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直驅(qū)的回轉(zhuǎn)工作臺 開題報(bào)告 班級 機(jī)0606-12號 姓名 王文東 指導(dǎo)教師 王科社 一、綜述 近年來，借助三維CAD建模和有限元分析優(yōu)化的緊密配合，可以精確設(shè)計(jì)出復(fù)雜而高效的各種機(jī)械產(chǎn)品，但與此同時(shí)，產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)和形狀也日趨復(fù)雜，例如多個(gè)自由曲面、多個(gè)非正交基準(zhǔn)、薄壁厚等，使得加工難度也越來越大。 傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的笛卡爾坐標(biāo)進(jìn)給運(yùn)動配合球頭銑刀，雖然能夠加工簡答的自由曲面，但是因受到工具和工件之間可能的干涉限制，難以高效和準(zhǔn)確的加工復(fù)雜的零件。因此在直線進(jìn)給運(yùn)動上疊加回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動的多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床成為當(dāng)前機(jī)床產(chǎn)品創(chuàng)新的主要趨勢。 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要，對高檔數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量需求。機(jī)床制造業(yè)是一國工業(yè)之基石，它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是發(fā)達(dá)工業(yè)化國家，也無不高度重視。機(jī)床是一個(gè)國家制造業(yè)水平的象征。從某種意義上說，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)反映了一個(gè)國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。 2009年我國制定出臺了一系列擴(kuò)內(nèi)需、調(diào)結(jié)構(gòu)、保增長的應(yīng)對措施，工業(yè)和信息化部及有關(guān)部門根據(jù)《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》和《“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)實(shí)施方案》及相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，組織實(shí)施了一批科技重大項(xiàng)目和技術(shù)改造項(xiàng)目，使機(jī)床工具行業(yè)保持持續(xù)增長，工業(yè)總產(chǎn)值實(shí)現(xiàn)同比增長16.1%。2009年我國機(jī)床產(chǎn)值和消費(fèi)額分別達(dá)到153億美元和197億美元，均列世界第一位。通過各項(xiàng)政策措施的落實(shí)到位，促進(jìn)了國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床及其配套產(chǎn)品的迅速發(fā)展，市場需求結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，企業(yè)兼并重組取得較大進(jìn)展，重點(diǎn)企業(yè)的自主創(chuàng)新能力明顯增強(qiáng)。 高檔數(shù)控機(jī)床的自主創(chuàng)新成果顯著。自主創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快，企業(yè)開發(fā)了一批高速、精密、復(fù)合、多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，以及一批大規(guī)格、大噸位數(shù)控機(jī)床新產(chǎn)品，這些新產(chǎn)品基本滿足了國家重點(diǎn)工程用戶加工生產(chǎn)需要，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防軍工發(fā)展中起到了關(guān)鍵作用。在重型、超重型數(shù)控機(jī)床研發(fā)方面，重型龍門五軸聯(lián)動復(fù)合機(jī)床、超重型數(shù)控臥式鏜車床、五軸聯(lián)動葉片加工機(jī)床、數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合加工機(jī)床、大型數(shù)控沖壓生產(chǎn)線等一批國際先進(jìn)水平的高檔數(shù)控機(jī)床的研制成功，滿足了航空航天、發(fā)電設(shè)備、汽車等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)τ诔罅慵闹攸c(diǎn)加工需求；高速/精密數(shù)控車床、加工中心等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、電子、軍工等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，并帶動了眾多中小企業(yè)設(shè)備更新改造和產(chǎn)業(yè)升級。同時(shí)，主機(jī)發(fā)展帶動為其配套的數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動/電機(jī)、各類功能部件等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，延長了產(chǎn)業(yè)鏈，拉動了上下游產(chǎn)業(yè)及地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 二、研究內(nèi)容 所設(shè)計(jì)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺最好要符合以下的主要指標(biāo)：良好的分度精度和重復(fù)定位精度、精度保持性、承載能力、密封性能、足夠的剎緊力和回轉(zhuǎn)定位速度。 在數(shù)控轉(zhuǎn)臺驅(qū)動中，傳統(tǒng)的驅(qū)動方式通常是旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加蝸輪、蝸桿副、齒輪副機(jī)構(gòu)，由于存在機(jī)械傳動鏈，雖有較好的靜態(tài)剛度，但在完成啟動、加速、減速、反轉(zhuǎn)及停車等運(yùn)動時(shí)，會產(chǎn)生彈性變形、摩擦和反向間隙等，造成機(jī)械振動、運(yùn)動響應(yīng)慢、動態(tài)剛度差及其它非線性誤差，難以實(shí)現(xiàn)高精度加工。采用數(shù)控轉(zhuǎn)臺直接驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)“零傳動”，從而可以提高回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)精度與定位精度。 三、實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo) 1回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)方案 回轉(zhuǎn)工作臺的總體布局為：床身作為支承轉(zhuǎn)臺軸承和工作臺的基礎(chǔ)部件固定于地面，上設(shè)有定心軸，回轉(zhuǎn)臺面可繞定心軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 精密轉(zhuǎn)臺式將雙向推力軸承于一個(gè)向心引導(dǎo)軸承緊固在一起這些快速安裝的預(yù)潤滑單元具備極高的剛性和承載能力，并且有特別高的旋轉(zhuǎn)精度。他們能夠承受徑向載荷、軸向載荷和顛覆力矩特別適合需要高精度運(yùn)行的場合。 安裝注意！如果是常規(guī)設(shè)計(jì)安裝L系列支撐圈，軸承的摩擦力矩會有相應(yīng)的增加，支撐圈的高度至少要是墊圈處的高度的2倍。 回轉(zhuǎn)工作臺（主體部分）的外觀圖 2床身 床身采用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鑄鐵，斷面設(shè)計(jì)密筋布置，并采用有限元分析，保證高的抗彎、抗扭剛度，使其具有高的固有頻率，提高抗振性。床身作為支承滑座和工作臺的基礎(chǔ)部件，為保證高載荷下基礎(chǔ)件不變形，床身下設(shè)有三排地腳墊鐵。 3工作臺 回轉(zhuǎn)工作臺采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵加工，工作臺的T型槽用于夾緊工件，工作臺中心有定位止口，與回轉(zhuǎn)軸軸同軸，可用于工件定位。 工作臺的回轉(zhuǎn)精度是由裝在滑座中心軸上的精密圓錐孔雙列圓柱滾子軸承保證，軸承外圈與錐套配合，錐套與工作臺錐孔經(jīng)精密研磨，而雙列圓柱滾子軸承與滑座上的定心軸也是錐孔定位，定心效果好。 安裝時(shí)在推力滾子軸承與工作臺回轉(zhuǎn)軸間調(diào)整有0.03~0.06mm間隙，當(dāng)工作臺浮起時(shí)，此處間隙完全貼合，在精密圓錐孔雙列圓柱滾子軸承及推力滾子軸承的共同作用下，工作臺可完成精密回轉(zhuǎn)。 工作臺的回轉(zhuǎn)分度采用圓光柵進(jìn)行全閉環(huán)控制，帶距離編碼功能，線數(shù)為36000線，系統(tǒng)精度1″，測量步距0.00005，同時(shí)配可調(diào)心型聯(lián)軸器，可將圓光柵回轉(zhuǎn)中心與回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)心調(diào)整一致。 作為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，在使用過程中，490位置的使用率比較大。本方案設(shè)計(jì)有490精確定位，通過機(jī)械方式調(diào)整，使490分度精度更高于任意位置分度精度。 4數(shù)控檢測 回轉(zhuǎn)軸設(shè)有零點(diǎn)限位?；剞D(zhuǎn)分度精度由精密圓光柵反饋數(shù)據(jù)至數(shù)控系統(tǒng)，再由電氣補(bǔ)償達(dá)到。直接測量，無需返回至參考點(diǎn)。 5可靠性分析 機(jī)械可靠性一般可分為結(jié)構(gòu)可靠性和機(jī)構(gòu)可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性主要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及由于載荷的影響使之疲勞、磨損、斷裂等引起的失效；機(jī)構(gòu)可靠性則主要考慮的不是強(qiáng)度問題引起的失效，而是考慮機(jī)構(gòu)在動作過程由于運(yùn)動學(xué)問題而引起的故障。 6力矩電機(jī) 傳統(tǒng)機(jī)床轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)進(jìn)給伺服驅(qū)動主要采用高速伺服電機(jī)加蝸輪蝸桿副傳動方式，由于此種方式動態(tài)響應(yīng)慢，且存在機(jī)械傳動鏈上的彈性變形和反向間隙等因素，因此難以滿足現(xiàn)代高檔數(shù)控機(jī)床加工精度要求；采用永磁環(huán)形力矩電機(jī)直接驅(qū)動方式，取消了中間傳動環(huán)節(jié)，解決了傳統(tǒng)驅(qū)動方式帶來的相關(guān)問題。由于轉(zhuǎn)臺機(jī)械結(jié)構(gòu)的緊湊性，要求電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度，而電機(jī)與負(fù)載的直接耦合要求其轉(zhuǎn)矩波動小，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)床轉(zhuǎn)臺的高精度進(jìn)給。 7閉環(huán)控制 為了克服半閉環(huán)系統(tǒng)的缺陷，獲得更高的控制精度，可以在最終的運(yùn)動部分上安裝高精度的位置反饋元件（如光柵尺、磁柵尺等），而電機(jī)上的編碼器此時(shí)僅作為速度環(huán)的反饋，構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。此時(shí)，驅(qū)動器接受速度指令，完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)的控制則由上位控制器來完成，這樣就可以消除機(jī)械上存在的一切間隙，并且還可以對機(jī)械傳動上出現(xiàn)的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到真正全閉環(huán)的目的，實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制。 四、進(jìn)度的具體安排 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃（起止時(shí)間、工作內(nèi)容） （指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的進(jìn)度計(jì)劃提出要求,至少詳細(xì)到前期、中期和答辯階段） 周次 計(jì) 劃 完 成 工 作 5 1．寫第5周的工作報(bào)告及總結(jié)。 2．計(jì)算，校核。 6 1．寫第6周的工作報(bào)告及總結(jié)。 2． 直驅(qū)的回轉(zhuǎn)工作臺工作原理圖。 7 1．寫第7周的工作報(bào)告及總結(jié)。 2．直驅(qū)的回轉(zhuǎn)工作臺的裝配圖。 8 1．寫第8周的工作報(bào)告及總結(jié)。 2．零件圖、工作原理圖。 9 1．寫第9周的工作報(bào)告及總結(jié)。 10 1． 編寫設(shè)計(jì)說明書的提綱；畢業(yè)設(shè)計(jì)小論文的構(gòu)思與選題，擬定初步題綱； 2． 整理前期的設(shè)計(jì)工作，接受學(xué)校與系的期中檢查； 3． 寫第10周的工作報(bào)告及總結(jié)。 11 1．寫第11周的工作報(bào)告及總結(jié)。 2．動畫演示。 12 1．寫第12周的工作報(bào)告及總結(jié)。 2．初步整理。 13 1． 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的小論文的撰寫； 2． 寫第13周的工作報(bào)告及總結(jié)。 14 1． 完善設(shè)計(jì)圖并打??；整理設(shè)計(jì)說明書并裝訂。 2． 寫第14周的工作報(bào)告及總結(jié)。 15 1． 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)；必要的資料和成果刻光盤存檔；答辨準(zhǔn)備，寫答辯提綱； 2． 在小組內(nèi)進(jìn)行預(yù)答辨。 16 1． 答辯； 2． 歸還學(xué)校和老師提供的圖書資料。 五、參考文獻(xiàn) [1 ] 《現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》編寫組編. 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(第一冊，第二冊).北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [2 ] 范云漲，陳兆年主編.金屬切削機(jī)床簡明手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994 [3 ] 李福生主編.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊.北京：北京出版社，1993 [4 ] 趙松年，張奇鵬主編.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 [5 ] 機(jī)電一體化技術(shù)手冊編委會.機(jī)電一體化技術(shù)手冊，上冊，下冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994 [6 ] 崔旭芳,周英主編. 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