回转工作台设计（共8篇）
回转工作台设计 篇1
1概述
1.1数控加工中心的概述
加工中心自问世至今已有30多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成。
1、基础部件。它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。
2、主轴部件。由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。
3、数控系统。加工小心的数控部分是由CNC装置，可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。
4、自动换刀系统。由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。
5、辅助装置。包括涡滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。
带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称转台或第四轴。
1.2数控回转工作台的发展
数控车床今后将向中高挡发展，中档采用普及型数控刀架配套，高级采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增长。然数控回转工作台更有发展前途,它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被应用于卧式的镗床和加工中心上，可前进加工效率，完成更多的工艺，它重要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙打消和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。
目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，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；
3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。
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，普通工机床将获得年均15％－20％左右的稳定增长。
随着数控功能部件的发展，精密回转工作台对功能部件的依赖性越来越大。从某种程度上讲，功能部件的发展水平代表了主机的发展水平，其可靠性、先进性尤为突出。
精密回转工作台球面蜗轮副具有瞬时多齿接触、磨损小、精度保持持久等优点。而且采用球面蜗轮副后，转台承载能力提高3倍以上。该设备采用气压制动，制动迅速、可靠、耐重切削。其密封采用国外先进公司的产品，防渗漏性能优异。采用高精密轴承，精度保持性能好。数控机床功能部件的产品水平与10年前相比，有了很大的提高。经过近20年的发展，数控分度头、数控刀架产品的品种不断完善，主要性能和可靠性有较大提高。数控刀架、数控转台、数控分度头已能满足中低档数控机床的配套需求。同时也要认识大，为高档数控机床配套的数控附件产品，与国外产品比还有一定差距。
数控回转工作台行业的发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品快速的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张，造成技术创新和技术改造的力度不大，使附件水平的发展严重滞后，成为制约民族机床工业发展的瓶颈。国产回转工作台配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面与发达国家相比都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有较大的优势。
1.3数控回转工作台的功能
数控回转工作台是数控铣床、数控镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要附件。它的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。
数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。数控回转工作台表面光滑平整，美观不易变型，耐高温、耐热、耐酸、耐碱，耐磨损、耐油、使用寿命长，也适合一般工厂作业与精密模具维修，仪器置放与检测等用途耐高温、耐磨损、耐油、使用寿命长，为多功能桌板，适合一般工厂、食品业、研究
室、电子厂无尘室使用。回转工作台耐冲击、吸震、美观，适合一般工厂钳工作业、机具维修、生产线包装与保养厂作业及其它用途使用。而且回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承及双列向心圆柱滚于轴承保持准确的回转中心。
数控回转工作台主要用途：是落地铣镗床，端面铣床等工作母机不可缺少的主要辅机。可用作支承工件并使其作直线或回转等调整和进给运动，以扩大工作母机的使用性能，缩短辅助时间，广泛适用于能源，冶金，矿山，机械，发电设备，国防等行业的机械加工。
1.4 数控回转转台的分类
转台是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工时转动工作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。转台按功能的不同可分为通用转台和精密转台两类。
1.通用转台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。
2精密转台用于在精密机床上加工或角度计量。常见的有光学转台、数显转台和超精密端面齿盘转台。
1.5数控回转工作台的工作原理
为了扩大工艺范围，提高生产率，数控机床回转工作台除具有沿X、r、z三个坐标轴的直线进给运动功能外，摇臂钻床往往还具有绕X、r、Z坐标轴的圆周进给运动。数控机床用于实现回转运动的部件主要就是回转工作台。数控机床回转工作台按安装方式又可分为立式、卧式、万能倾斜式；按照其伺服控制方式又可分为开环和闭环两种。
数控机床回转工作台的分度定位和分度工作台不同，数控机床它是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度，并没有其他的定位元件。因此，对开环数控转台的传动精度要求高比较、传动间隙还尽量要小。
数控机床回转工作台还设有零点，当它作回零控制时，先快速回转运动至挡块压合微动开关时，发出“快速回转”变为“慢速回转”的信号，再由挡块压合微动开关发出从“慢速回转”变为“点动步进”信号，最后由功率步进电动机停在某一固定的通电相位上(称为锁相)，数控机床从而使转台准确地停在零点位置上。数控转台的圆形导轨采用都是大型推力滚珠轴承，使回转灵活。径向导轨由滚子轴承及圆锥滚子轴承保证回转精度和定心精度。摇臂钻床用来调整轴承的预紧力，可以消除回转轴的径向间隙。摇臂钻床是来调整轴承的调整套的厚度，可以使圆导轨上有适当的预紧力，保证导轨有一定的接触刚度。这种数控机床回转
工作台可做成标准附件，回转轴可水平安装也可垂直安装，数控机床以适应不同工件的加工要求。
1.6数控回转工作台的组成
数控回转工作台具有两个正交测试轴的倾角仪作为测试工具，将倾角仪设置于待调平的转台台面中心处，使倾角仪的两个正交测试轴平行于转台台面，通过调整转台底座下的调平机构使倾角仪两测试轴输出的倾斜角度值转台即为调平状态。
等分回转工作台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度。因此必须另辟蹊径开发数控转台和摆头的新型电磁驱动系统，以实现数控机床旋转运动坐标的零传动驱动。
数控回转工作台包括转台底脚、圆形的转台台面、四个安装在转台底脚的上表面、以均角布置的滚动轴承件和一安装在转台底脚上表面中心的内装调心轴承的中心支座，每一滚动轴承件包括一第一滚动轴承和通过第一轮轴支撑第一滚动轴承的支座，回转工作台台面的下表面中心设置有一垂直向下的第二轮轴，回转工作台台面安装在转台底脚之上，第二轮轴与中心支座中的调心轴承的内圈固定，而所述第一滚动轴承的转动表面各与转台台面的下表面滚动接触。方案认证
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）零件与零件之间配合的选择
（11）功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求
2.1方案一
为了保证加工精度，分度工作台的定位精度(定心和分度)要求很高。实现工作台转位的机构很难达到分度精度的要求，所以要有专门定位元件来保证。在方案一中采用定位销式分度工作台。
定位销式分度工作台采用定位销和定位孔作为定位元件，定位精度取决于定位销和定位孔的精度(位置精度、配合间隙等)，最高可达 ±5′′。因此，定位销和定位孔衬套的制造和装配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。图1是自动换刀数控卧式镗铣床的定位销式分度工作台。该分度工作台置于长方形工作台中间，在不单独使用分度工作台时，两者可以作为一个整体使用。
图 1 定位销式分度工作台结构 —挡块； 2 —工作台； 3 —锥套；
—螺钉； 5 —支座； 6 —油缸； 7 —定位衬套； 8 —定位销；
—锁紧油缸； 10 —大齿轮； 11 —长方形工作台； 12 —上底座； 13 —止推轴承； 14 —滚针轴承； 15 —进油管道； 16 —中央油缸； 17 —活塞； 18 —螺栓； 19 —双列圆柱滚子轴承； 20 —下底座； 21 —弹簧； 22 —活塞拉杆
工作台2的底部均匀分布着八个(削边圆柱)定位销 8，在工作台下底座 12 上有一个定位衬套 7 以及环形槽。定位时只有一个定位销插入定位衬套的孔中，其余七个则进人环形槽中，因为定位销之间的分布角度为 45 °，故只能实现 45 ° 等分的分度运动。
定位销式分度工作台作分度运动时，其工作过程分为三个步骤：(1)松开锁紧机构并拔出定位销
当数控装置发出指令时，下底座 20 上的六个均布锁紧油缸 9(图中只示出 一个)卸荷。活塞拉杆 22 在弹簧 21 的作用下上升 15mm，使工作台 2 处于松开状态。同时，间隙消除油缸 6 也卸荷，中央油缸 16 从管道 15 进压力油，使活塞 17 上升，并通过螺栓 18、支座 5 把止推轴承 13 向上抬起，顶在上底座 12 上，再通过螺钉 4、锥套 3 使工作台 2 抬起 15mm，圆柱销从定位
衬套 7 中拔出。(2)工作台回转分度
当工作台抬起之后发出信号使油马达驱动减速齿轮(图中未示出)，带动与工作台 2 底部联接的大齿轮 10 回转，进行分度运动。在大齿轮 10 上以 45 ° 的间隔均布 八个挡块 1，分度时，工作台先快速回转。当定位 销即将 进入规定位置时，挡块碰撞 第一个限位开关，发出信号使工作台降速，当挡块 碰撞第二个限位开关时，工作台 2 停止回转，此时，相应的定位销 8 正好对准定位衬套 7。
(3)工作台下降并锁紧
分度完毕后，发出信号使中央油缸16 卸荷，工作台 2 靠自重下降，定位销 8 插入定位衬套 7 中，在锁紧工作台之前，消除间隙的油缸 6 通压力油，活塞顶向工作台 2，消除径向间隙。然后使锁紧油缸 9 的上腔通压力油，活塞拉杆 22 下降，通过拉杆将工作台锁紧。
工作台的回转轴支承在加长型双列圆柱滚子轴承 19 和滚针轴承 14 中，轴承 19 的内孔带有 1 ： 12 的锥度，用来调整径向间隙。另外，它的内环可以带着滚柱在加长的外环内作 15mm 的轴向移动。当工作台抬起时，支座 5 的一部分 推力由止推 轴承 13 承受，这将有效地减小分度工作台的回转摩擦阻力矩，使工作台 2 转动灵活。
2.2方案二
针对于卧式加工中心的回转工作台，也符合本课题的设计要求，下面对本方案进行简要的介绍：
由于不需要使用回转工作台有圆周进给运动，故对卧式加工中心的回转工作台采用分度回转工作台的设计方案。分度工作台的作用完成分度运动。由于设计要求中分度回转工作台的定位精度和重复定位精度较高，为满足分度精度的要求，我对设计的卧式加工中心的回转工作台采用齿盘定位方式。齿盘分度工作台的分度精度主要由齿盘尺寸精度及坐标精度决定，最高可达正负5”。
鼠齿盘式分度工作台采用 鼠齿盘作为 定位元件。这种工作台有以下特点：(1)定位精度高，分度精度可达 ±2
(2)由于采用多齿重复定位，因而重复定位精度稳定。
(3)因为多齿啮合，一般齿面啮合长度不少于 60 ％，齿数啮合率不少于 90 ％，所以定位刚度好，能承受很大外载。
(4)最小分度为 360 ° ／ Z(Z 为 鼠齿盘的 齿数)，因而分度数目多，适用于多工位分度。
(5)磨损小，且 因为齿盘啮合、脱开相当于两 齿盘对研 过程，所以，随
着使用时间的延续，其定位精度不断提高，使用寿命长。(6)鼠齿盘的 制造比较困难。
图 2为鼠 齿盘及其 齿形结构
图 3为鼠齿盘式分度工作台的结构
主要由一对分度鼠齿盘 13、14，升夹油缸 12，活塞 8，液压马达，蜗轮副 3 ﹑4，减速齿轮副 5、6 等组成。其工作过程如下：(1)工作台抬起，齿盘脱离啮合
当需要分度时，控制系统发出分度指令，压力油进入分度工作台 9 中央 的升夹油缸 12 的下腔，活塞 8 向上移动，通过止推轴承 10 和 11 带动工作台 9 向上抬起，使上、下齿盘 13、14 脱离啮合，完成分度的准备工作。(2)回转分度
当工作台 9 抬起后，通过推动杆和微动开关发出信号，启动液压马达旋转，通过蜗轮 4 和齿轮副 5、6 带动工作台 9 进行分度回转运动。工作台分度回
转角度由指令给出，共有八个等分，即为 45 ° 的整倍数。当工作台的回转角度接近所要分度的角度时，减速挡块使微动开关动作，发出减速信号使液压马达低速回转，为齿盘准确定位创造条件；当达到要求的角度时，准停挡块压合微动开关发出信号，使液压马达停止转动，工作台便完成回转分度工作。(3)工作台下降，完成定位夹紧
液压马达停止转动的同时，压力油 进入升夹油缸 12 的上腔，推动活塞 8 带动工作台下降，数控机床的结构与传动种圆弧或与直线坐标轴联动加工曲面，又能作为分度 头完成 工件的转位换面。
由于数控回转工作台的功能要求连续回转 进给并与其 他坐标轴联动，因此采用伺服驱动系统来实现回转、分度和定位，其定位精度由控制系统决定。
对于工作台的夹紧机构采用液压系统进行压力夹紧。
2.3方案三
在方案三中同样选择使用鼠齿盘式.工作台。
但是与方案二中不同的是夹紧方面可选择使用斜面浮动夹紧机构。斜面浮动夹紧机构如下图所示，当回转工作台需要夹紧、固定时，压力油经滤油器、油泵、电磁换向阀后，再经C口进入油腔，推动活塞运动，从而带动活塞轴2上的斜面滑块5向上运动，由于斜面的作用，使弹性夹紧体4受到比活塞上所受力大许多的垂直方向的力而向外张开，使夹紧导轨板6与夹紧槽面(回转体上开的环形槽)接触、受压产生止压力。并最终靠夹紧导轨板6与夹紧槽面间所产生的摩擦力F使回转工作台可靠地夹紧。为使夹紧体体积小些，受力状况好些，一般此夹紧体均对称地分布于转台上，并尽可能使其力臂大些。我们所采用的为四个对称布置的夹紧体，使中心轴只受扭转力矩，而径向力为零(图2)，以利转台保持高精度。需松开时，只需往D口通入一定的压力油，使活塞向下移动，带动斜面滑块克服夹紧阻力运动，同时由于夹紧弹性体4自身弹性而收缩，使夹紧导轨板与夹紧环形槽面脱开。本例中，夹紧导轨板与回转体环形槽面间始终保持0.1mm左右间隙(两侧面)，以利夹紧动作的可靠性和快速性。
图2 斜面浮动夹紧机构
1.法兰盘 2.活塞轴 3.活塞 4.弹性夹紧体 5.斜面滑块 6.夹紧导轨板 7.定位块
一般地，我们取滑块与斜面间摩擦系数较小，f=0.10，这时摩擦角Ø=tg-1f=5.246°。为了使活塞用较小的驱动力P，产生较大的夹紧力Q，只需＞Ø即可，但考虑到其他一些因素的影响，这里取=7°30′，很显然+Ø＜(/2)成立，从而满足滑块不自锁条件。
设夹紧体所需的夹紧力Q为85kN，由于P=Qtg(+Q)知只需使活塞产生的驱动力P约为20kN即可实现夹紧。显然，P力与Q力相比要小许多，与传统的不带斜面滑块的油缸(夹紧)相比，在相同的油压，需产生相同的夹紧力时，油缸体积要小许多，同时，成本低，无需碟簧复位，节省空间，使整个机构更小巧。通过以上分析可知该斜面浮动夹紧机构与传统油缸相比有许多优点，具有一定的推广性和实用性，对于从事机械设计的工程技术人员在做此类设计工作时，提供了一个较为新颖的可借鉴的夹紧机构。本设计方案选择
对前面三套方案进行分析比较，在基于本课题的设计要求的基础上，以及对于实际情况的考虑，本人决定采用第二套方案！
因为其他两套相较于方案二，会有些不合适的地方。在方案一中因其采用定位销式的定位方式定位精度较低以及旋转角度的限制，很少用于现代数控中心以及加工中心；而在方案三中，采用斜面浮动夹紧机构，其缺点在于动作缓慢影响数控加工中心的效率，而方案二中采用液压系统进行压力夹紧方式更加具有实用性，相较于其他两种夹紧方案更加实际﹑可操作。设计思路
数控回转工作台由交流伺服电动机驱动, 在它的输出轴上接连轴器, 再接一级齿轮减速器。该数控回转工作台由圆"柱齿轮传动系统、涡轮涡杆传动系统、间隙消除装置及液压系统压力夹紧装置组成。
因为是涡轮涡杆传动与分度, 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),而且偏转范围较大(110°～-70°), 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。大齿轮的支撑轴与涡杆轴做成一个轴, 这种联结方式能增大连接的* 刚性和精度, 更能减少功率的损耗。
其工作原理简述如下: 回转工作台的运动由交流侍服电机驱动圆柱齿轮传动, 带动涡轮涡杆系统, 使工作台旋转。当数控回转工作台接到数控系统的指令后, 首先松开圆周运动部分的涡轮夹紧装置, 松开涡轮, 然后启动交流侍服电机, 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.摆动部分的工作原理与此相同。需要说明的是, 当工作台静止时必须处于锁紧状态, 工作台沿其圆周方向均匀分布6 个夹紧液压缸进行夹紧。当工作台不回转时, 夹紧油缸在液压油的作用下向外运动, 通过锁紧块仅仅顶在涡轮内壁, 从而锁紧工作台。当工作台需要回转时, 数控系统发出指令, 反向重复上述动作, 松开涡轮, 使涡轮和回转工作台按照控制系统的指令进行回转运动。
数控回转工作台的设计和计算
整个数控回转工作台按照功用不同可以分为两个组成部分, 即圆周回转部分和摆动部分, 在圆周回转部分和摆动部分中, 又可以按照传动结构分为两个部分, 即齿轮传动部分和蜗轮蜗杆传动部分。以下将简单说明一下计算和设计过程。
圆周回转部分设计、数控回转工作台圆周回转部分的计算主要分为两个部分，即齿轮传动部分和涡轮涡杆传动部分的设计、计算。
这是很常规的计算。主要包括以下内容: 材料选择、精度及参数选择、螺旋角选择、齿宽系数确定、计算齿轮各个直径、中心距、齿轮宽度、齿面接触强度设计、校核弯曲疲劳强度等等。
涡轮涡杆传动设计计算主要包括以下内容: 涡轮涡杆材料、硬度、头数、齿数、螺旋三升角、涡轮齿宽、弯曲疲劳强度校核、效率计算、热平衡计算等等。
摆动部分设计、计算与圆周回转部分的设计过程完全相同, 不再赘述。数控回转工作台关键部件介绍机床产品的很多单元技术都孕育在关键功能
部件之中。在数控回转工作台中, 其主要部件———涡轮涡杆调隙结构、闭环检测结构、回转部位锁紧装置、润滑与密封等部位均属于关键部件。
4.1关键技术解决方法
调隙结构———双螺距渐厚涡杆介绍在数控机床中, 分度工作台、数控回转工作台都广泛采用涡杆涡轮传动。涡轮副的啮合侧隙对其分度定位精度影响最大, 因此消除涡轮副的侧隙就成为数控回转工作台的关键问题。一般在要求连续精确分度的机构中(如齿轮加工机床、数控三维, l回转工作台等)或为了避免传动机构因承受脉动载荷(如断续铣削)而引起扭转振动的场合往往采用双螺距渐厚涡杆, 以便调整啮合侧隙到最小限度。
双螺距渐厚涡杆与普通涡杆的区别是: 双螺距渐厚涡杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距(导程);而同一侧面的齿距(导o-e程)则是相等的(图4)。双螺距渐厚涡杆副的啮合原理与一般涡杆副啮合原理相同, 涡杆的轴向截面仍相当于基本齿条, 涡则相当于同它啮合的齿轮。由于涡杆齿左、右两侧面具有不同的齿距, 即左、右两侧面具有不同的模数m(m=t /π)。因而同一侧面的齿距相同, 故没有破坏啮合条件。双螺距渐厚涡杆传动的公称模数m 可看成普通涡轮副的轴向模数, 一般等于左、右齿?面模数的平均值。此涡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, 可用轴向移动涡杆的方法来消除涡杆与涡轮的齿侧隙。进度安排
1、熟悉课题
时间：2011.年2月7日起
成果：了解熟悉课题，查阅资料
2、开题报告
时间：2011年2月8日——2011年2月18日
成果：撰写开题报告。
3、绘制零件图
时间：2011年2月19日——2011年3月15日
成果：拆装回转工作台，并其不同模块的机械结构进行详细分析，出零件图。
4、机构设置并计算
时间：2011年3月16日——2011年4月1日
成果：完成毕业设计计算。
5、绘制总装配图
时间：2011年4月1日——2011年4月30日
成果：利用CAD和UG等绘图软件，绘制总装图一张。
6、翻译与本课题有关的外文资料
时间：2011年5月1日——2011年5月7日
成果：翻译与本课题有关的外文资料两篇，约5000汉字。
8、设计说明书
时间：2011年5月8日——2011年6月1日
成果：写出设计说明书，完成报告，准备答辩工作。
参考文献
[1] 冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社.[2] 杨克冲.数控机床电气控制.武汉：华中科技大学出版社.[3] 吴祖育.数控机床（第三版）.上海：上海教育出版社.[4] 刘书华.数控机床与编程.北京：机械工业出版社.[5] 隋明阳.《机械设计基础》北京：机械工业出版社.[6] 张桂香.《机电类专业毕业设计指南》机械工业出版社.[7] 张建纲、胡大泽主编.《数控技术》.武汉.华中科技大学出版社.[8] 全国数控培训网络天津分中心编.《数控机床》.北京：机械工业出版社.[9] 吴宗泽.《简明机械零件设计手册》.中国电力出版社.[10] 孙训方.《材料力学》.高等教育出版社
回转工作台设计 篇2
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。即使是发达工业化国家, 也无不高度重视。机床是一个国家制造业水平的象征, 代表机床制造业最高境界的则是五轴联动数控机床系统。从某种意义上说, 五轴联动数控机床系统反映了一个国家的工业发展水平状况。
2 五轴联动机床简介及加工特点
数控机床加工某些零件时, 除需要有沿X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外, 还需要有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周进给运动, 分别称为A、B、C轴。
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轴旋转运动, 即A轴和C轴) , 不仅可使刀具相对于工件的位置任意可控, 而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范围内任意可控, 由此使五坐标加工工具有以下特点:
a.可避免刀具干涉, 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1 (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1 (b) 所示。
c.对一般立体型面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与表面质量, 如图1 (c) 所示。
d.对工件上的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1 (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。例如使用球头刀时可避免球头底部切削, 如图1 (e) 所示, 利于提高加工效率。同时, 由于切削状态可保持不变, 刀具受力情况一致, 变形一致, 可使整个零件表面上的误差分布比较均匀, 这对于保证某些高速回转零件的平衡性能具有重要作用。
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, 刀具刚性好, 有利于提高加工效率与精度, 如图1 (f) 所示。
现在, 大家普遍认为, 五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。所以, 每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时, 往往转向求助于五轴数控系统。
3 五轴联动机床的结构类型
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, 工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置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, 更能够适宜像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。
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, 另一种则是依靠立式主轴头的回转。
3.1 依靠立式主轴头的回转
在这个类型中, 主轴前端是一个回转头, 能自行环绕Z轴360°旋转, 成为C轴。回转头上还带有可环绕X轴旋转的A轴, 一般可达±90°以上, 实现上述同样的功能。
这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活, 工作台也可以设计得非常大, 客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点, 我们在使用球面铣刀加工曲面时, 当刀具中心线垂直于加工面时, 由于球面铣刀的顶点线速度为零, 顶点切出的工件表面质量会很差, 采用主轴回转的设计, 令主轴相对工件转过一个角度, 使球面铣刀避开顶点切削, 保证有一定的线速度, 可提高表面加工质量。这种结构非常受高精度模具曲面加工的欢迎, 这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度, 高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈, 分度精度都在几秒以内, 当然这类主轴的回转结构比较复杂, 制造成本也较高。
3.2 依靠回转工作台的回转
设置在机床身上的工作台可以环绕X轴回转, 定义为A轴, A轴一般工作范围+30°~-120°。工作台的中间还设有一个回转台, 可以环绕Z轴回转, 定义为C轴, C轴是360°回转的。这样通过A轴与C轴的组合, 固定在工作台上的工件除了底面之外, 其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001°, 这样又可以把工件细分成任意角度, 加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与X、Y、Z三直线轴实现联动, 就可加工出复杂的空间曲面, 当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单, 主轴刚性非常好, 制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大, 承重也较小, 特别是当A轴回转大于等于90°时, 工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。
数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台, 它们的功用各不相同。分度工作台的功用只是将工件转位换面, 和自动换刀装置配合使用, 实现工件一次安装能完成几个面的多种工序, 提高工作效率;数控回转工作台除了分度和转位的功能之外, 还能实现数控圆周进给运动。分度工作台的分度精度要求较高 (普通级±10″、精密级±5″、高精密级±3″) 。
3.2.1 分度工作台
分度工作台的分度、转位和定位工作, 是按照控制系统的指令自动地进行, 每次转位回转一定角度 (5°、10°、15°、30°、45°、90°、180°) , 但实现工作台转位的机构都很难达到分度精度的要求, 所以要有专门的定位元件来保证。因此定位元件往往是分度工作台的关键。常用的定位元件有插销定位、反靠定位、齿盘定位和钢球定位等几种。
齿盘定位的分度工作台能达到很高的分度定位精度, 一般为±3″, 最高可达±0.4″。能承受很大的外载, 定位刚度高, 精度保持性好。实际上, 由于齿盘啮合、脱开相当于两齿盘对研过程, 因此, 随着齿盘使用时间的延续, 其定位精度还有不断提高的趋势。齿盘定位的分度工作台广泛用于数控机床、组合机床或其他专用机床。
3.2.2 数控回转工作台
在数控机床上一般由数控回转工作台来实现圆周进给运动。数控回转工作台 (简称数控转台) 除了可以实现圆周进给运动之外, 还可以完成分度运动。数控转台的外形和分度工作台没有多大差别, 但在结构上则具有一系列的特点。由于数控转台能实现进给运动, 所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有许多共同之处。不同点是驱动机构实现的是直线进给运动, 而数控转台实现的是圆周进给运动。数控转台可分为开环和闭环两种。
3.2.2.1 开环数控回转工作台
开环数控回转工作是由步进电机按指令脉冲的要求来确定数控转台的回转方向、回转速度、回转角度。数控转台的脉冲当量是指数控转台每个脉冲所回转的角度 (度/脉冲) , 有的小到0.001°/脉冲, 有的大到2°/脉冲, 设计时可根据加工精度的要求和数控转台直径大小来选定。一般加工精度愈高, 脉冲当量应选得愈小;数控转台直径愈大, 脉冲当量应选得愈小。但也不能盲目追求过小的脉冲当量。脉冲当量δ选定后, 根据步进电机的脉冲步距角θ就可决定减速齿轮和涡轮副的传动比:
式中Z1, Z2—分别为主动、被动齿轮齿数;
Z3, Z4—分别为蜗杆头数和蜗轮齿数。
在确定Z1, Z2, Z3, Z4时, 一方面要满足传动比的要求, 同时也要考虑到结构的限制。
3.2.2.2 闭环数控回转工作台
闭环数控转台的结构与开环数控转台大致相同, 其区别在于:闭环数控转台有转动角度的测量元件 (圆光栅或圆感应同步器) 。所测量的结果反馈回去与指令值进行比较, 按闭环原理进行工作, 使转台定位精度更高。
有一些数控转台上, 采用伺服电机轴端带测速发电机和旋转变压器, 或带脉冲编码盘, 直接反馈电机轴的转速和角位移, 进行半闭环控制。
4 数控回转工作台的结构和原理
由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵, 加之NC程序制作较难, 使五轴系统难以“平民”化。
现在很多的工厂都在这几年或几年前购置了三轴联动的数控铣床, 即能实现X、Y、Z三个轴方向的同时平动。如果再配上一个数控回转工作台, 能实现绕X轴、Z轴旋转 (即A轴和C轴) , 再完成数控部分的改造, 实现同时控制即能实现五轴联动。这样即可减少固定资产的无形磨损, 又避免购置新机的大量资金投入。
4.1 数控回转工作台的功用
第一, 使工作台进行圆周进给完成切削工作;第二, 使工作台进行分度工作。它按照控制系统的命令, 在需要时完成上述任务。数控回转工作台由伺服电动机驱动, 采用无级变速方式工作, 所以定位精度完全由控制系统决定。
4.2 数控回转工作台的传动和结构
本文中设计的产品见图2 (见下页) 属于闭环数控回转工作台, 两个旋转编码器分别位于与工作台固接的轴端和支撑座的尾端, 能将旋转后的位置准确的反馈回系统。
这种数控回转工作台由交流伺服电动机驱动, 在它的输出轴上接连轴器, 再接一级齿轮减速器。该数控回转工作台由圆柱齿轮传动系统、涡轮涡杆传动系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置组成。
因为是涡轮涡杆传动与分度, 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) , 而且偏转范围较大 (110°~-70°) , 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。大齿轮的支撑轴与涡杆轴做成一个轴, 这种联结方式能增大连接的刚性和精度, 更能减少功率的损耗。
其工作原理简述如下:
回转工作台的运动由交流侍服电机驱动圆柱齿轮传动, 带动涡轮涡杆系统, 使工作台旋转。当数控回转工作台接到数控系统的指令后, 首先松开圆周运动部分的涡轮夹紧装置, 松开涡轮, 然后启动交流侍服电机, 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。
摆动部分的工作原理与此相同。
需要说明的是, 当工作台静止时必须处于锁紧状态, 工作台沿其圆周方向均匀分布6个夹紧液压缸进行夹紧。当工作台不回转时, 夹紧油缸在液压油的作用下向外运动, 通过锁紧块仅仅顶在涡轮内壁, 从而锁紧工作台。当工作台需要回转时, 数控系统发出指令, 反向重复上述动作, 松开涡轮, 使涡轮和回转工作台按照控制系统的指令进行回转运动。
5 数控回转工作台的设计和计算
由图2可知, 整个数控回转工作台按照功用不同可以分为两个组成部分, 即圆周回转部分和摆动部分, 在圆周回转部分和摆动部分中, 又可以按照传动结构分为两个部分, 即齿轮传动部分和蜗轮蜗杆传动部分, 见图3。以下将简单说明一下计算和设计过程。
5.1 圆周回转部分设计、计算
数控回转工作台圆周回转部分的计算主要分为两个部分, 即齿轮传动部分和涡轮涡杆传动部分的设计、计算。
5.1.1 圆柱齿轮传动设计、计算
这是很常规的计算。主要包括以下内容:材料选择、精度及参数选择、螺旋角选择、齿宽系数确定、计算齿轮各个直径、中心距、齿轮宽度、齿面接触强度设计、校核弯曲疲劳强度等等。具体过程和步骤可参见相关手册, 此处从略。
5.1.2 涡轮涡杆传动设计计算
主要包括以下内容:涡轮涡杆材料、硬度、头数、齿数、螺旋升角、涡轮齿宽、弯曲疲劳强度校核、效率计算、热平衡计算等等。此处从略。
5.2 摆动部分设计、计算
与圆周回转部分的设计过程完全相同, 不再赘述。
6 数控回转工作台关键部件介绍
机床产品的很多单元技术都孕育在关键功能部件之中。在数控回转工作台中, 其主要部件——涡轮涡杆调隙结构、闭环检测结构、回转部位锁紧装置、润滑与密封等部位均属于关键部件。
6.1 调隙结构——双螺距渐厚涡杆介绍
在数控机床中, 分度工作台、数控回转工作台都广泛采用涡杆涡轮传动。涡轮副的啮合侧隙对其分度定位精度影响最大, 因此消除涡轮副的侧隙就成为数控回转工作台的关键问题。一般在要求连续精确分度的机构中 (如齿轮加工机床、数控回转工作台等) 或为了避免传动机构因承受脉动载荷 (如断续铣削) 而引起扭转振动的场合往往采用双螺距渐厚涡杆, 以便调整啮合侧隙到最小限度。
双螺距渐厚涡杆与普通涡杆的区别是:双螺距渐厚涡杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距 (导程) ;而同一侧面的齿距 (导程) 则是相等的 (图4) 。双螺距渐厚涡杆副的啮合原理与一般涡杆副啮合原理相同, 涡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。由于涡杆齿左、右两侧面具有不同的齿距, 即左、右两侧面具有不同的模数m (m=t/π) 。因而同一侧面的齿距相同, 故没有破坏啮合条件。双螺距渐厚涡杆传动的公称模数m可看成普通涡轮副的轴向模数, 一般等于左、右齿面模数的平均值。此涡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, 可用轴向移动涡杆的方法来消除涡杆与涡轮的齿侧隙。
从图5中知道, 涡杆左侧的齿矩为t左, 右侧的齿距为t右, 中间齿距为t中。
当t右>t左时 s1=t左-c1s2=t右-c1
相邻两齿厚的差值 Δs=s2-s1=t右-t左
不难看出, 任意两相邻齿厚之差 (沿同一轴向截面上) 都是Δs=si+1-si=t右-t左, 这样的涡杆从左到右齿厚渐厚, 当涡杆向左移动时, 啮合侧隙将会逐渐减小。同理, 当t左>t右时, 从左到右齿厚渐薄, 当涡杆向左移动时, 啮合侧隙将会逐渐变大。图5是依靠改变调整环的厚度, 即可使涡杆轴向移动, 以便调整涡杆涡轮啮合侧隙。
6.2 闭环结构方案设计
考虑到机器性能要求的精密性以及加工的准确性, 还要与数控铣床相连成为精密的五轴机床。因此要求系统为闭环, 即设计一闭环数控回转台。所以选用FAGRO公司的两个ENCODER H-90型旋转编码器分别安装在与回转台连接的轴末端和摆动支座轴末端。这样即使在传动过程中有误差或间隙也可在反馈后得到数控系统的补偿。
6.3 锁紧装置及锁紧力计算
6.3.1 锁紧的介绍与选用
在数控回转工作台的回转部分, 涡轮内壁采用的是液压缸直接顶紧, 用锁紧胶木块与涡轮内圈的摩擦力来锁紧。锁紧力计算过程举例如下:
例:已知输入油压20 MPa, 液压缸活塞面积
单缸顶紧力F1=p·s=20×314.2=6 283 N
单缸锁紧力Fr=FDμ=6283×0.3=1 884.9 N
单缸锁紧力矩T1=FTR=1884.9×0.095=179 M·m
则总锁紧力矩T总=6T1=6×179=1 074 N·m
与FIBRO公司的产品TRT340~400规格的产品锁紧力85kgf·m稍大, 能符合要求。
6.3.2 摆动部分的锁紧
对于摆动部分的锁紧是根据FIBRO公司的专利性产品“油压环抱式锁紧装置”构思而成。将此装置套在摆动轴涡轮轮毂上, 能大面积的锁紧摆动部分, 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 (图6) 。
锁紧力计算举例如下:
例:输入油压20 MPa, 锁住面积:油压环长50 mm, 保守估计60%接触。
则总面积s=πdl60%=π×115×50×60%=10 838.5 mm2
锁紧力F=psμ=20×1 0838.5×0.2=4 3354 N
锁紧力矩T=FR=43 354×57.5×103=2 482.8 N·m
比FIBRO公司的产品摆动部分的锁紧力100 kgf·m更大一些, 能符合要求, 可以耐重切削。
6.4 润滑与密封
6.4.1 回转部分的润滑与密封
因为回转部分有较大的摆动角度 (110°~-70°) , 所以虽然涡轮涡杆及齿轮传动都是在箱体内, 也不能采用常规的甩油润滑。再者箱盖或工作台与箱座或回转下箱之间不可能有很好的密封, 在倾斜时会将存于箱底的油倒出, 没法再甩油。所以回转部分都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、对涡轮涡杆进行很好的冷却与润滑等。
为防止工作过程中切屑与杂质进入旋转台, 回转部分与下箱之间要用防尘圈密封好, 这样还能起到存油润滑轴承的作用。为防止传动过程中有杂质存于箱体内, 随油进入轴承, 影响轴承寿命, 应定期对箱体内进行清洗。
6.4.2 摆动部分的润滑与密封
摆动部分是固定在平动工作台上的, 只能随X、Y、Z轴平动, 所以选择甩油润滑, 当然也可采用喷油润滑。由于回转部分已采用了循环喷油系统, 并且喷油润滑有许多优越性, 在此也采用喷油润滑, 无非是多加几条支路而已。
在右端回转箱内有涡轮涡杆, 所以轴承能同时得到润滑。而左端只是起支撑作用, 只能用脂润滑。右支撑端只需采用常规的齿轮-涡杆减速器中的密封方法即可。各轴承端则需采用橡胶圈密封。与回转支架相连部分的轴承端用橡胶圈密封, 因为右端采用了油润滑。
对于左端支撑, 轴承如用脂润滑则用毛毡圈作为密封材料, 如用油润滑则要用橡胶圈。本文中采用的是脂润滑, 所以左端轴承密封用的是毛毡圈。
6.5 回转台锁紧装置简述
当工作台静止时必须处于锁紧状态, 工作台沿其圆周方向均匀分布6个夹紧液压缸进行夹紧。当工作台不回转时, 夹紧油缸在液压油的作用下向外运动, 通过锁紧块仅仅顶在涡轮内壁, 从而锁紧工作台。当工作台需要回转时, 数控系统发出指令, 反向重复上述动作, 松开涡轮, 使涡轮和回转工作台按照控制系统的指令进行回转运动 (图7) 。
7 数控回转工作台实物图
回转工作台设计 篇3
1.1回转工作台的概述
回转工作台是数控刨台卧式铣镗床中不可缺少的重要部件之一，该部件主要用来承载被加工零件的。并完成机床在X坐标方向作直线运动,和在B坐标上作360°回转运动。其优点是：可以扩大机床的工艺范围，缩短加工中的辅助时间和提高零件的加工精度。当零件装卡于工作台面上后，除可进行一般的镗孔、钻孔、铣削外，还可使零件作轴向移动和运转分度等工序。
数控回转工作台是由床身、滑座、工作台三个基本大件组成。
1.2数控回转工作台的主要技术规格：
（1）回转工作台的台面尺寸 1600×1800mm
（2）回转工作台的总高度 1110mm
（3）回转工作台的载荷 10000Kg
（4）直线移动行程 2000mm
（5）回转工作台快速移动速度 10000mm/min
（6）回转工作台快速回转速度 4r/min
1.3数控回转工作台回转驱动的设计主要包括以下二个方面：
（1）工作台回转驱动的传动系统设计；
（2）工作台回转电机的选择；
（3）传动零件的设计与校核。
这里重点论述驱动电机的选择。
2.工作台回转驱动电机的选择与计算
2.1传动系统设计
本文所讨论的大型回转工作台的工作面积为1600×1800mm。数控回转工作台经过72：36齿形带轮，26：1蜗轮、蜗杆传动，136：17大齿圈和小齿轮的降速，使工作台快速回转速度达到1.5r/min。
2.2工作台回转电机的选择
2.2.1工作台回转的传动比计算
i=××=416
2.2.2所需回转电机额定转速
n=4×416=1664r/min
2.2.3工作台回转的传动效率的计算
η=η×η×η
式中：η----轴承的传动效率，取0.98；
η----齿轮的传动效率，取0.98；
η----蜗轮、蜗杆的传动效率，需进一步计算。
η= （《机械设计》书11-21）
式中：γ----普通圆柱蜗杆分度圆柱上的导程角；
φ----当量摩擦角，φ=arctanf，其值可根据滑动速度v由《机械设计》书上表11-18或表11-19中选取。
v== （《机械设计》书11-22）
式中：v----蜗杆分度圆的圆周速度，单位为m/s;
d----蜗杆分度圆直径，单位为mm;
n----蜗杆的转速，单位为r/min。
tanγ==== （《机械设计》书11-2）
预定蜗轮、蜗杆的模数m=8, 蜗杆直径d=80mm,蜗轮的齿数z=26,蜗杆的齿数z=1
所以γ=arctan=arctan=arctan0.1=5.71°
蜗杆传动的标准中心距为
a=(d+d)=(q+z)m （《机械设计》书11-4）
则中心距a=144mm，n=624×0.5=312r/min，v=1.31m/s
所以φ≈3°。
η===0.65
考虑到实际工作中蜗轮、蜗杆传动效率的损失取η=0.5
η=η×η×η=0.98×0.98×0.5=0.48。
2.2.4工作台回转时的摩擦力矩
已知：工作台最大载荷重量为W=10000Kg；结构尺寸见图2。
工作台重量为W=×7.8×10×V=×7.3×10×26×160×180=4100Kg
聚四氟乙烯与铸铁摩擦系数为μ=0.05（《机械设计手册》122页）
a 计算各环平均半径R
R===643mm
R中环===505.5mm
b计算各环面积S
S=π（R－R）=π[（138/2）－（119.2/2）]=3797.7cm2
S=π（R－R）=π[（108.8/2）－（93.4/2）]=2445.6cm2
c计算各环导轨正压力P
均布载荷系数q=（ W+W）/S=（10000+4100）/（3797.7+2445.6）=2.26Kg/ cm2
P=Sq=3797.7×2.26=8582.8 Kg
P=Sq=2445.6×2.26=5527Kg
d计算各环导轨摩擦力矩M
M=0.05×P×R=0.05×8582.8×643×10=275.9Kgm
M=0.05×P×R=0.05×5527×505.5×10=139.7Kgm
e 计算工作台总摩擦力矩M总
M= M+M=275.9+139.7=415.6Kgm=0.4156Kg.cm.s2
2.4.5折算到马达轴上的总惯量的计算
齿轮传动时，传动系统折算到马达轴上的惯量：
圆柱体转动惯量公式：J=
对于钢材：J=×10=0.78×D×L×10(kgf•cm•s)
式中：M----圆柱体质量，单位为kg；
D----圆柱体体积，单位为cm；
L----圆柱体长度或厚度，单位为cm；
ρ----材料比重，单位为gf/cm3。
齒轮齿条传动时工作台折算到小齿轮轴上的转动惯量公式：
J=R(kgf•cm•s)
式中：R----齿轮分度圆半径，单位为cm；
W----工件及工作台重量，单位为kgf。
齿轮齿条传动时传动系统折算到马达轴上的总转动惯量公式：
J=J+J+R(kgf•cm•s)
式中：J，J----分别为Ⅰ轴、Ⅱ轴上齿轮的转动惯量，单位为(kgf•cm•s);
R----齿轮z分度圆半径，单位为cm；
W----工件及工作台重量，单位为kgf。
所以J=0.78×9.03×11.7×10=0.06(kgf•cm•s)
J=0.78×18×8×10=0.66(kgf•cm•s)
J=0.78×8×9×10=0.029(kgf•cm•s)
J=0.78×22.4×8.5×10=1.67(kgf•cm•s)
J=0.78×8.5×7.7×10=0.03(kgf•cm•s)
J=J+J+2J+2(J+J)+=0.06+0.66+2×0.029+2×(1.67+0.03)+×=0.242kgf•cm•s
根据J=0.242kgf•cm•s，选SIEMENS-IFT6105-IAC71交流伺服系统
此电机额定转速n=2000r/min
电机输出功率为P=8.7KW
电机额定转矩为M=3.8kg•m
转子转动惯量为J=168×10kg•m2=0.171kgf•cm•s
通常交流电机转动惯量比J/J≤3倍，此电机J/J=0.242/0.171=1.415（倍），所以选用此电机惯量匹配合理。
2.2.6工作台回转电机的校核
根据机床设计手册第三册的513页，对于数控机床而言，因为动态性能要求较高，所以马达力矩主要是用于产生加速度的。所以通常可先按式（6.6-63）选择马达，要使快速空载启动力矩小于马达的最大转矩，即M≤M
空载启动力矩M：M=M+ M
马达输出转矩的最大值，即峰值转矩M：M=λM
式中：M----折算到马达轴上的摩擦力矩，单位为kgf•m；
M----马达额定转矩；
λ----马达转矩的瞬时过载系数：交流伺服电机λ=1.5~2。
所以取λ=2
J为折算到马达轴上的总惯量：
J=J+J=0.242+0.171=0.413 kgf•cm•s
加速度力矩M：
M=×10kg•m
式中：J----折算到马达轴上总惯量，单位为kgf•cm•s；
T----系统时间常数，单位为s；
n----马达转速，单位为r/min;
n=n，计算M。
所以M=J×n×10/9.6T（T=0.2秒）=0.413×2000×10/9.6×0.2=4.3kgf•m
折算到马达轴上的摩擦力矩：
M= M/iη==2.1 Kg•m即21Nm
所以空载启动力矩M=M+ M=4.3+2.1=6.4 kgf•m
马达的最大转矩M=λM=2×3.8=7.6 kgf•m
由于空载启动力矩M<马达的最大转矩Mmax,所以该伺服电机符合要求。
3.回转台回转系统驱动电机的设计结论
通过上述的设计与计算，可见工作台回转电机的选择是合适的。
【参考文献】
［１］机械设计.高等学校出版社.2001.
［２］机械设计手册.第三卷.机械工业出版社.1991.
回转工作台设计 篇4
有限体积法求解任意回转面叶栅叶型反问题设计的欧拉方程
以有限体积法为基础,探讨了用θ-m坐标系下积分型Euler方程求解任意回转面上叶栅反问题的方法,应用这一技术设计叶型,能用较少的机时使型面上气流压力值满足预先给定的`值.这种叶型设计方法考虑了任意回转面上旋转角速度、半径变化、流片厚度变化等多种影响因素.文中还详细讨论了其基本方程、数值格式和求解过程,给出了根据给定的压力分布进行静子叶栅和转动叶栅设计的验证算例,结果表明该叶型设计方法是有效的.
作 者：彭艳 吴国钏 Peng Yan Wu Guochuan 作者单位：南京航空航天大学动力工程系,南京,210016刊 名：南京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS & ASTRONAUTICS年，卷(期)：1999“”(1)分类号：V231.3 V211.3关键词：叶型 反问题 流面 欧拉运动方程 有限体积法
回转窑考试题 篇5
姓名
分数
答题时间１２０分钟
一、填空题（20分）
1、处理事故的“四不放过原则”，指 不放过； 不放过； 不放过； 不放过；
2、安全标志分为4类： 标志； 标志； 标志； ——标志。
3、“四不伤害”的内容是不伤害自己、、不伤害他人。
4、硅酸盐水泥熟料中的四种主要矿物是、、、，主要化学成分是、、、，5、离心式风机启动时必须 ；罗茨风机启动时必须
6、我厂回转窑规格型号
二、选择题（8分）
1、《安全色》标准中，表示指令、必须遵守的颜色为____。
A、红色 B、绿色 C、兰色
2、扑救电气火灾时，首先必须尽可能的。
A、寻找合适的灭火器 B、切断电源 C、呼救
3、新工人的三级安全教育是指____、车间教育和班组教育。
A、公司级教育 B、安全常识启蒙教育 C、基本礼仪教育
4、总体来说，事故发生的主要原因是____。
A、人的失误和不安全行为。B、物的不安全状态或缺陷。C、运气不好
三、判断题（10分）
1、在高处向下随便投掷物品。但起吊时，起吊物下面或附近严禁有人。（）
2、带斜杠的圆形为警告标志的几何图形。（）
3、事故现场急救原则：先治伤、后救命。（）
4、对于预分解窑来说漏风对系统不太严重。（）
5、冷窑可以长时间的停止时，可以不用辅助传动慢转。（）
四、简答题（40分）
1、简述托轮瓦温度过高产生原因及采取的措施
2、简述本岗位巡检内容及要求.１
3、写出本岗位所有设备润滑点及润滑油牌号.4、简述开车顺序及停车顺序。
5、突然停电应采取哪些应急措施？
五、论述题（32分）
1、谈谈你对安全生产的认识？（10分）
２
2、怎样判断掉砖，发现窑筒体暗红时应该怎么做？（12分）
3、烧成系统的工艺流程（预热器、窑、篦式冷却机物料及气流走向）。（10分）
回转窑：烧成系统中控应急预案 篇6
窑系统包括预热器、分解炉、回转窑、篦冷机及其连接管道和辅助设备，生料磨系统，煤磨系统出现问题也直接影响窑的操作。当出现紧急情况后，操作首先应考虑现场人员及设备的安全，然后通知巡检工、电工、调度马上处理，同时采取得力措施尽量减少停机时间、为现场抢修争取时间。
窑系统可能出现的紧急情况可分为三类，一是设备跳停，二是堵料、断料，三是参数异常（温度、负压）、设备报警（超电流、温度高、振动值大）。1 设备跳停 1.1高温风机跳停
（1）停窑头煤，防止窑头回火烧坏高温镜头，伤害窑头人员。（2）关闭煤磨热风阀门，防止引起煤磨系统起火爆炸。（3）中控关闭消风阀并通知现场检查消风阀，止料，止窑尾煤，大幅度降低窑速（根据窑电流高低调整），防止严重窜料。（4）降低篦冷机风机转速，降后排风机转速，调出窑头负压；（5）通知现场人员远离窑头、斜链斗地沟等地方。（6）通知余热发电调整阀门，阀门调整后，若入窑头电收尘温度高及时开启冷风阀并根据增湿塔出口温度调整喷枪，开增压泵及溢流绞刀。增湿塔排灰水分过高时，不得入库，排灰用手抓成团时，应外排。止料后，增湿塔出口温度低于180℃，应停止喷水，以防湿底。（7）系统调整正常后，开启窑头转子称。8）通知电工、岗位工进行检查；通知调度员，故障若能短时间排除，窑头小煤量，窑低速连续运转，保持窑尾温度800℃左右，C1级出口温度不能过高，高温风机入口温度不超350℃。（9）若故障不能短时间排除，其他操作按正常停车顺序全部停机。特别注意事项：
（1）高温风机跳停应及时通知生料立磨操作员，防止生料磨风速改变引起料层不稳，导致磨机震动幅度大而出现问题。
（2）出现窜料，通知窑头、篦冷机周围、地沟等处现场离人，防止出现人身事故。
（3）出现窜料后，熟料应及时改入中心小库，进行搭配使用。
（4）窑内温度较高再行点火时，应先翻窑后给煤，且窑门罩前不停留人员，以防煤粉爆炸回火伤人。
（5）增湿塔排灰水分过高时，不得入库，排灰用手抓成团时，应外排。止料后，增湿塔出口温度低于180℃，应停止喷水，以防湿底。1.2 后排风机跳停
（1）止料、止窑尾煤、降窑速、降高温风机转速，调整篦冷机风机转速，保证窑头负压。及时关一级入窑斜槽上的消风阀门，以防出现正压烧坏篷布和胶带。
（2）停生料磨系统，把高温风机入增湿塔的阀门打开，关闭入生料立磨的热风阀门，进行倒风操作。
（3）通知现场人员远离窑头、斜链斗地沟等地方。
（4）逐渐减小窑头喂煤量，减一次风机风量。
（5）通知余热发电调整阀门，阀门调整后，若入窑头电收尘温度高及时开启冷风阀并根据增湿塔出口温度调整喷枪，开增压泵及溢流绞刀。增湿塔排灰水分过高时，不得入库，排灰用手抓成团时，应外排。止料后，增湿塔出口温度低于180℃，应停止喷水，以防湿底。
（6）通知电工、岗位工进行检查；通知调度员，故障若能短时间排除，窑头小煤量，窑低速连续运转，保持窑尾温度800℃左右，C1级出口温度不能过高，高温风机入口温度不超350℃。
（7）若故障不能短时间排除，其他操作按正常停车顺序全部停机。1.3窑头喂煤系统发生故障（1）适当减料、慢窑、降高温风机拉风，低负荷生产，防止窑内窜料。
（2）通知岗位工及电工迅速查找故障原因，通知调度员。
（3）通知框架工因下料量调整而特别关注下料管翻版阀波动情况，保证框架安全。
（4）通知现场人员远离窑头、斜链斗地沟等地方。
（5）严格控制分解炉温度，防止因温度过高发生预热器结皮堵塞。
（6）同时注意煤磨温度，及时调整冷热风阀。
（7）若故障5分钟不能排除，通知框架工关消风阀、止料、止窑尾煤、降窑速、降高温风机转速，降后排风机转速，调整篦冷机风机转速，保证窑头负压。
（8）通知余热发电调整阀门，阀门调整后，若入窑头电收尘温度高及时开启冷风阀并根据增湿塔出口温度调整喷枪，开增压泵及溢流绞刀。增湿塔排灰水分过高时，不得入库，排灰用手抓成团时，应外排。止料后，增湿塔出口温度低于180℃，应停止喷水，以防湿底。
（9）若故障不能短时间排除，其他操作按正常停车顺序全部停机。
（10）通知煤立磨中控员关注本系统的各测点的温度变化。1.4窑尾喂煤系统发生故障
（1）适当减料、慢窑、降高温风机拉风，适当增加窑头煤，低负荷生产，防止窑内窜料。
（2）通知岗位工及电工迅速查找故障原因。通知调度员。
（3）通知框架工因下料量调整而特别关注下料管翻版阀波动情况，保证框架安全。
（4）通知现场人员远离窑头、斜链斗地沟等地方。
（5）注意煤磨温度，及时调整冷热风阀。
（6）若故障5分钟不能排除，通知框架工关闭消风阀、止料、降窑速、降高温风机转速，降后排风机转速，调整篦冷机风机转速，保证窑头负压。
（7）通知余热发电调整阀门，阀门调整后，若入窑头电收尘温度高及时开启冷风阀并根据增湿塔出口温度调整喷枪，开增压泵及溢流绞刀。增湿塔排灰水分过高时，不得入库，排灰用手抓成团时，应外排。止料后，增湿塔出口温度低于180℃，应停止喷水，以防湿底。
（8）故障若能短时间排除，窑头小煤量，窑低速连续运转，保持窑尾温度800℃左右，C1出口温度不能过高，高温风机入口温度不超350℃。
（9）若故障不能短时间排除，其他操作按正常停车顺序全部停机。
（10）通知煤立磨中控员关注本系统的各测点的温度变化。1.5窑主电机出现故障
（1）主电机跳停立即联系电工及岗位工检查，重启失败后止料。
（2）通知窑中巡检工挂辅传转窑，通知框架工关消风阀、止料、止窑尾煤、降窑速、降高温风机转速，降后排风机转速，调整篦冷机风机转速，保证窑头负压。
（3）逐渐减小窑头喂煤量，减一次风机风量。
（4）通知余热发电调整阀门，阀门调整后，若入窑头电收尘温度高及时开启冷风阀并根据增湿塔出口温度调整喷枪，开增压泵及溢流绞刀。增湿塔排灰水分过高时，不得入库，排灰用手抓成团时，应外排。止料后，增湿塔出口温度低于180℃，应停止喷水，以防湿底。
（5）通知岗位工及电工迅速查找故障原因。通知调度员。故障若能短时间排除，窑头小煤量，窑低速连续运转，保持窑尾温度800℃左右，C1出口温度不能过高，高温风机入口温度不超350℃。
（6）若故障不能短时间排除，其他操作按正常停车顺序全部停机。1.6篦冷机一段、二段、三段、破碎机、斜链斗出现故障
（1）一篦床出现故障时，大幅减料、慢窑，降高温风机拉风；二篦床、斜链斗出现故障时，适当减料、慢窑，降高温风机拉风。
（2）通知框架工因下料量调整而特别关注下料管翻版阀波动情况，保证框架安全。
（3）通知窑巡检工打篦冷机空气炮，并适当加大篦冷机鼓风量。
（4）严格控制分解炉温度，防止因温度过高发生预热器结皮堵塞，适当减少窑头煤，使窑电流及窑尾温度不要过高。
（5）通知维修工、岗位工进行检查，如一篦床故障一篦床液压压力达到12 MPa(大约5分钟左右)不能排除，关闭消风阀，通知框架工止料，降窑速，降高温风机转速，降后排风机转速，调整篦冷机风机及过剩风机转速，保证窑头负压。
（6）通知余热发电调整阀门，阀门调整后，若入窑头电收尘温度高及时开启冷风阀并根据增湿塔出口温度调整喷枪，开增压泵及溢流绞刀。增湿塔排灰水分过高时，不得入库，排灰用手抓成团时，应外排。止料后，增湿塔出口温度低于180℃，应停止喷水，以防湿底。
（7）故障若能短时间排除，窑头小煤量，窑低速连续运转，保持窑尾温度800℃左右，C1级出口温度不能过高，高温风机入口温度不超350℃。
（8）若故障不能短时间排除，其他操作按正常停车顺序停机。
（9）二篦床故障：若一篦床液压压力达到12MPa（大约10分钟）故障不能排除，做止料处理。
（10）三篦床、破碎机、斜链斗故障：若一篦床液压压力达到12 MPa（大约15分钟）故障不能排除，做止料处理。1.7窑系统突然断电（1）首先将窑打辅传慢转，防止筒体变形。如辅传也没电，用人工转窑，防止窑体变形。
（2）通知现场人员远离窑头、斜链斗地沟等地方。
（3）通知岗位工及电工迅速查找故障原因。
（4）通知框架工关闭消风阀。（5）对篦冷机篦床电机高温风机也要人工转动，保持篦床活动和高温风机通风，防止篦床变形堆雪人和风叶变形。1.8篦冷机风机跳停 风机全跳： 止料，止尾煤，停窑主电机，开辅传，适当调整高温风机转速，关闭过剩风机，通知巡检工，电工，调度马上处理。
跳停一台风机：通知巡检工，电工马上处理。料层厚度控制稍薄些，开大风机进口阀门，通知调度。1.9 一次风机跳停 启动事故风机，出口阀门全开，减料，慢窑，通知巡检工，电工，调度马上处理；若长时间开不起来，止料，止尾煤，停窑主电机，开辅传，减少系统风量。1.10过剩风机跳停
（1）减料，慢窑，适当停篦冷机冷端风机，控制窑头负压，通知巡检工，电工，调度马上处理。短时间无法处理，止料。
（2）通知现场人员远离窑头、斜链斗地沟等地方。1.11 预热器前回转下料器跳停
止料，止尾煤，根据实际情况调整高温风机转速和调整窑速，适当降低头煤，通知巡检工、电工、调度马上处理。2 堵料、断料 2.1预热器堵
现象：
（1）锥体压力突然显示为零；
（2）同时入口与下一级出口温度急升； 如C5 堵，烟室、分解炉及C5 出口温度急升。
原因判断:（1）煅烧温度过高造成结皮；
（2）内部结皮塌料，高温物料来不及排出而堵塞在锥部缩口处；（3）拉风量不足，排风不流畅或拉风变化引起风道积料塌落；（4）预热器内部耐火材料或内筒脱落掉卡在锥体部位；（5）翻板阀失灵；
（6）漏风严重引起结块；
（7）煤粉燃烧不好，C5 内仍有煤粉继续燃烧；（8）生料喂料波动过大。处理措施:
（1）通知框架工关消风阀，立即止料、止分解炉煤、慢转窑、窑头小火保温或停煤，抓紧时间捅堵。（2）根据框架需要降高温风机转速，降后排风机转速，调整篦冷机风机转速，保证窑系统呈负压状态。（3）注意煤磨温度，及时调整冷热风阀。（4）通知现场人员远离窑头、斜链斗地沟等地方。（5）通知余热发电调整阀门，阀门调整后，若入窑头电收尘温度高及时开启冷风阀并根据增湿塔出口温度调整喷枪，开增压泵及溢流绞刀。增湿塔排灰水分过高时，不得入库，排灰用手抓成团时，应外排。止料后，增湿塔出口温度低于180℃，应停止喷水，以防湿底。（6）其他操作按正常停车顺序停机。
特别注意事项：
在发现锥体压力逐渐变化，就应及时进行吹扫和加强捅堵，同时减料和调整操作参数；当锥体压力为零时，要立刻止料停窑处理，停窑4小时内严禁用拉大风方法处理堵料，人工捅堵。
提醒岗位工，在没有搞清内部情况以前，千万不能将较大的人孔门打开。要从较小的观察孔进行逐步检查。并且清理前把捅料孔以下部位所有的人孔门要全部关闭。
在清堵的过程中，一般情况下高温风机必须工作，以保证预热器内处于一定的负压状态。但不宜太大，以免引起窑内温度大幅度下降。捅料时，提醒岗位工远离窑头和斜链斗地沟等岗位，保证人身安全。2.2跑生料 现象:（1）看火电视中显示窑头起砂、昏暗，甚至无图像；（2）三次风温急剧升高；
（3）窑系统阻力增大，负压升高；（4）篦冷机篦下压力下降；（5）窑功率急剧下降；
（6）窑头煤粉有“爆燃”现象。原因判断:
（1）生料KH、SM 高，难烧；（2）窑头出现瞬间断煤；（3）窑有后结圈；（4）喂料量过大；
（5）分解率偏低，预烧不好；（6）煤不完全燃烧。处理措施:
（1）起砂时应及时减料降窑速，慢慢烧起；（2）提高入窑分解率，同时加强窑内通风；
（3）跑生严重时应止料停窑，但不止窑头煤，每3～5min 翻窑1/ 2，直至重新投料。2.3预热器塌料 现象及原因判断:（1）总排风量突然下降；（2）锥体负压突然降低；（3）窑尾温度下降幅度很大；
（4）窑头负压减少，呈正压。处理措施:塌料多按跑生料故障处理:减料、减窑速；塌料少可适当增加窑头喂煤，或不作处理。3参数异常、设备报警 3.1煤粉仓内温度上升报警
可能是堆积的煤粉自燃，这时系统采取紧急停车，严禁抽风并关闭入仓阀门 同时喷入液态氮，确认着火时，喷入CO2 气体灭火。3.2、袋收尘内CO 含量报警
这时应采取紧急停车，同时电收尘器断电，关闭电收尘进口电动机气动阀并喷入CO2 进行灭火。3.3托轮瓦温过高 减料，慢窑。通知现场查明原因，处理。继续升高，止料，止尾煤，停窑主电机。具体处理措施见表1。表1 回转窑托轮瓦发热处理方法 托轮发热原因 判断标准 处理措施 处理中主要事项
循环水堵塞 进水管温度高于回水管温度 对堵塞管道进行疏通 注意瓦温，不能高于65度
托轮瓦缺油 带油勺油量小于1/2，布油板油少或没油 补油至托轮座油窗1/2以上 油不能超油窗上限，否则能漏油
托轮布油不均匀 布油板沿轴向布油不均匀，慢窑调整布油板 调整幅度要小，注意油勺不能碰布油板
托轮瓦侧间隙小，进油困难 托轮轴无油膜或油膜薄轴，轴温瓦温持续上升 换油后，如瓦温持续上涨至65度，则需停窑刮瓦 接触角为30度，每15*15mm，1-2接触点
托轮沿中线线偏斜过大 托轮与轮带接触不均匀 可根据接触情况对托轮进行调整 调整幅度要小，每次调整不能超过15度确认瓦温不再升高后，再根据实际情况调整
托轮瓦推力面轴向间隙过小或没间隙 轴向间隙安装间隙一般预留2-5mm,如果一端没间隙或推力面温度高于轴温，且温度上升过快（1）窑上行，低端托轮推力面发热，需立即通过调整液压档轮行程开关将上行改为下行，并通知中控慢窑，换油，并密切关注瓦温是否下降，如果温度呈下降趋势，不用滞料停窑。（2）窑下行，高端托轮推力面发热，需立即通过液压档轮将下行改为上行，并通知中控慢窑，换油，在托轮与轮带表面抹油并密切关注瓦温是否下降，如果温度呈下降趋势，不要用滞料停窑（3）窑上行，高端托轮推力面发热，需立即在托轮与轮带表面抹油，并通知中控慢窑，换油，并观察托轮轴向间隙有无变化，如果温度呈下降趋势，不用滞料停窑（4）如果以上调整瓦温无下降趋势且轴向间隙无变化，需安装非常态设备流程进行申报，对托轮座位置进行调整，调整应遵循以下原则，窑上行，托轮应下行，高端间隙较大，窑下行，托轮应上行，低端间隙较大，调整托轮可以用口诀法，站在窑头往窑尾看，窑对着人往下转，顶高端顶丝，窑下行，顶低端顶丝窑上行 上行下行时间一般调整为4-6小时，如果轴瓦温度超过65度应果断停窑，避免翻瓦事故回转窑筒体局部温度偏高（1）应判明是掉窑皮或是掉砖。
（2）掉窑皮一般表现为局部过热，微微泛红温度不很高，可采用减料，降低窑速，降高温风机转速，减少窑头煤煅烧补挂窑皮的办法。
（3）烧成带掉砖一般表现为局部温度400℃以上，高温区边缘清晰。
（4）掉砖后窑头停煤，以免烧坏筒体，同时止料停车，现场可采取淋水防止筒体急剧变形。5生料库底生料流量失控（1）中控员应根据物料大小、时间长短，及时降窑速、加窑头煤，强化煅烧，防止窜料。
（2）注意煤磨温度，及时调整冷热风阀。（3）通知框架工检查框架下料情况，并注意框架安全。（4）通知岗位工及电工迅速查找故障原因。
回转式圆筒干燥机设计 篇7
回转式圆筒干燥机主要由低速旋转的倾斜圆筒 (筒内安装有翻动各物料的各式抄板) 、加料器、旋风分离器、洗涤器等主要设备构成。回转式圆筒干燥机在化学工业中, 广泛用于各种粒状物料和小块状物料的干燥, 如硫酸铵, 石灰石, 黄铁矿, 磷酸盐等;若在转筒的内部结构设计恰当, 还可用于膏状物料的干燥。
1 回转式圆筒干燥机的工作原理
回转圆筒干燥机是一种处理大量物料干燥的干燥器, 其工作原理为:干燥的湿物料由皮带运输机或斗式提升机送入料斗, 然后经料斗的加料机构通过加料管送入进料端, 加料管的斜度要大于物料的自然倾角, 以便物料顺利流入干燥器内, 干燥器圆筒是一个与水平线略成倾斜的旋转圆筒, 物料从较高一端加入, 载热体由低端进入, 与物料成逆流接触, 也有载热体与物料一起并流进入筒体的。随着圆筒的转动, 物料受重力作用运行到较低的一端, 湿物料在筒内前移过程中, 直接或间接得到了载热体的给热, 使湿物料得以干燥, 然后在出料端经皮带机或螺旋输送机送出, 在圆筒内壁上装有抄板, 它的作用是把物料抄起又洒下, 使物料与气流的接触表面增大, 以提高干燥效率并促进物料前进。载热体一般为热空气, 烟道气等。载热体经过干燥器后, 一般需要旋风除尘器将气体内所带物料捕集下来, 如需进一步减少尾气含尘量, 还应经过袋式除尘器进行除尘处理。
2 物料流向的选择
湿物料与载热体流向有并流、逆流及逆并流合用三种。
(1) 并流, 即物料的移动方向与载热流流动方向相同。干燥过程中, 湿含量高的物料与温度高而含湿量小的载热体在进口段相遇, 此处的干燥推动力较大, 而在出口段, 则湿含量较小的物料和湿含量较大的物料载热体相接触, 干燥推动力较小, 所以并流的特点是推动力沿物料移动方向逐渐减少。在干燥最后阶段, 干燥推动力减少到很小, 干燥速度因此很慢, 影响生产能力。
(2) 逆流, 即物料的移动方向与载热体移动方向相反, 在入口处, 湿度高的物料与湿度大, 温度低的载热体接触, 在出口处, 湿度低的物料与温度高的湿度小的载热体相接触, 因此干燥器内各部分的干燥推动力相差不大, 分布比较均匀。逆流方式适用于下列物料的干燥。逆流流向的缺点是入口处的物料温度较低, 而载热体湿度很大, 接触时, 热体中的水汽会冷却而冷凝在物料上, 使物料湿度加大, 干燥时间延长, 影响生产能力。
(3) 并逆流的混合, 即在一台回转圆筒干燥机的内部, 载热体从筒体两端进入, 从筒体的中部排出。而被干燥的物料是从回转干燥器的一端进入, 从另一端排出, 这样物料的走向是从入口到圆筒中部段与气流的流向为并流, 在筒体中部到出口段为逆流, 为了实现这种逆并流组合的形式, 则要求在中间载热体出口处必须使用这种并逆流组合的形式, 在中间载热体的出口处必须采用特殊的结构。这种组合式的特点是在入口处的湿度大, 温度低, 而载热体的湿度小, 温度高, 因此, 干燥推动力较大, 当物料到达转筒中部时载热体的湿含量增加, 温度降低, 此时物料的湿含量也降低, 温度升高, 因此干燥的推动力减少, 为了改变与提高干燥效果, 该段可采用逆流操作, 由于物料继续前进和从物料出口处来的载热体相遇, 此载热体较物料入口端来的载热流湿含量低, 温度高, 可促使物料继续干燥。并随着物料的前进一直保持着比较均匀的干燥推动力, 从而达到理想的干燥效果。
3 载热体的选择
载热体选择取决于被处理固体物料的性质及其是否允许被污染等因素。如果被处理的物料不怕高温, 且非最后产品, 可以允许在处理过程中稍被污染, 可采用烟气作为载热体, 能得到较高的体积蒸发率和热效率。例如, 对于进口含水量较高的物料的干燥, 采用气体进口温度为300度, 干燥器的体积蒸发率为15kg/m3.h, 热效率为30%到50%, 若气体的进口温度为500度, 则体积蒸发率为35kg/m3.h。热效率为50%到70%, 所以对于处理矿石, 砂砾, 煤炭, 过磷酸钙等物料的转筒干燥器都带有直接产生烟道气的燃烧炉, 其燃料为可以是煤炭, 油, 或天然气。
如果处理的物料不允许被污染, 则用热空气做载热体, 热空气是经空气预热器加热的, 加热介质可用蒸汽加热器, 电加热器, 或用烟道气经预热器加热热空气的方法, 也可用工业热废气加热空气, 也有用间接加热的方式, 即热量由金属壁传给被干燥物料, 如外加热式的回转圆筒干燥机。
如果被干燥的物料的产品不允许被污染, 而且不允许被空气冲淡, 则热量应通过转筒壁传入, 此时, 可以将转筒装在砖室内, 筒外通以烟道气, 也可在筒内安装中心管或列管, 套管等表面热交换器, 利用金属壁传热, 载热体可用烟道气, 水蒸气, 或电加热, 在被干燥的物料中, 则通以干燥空气, 将蒸发的水分带走。
4 回转式圆筒干燥机应用
回转式圆筒干燥机在湖北某矿业公司进行了应用。被干燥物料为磷铁矿, 产量为3t/h, 物料进口含水量为18%, 要求物料出口含水量为3%, 物料流向选择为并流, 物料入口温为25℃, 物料出口温度为75℃。干燥烟气进口温度取600℃, 干燥烟气出口温度取80℃。根据气体最大流量计算, 回转圆筒直径1.08m;经热量衡算得到预热段、蒸发段、加热段的长度分别为1.1m、7.8m及5.0m, 总长度13.9m;由于筒体外径圆周线速度不超过1m/s, 因此圆筒转速选择为6r/min;圆筒倾角大小与筒体的长短及物料地停留时间有关, 选3°倾斜角时, 可保证物料在转筒内的停留时间大于物料干燥所用的时间。回转式圆筒干燥机的结构示意如图1所示。
5 结束语
(1) 介绍了回转式圆筒干燥机的工作原理, 并对回转式圆筒干燥机物料流向的选择、载热体的选择方法进行了分析和比较。
(2) 所设计的回转式圆筒干燥机在湖北某矿业公司进行了应用, 所干燥物料为磷铁矿, 物料流向选择为并流, 选用工业余热烟气作为载热体。
摘要：设计一种回转式圆筒干燥机, 可利用工业高温烟气对各种含水物料进行干燥。首先介绍了回转式圆筒干燥机的工作原理, 并对回转式圆筒干燥机物料流向的选择、载热体的选择方法进行了分析和比较。所设计的回转式圆筒干燥机对含水量18%的磷铁矿进行了干燥应用。
关键词：干燥机,回转式,设计
参考文献
[1]孙靖哲, 张博, 宋杨, 等.回转式干燥机出料筒体偏心原因分析及修复技术[J].化工机械, 2014 (2) :240-244.
[2]孙松青.CTA回转式干燥机的结构改进与运用探讨[J].合成纤维工业, 2010 (1) :51-53.
回转工作台设计 篇8
关键词：自行式平地机；回转圈；制造工艺
中图分类号：TH132.46 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）29-0030-03
近年来，工程机械行业出现了前所未有的快速发展，作为筑路机械设备之一的平地机产品，在国家对公路交通和基础设施建设的大力投入商机中，获得了非常好的发展势头。平地机的主要功能是把作业对象整平，而回转圈结构件作为平地机刮土工作装置的核心部件，起着传递动力与控制刮土板回转运动的作用，承受平整运动的所有应力与高冲击载荷，直接决定了平地机整机的性能与可靠性。文章以国外某品牌平地机回转圈设计加工为例，简述该结构件先进的设计与制造工艺技术。
1 平地机回转圈的基本结构
回转圈是平地机运动系统的回转基础，其部件结构如图1所示，由齿圈、左右侧板、左右肋板、管横梁、左右管支撑、左右盖板、定位块、定位环、吊耳、板支撑、楔形块、垫板及尾架组成。外形尺寸：Φ1590×621.6。齿圈采用高强度结构钢Q345E制造，其余结构分别采用Q345B、20Mn及20钢焊接而成，侧板、肋板、楔形块与齿圈的组合焊缝是Ⅰ类焊缝，其余均为Ⅱ类焊缝。齿圈内径加工有内啮合齿，所有齿均需进行表面感应热处理。
2 回转圈制造的重点难点和解决方案
①齿圈零件的节材结构设计技术。其中齿圆环（见图2）采用板材卷制设计技术，齿面板（见图3）采用四等分扇形板拼接设计技术，齿圈所有零件均采用火焰切割下料方式，取得高达80%以上的平均材料利用率，该技术大大提高了齿圈的性价比。
②八轴联动机器人焊接系统的技术。通过使用自动焊接技术，保证这种大型回转圈结构件的复杂焊缝质量稳定可靠，与手工焊接工艺相比提高焊接效率2倍以上。
③回转圈啮合齿表面感应热处理设计技术与加工工艺技术。国际先进的平地机回转圈啮合齿均采用表面感应热处理技术来提高齿的耐磨性能，这是其质量与可靠性高于国内平地机企业的一个重要设计技术。由于回转圈结构复杂，因此啮合齿的表面感应热处理工艺方法是重点也是难点，主要工艺方法有逐齿感应热处理与三段式整体感应热处理，需视感应器的功率大小而定。
④回转圈结构件全焊缝超声相控阵无损检测技术。该技术原是应用于军工与航空领域，国际先进企业将其应用于回转圈的焊缝内在质量检测中，确保了焊缝质量，提高回转圈的可靠性。
⑤长焊缝厚板自动焊接技术。主要解决板厚达
40 mm、焊缝周长达5 m以上齿圈的齿面板与支承圈焊接焊缝易产生裂纹的技术难题。设计采用自动焊接工艺技术，对研制过程中出现的裂纹问题进行研究，结合分析成形系数大小，设计出合理的焊接坡口角度，既保证焊接质量，又提高生产效率，降低制造成本。
⑥一体化拼点技术。设计高效合理的拼点工装设备，所有回转圈零件在一次组合过程中完成所有拼接工序。
3 平地机回转齿圈的制造工艺及要求
3.1 主要零件的制作
①齿圆环。采用数控双割炬火焰切割下料，需进行机械冷矫，矫正后的钢材表面的表面不能有明显的凹痕或损伤，确保高度方向的直线度，矫正后的高度方向直线度允许偏差应符合TB10212-98《铁路钢桥制造规范》中的规定。
②齿面板与侧板。采用数控火焰切割下料方法，其中侧板依据如图4所示套料工艺进行切割，材料利用率得以提高。
③斜管支撑。如图4所示，斜管支撑A面与B面为两空间平面，其精度与批加工尺寸一致性与拼点总装密切相关，需采用专用工装进行定位，并采用金属铣切机进行加工。
④坡口加工。由于直径达1.5 m以上的齿圆环系卷制而成，椭圆度允差为5 mm，因此坡口无法采用车加工方式，需采用坡口机加工，同时将坡口机改装成可绕周向柔性调节的专机，即可提高生产效率，又可确保坡口尺寸精度。
⑤成形加工。如图5所示，对左、右肋板与左、右侧板分别采用专用模具在大型油压机上进行冷弯成形。
3.2 拼点组装、焊接、切齿及机加工
①拼点组装。设计的拼点组装工装，一次性将14个零部件组装拼点一起，拼点后采用便携式关节臂三坐标机进行尺寸检验，确保各零件组装后的空间尺寸与位置满足要求。
②焊接。齿圆环与齿面板采用专用自动连续焊接机床，内外环均分两道焊接，焊接之前应采用U型夹消除齿圆环与齿面板间的间隙，焊接顺序为内环打底→外环打底→内环盖面→外环盖面，可有效减小焊接变形。拼点后的回转圈采用八轴可转位变位机的焊接机器人进行焊接，质量可靠、稳定性好。要保证回转圈的焊接质量，并有效控制其焊接变形，焊接工艺是关键，要注意以下几点。其一，施焊前检查。应检测各拼点零件间的离隙是否超过1 mm以上，否则需先将离隙填补；必须进行抛丸以清除坡口及焊缝两侧的油、污、水、锈及其他杂质，需在抛丸后四小时之内完成焊接。其二，焊接参数选择。选用
Φ1.6 mm的焊丝，采用气体保护焊接，焊接电压35V，送丝速度12 m/min，保护气体为90%Ar+10%CO2，气流量为25 L/min。其三，焊接顺序。楔形块与齿圈、侧板焊接→肋板与侧板焊接→侧板与齿圈焊接→垫板、尾架与齿圈焊接→尾架、侧板与齿圈焊接→侧板、垫板、尾架与齿面板焊接→管支撑与侧板焊接→管横梁与侧板焊接→定位环与管横梁焊接→吊耳与管支撑焊接→定位环、板支撑与管横梁焊接→垫板与齿圈焊接→肋板与齿圈焊接→侧板与齿圈焊接→盖板与肋板、侧板、齿圈焊接。
③切齿。将回转圈定位在具有自定心功能的专用夹具上，采用精密数控火焰切割机切齿，加工关键是齿形精度的控制与切割表面粗糙度的控制，其中火焰的调整与预热方式是重要手段。
④齿形热处理。采用独特的卧式回转传动机构、逐齿连续加热淬火技术、可自动调节感应器与回转圈之间感应间距技术，实现360°的回转圈齿形表面全部淬硬，保证回转圈变形小且耐冲击。
⑤无损检测。回转圈结构件对焊缝质量要求高，焊缝形面复杂并需确保零缺陷，因此要求采用相控阵超声波无损检测方法。相控阵超声波技术具有检测灵活性高、速度快，现场检测时只需对焊缝进行一次简单的线性扫查而无需来回移动即可完成全焊缝的检测；检测结果直观、重复性好，可实时显示；可检测复杂形面或难以接近的部位，缺陷定位准确，检测灵敏度高。
4 结 语
平地机回转圈是平地机的一个核心部件，结构复杂，集钣金、焊接、机加工、热切割、表面感应热处理、无损检测等技术为一体。因此，笔者采用了合理的加工工艺技术措施、焊接顺序、专用坡口机设备、表面感应热处理设备等，成功开发出了平地机专用高性价比回转圈，满足了产品的尺寸与精度及内在质量要求。
参考文献：
[1] 张文钺.机械产品失效分析丛书-焊接工艺与失效分析[M].北京：机械工业出版社，1989.