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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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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
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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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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》。