资源描述
买文档就送全套 CAD 图纸 QQ:414951605 或 1304139763图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑毕业设计（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： 刘凯 学号： 11403010113 指 导 教 师： 郑书华 2015 年 1 月 20 日图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑摘 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 图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑AbstractThis 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.IV(6) drawing machine assembly drawing and assembly drawingdesign of important parts and parts drawings.Keywords: TH6340B, horizontal machining center, mouse toothdisc, indexing tableV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 .21VI4.2.2 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.3112345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6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-WIRED NC） ，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（Numerical Control）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7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（International Federation of Information Processing, 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8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9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10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；113、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工作台回转直径：400 mm *400mm，工作台重量 800KGB 轴重复定位精度：2B 轴定位精度：8B 轴的切削进给速度：010r/min主轴转速：606000r/min（高低挡无级变速） ，主轴锥孔 MT6；径纵向进给最大速度：4m/min，横向进给最大速度：4m/min。主电机功率 11/15（30min）Kw。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；125、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。13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0.53。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。14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。1、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：15式(3.5)222 36.107814.3mRS所以齿条在分度时受液压缸的推力为：式NPF4.53.66（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： mN102、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mdL48.102814.3（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3622 102.48.10.3mLrV(3.8)选择的液压泵的流量为： min4所以分度工作台分度需要的时间为：式(3.9)sqVt 53.104612.综上所述，齿条在分度啮合的时候的速度为：式(3.10)smtLv67.53.18齿轮在分度时候的转速为：式(3.11)in.94.06rtn3.2 齿轮齿条设计计算项目 计算（或选择） 计算过程 单 计算（或确定）16依据 位 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 1217Ui取 16421Z个 选择：齿轮齿数为：24齿条齿数为：20传动比为：11. 按齿面接触强度设计（1）试选 tK=1.21.4t 取 =1.3tK=1.3tK（2）区域系数 HZ由1图 10-30 =2.433HZ=2.433HZ（3）计算齿条传递的转矩 1T根据上述可知 NmT3108.62 NmT3108.62（4）齿宽 由结构可知 B=15mm B=15mm（5）材料的弹性影响系数由1表 10-6 8.19EZ21MPa8.9EZ（6）齿轮接触疲劳强度极限由1图 10-21c由2图 10-3802lim1H 3802lim1H17limH21d（7）应力循环次数N由1式 10-13 7104. 5308296hLjnN771204.齿i 72104.N(8)接触疲劳强度寿命 HNK由1图 10-19 13.2HNK13.2HNK（9）计算接触疲劳强度许用应力 H取失效概率为1%，安全系数为 S=1，由1式 10-12 得 4.29.44.291380.4.291380.lim21lim1HHHNHHNHSKSMPa4.9H（10）试算小齿轮分度圆直径 td1按1式（10-21）试算 18.394.298130.2123321HEdtt ZuTkm1.39td（11）计算圆周速度 vsm67.5 sm0657.v18（12）模数 tm18.39zdtt 67.25.125.1hbmt 度 67.251hbmt（13）计算载荷系数 K由1表 10-2 查得使用系数 根据AK，7 级精度，由 1图 10-8 查得smv065.动载荷系数 1.V由1表 10-4 查得 42.153.1023. 0.6813. 22 bKdHK=2.2791（14）按实际的载荷系数校正分度圆直径由1式 10-10a 09.464.127831ttKdm641dnm1zdn1nm1nm2. 按齿根弯曲强度设计（1）计算载荷系数KFVAK167.235.10K=2.167(2)齿形系数 FaY由1表 10-5 264.1FaY 264.1FaY（3）应力校正系数由1图 10-5 81.2SaY 81.2SaY19SaY（4）齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE由1图 10-20b由1图 10-20c 3021FEMPa3021FE（5）弯曲疲劳强度寿命系数 FNK由1图 10-18 利用插值法可得 92.01FNK.2 92.01FNK.2(6)计算弯曲疲劳许用应力F取弯曲疲劳安全系数 S=1.3，由式 10-12 得308.21.90308.21.9021SKSFENFFENFMPa308.21F(7)计算大小齿轮的 FSaY并加以比较0193.38.2164.21FSaFY结论：齿条和齿轮的 系数FSaY一样，所以任选其一都可，此设计选齿轮。=0.0193FSaY（8）齿根弯曲强度设计计由1式 10-17 m1n20算 46.00193.217.3332FSadnYZKTm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nm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nm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1d取 ，则 取642181nmdz1z 6412齿iz2z3. 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mm a 无穷大（2）计算齿轮的分度圆直径 d128641zm是齿条为无穷大21281zmdmm 128d是齿条为2无穷大（3）计算齿轮的齿根圆直径 dnfm5.1235.128nfmd为齿条齿根圆。2fd所以 无穷大fmm 13fd无穷大2f（4）计算齿轮宽度 B根据结构需求 圆整后取： 152Bmm 152B21（5）验算 mNmNbFKdTtAt 108.215.35.640231 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 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。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 3.12：22图 3.12 齿条的密封圈如图所示：密封圈的公称外径 mD36断面尺寸 d5.内径 291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。md5.3沟槽深度为 E1沟槽宽度为 G2.40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:23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。zmd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：75.1m， 式(3.12)zmd675.12d根据选定的 ， ， 可以得出：d1275.14齿圈的齿顶圆直径： 式(3.13)aaamhd2， 时，10式(3.14) zda1.5所以， m9.082齿圈齿根圆直径： 式(3.15)mchdaf 375.1622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24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 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。本装置采用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0.10.2；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。25（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 =5060，选择 =60。（4）鼠牙盘的齿长 B=(1015)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/7.6mm2.68 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ZDt(3.2) mt 6.106421.3（8）理论齿高 式tgbhL（3.3）（b 为大段齿顶宽度，经设计计算为 ） ，47.3。620.1tghL（9）有效高度 式tbS（3.4）（ 为上下齿盘齿顶间距离） ，Sh。mtghS89.26027.3.1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 3.4：26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。27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：5120528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
展开阅读全文