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1、重慶理工大學畢業(yè)論文 五工位回轉工作臺組合機床之工作臺設計 摘 要 本論文對回轉分度工作臺進行了設計，通過研究分度工作臺的原理，結合數(shù)控、液壓驅動、齒輪傳動等知識，設計出一種用于五工位組合機床的回轉工作臺。為了提高工作臺的分度精度，本設計采用端齒盤用作分度裝置，液壓作為驅動置。 關鍵詞：回轉工作臺；分度；液壓驅動； 齒輪 Abstract This paper is about the turning points degrees workbench, thro

2、ugh the research design principle of indexing worktable with CNC, hydraulic drive, gear transmission, etc, and designed a kind of knowledge for five station of rotary worktable portfolio tools. In order to improve the workbench indexing accuracy, this design USES the end tooth disk used for indexing

3、 device, hydraulic as driving devices. Keywords: rotary worktable; Indexing; Hydraulic drive; gear 1緒 論 1.1 回轉工作臺的主要種類及特點概述 帶有可轉動的臺面、用以裝夾工件并實現(xiàn)回轉和分度定位的機床附件，簡稱轉臺或第四軸。轉臺按功能的不同可分為通用轉臺和精密轉臺兩類。 圖1.1 轉臺 1.1.1通用轉臺 　　是鏜床、鉆床、銑床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時轉動工作臺，則可加

4、工圓弧面和圓弧槽等。通用轉臺按結構不同又分為水平轉臺、立臥轉臺和萬能轉臺。 1）水平轉臺： 在圓臺面上有工件定位用的中心孔和夾緊用的T型槽 。臺面外圓周上刻有360的等分刻線。臺面與底座之間設有蝸桿-蝸輪副（見蝸桿傳動）,速比為90:1或120:1，用以傳動和分度,蝸桿從底座伸出的一端裝有細分刻度盤和手輪。轉動手輪即可驅動臺面，并由臺面外圓周上的刻度（以度為單位）與細分刻度盤讀出旋轉角度。分度精度一般為60″。水平轉臺的蝸桿伸出端也可用聯(lián)軸器與機床傳動裝置聯(lián)接，以實現(xiàn)動力驅動。 　　2）立臥轉臺： 底座有兩個相互垂直的安裝基面，使臺面既可水平也可垂直放置。 　

5、3）萬能轉臺： 臺面可以在0～90范圍內傾斜任意角度, 使工件在空間的任何角度都能準確調整?；剞D工作臺。 1.1.2精密回轉工作臺（rotary table） 　　精密轉臺用于在精密機床上加工或角度計量。常見的有光學轉臺、數(shù)顯轉臺和超精密端面齒盤轉臺。 圖1.2 精密轉臺 1）光學轉臺： 主軸上裝有玻璃或金屬精密刻度盤，經光學系統(tǒng)將刻度細分、放大，通過目鏡或光屏讀出角度值。 2）數(shù)顯轉臺： 轉臺主軸上裝有精密圓光柵或圓感應同步器，由數(shù)字顯示裝置讀出角度值。上述兩種精密轉臺的分度精度最高可達1″。 3）超精密端面齒盤轉臺： 利用一對經過精密對研的1440

6、齒、720齒或360齒的端面齒盤分度定位,其分度精度最高可達0.01″，作精密角度計量用。 1.2相關課題國內外研究的現(xiàn)狀 隨著科學技術的發(fā)展，國外相同品種、不同結構的數(shù)控機床附件產品也在不斷出現(xiàn)。例如轉軸直接驅動的數(shù)控回轉工作臺已經出現(xiàn)，完全改變了傳統(tǒng)的工作臺的結構，回轉速度及精度要比傳統(tǒng)的機械結構高得多，伺服電動機驅動數(shù)控刀架也已出現(xiàn)兩年多時間，當然，真正普及應用還要有一個過程。 1.2.1我們現(xiàn)有水平及國內外對比情況: 我國生產的數(shù)控機床附件產品應該說滿足中低擋數(shù)控機床的配套需求沒問題，但在為高檔數(shù)控機床配套的附件產品方面與國外比較差距較大，產品設計能力方

7、面有差距，但不是很大主要差距在于整個行業(yè)的裝備制造能力和協(xié)作配套能力。因此對整個數(shù)控機床附件產品水平影響較大，這是目前國內產品水平較國外產品水平低的主要原因。 1.2.2我國數(shù)控機床附件產品水平較國外低主要表現(xiàn)在: 1）速度 基于材料、檢測能力、裝備制造能力等方面的條件限制，我過附件產品在速度方面較國外同類產品要差。例如數(shù)控銑床、加工中心配套的各類數(shù)控回轉工作臺，日本日研公司直徑200mm數(shù)控回轉工作臺最高轉速可達88r/min,而國內的只有12～16r/min.主要差別在于材料的選用。 2）可靠性 國外數(shù)控機床附件產品開發(fā)應用比較早，經驗豐富，再由于技術進步，新材料、新結

8、構的不斷出現(xiàn)與應用，使得其產品可靠性非常好。如日本日研公司部分規(guī)格的數(shù)控回轉工作臺的核心部件蝸桿副，齒輪采用氮化鋼，齒部表面氮化處理，硬度高；蝸桿為硬質合金蝸桿；整個蝸桿副為硬齒面接觸，耐磨。既實現(xiàn)了高速，又保證了可靠性。而國內基本上均采用傳統(tǒng)材料和傳統(tǒng)的結構，加上外購配套件的可靠性差造成產品的整體可靠性較外國產品的差距?？梢哉f數(shù)控機床附件產品的整體可靠性與我國目前整個工業(yè)發(fā)展水平有相當密切的關系，隨著配套件水平的提高，整體狀況將有所改善。 3）精度 我國數(shù)控機床附件的精度及穩(wěn)定性應該說還是比較好的，基本上能滿足主機的配套要求。較日本、德國等工業(yè)發(fā)達國家的產品有一定差距，但不大，與

9、臺灣地區(qū)產品相當。這與行業(yè)企業(yè)近幾年抓質量、提高質量意識有密切的關系。 1.2.3相應的措施及對策 我國數(shù)控機床附件產品可以說還處在一個發(fā)展階段，品種、規(guī)格、可靠性等方面還需要有一個完善的過程，還遠遠沒有達到成熟的程度。因此作為國家應該給予一定的扶持，作為企業(yè)應在適應市場需要、加大產品的開發(fā)力度、提高裝備水平、采用新材料、新工藝、新技術方面多下工夫。我國高檔數(shù)控制造水平達到或接近國際水平，在制造手段上已逐步完善并已有頗具實力的開發(fā)生產能力，建立起不同程度的擁有一定規(guī)模的數(shù)控機床生產基地。數(shù)控機床正朝著高精度、高效率、高自動化、全功能的機電一體化方向發(fā)展。 1.3回轉工作臺發(fā)

10、展趨勢 1.3.1市場前景 隨著我們制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控轉臺將會越來越多的被應用，以擴大加工范圍，提高生產率。估計近幾年要求轉配數(shù)控轉臺的機床將會大幅度增長。預計未來幾年，雖然某些行業(yè)由于產能過剩，受到宏觀調控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家行業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均15%----20%左右的穩(wěn)定增長。 1.3.2發(fā)展趨勢 目前回轉工作臺已廣泛應用于組合機床、數(shù)控機床和加工中心上，它的總發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)為： 1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉臺；

11、 2）在性能上將研制以鋼為材料的渦輪，大幅度提高工作臺轉速和轉臺的承載能力； 3）在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉的數(shù)控轉臺。 1.4本課題研究的內容 隨著數(shù)控技術不斷發(fā)展與提高，使機床主機對配件要求與依賴都越來越高。機床配件技術發(fā)展間接決定了機床主機發(fā)展水平，專業(yè)化發(fā)展方向成為我國機床配件業(yè)總體發(fā)展趨勢。為了縮小與國外工業(yè)大國差距，我們各大機床廠應全力配合，企業(yè)本身要加快技術改革步伐，積極自主創(chuàng)新，并且勇于與國外企業(yè)多多學習。企業(yè)應該努力學習國際先進機床技術，全面開展創(chuàng)新工作，企業(yè)高層也應該鼓勵并且大力支持機床配件創(chuàng)新，從而使我們機床配件業(yè)越做越強。 本畢

12、業(yè)設計是研究端齒盤作為分度定位機構的液壓式數(shù)控分度工作臺的工作原理和機械結構的設計和計算部分，設計思路是先原理后結構，先整體后局部。 目前端齒盤為分度定位機構的液壓式數(shù)控分度工作臺廣泛運用于數(shù)控機床和加工中心上。它的總發(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。 2）在性能上研制以鋼為主的齒輪、齒盤，大幅度提高分度工作臺的承載能力。 3）分度定位裝置不斷提高分度工作臺分度時的定位精度。 在各種數(shù)控機床和其他機械的制造中，數(shù)控端齒盤分度工作臺等分度裝置的應用十分廣泛。近些年來，隨著數(shù)控技術的不斷進步、自動化程度的普

13、遍提高，組合機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床的生產和應用日益廣泛，對高精度、高效率的分度裝置的需求也越來越大。隨著我們制造業(yè)的發(fā)展，為了適應不同的產品加工要求，擴大加工范圍，分度工作臺也將在一定范圍內得到運用。 2 液壓式數(shù)控分度工作臺總體方案設計 隨著人類生活的物質要求不斷提高和人類社會的不斷發(fā)展，越來越復雜的零件被設計運動到各個領域。所以對加工它們的機床提出了更高的要求。液壓式數(shù)控分度工作臺實現(xiàn)工件的多工位加工，滿足工件的加工要求。液壓式數(shù)控分度工作臺為五工位組合機床的重要部件，其功能與加工中心的功能密切關系。 在液壓式數(shù)控分度工作臺總體設計關鍵是要確定工作臺的參數(shù)

14、，回轉工作臺最主要的參數(shù)為工作臺尺寸等，根據(jù)確定的零件的典型零件進行選擇。工作臺尺寸是回轉工作臺的主參數(shù)，主要取決于典型零件的外廓尺寸、裝夾方式等。應選比典型零件稍大一些的工作臺，以便留出安裝夾具所需的空間，還應考慮工作臺的承載能力，承載能力不足時應考慮加大工作臺尺寸，以提高承載能力。 2.1液壓式數(shù)控分度工作臺原理設計 圖2.1(a) 圖2.1（b） 端齒盤式分度工作臺 圖2.1（a）、2.1（b）所示是端齒盤式液壓

15、分度工作臺的結構原理圖。它主要由工作臺臺面、底座、夾緊油缸、分度油缸及齒盤等部件組成，其工作過程如下： 1、 分度工作臺抬起、松開 機床需要分度時，根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出分度指令，由電磁鐵控制液壓閥（圖中未標出），使壓力油進入管道進入分度工作臺7中央的夾緊油缸油腔10，并推動活塞6移動（油缸上腔9的油經管道22排除回油）?；钊?通過推力球軸承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。在工作臺7向上移動時帶動內齒圈12與齒輪11下部嚙合，完成分度前的準備工作。同時，工作臺7向上抬起，推桿2在彈簧作用下向上移動，使推桿1能在彈簧的作用下右移松開微動開關D，

16、發(fā)出松開到位信號。 2、分度工作臺回轉、分度 控制系統(tǒng)在接到松開到位信號后，控制電磁鐵（液壓閥）動作，使壓力油經管道21進入分度油缸左腔19，并推動齒條8右移（分度油缸右腔的油經管道20排出回油）。齒條8帶動齒輪11做回轉運動，實現(xiàn)工作臺的回轉。改變油腔的行程，即可以改變齒輪11的回轉角度。圖中的分度工作臺為：油缸的行程163.28mm，齒輪回轉的角度為72。當齒輪回轉的過程中，擋塊14放開推桿15；72到位后，擋塊17壓上推桿16，微動開關E發(fā)出到位信號，回轉動作結束。分度工作臺的回轉速度可以通過液壓系統(tǒng)進行調節(jié)。 3、分度工作臺落下、夾緊 控制系統(tǒng)在接收到

17、信號后，由電磁鐵液壓閥（圖中未標出），使壓力油經管道22進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的油緊管道23排除回油）?；钊?通過推力球軸承5（軸承13與之配套使用），使工作臺7落下，上端齒盤4和下端齒盤3嚙合、夾緊、定位。工作臺夾緊后，壓下推桿2，使推桿1左移，壓上微動開關C動作，發(fā)出夾緊完成信號。 4、分度油缸返回 控制系統(tǒng)在接收到加緊完成信號后，控制電磁鐵（液壓閥）動作使壓力油經管道20進入分度油缸右腔18，并推動齒條8左移（分度油缸左腔19的油經管道21排出回油），齒條8返回。這時，因為齒輪11的內齒圈已經脫開，分度工作臺不動，同時擋塊14壓上

18、推桿15，微動開關C動作，發(fā)出分度信號。 2.2液壓式數(shù)控分度工作臺的主要技術參數(shù) 在經過查閱相關資料和進行初步的CAD輔助設計后，液壓式數(shù)控分度工作臺根據(jù)使用的場合，所需要的大小和形狀有很多種類，本人設計的是組合機床上的一個分度工作臺，根據(jù)組合機床所需加工的零件輪廓尺寸，如下圖的零件圖： 圖2.2 根據(jù)所加工零件的尺寸確定的工作臺相關參數(shù)如下： 表2—1 液壓式數(shù)控分度工作臺相關參數(shù) 中心高 430mm 中心套孔直徑 30mm 工作臺臺面直徑 80

19、0mm 主軸連接尺寸 494mm T型槽寬度 22mm 分度角度 90 使用壓力 2.5MPa 使用流體 液壓油 分度方向 順/逆時針 最大載重量 3000kg 分度精度 0.2″ 重復精度 0.2mm 2..3液壓式數(shù)控分度工作臺的液壓系統(tǒng)設計 2.3.1液壓系統(tǒng)的方案設計 通過液壓式數(shù)控分度工作臺的基本原理和動作過程，可以了解到工作臺需要有兩個液壓系統(tǒng)：一個是提供壓力使工作臺實現(xiàn)抬起和下降的動作，而另外一個液壓系統(tǒng)是實現(xiàn)工作臺72分度回轉的動作。這兩個動作過程都需要液壓系統(tǒng)具有使工作臺平穩(wěn)動作的功能，不要在工作臺抬起、下降分度的

20、時候產生顫動，影響加工精度。 圖2..3 如圖2.2所示，在液壓缸的兩側油路上都串接一液壓單向閥（液壓鎖），活塞可以在行程的任何位置上鎖緊，不會因外界的原因而顫動，而其鎖緊精度只受液壓缸的泄漏和油液壓縮性的影響。為了保證鎖緊迅速準確，換向閥采用了H型中位機能。這種液壓系統(tǒng)能很好的滿足液壓式數(shù)控分度工作臺的要求。 2.3.2液壓泵的選擇 根據(jù)液壓式數(shù)控分度工作臺的基本參數(shù)和CAD輔助設計對零件的設計，可以知道：實現(xiàn)工作臺的分度的液壓系統(tǒng)的壓力遠比實現(xiàn)工作臺上下運動的壓力要小，兩個液壓系統(tǒng)選

21、擇相同的液壓泵，所以選擇液壓泵的時候只要滿足上下運動的即可。 根據(jù)工作臺的最大承重量為3000kg。根據(jù)如圖2.3所示設計的活塞尺寸： 圖2.4 活塞的作用面積為半徑110mm和半徑80mm圍成的環(huán)面。計算過程如下： F=mg F=3000kg9.8N/kg=29400N 根據(jù)《液壓傳動手冊》選擇CB-B4齒輪油泵，為工作臺液壓系統(tǒng)的液壓泵，其具體參數(shù)如表2—2： 表2—2 液壓泵參數(shù) 型號 流量 [l/

22、min] 壓力 [MPa] 轉速 [rpm] 容積效率η[%] 重量 [kg] 驅動功率 [kW] CB—B4 4 2.5 1450 ≥85 2.8 0.21 2.4液壓式數(shù)控分度工作臺的數(shù)控系統(tǒng)設計 根據(jù)液壓式數(shù)控分度工作臺的動作過程，設置了四個數(shù)控指示燈，其數(shù)控指令的動作順序如表2—3： 表2—3 液壓式數(shù)控分度工作臺數(shù)控系統(tǒng)動作順序 指令 動作 完成信號 抬起 工作臺抬起，開關D松開 發(fā)出抬起到位信號 分度 擋塊17壓到推桿16，E開關閉合 發(fā)出分度到位信號 下降 工作臺下降，開關D閉合 發(fā)

23、出下降夾緊信號 返回 擋塊14壓到推到15，開關C閉合 發(fā)出分度結束信號 3液壓式數(shù)控分度工作臺部件設計 3.1工作臺的設計 3.1.1工作臺整體尺寸的設計 液壓式數(shù)控分度工作臺作為需要回轉的部件，在其上還會有專業(yè)的夾具。為了滿足其分度的功能，所以工作臺做成圓形件，且根據(jù)工作臺的加工零件范圍：最大載重量為3000kg,所以工作臺臺面選取800mm，工作臺的高度為130mm。工作臺表面需要T型槽，用于工作臺上夾具的定位夾緊。為了使工作臺耐用，在工作臺的中心處設計一個中心孔，用于安裝襯套的安裝。工作臺的下端面需要與中心轉軸和端齒盤安裝定位，

24、所以要設計一個槽，槽寬與槽深都是根據(jù)端齒盤的尺寸來設計確定的。 3.1.2工作臺T型槽設計 工作臺T型槽的作用是用T型槽固定工作臺上的夾具。T型槽的布置需要根據(jù)工作臺的尺寸確定，根據(jù)設計時的方案，T型槽長度為320mm，由于是五工位，所以布置5個T型槽，均布在工作臺的上表面。 根據(jù)工作臺的結構要求和《機械設計簡明手冊》T型槽及螺栓頭部尺寸（摘自GB/T158-1996），選擇如下： 圖3—1 T型槽|A|基本尺寸/mm：22 T型槽|B|基本尺

25、寸/mm：38 T型槽|C|基本尺寸/mm：18 螺栓選擇 公稱尺寸/mm：M20 3.1.3工作臺中心孔設計 工作臺的中心孔設計，是根據(jù)在工作臺中心孔上有一個襯套，襯套的作用是：當襯套磨損了，可以方便更換。如果不用襯套，磨損后，則需要更換工作臺。因其是標準件，加工方便，更換成本低，而且還能起到一定的導向作用。襯套與工作臺的中心孔為小過盈配合。所以根據(jù)工作臺結構要求和襯套的標準規(guī)定可得，工作臺中心孔的孔徑為39mm。選取的襯套為外徑φ30mm，長45mm的襯套。 3.1.4工作臺螺孔分布設計 液壓式數(shù)控分度工作臺需要中心軸和端齒盤與工作臺具

26、有精確的相對位置。而工作臺是由許多點、線、面組成的一個復雜空間幾何體。當考慮中心軸和端齒盤在工作中占據(jù)一正確位置時，在實際安裝，進行零部件需要螺栓的夾緊和定位銷的定位相結合才能滿足工作臺的動作要求。對于中心軸本設計采用螺栓和定位銷在工作臺上圓周均布，一般都采用三個螺栓與兩個定位銷對工作臺及其部件進行定位夾緊。而對于端齒盤，由于選用的是標準件，工作臺上的孔必須與端齒盤向對應。估設計出的工作臺如下： 圖3.2 3.2端齒盤 由于端齒盤是標準件，根據(jù)工作臺的尺寸，依據(jù)JB-T4316.1—1999 選用端齒盤的

27、參數(shù)如下： 圖3.3 外徑D：630mm 內徑d：500mm 齒數(shù)z：180 齒長F：25mm 齒盤副厚度H：80mm 體厚H1:30mm 齒盤厚度H/2+m：42.16mm 齒距t：11mm 齒厚S：5.5mm 齒內徑d0:580mm 全齒高h:7.2mm 齒頂高m：2.17mm 空刀槽寬P：3.0mm 槽底傾角a：051′58″ 分布圓直徑D1：540mm 螺栓孔數(shù)量：12 直徑：d1:17.5mm 沉孔：d2:28mm 沉孔深度b：16mm 錐孔d3：16mm 倒角C：2 最小抬起量

28、：4.8mm d4：M16 3.3中心軸設計 3.3.1中心軸尺寸設計 液壓式數(shù)控分度工作臺的中心轉軸其結構尺寸基本上是按照工作臺的整體尺寸確定的，其上端面的螺孔與定位銷都是根據(jù)工作臺的上端面的螺孔分布來設計的。其下端面的螺孔是根據(jù)與之配合的齒圈設計的，中心軸會有20mm嵌進齒圈的中心槽進行定位，再使用三個均布的螺栓緊固。 中心軸最重要的部分是其右端面的直徑大小，在工作臺結構允許的條件下，盡可能的使中心軸的支撐面大。因為液壓式數(shù)控分度工作臺在分度旋轉的時候，需要液壓油頂起活塞，活塞兩端都有推力球軸承，通過推力球軸承頂起中心軸支撐面，在此過程中工作臺的重心不一定在中

29、心，所以會產生一定的傾覆力。中心軸的支撐面越大則產生的傾覆力越小，分度后的中心重復定位精度也將會提高。所以根據(jù)工作臺和端齒盤的尺寸，允許中心軸支撐面的最大尺寸為494mm。 圖3.4 3.3.2中心軸軸承選擇 根據(jù)中心軸的動作原理，可知需要選擇推力球軸承： 推力球軸承：推力球軸承由底圈、軸圈和鋼球保持架組件三部分構成。與軸配合的稱軸圈，與外殼配合的稱底座圈。 推力球軸承種類：按受力情況分單向推力球軸承和雙向推力球軸承。單向推力球軸承可承受的單向軸向負荷。雙向推力球軸

30、承可承受雙向軸向負荷。雙向推力球軸承，其中圈與軸配合。底圈的安裝面成球面的軸承，具有調心性能，可以減少安裝誤差的影響。推力球軸承不能承受徑向負荷，極限轉速較低。 推力球軸承的用途：只適用于承受一面軸向負荷、轉速較低的機件上，例如起重機吊鉤、立時水泵、立時離心機、千斤頂、低速減速器等。軸承的軸圈、底圈和滾動體是分離的，可以分別拆裝。 根據(jù)中心軸的軸頸：上端的軸頸100mm，查《機械設計課程設計手冊》表6—8推力球軸承（GB/T301—1995摘錄）可知，選用軸承代號為：51120。為了便于軸上零件的安裝，下端軸頸是90mm，查《機械設計課程設計手冊》表6—8推力球軸承（GB/

31、T301—1995摘錄）可知，選用軸承代號為：5118。 圖3.5 3.4活塞設計 液壓式數(shù)控分度工作臺的活塞設計，根據(jù)軸心轉軸的結構尺寸可以確定活塞中心孔的大小為94mm，在設計中，當兩個接觸面的距離較長時，尅適當減少接觸面的距離，降低加工難度，也提高了精度。如圖活塞的的上端面是一個專門的推力球軸承的支撐槽，推力球軸承的外徑為135mm，根據(jù)要求選擇了支撐槽的直徑為140mm。活塞尺寸如圖3.6所示： 圖3.6 活塞的半徑是根

32、據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力確定的，活塞作為液壓油驅動的部件，在其運動過程中難免會發(fā)生泄漏現(xiàn)象，所以也需要密封圈，根據(jù)密封圈可以設計出活塞上的密封槽。根據(jù)結構要求，活塞需要液壓油才能驅動，根據(jù)活塞工作原理，所以齒條需要密封。密封可以分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封盒直接接觸密封三大類。根據(jù)工作壓力，靜密封又可以分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材料較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材料較硬接觸寬度窄的金屬墊片。動密封可以分為螺旋密封盒往復密封兩種基本類型。按密封件與其相對運動的零部件是否接觸，可分為接觸式密封盒非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可以分為圓周密封和端

33、面密封，端面密封又稱機械密封。動密封中的離心密封盒螺旋密封，是借助機械轉動時給介質以動力得到密封。 經過以上的介紹，可知活塞需要往復的運動，所以需要動密封元件，本設計選擇O型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機械設備上，在工作壓力0—70MPA、溫度為-40—+120℃的不同液體和氣體介質中，在固定或運動的情況下起密封作用。根據(jù)《機械設計課程設計手冊》查表7—13查得適用于活塞的密封圈如圖3.7所示： 圖3.7 表3—1 密封圈尺寸選型表 小密封圈 尺寸 大密封

34、圈 尺寸 D1 1551.19 D1 2121.57 D2 3.550.10 D2 5.300.13 3.5傳動系統(tǒng)設計 3.5.1傳動系統(tǒng)總體方案設計 根據(jù)液壓式數(shù)控分度工作臺的工作原理，在工作臺需要分度的時候，液壓油進入活塞下部將工作臺頂起，同時齒圈和下齒輪嚙合，準備分度。上升到位后，液壓系統(tǒng)將使液壓油進入齒條油腔，推動齒條，齒條與上齒輪嚙合，并帶動上齒輪運動，上齒輪與下齒輪是做成一體的，所以上齒輪帶動下齒輪旋轉。下齒輪與齒圈嚙合在一起，并且齒圈與轉軸是固定的，所以齒條的水平運動館將會帶動工作臺的旋轉。 綜上所訴，此傳動系統(tǒng)的最主要的作

35、用就是通過齒輪齒條和齒輪齒圈的嚙合使齒條的水平運動轉變成工作臺的分度運動。即為圖3.8所示： 圖3.8 經過動作的分析，在此設計中，齒輪齒條的作用只是分度時進行嚙合，而且分度時傳遞的力只是克服轉軸與活塞內孔壁摩擦力，此摩擦力比較小，所以齒輪齒條的設計計算只是根據(jù)傳動系統(tǒng)的設計方案和工作他的具體尺寸確定的。所以齒條半徑為35mm，齒輪分度圓半徑為130mm。 液壓泵的工作壓力是2.5MPa。 1、齒輪齒條轉矩 根據(jù)工作臺零部件之間合理的分布，可以確定齒條半徑為35mm，齒條油腔的

36、面積為： S=π*R=3.1435=3846.5mm 所以齒條在分度時受也養(yǎng)過的推理為： F=P*S=2.53846.5=9616.5N 齒輪齒條嚙合時，所受的轉矩就是克服中心轉軸與活塞內壁的摩擦力，此摩擦力比較小。假設1000Nmm 2、齒輪齒條的轉速 由齒輪齒條的分度圓嚙合條件可知，工作臺實現(xiàn)72分度時，齒輪需要轉動五分之一個圓周，所以 L=π*d1/5 =3.142601/5 =163.28mm 齒輪

37、轉動的圓周長度也即是齒條分度時需要運動的長度，即為齒條油缸的長度。所以齒條油缸的體積為： V=π*r*L =3.1435163.28 =0.642250E6mm 選擇的液壓泵流量為:4L/min 所以分度工作臺分度需要的時間為： t=V/q=9.5s 綜上所訴，齒條在分度嚙合的時候速度為： V=L/t=17.4mm/s 齒輪在分度時的轉速： n=60/(t5)=1.2

38、5r/min 3.5.2齒輪齒條設計計算 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算過程 單 位 計算（或確定）結果 1.選齒輪精度等級 查[1]表10—8 選用7級精度 級 7 2.材料選擇 查[1]表10—1 齒條選用45號鋼（正火處理）硬度為200HBS 大齒輪選擇45號鋼（正火處理）200HBS 齒輪200HBS 齒條200HBS 3.選擇齒數(shù)Z Z1≥17 Z2=iZ1 U=Z2/Z1 取Z1=130 Z2=1130 =130 U=Z2/Z1=1 個 選擇：齒輪齒數(shù)為40，齒條齒數(shù)為42 傳動比1:1 4.按齒面接觸強度設計 (

39、1)試選Kt Kt=1.2---1.4 取Kt=1.3 Kt=1.3 (2)區(qū)域系數(shù)ZH 由[1]圖10--30 ZH=2.433 ZH=2.433 (3)計算齒條傳遞的轉矩 根據(jù)上述可知 T=19110 Nmm T=19110Nmm (4)齒寬 由結構可知 B=22mm B=22mm (5)材料的彈性影響系數(shù)ZE 由[1]表10—6 ZE=189.8 MPa ZE=189.8 (6)齒輪接觸疲勞強度極限 由[1]圖10-21c 由[1]圖10-21d MPa (7)應力循環(huán)次數(shù)N 由[1]式10-13

40、 (8)接觸疲勞強度壽命 由[1]圖10-19 (9)計算解除疲勞強度許用應力 取是小概率為1%，安全系數(shù)S=1，由[1]式10-12得 (10)試算小齒輪分度圓直徑 按[1]式10-21試算 (11)計算圓周速度v v=17.4mm/s m/s 0.0174m/s (12)模數(shù) b/h=22/3.9=5.64 (13)計算載荷系數(shù)K 由[1]表10-2查得使用系數(shù) 根據(jù)v=0.0174m/s，7級精度，由[1]圖10-8查得動載荷系數(shù) 由[1]表10-4查得 由[1

41、]圖10-13查得 假定，由[1]表10-3查得 故載荷系數(shù) (14)按實際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑 由[1]式10-10a mm (15)計算模數(shù) mm 5.按齒根彎曲強度設計 (1)計算載荷系數(shù)K K=11.071.51.35=2.167 K=2.167 (2)齒形系數(shù) 由[1]表10-5 (3)應力校正系數(shù) 由[1]表10-5 (4)齒輪的彎曲疲勞強度極限 由[1]圖10-20b 由[1]圖10-20c MPa (5)彎曲疲勞強度壽命 由[1]圖10-18利用插值法可得

42、 (6)計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，由[1]式10-12得 MPa (7)計算大小齒輪的 結論：齒條和齒輪的系數(shù)一樣，所以任選其一都可，此設計選齒輪 (8)齒根彎曲強度設計計算 由[1]式10-17 mm 結論：對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的發(fā)面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的發(fā)面模數(shù)，取 =2，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，須按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=260mm來計算應有的齒數(shù)。于是由：，取，則 6.幾何尺寸計算 (1)計算中心距a 根據(jù)結構需求 齒輪齒條中心距無窮大 mm

43、 a無窮大 (2)計算齒輪的分度圓直徑d d1=zm=1302=260 d2是齒條無窮大 d1=zm=260 mm d1=260 d2是齒條無窮大 (3) 計算齒輪的齒根圓直徑df df=d-2.5mn df1=d-2.5mn =260-22.5 =255 df2為齒條齒根圓，所以無窮大 mm df1=255 df2無窮大 (4)計算齒輪的寬度B 根據(jù)結構需求 圓整后?。? B1=22 B2=10 mm B1=22 B2=10 (5)驗算 所以合適 注：上表依據(jù)均來自《機械設計》第十章齒輪傳動 所以，由工作臺

44、的結構尺寸可以確定齒輪的結構尺寸。齒輪的分度齒分布分布在115 范圍內，且齒數(shù)為40齒。齒輪具體結構如圖3.9所示： 圖3.9 根據(jù)結構要求，分度齒條需要液壓缸進行驅動，所以液壓系統(tǒng)中相當于活塞的作用，根據(jù)活塞的工作原理，所以齒條需要密封。 經過以上的介紹，可知齒條需要往復的運動，所以需要動密封元件，本設計選擇O型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機械設備上，在工作壓力0~70MPa、溫度為-40~+120℃的不同液體和氣體介質中，在

45、固定或運動的情況下起密封作用。根據(jù)《液壓設計傳動手冊》表9-4查得適用于此齒條的密封圈如圖3.10： 圖3.10 如圖所示：密封圈的公稱內徑 D=67mm 端面尺寸 d=3.55mm 密封圈溝槽設計 根據(jù)上表面截圖尺寸d=3.55可以得出密封圈溝槽尺寸。 溝槽深度E1=3.1mm 溝槽寬度G0=4.2mm 在工作臺分度時，需要轉動72齒輪的分度齒分布在115范圍內，所以與齒輪嚙合的齒條分布長度L

46、 取與齒條嚙合的長度為270mm，齒條齒數(shù)為42齒。 所以齒條的尺寸如圖3.11所示： 圖3.11 3.5.3齒圈設計 在分度工作臺進行分度的時候，齒條帶動上齒輪，下齒輪與齒圈嚙合而帶動工作臺和中心軸一起轉動72。所以在此過程中下齒輪與齒圈的嚙合只是做精確定位的作用并沒有相對的轉動。所以下齒輪和齒圈只是需要按結構尺寸確定即可： 齒圈的分度圓直徑等于下齒輪的直徑已知為227.5mm 由d=zm可知，齒圈分度圓直徑已知為227.5mm。

47、根據(jù)工作臺的工作原理，可知下齒輪和齒圈的齒數(shù)應為5的倍數(shù)才能滿足要求，查《實用機械傳動設計手冊》表1-3，可以推算，當m=1.75時，根據(jù)： d=mz, z=d/m=227.5/1.75=130 根據(jù)選定的d=227.5mm,m=1.75,z=130可以得出： 齒圈的齒頂圓直徑： 時， 齒圈齒根圓直徑： 齒圈需要帶動中心中（工作臺）旋轉，所以需要定位

48、在中心軸上，根據(jù)定位原理，中心軸和齒圈需要選定位，之后再用螺栓緊固。在此設計中齒圈與中心軸的定位是在齒圈的中心開一個與中心軸一樣的槽，使中心軸下端嵌進齒圈槽，再用三個螺栓在軸端均勻分布緊固。其具體結構如圖3.12： 圖3.12 3.6工作臺底座設計 3.6.1材料選擇 工作臺的底座在鑄件經加工后的一個零部件，工作臺底座的壁厚與選擇的材料有關，所以據(jù)表3-2： 表3-2 鑄造碳鋼機架常用材料 牌號 特點及應用舉例 ZG200-400及ZG23

49、0-450 有一定的強度、良好的塑性與韌性，有較高的導熱性、焊接性切削加工性。但排除鋼水中的氣體和雜志比較困難，所以容易氧化和熱裂。常用語模鍛錘座、外殼、機座、軋鋼機機架、鍛錘氣缸體和箱體等。 ZG270-500 它是大型鑄鋼件生產中最常用的碳素鑄鋼、具有較好的鑄造性和焊接性，但易產生較大的鑄造應力引起熱裂。廣泛應用于軋鋼、鍛壓、礦山等設備，如軋鋼機機架、輥道架、連軋機機座、萬能板坯扎機機架，水壓機橫梁和中間底座，水壓機基礎平臺、曲柄壓力機機身、鍛錘。 ZG310—570 用于重要機架。 選擇ZG200—400作為工作臺底座的材料。 3.6.2壁厚選擇 鑄件的

50、壁厚太薄，容易發(fā)生白口和裂紋，故必須結合零件的復雜程度、尺寸大小、材料以及制造工藝來確定。根據(jù)《機械設計手冊》鑄件最小允許壁厚可查得，壁厚選擇為30mm。在工作臺底座需要有液壓油管道，所以根據(jù)《液壓傳動手冊設計》管道庇護計算公式： 工作臺底座管道壁厚的計算，根據(jù)《工程材料》表6—7工程用碳素鑄鋼的牌號、含碳量、力學能與應用?？芍猌G200—400的許用應力為：200NPa。 由上式可得： 所以在工作臺的底座設計的液壓油管道與底座壁有0.025mm就不會發(fā)生 泄漏，為其安全考慮在本設計中一般都大于3mm

51、。 3.6.3鑄造斜度 根據(jù)設計的要求工作臺底座需要的鑄造斜度從表3—3中可知 表3—3 鑄造斜度 斜度b:h 角度β 應用范圍 1:5 1130′ h<25mm時鋼和鐵的鑄件 1:10 530′ h=25~50mm時鋼和鐵的鑄件 1:20 3 h=25~50mm時鋼和鐵的鑄件 工作臺底座的鑄造斜度選擇第三種方案，即是3。 3.6.4加強筋 圖3.13 根據(jù)圖3.12的設計依據(jù)，加強筋分布在工作臺的

52、外部，所以選擇工作臺底座的加強筋為：a=0.830=24mm 加強筋的分布按照工作臺底座的結構要求分布的。 3.6.5定位分布 液壓式數(shù)控分布工作臺運用于加工中心機床上，所以工作臺底座還需要在機床上定位與夾緊設計。較常用的機床與工作臺的定位與夾緊是通過T行槽的設計完成的，機床上的T型槽如下： 根據(jù)工作臺的結構要求和《機械設計手冊》T型槽及螺栓頭部尺寸（摘自GB/T158—1996），選擇如下： T型槽|A|基本尺寸/mm：54 T型槽|B|基本尺寸/mm： 90 T型槽|C|基本尺寸/mm：40 螺栓選擇 公稱尺寸

53、/mm：M48 圖3.14 工作臺底座的設計需要用定位鍵進行定位，選擇M48的螺栓進行固定，所以槽寬為85。螺栓安裝的尺寸中心線為T型槽的間距尺寸，根據(jù)《機械設計手冊》T型槽間距尺寸 摘自（GB/T 158—1996） 表3—4 T型槽間距尺寸 由上表可知選擇p=500mm 工作臺底座的其他結構可根據(jù)工作臺的功能要求和其他部件的結構尺寸確定，最終確定如圖3.15工作臺： 圖 3

54、.15 3.7活塞密封塊設計 分度工作臺的活塞腔有兩部分組成：一是活塞上腔，其作用是在工作臺完成分度以后，通過液壓油使工作臺下降、端齒盤嚙合；二是活塞下腔，其作用是工作臺在需要分度時候通液壓油，使工作臺上升，端齒盤脫離嚙合，準備分度。活塞的下腔是由工作臺底座的內壁和活塞形成的，而活塞的下腔是活塞和工作臺底座內壁和活塞密封塊組成的。 活塞密封塊的內壁是根據(jù)活塞桿的直徑設計的，密封塊的定位使用定位鍵M1240，使用螺栓固定。所以根據(jù)其他結構和密封塊本身的要求，其結構如圖3.16： 圖3.16 3.8推桿導

55、向塊設計 推桿導向塊的設計主要是根據(jù)工作臺底座的設計尺寸，與分度工作臺分度時需要的角度相結合。因為在工作臺分度的時候是利用擋塊和推桿實現(xiàn)分度信號的傳送的。所以再設計推桿導向塊時應按擋塊的位置設計推桿孔。 圖3.17 3.9設計原理和結構 根據(jù)設計時的思路完成了工作臺的設計，在本設計中首先我把設計分成了三大部分，其中包括：工作臺的定位結構、工作臺的夾緊與松開結構、工作臺的分度結構。 3.9.1工作臺的定位原理和結構 圖3.18 如上圖3—17所示，

56、在工作臺分度完成后的定位主要是通過端齒盤實現(xiàn)的，也即是下端齒盤3和上端齒盤4的嚙合對工作臺進行定位。而在需要分度的時候，工作臺的定心精度主要是通過活塞6、中心軸和工作臺底座及密封塊安裝固定的。 3.9.2工作臺松開、夾緊原理和機構 圖3.19 如上圖3.18所示，工作臺需要分度時是通過油道1進油使活塞2向上運動，同時推動推力球軸承4使中心軸5向上運動，從而工作臺也向上移動，實現(xiàn)上端齒盤6和下端齒盤7的松開，為實現(xiàn)分度動作做好準備。 當工作臺分度完成后，

57、需要下降使工作臺夾緊時，油液會從油道8進入活塞缸上腔，使活塞2向下移動，中心軸5帶動工作臺下降。使上端齒盤6和下端齒盤7嚙合，實現(xiàn)工作臺的夾緊定位。 3.93工作臺分度的原理和機構 圖3.20 液壓式數(shù)控分度工作臺設計最重要的結構就是分度部分，此設計中的分度結構如上圖3.19所示，工作臺需要分度時，上升到一定高度，使中心軸5下端的內齒圈12與下齒輪9嚙合，為分度做好準備。數(shù)控指令控制液壓油進入齒條8油腔推動齒條活塞運動，齒條的運動帶動與之嚙合的齒輪9轉動，使齒條8的

58、直線運動轉變?yōu)辇X輪9的旋轉運動。齒輪9的轉動帶動內齒圈12的轉動，因為內齒圈12與工作臺的中心軸5固定，所以齒輪傳動系統(tǒng)的運動帶動工作臺的轉動，當工作臺轉動到位時發(fā)出數(shù)控信號，表示轉動到位，實現(xiàn)了工作臺72分度動作。 4總結 為期半學期的緊張而艱苦的畢業(yè)設計就要結束了。此時此刻我仿佛歷經一次翻山越嶺。登上了高山之巔，頓時心曠神怡，眼前豁然開朗。 畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。“千里之行始于足下”，通過這次畢業(yè)設計我們深深體會到這句千古名句的真正含義。我今天認真的進行了畢業(yè)設

59、計， 學會腳踏實地地邁開這一步，就是為了明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。 書是前人正確經驗的總結，我們做畢業(yè)設計是離不開工具書的。它可以給我們很多有用的知識，幫我們解決一些難題，但事非躬親很難在腦海中留下深刻的印象，對別人的經驗，自己要從實際出發(fā)，多動點手去做，把前人的只是經驗變成自己的力量。摸著石頭過河是我們初學者必須要的精神，只有自己動手了，錯誤的會改正，正確的繼續(xù)發(fā)揚，這樣才符合畢業(yè)設計的要求。 老師是我們做畢業(yè)設計的最好導航，無論在做設計數(shù)據(jù)篩選，加工工藝遇上的種種問題我們自己不能解決都需要老師的幫助。老師具備專業(yè)的知識和過硬的事跡操作經驗，是我們在機械

60、制造業(yè)中航行的指明燈，老師不會什么都親手的幫我們做好，他主要的工作是指引我們，啟發(fā)我們?！笆谥贼~不入授之以漁”，以老師的話來說：親手幫你做好了一次，下次遇到同樣的問題，你們還是不會解決，那不是等于沒有教，出去外面沒有人幫你的忙豈不是不會做了，你們要學會獨立思考，提高自己的學習能力。畢業(yè)設計畢竟是一個較為漫長的過程，其中有苦有樂，每當我們灰心意志消沉時得到老師的鼓勵，我們都會信心大增，每當做出的成績能換來老師一個微笑，我們都會感到心滿意足，彼此的交流讓我們師生的感情更融洽。 人們說：美好景色在頂峰，人克服困難換來成功的喜悅才是最幸福的事。畢業(yè)設計做完了，畫上一個完美的句號，也嘗到成功

61、的味道，但漫漫的人生路還需要繼續(xù)努力。面對日趨激烈的就業(yè)形勢，我們相信只要學好知識技術，以一種刻苦勤勞的精神對待工作，我們定會活出不平凡的人生。 致 謝 隨著對這篇本科畢業(yè)論文的最好落筆，我四年的大學生活也即將劃上一個圓滿的句號?；貞涍@四年生活的點點滴滴，從入學時對大學生活的無限憧憬到課堂上各位老師學術學識的深沉沉湎，從奔波于教室圖書館的來去匆匆到業(yè)余生活的五彩繽紛，一切中的一切都是歷歷在目，讓人倍感留戀，倍感珍惜！ 四年重慶理工大學的學習生活注定將成為我人生中的一段重要旅程。四年來，我的師長、我的領導、我的同學給予我的關心和幫助，使我終身受益，我真心地感

62、謝他們。 在完成整個畢業(yè)設計過程中，黃強老師作為我的指導老師，他治學嚴謹，學識淵博，視野廣闊，為我營造了一種良好的學術氛圍。置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，而且樹立了明確的學術目標，領會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力，與無微不至、感人至深的人文關懷，令人如沐春風、倍感溫馨。正是由于他在百忙之中多次審閱、對細節(jié)進行修改，并為我的畢業(yè)設計提供了很多中肯寶貴的意見，畢業(yè)設計才得以完成。 在此特向黃強老師致以衷心的謝意！向他無可挑剔的敬業(yè)精

63、神、嚴謹認真的治學態(tài)度、深厚的專業(yè)修養(yǎng)和平易近人的待人方式表示深深的敬意！此外，本文的撰寫參考了大量的雜志期刊和專業(yè)叢書，由于參考期刊太多，不能一一注明，敬請原諒并向所有作者和期刊物致以誠摯的謝意！由于本人水平有限，紕漏之處在所難免，懇請各位老師不吝賜教。 書道用時方恨少，在這篇論文的寫作過程中，我深感自己的水平還非常的欠缺。生命不息，學習不止，人生就是一個不斷學習和完善的過程，敢問路在何方？路在腳下！ 參考文獻 【1】金振華等.組合機床及其調整與使用，機械工業(yè)出版社； 【2】叢鳳廷等.組合機床設計，機械工業(yè)出版社； 【3】馮辛安等.機械制造

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