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圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：
密 級(jí)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
數(shù)控機(jī)床分度工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF CNC INDEXING WORKBENCH
學(xué)生姓名
秦興露
學(xué)院名稱(chēng)
機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
毛瑞卿
2011年
5月
27日
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū)
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
I
摘要
本論文對(duì)數(shù)控分度工作臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)研究分度工作臺(tái)的基本原理，結(jié)合數(shù)控、液壓驅(qū)動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等知識(shí)，設(shè)計(jì)出一種運(yùn)用于加工中心的液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)。為了提高工作臺(tái)的分度精度，本設(shè)計(jì)采用了多彈性齒減小累積誤差的原理，設(shè)計(jì)出半彈性齒的工作臺(tái)分度裝置。這種彈性齒制造成本低、經(jīng)濟(jì)效益好、分度精度高，今后將會(huì)在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 分度工作臺(tái)；數(shù)控；液壓；齒輪；彈性齒
Abstract
This paper design on the work bench of CNC indexing，it will design a kind of application to the hydraulic CNC dividing workbench through the research on the basic principle of the indexing of workbench, combined with the knowledge of CNC, hydraulic drive of, and gear transmission, and so on. In order to improve the precision and indexing of the workbench, this design makes use of the principle of elastic gear to reducing error and it will design a half elastic indexing equipment of workbench。The cost of this elastic gear is low and the efficiency of the economy is good as well as the indexing and precision, which will apply widely on CNC lathe in the future.
Keywords Indexing workbench CNC Hydraulic Gear Elastic gea
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1前言 1
1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 1
1.2.1我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.3數(shù)控工作臺(tái)的研究 2
1.4數(shù)控工作臺(tái)分度頭的研究 3
1.5本課題研究的內(nèi)容 4
2 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)原理設(shè)計(jì) 5
2.2液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù) 7
2.3液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
2.3.1液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 7
2.3.2液壓泵的選擇 8
2.4 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9
3 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)部件設(shè)計(jì) 10
3.1 工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 10
3.1.1工作臺(tái)整體尺寸設(shè)計(jì) 10
3.1.2工作臺(tái)T形槽設(shè)計(jì) 10
3.1.3工作臺(tái)中心孔設(shè)計(jì) 10
3.1.4工作臺(tái)螺孔分布設(shè)計(jì) 10
3.2端齒盤(pán)設(shè)計(jì) 11
3.3中心軸設(shè)計(jì) 13
3.3.1中心軸尺寸設(shè)計(jì) 13
3.3.2中心軸軸承選擇 14
3.4活塞設(shè)計(jì) 14
3.5傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16
3.5.1傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 16
3.5.2齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.5.4齒圈設(shè)計(jì) 23
3.6工作臺(tái)底座設(shè)計(jì) 24
3.6.1材料選擇 24
3.6.2壁厚選擇 25
3.6.3鑄造斜度 25
3.6.4加強(qiáng)筋 25
3.6.5定位設(shè)計(jì) 26
3.7活塞密封塊設(shè)計(jì) 27
3.8推桿導(dǎo)向塊設(shè)計(jì) 27
3.9工作臺(tái)分度工作原理和結(jié)構(gòu) 28
3.9.1工作臺(tái)定位原理和結(jié)構(gòu) 28
3.9.2工作臺(tái)松開(kāi)、夾緊原理和結(jié)構(gòu) 29
3.9.3工作臺(tái)分度原理和結(jié)構(gòu) 29
4 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)受力校核 31
4.1工作臺(tái)螺栓受力校核 31
結(jié)論 34
致謝 35
參考文獻(xiàn) 36
37
1 緒論
1.1前言
數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)。”制造技術(shù)和裝備就是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)鋼釩采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。
數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，是實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石，是保證高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)防軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備?？v觀振興裝備制造業(yè)的16個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域的振興都需要大批先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床來(lái)裝備，如發(fā)展大型火力發(fā)電和核電機(jī)組、制造大型化工設(shè)備、開(kāi)發(fā)大型海洋運(yùn)輸船舶、研制大型薄板冷熱連軋成套設(shè)備、發(fā)展高速列車(chē)、新型地鐵和軌道交通車(chē)輛等，都需要大批高速、精密、高效和專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工制造。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床作為國(guó)防軍工的戰(zhàn)略裝備，是各種武器裝備最重要的制造手段，是國(guó)防軍工裝備現(xiàn)代化的重要保證。國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家意志把高性能數(shù)控機(jī)床作為戰(zhàn)略物資而嚴(yán)加控制，限制我國(guó)進(jìn)口高性能數(shù)控機(jī)床。
目前，由于我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后，已經(jīng)制約了整個(gè)裝備制造業(yè)的發(fā)展，直接影響到國(guó)防軍工的產(chǎn)業(yè)安全。國(guó)內(nèi)外裝備制造業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，發(fā)展裝備制造業(yè)，數(shù)控機(jī)床是基礎(chǔ)，因此，全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，加快發(fā)展我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，具有基礎(chǔ)性、前瞻性、全局性的戰(zhàn)略意義。
1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
1.2.1我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)始于1958年，一直到20世紀(jì)60年代中期還處在研制、開(kāi)發(fā)時(shí)期。1965年，國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代末至70年代研制成功立式數(shù)控銑床、CJK-18數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)在車(chē)、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面展開(kāi)，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。但由于穩(wěn)定性未得到解決，因此沒(méi)有得到廣泛推廣。在這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，在模具數(shù)控加工中得到了廣泛應(yīng)用和推廣。20世紀(jì)80年代，我國(guó)從日本FANUC公司引進(jìn)了部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)和直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流主軸電機(jī)技術(shù)，以及從美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)一些新的技術(shù)，并進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)商品化生產(chǎn)，這些數(shù)控系統(tǒng)可靠性高、性能穩(wěn)定、功能齊全，推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定發(fā)展，使我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。
“十五”期間，我國(guó)機(jī)床工業(yè)連續(xù)幾年快速發(fā)展，到2005年我國(guó)機(jī)床產(chǎn)值從“九五”末期列世界第八位，躍居到世界第三位。其中，2005年數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到6萬(wàn)臺(tái)，是2000年1.4萬(wàn)臺(tái)的4.3倍。以“高速、精密、智能、復(fù)合”為方向，科技創(chuàng)新和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)取得了顯著進(jìn)步，開(kāi)發(fā)了多軸聯(lián)動(dòng)加工中心、復(fù)合加工機(jī)床、高速精密數(shù)控機(jī)床等多項(xiàng)新產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。目前，數(shù)控機(jī)床品種達(dá)到了1500多種。機(jī)床行業(yè)通過(guò)國(guó)內(nèi)企業(yè)和企業(yè)集團(tuán)，如沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）公司和大連機(jī)床集團(tuán)公司機(jī)床年銷(xiāo)額已進(jìn)入世界機(jī)床企業(yè)前十五名?！笆濉逼陂g，我國(guó)機(jī)床工業(yè)的加速發(fā)展為振興裝備制造業(yè)初步奠定了發(fā)展基礎(chǔ)。
但從總體來(lái)看，我國(guó)機(jī)床工業(yè)與世界先進(jìn)水平相比，差距仍然十分明顯：一是國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床在品種、水平和數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國(guó)內(nèi)發(fā)展需求，高檔數(shù)控機(jī)床目前仍然大量進(jìn)口；二是數(shù)控機(jī)床功能部件和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展滯后，成為我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸；三是機(jī)床制造企業(yè)技術(shù)裝備水平不高，制造能力、綜合管理和服務(wù)能力等方面不能滿足市場(chǎng)快節(jié)奏發(fā)展的要求。
1.2.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控加工工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要設(shè)備。
進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展商hi解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢(shì)。
1.3數(shù)控工作臺(tái)的研究
數(shù)控機(jī)床包括床身、立柱、工作臺(tái)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等部件。工作臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要環(huán)節(jié)。從一開(kāi)始為了滿足加工簡(jiǎn)單的零件而設(shè)計(jì)的直線運(yùn)動(dòng)的x-y工作臺(tái)，到現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)多工位加工而制造的分度工作臺(tái)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置從原來(lái)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)變?yōu)橐簤候?qū)動(dòng)，現(xiàn)在更多的采用了氣動(dòng)裝置，更好的保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了資源。
數(shù)控工作臺(tái)作為機(jī)床配件的一種，其現(xiàn)狀與機(jī)床的配件業(yè)和機(jī)床的發(fā)展密切相關(guān)。機(jī)床配件發(fā)展來(lái)進(jìn)行帶動(dòng)，這就不得不提到我國(guó)機(jī)床業(yè)發(fā)展前景，我國(guó)機(jī)床業(yè)要想進(jìn)行更穩(wěn)定且快速發(fā)展，必須進(jìn)行全面數(shù)控化改革及創(chuàng)新工作，這樣才能使一系列機(jī)床配件業(yè)不斷一起跟進(jìn)前進(jìn)。但我國(guó)大部分機(jī)床配件廠資金還比較緊張，這使技術(shù)創(chuàng)新改革帶動(dòng)了很大影響，這也是我國(guó)配件水平未能快速進(jìn)步重要一點(diǎn)。成為影響到機(jī)床業(yè)發(fā)展一個(gè)障礙。國(guó)產(chǎn)機(jī)床配件教國(guó)際技術(shù)來(lái)講，無(wú)論技術(shù)還質(zhì)量或性能上還與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距。
由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)，我國(guó)機(jī)床配件業(yè)也會(huì)呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)份額也將不斷提高，這種帶動(dòng)作用使我國(guó)機(jī)床業(yè)不斷發(fā)展，但我國(guó)機(jī)床配件業(yè)也存著一定不足，當(dāng)然也有很好發(fā)展空間。
1.4數(shù)控工作臺(tái)分度頭的研究
分度工作臺(tái)結(jié)構(gòu)形式種類(lèi)很多，從臺(tái)面的定位形式角度出發(fā)，可將其分為三大類(lèi)：定位銷(xiāo)式分度工作臺(tái)，端齒盤(pán)式分度定位工作臺(tái)，鋼球式定位工作臺(tái)。
對(duì)于定位銷(xiāo)式分度機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用一些措施后能獲得較高的定位精度，因此國(guó)內(nèi)外的加工中心分度工作臺(tái)多采用。
端齒盤(pán)齒輪具有高的分度精度，能傳遞大扭矩，所以廣泛用于數(shù)控機(jī)床、加工中心機(jī)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床和鍵床等分度機(jī)構(gòu)和圓分度工作臺(tái)上端齒盤(pán)的嚙合相當(dāng)于一對(duì)帶梯形齒的端齒離合器嚙合時(shí)由于整個(gè)齒面都能達(dá)到均勻的接觸，分度精度非常高加工中心機(jī)床上采用端齒盤(pán)定位的分度工作臺(tái)的定位精度一般都在±5絲左右，最高可達(dá)1.5絲，而美國(guó)莫爾1440齒精密分度盤(pán)已達(dá)±0.1絲。這是銷(xiāo)定位等機(jī)構(gòu)難于實(shí)現(xiàn)的端齒盤(pán)在進(jìn)行高精度范圍分度時(shí)，可靠性很高，嚙合剛性很大。因此可以充分承受，切削。如直徑為200mm和300mm的端齒盤(pán)工作臺(tái)大容許切削力可達(dá)15000N。端齒盤(pán)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，能進(jìn)行高精度的結(jié)合分度。其次，能正確的進(jìn)行自動(dòng)對(duì)中，嚙合時(shí)不需再找正中心。再次，直線齒向?qū)τ谶x擇磨削砂輪的外徑自由度大。最后，具有互換性，耐磨性好，經(jīng)濟(jì)效率高。
鋼球分度定位機(jī)構(gòu)比齒盤(pán)定位機(jī)構(gòu)達(dá)到更高的定位精度日本社生產(chǎn)的一套鋼球定位分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)最高分度定位精度已達(dá)±1絲，為了使工作臺(tái)達(dá)到高的分度定位精度，須正確布置鋼球，鋼球的精度應(yīng)控制在真球度為0.3微米以下，各鋼球相互直徑差應(yīng)不大于0.3微米。分度定位是由裝置上下槽中各部鋼球凹凸部分的分別嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)。裝置中上下槽內(nèi)配置的鋼球數(shù)目相等。嚙合時(shí)，由于多數(shù)高精度鋼球同時(shí)嚙合，很多誤差都相互抵消了，所以這種裝置的分度精度和中心定位精度都非常高。鋼球定位的分度工作臺(tái)式目前分度精度較高（±1絲）的一種分度工作臺(tái)。但在目前的加工中心機(jī)床上還未得到廣泛采用。
當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛，向高速、高效、高精、柔性化、環(huán)保方面發(fā)展，與之相應(yīng)的機(jī)床附件也應(yīng)隨之發(fā)展。數(shù)控分度頭未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是：在規(guī)格上向兩頭延伸，即開(kāi)發(fā)小規(guī)格也開(kāi)發(fā)大規(guī)格的分度頭，同時(shí)注意相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)；在性能方面將進(jìn)一步提高剎緊力矩、提高主軸轉(zhuǎn)速及可靠性方面發(fā)展；要求采用新材料；產(chǎn)品要價(jià)格低、操作方便。
1.5本課題研究的內(nèi)容
隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展與提高，使機(jī)床主機(jī)對(duì)配件要求與依賴(lài)都越來(lái)越高。機(jī)床配件技術(shù)發(fā)展間接決定了機(jī)床主機(jī)發(fā)展水平，專(zhuān)業(yè)化發(fā)展方向成為我國(guó)機(jī)床配件業(yè)總體發(fā)展趨勢(shì)。為了縮小與國(guó)外工業(yè)大國(guó)差距，我國(guó)各大機(jī)床廠應(yīng)全力配合，企業(yè)本身要加快技術(shù)步伐，積極自主創(chuàng)新，并且勇于與國(guó)外企業(yè)多多學(xué)習(xí)。企業(yè)應(yīng)該努力學(xué)習(xí)國(guó)際先進(jìn)機(jī)床技術(shù)，全面開(kāi)展創(chuàng)新工作，企業(yè)高層也應(yīng)該鼓勵(lì)并且大力支持機(jī)床配件創(chuàng)新，從而使我國(guó)機(jī)床配件業(yè)越做越強(qiáng)。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是研究解決端齒盤(pán)作為分度定位機(jī)構(gòu)的液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算部分，設(shè)計(jì)思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。
目前端齒盤(pán)為分度定位機(jī)構(gòu)的液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)廣泛運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上。它的總的發(fā)展趨勢(shì)是：
1.在規(guī)格上向兩頭延伸，即開(kāi)發(fā)小型和大型分度工作臺(tái)。
2.在性能上研制以鋼為主的齒輪、齒盤(pán)，大幅度提高分度工作臺(tái)的承載能力。
3.分度定位裝置不斷提高分度工作臺(tái)分度時(shí)的定位精度。
在各種數(shù)控機(jī)床和其他機(jī)械的制造中，數(shù)控端齒盤(pán)分度工作臺(tái)等分度裝置的應(yīng)用十分廣泛。近年來(lái)，隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步、自動(dòng)化程度的普遍提高，加工中心類(lèi)機(jī)床、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床的生產(chǎn)和應(yīng)用日益廣泛，對(duì)高精度、高效率的分度裝置的需求也越來(lái)越大。隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，為了適應(yīng)不同產(chǎn)品的加工要求，擴(kuò)大加工范圍，分度工作臺(tái)也將在一定范圍內(nèi)得到運(yùn)用。
2 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)
隨著人類(lèi)生活的物質(zhì)要求的不斷提高和人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，越來(lái)越復(fù)雜的零件被設(shè)計(jì)運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。所以對(duì)加工她們的機(jī)床提出了更高的要求。液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)工件的一次裝夾的多工位加工，滿足工件的加工要求。液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)作為加工中心的重要部件，其功能與加工中心的功能有密切關(guān)系。
在液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要確定工作臺(tái)的參數(shù)。加工中心最主要的參數(shù)為工作臺(tái)尺寸等，根據(jù)確定的零件的典型零件進(jìn)行選擇。工作臺(tái)尺寸這是加工中心的主參數(shù)，主要取決于典型零件的外廓尺寸、裝夾方式等。應(yīng)選比典型零件稍大一些的工作臺(tái)，以便留出安裝夾具所需的空間，還應(yīng)考慮工作臺(tái)的承載能力，承載能力不足時(shí)應(yīng)考慮加大工作臺(tái)尺寸，以提高承載能力。
2.1液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)原理設(shè)計(jì)
圖2.1（a）端齒盤(pán)式液壓分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理圖
圖2.1（b）端齒盤(pán)式液壓分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理圖
端齒盤(pán)分度工作臺(tái) 圖2.1（a）、（b）所示是端齒盤(pán)式液壓分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理圖。它主要由工作臺(tái)、底座、夾緊油缸、分度油缸及端齒盤(pán)等部件組成，其工作過(guò)程如下：
1、分度工作臺(tái)抬起、松開(kāi) 機(jī)床需要分度時(shí)，根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出分度指令，由電磁鐵控制液壓閥（圖中未標(biāo)出），使壓力油進(jìn)液壓管道23進(jìn)入分度工作臺(tái)7中央的夾緊油缸的油腔10，并推動(dòng)活塞6上移動(dòng)（油缸上腔9的油經(jīng)管道22排出回油）?；钊?通過(guò)推力軸承5（軸承13與之配套使用），使工作臺(tái)7抬起，上端齒盤(pán)4和下端齒盤(pán)3脫離嚙合。在工作臺(tái)7向上移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)內(nèi)齒圈12與齒輪11下部嚙合，完成分度前的準(zhǔn)備工作。同時(shí)，工總臺(tái)7向上抬起時(shí)，推桿2在彈簧的作用下向上移動(dòng)，使推桿1能在彈簧的作用下右移松開(kāi)微動(dòng)開(kāi)關(guān)D，發(fā)出松開(kāi)到位信號(hào)。
2、分度工作臺(tái)回轉(zhuǎn)、分度 控制系統(tǒng)在接到松開(kāi)到位信號(hào)后，控制電磁鐵（液壓閥）動(dòng)作，使壓力油經(jīng)管道21進(jìn)入分度油缸左腔19，并推動(dòng)齒條8右移（分度油腔右腔18的油經(jīng)管道20排出回油）。齒條8帶動(dòng)齒輪11做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)。改變油腔的行程，即可以改變齒輪11的回轉(zhuǎn)角度。圖中的分度工作臺(tái)為：油缸的行程100mm，齒輪回轉(zhuǎn)的角度為90°。當(dāng)齒輪在回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，擋塊14放開(kāi)推桿15；90°回轉(zhuǎn)到位后，擋塊17壓上推桿16，微動(dòng)開(kāi)關(guān)E發(fā)出到位信號(hào)，回轉(zhuǎn)動(dòng)作結(jié)束。分度工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度可以通過(guò)液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3、分度工作臺(tái)落下、夾緊 控制系統(tǒng)在接到回轉(zhuǎn)到位信號(hào)后，由電磁鐵控制液壓閥（圖中未標(biāo)出）,使壓力油經(jīng)管道22進(jìn)入分度工作臺(tái)的夾緊油缸的油腔9，并推動(dòng)活塞6下移（油缸下腔10的油經(jīng)管道23排出回油）?；钊?通過(guò)推力軸承5（軸承13與之配套使用），使工作臺(tái)7落下，上端齒盤(pán)4和下端齒盤(pán)3嚙合，夾緊、定位。工作臺(tái)夾緊后，壓下推桿2，使推桿1左移，壓上微動(dòng)開(kāi)關(guān)C動(dòng)作，發(fā)出夾緊完成信號(hào)。
4、分度油缸返回 控制系統(tǒng)在接到夾緊完成信號(hào)后，控制電磁鐵（液壓閥）動(dòng)作使壓力油經(jīng)管道20進(jìn)入分度油缸右腔18，并推動(dòng)8左移（分度油缸左腔19的油經(jīng)管道21排出回油），齒條8返回。這時(shí)，因?yàn)辇X輪11的內(nèi)齒圈已經(jīng)脫開(kāi)，分度工作臺(tái)不動(dòng)，同時(shí)擋塊14壓上推桿15，微動(dòng)開(kāi)關(guān)C動(dòng)作，發(fā)出分度結(jié)束信號(hào)。
2.2液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù)
在經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料和進(jìn)行初步的CAD輔助設(shè)計(jì)后，液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)根據(jù)使用的場(chǎng)合，所需的大小和形狀有很多種類(lèi)，本人設(shè)計(jì)的是加工中心上的一個(gè)分度工作臺(tái)，根據(jù)需要本人的工作臺(tái)相關(guān)參數(shù)如下：
表2-1 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)相關(guān)參數(shù)
中心高
220（mm）
中心套孔直徑
30（mm）
工作臺(tái)面直徑
320(mm)
主軸連接尺寸
136（mm）
T型槽寬度
10(mm)
分度角度
90°
使用壓力
2.5MPa
使用流體
液壓油
分度方向
順/逆時(shí)針
最大載重量
200kg
分度精度
±0.2″
重復(fù)精度
±0.2（mm）
2.3液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.3.1液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
通過(guò)液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的基本原理和動(dòng)作過(guò)程，可以了解到工作臺(tái)需要有兩個(gè)液壓系統(tǒng)：一個(gè)是提供壓力使工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)抬起和下降的動(dòng)作，而另外一個(gè)液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)90°分度回轉(zhuǎn)的動(dòng)作。這兩個(gè)動(dòng)作過(guò)程都需要液壓系統(tǒng)具有使工作臺(tái)平穩(wěn)動(dòng)作的功能，不要在工作臺(tái)抬起、下降、分度的時(shí)候產(chǎn)生顫動(dòng)，影響加工精度。
圖2.2 H型中位機(jī)能液壓缸
如圖2.2所示，在液壓缸的兩側(cè)油路上都串接一液控單向閥（液壓閥），活塞可以在行程的任何位置上鎖緊，不會(huì)因外界的原因而顫動(dòng)，而其鎖緊精度只受液壓缸的泄漏和油液壓縮性的影響。為了保證鎖緊迅速、準(zhǔn)確，換向閥采用了H型中位機(jī)能。這種液壓系統(tǒng)能很好的滿足液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的要求。
2.3.2液壓泵的選擇
根據(jù)液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的基本參數(shù)和CAD輔助設(shè)計(jì)對(duì)零部件的設(shè)計(jì)，可以知道：實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的分度的液壓系統(tǒng)的壓力遠(yuǎn)比實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的壓力要小，兩個(gè)液壓系統(tǒng)選擇相同的液壓泵，所以選擇液壓泵的時(shí)候只要滿足上下運(yùn)動(dòng)的即可。
根據(jù)工作臺(tái)的最大載重量為200kg，不僅需要一定的過(guò)載能力，而且工作臺(tái)本身也有自重，所以在選擇時(shí)液壓系統(tǒng)的最大載重為400kg。根據(jù)如圖2.3所示設(shè)計(jì)的活塞尺寸，活塞的作用面為半徑為32.5mm和半徑為47mm圍成的環(huán)面。計(jì)算過(guò)程如下：
圖2.3活塞
式(2.1)
式(2.2)
式(2.3)
表2-2 液壓泵參數(shù)
型號(hào)
流量
[1/min]
壓力
[MPa]
轉(zhuǎn)速
[rpm]
容積效率
[%]
重量
[kg]
驅(qū)動(dòng)功率
[kw]
CB-B4
4
2.5
1450
≧85
2.8
0.21
2.4 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的動(dòng)作過(guò)程，設(shè)置了四個(gè)數(shù)控指示燈，其數(shù)控指令的動(dòng)作順序如表2-3：
表2-3 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)動(dòng)作順序
指令
動(dòng)作
完成信號(hào)
抬起
工作臺(tái)抬起，開(kāi)關(guān)D松開(kāi)
發(fā)出抬起到位信號(hào)
分度
擋塊17壓到推桿16，E開(kāi)關(guān)閉合
發(fā)出分度到位信號(hào)
下降
工作臺(tái)下降，開(kāi)關(guān)D閉合
發(fā)出下降、夾緊信號(hào)
返回
擋塊14壓到推桿15，開(kāi)關(guān)C閉合
發(fā)出分度結(jié)束信號(hào)
3 液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)部件設(shè)計(jì)
3.1 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
3.1.1工作臺(tái)整體尺寸設(shè)計(jì)
液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)作為需要回轉(zhuǎn)的部件，在其上還會(huì)有專(zhuān)業(yè)的夾具。為了滿足其分度的功能，所以工作臺(tái)做成圓形件，且根據(jù)工作臺(tái)的加工零件的范圍：最大載重量為200kg，所以工作臺(tái)臺(tái)面為320mm，工作臺(tái)的高度為75mm。工作臺(tái)表面需要T型槽，用于工作臺(tái)上的夾具的定位夾緊。為了使工作臺(tái)耐用，在工作臺(tái)的中心處設(shè)計(jì)一個(gè)中心孔，用于襯套 的安裝。為了使下端面需要與中心轉(zhuǎn)軸和端齒盤(pán)安裝定位，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)槽，槽寬和槽深都是根據(jù)端齒盤(pán)的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)確定的。
3.1.2工作臺(tái)T形槽設(shè)計(jì)
工作臺(tái)T形槽的作用是用T形螺栓固定工作臺(tái)上的夾具。T形槽的布置需要根據(jù)工作臺(tái)的尺寸確定，根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的方案，T形槽的長(zhǎng)度為117.5mm，12條均布在工作臺(tái)的上表面。
根據(jù)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)要求和《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》T形槽及螺栓頭部尺寸（摘自GB/T158-1996）,選擇如下：
T形槽|A|基本尺寸/mm：10
T形槽|B|尺寸/mm:16
T形槽|C|尺寸/mm:7
T形槽H|尺寸/mm:17
螺栓選擇 公稱(chēng)尺寸/mm: M8
圖3.1T型槽
3.1.3工作臺(tái)中心孔設(shè)計(jì)
工作臺(tái)的中心孔設(shè)計(jì)，是根據(jù)在中心孔上有一個(gè)襯套，襯套的作用是：當(dāng)襯套磨損了，可以方便更換。如果不用襯套，磨損后，則需要更換工作臺(tái)。因其是標(biāo)準(zhǔn)件，加工方便，更換成本低，而且還能起到一定的導(dǎo)向的作用。襯套與工作臺(tái)中心孔為小過(guò)盈配合。所以根據(jù)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)要求和襯套的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可得，工作臺(tái)中心孔的孔徑為39mm。
3.1.4工作臺(tái)螺孔分布設(shè)計(jì)
液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)需要中心軸和端齒盤(pán)與工作臺(tái)具有精度的相對(duì)位置。而工作臺(tái)是由許多點(diǎn)、線、面組成的一個(gè)復(fù)雜的空間幾何體。當(dāng)考慮中心軸和端齒盤(pán)在工作臺(tái)中占據(jù)一正確位置時(shí)，在實(shí)際安裝，進(jìn)行零部件定位時(shí)需要螺栓的夾緊和定位銷(xiāo)的定位相結(jié)合，才能滿足工作臺(tái)的動(dòng)作要求。所以本設(shè)計(jì)中采用螺栓和定位銷(xiāo)在工作臺(tái)上圓周均布，一般采用三個(gè)螺栓與兩個(gè)定位銷(xiāo)對(duì)工作臺(tái)及其部件進(jìn)行定位夾緊。
圖3.2螺栓和定位銷(xiāo)均布工作臺(tái)
3.2端齒盤(pán)設(shè)計(jì)
多齒分度臺(tái)按其齒根部的切槽深度可分為三種齒形，見(jiàn)圖3.3所示，剛性齒的齒槽很淺，半彈性齒的齒槽介于剛、彈性之間；彈性齒的齒槽深度為齒厚的4~6倍或更深。彈性齒的材料為45號(hào)鋼，調(diào)制HRC25~28，正火穩(wěn)定性處理。
本裝置采用彈性齒比剛性多齒盤(pán)可提高精度2~3倍，彈性多齒分度臺(tái)是利用“平均效應(yīng)”，使精度較低的齒牙盤(pán)組裝成精度較高的多齒分度盤(pán)，即是利用多定位以提高精度。但必須滿足兩個(gè)條件，一是材料符合胡克定律；二是每對(duì)齒在齒盤(pán)加壓時(shí)能均勻嚙合。由于彈性多齒分度臺(tái)的累積角度誤差不大于±0.2″，實(shí)際上可以成為一個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)，彈性多齒分度臺(tái)實(shí)為360個(gè)齒面棱體。
圖3.3多齒分度臺(tái)三種齒形
彈性多齒分度臺(tái)，其分度精度高，累積角度誤差僅為±0.1″~±0.2″；重復(fù)精度好，可達(dá)±0.3″；自動(dòng)定心精度高，中心偏移量可在0.001mm左右；使用壽命長(zhǎng)，使用過(guò)程也是對(duì)研過(guò)程，可逐步減少殘余分度誤差。其分度精度不受正反轉(zhuǎn)的限制，但只能做整度分度，最小分度值為360/Z，其中Z為齒盤(pán)的齒數(shù)。
本設(shè)計(jì)中采用的是直線齒端齒盤(pán)，直線齒的上、下齒盤(pán)的齒形完全一樣，可用一般的銑刀加工，制造比較方便。
端齒盤(pán)主要參數(shù)計(jì)算：
（1）由于端齒盤(pán)的齒數(shù) Z=360/ 式(3.1)
式中 -需要分度的最小分度角 （°）
在此設(shè)計(jì)中最小分度角為90°，
Z=360/=360/90=4
所以在設(shè)計(jì)中端齒盤(pán)的齒數(shù)可以是4的倍數(shù)即可，選擇Z=64齒。
（2）端齒盤(pán)的直徑可以根據(jù)分度臺(tái)臺(tái)面所需求的尺寸確定，分度工作臺(tái)的直徑為320mm，所以選擇D=216mm。
（3）端齒盤(pán)的齒形角 =50°~60°，選擇=60°。
（4）端齒盤(pán)的齒長(zhǎng) B=(10~15)mm，選擇B=10。
（5）端齒盤(pán)內(nèi)徑 根據(jù)結(jié)構(gòu)可以確定為d=140mm。
（6）端齒盤(pán)的齒高 在此設(shè)計(jì)中，運(yùn)用了多彈性齒的原理，使端齒盤(pán)的齒高比普通端齒盤(pán)的高一些，h=20.4mm，b=7.6mm，h/b=20.4mm/7.6mm≈2.68所以根據(jù)多彈性齒的介紹，已經(jīng)基本達(dá)到了半彈性齒的要求。
（7）大端齒距 式(3.2)
（8）理論齒高 式（3.3）
（b為大段齒頂寬度，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算為），
。
（9）有效高度 式（3.4）
（為上下齒盤(pán)齒頂間距離），
。
端齒盤(pán)的定位使用三個(gè)M6的螺釘均布在同一圓周上，同時(shí)使M6的定位銷(xiāo)來(lái)定位，確保端齒盤(pán)的定位精度，滿足工作要求。
綜上所述，可以繪出端齒盤(pán)如圖3.4：
圖3.4端齒盤(pán)
根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，端齒盤(pán)的齒形圖如圖3.5所示：
圖3.5端齒盤(pán)齒形
3.3中心軸設(shè)計(jì)
3.3.1中心軸尺寸設(shè)計(jì)
液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的中心轉(zhuǎn)軸其結(jié)構(gòu)尺寸基本上是按照工作臺(tái)的整體尺寸確定的，其左端面的螺孔與定位銷(xiāo)孔都是根據(jù)工作臺(tái)的下端表面的螺孔分布來(lái)設(shè)計(jì)的。其右端面的螺孔是根據(jù)與之配合的齒圈設(shè)計(jì)的，中心軸左端有3mm會(huì)嵌進(jìn)齒圈的中心槽進(jìn)行定位，再用三個(gè)均布的螺栓緊固。
中心軸最重要的部分是其右端面的直徑大小，在工作臺(tái)結(jié)構(gòu)允許的條件下，盡可能的使中心軸的支承面大。因?yàn)橐簤菏綌?shù)控分度工作臺(tái)在分度旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，需要液壓油頂起活塞，活塞兩端都有推力軸承，通過(guò)推力頂起中心軸支撐面，在次過(guò)程中工作臺(tái)的重物不一定在中心，所以會(huì)產(chǎn)生一定的傾覆力。中心軸的支承面越大則產(chǎn)生的傾覆力越小，分度后的中心重復(fù)定位精度也將會(huì)提高。所以根據(jù)工作臺(tái)和端齒盤(pán)的尺寸，允許中心軸支承面的最大尺寸為136mm。
圖3.6中心軸
3.3.2中心軸軸承選擇
根據(jù)中心軸的動(dòng)作原理，可知需要選擇推力軸承：
推力球軸承，推力球軸承由底座、軸圈和鋼球保持架組件三部分構(gòu)成。與軸配合的稱(chēng)軸圈，與外殼配合的稱(chēng)座圈。推力球軸承種類(lèi)：接受力情況分單向推力球軸承和雙向推力球軸承。單向推力球軸承，可承受單向軸向負(fù)荷。雙向推力球軸承，可承受雙向軸向負(fù)荷。雙向推力球軸承，其中圈與軸配合。座圈的安裝面呈球面的軸承，具有調(diào)心性能，可以減少安裝誤差的影響。推力球軸承不能承受徑向負(fù)荷，極限轉(zhuǎn)速較低。
推力球軸承的用途：只適用于承受一面軸向負(fù)荷、轉(zhuǎn)速較低的機(jī)件上，例如 吊鉤、立式水泵、立式離心機(jī)、千斤頂、低速減速器等。軸承的軸圈、座圈和滾動(dòng)體是分離的，可以分別裝拆。
根據(jù)中心軸的軸徑為：上端的軸徑30mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6-8推力球軸承（GB/T301-1995摘錄）可知，選用軸承代號(hào)為：51206
下端的軸徑25mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6-8推力球軸承（GB/T301-1995摘錄）可知，選用軸承代號(hào)為：51205
圖3.7推力球軸承
3.4活塞設(shè)計(jì)
液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的活塞的設(shè)計(jì)，根據(jù)軸心轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)尺寸可以確定活塞中心孔的大小為30mm，在設(shè)計(jì)中，當(dāng)兩個(gè)接觸面的距離較長(zhǎng)時(shí)，可以適當(dāng)減少接觸面的距離，降低加工難度，也提高了精度。如圖活塞的左端面是一個(gè)專(zhuān)門(mén)的推力軸承的支承槽，推力軸承的外徑為52mm，根據(jù)要求在此選擇了支承槽的直徑為56mm?；钊叽缛鐖D3.8所示：
圖3.8活塞
活塞是根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力確定的，活塞作為液壓油驅(qū)動(dòng)的部件，在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生泄漏現(xiàn)象，所以也需要密封圈，根據(jù)密封圈可以設(shè)計(jì)出活塞上的密封槽。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，活塞需要液壓油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，根據(jù)活塞工作的原理，所以齒條需要密封。密封可分為靜密封和動(dòng)密封兩大類(lèi)。靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸密封三大類(lèi)。根據(jù)工作壓力，靜密封又可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質(zhì)較硬接觸寬度很窄的金屬墊片。動(dòng)密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類(lèi)型。按密封件與其作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件是否接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可分為圓周密封和斷面密封，斷面密封又稱(chēng)為機(jī)械密封。動(dòng)密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)給介質(zhì)以動(dòng)力得到密封。
經(jīng)過(guò)以上的介紹，可知活塞需要往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，所以需要?jiǎng)用芊庠?，本設(shè)計(jì)選擇O型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機(jī)械設(shè)備上，在工作壓力0~70MPa、溫度為-40~+120℃的不同液體和氣體介質(zhì)中，在固定或運(yùn)動(dòng)的情況下起密封作用。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7-13查得適用于活塞的密封圈如圖3.9（a）、（b）：
圖3.9（a）活塞的密封圈
圖3.9（b）活塞的密封圈
3.5傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.5.1傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)的工作原理，在工作臺(tái)需要分度的時(shí)候，液壓油進(jìn)入活塞下部將工作臺(tái)頂起，同時(shí)齒圈和下齒輪嚙合，準(zhǔn)備分度。上升到位后，液壓系統(tǒng)將使液壓油進(jìn)入齒條油腔，推動(dòng)齒條，齒條與上齒輪嚙合，并帶動(dòng)上齒輪運(yùn)動(dòng)，上齒輪與下齒輪是做成一體的，所以上齒輪帶動(dòng)下齒輪旋轉(zhuǎn)。下齒輪與齒圈嚙合在一起，并且齒圈與轉(zhuǎn)軸是固定的，所以齒條的水平運(yùn)動(dòng)將會(huì)帶動(dòng)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)。
綜上所述，此傳動(dòng)系統(tǒng)的最主要的作用就是通過(guò)齒輪齒條和齒輪齒圈的嚙合使齒條的水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的分度運(yùn)動(dòng)。即為圖3.10所示：
圖3.10傳動(dòng)系統(tǒng)
經(jīng)過(guò)動(dòng)作的分析，在此設(shè)計(jì)中，齒輪齒條的作用只是分度時(shí)進(jìn)行嚙合，而且分度時(shí)傳遞的力只是克服中心轉(zhuǎn)軸與活塞內(nèi)孔壁摩擦力，此摩擦力比較小，所以齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和工作臺(tái)的具體尺寸確定的。所以，齒條半徑為18mm。齒輪的分度圓半徑為64mm。
液壓泵的工作壓力使2.5MPa。
1、 齒輪齒條轉(zhuǎn)矩
根據(jù)工作臺(tái)零部件之間的合理分布，可以確定齒條半徑為18mm，齒條油腔的面積為：
式(3.5)
所以齒條在分度時(shí)受液壓缸的推力為：
式（3.6）
齒輪齒條嚙合是，所受的轉(zhuǎn)矩是克服中心轉(zhuǎn)軸與活塞內(nèi)孔壁摩擦力，此摩擦力比較小。假設(shè)為：
2、齒輪齒條的轉(zhuǎn)速
由齒輪齒條的分度圓嚙合條件可知，工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)90°分度時(shí)，齒輪需要轉(zhuǎn)動(dòng)四分之一圓周，所以
式（3.7）
齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周長(zhǎng)度也即是齒條分度時(shí)需要運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度，即為齒條油缸的長(zhǎng)度。
所以齒條油缸的體積為：
式(3.8)
選擇的液壓泵的流量為：
所以分度工作臺(tái)分度需要的時(shí)間為：
式(3.9)
綜上所述，齒條在分度嚙合的時(shí)候的速度為：
式(3.10)
齒輪在分度時(shí)候的轉(zhuǎn)速為：
式(3.11)
3.5.2齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算
項(xiàng)目
計(jì)算（或選擇）依據(jù)
計(jì)算過(guò)程
單位
計(jì)算（或確定）結(jié)果
1.選齒輪精度等級(jí)
查[1]表10-8
選用7級(jí)精度
級(jí)
7
2.材料選擇
查[1]表10-1
齒條選用45號(hào)鋼（正火處理）硬度為200HBS
大齒輪選用45號(hào)鋼（正火處理）硬度為200HBS
齒輪200HBS
齒條200HBS
項(xiàng)目
計(jì)算（或選擇）依據(jù)
計(jì)算過(guò)程
單位
計(jì)算（或確定）結(jié)果
3.選擇齒數(shù)Z
取
個(gè)
選擇：齒輪齒數(shù)為：24
齒條齒數(shù)為：20
傳動(dòng)比為：1
1. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1）試選
=1.2~1.4
取=1.3
=1.3
（2）區(qū)域系數(shù)
由[1]圖10-30
=2.433
=2.433
（3）計(jì)算齒條傳遞的轉(zhuǎn)矩
根據(jù)上述可知
（4）齒寬
由結(jié)構(gòu)可知
B=15mm
B=15mm
（5）材料的彈性影響系數(shù)
由[1]表10-6
（6）齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限
由[1]圖10-21c
由[2]圖10-21d
（7）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N
由[1]式10-13
(8)接觸疲勞強(qiáng)度壽命
由[1]圖10-19
（9）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由[1]式10-12得
（10）試算小齒輪分度圓直徑
按[1]式（10-21）試算
（11）計(jì)算圓周速度v
（12）模數(shù)
度
（13）計(jì)算載荷系數(shù)K
由[1]表10-2查得使用系數(shù)根據(jù)，7級(jí)精度，由[1]圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)
由[1]表10-4查得
K=2.2791
（14）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑
由[1]式10-10a
2. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1）計(jì)算載荷系數(shù)K
K=2.167
(2)齒形系數(shù)
由[1]表10-5
（3）應(yīng)力校正系數(shù)
由[1]圖10-5
（4）齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由[1]圖10-20b
由[1]圖10-20c
（5）彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
由[1]圖10-18利用插值法可得
(6)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，由式10-12得
(7)計(jì)算大小齒輪的并加以比較
結(jié)論：齒條和齒輪的系數(shù)一樣，所以任選其一都可，此設(shè)計(jì)選齒輪。
=0.0193
（8）齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
由[1]式10-17
結(jié)論：對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取=2mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑=64mm來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由取，則取
3. 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算中心距a
根據(jù)結(jié)構(gòu)需求
齒輪齒條中心距無(wú)窮大
mm
a無(wú)窮大
（2）計(jì)算齒輪的分度圓直徑d
是齒條為無(wú)窮大
mm
是齒條為無(wú)窮大
（3）計(jì)算齒輪的齒根圓直徑d
為齒條齒根圓。所以無(wú)窮大
mm
無(wú)窮大
（4）計(jì)算齒輪寬度B
根據(jù)結(jié)構(gòu)需求
圓整后?。?
mm
（5）驗(yàn)算
所以合適
注：上表依據(jù)均來(lái)自《機(jī)械設(shè)計(jì)》第十章齒輪傳動(dòng)
所以，由工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸可以確定齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸。齒輪的分度齒分布在130°范圍內(nèi)，且齒數(shù)為23齒。齒輪具體結(jié)構(gòu)如圖3.11所示：
圖3.11齒輪
根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，分度齒條需要液壓油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所以在液壓系統(tǒng)中相當(dāng)于活塞的作用，根據(jù)活塞工作的原理，所以齒條需要密封。
經(jīng)過(guò)以上的介紹，可知齒條需要往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，所以需要?jiǎng)用芊庠驹O(shè)計(jì)選擇O型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機(jī)械設(shè)備上，在工作壓力0~70MPa、溫度為-40~+120℃的不同液體和氣體介質(zhì)中，在固定或運(yùn)動(dòng)的情況下起密封作用。根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)傳動(dòng)手冊(cè)》表9-4查得適用于此齒條的密封圈如圖3.12：
圖3.12齒條的密封圈
如圖所示：密封圈的公稱(chēng)外徑
斷面尺寸
內(nèi)徑
密封圈溝槽設(shè)計(jì)：
根據(jù)上表截面尺寸可以得出密封圈溝槽尺寸。
溝槽深度為
溝槽寬度為
在工作臺(tái)分度時(shí)，需要轉(zhuǎn)動(dòng)90°，齒輪的分度齒分布在130°的范圍內(nèi)分布23齒，所以與齒輪嚙合的齒條分布長(zhǎng)度為140mm，齒數(shù)為22齒。
所以齒條的尺寸如圖3.13所示：
圖3.13齒條的尺寸
3.5.4齒圈設(shè)計(jì)
在分度工作臺(tái)進(jìn)行分度的時(shí)候，齒條帶動(dòng)上齒輪，下齒輪與齒圈嚙合而帶動(dòng)工作臺(tái)和中心軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)90°。所以在此過(guò)程中下齒輪與齒圈的嚙合只是做精確定位的作用并沒(méi)有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)。所以下齒輪和齒圈只是需要按結(jié)構(gòu)尺寸確定即可:
齒圈的分度圓直徑等于下齒輪的分度圓直徑: 112mm
由可知，齒圈分度圓的直徑已知為112mm。
根據(jù)工作臺(tái)的工作原理，可知下齒輪和齒圈的齒數(shù)應(yīng)為4的倍數(shù)才能滿足工作的要求，查《實(shí)用機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-3，可以推算，當(dāng)時(shí)，根據(jù)：
， 式(3.12)
根據(jù)選定的，，可以得出：
齒圈的齒頂圓直徑：
式(3.13)
，時(shí)，
式(3.14)
所以，
齒圈齒根圓直徑：
式(3.15)
齒圈需要帶動(dòng)中心軸（工作臺(tái)）旋轉(zhuǎn)，所以需要定位在中心軸上，根據(jù)定位原理，中心軸和齒圈需要選定位，之后再用螺栓緊固。在此設(shè)計(jì)中齒圈與中心軸的定位是在齒圈的中心開(kāi)一個(gè)與中心軸一樣的槽，使中心軸下端嵌進(jìn)齒圈槽，再用三個(gè)螺栓在軸端均布緊固。其具體結(jié)構(gòu)如圖3.14：
圖3.14齒圈
3.6工作臺(tái)底座設(shè)計(jì)
3.6.1材料選擇
工作臺(tái)的底座是鑄件經(jīng)過(guò)加工后的一個(gè)零部件，工作臺(tái)底座的壁厚與選擇的材料有關(guān)，所以根據(jù)表3-2：
表3-2 鑄造碳鋼機(jī)架常用材料
牌號(hào)
特點(diǎn)及應(yīng)用舉例
ZG200-400及ZG230-450
有一定的強(qiáng)度、良好的塑性與韌性，有較高的導(dǎo)熱性、焊接性切削加工性。但排除鋼水中的氣體和雜志比較困難，所以容易氧化和熱裂。常用于模鍛錘鉆座、外殼、機(jī)座、軋鋼機(jī)機(jī)架、鍛錘氣缸體和箱體等。
ZG270-500
它是大型鑄鋼件生產(chǎn)中最常用的碳素鑄鋼、具有良好的鑄造性和焊接性，但易產(chǎn)生較大的鑄造應(yīng)力引起熱裂，廣泛應(yīng)用于軋鋼、鍛壓、礦山等設(shè)備，如軋鋼機(jī)機(jī)架、輥道架、連軋機(jī)軌座、坯軋機(jī)立輥機(jī)架、萬(wàn)能板坯軋機(jī)機(jī)體，水壓機(jī)橫梁和中間底座，水壓機(jī)基礎(chǔ)平臺(tái)、曲柄壓力機(jī)機(jī)身、鍛錘。
ZG310-570
用于重要機(jī)架。
選擇ZG200-400作為工作臺(tái)底座的材料。
3.6.2壁厚選擇
鑄件的壁厚太薄，容易發(fā)生白口和裂紋，故必須結(jié)合零件的復(fù)雜程度、尺寸大小、材料以及制造工藝來(lái)確定。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》鑄件最小允許壁厚可查得，壁厚選擇為12mm。在工作臺(tái)底座需要有液壓油管道，所以根據(jù)《液壓傳動(dòng)手冊(cè)設(shè)計(jì)》管道壁厚計(jì)算公式：
式（3.16）
式中：——壁厚
d——管道內(nèi)徑
P——公稱(chēng)壓力
——許用應(yīng)力
工作臺(tái)底座管道壁厚的計(jì)算，根據(jù)《工程材料》表6-7工程用碳素鑄鋼的牌號(hào)、含碳量、力學(xué)性能與應(yīng)用?？芍猌G200-400的許用應(yīng)力為：200MPa。
由上式可得：
所以在工作臺(tái)的底座設(shè)計(jì)的液壓油管道與底座壁有0.025mm就不會(huì)泄露。為其安全考慮在本設(shè)計(jì)中一般都大于3mm。
3.6.3鑄造斜度
根據(jù)設(shè)計(jì)的要求工作臺(tái)底座需要的鑄造斜度從表3-3可知
表3-3 鑄造斜度
斜度b：h
角度
應(yīng)用范圍
1:5
h＜25mm時(shí)鋼和鐵的鑄件
1:10
h=25~500mm時(shí)鋼和鐵的鑄件
1: 20
3°
h=25~500mm時(shí)鋼和鐵的鑄件
工作臺(tái)底座的鑄造斜度選擇第三種，即是鑄造斜度為3°。
3.6.4加強(qiáng)筋
圖3.15工作臺(tái)底座加強(qiáng)筋
根據(jù)3.15的設(shè)計(jì)依據(jù)，加強(qiáng)筋分布在工作臺(tái)底部的外部，所以工作臺(tái)的底座加強(qiáng)筋為：
加強(qiáng)筋的分布是按照工作臺(tái)底座的結(jié)構(gòu)要求分布的。
3.6.5定位設(shè)計(jì)
液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)運(yùn)用于加工中心機(jī)床上，所以工作臺(tái)底座還需要在機(jī)床上的定位與夾緊設(shè)計(jì)。較常用的機(jī)床與工作臺(tái)的定位與夾緊是通過(guò)T形槽的設(shè)計(jì)完成的，機(jī)床上的T形槽如下：
根據(jù)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)要求和《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》T形槽及螺栓頭部尺寸（摘自GB/T158-1996），選擇如下：
T形槽|A|基本尺寸/mm: 22
T形槽|B|尺寸/mm： 37
T形槽|C|尺寸/mm: 16
T形槽|H|尺寸/mm: 38
螺栓選擇 公稱(chēng)尺寸/mm: M20
圖3.16T型槽
工作臺(tái)底座的設(shè)計(jì)需要用定位鍵進(jìn)行定位，選擇M12的螺栓進(jìn)行固定，所以槽寬為18。螺栓安裝的尺寸中心線為T(mén)形槽的間距尺寸，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》T形槽間距尺寸 摘自（GB/T 158-1996）
表3-4形槽間距尺寸
槽寬A
5
6
8
10
12
14
18
22
28
36
42
48
54
（40）
（50）
（63）
（80）
100
125
160
200
250
間距P
20
25
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
320
25
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
320
400
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
320
400
500
由上表可知選擇p=100mm
工作臺(tái)底座的其他結(jié)構(gòu)可根據(jù)工作臺(tái)的功能要求和其他部件的結(jié)果尺寸確定，最終可以確定如圖3.17工作臺(tái)：
圖3.17工作臺(tái)
3.7活塞密封塊設(shè)計(jì)
分度工作臺(tái)的活塞腔有兩部分組成：一是活塞上腔，其作用是在工作臺(tái)完成分度后，通液壓油使工作臺(tái)下降、端齒盤(pán)嚙合；二是活塞下腔，其作用是在工作臺(tái)需要分度的時(shí)候通液壓油，使工作臺(tái)上升，端齒盤(pán)脫離嚙合，準(zhǔn)備分度。活塞的上腔是由工作臺(tái)底座的內(nèi)壁和活塞形成的，而活塞的下腔是活塞和工作臺(tái)底座內(nèi)壁和活塞密封塊組成的。
活塞密封塊的內(nèi)壁是根據(jù)活塞桿的直徑設(shè)計(jì)的，在其內(nèi)壁上需要密封圈，在此選擇O形密封圈75*5.7，根據(jù)定位與夾緊原理，密封塊的定位使用定位鍵M6*30,使用螺栓固定。所以根據(jù)其他結(jié)構(gòu)和密封塊本身的要求，其結(jié)構(gòu)如圖3.18：
圖3.18活塞密封塊
3.8推桿導(dǎo)向塊設(shè)計(jì)
推桿導(dǎo)向塊的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)工作臺(tái)底座的設(shè)計(jì)尺寸，與分度工作臺(tái)分度時(shí)需要的角度相結(jié)合。因?yàn)樵诠ぷ髋_(tái)分度的時(shí)候是利用擋塊和推桿實(shí)現(xiàn)分度信號(hào)的傳遞的。所以再設(shè)計(jì)推桿導(dǎo)向塊時(shí)應(yīng)按擋塊的位置設(shè)計(jì)推桿孔。
圖3.19推桿導(dǎo)向塊
3.9工作臺(tái)分度工作原理和結(jié)構(gòu)
根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的思路完成了工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，在本設(shè)計(jì)中首先我把設(shè)計(jì)分層了三部分，其中包括：工作臺(tái)的定位結(jié)構(gòu)、工作臺(tái)的夾緊與松開(kāi)結(jié)構(gòu)、工作臺(tái)的分度結(jié)構(gòu)。
3.9.1工作臺(tái)定位原理和結(jié)構(gòu)
圖3.20工作臺(tái)定位結(jié)構(gòu)
如上圖3.20所示，在工作臺(tái)分度完成后的定位主要是通過(guò)端齒盤(pán)實(shí)現(xiàn)的，也即是下端齒盤(pán)2和上端齒盤(pán)3的嚙合對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行定位。而在需要分度的時(shí)候，工作臺(tái)的定心精度主要是由活塞8、中心軸5和工作臺(tái)底座7以及密封塊6安裝固定的。
3.9.2工作臺(tái)松開(kāi)、夾緊原理和結(jié)構(gòu)
圖3.21工作臺(tái)松開(kāi)、夾緊結(jié)構(gòu)
如上圖3.21所示，工作臺(tái)需要分度時(shí)松開(kāi)是通過(guò)油道1進(jìn)油使活塞2向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)推力軸承4使中心軸5向上運(yùn)動(dòng)，從而工作臺(tái)也向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上端齒盤(pán)6、下端齒盤(pán)7的松開(kāi)，為實(shí)現(xiàn)分度動(dòng)作做好準(zhǔn)備。
當(dāng)工作臺(tái)分度完成后，需要下降使工作臺(tái)夾緊時(shí)，油液會(huì)從油道8進(jìn)入活塞缸上腔，使活塞2向下移動(dòng)，中心軸5帶動(dòng)工作臺(tái)下降。使上端齒盤(pán)6和下端齒盤(pán)7嚙合，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的夾緊定位。
3.9.3工作臺(tái)分度原理和結(jié)構(gòu)
圖3.22工作臺(tái)分度結(jié)構(gòu)
液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)設(shè)計(jì)最重要的結(jié)構(gòu)就是分度部分，此設(shè)計(jì)中的分度結(jié)構(gòu)如上圖3.22所示，工作臺(tái)需要分度時(shí)，上升到一定高度，使中心軸5下端的內(nèi)齒圈12與下齒輪9嚙合，為分度做好準(zhǔn)備。數(shù)控指令控制油液進(jìn)入齒條8油腔推動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，齒條的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與之嚙合的齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒條8的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪9的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)齒圈12的轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)閮?nèi)齒圈12與工作臺(tái)的中心軸5固定，所以齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到位時(shí)發(fā)出數(shù)控信號(hào)，表示轉(zhuǎn)動(dòng)到位，實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的9