【正文】 分度機構(gòu)的設(shè)計 24 5 分度機構(gòu)的設(shè)計 方案的提出 方案一： 萬能分度頭 +步進電機分度機構(gòu) —— 萬能分度頭作為銑床分度專用夾具而被大家廣泛認知。在此，我通過一段時間認真學(xué)習(xí)了萬能分度頭的工作原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且親自動手繪制了萬能分度頭的裝配圖，以及主軸的零件圖，萬能分度頭的傳動系統(tǒng)圖，在此過程中，深入的了解到了萬能分度頭的分度原理，在這個過程中更加深入的了解到了萬能分度頭用于分度的優(yōu)缺點。 針對本次分度機構(gòu)的設(shè)計，我提出了如下方案： 用步進電機驅(qū)動萬能分度頭，實現(xiàn)自動分度。在此步進電機選用 YK86HB80— 04A，如萬能分度頭裝配圖所示，步進電機通過聯(lián)軸器與圖中 23（軸）連接，通過 步進電機的驅(qū)動帶動軸 23 旋轉(zhuǎn)，傳遞運動到達螺旋齒輪 42，通過螺旋齒輪42 與螺旋齒輪 41 的嚙合，使運動傳遞到分度傳動軸 20，通過傳動比為 1:1 的直齒圓柱齒輪組傳遞到 1:40 的蝸輪蝸桿，最后到達主軸部分。計算分度所轉(zhuǎn)圈數(shù)如下： 從萬能分度頭的傳動系統(tǒng)圖可以看出在萬能分度頭內(nèi)部，蝸桿是單線，蝸輪為 40 齒。分度中，當搖柄轉(zhuǎn)動，蝸桿和蝸輪就旋轉(zhuǎn)。當搖柄（蝸桿）轉(zhuǎn) 40 周，蝸輪（工件）轉(zhuǎn)動一周，即傳動比 40:1，“ 40”稱為分度頭的定數(shù)。各種常用的分度頭都采用這個定數(shù)，則搖柄轉(zhuǎn)數(shù)與工件等分數(shù)的關(guān)系式為 n=40/z 式中， n—— 分度搖柄轉(zhuǎn)數(shù)（ r）； Z—— 工件等分數(shù)。 由于工件有各種不同的等分數(shù)，因此，分度中搖柄轉(zhuǎn)過的周數(shù)不一定都是整重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 分度機構(gòu)的設(shè)計 25 周數(shù)。所以在分度中，要按照計算出的周數(shù)，先使搖柄轉(zhuǎn)過整周數(shù)，再在孔圈上轉(zhuǎn)過一定的孔數(shù)。 本次設(shè)計需要分 16 齒的齒輪，因此本齒輪的加工，為 16 齒齒輪。 利用公式得 n=40/z=40/16=1+12/24 所以，每銑一齒，分度搖柄在 24 孔圈的分度盤上轉(zhuǎn)過一圈后再轉(zhuǎn)過 12個孔。 而步進電機 YK86HB80— 04A 的步距角為 176。，步距精度為 5%， 徑向跳動 最大 (450g 負載 )， 軸向跳動 最大 (450g 負載 )。計算如下： 176。／ 40=176。 360176。／ 16=176。 176。／ 176。 =50 因此沒分一個齒，步進電機需要接收 50 個脈沖。 下面對本設(shè)計的優(yōu)缺點進行分析： 優(yōu)點：萬能分度頭用步進電機驅(qū)動可以實現(xiàn)自動化控制，因此適用于大批量生產(chǎn)；而且步進電機可以分的最小角度為 176。，因此可適用范圍廣，可以加工各種齒數(shù)的齒輪，通用性強。 缺點：蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)有傳動側(cè)隙存在，側(cè)隙用來防止由于誤差和熱變形而使齒輪卡住，并且給齒面間的潤滑油膜留有空間。但側(cè)隙同時又給機構(gòu)在反轉(zhuǎn)時帶來空程，使機構(gòu)不能準確定位，因此會對齒輪的單個齒距偏差和齒距累積總偏差造成影響。而且在傳動過程中由于步進電機本身存在軸向跳動和徑向跳動，也會對齒輪的精度造成影響。因此分齒精度不是很高。 方案二： 端齒盤分度裝置 端齒盤材料選用與熱處理： 端齒盤屬于精密零件，對變形要求很嚴。為了防止變形，設(shè)計時應(yīng)選用合適的材料，并根據(jù)不同的材料確定熱處理要求。 在此，采用滲碳鋼，進行整體淬火后低溫回火和冰冷處理，可加工性好，淬透性好，熱處理時變形小，在長期使用中變形小。而且因為齒面硬度很高（ HRC50以上），因此耐磨性好，能承受沖擊力，切削力和振動，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。 端齒盤主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 齒數(shù) z根據(jù)所要求的最小分度值 i確定。 Z=360176。／ i 上齒盤相對下齒盤轉(zhuǎn)過的齒數(shù) N為 N=ψ／ i 式中 ψ —— 分度角。 因為要分出 176。 =360176。／ 16 176。 =176。 3 所以在此選用最小分度 i=176。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 分度機構(gòu)的設(shè)計 26 所以 z=360176。／ 176。 =48 N=176。／ 176。 =3 齒盤齒圈外徑 d根據(jù)具體使用要求及工藝可能性，即端齒盤分度裝置結(jié)構(gòu)尺寸大小和齒數(shù)多少確定 m=d／ z m過大或過小都會給加工帶來困難。在一定范圍內(nèi)， z多， d贏取大一些。 d 大，齒牙工藝性好；反之， d取得過小，齒牙太小，工藝性差。 根據(jù)實際情況此處 m取 3 則 d=3 48=144mm。 齒盤的厚度δ —— 齒盤的厚度δ根據(jù)使用時承受作用力的大小決定。如果，厚度δ過薄，齒盤剛性差，使用時在負荷及各種力的作用下易產(chǎn)生變形，影響使用精度；δ過后，齒盤笨重，使用性能不好。在此取齒盤厚度δ為 25mm 齒寬 b b=（ d i） /2 式中 —— 齒圈內(nèi)徑 端齒盤作為連接器時，承受扭矩能力的大小，決定于齒寬 b和外徑 d，與齒數(shù) z無關(guān)。 b愈大，承受扭轉(zhuǎn)力矩能力越強；但齒形加工過程中，刀具磨損增大，也容易引起默寫裂紋。因此在強度滿足要求的前提下，齒寬 b盡可能小一些。通常為 5～ 25mm。 因為 d=144mm =108mm 所以 b=（ 144108） /2=18mm 齒距 p—— 相近兩同名齒面對應(yīng)點之間的弧長，設(shè)計時一般一齒圈外圓計算，但在齒圈節(jié)圓上度量。 p=π d/z=π m= 設(shè)計原理介紹如端齒盤分度裝置的結(jié)構(gòu)圖所示 利用精密刻度尺，顯微鏡細分的磨齒裝置的結(jié)構(gòu)如下圖所示，由正弦臺、端齒盤分度裝置、光學(xué)對線細分度裝置三個部分組成。被磨齒輪固定在上齒盤 7上面，凸輪 2通過起落軸 止推軸承 1 1 13，使上齒盤 7 產(chǎn)生起落運動。下齒盤 6通過鋼球 13繞著軸套 8可作細分度旋轉(zhuǎn)運動。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 分度機構(gòu)的設(shè)計 27 細分度裝置由精密刻度尺 15和讀數(shù)工具顯微鏡 14組成。精密刻度尺又由動尺和定尺構(gòu)成。定尺上只有兩條刻線，動尺刻線條數(shù)根據(jù)所需要的戲份等分數(shù)確定?？叹€間距相等，其值等于 安裝圓周上細分度值的弦長。讀數(shù)顯微鏡用來觀察刻度尺刻線，并使之對準。 精密刻度尺及讀數(shù)顯微鏡“ 0”位對準后將讀數(shù)顯微鏡及定尺固定在正弦體3上。動尺和支座 17 連在一起與下齒盤 6緊密配合，可以一同轉(zhuǎn)動。 正弦臺由正弦體 圓柱 18 組成。正弦體的剛性以及平面度要好。因為，上平面是下齒盤的安裝基準面；下工作面是圓柱的安裝基準面，應(yīng)與上平面平行。兩圓柱直徑差由被磨齒輪齒傾角β確定。只要嚴格控制兩圓柱中心距 l和直徑、即可得到精確的β角。 密封問題是保證磨齒裝置工作精度的主要問題之一。為了防止齒盤在起落旋轉(zhuǎn)過程 中進入切屑，沙粒，刻在油封及進氣孔處裝雙層銅絲過濾網(wǎng)。 端齒盤分度的優(yōu)點是精度高，但是因為相關(guān)資料查找比較困難，在設(shè)計中，只是提出了大概的零件位置布置的想法，只繪制了端齒盤分度裝置的結(jié)構(gòu)圖。沒有細化到零件圖。 因為端齒盤制造分度中需要保證精度高，而端齒盤相關(guān)資料基本上屬于公司保密信息，在此，沒有能對軸類零件，以及端齒盤的齒形，端面等進行設(shè)計。 精度方面，平行度，圓柱度，同心度等沒有辦法標出，因此制造存在困難。所以僅僅介紹了自己的零件安排布局。不足之處，還請見諒。 ： 步進電機 +分度盤分度裝置 —— 本次設(shè)計中的我提出的第三個方案。 步進電機選用 步距角為 176。，步距精度為 5%， 徑向跳動 最大 (450g重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 分度機構(gòu)的設(shè)計 28 負載 )， 軸向跳動 最大 (450g 負載 )的 YK86HB80— 04A 型步進電機。分度盤選用直徑為 300mm 的 16 孔分度盤。 16 個孔均勻分布在直徑為 260mm 的圓上。 分度原理：如步進電機 +分度盤分度裝置的裝配圖所示，步進電機通過支架固定在機床上，伸出軸通過一個 M8 14 的螺釘與分度盤部分連接起來，中孔 80的液壓缸通過開槽圓柱頭螺釘和支架固定在機床的主 軸箱上面，液壓缸的伸出軸接上一個插銷，通過插銷插入均勻分布的 16 孔來保證分度精度。 計算如下：通過步進電機的驅(qū)動器調(diào)節(jié)步進電機步距角為 176。，因為要實現(xiàn) 16齒齒輪的分度，所以： 360176。／ 16＝ 176。 22． 5176。／ 176。 =15 因此每磨完一個齒，步進電機需要接收 15個脈沖，已完成 176。的旋轉(zhuǎn)。 分度過程為，步進電機接收脈沖 —— 產(chǎn)生步距角 —— 旋轉(zhuǎn) 176。 —— 液壓缸進油管進油 —— 液壓缸伸出軸帶動插銷通過對準塊插入均勻分布的 16 孔中 ——砂輪開始磨齒 —— 一個齒形加工完畢。重復(fù)上一過程，知道 16個齒全部磨完。 步進電機 +分度盤分度機構(gòu)的優(yōu)缺點：首先，精度的保證，步進電機接收脈沖后會根據(jù)自己的設(shè)計旋轉(zhuǎn)一個角度，而這個角度就是每一次分齒所需要的角度176。，而且分度盤是一個均勻分布著 16 個孔的圓盤，所以每次步進電機分度重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 分度機構(gòu)的設(shè)計 29 后還要通過插銷插入分度盤來糾正分度誤差，從而保證了精度。而根據(jù)分度盤使用說明得到 分度盤上 16 個均勻分布的孔的孔距誤差大約為 ，而這 16 個孔分布在半徑為 130 的圓上，這里面有一個誤差縮放存在，誤差縮放可以這樣計算：半徑為 130mm 的誤差縮小到半徑為 m z／ 2=4 16／ 2=64／ 2=32mm 的圓上。因此 0,02mm 的誤差反映在齒輪上面就是 ／ 130=x／ 32 → x≈ ，因此運用這個方法可以實現(xiàn)很高的分度精度。 步進電機和液壓缸的應(yīng)用保證了加工齒輪能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，從而實現(xiàn)大批量生產(chǎn)；分度盤和插銷的組合應(yīng)用保證了分度的精度，并且 16 孔的分度盤專門為 16齒的齒輪分度制造，因此專用性強。綜上所述，步進電機 +分度盤的分度機構(gòu)基本上解決了本次設(shè)計中要求對 16齒齒輪的高精度、大批量生產(chǎn)。 方案的對比： 下面對三種方案的可靠性，經(jīng)濟性，實用性等方面進行對比： 可靠性方面：第一種方案，因為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動過程中，精度喪失情況比較嚴重，而且存在蝸輪蝸桿側(cè)隙，直接影響到齒輪的分度精度；第二種方案，根據(jù)所學(xué)知識可以知道，端齒盤分度機構(gòu)的精度特別高，在美國，日本端齒盤分度已經(jīng)成為一種主流；第三種方案，通過步進電機，分度盤插銷組合同時保證了分度精度，因此加工的齒輪精度比 較高。 經(jīng)濟性對比：第一種方案中，萬能分度頭屬于銑床通用分度機構(gòu)，在市場上廣泛應(yīng)用，價格比較便宜，步進電機也屬于一種通用裝備，因此經(jīng)濟型稍微好點；第二種方案中，由于端齒盤材料的選擇，熱處理的選擇，已經(jīng)端齒盤的加工方面很是復(fù)雜，因此經(jīng)濟性稍微差點；第三種方案中，步進電機屬于通用裝備，分度盤的造價低廉，因此經(jīng)濟性好。 實用性方面：第一種方案，萬能分度頭適用于各種齒數(shù)的齒輪的分度，因此應(yīng)用范圍廣，可以作為通用分度裝置；第二種方案，端齒盤分度機構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、工藝性好、而且能夠?qū)崿F(xiàn)各種齒數(shù)的齒輪分度， 因此，其實用性很強；第三種方案，步進電機 +分度盤機構(gòu)由于分度盤是保證分度的主要依據(jù)，分度盤是針對專一產(chǎn)品制造出來的，因此，其只能對相應(yīng)齒數(shù)的齒輪進行分度，通用性差。 最終方案的確定： 本次設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計 16齒齒輪的分度機構(gòu)?？紤]到分度機構(gòu)需要實現(xiàn)高精度，大批量生產(chǎn)。從可靠性，經(jīng)濟性以及實用性方面綜合考慮，第三種方案由于高度的可靠性以實現(xiàn)齒輪加工的高精度，而且良好的經(jīng)濟性保證了加工成本的低廉，專們針對 16 齒齒輪的齒輪分度，針對性強，屬于專用分度機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 分度機構(gòu)的設(shè)計 30 綜上所述，由于第三種方案的眾多 優(yōu)點以及與本次設(shè)計要求的符合程度，本次成型磨齒分度機構(gòu)的設(shè)計選用第三種方案：步進電機 +分度盤分度機構(gòu)。 最終方案的設(shè)計以及分析： 如下圖所示： 設(shè)計思路： 首先，在傳統(tǒng)意義上的分度有很多種方法，步進電機直接進行分度，已經(jīng)成為一種很流行的分度方法，因此步進電機被列入考慮范圍，據(jù)了解現(xiàn)代的自動控制機床中的分度機構(gòu)都是采用步進電機加一個光柵尺來進行分度，步進電機大概進行分度，通過光柵尺來保證分度，但是這種分度方法有一定的局限性，比如光柵尺等會受溫度變化的影響，因此需要一個恒溫的環(huán)境，一般的中小型企業(yè)都沒有那個經(jīng)濟能力，因此經(jīng)濟性不夠好，在此，自己又學(xué)習(xí)了分度盤的相關(guān)知識，初步覺得分度盤與步進電機搭配很容易解決步進電機分度不精確的問題，而且不受環(huán)境溫度等因素影響，實用 性強，經(jīng)濟性強。 設(shè)計選型： 分度盤：針對本次需要實現(xiàn)的 16齒齒輪分度，因此在這里選用 16孔均勻分布的分度盤，查找相關(guān)知識得到了分度盤的直徑大小為