3443 數(shù)控分度工作臺設計

3443 數(shù)控分度工作臺設計,數(shù)控,分度,工作臺,設計 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文I摘要本論文對數(shù)控分度工作臺進行了設計，通過研究分度工作臺的基本原理，結合數(shù)控、液壓驅動、齒輪傳動等知識，設計出一種運用于加工中心的液壓式數(shù)控分度工作臺。為了提高工作臺的分度精度，本設計采用了多彈性齒減小累積誤差的原理，設計出半彈性齒的工作臺分度裝置。這種彈性齒制造成本低、經(jīng)濟效益好、分度精度高，今后將會在數(shù)控機床上得到廣泛的應用。關鍵詞 分度工作臺；數(shù)控；液壓；齒輪；彈性齒河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文IIAbstractThis 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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文III目錄摘要 ...................................................................................................................IAbstract ............................................................................................................II目錄 ................................................................................................................III緒論 ..................................................................................................................11.1 前言 .....................................................................................................11.2 數(shù)控分度工作臺的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 .................................................21.2.1 我國數(shù)控分度工作臺的發(fā)展現(xiàn)狀 ...........................................21.2.2 數(shù)控分度工作臺的發(fā)展趨勢 ...................................................31.3 數(shù)控工作臺的研究 .............................................................................31.4 本課題研究的內(nèi)容 .............................................................................52 數(shù)控分度工作臺總體方案設計 ..................................................................62.1 數(shù)控分度工作臺原理設計 .................................................................72.2 數(shù)控分度工作臺的主要技術參數(shù) .....................................................92.3 數(shù)控分度工作臺的液壓系統(tǒng)設計 ...................................................102.3.1 液壓系統(tǒng)的方案設計 .............................................................102.3.2 液壓泵的選擇 .........................................................................112.4 數(shù)控分度工作臺的數(shù)控系統(tǒng)設計 ..................................................123 數(shù)控分度工作臺部件設計 ........................................................................133.1 工作臺的設計 ..................................................................................133.1.1 工作臺整體尺寸設計 .............................................................133.1.2 工作臺 T 形槽設計 .................................................................133.1.3 工作臺中心孔設計 .................................................................143.1.4 工作臺螺孔分布設計 .............................................................143.2 端齒盤設計 .......................................................................................153.3 中心軸設計 .......................................................................................183.3.1 中心軸尺寸設計 .....................................................................183.3.2 中心軸軸承選擇 .....................................................................193.4 活塞設計 ...........................................................................................203.5 傳動系統(tǒng)設計 ...................................................................................223.5.1 傳動系統(tǒng)總體方案設計 .........................................................223.5.2 齒輪齒條設計計算 .................................................................243.5.4 齒圈設計 .................................................................................323.6 工作臺底座設計 ...............................................................................343.6.1 材料選擇 .................................................................................343.6.2 壁厚選擇 .................................................................................34河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文IV3.6.3 鑄造斜度 .................................................................................353.6.4 加強筋 .....................................................................................363.6.5 定位設計 .................................................................................363.7 活塞密封塊設計 ...............................................................................383.8 推桿導向塊設計 ...............................................................................393.9 工作臺分度工作原理和結構 ...........................................................393.9.1 工作臺定位原理和結構 .........................................................403.9.2 工作臺松開、夾緊原理和結構 .............................................413.9.3 工作臺分度原理和結構 .........................................................424 液壓式數(shù)控分度工作臺受力校核 ............................................................434.1 工作臺螺栓受力校核 .......................................................................43結論 ................................................................................................................48致謝 ................................................................................................................49參考文獻 ........................................................................................................50河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文1緒論1.1 前言數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產(chǎn)業(yè)、生物技術及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)。 ”制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)鋼釩采用數(shù)控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控機床是裝備制造業(yè)的工作母機，是實現(xiàn)制造技術和裝備現(xiàn)代化的基石，是保證高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國防軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備。縱觀振興裝備制造業(yè)的 16 個關鍵領域，每個領域的振興都需要大批先進的數(shù)控機床來裝備，如發(fā)展大型火力發(fā)電和核電機組、制造大型化工設備、開發(fā)大型海洋運輸船舶、研制大型薄板冷熱連軋成套設備、發(fā)展高速列車、新型地鐵和軌道交通車輛等，都需要大批高速、精密、高效和專用數(shù)控機床來加工制造。同時，數(shù)控機床作為國防軍工的戰(zhàn)略裝備，是各種武器裝備最重要的制造手段，是國防軍工裝備現(xiàn)代化的重要保證。國際上一些發(fā)達國家意志把高性能數(shù)控機床作為戰(zhàn)略物資而嚴加控制，限制我國進口高性能數(shù)控機床。目前，由于我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對滯后，已經(jīng)制約了整個裝備河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文2制造業(yè)的發(fā)展，直接影響到國防軍工的產(chǎn)業(yè)安全。國內(nèi)外裝備制造業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗表明，發(fā)展裝備制造業(yè)，數(shù)控機床是基礎，因此，全面落實科學發(fā)展觀，加快發(fā)展我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，具有基礎性、前瞻性、全局性的戰(zhàn)略意義。1.2 數(shù)控分度工作臺的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢1.2.1 我國數(shù)控分度工作臺的發(fā)展現(xiàn)狀我國對數(shù)控機床及數(shù)控技術的研究和開發(fā)始于 1958 年，一直到 20世紀 60 年代中期還處在研制、開發(fā)時期。1965 年，國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。20 世紀 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。從 20 世紀 70 年代開始，我國的數(shù)控技術在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領域全面展開，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，因此沒有得到廣泛推廣。在這一時期，數(shù)控線切割機床由于結構簡單、使用方便、價格低廉，在模具數(shù)控加工中得到了廣泛應用和推廣。20 世紀80 年代，我國從日本 FANUC 公司引進了部分數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電動機、直流主軸電機技術，以及從美國、歐洲等發(fā)達國家引進一些新的技術，并進行了國產(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，推動了我國數(shù)控機床穩(wěn)定發(fā)展，使我國的數(shù)控機床在性能和質量上產(chǎn)生了一個質的飛躍。數(shù)控機床包括床身、立柱、工作臺、進給機構等部件。工作臺作為數(shù)控機床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要環(huán)節(jié)。從一開始為了滿足加工簡單的零件而設計的直線運動的 x-y 工作臺，到現(xiàn)在為了實現(xiàn)多工位加工而制造的分度工作臺和回轉工作臺等。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，工作臺的驅動裝置從原來的機械驅動變?yōu)橐簤候寗?，現(xiàn)在更多的采用了氣動裝置，更好的保護了環(huán)境，節(jié)約了資源。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文3數(shù)控工作臺作為機床配件的一種，其現(xiàn)狀與機床的配件業(yè)和機床的發(fā)展密切相關。機床配件發(fā)展來進行帶動，這就不得不提到我國機床業(yè)發(fā)展前景，我國機床業(yè)要想進行更穩(wěn)定且快速發(fā)展，必須進行全面數(shù)控化改革及創(chuàng)新工作，這樣才能使一系列機床配件業(yè)不斷一起跟進前進。但我國大部分機床配件廠資金還比較緊張，這使技術創(chuàng)新改革帶動了很大影響，這也是我國配件水平未能快速進步重要一點。成為影響到機床業(yè)發(fā)展一個障礙。國產(chǎn)機床配件教國際技術來講，無論技術還質量或性能上還與發(fā)達國家有一定差距。由于我國經(jīng)濟穩(wěn)定增長，我國機床配件業(yè)也會呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展趨勢，市場份額也將不斷提高，這種帶動作用使我國機床業(yè)不斷發(fā)展，但我國機床配件業(yè)也存著一定不足，當然也有很好發(fā)展空間。1.2.2 數(shù)控分度工作臺的發(fā)展趨勢從 20 世紀中葉數(shù)控技術出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求 100%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設發(fā)展的重要設備。進入 21 世紀，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數(shù)控機床的發(fā)展商還解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控的大量需求以及計算機技術和現(xiàn)代化設計技術的飛速進步，數(shù)控分度工作臺高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文41.3 數(shù)控工作臺的研究分度工作臺結構形式種類很多，從臺面的定位形式角度出發(fā)，可將其分為三大類：定位銷式分度工作臺，端齒盤式分度定位工作臺，鋼球式定位工作臺。對于定位銷式分度機構，此機構由于結構簡單，采用一些措施后能獲得較高的定位精度，因此國內(nèi)外的加工中心分度工作臺多采用。端齒盤齒輪具有高的分度精度，能傳遞大扭矩，所以廣泛用于數(shù)控機床、加工中心機床、轉塔車床和鍵床等分度機構和圓分度工作臺上端齒盤的嚙合相當于一對帶梯形齒的端齒離合器嚙合時由于整個齒面都能達到均勻的接觸，分度精度非常高加工中心機床上采用端齒盤定位的分度工作臺的定位精度一般都在±5 絲左右，最高可達 1.5 絲，而美國莫爾 1440 齒精密分度盤已達±0.1 絲。這是銷定位等機構難于實現(xiàn)的端齒盤在進行高精度范圍分度時，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 的端齒盤工作臺大容許切削力可達 15000N。端齒盤還具有以下優(yōu)點：首先，能進行高精度的結合分度。其次，能正確的進行自動對中，嚙合時不需再找正中心。再次，直線齒向對于選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)濟效率高。鋼球分度定位機構比齒盤定位機構達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工作臺最高分度定位精度已達±1 絲，為了使工作臺達到高的分度定位精度，須正確布置鋼球，鋼球的精度應控制在真球度為 0.3 微米以下，各鋼球相互直徑差應不大于 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實現(xiàn)。裝置中上下槽內(nèi)配置的鋼球數(shù)目相等。嚙合時，由于多數(shù)高精度鋼球同時嚙合，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式目前分度精度較高（±1 絲）的一種分度工作臺。但在目前的加工中心機床上還未得到廣泛采用。當前數(shù)控機床發(fā)展迅猛，向高速、高效、高精、柔性化、環(huán)保方面河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文5發(fā)展，與之相應的機床附件也應隨之發(fā)展。數(shù)控分度頭未來的發(fā)展趨勢是：在規(guī)格上向兩頭延伸，即開發(fā)小規(guī)格也開發(fā)大規(guī)格的分度頭，同時注意相關技術的開發(fā)；在性能方面將進一步提高剎緊力矩、提高主軸轉速及可靠性方面發(fā)展；要求采用新材料；產(chǎn)品要價格低、操作方便。1.4 本課題研究的內(nèi)容隨著數(shù)控技術不斷發(fā)展與提高，使機床主機對配件要求與依賴都越來越高。機床配件技術發(fā)展間接決定了機床主機發(fā)展水平，專業(yè)化發(fā)展方向成為我國機床配件業(yè)總體發(fā)展趨勢。為了縮小與國外工業(yè)大國差距，我國各大機床廠應全力配合，企業(yè)本身要加快技術步伐，積極自主創(chuàng)新，并且勇于與國外企業(yè)多多學習。企業(yè)應該努力學習國際先進機床技術，全面開展創(chuàng)新工作，企業(yè)高層也應該鼓勵并且大力支持機床配件創(chuàng)新，從而使我國機床配件業(yè)越做越強。本畢業(yè)設計是研究解決端齒盤作為分度定位機構的液壓式數(shù)控分度工作臺的工作原理和機械結構的設計和計算部分，設計思路是先原理后結構，先整體后局部。目前端齒盤為分度定位機構的液壓式數(shù)控分度工作臺廣泛運用于數(shù)控機床和加工中心上。它的總的發(fā)展趨勢是：1.在規(guī)格上向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型分度工作臺。2.在性能上研制以鋼為主的齒輪、齒盤，大幅度提高分度工作臺的承載能力。3.分度定位裝置不斷提高分度工作臺分度時的定位精度。在各種數(shù)控機床和其他機械的制造中，數(shù)控端齒盤分度工作臺等分度裝置的應用十分廣泛。近年來，隨著數(shù)控技術的進步、自動化程度的普遍提高，加工中心類機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床的生產(chǎn)和應用日益廣泛，對高精度、高效率的分度裝置的需求也越來越大。隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，為了適應不同產(chǎn)品的加工要求，擴大加工范圍，分度工作臺也將在一定范圍內(nèi)得到運用。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文62 數(shù)控分度工作臺總體方案設計隨著人類生活的物質要求的不斷提高和人類社會的不斷發(fā)展，越來越復雜的零件被設計運用到各個領域。所以對加工她們的機床提出了更高的要求。液壓式數(shù)控分度工作臺實現(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系。在數(shù)控分度工作臺總體設計關鍵是要確定工作臺的參數(shù)。加工中心最主要的參數(shù)為工作臺尺寸等，根據(jù)確定的零件的典型零件進行選擇。工作臺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。應選比典型零件稍大一些的工作臺，以便留出安裝夾具所需的空間，還應考慮工作臺的承載能力，承載能力不足時應考慮加大工作臺尺寸，以提高承載能力。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文72.1 數(shù)控分度工作臺原理設計圖 2.1（a）端齒盤式分度工作臺的結構原理圖河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文8圖 2.1（b）端齒盤式分度工作臺的結構原理圖端齒盤分度工作臺 圖 2.1（a） 、 （b）所示是端齒盤式液壓分度工作臺的結構原理圖。它主要由工作臺、底座、夾緊油缸、分度油缸及端齒盤等部件組成，其工作過程如下：1、分度工作臺抬起、松開 機床需要分度時，根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出分度指令，由電磁鐵控制液壓閥（圖中未標出） ，使壓力油進液壓管道 23 進入分度工作臺 7 中央的夾緊油缸的油腔 10，并推動活塞 6 上移動（油缸上腔 9 的油經(jīng)管道 22 排出回油） ?；钊?6 通過推力軸承 5（軸承 13 與之配套使用） ，使工作臺 7 抬起，上端齒盤 4 和下端齒盤 3 脫離嚙合。在工作臺 7 向上移動時帶動內(nèi)齒圈 12 與齒輪 11 下部嚙合，完成分度前的準備工作。同時，工總臺 7 向上抬起時，推桿 2 在彈簧的作用下向上移動，使推桿 1 能在彈簧的作用下右移松開微動開關 D，發(fā)出松開到位信號。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文92、分度工作臺回轉、分度 控制系統(tǒng)在接到松開到位信號后，控制電磁鐵（液壓閥）動作，使壓力油經(jīng)管道 21 進入分度油缸左腔19，并推動齒條 8 右移（分度油腔右腔 18 的油經(jīng)管道 20 排出回油） 。齒條 8 帶動齒輪 11 做回轉運動，實現(xiàn)工作臺的回轉。改變油腔的行程，即可以改變齒輪 11 的回轉角度。圖中的分度工作臺為：油缸的行程100mm，齒輪回轉的角度為 90°。當齒輪在回轉的過程中，擋塊 14 放開推桿 15；90°回轉到位后，擋塊 17 壓上推桿 16，微動開關 E 發(fā)出到位信號，回轉動作結束。分度工作臺的回轉速度可以通過液壓系統(tǒng)進行調節(jié)。3、分度工作臺落下、夾緊 控制系統(tǒng)在接到回轉到位信號后，由電磁鐵控制液壓閥（圖中未標出）,使壓力油經(jīng)管道 22 進入分度工作臺的夾緊油缸的油腔 9，并推動活塞 6 下移（油缸下腔 10 的油經(jīng)管道23 排出回油） ?；钊?6 通過推力軸承 5（軸承 13 與之配套使用） ，使工作臺 7 落下，上端齒盤 4 和下端齒盤 3 嚙合，夾緊、定位。工作臺夾緊后，壓下推桿 2，使推桿 1 左移，壓上微動開關 C 動作，發(fā)出夾緊完成信號。4、分度油缸返回 控制系統(tǒng)在接到夾緊完成信號后，控制電磁鐵（液壓閥）動作使壓力油經(jīng)管道 20 進入分度油缸右腔 18，并推動 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，因為齒輪 11 的內(nèi)齒圈已經(jīng)脫開，分度工作臺不動，同時擋塊 14 壓上推桿 15，微動開關 C 動作，發(fā)出分度結束信號。2.2 數(shù)控分度工作臺的主要技術參數(shù)在經(jīng)過查閱相關資料和進行初步的 CAD 輔助設計后，液壓式數(shù)控分度工作臺根據(jù)使用的場合，所需的大小和形狀有很多種類，本人設計的是加工中心上的一個分度工作臺，根據(jù)需要本人的工作臺相關參數(shù)如下：表 2-1 液壓式數(shù)控分度工作臺相關參數(shù)河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文10中心高 220（mm） 中心套孔直徑 30（mm）工作臺面直徑 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/逆時針 最大載重量 200kg分度精度 ±0.2″ 重復精度 ±0.2（mm）2.3 數(shù)控分度工作臺的液壓系統(tǒng)設計2.3.1 液壓系統(tǒng)的方案設計通過液壓式數(shù)控分度工作臺的基本原理和動作過程，可以了解到工作臺需要有兩個液壓系統(tǒng)：一個是提供壓力使工作臺實現(xiàn)抬起和下降的動作，而另外一個液壓系統(tǒng)是實現(xiàn)工作臺 90°分度回轉的動作。這兩個動作過程都需要液壓系統(tǒng)具有使工作臺平穩(wěn)動作的功能，不要在工作臺抬起、下降、分度的時候產(chǎn)生顫動，影響加工精度。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文11圖 2.2 H 型中位機能液壓缸如圖 2.2 所示，在液壓缸的兩側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，不會因外界的原因而顫動，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、準確，換向閥采用了 H 型中位機能。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)控分度工作臺的基本參數(shù)和 CAD 輔助設計對零部件的設計，可以知道：實現(xiàn)工作臺的分度的液壓系統(tǒng)的壓力遠比實現(xiàn)工作臺上下運動的壓力要小，兩個液壓系統(tǒng)選擇相同的液壓泵，所以選擇液壓泵的時候只要滿足上下運動的即可。根據(jù)工作臺的最大載重量為 200kg，不僅需要一定的過載能力，而且工作臺本身也有自重，所以在選擇時液壓系統(tǒng)的最大載重為 400kg。根據(jù)如圖 2.3 所示設計的活塞尺寸，活塞的作用面為半徑為 32.5mm 和半徑為 47mm 圍成的環(huán)面。計算過程如下：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文12圖 2.3 活塞mgF?式(2.1) NkgF39208.40??)(2rRS????式(2.2) 2222 635.19)5.347(1.3)( mrRS??????SFP?式(2.3) MamNSFP083.1635.192026???表 2-2 液壓泵參數(shù)型號 流量[1/min]壓力[MPa]轉速[rpm]容積效率[%]?重量[kg]驅動功率[kw]CB-B4 4 2.5 1450 ≧85 2.8 0.21河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文132.4 數(shù)控分度工作臺的數(shù)控系統(tǒng)設計根據(jù)液壓式數(shù)控分度工作臺的動作過程，設置了四個數(shù)控指示燈，其數(shù)控指令的動作順序如表 2-3：表 2-3 液壓式數(shù)控分度工作臺數(shù)控系統(tǒng)動作順序指令 動作 完成信號抬起 工作臺抬起，開關 D 松開 發(fā)出抬起到位信號分度 擋塊 17 壓到推桿 16，E 開關閉合 發(fā)出分度到位信號下降 工作臺下降，開關 D 閉合 發(fā)出下降、夾緊信號返回 擋塊 14 壓到推桿 15，開關 C 閉合 發(fā)出分度結束信號3 數(shù)控分度工作臺部件設計3.1 工作臺的設計3.1.1 工作臺整體尺寸設計液壓式數(shù)控分度工作臺作為需要回轉的部件，在其上還會有專業(yè)的夾具。為了滿足其分度的功能，所以工作臺做成圓形件，且根據(jù)工作臺的加工零件的范圍：最大載重量為 200kg，所以工作臺臺面為 320mm，工作臺的高度為 75mm。工作臺表面需要 T 型槽，用于工作臺上的夾具的定位夾緊。為了使工作臺耐用，在工作臺的中心處設計一個中心孔，用于襯套 的安裝。為了使下端面需要與中心轉軸和端齒盤安裝定位，所以要設計一個槽，槽寬和槽深都是根據(jù)端齒盤的尺寸來設計確定的。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文143.1.2 工作臺 T 形槽設計工作臺 T 形槽的作用是用 T 形螺栓固定工作臺上的夾具。T 形槽的布置需要根據(jù)工作臺的尺寸確定，根據(jù)設計時的方案，T 形槽的長度為117.5mm，12 條均布在工作臺的上表面。根據(jù)工作臺的結構要求和《機械設計手冊》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：10T 形槽|B|尺寸/mm:16T 形槽|C|尺寸/mm:7T 形槽 H|尺寸/mm:17螺栓選擇 公稱尺寸/mm: M8圖 3.1T 型槽3.1.3 工作臺中心孔設計工作臺的中心孔設計，是根據(jù)在中心孔上有一個襯套，襯套的作用是：當襯套磨損了，可以方便更換。如果不用襯套，磨損后，則需要更換工作臺。因其是標準件，加工方便，更換成本低，而且還能起到一定的導向的作用。襯套與工作臺中心孔為小過盈配合。所以根據(jù)工作臺的結構要求和襯套的標準規(guī)定可得，工作臺中心孔的孔徑為 39mm。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文153.1.4 工作臺螺孔分布設計液壓式數(shù)控分度工作臺需要中心軸和端齒盤與工作臺具有精度的相對位置。而工作臺是由許多點、線、面組成的一個復雜的空間幾何體。當考慮中心軸和端齒盤在工作臺中占據(jù)一正確位置時，在實際安裝，進行零部件定位時需要螺栓的夾緊和定位銷的定位相結合，才能滿足工作臺的動作要求。所以本設計中采用螺栓和定位銷在工作臺上圓周均布，一般采用三個螺栓與兩個定位銷對工作臺及其部件進行定位夾緊。圖 3.2 螺栓和定位銷均布工作臺3.2 端齒盤設計多齒分度臺按其齒根部的切槽深度可分為三種齒形，見圖 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 號鋼，調制HRC25~28，正火穩(wěn)定性處理。本裝置采用彈性齒比剛性多齒盤可提高精度 2~3 倍，彈性多齒分度臺是利用“平均效應” ，使精度較低的齒牙盤組裝成精度較高的多齒分度盤，即是利用多定位以提高精度。但必須滿足兩個條件，一是材料符合胡克定律；二是每對齒在齒盤加壓時能均勻嚙合。由于彈性多齒分度臺的累積角度誤差不大于±0.2″，實際上可以成為一個測量基準，彈性多齒分度臺實為 360 個齒面棱體。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文16圖 3.3 多齒分度臺三種齒形彈性多齒分度臺，其分度精度高，累積角度誤差僅為±0.1″~±0.2″；重復精度好，可達±0.3″；自動定心精度高，中心偏移量可在 0.001mm 左右；使用壽命長，使用過程也是對研過程，可逐步減少殘余分度誤差。其分度精度不受正反轉的限制，但只能做整度分度，最小分度值為 360/Z，其中 Z 為齒盤的齒數(shù)。本設計中采用的是直線齒端齒盤，直線齒的上、下齒盤的齒形完全一樣，可用一般的銑刀加工，制造比較方便。端齒盤主要參數(shù)計算：（1）由于端齒盤的齒數(shù) Z=360/ ?式(3.1)式中 -需要分度的最小分度角 （°）?在此設計中最小分度角為 90°，Z=360/ =360/90=4?所以在設計中端齒盤的齒數(shù)可以是 4 的倍數(shù)即可，選擇 Z=64 齒。（2）端齒盤的直徑可以根據(jù)分度臺臺面所需求的尺寸確定，分度工作臺的直徑為 320mm，所以選擇 D=216mm。（3）端齒盤的齒形角 =50°~60°，選擇 =60°。??（4）端齒盤的齒長 B=(10~15)mm，選擇 B=10。（5）端齒盤內(nèi)徑 根據(jù)結構可以確定為 d=140mm。（6）端齒盤的齒高 在此設計中，運用了多彈性齒的原理，使端齒盤的齒高比普通端齒盤的高一些，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)基本達到了半彈性齒的要求。（7）大端齒距 ZDt???式(3.2)河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文17mt 6.106421.3???（8）理論齒高 2?tgbhL??式（3.3）（b 為大段齒頂寬度，經(jīng)設計計算為 ） ，b47.3?。620.1???tghL（9）有效高度 2?tgbhS??式（3.4）（ 為上下齒盤齒頂間距離） ，Sh。mtghS89.26027.3.1?????端齒盤的定位使用三個 M6 的螺釘均布在同一圓周上，同時使 M6 的定位銷來定位，確保端齒盤的定位精度，滿足工作要求。綜上所述，可以繪出端齒盤如圖 3.4：圖 3.4 端齒盤根據(jù)設計的數(shù)據(jù)，端齒盤的齒形圖如圖 3.5 所示：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文18圖 3.5 端齒盤齒形3.3 中心軸設計3.3.1 中心軸尺寸設計液壓式數(shù)控分度工作臺的中心轉軸其結構尺寸基本上是按照工作臺的整體尺寸確定的，其左端面的螺孔與定位銷孔都是根據(jù)工作臺的下端表面的螺孔分布來設計的。其右端面的螺孔是根據(jù)與之配合的齒圈設計的，中心軸左端有 3mm 會嵌進齒圈的中心槽進行定位，再用三個均布的螺栓緊固。中心軸最重要的部分是其右端面的直徑大小，在工作臺結構允許的條件下，盡可能的使中心軸的支承面大。因為液壓式數(shù)控分度工作臺在分度旋轉的時候，需要液壓油頂起活塞，活塞兩端都有推力軸承，通過推力頂起中心軸支撐面，在次過程中工作臺的重物不一定在中心，所以會產(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，分度后的中心重復定位精度也將會提高。所以根據(jù)工作臺和端齒盤的尺寸，河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文19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成。與軸配合的稱軸圈，與外殼配合的稱座圈。推力球軸承種類：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，可承受單向軸向負荷。雙向推力球軸承，可承受雙向軸向負荷。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荷，極限轉速較低。推力球軸承的用途：只適用于承受一面軸向負荷、轉速較低的機件上，例如 吊鉤、立式水泵、立式離心機、千斤頂、低速減速器等。軸承的軸圈、座圈和滾動體是分離的，可以分別裝拆。根據(jù)中心軸的軸徑為：上端的軸徑 30mm，查《機械設計課程設計河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文20手冊》表 6-8 推力球軸承（GB/T301-1995 摘錄）可知，選用軸承代號為：51206下端的軸徑 25mm，查《機械設計課程設計手冊》表 6-8 推力球軸承（GB/T301-1995 摘錄）可知，選用軸承代號為：51205圖 3.7 推力球軸承3.4 活塞設計液壓式數(shù)控分度工作臺的活塞的設計，根據(jù)軸心轉軸的結構尺寸可以確定活塞中心孔的大小為 30mm，在設計中，當兩個接觸面的距離較長時，可以適當減少接觸面的距離，降低加工難度，也提高了精度。如圖活塞的左端面是一個專門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D 3.8所示：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文21圖 3.8 活塞活塞是根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力確定的，活塞作為液壓油驅動的部件，在其運動過程中難免會發(fā)生泄漏現(xiàn)象，所以也需要密封圈，根據(jù)密封圈可以設計出活塞上的密封槽。根據(jù)結構要求，活塞需要液壓油進行驅動，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密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸密封三大類。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較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質較硬接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉密封和往復密封兩種基本類型。按密封件與其作相對運動的零部件是否接觸，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，斷面密封又稱為機械密封。動密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機器運轉時給介質以動力得到密封。經(jīng)過以上的介紹，可知活塞需要往復的運動，所以需要動密封元件，本設計選擇 O 型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機械設備上，在工作壓力 0~70MPa、溫度為-40~+120℃的不同液體和氣體介質中，在固定或運動的情況下起密封作用。根據(jù)《機械設計課程設計手冊》表 7-13 查得適用于活塞的密封圈如圖 3.9（a） 、 （b）：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文22圖 3.9（a）活塞的密封圈圖 3.9（b）活塞的密封圈3.5 傳動系統(tǒng)設計3.5.1 傳動系統(tǒng)總體方案設計根據(jù)液壓式數(shù)控分度工作臺的工作原理，在工作臺需要分度的時候，液壓油進入活塞下部將工作臺頂起，同時齒圈和下齒輪嚙合，準備分度。上升到位后，液壓系統(tǒng)將使液壓油進入齒條油腔，推動齒條，齒條與上河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文23齒輪嚙合，并帶動上齒輪運動，上齒輪與下齒輪是做成一體的，所以上齒輪帶動下齒輪旋轉。下齒輪與齒圈嚙合在一起，并且齒圈與轉軸是固定的，所以齒條的水平運動將會帶動工作臺的旋轉。綜上所述，此傳動系統(tǒng)的最主要的作用就是通過齒輪齒條和齒輪齒圈的嚙合使齒條的水平運動轉變?yōu)楣ぷ髋_的分度運動。即為圖 3.10 所示：圖 3.10 傳動系統(tǒng)經(jīng)過動作的分析，在此設計中，齒輪齒條的作用只是分度時進行嚙合，而且分度時傳遞的力只是克服中心轉軸與活塞內(nèi)孔壁摩擦力，此摩擦力比較小，所以齒輪齒條的設計計算主要是根據(jù)傳動系統(tǒng)的設計方案和工作臺的具體尺寸確定的。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、齒輪齒條轉矩根據(jù)工作臺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：222 36.107814.3mRS?????式(3.5)河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文24所以齒條在分度時受液壓缸的推力為：式（3.6）NSPF4.25310.236.1076?????齒輪齒條嚙合是，所受的轉矩是克服中心轉軸與活塞內(nèi)孔壁摩擦力，此摩擦力比較小。假設為： mN?2、齒輪齒條的轉速由齒輪齒條的分度圓嚙合條件可知，工作臺實現(xiàn) 90°分度時，齒輪需要轉動四分之一圓周，所以mdL48.102814.3??????式（3.7）齒輪轉動的圓周長度也即是齒條分度時需要運動的長度，即為齒條油缸的長度。所以齒條油缸的體積為：3622 102.48.10.3mLrV??????式(3.8)選擇的液壓泵的流量為： min4所以分度工作臺分度需要的時間為：sqVt 53.104612.???式(3.9)綜上所述，齒條在分度嚙合的時候的速度為：smtLv67.53.1480??式(3.10)河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文25齒輪在分度時候的轉速為：min8.9453.160rtn???式(3.11)3.5.2 齒輪齒條設計計算項目 計算（或選擇）依據(jù)計算過程 單位計算（或確定）結果1.選齒輪精度等級查[1]表 10-8 選用 7 級精度 級 72.材料選擇 查[1]表 10-1 齒條選用 45 號鋼（正火處理）硬度為 200HBS大齒輪選用 45 號鋼（正火處理）硬度為 200HBS齒輪 200HBS齒條 200HBS項目 計算（或選擇）依據(jù)計算過程 單位計算（或確定）結果3.選擇齒數(shù) Z 1217Ui??取 16421??Z個 選擇：齒輪齒數(shù)為：24齒條齒數(shù)為：20傳動比為：11. 按齒面接觸強度設計（1）試選 tK=1.2~1.4t 取 =1.3tK=1.3tK（2）區(qū)域系數(shù)由[1]圖 10-30 =2.433HZ=2.433HZ河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文26HZ（3）計算齒條傳遞的轉矩 1T根據(jù)上述可知 NmT3108.62?? NmT3108.62??（4）齒寬由結構可知 B=15mm B=15mm（5）材料的彈性影響系數(shù)由[1]表 10-6 8.19?EZ21MPa8.9?EZ（6）齒輪接觸疲勞強度極限 limH?由[1]圖 10-21c由[2]圖 10-21d3802lim1?H? 3802lim1?H?（7）應力循環(huán)次數(shù) N由[1]式 10-13 ??7104. 5308296????hLjnN771204..齒i 72104.??N(8)接觸疲勞強度壽命 HNK由[1]圖 10-19 13.2?HNK13.2?HNK河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文27（9）計算接觸疲勞強度許用應力??H?取失效概率為 1%，安全系數(shù)為 S=1，由[1]式 10-12 得????????4.29.44.291380.4.291380.lim21lim1???????HHHNHHNHSKS??MPa??4.29?H?（10）試算小齒輪分度圓直徑 td1按[1]式（10-21）試算 ??18.394.298130.2123321????????????????HEdtt ZuTk???m1.39?td（11）計算圓周速度 vsm67.5? sm0657.?v（12）模數(shù) tm18.39?zdtt 67.25.125.1??hbt 度 67.251?hbt河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文28（13）計算載荷系數(shù) K由[1]表 10-2 查得使用系數(shù) 根據(jù)1?AK，7 級精度，由[1]圖 10-8smv065.?查得動載荷系數(shù) .0V由[1]表 10-4 查得 ??42.153.1023. 0.6813.. 22??????? ?bKdH??K=2.2791（14）按實際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑由[1]式 10-10a 09.464.127831??ttKdm641?dnm1zdn?1nm1?nm2. 按齒根彎曲強度設計（1）計算載荷系數(shù) K??FVAK167.235.10??K=2.167(2)齒形系數(shù) FaY由[1]表 10-5 264.1?FaY 264.1?FaY（3）應力校正由[1]圖 10-5 81.2?SaY 81.2?SaY河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文29系數(shù) SaY（4）齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE?由[1]圖 10-20b由[1]圖 10-20c 3021?FE?MPa3021?FE?（5）彎曲疲勞強度壽命系數(shù) FNK由[1]圖 10-18 利用插值法可得 92.01?FNK.2 92.01?FNK.2(6)計算彎曲疲勞許用應力??F?取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.3，由式10-12 得????308.21.90308.21.9021???SKSFENFFENF?MPa??308.21?F?(7)計算大小齒輪的 ??FSaY???0193.38.2164..21??FSaFY?=0.0??FSaY?193河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文30并加以比較結論：齒條和齒輪的 系??FSaY?數(shù)一樣，所以任選其一都可，此設計選齒輪。（8）齒根彎曲強度設計計算由[1]式 10-17 ??46.00193.217.3332?????FSadnYZKTm??m1?n結論：對此計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取 =2mm，已可滿足nmnm彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，須按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 =64mm 來計算應有的齒數(shù)。于是由 取1d 642181?ndz，則 取641?z 64112??齒iz2z3. 幾何尺寸計算（1）計算中心距a根據(jù)結構需求 齒輪齒條中心距無窮大mm a 無窮大（2）計算齒輪的分度圓直徑 d128641??zm是齒條為無窮大21281?zmdmm 128?d是齒條為2無窮大（3）計算齒輪的齒根圓直nfmd5.??1235.128???nfmdmm 13?fd河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文31徑 d為齒條齒根圓。2fd所以 無窮大f無窮大2fd（4）計算齒輪寬度 B根據(jù)結構需求 圓整后取： 152?Bmm 152?B（5）驗算 mNmNbFKdTtAt 108.215.3.640231 ????所以合適注：上表依據(jù)均來自《機械設計》第十章齒輪傳動所以，由工作臺的結構尺寸可以確定齒輪的結構尺寸。齒輪的分度齒分布在 130°范圍內(nèi)，且齒數(shù)為 23 齒。齒輪具體結構如圖 3.11所示：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文32圖 3.11 齒輪根據(jù)結構要求，分度齒條需要液壓油進行驅動，所以在液壓系統(tǒng)中相當于活塞的作用，根據(jù)活塞工作的原理，所以齒條需要密封。經(jīng)過以上的介紹，可知齒條需要往復的運動，所以需要動密封元件，本設計選擇 O 型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機械設備上，在工作壓力 0~70MPa、溫度為-40~+120℃的不同液體和氣體介質中，在固定或運動的情況下起密封作用。根據(jù)《液壓設計傳動手冊》表 9-4查得適用于此齒條的密封圈如圖 3.12：圖 3.12 齒條的密封圈河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文33如圖所示：密封圈的公稱外徑 mD36?斷面尺寸 d5.內(nèi)徑 291密封圈溝槽設計：根據(jù)上表截面尺寸 可以得出密封圈溝槽尺寸。md5.3?溝槽深度為 E1溝槽寬度為 G2.40在工作臺分度時，需要轉動 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 齒圈設計在分度工作臺進行分度的時候，齒條帶動上齒輪，下齒輪與齒圈嚙合而帶動工作臺和中心軸一起轉動 90°。所以在此過程中下齒輪與齒圈的嚙合只是做精確定位的作用并沒有相對的轉動。所以下齒輪和齒圈只是需要