TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台机械设计

PAGEPAGEVIPAGEIII毕业设计（论文）设计（论文）题目：TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台机械设计学院名称：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号： 指导教师：2015年1月20日摘要本次设计是对TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台机械设计的设计。鼠牙盘齿轮具有高的分度精度，能传递大扭矩，所以广泛用于数控机床、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鼠牙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，分度精度非常高加工中心机床上采用鼠牙盘定位的分度工作台的定位精度一般都在±5丝左右。鼠牙盘还具有以下优点：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，直线齿向对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。本论文研究内容：(1)TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台总体结构设计。(2)TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台工作性能分析。(3)电动机的选择。(4)TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台的传动系统、执行部件设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词：TH6340B，卧式加工中心，鼠牙盘式，分度工作台AbstractThisdesignistodesignthemousetoothdiskindexingtablemachinedesignofTH6340Bhorizontalmachiningcenter.Mousetoothplategearhashighindexingprecision,cantransferlargetorque,soitiswidelyusedforendtoothclutchengagementoftheengagingmousetoothdiscofCNCmachinetools,machiningcenter,turretlatheandkeybedindexingmechanismandcirculardivisionbenchisequivalenttoapairofbelttrapezoidalteethbecausethewholetoothsurfacecantoachieveuniformcontact,positioningprecisionindexingtableusingthemousetoothdiskindexingpositioningaccuracyisveryhighonthemachiningcentermachinetoolaregenerallyinthe+5wirearound.Mousetoothplatealsohasthefollowingadvantages:first,combinedwiththeindexingcanbeperformedwithhighaccuracy.Secondly,tocorrectautomaticallywhenengagedin,donotneedtofindtherightcenter.Again,thestraighttoothtochoosegrindingwheeldiameterfreedom.Finally,hastheinterchangeability,goodwearresistance,higheconomicefficiency.Thisthesisresearchcontent:(1)theoverallstructureofTH6340Bhorizontalmachiningcentermousetoothdiskindexingtabledesign.(2)analysisofTH6340Bhorizontalmachiningcentermousetoothdiskindexingtableworkingperformance.(3)thechoiceofmotor.(4)thedesignoftransmissionsystem,theexecutivecomponentofhorizontalmachiningcenterTH6340Bmousetoothdiskindexingtable.(5)thedesignofpartsofdesigncalculationandcheck.(6)drawingmachineassemblydrawingandassemblydrawingdesignofimportantpartsandpartsdrawings.Keywords:TH6340B,horizontalmachiningcenter,mousetoothdisc,indexingtable目录摘要 IIAbstract III目录 V第1章绪论 11.1数控系统的发展 11.2分度工作台的基本原理 21.3工作台伺服进给系统 21.4伺服驱动装置 41.5课题研究的目的和意义 4第2章设计的内容及要求 62.1课题的主要内容和基本要求 62.2进度计划与应完成的工作 62.3设计的内容 72.3.1数控装置总体方案的确定 72.3.2机械部分的设计 72.3.3编写设计说明书 72.4鼠牙盘式分度工作台原理设计 7第3章TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台主要结构原理设计 93.1传动系统总体方案设计 93.2齿轮齿条设计计算 113.3齿圈设计 17第4章绘制TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台主要零件的设计 194.1鼠牙盘设计 194.2主轴设计 214.2.1主轴尺寸设计 214.2.2主轴轴承选择 224.3活塞设计 22第5章TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台分度总体设计 245.1液压系统的方案设计 245.2工作台定位原理和结构 265.3工作台松开、夹紧原理和结构 265.4工作台分度原理和结构 27结论 29致谢 30参考文献 31PAGE28PAGE31第1章绪论1.1数控系统的发展1946诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它创造和农业的人，那些只是增加相比，手工工具的工业社会，从一个质的飞跃，为信息时代的到来奠定了基础。6年后，在1952，计算机技术应用到本机，在美国出世第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代。数控相（1952-1970年）早期计算机的运算速度低，当时的科学计算和数据处理的影响很小，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路；作为一个专用计算机数控系统的机床，称为数控硬件连接（HARD-WIREDNC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个时期经历了三代，1952的第一代管；1959晶体管的第二代；小规模集成电路第三代1965。电脑数值控制（CNC）阶段（1970至今）1970，通用汽车一直在电脑的小批量生产。所以它将被移植作为数控系统的核心部件，开始进入计算机数控（CNC）阶段（计算机和它的“通用”两个字省略前面）。1971，美国英特尔公司在世界上首次将两个计算机算术单元和控制器的核心部件，集成在一个芯片采用大规模集成电路技术，称为微处理器（微处理器），也被称为中央处理单元（CPU）。1974微处理器被应用于数控系统。这是因为计算机的功能太小，机床的控制能力富裕（时间已被用来控制机床，称为组），如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性不理想。早期的微处理器速度和功能还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。微处理器是计算机的核心部件，它仍称为计算机数控。1990，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足数控系统的要求为核心部件。数控系统已经进入了基于PC的阶段总之，计算机数控阶段也经历了三代。1970的小型计算机第四代；1974第五代和第六代1990基于PC微处理器（国外称为PC-BASED）。同时指出，虽然国外已改名为电脑数值控制（CNC），而在中国，它仍然是指数控（NC）。所以我们日常说：数控实质上是指计算机数值控制。3数控系统的未来发展趋势（1）继续开放的，基于PC机开发的第六代随着开放，成本低，可靠性高的PC，丰富的软硬件资源特点的基础上，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，解决了人机界面，编程，网络通信的问题，通过对原系统的数控任务。PC机具有友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更常见。（2）高速度和高精度的发展这是为了满足机床的高速度和高精度方向发展的需要。（3）向智能化方向发展在计算机领域的不断渗透人工智能的发展而发展，数控系统的智能化程度将不断提高。1.2分度工作台的基本原理数控控制（NumericalControl）是用数字化信号对机床的运动及其过程进行控制的一种控制方法。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是现代化工业生产中的一门新型的，发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围所覆盖的领域又：机械制造技术；微电子技术；信息处理传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；检验监控技术；传感技术；软件技术等。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的是能技术和最基本的装备。在提高生产率，降低成本，保证质量及改善工人劳动强度等方面，都有突出的优点；特别是在适应机械产品迅速更新换代，小批量，多品种生产方面，各类数控装备是实现先进制造技术的关键。数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。国际信息处联盟（InternationalFederationofInformationProcessing,IEIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下的定义：数控机床是一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用码或其他符号编码指令规定的程序。龙门加工中心经过长期的技术发展和推动，已从传统的单轴式发展到多轴式，从传统龙门加工中心发展到现代化智能的加工中心，从单面的加工发展到多面的加工，发展速度快，技术比较成熟。但是对于龙门五面体加工中心，由于我国基础技术薄弱，研究方法落后，资金投入不足等原因，以及国外对核心技术的封锁，导致我国五面体加工中心发展缓慢[4]。从龙门加工中心主要部件的发展情况来看，国内外龙门加工中心的龙门和滑枕的机构基本都具有以下特点：1.龙门主要是由一个横梁和两个立柱构成。分为横梁固定、横梁靠定位块锁定分段升降和横梁任意升降三种类型。横梁固定式结构机床刚性好，但不适合加工大型工件，因为在加工靠近工作台面的工件部位时，滑枕伸出长度过大，加工刚性较差，影响加工尺寸精度；横梁靠定位块锁定分段升降型结构机床刚性较好，但横梁升降运动不能与滑枕上下移动联动，且操作较复杂；横梁任意升降型结构横梁升降运动可以与滑枕上下移动联动，加工范围较广，适合新产品开发。立柱和横梁的横截面为矩形，刚性好，可耐重切削并长期保持高精度。主轴箱在横梁上的导轨有自重平衡装置，其动作灵活、迅速且准确。由于主轴箱左右移动时，横梁升降用滚珠丝杠所受负载有变动，使精度降低，所以采用配置在横梁左右两侧的油缸来平衡主轴箱左右移动造成的变动负载和横梁本身的自重，以提高机床的精度。2.滑枕从结构上可分为开式和闭式两种型式。开式结构的滑枕通过压板夹紧在主轴箱上，滑枕的截面积大；闭式结构的滑枕被夹紧在主轴箱内，滑枕的截面积小。主轴箱内有液压平衡装置，使滑枕上下移动灵活，可实现强力重切削。主轴滑枕内部采用强制内冷却，即使作长时间连续重切削，也可保持高精度。滑枕的行程以满足工件侧面下部的加工要求为宜，不宜太长，以免影响加工时的机床刚度。滑枕采用一体型的结构，以提高机床的整体刚性。1.3工作台伺服进给系统工作台伺服进给系统是一机床移动位置为控制量的自动控制系统。它根据数控装置输出的电脉冲信号，是机床工作台、主轴等移动部件按照规定的运动速度、运动方向和位置要求做相应的移动，并对其定位精度加以控制。工作台性能在很大程度上取决于进给伺服系统的性能。进给运动是机床成型运动的一个重要部分，其传动质量直接关系到机床的加工性能。工作台的进给运动是数字控制的直接对象被加工工件最终坐标位置精度和轮廓精度都会受到进给运动的传动的影响。对进给系统的要求集中在精度、稳定和快速响应等方面。为满足这种要求，首先需要高性能的伺服驱动电机，同时也需要高质量的机械结构与之匹配。因此工作台的进给传动系统机械结构需满足如下要求。（1）高的传动精度与定位精度工作台进给系统的传动精度和定位精度，是机床最重要的性能指标。传动精度直接影响机床加工轮廓面的精度，定位精度直接关系到加工的尺寸精度。（2）宽的进给调速范围为保证工作台在不同工况下对进给速度的选择，进给系统应该有较大的调速范围。工作台的伺服进给系统一般为3-10000mm/min。（3）快的响应速度所谓快速响应，是指进给系统对指令信号的变化跟踪要快，并能迅速趋于稳定。目前，工作台已较普遍的采用了伺服电动机不通过减速环节直接连接丝杠带动运动部件实现运动的方案。本次设计就是采用了这个方案来获取快的响应速度。（4）低速、大转矩根据机床的加工特点，经常在低速下进行重切削，即在低速下进给驱动系统必须有大的转矩输出。此次设计采用的是半闭环伺服系统。半闭环系统的精度虽然比闭环系统的精度要低一些，但是它的结构与调整比较简单。而且，在半闭环系统中，转角测量表较容易实现。应用非常广泛。图2-1半闭环进给伺服系统原理图1.4伺服驱动装置伺服驱动装置接收数控系统发出的进给指令信号，并将其转换为角位移或直线位移，从而驱动执行部件实现要求的运动。伺服驱动装置应该满足如下要求。（1）精度高。输出位移有足够的精度，即实际位移与指令位移之差要小。（2）应该具有较长时间的大过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电动机要求数分钟内过载4-6倍而不损坏。（3）调速范围宽，而且从最低速到最高速时，电动机均能平滑运转，转矩波动小，特别是在低速（如0.1r/min或更低）时，速度平稳而无爬行现象。（4）能承受频繁振动、制动和反转。在工作台的闭环或半闭环进给伺服系统中，伺服驱动装置主要采用交、直流伺服电动机。直流伺服电动机具有良好的启动、制动和调速特性，可以方便地在宽调速范围内实现平滑无极调速，故多用在对伺服电机的调速性能要求较高的工作台上。交流伺服电动机，转子惯量比直流电动机小，动态响应好，输出的功率可比直流电动机提高10%-70%，可达到更高的电压和转速。1.5课题研究的目的和意义工作台是一种在计算机控制下带有自动换刀系统的能完成多工序复合加工的自动化机床，并正向高速高效、高精度、模块化、网络化和复合化方向发展。由于工作台是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，其生产效率高、柔性好、一机多用和易于加工复杂的曲线、曲面零件等特点，早已成为工业发达国家军民机械工业的主力加工设备。一个国家的工作台拥有量、消费量及总体技术水平与这个国家机械工业的加工制造技术水平息息相关。我国的工作台从70年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远远不能适应我国的经济、技术发展的需要。进入21世纪以后，中国工作台的消费量随着军民机械工业的大规模技术改造而迅速增长，如2001年中国工作台的消费量仅为2662台（其中进口2290台），而同年美国、日本和德国的工作台消费量分别为11505、6090和5291台。到了2005年，中国工作台的消费量猛增至约13200台（估计值，工作台的产量数据未公布），其中进口10343台。2005年工作台的消费量是2001年的4.96倍，年均增幅达49.2%，一举超过美、日、德诸国，成为世界上消费工作台最多的国家。根据《机械工人》杂志社等单位的调查，从近600份重点用户的有效问卷中得出的结果是，工作台机床的应用已遍及全国26个行业，其中汽车、摩托车及其零部件制造业占24%，航空航天和军工行业占18%，机床工具业占11%，模具行业占8%，轻工机械行业占4%。在这些企业拥有的工作台中，虽然普及型的立式和卧式工作台仍占多数，但多轴联动、高速、大型精密等高档工作台也占有一定比重，如在所调查的近600户用户中，拥有5轴联动工作台的占24%。说明中国市场消费的工作台虽然以普及型的中档机为主，但高档机在消费量中所占比重估计已达15%至20%。中国消费的工作台大部分依靠进口（2005年进口量占消费量的七成多），进口金额12.97亿美元，居各类机床进口额之首，主要从日本、中国台湾、德国和韩国等地进口。2006年上半年，中国进口工作台5511台，金额6.88亿美元，同比分别增长20%和11%，仍保持两位数增长，说明中国工作台市场的规模还有增长空间。工作台用于安装工件，并带动工件进给，以完成各种切削加工，是任何切削机床必不可少的重要部件。与普通切削机床不同的是，工作台的工作台是在数控系统的控制下自动完成进给的，能够自动完成各种轮廓和曲面的加工。工作台直线工作台主要在数控系统控制下完成纵向（X方向）和横向（Y方向）进给。为了实现任意角度和在切削过程中转台能够回转，工作台还要设置数控TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台，这样工作台就多了一个NC坐标，能够完成更加复杂的见曲面的加工。工作台常用的TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台有分度工作台和数控TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台，它们的功用各不相同。分度工作台的功用只是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的加工。而数控TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台除了分度和转位的功能外，还能实现圆周进给运动。我国近几年分度工作台进给机构虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。针对传统分度工作台进给机构的不足之处及生产中存在的问题，有必要在传统机床的基础上研究出新型分度工作台进给机构。通过对传统铣床手动的进给系统、夹紧系统及传动系统的创新设计，加入新技术，从而提高产品质量和生产效率，实现自动化，降低劳动强度及工作量。分度工作台进给机构的发展现状和趋势是：在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型进给机构；在性能上将研制以钢为材料的进给机构，大幅度提高进给机构的承载能力；在形式上继续研制多轴并联，甚至于五轴并联的进给机构。综上所诉，分度工作台进给机构的开发和设计具有很高研究的意义.本课题采用类似的机床结构设计成果的方法，进行分度工作台进给机构的设计，使其能够实现更好的工业生产自动化。本课题对分度工作台进给机构部件进行了设计，研究了结构，主要部件及典型零件的设计方法，其意义如下：1、通过对数控机床的结构设计和研究掌握机构设计的一般步骤和方法；2、通过对课题的研究，了解国内外有关数控机床的技术现状和发展趋势；3、通过毕业设计培养自己的创新精神，提供分析问题和解决问题的能力。第2章设计的内容及要求2.1课题的主要内容和基本要求主要技术参数①工作台回转直径：400mm*400mm，工作台重量800KG②B轴重复定位精度：±2″③B轴定位精度：±8°④B轴的切削进给速度：0~10r/min⑤主轴转速：60～6000r/min（高低挡无级变速），主轴锥孔MT6；⑥径纵向进给最大速度：4m/min，横向进给最大速度：4m/min。⑦主电机功率11/15（30min）Kw。⑧定量角度分度；分析TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台的工作原理，设计机械结构装配图、零件图并核算。2.2进度计划与应完成的工作分析TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台结构，查阅相关文献资料，书写文献综述（2000字以上）；翻译外文文献2篇（2000字以上）,翻译提供文章的摘要、前言和相关核心段落；撰写开题报告1篇（2000字以上）；绘制鼠牙盘式分度工作台的机械结构装配图一张（A0）；绘制非标零件图若张；图纸工作量3张A0，设计说明书(10000字以上)。图样质量：计算机绘图，符合最新标准；表达完整，布置合理清晰、尺寸标注齐全、技术要求全面；零件图同时要注意结构要素和加工工艺性。进度计划：1、第1-2周，查阅相关资料，了解表面感应加热机床技术技术要求，完成开题报告；2、第3周，翻译一篇与设计相关的英文论文；3、第4-5周，根据设计要求确定总体方案及计算；4、第6周，根据设计要求完成AC轴选型，查找其技术参数；5、第7-11周，完成机床总体结构、Z轴结构及传动设计；6、第12-14周，绘制图纸；7、第15周，编写毕业设计说明书，准备答辩。2.3设计的内容2.3.1数控装置总体方案的确定(1).明确研究思路和方向，确定设计参数；(2).在广泛调研、收集资料后，完成多种方案设计（两种以上设计方案）。通过分折、比较、论证，选出最佳设计方案。2.3.2机械部分的设计(1).脉冲当量的确定；(2).估计机械部件的总体尺寸及重量；(3).设计，计算和选用传动元件及导向元件；(4).电机的确定；(5).绘制装配图；(6).计算系统等效惯量；(7).分析系统的精度。2.3.3编写设计说明书(1)设计任务、拟定多种方案、分析论证、评价选择的较佳方案、理论分析、强度校核、系统控制原理、方法、电路配置图、装配图设计及零件设计等。(2)论文20000字左右。2.4鼠牙盘式分度工作台原理设计鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面、底座、夹紧液压缸、分度液压缸及鼠牙盘等零件组成，如图所示。图2-7鼠牙盘式工作台1、2、15、16-推杆；3、4-下、上鼠牙盘；5、13-推力轴承；6-活塞；7-工作台；8-齿条活塞；9、10-夹紧液压缸上、下腔；11-齿轮；12-内齿圈；14、17-挡块；18、19-分度液压缸右、左腔；20、2l-分度液压缸进、回油管道；22、23-升降液压缸进、回油管道鼠牙盘式分度工作台的优点是分度和定心精度高，分度精度可达±0.5″～±3″。由于采用多齿重复定位，从而可使重复定位精度稳定，而且定位刚性好，只要分度数能除尽鼠牙盘的齿数，都能分度，适用于多工位分度。第3章TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台主要结构原理设计3.1传动系统总体方案设计根据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，准备分度。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，所以上齿轮带动下齿轮旋转。下齿轮与齿圈啮合在一起，并且齿圈与转轴是固定的，所以齿条的水平运动将会带动工作台的旋转。综上所述，此传动系统的最主要的作用就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传动系统经过动作的分析，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，所以齿轮齿条的设计计算主要是根据传动系统的设计方案和工作台的具体尺寸确定的。所以，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。齿轮齿条转矩根据工作台零部件之间的合理分布，可以确定齿条半径为18mm，齿条油腔的面积为：式(3.5)所以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，工作台实现定量角度分度时，齿轮需要转动四分之一圆周，所以式（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。所以齿条油缸的体积为：式(3.8)选择的液压泵的流量为：所以分度工作台分度需要的时间为：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)3.2齿轮齿条设计计算项目计算（或选择）依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=1.2~1.4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根据上述可知（4）齿宽由结构可知B=15mmB=15mm（5）材料的弹性影响系数由[1]表10-6（6）齿轮接触疲劳强度极限由[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查得使用系数根据，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，所以任选其一都可，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。于是由取，则取几何尺寸计算（1）计算中心距a根据结构需求齿轮齿条中心距无穷大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。所以无穷大mm无穷大（4）计算齿轮宽度B根据结构需求圆整后取：mm（5）验算所以合适注：上表依据均来自《机械设计》第十章齿轮传动所以，由工作台的结构尺寸可以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齿轮根据结构要求，分度齿条需要液压油进行驱动，所以在液压系统中相当于活塞的作用，根据活塞工作的原理，所以齿条需要密封。经过以上的介绍，可知齿条需要往复的运动，所以需要动密封元件，本设计选择O型橡胶密封圈，它适用于装在各种机械设备上，在工作压力0~70MPa、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。根据《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：根据上表截面尺寸可以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，需要转动定量角度，齿轮的分度齿分布在130°的范围内分布23齿，所以与齿轮啮合的齿条分布长度为140mm，齿数为22齿。所以齿条的尺寸如图3.13所示：图3.13齿条的尺寸3.3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主轴一起转动定量角度。所以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。所以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。根据工作台的工作原理，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《实用机械传动设计手册》表1-3，可以推算，当时，根据：，式(3.12)根据选定的，，可以得出：齿圈的齿顶圆直径：式(3.13)，时，式(3.14)所以，齿圈齿根圆直径：式(3.15)齿圈需要带动主轴（工作台）旋转，所以需要定位在主轴上，根据定位原理，主轴和齿圈需要选定位，之后再用螺栓紧固。在此设计中齿圈与主轴的定位是在齿圈的中心开一个与主轴一样的槽，使主轴下端嵌进齿圈槽，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齿圈第4章绘制TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台主要零件的设计4.1鼠牙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，刚性齿的齿槽很浅，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4~6倍或更深。弹性齿的材料为45号钢，调制HRC25~28，正火稳定性处理。本装置采用弹性齿比刚性多齿盘可提高精度2~3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″，实际上可以成为一个测量基准，弹性多齿分度台实为360个齿面棱体。图3.3多齿分度台三种齿形弹性多齿分度台，其分度精度高，累积角度误差仅为±0.1″~±0.2″；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。本设计中采用的是直线齿鼠牙盘，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。鼠牙盘主要参数计算：（1）由于鼠牙盘的齿数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定量角度，Z=360/=360/90=4所以在设计中鼠牙盘的齿数可以是4的倍数即可，选择Z=64齿。（2）鼠牙盘的直径可以根据分度台台面所需求的尺寸确定，分度工作台的直径为320mm，所以选择D=216mm。（3）鼠牙盘的齿形角=50°~60°，选择=60°。（4）鼠牙盘的齿长B=(10~15)mm，选择B=10。（5）鼠牙盘内径根据结构可以确定为d=140mm。（6）鼠牙盘的齿高在此设计中，运用了多弹性齿的原理，使鼠牙盘的齿高比普通鼠牙盘的高一些，h=20.4mm，b=7.6mm，h/b=20.4mm/7.6mm≈2.68所以根据多弹性齿的介绍，已经基本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）有效高度式（3.4）（为上下齿盘齿顶间距离），。鼠牙盘的定位使用三个M6的螺钉均布在同一圆周上，同时使M6的定位销来定位，确保鼠牙盘的定位精度，满足工作要求。综上所述，可以绘出鼠牙盘如图3.4：图3.4鼠牙盘根据设计的数据，鼠牙盘的齿形图如图3.5所示：图3.5鼠牙盘齿形4.2主轴设计4.2.1主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基本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都是根据工作台的下端表面的螺孔分布来设计的。其右端面的螺孔是根据与之配合的齿圈设计的，主轴左端有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。主轴最重要的部分是其右端面的直径大小，在工作台结构允许的条件下，尽可能的使主轴的支承面大。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，通过推力顶起主轴支撑面，在次过程中工作台的重物不一定在中心，所以会产生一定的倾覆力。主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。所以根据工作台和鼠牙盘的尺寸，允许主轴支承面的最大尺寸为136mm。图3.6主轴4.2.2主轴轴承选择根据主轴的动作原理，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：接受力情况分单向推力球轴承和双向推力球轴承。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，可以减少安装误差的影响。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，可以分别装拆。根据主轴的轴径为：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（GB/T301-1995摘录）可知，选用轴承代号为：51205图3.7推力球轴承4.3活塞设计液压式数控分度工作台的活塞的设计，根据轴心转轴的结构尺寸可以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，可以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，根据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活塞活塞是根据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，所以也需要密封圈，根据密封圈可以设计出活塞上的密封槽。根据结构要求，活塞需要液压油进行驱动，根据活塞工作的原理，所以齿条需要密封。密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。根据工作压力，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很窄的金属垫片。动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。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。第5章TH6340B卧式加工中心鼠牙盘式分度工作台分度总体设计5.1液压系统的方案设计通过液压式数控分度工作台的基本原理和动作过程，可以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定量角度分度回转的动作。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、分度的时候产生颤动，影响加工精度。图2.2H型中位机能液压缸如图2.2所示，在液压缸的两侧油路上都串接一液控单向阀（液压阀），活塞可以在行程的任何位置上锁紧，不会因外界的原因而颤动，而其锁紧精度只受液压缸的泄漏和油液压缩性的影响。为了保证锁紧迅速、准确，换向阀采用了H型中位机能。这种液压系统能很好的满足液压式数控分度工作台的要求。根据液压式数控分度工作台的基本参数和CAD辅助设计对零部件的设计，可以知道：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，所以选择液压泵的时候只要满足上下运动的即可。根据工作台的最大载重量为800kg，不仅需要一定的过载能力，而且工作台本身也有自重，所以在选择时液压系统的最大载重为1000kg。根据如图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[kw]CB-B4441450≧852.80.21根据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根据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。5.2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主要是通过鼠牙盘实现的，也即是下鼠牙盘2和上鼠牙盘3的啮合对工作台进行定位。而在需要分度的时候，工作台的定心精度