步距角一般为0.5°～3°。步距角越小，数控机床的控制精度越高。

步进电机进给系统的脉冲当量一般取为0.01mm或0.001°，这时脉冲位移的分辨率和精度较高，但是由于进给速度v=60fδ(mm/min)或ω=60 fδ(min﹣1)，在同样的最高工作频率?时δ越小，则最大进给速度之值也越小。

步进电动机的进给系统使用齿轮传动，不仅是为了求得必需的脉冲当量，而且还满足结构要求和增大转矩的作用。

在数控机床仅给系统中，考虑惯量、转矩或脉冲当量的要求，必须进行减速的情况下，采用齿轮传动。减速齿轮的齿侧间隙使换向后运动滞后于指令信号，造成开环或闭环伺服进给系统的死区误差，影响定位精度。为了消除齿隙并增强刚性，应采用各种具有消隙或预紧措施的齿轮副。

在数控机床中，分度工作台、数控回转工作台都广泛采用涡轮蜗杆传动。蜗轮副的啮合侧隙对其分度定位精度影响最大，因此消除蜗轮副的侧隙就成为数控回转工作台的关键问题。

一般在要求连续精度分度的机构中或为了避免传动机构因承受脉动载荷而引起扭转的场合往往采用双螺距渐厚蜗杆，以便调整啮合侧隙到最小限度。

双螺距渐厚蜗杆与普通蜗杆的区别是：双螺距渐厚蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距；而同一侧面的齿距则是相等的。

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陕西科技大学毕业论文（设计说明书）

双螺距渐厚蜗杆副的啮合原理与一般蜗杆副啮合原理相同，蜗杆的轴向截面仍相当于基本齿条，涡轮则相当于同它啮合的齿轮。由于蜗杆齿左、右两侧面具有不同齿距，即左、右两侧面具有不同的模数，因而同一侧的齿距相同，故没有破坏啮合条件。

双螺距渐厚蜗杆传动的公称模数m可看成普通蜗轮副的轴向模数，一般等于左、右齿面模数的平均值。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。因此可用轴向移动蜗杆的方法来消除蜗杆与涡轮的齿侧隙-《数控回转工作台的原理和设计》。

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数控回转工作台的设计

3 主要零件的设计

3.1 工作台外形尺寸及重量计算

工作台最大承重：100kg，回转半径：300mm。

由《机械零件手册》查得，工作台材料为45钢，采用淬火提高钢的硬度和强度极限，但由于淬火会引起内应力，使钢变脆，所以工作台淬火后必须回火，以消除内应力。对于工作台连接处，采用焊接处理。其结构如图3-1：

图3-1 工作台结构

工作台尺寸：B=200mm，L=300mm，H=360mm，R1=60mm，r=30mm,m=30mm,n=30mm,a=40mm 工作台通过螺钉与涡轮输出轴连接，连接处进行喷砂处理增大表面摩擦力。螺钉受横向载荷和转矩，当采用螺钉与孔壁间留有间隙的普通螺钉连接时，靠连接预紧后在结合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。

取螺钉直径10mm，数目4根 由《机械设计》查得，螺钉预紧力为 受横向载荷：

(3-1)

受转矩：F1= KS2 T / 4fr = 1.2 x 1210 x 0.3/0.5 x 4 x 0.04 =5440N (3-2) 选择螺栓材料为Q235，性能等级为4.6的螺栓，有《机械设计》查得材料屈服极限为240MPa，安全系数为1.5，故螺栓材料取用应力[ζ]=160 MPa。 求得螺栓危险截面的直径（螺纹小径d1）为：

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陕西科技大学毕业论文（设计说明书）

d1 = （4 x 1.3 x F/π[ζ] ）ˉ3= {[4 x 1.3 x(5440+1210/4)]/ π[ζ] }=7.713mm (3-3) 矩形截面梁的弯曲应力沿截面高度按二次抛物线规律分布在中性轴处弯曲切应力最大。 由

(3-4)

可知工作台可用，工作台中21Kg。

按粗牙普通螺纹标准，选用螺纹公称直径为d=10 mm。

3.2 步进电机的选用及运动参数的计算

已知脉冲当量为0.001°，电机步距角为0.5°,工作台转速为6r/min。 工作台扭矩为：

T=FL=121.05 x10x0.3=363 N2m (3-5)

A轴机构重量小于121Kg,B轴所受扭矩为：

T=FL<（121.05+100）x10x0.2=444N2m (3-6)

工作台转动所需功率为202.5W,A轴机构回转所需功率为700W，所以两个轴的伺服电机采用不同的电机，但主要零件设计方法形同，B轴机构伺服电机选用1000W。

此处仅以A轴机构主要零件设计为例，由《数控机床系统设计》知，总传动比为： 总传动效率为：

ηα=η

i0=α/δ=0.5/0.001=500 (3-7)

轴承2η齿轮2η涡轮、杆2η联轴器

=0.98x0.97x0.8x0.99=0.75 (3-8)

参考《机电传动控制》，伺服步进电机额定功率为

选定伺服电机参数为：

电机型号：ACM604 额定电压：220V 额定功率：400W 额定力矩：1.27N2m 额定转速：3000r/min 电机总长:127.8mm

电机安装直径:70mm 电机重量:1.48Kg

电机轴直径:14mm 伸出轴长度：30mm 磁对极:4

(3-9)

τm