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畢業(yè)設計（論文）
設計（論文）題目：TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺機械設計
學 院 名 稱： 機械工程學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學 生 姓 名： 劉凱 學號： 11403010113
指 導 教 師： 鄭書華
2015年 1 月 20日
VI
摘 要
本次設計是對TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺機械設計的設計。鼠牙盤齒輪具有高的分度精度，能傳遞大扭矩，所以廣泛用于數控機床、加工中心機床、轉塔車床和鍵床等分度機構和圓分度工作臺上鼠牙盤的嚙合相當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到均勻的接觸，分度精度非常高加工中心機床上采用鼠牙盤定位的分度工作臺的定位精度一般都在±5絲左右。鼠牙盤還具有以下優(yōu)點：首先，能進行高精度的結合分度。其次，能正確的進行自動對中，嚙合時不需再找正中心。再次，直線齒向對于選擇磨削砂輪的外徑自由度大。最后，具有互換性，耐磨性好，經濟效率高。
本論文研究內容：
(1) TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺總體結構設計。
(2) TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺工作性能分析。
(3)電動機的選擇。
(4) TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺的傳動系統、執(zhí)行部件設計。
(5)對設計零件進行設計計算分析和校核。
(6)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖。
關鍵詞：TH6340B，臥式加工中心，鼠牙盤式，分度工作臺
Abstract
This 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.
(6) drawing machine assembly drawing and assembly drawingdesign of important parts and parts drawings.
Keywords: TH6340B, horizontal machining center, mouse toothdisc, indexing table
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 V
第1章 緒 論 1
1.1 數控系統的發(fā)展 1
1.2 分度工作臺的基本原理 2
1.3工作臺伺服進給系統 2
1.4 伺服驅動裝置 4
1.5 課題研究的目的和意義 4
第2章 設計的內容及要求 6
2.1課題的主要內容和基本要求 6
2.2進度計劃與應完成的工作 6
2.3 設計的內容 7
2.3.1 數控裝置總體方案的確定 7
2.3.2 機械部分的設計 7
2.3.3 編寫設計說明書 7
2.4鼠牙盤式分度工作臺原理設計 7
第3章 TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺主要結構原理設計 9
3.1 傳動系統總體方案設計 9
3.2 齒輪齒條設計計算 11
3.3 齒圈設計 17
第4章 繪制TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺主要零件的設計 19
4.1 鼠牙盤設計 19
4.2 主軸設計 21
4.2.1 主軸尺寸設計 21
4.2.2主軸軸承選擇 22
4.3 活塞設計 22
第5章 TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺分度總體設計 24
5.1液壓系統的方案設計 24
5.2 工作臺定位原理和結構 26
5.3 工作臺松開、夾緊原理和結構 26
5.4 工作臺分度原理和結構 27
結論 29
致 謝 30
參考文獻 31
第1章 緒 論
1.1 數控系統的發(fā)展
1946誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它創(chuàng)造和農業(yè)的人，那些只是增加相比，手工工具的工業(yè)社會，從一個質的飛躍，為信息時代的到來奠定了基礎。6年后，在1952，計算機技術應用到本機，在美國出世第一臺數控機床。從此，傳統機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統經歷了兩個階段和六代。
數控相（1952 - 1970年）
早期計算機的運算速度低，當時的科學計算和數據處理的影響很小，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路；作為一個專用計算機數控系統的機床，稱為數控硬件連接（HARD-WIRED NC），簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個時期經歷了三代，1952的第一代管；1959晶體管的第二代；小規(guī)模集成電路第三代1965。
電腦數值控制（CNC）階段（1970至今）
1970，通用汽車一直在電腦的小批量生產。所以它將被移植作為數控系統的核心部件，開始進入計算機數控（CNC）階段（計算機和它的“通用”兩個字省略前面）。1971，美國英特爾公司在世界上首次將兩個計算機算術單元和控制器的核心部件，集成在一個芯片采用大規(guī)模集成電路技術，稱為微處理器（微處理器），也被稱為中央處理單元（CPU）。
1974微處理器被應用于數控系統。這是因為計算機的功能太小，機床的控制能力富裕（時間已被用來控制機床，稱為組），如采用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性不理想。早期的微處理器速度和功能還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。微處理器是計算機的核心部件，它仍稱為計算機數控。
1990，PC機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足數控系統的要求為核心部件。數控系統已經進入了基于PC的階段
總之，計算機數控階段也經歷了三代。1970的小型計算機第四代；1974第五代和第六代1990基于PC微處理器（國外稱為PC-BASED）。
同時指出，雖然國外已改名為電腦數值控制（CNC），而在中國，它仍然是指數控（NC）。所以我們日常說：數控實質上是指計算機數值控制。
3數控系統的未來發(fā)展趨勢
（1）繼續(xù)開放的，基于PC機開發(fā)的第六代
隨著開放，成本低，可靠性高的PC，豐富的軟硬件資源特點的基礎上，更多的數控系統生產廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，解決了人機界面，編程，網絡通信的問題，通過對原系統的數控任務。PC機具有友好的人機界面，將普及到所有的數控系統。遠程通訊，遠程診斷和維修將更常見。
（2）高速度和高精度的發(fā)展
這是為了滿足機床的高速度和高精度方向發(fā)展的需要。
（3）向智能化方向發(fā)展
在計算機領域的不斷滲透人工智能的發(fā)展而發(fā)展，數控系統的智能化程度將不斷提高。
1.2 分度工作臺的基本原理
數控控制（Numerical Control）是用數字化信號對機床的運動及其過程進行控制的一種控制方法。
數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，是現代化工業(yè)生產中的一門新型的，發(fā)展十分迅速的高新技術。數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，其技術范圍所覆蓋的領域又：機械制造技術；微電子技術；信息處理傳輸技術；自動控制技術；伺服驅動技術；檢驗監(jiān)控技術；傳感技術；軟件技術等。數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)的是能技術和最基本的裝備。在提高生產率，降低成本，保證質量及改善工人勞動強度等方面，都有突出的優(yōu)點；特別是在適應機械產品迅速更新換代，小批量，多品種生產方面，各類數控裝備是實現先進制造技術的關鍵。
數控機床是采用了數控技術的機床，或者說是裝備了數控系統的機床。國際信息處聯盟（International Federation of Information Processing, IEIP）第五技術委員會，對數控機床作了如下的定義：數控機床是一種裝了程序控制系統的機床。該系統能邏輯的處理具有使用碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。
龍門加工中心經過長期的技術發(fā)展和推動，已從傳統的單軸式發(fā)展到多軸式，從傳統龍門加工中心發(fā)展到現代化智能的加工中心，從單面的加工發(fā)展到多面的加工，發(fā)展速度快，技術比較成熟。但是對于龍門五面體加工中心，由于我國基礎技術薄弱，研究方法落后，資金投入不足等原因，以及國外對核心技術的封鎖，導致我國五面體加工中心發(fā)展緩慢[4]。從龍門加工中心主要部件的發(fā)展情況來看，國內外龍門加工中心的龍門和滑枕的機構基本都具有以下特點：
1. 龍門 主要是由一個橫梁和兩個立柱構成。分為橫梁固定、橫梁靠定位塊
鎖定分段升降和橫梁任意升降三種類型。橫梁固定式結構機床剛性好，但不適合加工大型工件，因為在加工靠近工作臺面的工件部位時，滑枕伸出長度過大，加工剛性較差，影響加工尺寸精度；橫梁靠定位塊鎖定分段升降型結構機床剛性較好，但橫梁升降運動不能與滑枕上下移動聯動，且操作較復雜；橫梁任意升降型結構橫梁升降運動可以與滑枕上下移動聯動，加工范圍較廣，適合新產品開發(fā)。立柱和橫梁的橫截面為矩形，剛性好，可耐重切削并長期保持高精度。主軸箱在橫梁上的導軌有自重平衡裝置，其動作靈活、迅速且準確。由于主軸箱左右移動時，橫梁升降用滾珠絲杠所受負載有變動，使精度降低，所以采用配置在橫梁左右兩側的油缸來平衡主軸箱左右移動造成的變動負載和橫梁本身的自重，以提高機床的精度。
2. 滑枕 從結構上可分為開式和閉式兩種型式。開式結構的滑枕通過壓板夾緊在主軸箱上，滑枕的截面積大；閉式結構的滑枕被夾緊在主軸箱內，滑枕的截面積小。主軸箱內有液壓平衡裝置，使滑枕上下移動靈活，可實現強力重切削。主軸滑枕內部采用強制內冷卻，即使作長時間連續(xù)重切削，也可保持高精度?；淼男谐桃詽M足工件側面下部的加工要求為宜，不宜太長，以免影響加工時的機床剛度?；聿捎靡惑w型的結構，以提高機床的整體剛性。
1.3工作臺伺服進給系統
工作臺伺服進給系統是一機床移動位置為控制量的自動控制系統。它根據數控裝置輸出的電脈沖信號，是機床工作臺、主軸等移動部件按照規(guī)定的運動速度、運動方向和位置要求做相應的移動，并對其定位精度加以控制。工作臺性能在很大程度上取決于進給伺服系統的性能。
進給運動是機床成型運動的一個重要部分，其傳動質量直接關系到機床的加工性能。工作臺的進給運動是數字控制的直接對象被加工工件最終坐標位置精度和輪廓精度都會受到進給運動的傳動的影響。對進給系統的要求集中在精度、穩(wěn)定和快速響應等方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅動電機，同時也需要高質量的機械結構與之匹配。因此工作臺的進給傳動系統機械結構需滿足如下要求。
（1）高的傳動精度與定位精度 工作臺進給系統的傳動精度和定位精度，是機床最重要的性能指標。傳動精度直接影響機床加工輪廓面的精度，定位精度直接關系到加工的尺寸精度。
（2）寬的進給調速范圍 為保證工作臺在不同工況下對進給速度的選擇，進給系統應該有較大的調速范圍。工作臺的伺服進給系統一般為3-10000mm/min。
（3）快的響應速度 所謂快速響應，是指進給系統對指令信號的變化跟蹤要快，并能迅速趨于穩(wěn)定。目前，工作臺已較普遍的采用了伺服電動機不通過減速環(huán)節(jié)直接連接絲杠帶動運動部件實現運動的方案。本次設計就是采用了這個方案來獲取快的響應速度。
（4）低速、大轉矩 根據機床的加工特點，經常在低速下進行重切削，即在低速下進給驅動系統必須有大的轉矩輸出。
此次設計采用的是半閉環(huán)伺服系統。半閉環(huán)系統的精度雖然比閉環(huán)系統的精度要低一些，但是它的結構與調整比較簡單。而且，在半閉環(huán)系統中，轉角測量表較容易實現。應用非常廣泛。
圖2-1 半閉環(huán)進給伺服系統原理圖
1.4 伺服驅動裝置
伺服驅動裝置接收數控系統發(fā)出的進給指令信號，并將其轉換為角位移或直線位移，從而驅動執(zhí)行部件實現要求的運動。伺服驅動裝置應該滿足如下要求。
（1）精度高。輸出位移有足夠的精度，即實際位移與指令位移之差要小。
（2）應該具有較長時間的大過載能力，以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電動機要求數分鐘內過載4-6倍而不損壞。
（3）調速范圍寬，而且從最低速到最高速時，電動機均能平滑運轉，轉矩波動小，特別是在低速（如0.1r/min或更低）時，速度平穩(wěn)而無爬行現象。
（4）能承受頻繁振動、制動和反轉。
在工作臺的閉環(huán)或半閉環(huán)進給伺服系統中，伺服驅動裝置主要采用交、直流伺服電動機。
直流伺服電動機具有良好的啟動、制動和調速特性，可以方便地在寬調速范圍內實現平滑無極調速，故多用在對伺服電機的調速性能要求較高的工作臺上。
交流伺服電動機，轉子慣量比直流電動機小，動態(tài)響應好，輸出的功率可比直流電動機提高10%-70%，可達到更高的電壓和轉速。
1.5 課題研究的目的和意義
工作臺是一種在計算機控制下帶有自動換刀系統的能完成多工序復合加工的自動化機床，并正向高速高效、高精度、模塊化、網絡化和復合化方向發(fā)展。由于工作臺是典型的集高新技術于一體的機械加工設備，其生產效率高、柔性好、一機多用和易于加工復雜的曲線、曲面零件等特點，早已成為工業(yè)發(fā)達國家軍民機械工業(yè)的主力加工設備。
一個國家的工作臺擁有量、消費量及總體技術水平與這個國家機械工業(yè)的加工制造技術水平息息相關。我國的工作臺從70年代開始，已有很大發(fā)展，但技術、品種和數量上都還遠遠不能適應我國的經濟、技術發(fā)展的需要。進入21世紀以后，中國工作臺的消費量隨著軍民機械工業(yè)的大規(guī)模技術改造而迅速增長，如2001年中國工作臺的消費量僅為2662臺（其中進口2290臺），而同年美國、日本和德國的工作臺消費量分別為11505、6090和5291臺。到了2005年，中國工作臺的消費量猛增至約13200臺（估計值，工作臺的產量數據未公布），其中進口10343臺。2005年工作臺的消費量是2001年的4.96倍，年均增幅達49.2%，一舉超過美、日、德諸國，成為世界上消費工作臺最多的國家。
根據《機械工人》雜志社等單位的調查，從近600份重點用戶的有效問卷中得出的結果是，工作臺機床的應用已遍及全國26個行業(yè)，其中汽車、摩托車及其零部件制造業(yè)占24%，航空航天和軍工行業(yè)占18%，機床工具業(yè)占11%，模具行業(yè)占8%，輕工機械行業(yè)占4%。在這些企業(yè)擁有的工作臺中，雖然普及型的立式和臥式工作臺仍占多數，但多軸聯動、高速、大型精密等高檔工作臺也占有一定比重，如在所調查的近600戶用戶中，擁有5軸聯動工作臺的占24%。說明中國市場消費的工作臺雖然以普及型的中檔機為主，但高檔機在消費量中所占比重估計已達15%至20%。
中國消費的工作臺大部分依靠進口（2005年進口量占消費量的七成多），進口金額12.97億美元，居各類機床進口額之首，主要從日本、中國臺灣、德國和韓國等地進口。2006年上半年，中國進口工作臺5511臺，金額6.88億美元，同比分別增長20%和11%，仍保持兩位數增長，說明中國工作臺市場的規(guī)模還有增長空間。
工作臺用于安裝工件，并帶動工件進給，以完成各種切削加工，是任何切削機床必不可少的重要部件。與普通切削機床不同的是，工作臺的工作臺是在數控系統的控制下自動完成進給的，能夠自動完成各種輪廓和曲面的加工。工作臺直線工作臺主要在數控系統控制下完成縱向（X方向）和橫向（Y方向）進給。為了實現任意角度和在切削過程中轉臺能夠回轉，工作臺還要設置數控TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺，這樣工作臺就多了一個NC坐標，能夠完成更加復雜的見曲面的加工。工作臺常用的TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺有分度工作臺和數控TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺，它們的功用各不相同。分度工作臺的功用只是將工件轉位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現工件一次安裝能完成幾個面的加工。而數控TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺除了分度和轉位的功能外，還能實現圓周進給運動。
我國近幾年分度工作臺進給機構雖然發(fā)展較快，但與國際先進水平還存在一定的差距，主要表現在：可靠性差，外觀質量差，產品開發(fā)周期長，應變能力差。
針對傳統分度工作臺進給機構的不足之處及生產中存在的問題，有必要在傳統機床的基礎上研究出新型分度工作臺進給機構。通過對傳統銑床手動的進給系統、夾緊系統及傳動系統的創(chuàng)新設計，加入新技術，從而提高產品質量和生產效率，實現自動化，降低勞動強度及工作量。
分度工作臺進給機構的發(fā)展現狀和趨勢是：在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型進給機構；在性能上將研制以鋼為材料的進給機構，大幅度提高進給機構的承載能力；在形式上繼續(xù)研制多軸并聯，甚至于五軸并聯的進給機構。
綜上所訴，分度工作臺進給機構的開發(fā)和設計具有很高研究的意義.本課題采用類似的機床結構設計成果的方法，進行分度工作臺進給機構的設計，使其能夠實現更好的工業(yè)生產自動化。
本課題對分度工作臺進給機構部件進行了設計，研究了結構，主要部件及典型零件的設計方法，其意義如下：
1、通過對數控機床的結構設計和研究掌握機構設計的一般步驟和方法；
2、通過對課題的研究，了解國內外有關數控機床的技術現狀和發(fā)展趨勢；
3、通過畢業(yè)設計培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神，提供分析問題和解決問題的能力。
第2章 設計的內容及要求
2.1課題的主要內容和基本要求
主要技術參數
①工作臺回轉直徑：400 mm *400mm，工作臺重量800KG
②B軸重復定位精度：±2″
③B軸定位精度：±8°
④B軸的切削進給速度：0~10r/min
⑤主軸轉速：60～6000r/min（高低擋無級變速），主軸錐孔MT6；
⑥徑縱向進給最大速度：4m/min，橫向進給最大速度：4m/min。
⑦主電機功率11/15（30min）Kw。
⑧定量角度分度；
分析TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺的工作原理，設計機械結構裝配圖、零件圖并核算。
2.2進度計劃與應完成的工作
分析TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺結構，查閱相關文獻資料，書寫文獻綜述（2000字以上）；翻譯外文文獻2篇（2000字以上）, 翻譯提供文章的摘要、前言和相關核心段落；撰寫開題報告1篇（2000字以上）；繪制鼠牙盤式分度工作臺的機械結構裝配圖一張（A0）；繪制非標零件圖若張；圖紙工作量3張A0，設計說明書 (10000字以上)。
圖樣質量：計算機繪圖，符合最新標準；表達完整，布置合理清晰、尺寸標注齊全、技術要求全面；零件圖同時要注意結構要素和加工工藝性。
進度計劃：
1、第1-2周，查閱相關資料，了解表面感應加熱機床技術技術要求，完成開題報告；
2、第3周，翻譯一篇與設計相關的英文論文；
3、第4-5周，根據設計要求確定總體方案及計算；
4、第6周，根據設計要求完成AC軸選型，查找其技術參數；
5、第7-11周，完成機床總體結構、Z軸結構及傳動設計；
6、第12-14周，繪制圖紙；
7、第15周，編寫畢業(yè)設計說明書，準備答辯。
2.3 設計的內容
2.3.1 數控裝置總體方案的確定
(1). 明確研究思路和方向，確定設計參數；
(2). 在廣泛調研、收集資料后，完成多種方案設計（兩種以上設計方案）。通過分折、比較、論證，選出最佳設計方案。
2.3.2 機械部分的設計
(1).脈沖當量的確定；
(2).估計機械部件的總體尺寸及重量；
(3).設計，計算和選用傳動元件及導向元件；
(4).電機的確定；
(5).繪制裝配圖；
(6).計算系統等效慣量；
(7).分析系統的精度。
2.3.3 編寫設計說明書
(1) 設計任務、擬定多種方案、分析論證、評價選擇的較佳方案、理論分析、強度校核、系統控制原理、方法、電路配置圖、裝配圖設計及零件設計等。
(2)論文20000字左右。
2.4鼠牙盤式分度工作臺原理設計
鼠牙盤式分度工作臺主要由工作臺面、底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸及鼠牙盤等零件組成，如圖所示。
圖2-7 鼠牙盤式工作臺
1、2、15、16-推桿；3、4-下、上鼠牙盤；5、13-推力軸承；6-活塞；7-工作臺；8-齒條活塞；
9、10-夾緊液壓缸上、下腔；11-齒輪；12-內齒圈；14、17-擋塊；18、19-分度液壓缸右、左腔；20、2l-分度液壓缸進、回油管道；22、23-升降液壓缸進、回油管道
鼠牙盤式分度工作臺的優(yōu)點是分度和定心精度高，分度精度可達±0.5″～±3″。由于采用多齒重復定位，從而可使重復定位精度穩(wěn)定，而且定位剛性好，只要分度數能除盡鼠牙盤的齒數，都能分度，適用于多工位分度。
29
第3章 TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺主要結構原理設計
3.1 傳動系統總體方案設計
根據液壓式數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將會帶動工作臺的旋轉。
綜上所述，此傳動系統的最主要的作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?yōu)楣ぷ髋_的分度運動。即為圖3.10所示：
圖3.10傳動系統
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中心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主要是根據傳動系統的設計方案和工作臺的具體尺寸確定的。所以，齒條半徑為18mm。齒輪的分度圓半徑為64mm。
液壓泵的工作壓力使2.5MPa。
1、 齒輪齒條轉矩
根據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：
式(3.5)
所以齒條在分度時受液壓缸的推力為：
式（3.6）
齒輪齒條嚙合是，所受的轉矩是克服中心轉軸與活塞內孔壁摩擦力，此摩擦力比較小。假設為：
2、齒輪齒條的轉速
由齒輪齒條的分度圓嚙合條件可知，工作臺實現定量角度分度時，齒輪需要轉動四分之一圓周，所以
式（3.7）
齒輪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：
式(3.8)
選擇的液壓泵的流量為：
所以分度工作臺分度需要的時間為：
式(3.9)
綜上所述，齒條在分度嚙合的時候的速度為：
式(3.10)
齒輪在分度時候的轉速為：
式(3.11)
3.2 齒輪齒條設計計算
項目
計算（或選擇）依據
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
大齒輪選用45號鋼（正火處理）硬度為200HBS
齒輪200HBS
齒條200HBS
項目
計算（或選擇）依據
計算過程
單位
計算（或確定）結果
3.選擇齒數Z
取
個
選擇：齒輪齒數為：24
齒條齒數為：20
傳動比為：1
1. 按齒面接觸強度設計
（1）試選
=1.2~1.4
取=1.3
=1.3
（2）區(qū)域系數
由[1]圖10-30
=2.433
=2.433
（3）計算齒條傳遞的轉矩
根據上述可知
（4）齒寬
由結構可知
B=15mm
B=15mm
（5）材料的彈性影響系數
由[1]表10-6
（6）齒輪接觸疲勞強度極限
由[1]圖10-21c
由[2]圖10-21d
（7）應力循環(huán)次數N
由[1]式10-13
(8)接觸疲勞強度壽命
由[1]圖10-19
（9）計算接觸疲勞強度許用應力
取失效概率為1%，安全系數為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
（12）模數
度
（13）計算載荷系數K
由[1]表10-2查得使用系數根據，7級精度，由[1]圖10-8查得動載荷系數
由[1]表10-4查得
K=2.2791
（14）按實際的載荷系數校正分度圓直徑
由[1]式10-10a
2. 按齒根彎曲強度設計
（1）計算載荷系數K
K=2.167
(2)齒形系數
由[1]表10-5
（3）應力校正系數
由[1]圖10-5
（4）齒輪的彎曲疲勞強度極限
由[1]圖10-20b
由[1]圖10-20c
（5）彎曲疲勞強度壽命系數
由[1]圖10-18利用插值法可得
(6)計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數S=1.3，由式10-12得
(7)計算大小齒輪的并加以比較
結論：齒條和齒輪的系數一樣，所以任選其一都可，此設計選齒輪。
=0.0193
（8）齒根彎曲強度設計計算
由[1]式10-17
結論：對此計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數，取=2mm，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=64mm來計算應有的齒數。于是由取，則取
3. 幾何尺寸計算
（1）計算中心距a
根據結構需求
齒輪齒條中心距無窮大
mm
a無窮大
（2）計算齒輪的分度圓直徑d
是齒條為無窮大
mm
是齒條為無窮大
（3）計算齒輪的齒根圓直徑d
為齒條齒根圓。所以無窮大
mm
無窮大
（4）計算齒輪寬度B
根據結構需求
圓整后?。?
mm
（5）驗算
所以合適
注：上表依據均來自《機械設計》第十章齒輪傳動
所以，由工作臺的結構尺寸可以確定齒輪的結構尺寸。齒輪的分度齒分布在130°范圍內，且齒數為23齒。齒輪具體結構如圖3.11所示：
圖3.11齒輪
根據結構要求，分度齒條需要液壓油進行驅動，所以在液壓系統中相當于活塞的作用，根據活塞工作的原理，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，在固定或運動的情況下起密封作用。根據《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3.12：
圖3.12齒條的密封圈
如圖所示：密封圈的公稱外徑
斷面尺寸
內徑
密封圈溝槽設計：
根據上表截面尺寸可以得出密封圈溝槽尺寸。
溝槽深度為
溝槽寬度為
在工作臺分度時，需要轉動定量角度，齒輪的分度齒分布在130°的范圍內分布23齒，所以與齒輪嚙合的齒條分布長度為140mm，齒數為22齒。
所以齒條的尺寸如圖3.13所示：
圖3.13齒條的尺寸
3.3 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主軸一起轉動定量角度。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分度圓直徑: 112mm
由可知，齒圈分度圓的直徑已知為112mm。
根據工作臺的工作原理，可知下齒輪和齒圈的齒數應為4的倍數才能滿足工作的要求，查《實用機械傳動設計手冊》表1-3，可以推算，當時，根據：
， 式(3.12)
根據選定的，，可以得出：
齒圈的齒頂圓直徑：
式(3.13)
，時，
式(3.14)
所以，
齒圈齒根圓直徑：
式(3.15)
齒圈需要帶動主軸（工作臺）旋轉，所以需要定位在主軸上，根據定位原理，主軸和齒圈需要選定位，之后再用螺栓緊固。在此設計中齒圈與主軸的定位是在齒圈的中心開一個與主軸一樣的槽，使主軸下端嵌進齒圈槽，再用三個螺栓在軸端均布緊固。其具體結構如圖3.14：
圖3.14齒圈
第4章 繪制TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺主要零件的設計
4.1 鼠牙盤設計
多齒分度臺按其齒根部的切槽深度可分為三種齒形，見圖3.3所示，剛性齒的齒槽很淺，半彈性齒的齒槽介于剛、彈性之間；彈性齒的齒槽深度為齒厚的4~6倍或更深。彈性齒的材料為45號鋼，調制HRC25~28，正火穩(wěn)定性處理。
本裝置采用彈性齒比剛性多齒盤可提高精度2~3倍，彈性多齒分度臺是利用“平均效應”，使精度較低的齒牙盤組裝成精度較高的多齒分度盤，即是利用多定位以提高精度。但必須滿足兩個條件，一是材料符合胡克定律；二是每對齒在齒盤加壓時能均勻嚙合。由于彈性多齒分度臺的累積角度誤差不大于±0.2″，實際上可以成為一個測量基準，彈性多齒分度臺實為360個齒面棱體。
圖3.3多齒分度臺三種齒形
彈性多齒分度臺，其分度精度高，累積角度誤差僅為±0.1″~±0.2″；重復精度好，可達±0.3″；自動定心精度高，中心偏移量可在0.001mm左右；使用壽命長，使用過程也是對研過程，可逐步減少殘余分度誤差。其分度精度不受正反轉的限制，但只能做整度分度，最小分度值為360/Z，其中Z為齒盤的齒數。
本設計中采用的是直線齒鼠牙盤，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。
鼠牙盤主要參數計算：
（1）由于鼠牙盤的齒數 Z=360/ 式(3.1)
式中 -需要分度的最小分度角 （°）
在此設計中最小分度角為定量角度，
Z=360/=360/90=4
所以在設計中鼠牙盤的齒數可以是4的倍數即可，選擇Z=64齒。
（2）鼠牙盤的直徑可以根據分度臺臺面所需求的尺寸確定，分度工作臺的直徑為320mm，所以選擇D=216mm。
（3）鼠牙盤的齒形角 =50°~60°，選擇=60°。
（4）鼠牙盤的齒長 B=(10~15)mm，選擇B=10。
（5）鼠牙盤內徑 根據結構可以確定為d=140mm。
（6）鼠牙盤的齒高 在此設計中，運用了多彈性齒的原理，使鼠牙盤的齒高比普通鼠牙盤的高一些，h=20.4mm，b=7.6mm，h/b=20.4mm/7.6mm≈2.68所以根據多彈性齒的介紹，已經基本達到了半彈性齒的要求。
（7）大端齒距 式(3.2)
（8）理論齒高 式（3.3）
（b為大段齒頂寬度，經設計計算為），
。
（9）有效高度 式（3.4）
（為上下齒盤齒頂間距離），
。
鼠牙盤的定位使用三個M6的螺釘均布在同一圓周上，同時使M6的定位銷來定位，確保鼠牙盤的定位精度，滿足工作要求。
綜上所述，可以繪出鼠牙盤如圖3.4：
圖3.4鼠牙盤
根據設計的數據，鼠牙盤的齒形圖如圖3.5所示：
圖3.5鼠牙盤齒形
4.2 主軸設計
4.2.1 主軸尺寸設計
液壓式數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，其左端面的螺孔與定位銷孔都是根據工作臺的下端表面的螺孔分布來設計的。其右端面的螺孔是根據與之配合的齒圈設計的，主軸左端有3mm會嵌進齒圈的中心槽進行定位，再用三個均布的螺栓緊固。
主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，盡可能的使主軸的支承面大。因為液壓式數控分度工作臺在分度旋轉的時候，需要液壓油頂起活塞，活塞兩端都有推力軸承，通過推力頂起主軸支撐面，在次過程中工作臺的重物不一定在中心，所以會產生一定的傾覆力。主軸的支承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。所以根據工作臺和鼠牙盤的尺寸，允許主軸支承面的最大尺寸為136mm。
圖3.6主軸
4.2.2主軸軸承選擇
根據主軸的動作原理，可知需要選擇推力軸承：
推力球軸承，推力球軸承由底座、軸圈和鋼球保持架組件三部分構成。與軸配合的稱軸圈，與外殼配合的稱座圈。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。單向推力球軸承，可承受單向軸向負荷。雙向推力球軸承，可承受雙向軸向負荷。雙向推力球軸承，其中圈與軸配合。座圈的安裝面呈球面的軸承，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 吊鉤、立式水泵、立式離心機、千斤頂、低速減速器等。軸承的軸圈、座圈和滾動體是分離的，可以分別裝拆。
根據主軸的軸徑為：上端的軸徑30mm，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：51206
下端的軸徑25mm，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：51205
圖3.7推力球軸承
4.3 活塞設計
液壓式數控分度工作臺的活塞的設計，根據軸心轉軸的結構尺寸可以確定活塞中心孔的大小為30mm，在設計中，當兩個接觸面的距離較長時，可以適當減少接觸面的距離，降低加工難度，也提高了精度。如圖活塞的左端面是一個專門的推力軸承的支承槽，推力軸承的外徑為52mm，根據要求在此選擇了支承槽的直徑為56mm?；钊叽缛鐖D3.8所示：
圖3.8活塞
活塞是根據液壓系統的工作壓力確定的，活塞作為液壓油驅動的部件，在其運動過程中難免會發(fā)生泄漏現象，所以也需要密封圈，根據密封圈可以設計出活塞上的密封槽。根據結構要求，活塞需要液壓油進行驅動，根據活塞工作的原理，所以齒條需要密封。密封可分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸密封三大類。根據工作壓力，靜密封又可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質較硬接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉密封和往復密封兩種基本類型。按密封件與其作相對運動的零部件是否接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可分為圓周密封和斷面密封，斷面密封又稱為機械密封。動密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機器運轉時給介質以動力得到密封。
第5章 TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺分度總體設計
5.1液壓系統的方案設計
通過液壓式數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：一個是提供壓力使工作臺實現抬起和下降的動作，而另外一個液壓系統是實現工作臺定量角度分度回轉的動作。這兩個動作過程都需要液壓系統具有使工作臺平穩(wěn)動作的功能，不要在工作臺抬起、下降、分度的時候產生顫動，影響加工精度。
圖2.2 H型中位機能液壓缸
如圖2.2所示，在液壓缸的兩側油路上都串接一液控單向閥（液壓閥），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。這種液壓系統能很好的滿足液壓式數控分度工作臺的要求。根據液壓式數控分度工作臺的基本參數和CAD輔助設計對零部件的設計，可以知道：實現工作臺的分度的液壓系統的壓力遠比實現工作臺上下運動的壓力要小，兩個液壓系統選擇相同的液壓泵，所以選擇液壓泵的時候只要滿足上下運動的即可。
根據工作臺的最大載重量為800kg，不僅需要一定的過載能力，而且工作臺本身也有自重，所以在選擇時液壓系統的最大載重為1000kg。根據如圖2.3所示設計的活塞尺寸，活塞的作用面為半徑為32.5mm和半徑為47mm圍成的環(huán)面。計算過程如下：
圖2.3活塞
式(2.1)
式(2.2)
式(2.3)
表2-2 液壓泵參數
型號
流量
[1/min]
壓力
[MPa]
轉速
[rpm]
容積效率
[%]
重量
[kg]
驅動功率
[kw]
CB-B4
4
4
1450
≧85
2.8
0.21
根據液壓式數控分度工作臺的動作過程，設置了四個數控指示燈，其數控指令的動作順序如表2-3：
表2-3 液壓式數控分度工作臺數控系統動作順序
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)出下降、夾緊信號
返回
擋塊14壓到推桿15，開關C閉合
發(fā)出分度結束信號
根據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層了三部分，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。
5.2 工作臺定位原理和結構
圖3.20工作臺定位結構
如上圖3.20所示，在工作臺分度完成后的定位主要是通過鼠牙盤實現的，也即是下鼠牙盤2和上鼠牙盤3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由活塞8、主軸5和工作臺底座7以及密封塊6安裝固定的。
5.3 工作臺松開、夾緊原理和結構
圖3.21工作臺松開、夾緊結構
如上圖3.21所示，工作臺需要分度時松開是通過油道1進油使活塞2向上運動，同時推動推力軸承4使主軸5向上運動，從而工作臺也向上移動，實現上鼠牙盤6、下鼠牙盤7的松開，為實現分度動作做好準備。
當工作臺分度完成后，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，主軸5帶動工作臺下降。使上鼠牙盤6和下鼠牙盤7嚙合，實現工作臺的夾緊定位。
5.4 工作臺分度原理和結構
圖3.22工作臺分度結構
液壓式數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3.22所示，工作臺需要分度時，上升到一定高度，使主軸5下端的內齒圈12與下齒輪9嚙合，為分度做好準備。數控指令控制油液進入齒條8油腔推動齒條運動，齒條的運動帶動與之嚙合的齒輪9轉動，使齒條8的直線運動轉變?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與工作臺的主軸5固定，所以齒輪傳動系統的運動會帶動工作臺的轉動，當工作臺轉動到位時發(fā)出數控信號，表示轉動到位，實現了工作臺的定量角度分度的動作。
結論
本課題結合目前TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺的研究現狀和發(fā)展方向，具體闡述了一種TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺開發(fā)過程。本文主要完成的工作如下：
1、TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺結構方案的確定。分析了TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺的特點，確定了TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺基本結構，并確定其基本尺寸。
2、確定了TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺技術指標及參數。對該TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺進行了計算。
3、零件的剛度和壽命計算與校核。對各個已設計零件進行剛度和壽命計算，確保滿足使用要求，使該TH6340B臥式加工中心鼠牙盤式分度工作臺有足夠的可靠性。
通過對專業(yè)知識的接觸和深入學習，以及對相關信息的獲取，我深切地認識到，就目前的發(fā)展而言，我國的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達國家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時間內改變這種現狀是很難的，尤其是對于我們這樣一個國情的大國。所以，我們應該擁有的是一種民族意識，不斷的追求創(chuàng)新。
通過本次畢業(yè)設計，不僅把大學所學到的理論知識很好的運用到畢業(yè)設計中，而且培養(yǎng)了自己認真思考的能力，在處理問題時有了新的認識和方法，并加強了和同學之間進行探討和解決問題的能力。
致 謝
畢業(yè)設計即將結束，在老師的指導和同學的幫助之下，學生對于道路設計有了更多新的認知，對設計有了更深一步的認識，整體脈絡了解得更加的清晰透徹。通過畢業(yè)設計，學生對自己大學四年以來所學的知識有更多的認識。
畢業(yè)設計，幫助我們總結大學四年收獲、認清自我。同時，還幫助我們改變一些處理事情時懶散的習慣。從最開始時的搜集資料，整理資料，到方案比選，確定方案，每一步都是環(huán)環(huán)相扣，銜接緊密，其中任何一個步驟產生遺漏或者疏忽，就會對以后的設計帶來很多的不便。
學生的動手能力和資料搜集能力在設計中也得到提升。畢業(yè)設計中很多數值、公式、計算方法都需要我們去耐心地查閱書籍，瀏覽資料，設計中需要用到輔助設計軟件的地方，也需要我們耐心的學習。掌握其使用的要領，運用到設計當中去。最后匯總的時候，需要將前期各個階段的工作認真整理。
畢業(yè)設計結束了，通過設計，學生深刻領會到基礎的重要性，畢業(yè)設計不僅僅能幫助學生檢驗大學四年的學習成果，更多的是畢業(yè)設計可以幫助我們更加清楚的認識自我，磨練學生的意志與耐性，這會為學生日后的工作和生活帶來很大的幫助。
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