【正文】 關(guān)鍵。數(shù)控機(jī)床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢 數(shù)控工作臺的研究數(shù)控機(jī)床包括床身、立柱、工作臺、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。從一開始為了滿足加工簡單的零件而設(shè)計的直線運(yùn)動的 xy 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(zhuǎn)工作臺等。數(shù)控工作臺作為機(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)。但我國大部分機(jī)床配件廠資金還比較緊張，這使技術(shù)創(chuàng)新改革帶動了很大影響，這也我國配件水平未能快速進(jìn)步重要一點(diǎn)。國產(chǎn)機(jī)床配件較國際技術(shù)來講，無論技術(shù)還質(zhì)量或性能上還與發(fā)達(dá)國家有一定差距。 數(shù)控工作臺分度頭的研究分度工作臺結(jié)構(gòu)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：定位銷式分度定位工作臺，端齒盤式分度定位工作臺，鋼球式定位工作臺。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(jī)床、加工中心機(jī)床、轉(zhuǎn)塔車床和鍵床等分度機(jī)構(gòu)和圓分度工作臺上端齒盤的嚙合相當(dāng)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(dá)到均勻的接觸, 分度精度非常高加工中心機(jī)床上采用端齒盤定位的分度工作臺的定位精度一般都在 左右, 最高可達(dá) ，5??? 而美國莫爾 1440 齒精密分度盤已達(dá) 。因此可以充分承受, 切削。端齒盤還具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，能進(jìn)行高精度的結(jié)合和分度。再次，直線齒向?qū)τ谶x擇磨削砂輪的外徑自由度大。鋼球分度定位機(jī)構(gòu)比齒盤定位機(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)工作臺最高分度定位精度已達(dá) 為了使工作臺達(dá)到高的分度定位精度, 1??須正確爵布置鋼球, 鋼球的精度應(yīng)控制在真球度為 微米以下, 各鋼球相互直徑差應(yīng)不大于 微米。裝置中上下槽內(nèi)配置的鋼球數(shù)目相等。鋼球定位的分度工作臺是目前分度情度較高（ ）的一種分度工作臺。 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。 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)對配件要求與依賴都越來越高。為了縮小與國外工業(yè)大國差距，我國各大機(jī)床廠應(yīng)全力配合，企業(yè)本身要加快技術(shù)改革步伐，積極自主創(chuàng)新，并且勇于與國外企業(yè)多多學(xué)習(xí)。本畢業(yè)設(shè)計是研究解決端齒盤作為分度定位機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床分度工作臺的工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。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。3. 分度定位裝置不斷提高分度工作臺分度時的定位精度。近年來，隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步、自動化程度的普遍提高，加工中心類機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床的生產(chǎn)和應(yīng)用日益廣泛，對高精度、高效率的分度裝置的需求越來越大。2 數(shù)控機(jī)床分度工作臺總體方案設(shè)計隨著人類生活的物質(zhì)要求的不斷提高和人類社會的不斷發(fā)展，越來越復(fù)雜的零件被設(shè)計運(yùn)用到各個領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床分度工作臺實現(xiàn)工件的一次裝夾的多工位加工，滿足工件的加工要求。在數(shù)控機(jī)床分度工作臺總體設(shè)計關(guān)鍵是要確定工作臺的參數(shù)。 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。 數(shù)控機(jī)床分度工作臺原理設(shè)計圖 21（a）端齒盤式液壓分度工作臺的結(jié)構(gòu)圖 21（b）端齒盤式液壓分度工作臺的結(jié)構(gòu)端齒盤式分度工作臺 圖 (a)、(b)所示是端齒盤式液壓分度工作臺的結(jié)構(gòu)原理圖。活塞 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。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(guān) D，發(fā)出松開到位信號。齒條 8 帶動齒輪 11 做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，實現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)。圖中的分度工作臺為：油缸的行程 100mm，齒輪回轉(zhuǎn)的角度為 90176?；剞D(zhuǎn)到位后，擋塊 17 壓上推桿 16，微動開關(guān) E 發(fā)出到位信號，回轉(zhuǎn)動作結(jié)束。分度工作臺落下、夾緊 控制系統(tǒng)在接到回轉(zhuǎn)到位信號后，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） 。工作臺夾緊后，壓下推桿 2，使推桿 1 左移，壓上微動開關(guān) C 動作，發(fā)出夾緊完成信號。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(guān) C 動作，發(fā)出分度結(jié)束信號。分度回轉(zhuǎn)的動作。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 90176。為了保證鎖緊迅速、準(zhǔn)確，換向閥采用了 H 型中位機(jī)能。 液壓泵的選擇根據(jù)數(shù)控機(jī)床分度工作臺的基本參數(shù)和 CAD 輔助設(shè)計對零部件的設(shè)計，可以知道：實現(xiàn)工作臺的分度的液壓系統(tǒng)的壓力遠(yuǎn)比實現(xiàn)工作臺上下運(yùn)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(yùn)動的即可。根據(jù)如圖 所示設(shè)計的活塞尺寸，活塞的作用面為半徑為 和半徑為 47mm 圍成的環(huán)面。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。為了使工作臺耐用，在工作臺的中心處設(shè)計一個中心孔，用于襯套的安裝。 工作臺 T 形槽設(shè)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。根據(jù)工作臺的結(jié)構(gòu)要求和《機(jī)械設(shè)計手冊》T 形槽及螺栓頭部尺寸（摘自 GB/T 1581996） ，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 31 工作臺 T 形槽 工作臺中心孔設(shè)計工作臺的中心孔設(shè)計，是根據(jù)在中心孔上有一個襯套，襯套的作用是：當(dāng)襯套磨損了，可以方便更換。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。所以根據(jù)工作臺的結(jié)構(gòu)要求和襯套的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可得，工作臺中心孔的孔徑為 39mm。彈性齒的材料為 45 號鋼，調(diào)質(zhì) HRC25～28 ,正火穩(wěn)定性處理。但必須滿足兩個條件,一是材料符合虎克定律；二是每對齒在齒盤加壓時能均勻嚙合。圖 33 端齒盤齒輪彈性多齒分度臺，其分度精度高，累積角度誤差僅為 ～ ；??2.?好,可達(dá) ；自動定心精度高,中心偏移量可在 左右；使用壽命長,使30.?? m.用過程也是對研過程,可逐步減少殘余分度誤差。360本設(shè)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。）??在此設(shè)計中最小分度角為 90176。6?Z（2） 端齒盤的直徑可以根據(jù)分度臺臺面所要求的尺寸確定，分度工作臺的的直徑為 320mm，所以選擇 。??0~5??60?（4） 端齒盤的齒長 ，選擇 。md4（6） 端齒盤的齒高 在此設(shè)計中，運(yùn)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， ， ， ???bh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。62041???tghL（9） 有效高度 ()?tbs?（ 為上下齒盤齒頂間距離） ，sh。綜上所述，可以繪出端齒盤如圖 ：圖 34 端齒盤根據(jù)設(shè)計的數(shù)據(jù)，端齒盤的齒形圖如圖 所示：圖 35 端齒盤的齒形圖 中心軸設(shè)計 中心軸尺寸設(shè)計數(shù)控機(jī)床分度工作臺的中心轉(zhuǎn)軸其結(jié)構(gòu)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(shè)計的。中心軸最重要的部分是其右端面的直徑大小，在工作臺結(jié)構(gòu)允許的條件下，盡可能的使中心軸的支承面大。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)定位精度也將會提高。圖 36 中心軸 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，推力球軸承由座圈、軸圈和鋼球保持架組件三部分構(gòu)成。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。雙向推力球軸承，可承受雙向軸向負(fù)荷。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，例如起重機(jī)吊鉤、立時水泵、立時離心機(jī)、千斤頂、低速減速器等。根據(jù)中心軸的軸徑為：上端的軸頸 30mm，查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表 68 推力球軸承（GB/T 3011995 摘錄）可知，選用軸承代號為：51206下端的軸頸 25mm，查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表 68 推力球軸承（GB/T 3011995 摘錄）可知，選用軸承代號為：51205圖 37 中心軸軸承 活塞設(shè)計數(shù)控機(jī)床分度工作臺的活塞的設(shè)計，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)計中，當(dāng)兩個接觸面的距離較長時，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?；钊叽缛鐖D 所示：圖 38 活塞活塞的是根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力確定的，活塞作為液壓油驅(qū)動的部件，在其運(yùn)動過程中難免會發(fā)生泄露現(xiàn)象，所以也需要密封圈，根據(jù)密封圈可以設(shè)計出活塞上的密封槽。密 封 可 分 為 靜 密 封 和 動 密 封 兩 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 。 動 密 封 可 以 分 為 旋 轉(zhuǎn) 密 封 和 往 復(fù) 密 封 兩 種 基 本 類 型 。動 密 封 中 的 離 心 密 封 和 螺 旋 密 封 ， 是 借 助 機(jī) 器 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時 給 介 質(zhì) 以 動 力 得 到 密 封 。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表 713 查得適用于活塞的密封圈如圖 (a)、(b)：圖 39（a）圖 39(b) 活塞密封圈 傳動系統(tǒng)設(shè)計 傳動系統(tǒng)總體方案設(shè)計根據(jù)數(shù)控機(jī)床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(jìn)入活塞下部將工作臺頂起，同時齒圈和下齒輪嚙合，準(zhǔn)備分度。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)動將會帶動工作臺的旋轉(zhuǎn)。即為圖 所示：圖 310 傳動系統(tǒng)總體方案經(jīng)過動作的分析，在此設(shè)計中，齒輪齒條的作用只是分度時進(jìn)行嚙合，而且分度時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)計計算主要是根據(jù)傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案和工作臺的具體尺寸確定的。齒輪的分度圓半徑為 64mm。 齒輪齒條轉(zhuǎn)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 ?????所以齒條在分度時受液壓缸的推力為： ??（） 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。分度時，齒輪需要轉(zhuǎn)動四分之一圓周，所以 ??????（）齒輪轉(zhuǎn)動的圓周長度也即是齒條分度時需要運(yùn)動的長度，即為齒條油缸的長度。4．按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計（1）試選 Kt~2＝t 取 ＝＝tK(2)區(qū)域系數(shù) ZH由[1]圖 1030 ＝HZ＝HZ(3)計算齒條傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1根據(jù)上述可知 ??Nmm??(4)齒寬 由結(jié)構(gòu)可知 B5B5(5)材料的彈性影響系數(shù) ZE由[1]表 106 ?EZ2?EZ(6) 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 limH?由[1]圖 1021c由[1]圖 1021ｄ380?1limH?3802liPa1limH?380 ?2li380（7）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N由[1]式 1013 7104.)5382(96????hLjnN712104..?齒i 7104.?N71.?（8）接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)KHN由[1]圖 1019 KHN1 =KHN2 =KHN1 =KHN2 =（9）計算接觸疲勞強(qiáng)取失效概率為１％，安全系數(shù)為 S=1，由 380.][1lim???SHN?][?H?度許用應(yīng)力[σ H