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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
設(shè)計(jì)（論文）題目：TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)
學(xué) 院 名 稱： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名： 劉凱 學(xué)號(hào)： 11403010113
指 導(dǎo) 教 師： 鄭書(shū)華
2015年 1 月 20日
VI
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。鼠牙盤(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)上鼠牙盤(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)床上采用鼠牙盤(pán)定位的分度工作臺(tái)的定位精度一般都在±5絲左右。鼠牙盤(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。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：TH6340B，臥式加工中心，鼠牙盤(pán)式，分度工作臺(tái)
Abstract
This design is to design the mouse tooth disk indexing tablemachine design of TH6340B horizontal machining center.Mouse tooth plate gear has high indexing precision, can transfer large torque, so it is widely used for end tooth clutchengagement of the engaging mouse tooth disc of CNC machine tools, machining center, turret lathe and key bed indexing mechanism and circular division bench is equivalent to a pair of belt trapezoidal teeth because the whole tooth surface can to achieve uniform contact, positioning precision indexing tableusing the mouse tooth disk indexing positioning accuracy is very high on the machining center machine tool are generally in the + 5 wire around. Mouse tooth plate also has the following advantages: first, combined with the indexing can be performed with high accuracy. Secondly, to correct automatically when engaged in, do not need to find the right center. Again, the straight tooth to choose grinding wheel diameter freedom.Finally, has the interchangeability, good wear resistance, high economic efficiency.
This thesis research content:
(1) the overall structure of TH6340B horizontal machining center mouse tooth disk indexing table design.
(2) analysis of TH6340B horizontal machining center mouse tooth disk indexing table working performance.
(3) the choice of motor.
(4) the design of transmission system, the executive componentof horizontal machining center TH6340B mouse tooth diskindexing table.
(5) the design of parts of design calculation and check.
(6) drawing machine assembly drawing and assembly drawingdesign of important parts and parts drawings.
Keywords: TH6340B, horizontal machining center, mouse toothdisc, indexing table
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 V
第1章 緒 論 1
1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 1
1.2 分度工作臺(tái)的基本原理 2
1.3工作臺(tái)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 2
1.4 伺服驅(qū)動(dòng)裝置 4
1.5 課題研究的目的和意義 4
第2章 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 6
2.1課題的主要內(nèi)容和基本要求 6
2.2進(jìn)度計(jì)劃與應(yīng)完成的工作 6
2.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 7
2.3.1 數(shù)控裝置總體方案的確定 7
2.3.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 7
2.3.3 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7
2.4鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)原理設(shè)計(jì) 7
第3章 TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)主要結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì) 9
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 9
3.2 齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算 11
3.3 齒圈設(shè)計(jì) 17
第4章 繪制TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)主要零件的設(shè)計(jì) 19
4.1 鼠牙盤(pán)設(shè)計(jì) 19
4.2 主軸設(shè)計(jì) 21
4.2.1 主軸尺寸設(shè)計(jì) 21
4.2.2主軸軸承選擇 22
4.3 活塞設(shè)計(jì) 22
第5章 TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)分度總體設(shè)計(jì) 24
5.1液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 24
5.2 工作臺(tái)定位原理和結(jié)構(gòu) 26
5.3 工作臺(tái)松開(kāi)、夾緊原理和結(jié)構(gòu) 26
5.4 工作臺(tái)分度原理和結(jié)構(gòu) 27
結(jié)論 29
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
第1章 緒 論
1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展
1946誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類(lèi)創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它創(chuàng)造和農(nóng)業(yè)的人，那些只是增加相比，手工工具的工業(yè)社會(huì)，從一個(gè)質(zhì)的飛躍，為信息時(shí)代的到來(lái)奠定了基礎(chǔ)。6年后，在1952，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到本機(jī)，在美國(guó)出世第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代。
數(shù)控相（1952 - 1970年）
早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的影響很小，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路；作為一個(gè)專用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，稱為數(shù)控硬件連接（HARD-WIRED NC），簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)時(shí)期經(jīng)歷了三代，1952的第一代管；1959晶體管的第二代；小規(guī)模集成電路第三代1965。
電腦數(shù)值控制（CNC）階段（1970至今）
1970，通用汽車(chē)一直在電腦的小批量生產(chǎn)。所以它將被移植作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，開(kāi)始進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（計(jì)算機(jī)和它的“通用”兩個(gè)字省略前面）。1971，美國(guó)英特爾公司在世界上首次將兩個(gè)計(jì)算機(jī)算術(shù)單元和控制器的核心部件，集成在一個(gè)芯片采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，稱為微處理器（微處理器），也被稱為中央處理單元（CPU）。
1974微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)的功能太小，機(jī)床的控制能力富裕（時(shí)間已被用來(lái)控制機(jī)床，稱為組），如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性不理想。早期的微處理器速度和功能還不夠高，但可以通過(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。微處理器是計(jì)算機(jī)的核心部件，它仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。
1990，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足數(shù)控系統(tǒng)的要求為核心部件。數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了基于PC的階段
總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。1970的小型計(jì)算機(jī)第四代；1974第五代和第六代1990基于PC微處理器（國(guó)外稱為PC-BASED）。
同時(shí)指出，雖然國(guó)外已改名為電腦數(shù)值控制（CNC），而在中國(guó)，它仍然是指數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｕf(shuō)：數(shù)控實(shí)質(zhì)上是指計(jì)算機(jī)數(shù)值控制。
3數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
（1）繼續(xù)開(kāi)放的，基于PC機(jī)開(kāi)發(fā)的第六代
隨著開(kāi)放，成本低，可靠性高的PC，豐富的軟硬件資源特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，解決了人機(jī)界面，編程，網(wǎng)絡(luò)通信的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)原系統(tǒng)的數(shù)控任務(wù)。PC機(jī)具有友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更常見(jiàn)。
（2）高速度和高精度的發(fā)展
這是為了滿足機(jī)床的高速度和高精度方向發(fā)展的需要。
（3）向智能化方向發(fā)展
在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透人工智能的發(fā)展而發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。
1.2 分度工作臺(tái)的基本原理
數(shù)控控制（Numerical Control）是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其過(guò)程進(jìn)行控制的一種控制方法。
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門(mén)新型的，發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍所覆蓋的領(lǐng)域又：機(jī)械制造技術(shù)；微電子技術(shù)；信息處理傳輸技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；檢驗(yàn)監(jiān)控技術(shù)；傳感技術(shù)；軟件技術(shù)等。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)的是能技術(shù)和最基本的裝備。在提高生產(chǎn)率，降低成本，保證質(zhì)量及改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面，都有突出的優(yōu)點(diǎn)；特別是在適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代，小批量，多品種生產(chǎn)方面，各類(lèi)數(shù)控裝備是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵。
數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國(guó)際信息處聯(lián)盟（International Federation of Information Processing, IEIP）第五技術(shù)委員會(huì)，對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下的定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能邏輯的處理具有使用碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。
龍門(mén)加工中心經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)發(fā)展和推動(dòng)，已從傳統(tǒng)的單軸式發(fā)展到多軸式，從傳統(tǒng)龍門(mén)加工中心發(fā)展到現(xiàn)代化智能的加工中心，從單面的加工發(fā)展到多面的加工，發(fā)展速度快，技術(shù)比較成熟。但是對(duì)于龍門(mén)五面體加工中心，由于我國(guó)基礎(chǔ)技術(shù)薄弱，研究方法落后，資金投入不足等原因，以及國(guó)外對(duì)核心技術(shù)的封鎖，導(dǎo)致我國(guó)五面體加工中心發(fā)展緩慢[4]。從龍門(mén)加工中心主要部件的發(fā)展情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)外龍門(mén)加工中心的龍門(mén)和滑枕的機(jī)構(gòu)基本都具有以下特點(diǎn)：
1. 龍門(mén) 主要是由一個(gè)橫梁和兩個(gè)立柱構(gòu)成。分為橫梁固定、橫梁靠定位塊
鎖定分段升降和橫梁任意升降三種類(lèi)型。橫梁固定式結(jié)構(gòu)機(jī)床剛性好，但不適合加工大型工件，因?yàn)樵诩庸た拷ぷ髋_(tái)面的工件部位時(shí)，滑枕伸出長(zhǎng)度過(guò)大，加工剛性較差，影響加工尺寸精度；橫梁靠定位塊鎖定分段升降型結(jié)構(gòu)機(jī)床剛性較好，但橫梁升降運(yùn)動(dòng)不能與滑枕上下移動(dòng)聯(lián)動(dòng)，且操作較復(fù)雜；橫梁任意升降型結(jié)構(gòu)橫梁升降運(yùn)動(dòng)可以與滑枕上下移動(dòng)聯(lián)動(dòng)，加工范圍較廣，適合新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。立柱和橫梁的橫截面為矩形，剛性好，可耐重切削并長(zhǎng)期保持高精度。主軸箱在橫梁上的導(dǎo)軌有自重平衡裝置，其動(dòng)作靈活、迅速且準(zhǔn)確。由于主軸箱左右移動(dòng)時(shí)，橫梁升降用滾珠絲杠所受負(fù)載有變動(dòng)，使精度降低，所以采用配置在橫梁左右兩側(cè)的油缸來(lái)平衡主軸箱左右移動(dòng)造成的變動(dòng)負(fù)載和橫梁本身的自重，以提高機(jī)床的精度。
2. 滑枕 從結(jié)構(gòu)上可分為開(kāi)式和閉式兩種型式。開(kāi)式結(jié)構(gòu)的滑枕通過(guò)壓板夾緊在主軸箱上，滑枕的截面積大；閉式結(jié)構(gòu)的滑枕被夾緊在主軸箱內(nèi)，滑枕的截面積小。主軸箱內(nèi)有液壓平衡裝置，使滑枕上下移動(dòng)靈活，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力重切削。主軸滑枕內(nèi)部采用強(qiáng)制內(nèi)冷卻，即使作長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)重切削，也可保持高精度?；淼男谐桃詽M足工件側(cè)面下部的加工要求為宜，不宜太長(zhǎng)，以免影響加工時(shí)的機(jī)床剛度?；聿捎靡惑w型的結(jié)構(gòu)，以提高機(jī)床的整體剛性。
1.3工作臺(tái)伺服進(jìn)給系統(tǒng)
工作臺(tái)伺服進(jìn)給系統(tǒng)是一機(jī)床移動(dòng)位置為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置輸出的電脈沖信號(hào)，是機(jī)床工作臺(tái)、主軸等移動(dòng)部件按照規(guī)定的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向和位置要求做相應(yīng)的移動(dòng)，并對(duì)其定位精度加以控制。工作臺(tái)性能在很大程度上取決于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能。
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是機(jī)床成型運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要部分，其傳動(dòng)質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)床的加工性能。工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象被加工工件最終坐標(biāo)位置精度和輪廓精度都會(huì)受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)的影響。對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的要求集中在精度、穩(wěn)定和快速響應(yīng)等方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)也需要高質(zhì)量的機(jī)械結(jié)構(gòu)與之匹配。因此工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)需滿足如下要求。
（1）高的傳動(dòng)精度與定位精度 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度，是機(jī)床最重要的性能指標(biāo)。傳動(dòng)精度直接影響機(jī)床加工輪廓面的精度，定位精度直接關(guān)系到加工的尺寸精度。
（2）寬的進(jìn)給調(diào)速范圍 為保證工作臺(tái)在不同工況下對(duì)進(jìn)給速度的選擇，進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)該有較大的調(diào)速范圍。工作臺(tái)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)一般為3-10000mm/min。
（3）快的響應(yīng)速度 所謂快速響應(yīng)，是指進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)指令信號(hào)的變化跟蹤要快，并能迅速趨于穩(wěn)定。目前，工作臺(tái)已較普遍的采用了伺服電動(dòng)機(jī)不通過(guò)減速環(huán)節(jié)直接連接絲杠帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方案。本次設(shè)計(jì)就是采用了這個(gè)方案來(lái)獲取快的響應(yīng)速度。
（4）低速、大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機(jī)床的加工特點(diǎn)，經(jīng)常在低速下進(jìn)行重切削，即在低速下進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須有大的轉(zhuǎn)矩輸出。
此次設(shè)計(jì)采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的精度雖然比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)整比較簡(jiǎn)單。而且，在半閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)角測(cè)量表較容易實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用非常廣泛。
圖2-1 半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)原理圖
1.4 伺服驅(qū)動(dòng)裝置
伺服驅(qū)動(dòng)裝置接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給指令信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)該滿足如下要求。
（1）精度高。輸出位移有足夠的精度，即實(shí)際位移與指令位移之差要小。
（2）應(yīng)該具有較長(zhǎng)時(shí)間的大過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電動(dòng)機(jī)要求數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載4-6倍而不損壞。
（3）調(diào)速范圍寬，而且從最低速到最高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)均能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，特別是在低速（如0.1r/min或更低）時(shí)，速度平穩(wěn)而無(wú)爬行現(xiàn)象。
（4）能承受頻繁振動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。
在工作臺(tái)的閉環(huán)或半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要采用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)。
直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速特性，可以方便地在寬調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)極調(diào)速，故多用在對(duì)伺服電機(jī)的調(diào)速性能要求較高的工作臺(tái)上。
交流伺服電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子慣量比直流電動(dòng)機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，輸出的功率可比直流電動(dòng)機(jī)提高10%-70%，可達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。
1.5 課題研究的目的和意義
工作臺(tái)是一種在計(jì)算機(jī)控制下帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的能完成多工序復(fù)合加工的自動(dòng)化機(jī)床，并正向高速高效、高精度、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和復(fù)合化方向發(fā)展。由于工作臺(tái)是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，其生產(chǎn)效率高、柔性好、一機(jī)多用和易于加工復(fù)雜的曲線、曲面零件等特點(diǎn)，早已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家軍民機(jī)械工業(yè)的主力加工設(shè)備。
一個(gè)國(guó)家的工作臺(tái)擁有量、消費(fèi)量及總體技術(shù)水平與這個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)的加工制造技術(shù)水平息息相關(guān)。我國(guó)的工作臺(tái)從70年代開(kāi)始，已有很大發(fā)展，但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的需要。進(jìn)入21世紀(jì)以后，中國(guó)工作臺(tái)的消費(fèi)量隨著軍民機(jī)械工業(yè)的大規(guī)模技術(shù)改造而迅速增長(zhǎng)，如2001年中國(guó)工作臺(tái)的消費(fèi)量?jī)H為2662臺(tái)（其中進(jìn)口2290臺(tái)），而同年美國(guó)、日本和德國(guó)的工作臺(tái)消費(fèi)量分別為11505、6090和5291臺(tái)。到了2005年，中國(guó)工作臺(tái)的消費(fèi)量猛增至約13200臺(tái)（估計(jì)值，工作臺(tái)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)未公布），其中進(jìn)口10343臺(tái)。2005年工作臺(tái)的消費(fèi)量是2001年的4.96倍，年均增幅達(dá)49.2%，一舉超過(guò)美、日、德諸國(guó)，成為世界上消費(fèi)工作臺(tái)最多的國(guó)家。
根據(jù)《機(jī)械工人》雜志社等單位的調(diào)查，從近600份重點(diǎn)用戶的有效問(wèn)卷中得出的結(jié)果是，工作臺(tái)機(jī)床的應(yīng)用已遍及全國(guó)26個(gè)行業(yè)，其中汽車(chē)、摩托車(chē)及其零部件制造業(yè)占24%，航空航天和軍工行業(yè)占18%，機(jī)床工具業(yè)占11%，模具行業(yè)占8%，輕工機(jī)械行業(yè)占4%。在這些企業(yè)擁有的工作臺(tái)中，雖然普及型的立式和臥式工作臺(tái)仍占多數(shù)，但多軸聯(lián)動(dòng)、高速、大型精密等高檔工作臺(tái)也占有一定比重，如在所調(diào)查的近600戶用戶中，擁有5軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的占24%。說(shuō)明中國(guó)市場(chǎng)消費(fèi)的工作臺(tái)雖然以普及型的中檔機(jī)為主，但高檔機(jī)在消費(fèi)量中所占比重估計(jì)已達(dá)15%至20%。
中國(guó)消費(fèi)的工作臺(tái)大部分依靠進(jìn)口（2005年進(jìn)口量占消費(fèi)量的七成多），進(jìn)口金額12.97億美元，居各類(lèi)機(jī)床進(jìn)口額之首，主要從日本、中國(guó)臺(tái)灣、德國(guó)和韓國(guó)等地進(jìn)口。2006年上半年，中國(guó)進(jìn)口工作臺(tái)5511臺(tái)，金額6.88億美元，同比分別增長(zhǎng)20%和11%，仍保持兩位數(shù)增長(zhǎng)，說(shuō)明中國(guó)工作臺(tái)市場(chǎng)的規(guī)模還有增長(zhǎng)空間。
工作臺(tái)用于安裝工件，并帶動(dòng)工件進(jìn)給，以完成各種切削加工，是任何切削機(jī)床必不可少的重要部件。與普通切削機(jī)床不同的是，工作臺(tái)的工作臺(tái)是在數(shù)控系統(tǒng)的控制下自動(dòng)完成進(jìn)給的，能夠自動(dòng)完成各種輪廓和曲面的加工。工作臺(tái)直線工作臺(tái)主要在數(shù)控系統(tǒng)控制下完成縱向（X方向）和橫向（Y方向）進(jìn)給。為了實(shí)現(xiàn)任意角度和在切削過(guò)程中轉(zhuǎn)臺(tái)能夠回轉(zhuǎn)，工作臺(tái)還要設(shè)置數(shù)控TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)，這樣工作臺(tái)就多了一個(gè)NC坐標(biāo)，能夠完成更加復(fù)雜的見(jiàn)曲面的加工。工作臺(tái)常用的TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)，它們的功用各不相同。分度工作臺(tái)的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動(dòng)換刀裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個(gè)面的加工。而數(shù)控TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)除了分度和轉(zhuǎn)位的功能外，還能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
我國(guó)近幾年分度工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)雖然發(fā)展較快，但與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，應(yīng)變能力差。
針對(duì)傳統(tǒng)分度工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的不足之處及生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，有必要在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上研究出新型分度工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)銑床手動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，加入新技術(shù)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及工作量。
分度工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)是：在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開(kāi)發(fā)小型和大型進(jìn)給機(jī)構(gòu)；在性能上將研制以鋼為材料的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，大幅度提高進(jìn)給機(jī)構(gòu)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制多軸并聯(lián)，甚至于五軸并聯(lián)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
綜上所訴，分度工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)具有很高研究的意義.本課題采用類(lèi)似的機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果的方法，進(jìn)行分度工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)更好的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化。
本課題對(duì)分度工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，研究了結(jié)構(gòu)，主要部件及典型零件的設(shè)計(jì)方法，其意義如下：
1、通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究掌握機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和方法；
2、通過(guò)對(duì)課題的研究，了解國(guó)內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；
3、通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神，提供分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
第2章 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求
2.1課題的主要內(nèi)容和基本要求
主要技術(shù)參數(shù)
①工作臺(tái)回轉(zhuǎn)直徑：400 mm *400mm，工作臺(tái)重量800KG
②B軸重復(fù)定位精度：±2″
③B軸定位精度：±8°
④B軸的切削進(jìn)給速度：0~10r/min
⑤主軸轉(zhuǎn)速：60～6000r/min（高低擋無(wú)級(jí)變速），主軸錐孔MT6；
⑥徑縱向進(jìn)給最大速度：4m/min，橫向進(jìn)給最大速度：4m/min。
⑦主電機(jī)功率11/15（30min）Kw。
⑧定量角度分度；
分析TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)的工作原理，設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖、零件圖并核算。
2.2進(jìn)度計(jì)劃與應(yīng)完成的工作
分析TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，書(shū)寫(xiě)文獻(xiàn)綜述（2000字以上）；翻譯外文文獻(xiàn)2篇（2000字以上）, 翻譯提供文章的摘要、前言和相關(guān)核心段落；撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告1篇（2000字以上）；繪制鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖一張（A0）；繪制非標(biāo)零件圖若張；圖紙工作量3張A0，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (10000字以上)。
圖樣質(zhì)量：計(jì)算機(jī)繪圖，符合最新標(biāo)準(zhǔn)；表達(dá)完整，布置合理清晰、尺寸標(biāo)注齊全、技術(shù)要求全面；零件圖同時(shí)要注意結(jié)構(gòu)要素和加工工藝性。
進(jìn)度計(jì)劃：
1、第1-2周，查閱相關(guān)資料，了解表面感應(yīng)加熱機(jī)床技術(shù)技術(shù)要求，完成開(kāi)題報(bào)告；
2、第3周，翻譯一篇與設(shè)計(jì)相關(guān)的英文論文；
3、第4-5周，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定總體方案及計(jì)算；
4、第6周，根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成AC軸選型，查找其技術(shù)參數(shù)；
5、第7-11周，完成機(jī)床總體結(jié)構(gòu)、Z軸結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì)；
6、第12-14周，繪制圖紙；
7、第15周，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。
2.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容
2.3.1 數(shù)控裝置總體方案的確定
(1). 明確研究思路和方向，確定設(shè)計(jì)參數(shù)；
(2). 在廣泛調(diào)研、收集資料后，完成多種方案設(shè)計(jì)（兩種以上設(shè)計(jì)方案）。通過(guò)分折、比較、論證，選出最佳設(shè)計(jì)方案。
2.3.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
(1).脈沖當(dāng)量的確定；
(2).估計(jì)機(jī)械部件的總體尺寸及重量；
(3).設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用傳動(dòng)元件及導(dǎo)向元件；
(4).電機(jī)的確定；
(5).繪制裝配圖；
(6).計(jì)算系統(tǒng)等效慣量；
(7).分析系統(tǒng)的精度。
2.3.3 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
(1) 設(shè)計(jì)任務(wù)、擬定多種方案、分析論證、評(píng)價(jià)選擇的較佳方案、理論分析、強(qiáng)度校核、系統(tǒng)控制原理、方法、電路配置圖、裝配圖設(shè)計(jì)及零件設(shè)計(jì)等。
(2)論文20000字左右。
2.4鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)原理設(shè)計(jì)
鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)主要由工作臺(tái)面、底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸及鼠牙盤(pán)等零件組成，如圖所示。
圖2-7 鼠牙盤(pán)式工作臺(tái)
1、2、15、16-推桿；3、4-下、上鼠牙盤(pán)；5、13-推力軸承；6-活塞；7-工作臺(tái)；8-齒條活塞；
9、10-夾緊液壓缸上、下腔；11-齒輪；12-內(nèi)齒圈；14、17-擋塊；18、19-分度液壓缸右、左腔；20、2l-分度液壓缸進(jìn)、回油管道；22、23-升降液壓缸進(jìn)、回油管道
鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是分度和定心精度高，分度精度可達(dá)±0.5″～±3″。由于采用多齒重復(fù)定位，從而可使重復(fù)定位精度穩(wěn)定，而且定位剛性好，只要分度數(shù)能除盡鼠牙盤(pán)的齒數(shù)，都能分度，適用于多工位分度。
29
第3章 TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)主要結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)
3.1 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)定量角度分度時(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)
3.2 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?，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)《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)定量角度，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
3.3 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)和主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)定量角度。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)主軸（工作臺(tái)）旋轉(zhuǎn)，所以需要定位在主軸上，根據(jù)定位原理，主軸和齒圈需要選定位，之后再用螺栓緊固。在此設(shè)計(jì)中齒圈與主軸的定位是在齒圈的中心開(kāi)一個(gè)與主軸一樣的槽，使主軸下端嵌進(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
第4章 繪制TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)主要零件的設(shè)計(jì)
4.1 鼠牙盤(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)中采用的是直線齒鼠牙盤(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。
鼠牙盤(pán)主要參數(shù)計(jì)算：
（1）由于鼠牙盤(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)中最小分度角為定量角度，
Z=360/=360/90=4
所以在設(shè)計(jì)中鼠牙盤(pán)的齒數(shù)可以是4的倍數(shù)即可，選擇Z=64齒。
（2）鼠牙盤(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）鼠牙盤(pán)的齒形角 =50°~60°，選擇=60°。
（4）鼠牙盤(pán)的齒長(zhǎng) B=(10~15)mm，選擇B=10。
（5）鼠牙盤(pán)內(nèi)徑 根據(jù)結(jié)構(gòu)可以確定為d=140mm。
（6）鼠牙盤(pán)的齒高 在此設(shè)計(jì)中，運(yùn)用了多彈性齒的原理，使鼠牙盤(pán)的齒高比普通鼠牙盤(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），
。
鼠牙盤(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，確保鼠牙盤(pán)的定位精度，滿足工作要求。
綜上所述，可以繪出鼠牙盤(pán)如圖3.4：
圖3.4鼠牙盤(pán)
根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，鼠牙盤(pán)的齒形圖如圖3.5所示：
圖3.5鼠牙盤(pán)齒形
4.2 主軸設(shè)計(jì)
4.2.1 主軸尺寸設(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，主軸左端有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。
主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，盡可能的使主軸的支承面大。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)推力頂起主軸支撐面，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。主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)和鼠牙盤(pán)的尺寸，允許主軸支承面的最大尺寸為136mm。
圖3.6主軸
4.2.2主軸軸承選擇
根據(jù)主軸的動(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。與軸配合的稱軸圈，與外殼配合的稱座圈。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)主軸的軸徑為：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
4.3 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。活塞尺寸如圖3.8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。
第5章 TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)分度總體設(shè)計(jì)
5.1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)定量角度分度回轉(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。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800kg，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1000kg。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
4
1450
≧85
2.8
0.21
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)
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)。
5.2 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)鼠牙盤(pán)實(shí)現(xiàn)的，也即是下鼠牙盤(pán)2和上鼠牙盤(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、主軸5和工作臺(tái)底座7以及密封塊6安裝固定的。
5.3 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使主軸5向上運(yùn)動(dòng)，從而工作臺(tái)也向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上鼠牙盤(pán)6、下鼠牙盤(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)，主軸5帶動(dòng)工作臺(tái)下降。使上鼠牙盤(pán)6和下鼠牙盤(pán)7嚙合，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的夾緊定位。
5.4 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，使主軸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)的主軸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)的定量角度分度的動(dòng)作。
結(jié)論
本課題結(jié)合目前TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，具體闡述了一種TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程。本文主要完成的工作如下：
1、TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)結(jié)構(gòu)方案的確定。分析了TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)的特點(diǎn)，確定了TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)基本結(jié)構(gòu)，并確定其基本尺寸。
2、確定了TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)。對(duì)該TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)進(jìn)行了計(jì)算。
3、零件的剛度和壽命計(jì)算與校核。對(duì)各個(gè)已設(shè)計(jì)零件進(jìn)行剛度和壽命計(jì)算，確保滿足使用要求，使該TH6340B臥式加工中心鼠牙盤(pán)式分度工作臺(tái)有足夠的可靠性。
通過(guò)對(duì)專業(yè)知識(shí)的接觸和深入學(xué)習(xí)，以及對(duì)相關(guān)信息的獲取，我深切地認(rèn)識(shí)到，就目前的發(fā)展而言，我國(guó)的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時(shí)間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對(duì)于我們這樣一個(gè)國(guó)情的大國(guó)。所以，我們應(yīng)該擁有的是一種民族意識(shí)，不斷的追求創(chuàng)新。
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅把大學(xué)所學(xué)到的理論知識(shí)很好的運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，而且培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考的能力，在處理問(wèn)題時(shí)有了新的認(rèn)識(shí)和方法，并加強(qiáng)了和同學(xué)之間進(jìn)行探討和解決問(wèn)題的能力。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助之下，學(xué)生對(duì)于道路設(shè)計(jì)有了更多新的認(rèn)知，對(duì)設(shè)計(jì)有了更深一步的認(rèn)識(shí)，整體脈絡(luò)了解得更加的清晰透徹。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)自己大學(xué)四年以來(lái)所學(xué)的知識(shí)有更多的認(rèn)識(shí)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)，幫助我們總結(jié)大學(xué)四年收獲、認(rèn)清自我。同時(shí)，還幫助我們改變一些處理事情時(shí)懶散的習(xí)慣。從最開(kāi)始時(shí)的搜集資料，整理資料，到方案比選，確定方案，每一步都是環(huán)環(huán)相扣，銜接緊密，其中任何一個(gè)步驟產(chǎn)生遺漏或者疏忽，就會(huì)對(duì)以后的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多的不便。
學(xué)生的動(dòng)手能力和資料搜集能力在設(shè)計(jì)中也得到提升。畢業(yè)設(shè)計(jì)中很多數(shù)值、公式、計(jì)算方法都需要我們?nèi)ツ托牡夭殚啎?shū)籍，瀏覽資料，設(shè)計(jì)中需要用到輔助設(shè)計(jì)軟件的地方，也需要我們耐心的學(xué)習(xí)。掌握其使用的要領(lǐng)，運(yùn)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中去。最后匯總的時(shí)候，需要將前期各個(gè)階段的工作認(rèn)真整理。
畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，通過(guò)設(shè)計(jì)，學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)到基礎(chǔ)的重要性，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅能幫助學(xué)生檢驗(yàn)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果，更多的是畢業(yè)設(shè)計(jì)可以幫助我們更加清楚的認(rèn)識(shí)自我，磨練學(xué)生的意志與耐性，這會(huì)為學(xué)生日后的工作和生活帶來(lái)很大的幫助。
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