數(shù)控機床分度工作臺的設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
數(shù)控機床分度工作臺的設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】,說明書+CAD+SOLIDWORKS,數(shù)控機床,分度,工作臺,設計,說明書,仿單,cad,solidworks
畢業(yè)設計(論文)
數(shù)控機床分度工作臺的設計
學 號：
姓 名：
專 業(yè)：
機械設計制造及其自動化
系 別：
機械工程系
指導教師：
XXX
講師
XXX
副教授
二○一五年四月
摘 要
本文以數(shù)控機床為應用平臺，通過研究分度工作臺的基本原理，結合液壓、數(shù)控技術，液壓原理，機械傳動及工程力學等等知識，對機床工作臺進行了設計，來實現(xiàn)對尺寸較大、精度要求較高零件進行圓周面分度加工和工藝處理。
本文設計出了主要應用于數(shù)控鏜床和加工中心的液壓數(shù)控機床分度工作臺，為了提高工作臺精度和剛度，穩(wěn)定性，本設計中工作臺采用齒盤式分度裝置。它的傳動部分主要有：液壓馬達、齒輪齒條傳動、齒輪傳動、端齒盤傳動及液壓傳動裝置。其余部分主要由工作臺端面、中心軸、液壓系統(tǒng)、微動開關、支架和底座及箱體等部分組成。它能承受很大的外載，定位剛度好，精度保持性好，可提高加工效率，能夠由數(shù)控系統(tǒng)控制使工作臺自動完成分度并定位夾緊。此工作臺采用端齒盤夾緊裝置，定位精度高具有正確對中的能力，嚙合時不需要再找中心，并可進行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。它具有高互換性和高耐磨性，經(jīng)濟效益好，今后會在數(shù)控機床上得到廣泛的應用。
關鍵詞：分度工作臺；液壓馬達；液壓缸；數(shù)控
ABSTRACT
Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something,aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.
This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of analysed.Keywords Mincing machine can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.
Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom.
iii
目 錄
摘 要 i
ABSTRACT ii
目 錄 iii
1 緒論 1
1.1課題的來源與研究的目的與意義 1
1.2分度臺的方案分析 1
1.2.1 結構分析 2
1.2.2 機械結構總體方案與布局 5
1.2.3 分度臺工作原理 7
1.3課題研究的內(nèi)容 9
1.3.1 Solidworks設計基礎 12
1.3.2 草圖繪制 13
1.3.3 基準特征，參考幾何體的創(chuàng)建 15
1.3.4 拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建 16
1.3.5 工程圖的設計 17
1.3.6 裝配設計 17
2 機械結構的設計 18
2.1 軸承的設計 18
2.2 傳動齒輪的選型計算 18
2.3 液壓缸的選型計算 19
2.4 傳動軸的設計計算 19
3 分度臺各部分強度的校核 20
3.1軸承強度的校核 21
3.2傳動軸強度的校核 21
3.3 齒輪強度的校核 21
4 分度工作臺的PLC設計 22
4.1 PLC的定義 23
4.2 PLC的選擇 23
4.3分度工作臺PLC控制系統(tǒng)接線圖和流程圖的確定 24
結論 25
致 謝 26
參考文獻 27
附錄 一 28
附錄 二 37
XX海濱學院畢業(yè)設計（論文）
1 緒論
機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。
機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。不論服務于哪一領域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：
建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產(chǎn)生、傳導和轉換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。
研究、設計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應當前和將來的需要。
機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。
? 機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。
機械產(chǎn)品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。
研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。
這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。
因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務。
分度工作臺是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技半自動化生產(chǎn)設備。分度臺的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。分度臺作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。
1.1課題的來源與研究的目的和意義
現(xiàn)代工業(yè)分度臺起源于20世紀50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的自動化產(chǎn)品。
1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型分度臺。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用氣驅動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用分度臺就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)分度臺。
1962年，美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran分度臺，原意是靈活搬運。該分度臺的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用氣驅動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種分度臺出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)分度臺發(fā)展的基礎。
1978年，美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)分度臺，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1毫米。
美國還十分注意提高分度臺的可靠性，改進結構，降低成本。如Unimate公司建立了8年分度臺試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。
德國機器制造業(yè)是從1970年開始應用分度臺，主要用于起重運輸、焊接和設備的鉆孔、攻牙等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種全自動分度臺，采用新的結構和程序控制。
瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種全自動智能分度臺，采用示教方法編制程序。
日本是工業(yè)分度臺發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型分度臺后，大力研究分度臺的研究。據(jù)報道，1976年從事分度臺的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1979年120多個大學和國家研究部門用在分度臺的研究費用42%。1979年日本分度臺的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的分度臺產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能分度臺約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，分度臺累計產(chǎn)量達56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用分度臺最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。
第二代分度臺正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使分度臺具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺分度臺。
第三代分度臺則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
隨著分度臺的研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。
隨著科學技術的發(fā)展，分度臺也越來越多的地被應用。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應用。
在機械工業(yè)中，應用分度臺的意義可以概括如下：
一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度
應用分度臺有利于實現(xiàn)工件的鉆孔、攻牙等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。
二、以改善勞動條件，避免人身事故
在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用分度臺即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以分度臺代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)
應用分度臺代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用分度臺可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有分度臺，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。
綜上所述，有效的應用分度臺，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。
1.2 分度臺的方案分析
為了使分度臺的通用性更強，把分度臺采用齒盤式分度裝置。它的傳動部分主要有：液壓馬達、齒輪齒條傳動、齒輪傳動、端齒盤傳動及液壓傳動裝置。其余部分主要由工作臺端面、中心軸、液壓系統(tǒng)、微動開關、支架和底座及箱體等部分組成。它能承受很大的外載，定位剛度好，精度保持性好，可提高加工效率，能夠由數(shù)控系統(tǒng)控制使工作臺自動完成分度并定位夾緊。此工作臺采用端齒盤夾緊裝置，定位精度高具有正確對中的能力，嚙合時不需要再找中心，并可進行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。
1.2.1 結構分析
分度工作臺主要有液壓缸提供驅動力，通過齒輪齒條機構帶動齒盤轉動，當需要分度時，殼體內(nèi)部的液壓缸推動動齒盤與上方的定齒盤嚙合，這樣工作臺就停止了轉動，如此間歇運動，就是對工作臺進行了分度，具體的回轉角度需要根據(jù)液壓缸的推程來決定，通過調(diào)整液壓缸的節(jié)流閥，可以很方便地調(diào)節(jié)分度工作臺的速度。
1.2.2 機械結構總體方案與布局
分度臺的液壓回路的設計主要是選用合適的控制閥，通過控制和調(diào)節(jié)各個液體壓縮的壓力、流量和方向來使液壓執(zhí)行機構獲得必要的力、動作速度和改變運動方向，并按規(guī)定的程序工作，設計出的方案布局圖如下圖所示。
分度臺總體方案與布局圖
此次設計的分度臺采用端齒盤夾緊裝置，定位精度高具有正確對中的能力，嚙合時不需要再找中心，并可進行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。
設計中采用PLC控制分度臺實現(xiàn)各種規(guī)定的預定動作，既可以簡化控制線路，節(jié)省成本，又可以提高勞動生產(chǎn)率。
1.2.3 分度臺工作原理
分度工作臺主要有液壓缸提供動力，通過齒輪齒條傳動機構帶動齒盤轉動，當需要分度時，殼體內(nèi)部的液壓缸推動動齒盤與上方的定齒盤嚙合，這樣工作臺就停止了轉動，如此間歇運動，就是對工作臺進行了分度，具體的回轉角度需要根據(jù)液壓缸的行程來決定，通過調(diào)整液壓缸的節(jié)流閥，可以很方便地調(diào)節(jié)分度工作臺的速度。
1.3課題研究的內(nèi)容
本論文主要研究運用SolidWorks對數(shù)控機床分度工作臺進行設計。在設計過程中，了解SolidWorks的各種功能。
SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)。當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實體模型設計系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設計軟件至今已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個國家進行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國達索（Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)。由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統(tǒng)評比第一名。從1995年至今，已經(jīng)累計獲得十七項國際大獎。其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。
由于SolidWorks出色的技術和市場表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司。SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產(chǎn)品。
由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術。SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構的近145，000名學生通過SolidWorks的培訓課程。
據(jù)世界上著名的人才招聘網(wǎng)站檢索，與其它3D CAD軟件相比，SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這一事實說明了越來越多的工程師和設計者使用SolidWorks三維軟件，越來越多的企業(yè)需要SolidWorks人才。Solidworks軟件功能強大，易于操作，界面人性化，技術創(chuàng)新，組件繁多是SolidWorks的五大特點。使得SolidWorks三維軟件成為目前全球領先的三維CAD解決方案。SolidWorks在設計時能夠為用戶提供不同的設計方案，通過方案的篩選，工程師能從中選擇合適的方案，從而在設計過程中降低設計的錯誤以及提高產(chǎn)品質量。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程比較簡便又通俗易懂的軟件之一。它不僅提供如此人性化的系統(tǒng)，同時對每個工程師和設計者，乃至整個機械行業(yè)提供了良好的發(fā)展基礎。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統(tǒng)評比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。由于SolidWorks出色的技術和市場表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司，SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產(chǎn)品。
1.3.1 SolidWorks設計基礎
熟悉SolidWorks的工作環(huán)境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存、導入等基本操作，掌握三維建模流程。
1.3.2 草圖繪制
掌握點、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應用幾何約束；熟練應用陣列、實體轉換等草圖繪制工具；能綜合應用各種草圖繪制實體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。
1.3.3 基準特征-參考幾何體的創(chuàng)建
清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運用各種建立基準點的方法；靈活運用各種建立基準軸方法；靈活運用各種建立基準面的方法；靈活運用坐標系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應用各種參考幾何體。
1.3.4拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建模
靈活運用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運用旋轉特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運用放樣特征的概念與建立方法；通過實踐能夠準確分析零件的特征，靈活運用拉伸和旋轉也正建立三維模型。綜合應用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實體。
1.3.5工程圖設計
靈活運用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運用建立標準三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運用各種注釋的方法。
1.3.6 裝配設計
靈活運用自底向上的裝配方法；靈活運用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運用SolidWorks智能裝配技術；靈活運用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設計子裝配體；靈活運用干涉檢查；靈活運用自上向下的裝配方法；靈活運用在裝配模型工程圖中添加零件序號；靈活運用生成裝配體材料明細表的方法。
2 機械結構的設計
2.1 軸承的設計計算
軸承的選擇并不是只考慮軸徑一個因素，還要考慮到軸承的性能，一般要考慮到其壽命、可靠度（指該軸承達到或超過規(guī)定壽命的概率）、靜載荷、動載荷、額定壽命、基本額定壽命、基本額定載荷等等很多因素。最主要的是允許空間、載荷的大小和方向、軸承工作轉速、旋轉精度、軸承的剛性（一般磙子軸承的剛性大于球軸承）、軸向游動、安裝和拆卸。因為在本設計的軸上徑向載荷大，軸向載荷小，而且存在軸或殼體變形大以及安裝對中性差的問題，所以選用調(diào)心滾子軸承，因為調(diào)心磙子軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受少量的雙軸向載荷，而圓錐磙子軸承有打的錐角可承受大的徑、軸向聯(lián)合載荷。所以選用（雙列向心）圓錐磙子軸承，有雙內(nèi)圈，并是可分離的軸承，根據(jù)d=80mm,由參考資料2P7－356 表7－2－78 我們選擇帶緊定套的調(diào)心滾子軸承（GB/T288-1994），根據(jù)軸承選用配套的軸承座，參考資料2P7-43表7-2-105 適用圓錐孔的異徑孔滾動軸承座(GB/T7813-1998) SNK型軸承座，可選用SNK316型的軸承。
2.2 傳動齒輪的選型計算與校核
1）選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
2） 精度等級選用7級精度；
3）小齒輪齒數(shù)z1＝41，大齒輪齒數(shù)z2＝74的；
4） 齒輪模數(shù)都為3的直齒輪
因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進行計算
1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（1） 試選Kt＝1.6;
（2）選取區(qū)域系數(shù)ZH＝2.433;
（3）選取尺寬系數(shù)φd＝1;
（4）查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，則εα＝εα1＋εα2＝1.62 ;
（5）查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8Mpa;
（6）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除;疲勞強度極限σHlim2＝550MPa；
（7）計算應力循環(huán)次數(shù)
N1＝60n1jLh＝60×192×1×（2×8×300×5）＝3.32×10e8 N2＝N1/5＝6.64×107
（8） 查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.95； KHN2＝0.98
（9） 計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由得
[σH]1＝＝0.95×600MPa＝570MPa [σH]2＝＝0.98×550MPa＝539MPa
[σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5MPa
1)齒輪的校核
m=3,Z1=41,Z2=74,
兩齒輪材料均選用45,表面淬火，48~55HRC。
查得：
預期齒輪壽命5年，每天工作12小時，工作載荷為輕微沖擊，則
查《機械設計基礎》圖，得：
(1)驗算齒面接觸疲勞強度
載荷系數(shù)，取K=1.5
查得： 接觸應力為：
(2)驗算齒根彎曲疲勞強度
取 K=1.5
查表：許用彎曲應力：
彎曲疲勞強度的最小安全系數(shù)，取
則：
由上述計算可知，均滿足要求。
2.3液壓缸的選型計算
液壓缸運行長度設計為=118mm,氣缸內(nèi)徑為=40mm,R=20mm,液壓缸運行速度，加速度時間=0.1s,壓強p=0.4MPa,則驅動力
;
2、尺寸校核
（1）測定質量為5kg,則重力
（2） 設計加速度，則慣性力
（3）考慮活塞等的摩擦力，設定一摩擦系數(shù)，
總受力
所以設計尺寸符合實際使用要求。
由于實際設計中用到的齒輪誤差測量扎的總重為5KG，我們根據(jù)杠桿原理可知：F1XL1=F2XL2，已知兩個力臂之間的長度的比值為1:5，即根據(jù)杠桿原理可得實際氣缸的出力為5X15=75N，然后根據(jù)F=PXS(這里假定大氣壓力為：0.6MPA)，那么就有F=1400N,查表可得，我們可以選擇缸徑150，行程400的無桿行標準液壓缸，液壓缸牌子我們選擇SMC.
2.4傳動軸的設計計算
（1）初步確定軸的直徑
mm （3.32）
根據(jù)工作條件，取mm
（2）傳動軸受力分析
N （3.33） N （3.34） N （3.35）
（3）繪制傳動軸的受力簡圖，如圖所示，求支座反力
①垂直面支反力：
由，得：
（3.36）
由，得：
N （3.37）
②水平面支反力：
由，得：
（3.38）
N
由，得：
N （3.39）
（4）作彎矩圖：
①垂直面彎矩圖：
C點
N·mm （3.40）
②水平面彎矩圖：
C點
N·mm （3.41）
③合成彎矩圖：
C點
N·mm （3.42）
（5）作轉矩T圖：
N·mm
（6）校核軸的強度：
按彎扭合成應力校核軸的強度
校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻[1，15-5]可知，取，軸的計算應力
MPa （3.43）
選定軸的材料為45鋼，調(diào)質處理，由文獻[1]表可知，MPa。因此，，故安全。
3 分度臺各部分強度的校核
3.1軸承強度的校核
根據(jù)根據(jù)條件，軸承預計壽命16×365×8=48720小時；
1、 計算輸入軸承
（1）已知nⅡ=458.2r/min?兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N?；
初先兩軸承為角接觸球軸承7206AC型。
根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N?；
(2)?∵FS1+Fa=FS2Fa=0? 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端
FA1=FS1=315.1N???FA2=FS2=315.1N?；
(3)計算當量載荷
P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取f?P=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得:
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N;?
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N?
(4)軸承壽命計算
∵P1=P2故取P=750.3N?
∵角接觸球軸承 ε=3?
3.2傳動軸強度的校核
1、軸的特點: 軸是組成機械的主要零件之二。一切作回轉運動的傳動零件，都必須裝在軸上刁‘能進行運動及.力的傳遞，同時它又通過軸承和機架
聯(lián)接，由此形成·個以軸為基準的組合體一軸系部件。?
2、軸的種類
1、根據(jù)承受載荷的不同分為:?
1)轉軸:定義既能承受彎矩又承受扭矩的軸
2)心軸:定義:只承受彎矩而不承受扭矩的軸
3)傳送軸:定義:只承受扭矩而不承受彎矩的軸z、根據(jù)軸的外形，可以將直軸分為光軸和階梯軸。
3、根據(jù)軸內(nèi)部狀況，又可以將直軸分為實心軸和空。
4、軸的設計重點
1、軸的設計
W軸的工作能力設計。
主要進行軸的強度設計、剛度設計，對于轉速較高的軸還要進行振動穩(wěn)定性的計算。
軸的結構設計。
根據(jù)軸的功能，軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機
器中的支撐要求，同時應具有良好的工藝性。
一般的設計步驟為:
選擇材料，初估軸徑，結構設計，強度校核，必要時要進行剛度校核和穩(wěn)定性計算。
2、軸的材料
軸是主要的支承件，常采用機械性能較好的材料。常用材料包括:?碳素鋼:該類材料對應力集中的敏感性較小，價格較低，是軸類零件最常用的材料常用牌號有:30、35、40、45、50。采用優(yōu)質碳鋼時，一般應進行熱處理以改善其性能。.力較小或不重要的軸，也可以選用X235,Q255?等普通碳鋼。合金鋼:對于要求重載、高溫、結構尺寸小、重量輕等使用場合的軸，可以選用合金綱合金鋼具有史好的機械性能和熱處理性能，但對應力集中較敏感，價格也較高。設計中尤其要汁意從結構上減小應力集中，并提高其表面質量。
鑄鐵:對于形狀比較復雜的軸，可以選用球鑄鐵和高強度。
鑄鐵。它們具有較好的加工性和吸振性，經(jīng)濟性好且.力集中不敏感，但鑄造質量不易保證。
3、軸的結構設計
根據(jù)軸在工作中的作用，軸的結構取決于:軸在機器中的安裝位置和形式，軸上零件的類型和尺寸，載荷的性質、大小、方向和分布狀況，軸的加工工藝等多個因素。合理的結構設計應滿足:軸上零件布置合理，從而軸受力合理有利于提高強度和剛度;軸和軸上零件必須有準確的工作位置;軸上零件裝拆調(diào)整方便;軸具有良好的加工工
藝性;節(jié)省材料等。
1).軸的組成
軸的毛坯一般采用圓鋼、鍛造或焊接獲得，由于鑄造品質不易保證，較少選用鑄造毛坯。軸主要由三部分組成。軸上被支承，安裝軸承的部分稱為軸頸;? 支承軸上零件，安裝輪毅的部分稱為軸頭;聯(lián)結軸頭和軸頸的部分稱為軸身。軸頸上安裝滾動軸承時，直徑尺寸必須按滾動軸承的國標尺寸選擇，尺寸公差和表面粗糙度須按規(guī)定選擇;軸頭的尺寸要參考輪毅的尺寸進行選擇，軸身尺寸確定時應盡量使軸頸與軸頭的過渡合理，避免截面尺寸變化過大，同時具有較好的工藝性。
2) .結構一設計步驟設計中常采用以下的設計步驟:?
1、分析所設計軸的工作狀況，擬定軸上零件的裝配方案和軸在機
器中的安裝情況。
2、根據(jù)已知的軸上近似載荷，初估軸的直徑或根據(jù)經(jīng)驗確定軸的某徑向尺寸。
3、根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時對軸的表面要求等確定軸的徑向(直徑)尺寸。
4、根據(jù)軸上零件的位置、配合長度、支承結構和形式確定軸的軸向尺寸。
5、考慮加工和裝配的工藝性，使軸的結構更合理。
3)零件在軸上的安保證軸上零件可靠工作，需要在工作過程中有準確的位置，即零件在軸上必須有準確的定位和固定。零件在軸上的準確位置包括軸向和周向兩個方面W零件在軸上的軸向定位和固定常見的軸向定位和固定的方法采用軸肩、各種擋圈、套筒、圓螺母、錐端軸頭等的多種組合結構。
軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩種。利用軸肩定位結構簡單、可靠，但軸的直徑加大，軸肩處出現(xiàn)應力集中;軸肩過多也不利于加工。因此，定位軸肩多在不致過多地增加軸的階梯數(shù)和軸向力較大的清況下使用，定位軸肩的高度一般取3-6mm,滾動軸承定位軸肩的高度需按照滾動軸承的安裝尺寸確定。非定位軸肩多是為了裝配合理方便和徑向尺寸過度時采用，軸肩高度無嚴格限制，一般取為1-2r}}?套筒定位可以避免軸肩定位引起的軸徑增大和應力集中，但受到套筒長度和與軸的配合因素的影響，不宜用在使套筒過長和高速旋轉的場合。
擋圈的種類較多，且多為標準件，設計中需按照各種擋圈的用途和l國標來選用。
4.軸的結構工藝性
(1)從裝配來考慮:應合理的設計非定位軸肩，使軸上不同零件在安裝過程中盡量減少不必要的配合;為了裝配方便，軸端應設計45。的倒角;在裝鍵的軸段，應使鍵槽靠近軸與輪毅先接觸的直徑變化處，便于在安裝時零件上的鍵槽與軸上的鍵容易對準采用過盈配合時，為了便于裝配，直徑變化可用錐面過渡等。
(2)從加工來考慮:當軸的某段須磨削加工或有螺紋時，須設計砂輪越
程槽或退刀槽根據(jù)表面安裝零件的配合需要，合理確定表面粗糙度和加工方法
為改善軸的抗疲勞強度，減小軸徑變化處的應力集中，應適當增大其過渡圓角徑，但同時要保證零件的可靠定位，過渡圓角半徑又必須小于與之相配的零件的圓角半徑或倒角尺寸。
軸的設計時應考慮多方面因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結構、強度和剛度。其中對于軸的強度校核尤為重要，通過校核來確定軸的設計是否能達到使用要求，最終實現(xiàn)產(chǎn)品的完整設計。由此看來合理的進行軸的強度校核成為軸設計的主要內(nèi)容，同時也是評定軸的設計成敗得先決條件。校核結果如不滿足承載要求時，強度校核是對材料或設備的力學性能進行檢測并調(diào)節(jié)的一種方式，并且這種方式以不破壞材料或設備性能為一前提。
2.2軸的強度校核:?
進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。對于傳動軸應按扭轉強度條件計算。
3.3齒輪強度校核
（Ⅰ）校核齒面接觸疲勞強度
（1）接觸應力的計算
由文獻[4]表可知，齒面接觸應力計算公式，即
（3.28）
確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
① 計算載荷系數(shù)
電動機驅動，載荷平穩(wěn)，由文獻[4]表可知，取
平均分度圓直徑 mm
平均分度圓圓周速度 m/s
由文獻[4] 圖（a）可知，按，得；
由文獻[4] 圖（b）可知，按，齒輪懸臂布置，；
由文獻[4]表可知，；
② 由文獻[1]表可知，彈性系數(shù)；
③ 節(jié)點區(qū)域系數(shù)
計算得，
MPa
（1） 接觸疲勞強度的許用應力
由文獻[4] 表可知，許用接觸應力計算公式，即
（3.29）
確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
①小齒輪的接觸疲勞強度極限MPa
②最小安全系數(shù)
③由文獻[1，10-13]可知，計算應力循環(huán)系數(shù)
由文獻[1] 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數(shù)
，
④尺寸系數(shù)
⑤工作硬化系數(shù)，按
⑥潤滑油膜影響系數(shù)，
計算得，
MPa
（3）由于MPaMPa，故安全。
（Ⅱ）校核齒根彎曲疲勞強度
（1）齒根應力的計算
由文獻[4]表可知，彎曲應力計算公式，即
（3.30）
確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
① 由文獻[1]表可知， ，
② 由文獻[1]表可知， ，
計算得，
MPa
（2）彎曲強度的齒根許用應力
由文獻[4]表可知，齒根許用應力計算公式，即
（3.31）
確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
①彎曲疲勞極限MPa
③ 齒輪的應力修正系數(shù)
④ 彎曲強度的最小安全系數(shù)
⑤ 彎曲疲勞壽命系數(shù)
，
④彎曲疲勞的尺寸系數(shù)
計算得，
（3）由于MPaMpa，故安全。
4 分度工作臺的PLC設計
4.1 PLC的定義
PLC即可編程控制器（Programmable?Logic?Controller），是指以計算機
技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International??
Electrical?Committee頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義;PLC英文全
稱Programmable?Logic?Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：
一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編
程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算
術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是可編程邏輯控制電路，也是一種和硬件結合很緊密的語言，在半導體方面有很重要的應用，可以說有半導體的地方就有PLC。
4.2 PLC的選擇
由表3.1可知，24個輸入點，16個輸出點，根據(jù)電壓的不同選用輸入有
4個點的輸入模塊，分別為M1、M2、M3、M4、M5、M6;S輸出有4個點的模塊分別為L1、L2、L3、L4。
4.3分度工作臺PLC控制系統(tǒng)接線圖和流程圖的確定
根據(jù)如上所述，畫出分度工作臺PLC控制接線圖與PLC控制流程圖如圖所示:
PLC控制接線圖
PLC控制流程圖
結論
本文所設計的分度臺結構比較簡單，功能比較簡單，設計比較合理，其設計主要考慮以下幾個方面：
（1） 分度臺液壓驅動兩齒盤嚙合鎖緊定位機構的設計
選用合適的液壓元件，通過控制和調(diào)節(jié)各個液壓缸壓縮空氣的壓力、流量和方向來使液壓執(zhí)行機構獲得必要的力、動作速度和改變運動方向，并按規(guī)定的程序工作。
由于個人知識及能力水平有限，論文中難免會有一些紕漏或錯誤之處，懇請各位老師批評指正，不勝感謝！
致 謝
在論文完成之際，我首先向我的導師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導師在學業(yè)上嚴格要求，精心指導，在生活上給了我無微不至的關懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學業(yè)階段的學業(yè)的同時，也學到了很多做人的道理，明確了人生目標。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，實事求是的作風，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。
經(jīng)過近半年努力的設計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應用和體現(xiàn)。
四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。
參考文獻
[1]張福學編著.分度臺技術及其應用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。
[2]何發(fā)昌著，邵遠編著.分度臺的原理及應用.北京：高等教育出版社，1996。
[3]張利平著. 液壓技術速查手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.12。
[4]李寶仁著. 液壓技術—低成本綜合自動化. 北京：機械工業(yè)出版社，1999.9。
[5]宋學義著. 分度臺速查手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.3。
[6]奎生著. 氣與氣壓傳動. 武漢：武漢理工大學出版社，2008.5。
[7]SMC（中國）有限公司. 分度臺實用液壓技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.10
[8]徐文燦著. 分度臺系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995。
[9]曾孔庚.分度臺的發(fā)展趨勢. 機器人技術與應用論壇。
[10]壽慶豐.一種多指多關節(jié)機器手爪. 機械設計1999年第3期，第3卷。
[11]高微,楊中平,趙榮飛等.分度臺臂結構優(yōu)化設計. 機械設計與制造2006.1。
[12]孫兵,趙斌,施永輝.分度臺的研制. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。
[13]馬光,申桂英.工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫2002年。
[14]李如松.分度臺的應用現(xiàn)狀與展望. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫1994年第4期。
[15]李明.單臂回轉式分度臺設計.制造技術與機床2005年第7期。
[16]李杜莉，武洪恩，劉志海.分度臺的運動學分析. 煤礦機械2007年2月
[17]成大先主編.機械設計手冊（第三版）.北京：化學工業(yè)出版社，1994。
[18]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space.
附錄 一
Mechanical design theory research and discussion
The machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question.
Carries on each kind of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineerig material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge.
If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of product
Must regard as the machin
收藏