2 螺旋喷头的结构分析及加工过程分析

3 方案设计及自制部件设计

1. 方案设计
    
   1.转接头 2.齿轮减速机构 3.转动部分步进电动机
   4.进给部分步进电动机 5.滑块移动机构
   图4 自制机构示意图
   由于工件相对轻小(全长52mm，螺旋槽加工部分长仅34mm)，考虑到单位的实际情况，用闲置的一台X8126万能工具铣，采用卧铣方式，在其工作台上配TS320A型回转工作台，又在回转工作台上安装一套自制的转动及进给机构：为保证整体刚性，在设计时尽量降低自制部件的高度(参见图4)。用一套二轴系统控制自制机构的转动(即X₁轴)和进给(即Y₁轴)，用另一套二轴系统控制回转工作台的转动(即X₂轴)和铣床工作台的横向进给(即Y₂轴)，并将两套系统(选用南京南微数控的JWK-15T二轴车床系统)并联(配4个110BC380C 步进电动机)以完成4 联动加工。即两套系统通过电路联接，使它们同时启动，并通过系统脉冲频率的调整，来控制两套系统每段程序的运行时间，使两套系统对应的程序段能同时起动、同步运行、又同时结束。
2. 自制转动部分设计
   转动部分(X₁轴)由步进电动机通过齿轮减速，增加扭矩，来克服盘形铣刀(高速钢)切削喷头(材料为不锈钢或铜)时产生的主切削力矩。

   切削力矩分析
   因: F_t=C_Fa_e^0.86a_f^0.72d_t^-0.86a_pZ(1)式中：F_t——主切削力(与铣刀圆周方向相切)
   C_F——系数值，C_F=670
   a_e——铣削接触弧深，a_e=7mm
   a_f——每齿进给量，a_f=0.13mm/齿
   d_t——盘形铣刀直径，d_t=50mm
   a_p——铣削深度，a_p=5mm
   Z——铣刀齿数，Z=16
   得出:F_t=2274N
   又因 M_t=F_t×L(2)式中：M_t——主切削力矩
   L——主切削力到转动中心的距离，取工件半径10mm
   得出:M_t=22.74N·m
3. 自制部分转动扭矩分析
   转动部件选用的110BC380C步进电动机的最大力矩为9.8N·m，步距角为0.75°(每接收一个脉冲，步进电动机轴转动0.75°)。为了提高自制部分转动的最大扭矩以满足大于切削力矩的要求，我们采用自制齿轮减速机构。为确保输出端转接头实际转动角度与系统的显示及编程相匹配，取自制转动部分脉冲当量Q=0.1°/脉冲。由 Q=q×I(3)式中：q——步距角
   I——传动比
   得出:I=2:15。即自制转动部分齿轮减速机构的减速比为15:2，则自制部件转动输出的最大扭矩为73.5N·m。
   根据以上自制部分输出的最大扭矩计算结果，可以看出其足以满足大于切削力矩的要求。同时，事实也证明上述减速机构设计的可行性。

4 结束语