AC轴回转工作台毕业设计(偏重A轴).doc

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1、AC轴回转工作台设计（偏重A轴） 摘要：本次毕业设计的题目是AC轴数控回转工作台设计。通过对数控回转工作 台的设计，使我们能够掌握机械设计的方法和步骤。本课题研究的主要内容包括：确定数控回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；零件设计与校核； 零件图的绘制与三维模型建立；绘制装配图及运动仿真。对于数控回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿轮传动和蜗杆传动；然后进行各零件的设计与校核，蜗杆与轴采用整体式结构；蜗轮与工作台采用螺钉连接；工作台的平衡通过止推轴承来保证；箱体由箱座、箱盖和顶盖组成，其中箱体上设计了圆台和加强筋；最后，对各零件进行装配。数控机床的圆周进给由回转

2、工作台完成，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、圆弧曲面等。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。目前，数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床。随着数控技术的应用越来越广泛，数控回转工作台的应用已成为历史的必然。关键词：数控回转工作台；齿轮；蜗杆；箱体；建模Design of CNC rotary worktableAbstract：The graduation project is the subject of design of CNC rotary worktable.Through the design of the CNC rotary wo

3、rktable, so that we can master the methods and steps of mechanical design.The main content of this research include: determining the transmission scheme of CNC rotary worktable; driving force calculation and other calculations; part design and verification; part and three-dimensional mapping model;

4、assembly drawing and motion simulation.NC rotary worktable for the design, first of all, the overall design, use of transmission scheme and worm gear drive; then each part of the design and verification, the whole worm and shaft structure; worm screw connection with the worktable; Balance worktable

5、by thrust bearings to ensure; box from the box seat, lid and cover, of which the box on the design of the round table and strengthen the tendons; Finally, the parts for assembly.The circumference of CNC rotary worktable by the completion of the feed, rotary worktable with X, Y, Z three axis coordina

6、tes to be processed into a variety of balls, such as circular surface. Precision rotary worktable can realize automatic indexing, and expand the range of CNC machining. Currently, the NC rotary table CNC boring and milling machines are mainly used. With more and more widespread application of CNC te

7、chnology, CNC rotary worktable applications has become a historical necessity.Keywords: NC rotary worktable; gear; worm; box; modeling1 绪 论1.1本课题的学术背景与实际意义 近年来，随着我国国民经济的迅速发展和国防建设的需要，对高档数控机床提出了急迫的大量需求。机床制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。从某种意义上来说，一个国家机床的发展水平决定着一个国家机械制造业的水平，数控机床和数控技术的应

8、用已经达到了一个新的高度。本次毕业设计的题目是数控回转工作台，它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，常被使用于卧式的镗床和加工中心上。由于能在一次装夹中，可以加工出除定位面之外的五个加工面，所以普遍认为它是叶轮、叶片，螺旋桨、水轮发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等零件加工的唯一手段，也事宜加工汽车、飞机上各种结构件模具的加工。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

9、工中心上，它的总的发展趋势是：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；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地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每年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。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均1520左右的稳定增长。1.2本课题研究的主要内容 通过对数控

10、回转工作台设计，希望学生熟悉机电一体化系统中机械系统设计过程，以及掌握利用AutoCAD或UG来绘制二维图形或创建三维实体的能力。毕业设计环节是教学计划中综合性最强的实践教学环节，对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高毕业生全面素质具有很重要的意义。同时，对所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端。 对数控回转工作台的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。而工科类学生更应侧重于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

11、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。1.3数控回转工作台的结构类型与加工特点 加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心，立式加工中心（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展。五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点，工作一次装夹就可完成五面体的加工。如果配上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更更能够适宜像汽车零部件、飞机结构等现代模具的加工。五轴加工中心的回转轴基本有两种方式：一种是工作台回转轴，另一种是依靠立式主轴头的回转。

12、前者结构相对简单、制造成本较低，尤其是主轴设计不受结构限制，主轴的刚度有保证，而且，可以配用“标准”的刀库和换刀机构，但由于回转工作台不能设计的太大，承重也较小，特别是当A轴回转到90时，工作台受到很大的偏载力矩，所以适合中、小零件的加工。后一种配置形式由于回转进给机构集中在主轴端，结构密集，但由于回转进给结构只驱动主轴头与道具，不受工件重力负荷，所以机构可小巧、灵活，而直线移动的工作台可以设计的非常大，所以更适合如客机机身，大型发动机机壳，大型模具等大型、重型零件的加工。根据课题的研究内容与所给定参数，本次设计所选取的结构是在原立式铣削加工中心的基础上配置一个可绕Z轴回转的数控工作台和绕X轴

13、回转摇摆工作台。实现三轴联动到五轴联动的改造。 五轴联动机床也称五坐标机床，它是在三个平动轴（沿X、Y、Z轴的直线运动）的基础上增加了两个转动轴（能实现绕X轴、Z轴的旋转运动，即A轴和C轴），不仅可使刀具相对与工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对工件的方向也在一定范围内任意可控，工作时具有以下特点：a.可避免道具干涉，加工普通三坐标机床难以加工的复杂零件，加工适应性广，如图一（a）所示；b.对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型，加工质量好、效率高，如图一（b）所示；c.对于一般立体型特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铣刀端面逼近表面进行加工，走刀次数少，残余高度小，可大大提高加工效率和

14、表面质量，如图一（c）所示；d.对工件上多个空间表面可一次装夹进行多面、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，如图一（d）所示，；e.五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态，如图一（e）所示；f.在某些加工场合，如空间受到限制的通道加工或组合曲面的过渡区域加工，可采用较大尺寸的刀具避开干涉，刀具刚度好，有利于提高加工效率与精度，如图一（a）所示。 图1-1五坐标加工的特点2 数控回转工作台的原理与应用2.1数控回转工作台的原理所设计的双轴回转工作台是由一个可绕Z轴做360回转的回转工作台和一个绕X轴做110-70摆动的摆动工作台组成，做C轴运动的回转台安装在摇摆

15、台的U型台架上，U型台架通过两端的支架，固定在直线移动工作台上，回转台与摇摆台的结构如图所示，做C轴运动的回转工作台由伺服电机驱动，经一对齿轮降速，带着蜗杆、涡轮运动，涡轮与回转的台面固连，从而使台面回转。摇摆台的回转运动是由U型台架的回转摆动实现的，驱动U型台架回转的主动轴是左支轴，驱动左支轴的传动系统也是一对齿轮及一个蜗轮-蜗杆副组成，当摇摆台接到数控系统指令后，启动交流伺服电机，按数控指令确定摇摆台的回转方向，回转速度以及回转角度等参数。2.2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）预测意外载荷5）创造

16、有利的载荷条件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） 零件与整体零件之间精度的进行选择11） 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求 2.3传动方案的选择2.3.1传动方案应满足的要求 数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用应采用交流伺服电机，工作台为摆动台（U型架），传动装置由一级齿轮传动和涡轮-蜗杆传动组成。 合理的传动方案主要满足以下要求：（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。（2）工作条件的要求：

17、例如工作环境、场地、工作制度等。（3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。（4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。2.3.2传动方案的分析 数控回转工作台的传动方案有两种：方案一为一级和二级都是齿轮传动；方案二为一级齿轮传动，二级蜗杆传动。方案二传动方案如下图所示： 图2-1传动方案原理图 方案一的最大缺陷是：1.总传动比小；2.占用空间大；3.只能使工作台完成回转功能，无法使工作台完成自锁。而方案二虽然传动效率低，但以上三个功能全部都能完成自锁。所以数控回转工作台传动方案为方案二：伺服电机齿轮传动蜗杆传动工作台。该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能

18、力较高 ，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。2.3.3蜗杆传动方案的特点1传动比大，在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。2传动平稳 蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此传动平稳，噪声低。3可以自锁 当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4效率低、制造成本较高 蜗杆传动方面：齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造

19、。由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。3 A轴回转工作台设计3.1电机的选择3.1.1交流伺服电机原理及选择交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种

20、形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前

21、者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：1.启动转矩大；2.运行范围广；3.无自转现象。由于以上这些特性，本次数控回转工作台的动力部分选择微型伺服电机控制。3.1.2电机参数的选择1.电动机容量. 2. 确定电机转速. 所选松下MSME系列伺服电机的参数如下： 型号额定功率 (kw)额定转速（r/min)最高转速 (r/min)输出转矩 (N.m)最大输出转矩(N.m)松下MGME系列2.01000200019.147.1外形分类适配驱动器型号变压器容量（KVA)质量（kg）F型MFDHTA3903.814.0表3-1 伺服电机的主要参数3.2传动装置传动

22、比的分配和动力参数计算根据表14-8推荐传动比，取齿轮传动比i1=4.5，涡轮蜗杆传动比i2=40.1. 各轴转速2.各轴输入功率3. 各轴输出功率4. 各轴输入转矩5. 各轴输出转矩将上面算得的各轴转矩、转速、传动比以及传动效率记录在下表中：轴名功率（kw）输入 输出 转矩（Nm)输入 输出转速传动比i效率电动机轴 2 19.110001轴1.926 1.90118.34 18.151000 1 0.972轴1.840 1.82179.26 78.46222.2 4.5 0.963轴1.210 1.1982088 20765.56 40 0.792表3-2传动装置的传动比分配与主要计算参数3

23、.3齿轮传动设计3.3.1齿轮传动类型和材料1.根据GB/T10085-1988推荐，采用直齿轮传动形式；2.精度：由于是数控回转工作台减速器设计，精度较高，可选择7级精度；3.材料选择：由机械设计表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，硬度差40HBS，即可满足工作条件；4.初选小齿轮齿数z1=26，大齿轮齿数z2=26x4.5=117。3.3.2按齿面接触强度设计3.3.3按齿根弯曲强度设计对比结果可知，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能

24、力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数1.38并就近圆整为标准值1.5mm，按接触疲劳强度算的分度圆直径d1=40mm，算出小齿轮齿数大齿轮齿数。这样设计出的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.3.4几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径 （2） 计算中心距 （3） 计算齿轮宽度 3.4涡轮与蜗杆的选用校核3.4.1选择蜗杆传动类型 根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）3.4.2选择材料 考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效

25、率高些，耐磨性好些，故蜗杆蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC。蜗杆用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.4.3按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动设计原则，先按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由式（11-12）传动中心距3.4.4蜗杆与涡轮的主要技术参数和几何尺寸（1） 蜗杆 轴向齿距pa=m=8x3.14=25.13mm;直径系数q=10;顶圆直径da1=96mm;齿根圆直径df1=60.8mm;分度圆导程角=111836；蜗杆齿向齿厚sa=0.5m=12.5664mm。（2）

26、涡轮 根据齿数z2=41，变位系数x2=-0.5； 验算传动比 涡轮分度圆直径d2=mz2=8x41=328mm 涡轮喉圆直径da2=d2+2ha2=328+2x8=344mm 涡轮齿根圆直径df2=d2-2hf2=328-2x1.2x8=308.8mm 涡轮咽喉母圆直径rg2=a-0.5da2=200-0.5x344=28mm3.4.5校核齿根弯曲疲劳强度 3.4.6验算效率 3.4.7精度等级 考虑到所设计是数控回转工作台的减速传动机构，根据GB/T10089-1988中选择8级精度。3.5轴承的选用3.5.1轴承的类型 如图所示，轴1选用角接触球轴承，型号7206AC，=25，基本额定动

27、载荷Cr=22.0KN，基本额定静载荷C0r=14.2KN。 图3-1角接触球轴承3.5.2求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2 轴1所受到的轴向力，切向力，径向力如图（a）所示，将轴系部件所受到的空间力系分解为铅垂面（b）和水平面（c)两个平面力系。 （a）图3-2轴1受力分析图 （b）（c）图3-3角接触球轴承受力图由力分析可知：3.5.3求两轴承的计算轴向力Fa1和Fa2 对于7206AC型轴承，按表13-7可知，轴承派生轴向力Fd=0.68Fr，因此3.5.4求轴承当量动载荷P1和P2 由表13-5可知，径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y分别为0.41和0.87 3.5.5验算轴承寿命

28、 因为P2P1按轴承2的受力大小验算3.5.6二轴轴承的校核 如图所示，二轴选用是圆锥滚子轴承，型号30309，基本额定动载荷Cr=108KN，基本额定静载荷C0r=130KN。 轴2所受到的轴向力，切向力，径向力如图（d）所示，将轴系部件所受到的空间力系分解为铅垂面（e）和水平面（f)两个平面力系。（d）图3-4轴2受力分析图（e）（f）图3-5圆锥滚子轴承受力图2.求两轴承的轴向力Fa1和Fa2对于圆锥滚子轴承，按表13-7，轴承派生轴向力Fd=Fr/2Y，查表Y=1.7因此3.求轴承当量动载荷P1和P2，由表13-5分别进行查表或插值计算的径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 X1=0.

29、40，Y1=1.7 对轴承2 X2=1，Y2=0.因轴承运转中由轻微冲击载荷，按表13-6，fp=1.0-1.2，取fp=1.0.则4. 验算轴承寿命 因为P1P2，所以按轴承1的受力大小验算故所选的轴承满足寿命要求。3.6轴的计算与校核3.6.1一轴的设计与校核 轴1的形状如图所示：图3-6轴11. 求出输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1 已知电动机额定功率P=2kw,电动机工作效率为0.97，联轴器传动效率0.99，则一轴的输入功率P1=Px0.97x0.99=1.9206kw。 2. 求作用在齿轮上的力 因已知小齿轮的分度圆直径da1=40.5mm，则3. 初步确定轴的最小直径 先按

30、式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取A=112，于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d0，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相匹配，故应同时选择联轴器的型号。4. 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案 本题的装配方案采用下图所示的装配方案。图3-7轴1零件装配（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 一轴的各段直径和长度如下图所示： 图3-8轴1分段 （3） 轴上零件的周向定位 因为小齿轮的直径和一轴的直径相差不大，所以将小齿轮和一轴做成一体，一轴为齿轮轴。半联轴器与轴的周向定位采用普通半圆键联接。按d4的大小查表得普通

31、半圆键截面bxh=6mmx6mm，键槽用键槽铣刀加工，长为28mm。半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4） 确定轴上圆角 参考表15-2，取轴端倒角为2x45，各轴肩处的圆角半径见图15-26。（5） 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如下图所示。 从轴的结构图以及弯矩图中可以看出截面B是轴的危险截面。现将计算出的截面B的MH，MV及M的值列于下表。 表3-3轴1危险截面应力 图3-9轴1应力分析（6） 按弯扭合成应力校核轴的强度

32、进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即为危险截面B）的强度。根据式及上表中的数据，以及轴双向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力 前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的=60MPa。因此故安全。（7） 绘制轴的工作图 图3-10轴1工作图3.6.2二轴的设计与校核 轴2的形状如下图所示：图3-11轴21. 求二轴(蜗杆轴）上的功率P2、转速n2和转矩T2。 2. 求作用在齿轮以及蜗杆上的的力（1） 大齿轮的受力情况 已知大齿轮分度圆直径为d2=mz2=122x1.5=183mm则： （2） 蜗杆的受力情况 已经蜗杆的分度圆直径d3=80mm

33、，则：3. 初步确定轴的最小直径 按照式（15-2）初步估算轴的最小直径。选轴的材料为45钢，调质处理。根据表（15-3），取An=112，于是得 故取dmin=45mm，取轴的两端直径为45mm。4. 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的布置方案由分析可得装配方案，如下图： 图3-12轴2零件装配（2） 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 由轴的最小直径和分析可知，轴的各段直径与长度如下图所示：图3-13轴2分段1） 为了满足最小直径要求 2） 为了满足大齿轮的装配要求 3） 为了满足蜗轮蜗杆装配要求 （4）轴端倒角轴端倒角为2x45，各轴肩处圆角半径为R5（5）求轴上的载荷 首先根据轴的

34、结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如下图所示。从轴的结构图以及弯矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C的MH，MV及M的值列于下表。 表3-4轴2危险截面应力 图3-14轴2载荷分析图（6） 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即为危险截面B）的强度。根据式及上表中的数据，以及轴双向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力 前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的=60MPa。因此故安全。（7） 绘制轴的工作图 图3-15轴2工作

35、图4 A轴回转工作台结构设计4.1齿轮的结构设计4.1.1小齿轮的结构设计 由前面的计算可知，小齿轮的分度圆直径da1=40.5mm，由于分度圆直径较小，与一轴的直径相差不大，不宜将齿轮与轴分开加工。因此，这里将一轴做成齿轮轴，轴加工出来后，直接在轴上铣出小齿轮，这样既节约材料，又提高了加工效率。齿轮轴如下图所示：图4-1齿轮轴结构设计4.1.2大齿轮的结构设计 由前面的计算可知，大齿轮的齿顶圆直径大于160mm，为了节约材料，大齿轮做成腹板式的，并用普通半圆键与二轴联接。大齿轮结构如下图：图4-2大齿轮零件图 图4-3大齿轮的结构设计4.2蜗轮蜗杆的结构设计4.2.1蜗杆的结构设计 因为蜗杆

36、的螺旋部分的直径不大，所以我们将其与轴2做成一个整体，结构如下图所示。从图中可以看到，蜗杆螺旋部分的两侧设有退刀槽，这样螺旋部分既可以车制，也可以铣制。图4-4蜗杆的结构设计4.2.2涡轮的结构设计 常用的涡轮结构形式有齿圈式、螺栓连接式、整体浇铸式以及拼铸式。整体浇铸式多用于尺寸很小的青铜涡轮或者铸铁涡轮，拼铸式多用于成批制造涡轮。而和螺栓连接式相比，齿圈式涡轮整体结构更为紧凑，而且节约材料。因此我们选择齿圈式涡轮。 这种结构由青铜齿圈和铸铁涡轮组成，齿圈与轮芯多用H7/r6配合，并加装4-6个紧定螺钉，以增强连接的可靠性。为了便于钻孔，应将螺孔中心线由配合缝向材料较硬的轮芯偏移2-3mm。

37、结构如下图所示。 图4-5涡轮的结构设计4.3箱体的结构设计 根据上面的传动方案可知，该工作台箱体主要作用是支承轴系、保证传动件和轴系运转。其中传动件包括一级齿轮传动即齿轮轴，二级蜗轮蜗杆传动机构，包括蜗杆轴，左支轴，右支轴。考虑到摆动工作台是是通过第三根轴带动U型架摆动的（第三轴是分为左右两个部分的），所以箱体分为左右两个箱体，右箱体起主要的承载作用，左边箱体其支撑作用。1） 箱体的高度 对于采用浸油润滑的减速器，箱体除了应满足齿顶圆到油池底面的距离不小于30-50mm，还应使箱体能容纳一定量的润滑油，以保证润滑和散热。初步确定箱体高度的公式为： 2） 箱体要有足够的刚度 箱体的刚度不够，会

38、在加工和工作过程中产生较大的变形，引起轴承座孔中心线倾斜，影响减速器正常工作。箱体的刚度主要取决于箱体的壁厚、轴承座螺栓连接刚度和肋板尺寸。箱体的壁厚要有合理的数值，轴承座、箱体底座等处承受较大的载荷，其壁厚应相应的加厚些。对于铸造箱体，壁厚还应满足铸造壁厚的最小值要求，同时壁厚应该尽可能一直，并采用圆弧过渡。具体尺寸可参见零件图。为了提高轴承座处的联接刚度，座孔两侧的联接螺栓距离应尽可能靠近，为此轴承座孔附近应做成凸台，其高度应保证安装时有足够的扳手空间。3） 设置加强肋板 为了提高轴承座附近箱体的刚度，在平壁式箱体上可适当设置加强肋板。本箱体采用的加强类结构形式为外肋式，结构如下图所示。4

39、） 箱体的加工要求 在设计箱体的机构形状时，应尽可能减小机械加工面积，以提高劳动生产率，并减小当局磨损。还有箱体的任何一处加工面与非加工面必须严格分开。具体结构如下图所示： 图4-6 右箱座图4-7右箱座 图4-8右箱盖图4-9右箱盖4.4U型架的结构设计U型架的作用主要是承载C轴回转工作台并带动其绕A轴摆动，这也是五轴回转工作台的工作原理。U型架的具体尺寸参数是由回转工作台的大小确定的，详细可见零件图。由于U型架上要固定C轴回转工作台，所以还需要加工螺栓连接孔。U型架各处的壁厚尽量保持一致，并且采用圆弧过渡。U型架还需和第三轴联接从而传递运动。所采取的结构形式是用八个内六角圆柱头螺钉与第三轴

40、的轴肩联接，这样U型架在螺钉的联接下可与第三轴产生同步的运动即摆动。U型架与第三轴的联接形式如下图：图4-10 U型架与第三轴联接结构 图4-11U型架4.5A轴回转工作台整体结构设计4.5.1三维零件图的绘制首先，在solidworks中绘制各个零件的草图；其次草图绘制完成后，通过三维立体造型中各个特征程序绘制三维实体。各菜单如图所示： 图4-12草图绘制工具栏 图4-2三维特征工具栏所设计的A轴回转工作台包含了50多个零件，其中非标准件主要有：一轴（齿轮轴）、二轴（蜗杆轴）、三轴（摆动轴）、涡轮、大齿轮、U型架，标准件只要有：轴承、螺栓、螺母、伺服电机、键等。下面举两个具体零件三维建模过程

41、：1） 大齿轮的绘制1.绘制的步骤程序 图4-13大齿轮绘制程序清单三维实体模型 图4-14大齿轮2）箱体的绘制1.绘制步骤程序 图4-15右箱体绘制步骤清单2.三维实体造型 图4-16右箱体4.5.2整体结构的装配 零件绘制完之后，利用装配工具栏先装配出4个组件，然后以箱座为基础进行装配。如图4-6所示，是装配工具栏。 图4-7装配工具栏将一轴齿轮传动，二轴蜗轮蜗杆传动以及三轴传动机构装配在箱体内，则摇摆台的回转运动由U型台架的回转摆动实现的。装配图可见下图并分析运动原理： 图4-12回转工作台传动原理由4-12图可知传动原理为：当摇摆台接到数控系统指令后，启动交流伺服电机，按数控指令确定摇

42、摆台的回转方向，回转速度以及回转角度等参数。电机与一轴通过联轴器联接从而带动一轴同步转动，然后通过一级齿轮传动、二级涡轮蜗杆传动将运动传至第三轴（右支轴），然后驱动U型台架回转的主动轴是右支轴，右支轴与U型架是通过八个内六角圆柱头螺钉所连接保证同步转动的。为了表达更加清晰，我们将二维装配图载入：图4-13回转工作台传动原理通过二维cad图可以更加清晰的看到回转工作台的传动原理。电动机接到数控指令后，通过联轴器带动一轴转动，再通过整个传动机构带动U型架摆动。这里，第三根轴分为左右两个支轴，右支轴起传递作用，左支轴仅仅起到支撑作用。所以箱体的设计也分为左右两个箱体，这样整体的工作台结构就已经完成。 结论本次设计的AC轴数控回转工作台(偏重A轴），有2个自由度。再加上原有机床的三个自由度，这样能在一次装夹中，可以加工出除定位面之外的五个加工面，所以普遍认为它是叶轮、叶片，螺旋桨、水轮发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等零件加工的唯一手段，也事宜加工汽车、飞机上各种结构件模具的加工。它在实际工作领域内用途范围广，具有很高的使用价值。通过此次毕业设计，让我能将自己这四年来所