数控分度工作台设计概述

1、72/81摘要本论文对数控分度工作台进行了设计，通过研究分度工作台的差不多原理，结合数控、液压驱动、齿轮传动等知识，设计出一种运用于加工中心的液压式数控分度工作台。为了提高工作台的分度精度，本设计采纳了多弹性齿减小累积误差的原理，设计出半弹性齿的工作台分度装置。这种弹性齿制造成本低、经济效益好、分度精度高，今后将会在数控机床上得到广泛的应用。关键词 分度工作台；数控；液压；齿轮；弹性齿AbstractThis paper design on the work bench of CNC indexing，it will design a kind of application to the hy

2、draulic 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 o

3、f 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

4、 Hydraulic Gear Elastic gea目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc6297 摘要 PAGEREF _Toc6297 I HYPERLINK l _Toc4749 Abstract PAGEREF _Toc4749 II HYPERLINK l _Toc4090 目录 PAGEREF _Toc4090 III HYPERLINK l _Toc18823 绪论 PAGEREF _Toc18823 1 HYPERLINK l _Toc27730 1.1前言 PAGEREF _Toc27730 1 HYPERLINK l _Toc9930 1.2数控

5、分度工作台的进展现状和趋势 PAGEREF _Toc9930 2 HYPERLINK l _Toc6985 1.2.1我国数控分度工作台的进展现状 PAGEREF _Toc6985 2 HYPERLINK l _Toc27848 1.2.2数控分度工作台的进展趋势 PAGEREF _Toc27848 3 HYPERLINK l _Toc23369 1.3数控工作台的研究 PAGEREF _Toc23369 3 HYPERLINK l _Toc22268 1.4本课题研究的内容 PAGEREF _Toc22268 5 HYPERLINK l _Toc32179 2 数控分度工作台总体方案设计 P

6、AGEREF _Toc32179 6 HYPERLINK l _Toc11722 2.1数控分度工作台原理设计 PAGEREF _Toc11722 7 HYPERLINK l _Toc7099 2.2数控分度工作台的要紧技术参数 PAGEREF _Toc7099 9 HYPERLINK l _Toc22135 2.3数控分度工作台的液压系统设计 PAGEREF _Toc22135 10 HYPERLINK l _Toc23306 2.3.1液压系统的方案设计 PAGEREF _Toc23306 10 HYPERLINK l _Toc10157 2.3.2液压泵的选择 PAGEREF _Toc1

7、0157 11 HYPERLINK l _Toc2205 2.4 数控分度工作台的数控系统设计 PAGEREF _Toc2205 12 HYPERLINK l _Toc20337 3 数控分度工作台部件设计 PAGEREF _Toc20337 13 HYPERLINK l _Toc17276 3.1 工作台的设计 PAGEREF _Toc17276 13 HYPERLINK l _Toc15730 3.1.1工作台整体尺寸设计 PAGEREF _Toc15730 13 HYPERLINK l _Toc32315 3.1.2工作台T形槽设计 PAGEREF _Toc32315 13 HYPERL

8、INK l _Toc23828 3.1.3工作台中心孔设计 PAGEREF _Toc23828 14 HYPERLINK l _Toc5470 3.1.4工作台螺孔分布设计 PAGEREF _Toc5470 14 HYPERLINK l _Toc1200 3.2端齿盘设计 PAGEREF _Toc1200 15 HYPERLINK l _Toc27167 3.3中心轴设计 PAGEREF _Toc27167 18 HYPERLINK l _Toc27602 3.3.1中心轴尺寸设计 PAGEREF _Toc27602 18 HYPERLINK l _Toc11304 3.3.2中心轴轴承选择

9、PAGEREF _Toc11304 19 HYPERLINK l _Toc18568 3.4活塞设计 PAGEREF _Toc18568 20 HYPERLINK l _Toc4660 3.5传动系统设计 PAGEREF _Toc4660 22 HYPERLINK l _Toc29689 3.5.1传动系统总体方案设计 PAGEREF _Toc29689 22 HYPERLINK l _Toc192 3.5.2齿轮齿条设计计算 PAGEREF _Toc192 24 HYPERLINK l _Toc14554 3.5.4齿圈设计 PAGEREF _Toc14554 32 HYPERLINK l

10、_Toc22315 3.6工作台底座设计 PAGEREF _Toc22315 34 HYPERLINK l _Toc17031 3.6.1材料选择 PAGEREF _Toc17031 34 HYPERLINK l _Toc7931 3.6.2壁厚选择 PAGEREF _Toc7931 34 HYPERLINK l _Toc6585 3.6.3铸造斜度 PAGEREF _Toc6585 35 HYPERLINK l _Toc30238 3.6.4加强筋 PAGEREF _Toc30238 36 HYPERLINK l _Toc17471 3.6.5定位设计 PAGEREF _Toc17471 3

11、6 HYPERLINK l _Toc5217 3.7活塞密封块设计 PAGEREF _Toc5217 38 HYPERLINK l _Toc1821 3.8推杆导向块设计 PAGEREF _Toc1821 39 HYPERLINK l _Toc3443 3.9工作台分度工作原理和结构 PAGEREF _Toc3443 39 HYPERLINK l _Toc1788 3.9.1工作台定位原理和结构 PAGEREF _Toc1788 40 HYPERLINK l _Toc15408 3.9.2工作台松开、夹紧原理和结构 PAGEREF _Toc15408 41 HYPERLINK l _Toc84

12、08 3.9.3工作台分度原理和结构 PAGEREF _Toc8408 42 HYPERLINK l _Toc26884 4 液压式数控分度工作台受力校核 PAGEREF _Toc26884 43 HYPERLINK l _Toc25926 4.1工作台螺栓受力校核 PAGEREF _Toc25926 43 HYPERLINK l _Toc3236 结论 PAGEREF _Toc3236 48 HYPERLINK l _Toc13004 致谢 PAGEREF _Toc13004 49 HYPERLINK l _Toc22908 参考文献 PAGEREF _Toc22908 50绪论1.1前言数

13、控技术及装备是进展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最差不多的装备。马克思曾经讲过“各种经济时代的区不，不在于生产什么，而在于如何样生产，用什么劳动资料生产。”制造技术和装备确实是人类生产活动的最差不多的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业钢钒采纳数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来进展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限

14、制政策。总之，大力进展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济进展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石，是保证高技术产业进展和国防军工现代化的战略装备。纵观振兴装备制造业的16个关键领域，每个领域的振兴都需要大批先进的数控机床来装备，如进展大型火力发电和核电机组、制造大型化工设备、开发大型海洋运输船舶、研制大型薄板冷热连轧成套设备、进展高速列车、新型地铁和轨道交通车辆等，都需要大批高速、周密、高效和专用数控机床来加工制造。同时，数控机床作为国防军工的战略装备，是各种武器装备最重要的制造手段，是国防军工装备现代化的

15、重要保证。国际上一些发达国家意志把高性能数控机床作为战略物资而严加操纵，限制我国进口高性能数控机床。目前，由于我国数控机床产业进展相对滞后，差不多制约了整个装备制造业的进展，直接阻碍到国防军工的产业安全。国内外装备制造业的进展经验表明，进展装备制造业，数控机床是基础，因此，全面落实科学进展观，加快进展我国数控机床产业，具有基础性、前瞻性、全局性的战略意义。1.2数控分度工作台的进展现状和趋势1.2.1我国数控分度工作台的进展现状我国对数控机床及数控技术的研究和开发始于1958年，一直到20世纪60年代中期还处在研制、开发时期。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。20世纪60年代末至70年代

16、研制成功立式数控铣床、CJK-18数控系统和数控非圆齿轮插齿机。从20世纪70年代开始，我国的数控技术在车、铣、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。但由于稳定性未得到解决，因此没有得到广泛推广。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉，在模具数控加工中得到了广泛应用和推广。20世纪80年代，我国从日本FANUC公司引进了部分数控系统和直流伺服电动机、直流主轴电机技术，以及从美国、欧洲等发达国家引进一些新的技术，并进行了国产商品化生产，这些数控系统可靠性高、性能稳定、功能齐全，推动了我国数控机床稳定进展，使我国的数控机床在性能和质量上产生了

17、一个质的飞跃。数控机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等部件。工作台作为数控机床的重要组成部分，也是阻碍加工精度的重要环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的x-y工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的进展，也为了环境的要求，工作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液压驱动，现在更多的采纳了气动装置，更好的爱护了环境，节约了资源。数控工作台作为机床配件的一种，其现状与机床的配件业和机床的进展紧密相关。机床配件进展来进行带动，这就不得不提到我国机床业进展前景，我国机床业要想进行更稳定且快速进展，必须进行全面数控化改革及创新工作，如此才能使

18、一系列机床配件业不断一起跟进前进。但我国大部分机床配件厂资金还比较紧张，这使技术创新改革带动了专门大阻碍，这也是我国配件水平未能快速进步重要一点。成为阻碍到机床业进展一个障碍。国产机床配件教国际技术来讲，不管技术还质量或性能上还与发达国家有一定差距。由于我国经济稳定增长，我国机床配件业也会呈现稳定进展趋势，市场份额也将不断提高，这种带动作用使我国机床业不断进展，但我国机床配件业也存着一定不足，因此也有专门好进展空间。1.2.2数控分度工作台的进展趋势从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强

19、度、改善劳动条件，有利于生产治理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不同意报废的关键零件、要求周密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设进展的重要设备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃进展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的进展商还解决机床制造业持续进展的一个关键。随着制造业对数控的大量需求以及计算机技术和现代化设计技术的飞速进步，数控分度工

20、作台高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等进展趋势。1.3数控工作台的研究分度工作台结构形式种类专门多，从台面的定位形式角度动身，可将其分为三大类：定位销式分度工作台，端齿盘式分度定位工作台，钢球式定位工作台。关于定位销式分度机构，此机构由于结构简单，采纳一些措施后能获得较高的定位精度，因此国内外的加工中心分度工作台多采纳。端齿盘齿轮具有高的分度精度，能传递大扭矩，因此广泛用于数控机床、加工中心机床、转塔车床和键床等分度机构和圆分度工作台上端齿盘的啮合相当于一对带梯形齿的端齿离合器啮合时由于整个齿面都能达到均匀的接触，分度精度特不高加工中心机床上采纳端齿盘定位的分度

21、工作台的定位精度一般都在5丝左右，最高可达1.5丝，而美国莫尔1440齿周密分度盘已达0.1丝。这是销定位等机构难于实现的端齿盘在进行高精度范围分度时，可靠性专门高，啮合刚性专门大。因此能够充分承受，切削。如直径为200mm和300mm的端齿盘工作台大容许切削力可达15000N。端齿盘还具有以下优点：首先，能进行高精度的结合分度。其次，能正确的进行自动对中，啮合时不需再找正中心。再次，直线齿向关于选择磨削砂轮的外径自由度大。最后，具有互换性，耐磨性好，经济效率高。钢球分度定位机构比齿盘定位机构达到更高的定位精度日本社生产的一套钢球定位分度回转工作台最高分度定位精度已达1丝，为了使工作台达到高的

22、分度定位精度，须正确布置钢球，钢球的精度应操纵在真球度为0.3微米以下，各钢球相互直径差应不大于0.3微米。分度定位是由装置上下槽中各部钢球凹凸部分的分不啮合来实现。装置中上下槽内配置的钢球数目相等。啮合时，由于多数高精度钢球同时啮合，专门多误差都相互抵消了，因此这种装置的分度精度和中心定位精度都特不高。钢球定位的分度工作台式目前分度精度较高（1丝）的一种分度工作台。但在目前的加工中心机床上还未得到广泛采纳。当前数控机床进展迅猛，向高速、高效、高精、柔性化、环保方面进展，与之相应的机床附件也应随之进展。数控分度头以后的进展趋势是：在规格上向两头延伸，即开发小规格也开发大规格的分度头，同时注意相

23、关技术的开发；在性能方面将进一步提高刹紧力矩、提高主轴转速及可靠性方面进展；要求采纳新材料；产品要价格低、操作方便。1.4本课题研究的内容随着数控技术不断进展与提高，使机床主机对配件要求与依靠都越来越高。机床配件技术进展间接决定了机床主机进展水平，专业化进展方向成为我国机床配件业总体进展趋势。为了缩小与国外工业大国差距，我国各大机床厂应全力配合，企业本身要加快技术步伐，积极自主创新，同时勇于与国外企业多多学习。企业应该努力学习国际先进机床技术，全面开展创新工作，企业高层也应该鼓舞同时大力支持机床配件创新，从而使我国机床配件业越做越强。本毕业设计是研究解决端齿盘作为分度定位机构的液压式数控分度工

24、作台的工作原理和机械结构的设计和计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。目前端齿盘为分度定位机构的液压式数控分度工作台广泛运用于数控机床和加工中心上。它的总的进展趋势是：1.在规格上向两头延伸，即开发小型和大型分度工作台。2.在性能上研制以钢为主的齿轮、齿盘，大幅度提高分度工作台的承载能力。3.分度定位装置不断提高分度工作台分度时的定位精度。在各种数控机床和其他机械的制造中，数控端齿盘分度工作台等分度装置的应用十分广泛。近年来，随着数控技术的进步、自动化程度的普遍提高，加工中心类机床、数控车床、数控铣床的生产和应用日益广泛，对高精度、高效率的分度装置的需求也越来越大。随着我国制造业的进

25、展，为了适应不同产品的加工要求，扩大加工范围，分度工作台也将在一定范围内得到运用。2 数控分度工作台总体方案设计随着人类生活的物质要求的不断提高和人类社会的不断进展，越来越复杂的零件被设计运用到各个领域。因此对加工她们的机床提出了更高的要求。液压式数控分度工作台实现工件的一次装夹的多工位加工，满足工件的加工要求。液压式数控分度工作台作为加工中心的重要部件，其功能与加工中心的功能有紧密关系。在数控分度工作台总体设计关键是要确定工作台的参数。加工中心最要紧的参数为工作台尺寸等，依照确定的零件的典型零件进行选择。工作台尺寸这是加工中心的主参数，要紧取决于典型零件的外廓尺寸、装夹方式等。应选比典型零件

26、稍大一些的工作台，以便留出安装夹具所需的空间，还应考虑工作台的承载能力，承载能力不足时应考虑加大工作台尺寸，以提高承载能力。2.1数控分度工作台原理设计图2.1（a）端齿盘式分度工作台的结构原理图图2.1（b）端齿盘式分度工作台的结构原理图 端齿盘分度工作台 图2.1（a）、（b）所示是端齿盘式液压分度工作台的结构原理图。它要紧由工作台、底座、夹紧油缸、分度油缸及端齿盘等部件组成，其工作过程如下： 1、分度工作台抬起、松开 机床需要分度时，依照数控装置发出分度指令，由电磁铁操纵液压阀（图中未标出），使压力油进液压管道23进入分度工作台7中央的夹紧油缸的油腔10，并推动活塞6上移动（油缸上腔9的

27、油经管道22排出回油）。活塞6通过推力轴承5（轴承13与之配套使用），使工作台7抬起，上端齿盘4和下端齿盘3脱离啮合。在工作台7向上移动时带动内齿圈12与齿轮11下部啮合，完成分度前的预备工作。同时，工总台7向上抬起时，推杆2在弹簧的作用下向上移动，使推杆1能在弹簧的作用下右移松开微动开关D，发出松开到位信号。 2、分度工作台回转、分度 操纵系统在接到松开到位信号后，操纵电磁铁（液压阀）动作，使压力油经管道21进入分度油缸左腔19，并推动齿条8右移（分度油腔右腔18的油经管道20排出回油）。齿条8带动齿轮11做回转运动，实现工作台的回转。改变油腔的行程，即能够改变齿轮11的回转角度。图中的分度

28、工作台为：油缸的行程100mm，齿轮回转的角度为90。当齿轮在回转的过程中，挡块14放开推杆15；90回转到位后，挡块17压上推杆16，微动开关E发出到位信号，回转动作结束。分度工作台的回转速度能够通过液压系统进行调节。 3、分度工作台落下、夹紧 操纵系统在接到回转到位信号后，由电磁铁操纵液压阀（图中未标出）,使压力油经管道22进入分度工作台的夹紧油缸的油腔9，并推动活塞6下移（油缸下腔10的油经管道23排出回油）。活塞6通过推力轴承5（轴承13与之配套使用），使工作台7落下，上端齿盘4和下端齿盘3啮合，夹紧、定位。工作台夹紧后，压下推杆2，使推杆1左移，压上微动开关C动作，发出夹紧完成信号。

29、 4、分度油缸返回 操纵系统在接到夹紧完成信号后，操纵电磁铁（液压阀）动作使压力油经管道20进入分度油缸右腔18，并推动8左移（分度油缸左腔19的油经管道21排出回油），齿条8返回。这时，因为齿轮11的内齿圈差不多脱开，分度工作台不动，同时挡块14压上推杆15，微动开关C动作，发出分度结束信号。2.2数控分度工作台的要紧技术参数在通过查阅相关资料和进行初步的CAD辅助设计后，液压式数控分度工作台依照使用的场合，所需的大小和形状有专门多种类，本人设计的是加工中心上的一个分度工作台，依照需要本人的工作台相关参数如下：表2-1 液压式数控分度工作台相关参数中心高220（mm）中心套孔直径30（mm）

30、工作台面直径320(mm)主轴连接尺寸136（mm）T型槽宽度10(mm)分度角度90使用压力2.5MPa使用流体液压油分度方向顺/逆时针最大载重量200kg分度精度0.2重复精度0.2（mm）2.3数控分度工作台的液压系统设计2.3.1液压系统的方案设计通过液压式数控分度工作台的差不多原理和动作过程，能够了解到工作台需要有两个液压系统：一个是提供压力使工作台实现抬起和下降的动作，而另外一个液压系统是实现工作台90分度回转的动作。这两个动作过程都需要液压系统具有使工作台平稳动作的功能，不要在工作台抬起、下降、分度的时候产生抖动，阻碍加工精度。图2.2 H型中位机能液压缸如图2.2所示，在液压缸

31、的两侧油路上都串接一液控单向阀（液压阀），活塞能够在行程的任何位置上锁紧，可不能因外界的缘故而抖动，而其锁紧精度只受液压缸的泄漏和油液压缩性的阻碍。为了保证锁紧迅速、准确，换向阀采纳了H型中位机能。这种液压系统能专门好的满足液压式数控分度工作台的要求。2.3.2液压泵的选择依照液压式数控分度工作台的差不多参数和CAD辅助设计对零部件的设计，能够明白：实现工作台的分度的液压系统的压力远比实现工作台上下运动的压力要小，两个液压系统选择相同的液压泵，因此选择液压泵的时候只要满足上下运动的即可。依照工作台的最大载重量为200kg，不仅需要一定的过载能力，而且工作台本身也有自重，因此在选择时液压系统的最

32、大载重为400kg。依照如图2.3所示设计的活塞尺寸，活塞的作用面为半径为32.5mm和半径为47mm围成的环面。计算过程如下：图2.3活塞 式(2.1) 式(2.2) 式(2.3)表2-2 液压泵参数型号流量1/min压力MPa转速rpm容积效率%重量kg驱动功率kwCB-B442.51450852.80.212.4 数控分度工作台的数控系统设计依照液压式数控分度工作台的动作过程，设置了四个数控指示灯，其数控指令的动作顺序如表2-3：表2-3 液压式数控分度工作台数控系统动作顺序指令动作完成信号抬起工作台抬起，开关D松开发出抬起到位信号分度挡块17压到推杆16，E开关闭合发出分度到位信号下降

33、工作台下降，开关D闭合发出下降、夹紧信号返回挡块14压到推杆15，开关C闭合发出分度结束信号3 数控分度工作台部件设计3.1 工作台的设计3.1.1工作台整体尺寸设计液压式数控分度工作台作为需要回转的部件，在其上还会有专业的夹具。为了满足其分度的功能，因此工作台做成圆形件，且依照工作台的加工零件的范围：最大载重量为200kg，因此工作台台面为320mm，工作台的高度为75mm。工作台表面需要T型槽，用于工作台上的夹具的定位夹紧。为了使工作台耐用，在工作台的中心处设计一个中心孔，用于衬套 的安装。为了使下端面需要与中心转轴和端齿盘安装定位，因此要设计一个槽，槽宽和槽深差不多上依照端齿盘的尺寸来设

34、计确定的。3.1.2工作台T形槽设计工作台T形槽的作用是用T形螺栓固定工作台上的夹具。T形槽的布置需要依照工作台的尺寸确定，依照设计时的方案，T形槽的长度为117.5mm，12条均布在工作台的上表面。依照工作台的结构要求和机械设计手册T形槽及螺栓头部尺寸（摘自GB/T158-1996）,选择如下：T形槽|A|差不多尺寸/mm：10T形槽|B|尺寸/mm:16T形槽|C|尺寸/mm:7T形槽H|尺寸/mm:17螺栓选择 公称尺寸/mm: M8图3.1T型槽3.1.3工作台中心孔设计工作台的中心孔设计，是依照在中心孔上有一个衬套，衬套的作用是：当衬套磨损了，能够方便更换。假如不用衬套，磨损后，则需

35、要更换工作台。因其是标准件，加工方便，更换成本低，而且还能起到一定的导向的作用。衬套与工作台中心孔为小过盈配合。因此依照工作台的结构要求和衬套的标准规定可得，工作台中心孔的孔径为39mm。3.1.4工作台螺孔分布设计液压式数控分度工作台需要中心轴和端齿盘与工作台具有精度的相对位置。而工作台是由许多点、线、面组成的一个复杂的空间几何体。当考虑中心轴和端齿盘在工作台中占据一正确位置时，在实际安装，进行零部件定位时需要螺栓的夹紧和定位销的定位相结合，才能满足工作台的动作要求。因此本设计中采纳螺栓和定位销在工作台上圆周均布，一般采纳三个螺栓与两个定位销对工作台及其部件进行定位夹紧。图3.2螺栓和定位销

36、均布工作台3.2端齿盘设计多齿分度台按其齿根部的切槽深度可分为三种齿形，见图3.3所示，刚性齿的齿槽专门浅，半弹性齿的齿槽介于刚、弹性之间；弹性齿的齿槽深度为齿厚的46倍或更深。弹性齿的材料为45号钢，调制HRC2528，正火稳定性处理。本装置采纳弹性齿比刚性多齿盘可提高精度23倍，弹性多齿分度台是利用“平均效应”，使精度较低的齿牙盘组装成精度较高的多齿分度盘，即是利用多定位以提高精度。但必须满足两个条件，一是材料符合胡克定律；二是每对齿在齿盘加压时能均匀啮合。由于弹性多齿分度台的累积角度误差不大于0.2，实际上能够成为一个测量基准，弹性多齿分度台实为360个齿面棱体。图3.3多齿分度台三种齿

37、形弹性多齿分度台，其分度精度高，累积角度误差仅为0.10.2；重复精度好，可达0.3；自动定心精度高，中心偏移量可在0.001mm左右；使用寿命长，使用过程也是对研过程，可逐步减少残余分度误差。其分度精度不受正反转的限制，但只能做整度分度，最小分度值为360/Z，其中Z为齿盘的齿数。本设计中采纳的是直线齿端齿盘，直线齿的上、下齿盘的齿形完全一样，可用一般的铣刀加工，制造比较方便。端齿盘要紧参数计算：（1）由于端齿盘的齿数 Z=360/ 式(3.1)式中 -需要分度的最小分度角 （）在此设计中最小分度角为90， Z=360/=360/90=4因此在设计中端齿盘的齿数能够是4的倍数即可，选择Z=6

38、4齿。（2）端齿盘的直径能够依照分度台台面所需求的尺寸确定，分度工作台的直径为320mm，因此选择D=216mm。（3）端齿盘的齿形角 =5060，选择=60。（4）端齿盘的齿长 B=(1015)mm，选择B=10。（5）端齿盘内径 依照结构能够确定为d=140mm。（6）端齿盘的齿高 在此设计中，运用了多弹性齿的原理，使端齿盘的齿高比一般端齿盘的高一些，h=20.4mm，b=7.6mm，h/b=20.4mm/7.6mm2.68因此依照多弹性齿的介绍，差不多差不多达到了半弹性齿的要求。（7）大端齿距 式(3.2)（8）理论齿高 式（3.3）（b为大段齿顶宽度，经设计计算为），。（9）有效高度

39、式（3.4）（为上下齿盘齿顶间距离），。端齿盘的定位使用三个M6的螺钉均布在同一圆周上，同时使M6的定位销来定位，确保端齿盘的定位精度，满足工作要求。综上所述，能够绘出端齿盘如图3.4：图3.4端齿盘依照设计的数据，端齿盘的齿形图如图3.5所示：图3.5端齿盘齿形3.3中心轴设计3.3.1中心轴尺寸设计液压式数控分度工作台的中心转轴其结构尺寸差不多上是按照工作台的整体尺寸确定的，其左端面的螺孔与定位销孔差不多上依照工作台的下端表面的螺孔分布来设计的。其右端面的螺孔是依照与之配合的齿圈设计的，中心轴左端有3mm会嵌进齿圈的中心槽进行定位，再用三个均布的螺栓紧固。中心轴最重要的部分是其右端面的直径

40、大小，在工作台结构同意的条件下，尽可能的使中心轴的支承面大。因为液压式数控分度工作台在分度旋转的时候，需要液压油顶起活塞，活塞两端都有推力轴承，通过推力顶起中心轴支撑面，在次过程中工作台的重物不一定在中心，因此会产生一定的倾覆力。中心轴的支承面越大则产生的倾覆力越小，分度后的中心重复定位精度也将会提高。因此依照工作台和端齿盘的尺寸，同意中心轴支承面的最大尺寸为136mm。图3.6中心轴3.3.2中心轴轴承选择依照中心轴的动作原理，可知需要选择推力轴承：推力球轴承，推力球轴承由底座、轴圈和钢球保持架组件三部分构成。与轴配合的称轴圈，与外壳配合的称座圈。推力球轴承种类：同意力情况分单向推力球轴承和

41、双向推力球轴承。单向推力球轴承，可承受单向轴向负荷。双向推力球轴承，可承受双向轴向负荷。双向推力球轴承，其中圈与轴配合。座圈的安装面呈球面的轴承，具有调心性能，能够减少安装误差的阻碍。推力球轴承不能承受径向负荷，极限转速较低。推力球轴承的用途：只适用于承受一面轴向负荷、转速较低的机件上，例如 吊钩、立式水泵、立式离心机、千斤顶、低速减速器等。轴承的轴圈、座圈和滚动体是分离的，能够分不装拆。依照中心轴的轴径为：上端的轴径30mm，查机械设计课程设计手册表6-8推力球轴承（GB/T301-1995摘录）可知，选用轴承代号为：51206下端的轴径25mm，查机械设计课程设计手册表6-8推力球轴承（G

42、B/T301-1995摘录）可知，选用轴承代号为：51205图3.7推力球轴承3.4活塞设计液压式数控分度工作台的活塞的设计，依照轴心转轴的结构尺寸能够确定活塞中心孔的大小为30mm，在设计中，当两个接触面的距离较长时，能够适当减少接触面的距离，降低加工难度，也提高了精度。如图活塞的左端面是一个专门的推力轴承的支承槽，推力轴承的外径为52mm，依照要求在此选择了支承槽的直径为56mm。活塞尺寸如图3.8所示：图3.8活塞活塞是依照液压系统的工作压力确定的，活塞作为液压油驱动的部件，在其运动过程中难免会发生泄漏现象，因此也需要密封圈，依照密封圈能够设计出活塞上的密封槽。依照结构要求，活塞需要液压

43、油进行驱动，依照活塞工作的原理，因此齿条需要密封。密封可分为静密封和动密封两大类。静密封要紧有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。依照工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材质较硬接触宽度专门窄的金属垫片。动密封能够分为旋转密封和往复密封两种差不多类型。按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封；按密封件和接触位置又可分为圆周密封和断面密封，断面密封又称为机械密封。动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机器运转时给介质以动力得到密封。通过以上的介绍，可知活塞需要往复的运动，因此需要动密封元件，本设

44、计选择O型橡胶密封圈，它适用于装在各种机械设备上，在工作压力070MPa、温度为-40+120的不同液体和气体介质中，在固定或运动的情况下起密封作用。依照机械设计课程设计手册表7-13查得适用于活塞的密封圈如图3.9（a）、（b）：图3.9（a）活塞的密封圈图3.9（b）活塞的密封圈3.5传动系统设计3.5.1传动系统总体方案设计依照液压式数控分度工作台的工作原理，在工作台需要分度的时候，液压油进入活塞下部将工作台顶起，同时齿圈和下齿轮啮合，预备分度。上升到位后，液压系统将使液压油进入齿条油腔，推动齿条，齿条与上齿轮啮合，并带动上齿轮运动，上齿轮与下齿轮是做成一体的，因此上齿轮带动下齿轮旋转。

45、下齿轮与齿圈啮合在一起，同时齿圈与转轴是固定的，因此齿条的水平运动将会带动工作台的旋转。综上所述，此传动系统的最要紧的作用确实是通过齿轮齿条和齿轮齿圈的啮合使齿条的水平运动转变为工作台的分度运动。即为图3.10所示：图3.10传动系统通过动作的分析，在此设计中，齿轮齿条的作用只是分度时进行啮合，而且分度时传递的力只是克服中心转轴与活塞内孔壁摩擦力，此摩擦力比较小，因此齿轮齿条的设计计算要紧是依照传动系统的设计方案和工作台的具体尺寸确定的。因此，齿条半径为18mm。齿轮的分度圆半径为64mm。液压泵的工作压力使2.5MPa。齿轮齿条转矩依照工作台零部件之间的合理分布，能够确定齿条半径为18mm，

46、齿条油腔的面积为： 式(3.5)因此齿条在分度时受液压缸的推力为： 式（3.6） 齿轮齿条啮合是，所受的转矩是克服中心转轴与活塞内孔壁摩擦力，此摩擦力比较小。假设为： 2、齿轮齿条的转速由齿轮齿条的分度圆啮合条件可知，工作台实现90分度时，齿轮需要转动四分之一圆周，因此 式（3.7）齿轮转动的圆周长度也即是齿条分度时需要运动的长度，即为齿条油缸的长度。因此齿条油缸的体积为： 式(3.8)选择的液压泵的流量为：因此分度工作台分度需要的时刻为： 式(3.9)综上所述，齿条在分度啮合的时候的速度为： 式(3.10)齿轮在分度时候的转速为： 式(3.11)3.5.2齿轮齿条设计计算项目计算（或选择）依

47、据计算过程单位计算（或确定）结果1.选齿轮精度等级查1表10-8选用7级精度级72.材料选择查1表10-1齿条选用45号钢（正火处理）硬度为200HBS大齿轮选用45号钢（正火处理）硬度为200HBS齿轮200HBS齿条200HBS项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果3.选择齿数Z取个选择：齿轮齿数为：24齿条齿数为：20传动比为：1按齿面接触强度设计（1）试选=1.21.4取=1.3=1.3（2）区域系数由1图10-30=2.433=2.433（3）计算齿条传递的转矩依照上述可知（4）齿宽由结构可知B=15mmB=15mm（5）材料的弹性阻碍系数由1表10-6（6）齿轮接触疲

48、劳强度极限由1图10-21c由2图10-21d（7）应力循环次数N由1式10-13(8)接触疲劳强度寿命由1图10-19（9）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1%，安全系数为S=1，由1式10-12得（10）试算小齿轮分度圆直径按1式（10-21）试算（11）计算圆周速度v（12）模数度（13）计算载荷系数K由1表10-2查得使用系数依照，7级精度，由1图10-8查得动载荷系数由1表10-4查得K=2.2791（14）按实际的载荷系数校正分度圆直径由1式10-10a按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数KK=2.167(2)齿形系数由1表10-5（3）应力校正系数由1图10-5（4）齿轮的弯

49、曲疲劳强度极限由1图10-20b由1图10-20c（5）弯曲疲劳强度寿命系数由1图10-18利用插值法可得(6)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.3，由式10-12得(7)计算大小齿轮的并加以比较结论：齿条和齿轮的系数一样，因此任选其一都可，此设计选齿轮。=0.0193（8）齿根弯曲强度设计计算由1式10-17结论：对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=2mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径=64mm来计算应有的齿数。因此由取，则取几何尺寸计算（1）计算中心距a依照结构需求齿轮齿条中心

50、距无穷大mma无穷大（2）计算齿轮的分度圆直径d是齿条为无穷大mm是齿条为无穷大（3）计算齿轮的齿根圆直径d为齿条齿根圆。因此无穷大mm无穷大（4）计算齿轮宽度B依照结构需求圆整后取：mm（5）验算因此合适注：上表依据均来自机械设计第十章齿轮传动因此，由工作台的结构尺寸能够确定齿轮的结构尺寸。齿轮的分度齿分布在130范围内，且齿数为23齿。齿轮具体结构如图3.11所示：图3.11齿轮依照结构要求，分度齿条需要液压油进行驱动，因此在液压系统中相当于活塞的作用，依照活塞工作的原理，因此齿条需要密封。通过以上的介绍，可知齿条需要往复的运动，因此需要动密封元件，本设计选择O型橡胶密封圈，它适用于装在各

51、种机械设备上，在工作压力070MPa、温度为-40+120的不同液体和气体介质中，在固定或运动的情况下起密封作用。依照液压设计传动手册表9-4查得适用于此齿条的密封圈如图3.12：图3.12齿条的密封圈如图所示：密封圈的公称外径 断面尺寸 内径 密封圈沟槽设计：依照上表截面尺寸能够得出密封圈沟槽尺寸。沟槽深度为沟槽宽度为在工作台分度时，需要转动90，齿轮的分度齿分布在130的范围内分布23齿，因此与齿轮啮合的齿条分布长度为140mm，齿数为22齿。因此齿条的尺寸如图3.13所示：图3.13齿条的尺寸3.5.4齿圈设计在分度工作台进行分度的时候，齿条带动上齿轮，下齿轮与齿圈啮合而带动工作台和中心

52、轴一起转动90。因此在此过程中下齿轮与齿圈的啮合只是做精确定位的作用并没有相对的转动。因此下齿轮和齿圈只是需要按结构尺寸确定即可:齿圈的分度圆直径等于下齿轮的分度圆直径: 112mm 由可知，齿圈分度圆的直径已知为112mm。依照工作台的工作原理，可知下齿轮和齿圈的齿数应为4的倍数才能满足工作的要求，查有用机械传动设计手册表1-3，能够推算，当时，依照： ， 式(3.12)依照选定的，能够得出：齿圈的齿顶圆直径： 式(3.13)，时， 式(3.14) 因此，齿圈齿根圆直径： 式(3.15)齿圈需要带动中心轴（工作台）旋转，因此需要定位在中心轴上，依照定位原理，中心轴和齿圈需要选定位，之后再用螺

53、栓紧固。在此设计中齿圈与中心轴的定位是在齿圈的中心开一个与中心轴一样的槽，使中心轴下端嵌进齿圈槽，再用三个螺栓在轴端均布紧固。其具体结构如图3.14：图3.14齿圈3.6工作台底座设计3.6.1材料选择工作台的底座是铸件通过加工后的一个零部件，工作台底座的壁厚与选择的材料有关，因此依照表3-2：表3-2 铸造碳钢机架常用材料牌号特点及应用举例ZG200-40及ZG230-450有一定的强度、良好的塑性与韧性，有较高的导热性、焊接性切削加工性。但排除钢水中的气体和杂志比较困难，因此容易氧化和热裂。常用于模锻锤钻座、外壳、机座、轧钢机机架、锻锤气缸体和箱体等。ZG270-500它是大型铸钢件生产中

54、最常用的碳素铸钢、具有良好的铸造性和焊接性，但易产生较大的铸造应力引起热裂，广泛应用于轧钢、锻压、矿山等设备，如轧钢机机架、辊道架、连轧机轨座、坯轧机立辊机架、万能板坯轧机机体，水压机横梁和中间底座，水压机基础平台、曲柄压力机机身、锻锤。ZG310-570用于重要机架。选择ZG200-400作为工作台底座的材料。3.6.2壁厚选择铸件的壁厚太薄，容易发生白口和裂纹，故必须结合零件的复杂程度、尺寸大小、材料以及制造工艺来确定。依照机械设计手册铸件最小同意壁厚可查得，壁厚选择为12mm。在工作台底座需要有液压油管道，因此依照液压传动手册设计管道壁厚计算公式： 式（3.16）式中：壁厚 d管道内径

55、P公称压力 许用应力工作台底座管道壁厚的计算，依照工程材料表6-7工程用碳素铸钢的牌号、含碳量、力学性能与应用。可知ZG200-400的许用应力为：200MPa。由上式可得： 因此在工作台的底座设计的液压油管道与底座壁有0.025mm就可不能泄露。为其安全考虑在本设计中一般都大于3mm。3.6.3铸造斜度依照设计的要求工作台底座需要的铸造斜度从表3-3可知表3-3 铸造斜度斜度b：h角度应用范围1:5h25mm时钢和铁的铸件1:10h=25500mm时钢和铁的铸件1: 203h=25500mm时钢和铁的铸件工作台底座的铸造斜度选择第三种，即是铸造斜度为3。3.6.4加强筋图3.15工作台底座加

56、强筋依照3.15的设计依据，加强筋分布在工作台底部的外部，因此工作台的底座加强筋为：加强筋的分布是按照工作台底座的结构要求分布的。3.6.5定位设计液压式数控分度工作台运用于加工中心机床上，因此工作台底座还需要在机床上的定位与夹紧设计。较常用的机床与工作台的定位与夹紧是通过T形槽的设计完成的，机床上的T形槽如下：依照工作台的结构要求和机械设计手册T形槽及螺栓头部尺寸（摘自GB/T158-1996），选择如下：T形槽|A|差不多尺寸/mm: 22T形槽|B|尺寸/mm： 37T形槽|C|尺寸/mm: 16T形槽|H|尺寸/mm: 38螺栓选择 公称尺寸/mm: M20图3.16T型槽工作台底座的

57、设计需要用定位键进行定位，选择M12的螺栓进行固定，因此槽宽为18。螺栓安装的尺寸中心线为T形槽的间距尺寸，依照机械设计手册T形槽间距尺寸 摘自（GB/T 158-1996）表3-4形槽间距尺寸槽宽A56810121418222836424854（40）（50）（63）（80）100125160200250间距P202532405063801001251602002503202532405063801001251602002503204003240506380100125160200250320400500由上表可知选择p=100mm工作台底座的其他结构可依照工作台的功能要求和其他部件的结果尺

58、寸确定，最终能够确定如图3.17工作台：图3.17工作台3.7活塞密封块设计分度工作台的活塞腔有两部分组成：一是活塞上腔，其作用是在工作台完成分度后，通液压油使工作台下降、端齿盘啮合；二是活塞下腔，其作用是在工作台需要分度的时候通液压油，使工作台上升，端齿盘脱离啮合，预备分度。活塞的上腔是由工作台底座的内壁和活塞形成的，而活塞的下腔是活塞和工作台底座内壁和活塞密封块组成的。活塞密封块的内壁是依照活塞杆的直径设计的，在其内壁上需要密封圈，在此选择O形密封圈75*5.7，依照定位与夹紧原理，密封块的定位使用定位键M6*30,使用螺栓固定。因此依照其他结构和密封块本身的要求，其结构如图3.18：图3

59、.18活塞密封块3.8推杆导向块设计推杆导向块的设计要紧是依照工作台底座的设计尺寸，与分度工作台分度时需要的角度相结合。因为在工作台分度的时候是利用挡块和推杆实现分度信号的传递的。因此再设计推杆导向块时应按挡块的位置设计推杆孔。图3.19推杆导向块3.9工作台分度工作原理和结构依照设计时的思路完成了工作台的设计，在本设计中首先我把设计分层了三部分，其中包括：工作台的定位结构、工作台的夹紧与松开结构、工作台的分度结构。3.9.1工作台定位原理和结构图3.20工作台定位结构如上图3.20所示，在工作台分度完成后的定位要紧是通过端齿盘实现的，也即是下端齿盘2和上端齿盘3的啮合对工作台进行定位。而在需

60、要分度的时候，工作台的定心精度要紧是由活塞8、中心轴5和工作台底座7以及密封块6安装固定的。3.9.2工作台松开、夹紧原理和结构图3.21工作台松开、夹紧结构如上图3.21所示，工作台需要分度时松开是通过油道1进油使活塞2向上运动，同时推动推力轴承4使中心轴5向上运动，从而工作台也向上移动，实现上端齿盘6、下端齿盘7的松开，为实现分度动作做好预备。当工作台分度完成后，需要下降使工作台夹紧时，油液会从油道8进入活塞缸上腔，使活塞2向下移动，中心轴5带动工作台下降。使上端齿盘6和下端齿盘7啮合，实现工作台的夹紧定位。3.9.3工作台分度原理和结构图3.22工作台分度结构液压式数控分度工作台设计最重