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西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)
專(zhuān)業(yè)班級(jí) 08級(jí)機(jī)械（2）班
學(xué) 號(hào) 08102080217
學(xué)生姓名 張陽(yáng)
指導(dǎo)教師 邊培瑩 呂榮生
設(shè)計(jì)所在單位 西安文理學(xué)院
2012年 5 月
可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)
摘要：
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 普通的三軸加工機(jī)床已滿(mǎn)足不了人們對(duì)加工零件的更高要求。為了在原機(jī)床上實(shí)現(xiàn)五軸加工或高效準(zhǔn)確的完成復(fù)雜曲面加工，就需要更換機(jī)床工作臺(tái)，在當(dāng)前追求生產(chǎn)效率飛速提升的時(shí)代，可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的研究顯得迫切與重要。
本論文對(duì)可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)研究回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理，結(jié)合液壓驅(qū)動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等知識(shí)，設(shè)計(jì)出一種用于五工位組合機(jī)床的可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。為了提高工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度，本設(shè)計(jì)采用端齒盤(pán)用作鎖緊裝置，液壓作為驅(qū)動(dòng)裝置。
該可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)提供了一種動(dòng)作結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、在較小的空間尺寸范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)傾斜功能的工作臺(tái)，解決了在中小型數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行四軸或五軸加工的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)零件的多面加工和連續(xù)曲面加工。在實(shí)際生產(chǎn)中，該工作臺(tái)的設(shè)計(jì)可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切削加工時(shí)間的比率，從而提高生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：可傾式；回轉(zhuǎn)；工作臺(tái)；液壓。
Design Of Tilt Slewing Workplace
Abstract：
With the rapid development of science and technology, the common three-axis machine tools have couldn't meet people's higher need of processing components. To realize the original machine five-axis machining and accurate and efficient performance of complex curved surface processing, So the machine table need to design. In the time of pursuiting big progress of production efficiency, research of tilt slewing workbench becomes very urgent and important.
This paper is about the turning points degrees workbench. Based on careful study of the theory of rotary worktable and some knowledge of hydraulic drive and gear transmission, A kind of tilt slewing workbench has devised which used for five stations combination machine tools. The design used the end tooth disk as locking device and hydraulic as drive to improve the indexing accuracy of the workbench.
After all above, This workplace can produce a slewing workbench which have a compact action structure, simple operation and can be rotated tilt in smaller space. As a result to solve the problem of the four shafts or five-axis machining in small and medium-sized CNC. And at the same time, makes the many-face parts processing and continuous surface processing come true. In practical production, this table design can shorten the production preparation time and increase the ratio of cutting processing time, so as to improve the production efficiency.
Keywords: Tilting; Slewing; Workplace; Hydraulie Pressure.
目錄
目錄
第一章 緒論 1
1.1 選題的目的與意義 1
1.2 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的研究狀況 1
1.2.1我們現(xiàn)有水平及國(guó)內(nèi)外對(duì)比情況 2
1.2.2我國(guó)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國(guó)外低主要表現(xiàn) 2
1.2.3相應(yīng)的措施 2
1.3 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3.1市場(chǎng)前景 3
1.3.2發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3.3針對(duì)中國(guó)工作臺(tái)發(fā)展對(duì)策 3
1.4 本課題主要研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)任務(wù) 3
第二章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)原理 5
2.1 常用的可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 5
2.1.1回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要種類(lèi)及特點(diǎn)概述 5
2.1.2通用轉(zhuǎn)臺(tái) 5
2.1.3精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（rotary table） 6
2.2可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)常用原理 6
2.3液壓式數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì) 7
第三章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 10
3.1可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)原理及設(shè)計(jì) 10
3.1.1工作臺(tái)回轉(zhuǎn)松開(kāi)、夾緊原理和機(jī)構(gòu) 10
3.1.2可傾式工作臺(tái)擺動(dòng)原理 10
3.2液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
3.2.1擬定工作臺(tái)基本參數(shù) 11
3.2.2液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 12
3.2.3液壓泵的選擇 13
第四章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)部件設(shè)計(jì) 16
4.1工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 16
4.1.1工作臺(tái)整體尺寸的設(shè)計(jì) 16
4.1.2 工作臺(tái)T型槽設(shè)計(jì) 16
4.1.3工作臺(tái)中心孔設(shè)計(jì) 17
4.1.4工作臺(tái)螺孔分布設(shè)計(jì) 17
4.2端齒盤(pán) 17
4.3中心軸設(shè)計(jì) 19
4.3.1中心軸尺寸設(shè)計(jì) 19
4.3.2中心軸軸承選擇 20
3.4活塞設(shè)計(jì) 20
4.5傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22
4.5.1傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 22
4.5.2齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算 24
4.6工作臺(tái)擺動(dòng)架設(shè)計(jì) 32
4.6.1擺動(dòng)架軸承選擇 32
4.6.2擺動(dòng)架設(shè)計(jì) 33
4.7工作臺(tái)底座設(shè)計(jì) 34
4.7.1材料選擇 34
4.7.2鑄造斜度 35
4.7.3定位分布 36
4.8 活塞封閉塊設(shè)計(jì) 37
4.9 推桿導(dǎo)向塊設(shè)計(jì) 38
結(jié)束語(yǔ) 39
致 謝 40
參考文獻(xiàn) 41
附錄 42
第3頁(yè)
西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒論
自從改革開(kāi)放以來(lái)，世界上就有了“中國(guó)制造”這個(gè)偉大的字眼，在這些龐大的生活工藝所需品背后，是那些日夜不停息旋轉(zhuǎn)的機(jī)器，而享有“機(jī)器之母”的即是機(jī)床。正是這些機(jī)床成就了這個(gè)字眼，從上世紀(jì)八十年代到現(xiàn)在，有些還在剛開(kāi)始安裝的崗位上作業(yè)。而隨著現(xiàn)代社會(huì)機(jī)械產(chǎn)品的高智能化、高自動(dòng)化、高效率化的發(fā)展趨勢(shì)，那么那些機(jī)床是否能適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的節(jié)奏?
其實(shí)改進(jìn)這一狀況的研究課題很多，從進(jìn)給料、夾裝裝置、換刀裝置、多工位加工等都可以改進(jìn)機(jī)床效率，本論文就闡述了一種以改變機(jī)床工作臺(tái)而提高生產(chǎn)效率的方法，即將原來(lái)固定的工作臺(tái)改進(jìn)為可以擺動(dòng)回轉(zhuǎn)加工的工作臺(tái)，我們先了解一下本課題研究的時(shí)代背景與其意義。
1.1 選題的目的與意義
可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是指在機(jī)床除了有X、Y、Z三個(gè)直線(xiàn)進(jìn)給軸之外，還有一個(gè)可傾式進(jìn)給軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)進(jìn)給軸，即繞X軸傾斜的A軸和以Z軸旋轉(zhuǎn)的C軸。這樣能在一次裝夾中，可以加工出除了定位面之外五個(gè)加工面，尤其是可對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度自動(dòng)加工，所以普遍認(rèn)為可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的應(yīng)用是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等零件加工的唯一手段。該結(jié)構(gòu)的研究對(duì)一個(gè)國(guó)家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的影響力。
可見(jiàn)可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)提供了一種動(dòng)作結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、在較小的空間尺寸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軸旋轉(zhuǎn)傾斜功能的工作臺(tái)，解決了在中小型數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行四軸或五軸加工的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)零件的分度加工和連續(xù)曲面加工。同時(shí)該工作臺(tái)的設(shè)計(jì)也可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切削加工時(shí)間的比率，從而提高生產(chǎn)效率。
1.2 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的研究狀況
早在20世紀(jì)60年代，國(guó)外航空工業(yè)為了加工一些具有連續(xù)平滑而復(fù)雜的自由曲面大件時(shí)，就已開(kāi)始采用了旋轉(zhuǎn)式加工臺(tái)面，但一直沒(méi)能在更多的行業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，只是近10年來(lái)才有了較快的發(fā)展。我國(guó)從近十幾年才展開(kāi)的研究，2005年陳則仕，張秋菊通過(guò)建模完成可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的仿真，到2007年8月沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)、沈陽(yáng)高精數(shù)控技術(shù)有限公司及中科院沈陽(yáng)技術(shù)研究所聯(lián)合開(kāi)展實(shí)施的“沈陽(yáng)數(shù)控”系統(tǒng)安裝應(yīng)用，使可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式機(jī)床正式具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。[1]目前國(guó)內(nèi)在數(shù)控機(jī)床可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)領(lǐng)域中取得了較快的發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的品種也較多，規(guī)格從100～2500mm，基本可以滿(mǎn)足一般用戶(hù)的配套需要。但高端市場(chǎng)幾乎沒(méi)有國(guó)產(chǎn)品牌，只是國(guó)內(nèi)主機(jī)采用境外產(chǎn)品配套的占有不小的比例。與國(guó)際市場(chǎng)的著名品牌相比，我們的技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)落后于其尖端產(chǎn)品（比如材料、轉(zhuǎn)速、承載能力、分度定位精度等）；現(xiàn)在意大利寶利諾.巴吉產(chǎn)品技術(shù)配置已經(jīng)達(dá)到橫向X軸3000 mm，縱向Y軸2600 mm、垂直方向Z軸950 mm、A軸+/-135°, C軸 +/-200°；軸最快移動(dòng)速度：X軸100 m/min，Y和Z軸60 m/min。[2]國(guó)外已經(jīng)達(dá)到可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)普及化，生產(chǎn)實(shí)用化，我國(guó)普及型產(chǎn)品的可靠性、耐用度、精度保持性方面都比歐美和日本差一些，外觀造型也不盡如人意。所以我們應(yīng)該努力打造精品、提高配套水平。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外相同品種、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品也在不斷出現(xiàn)。例如轉(zhuǎn)軸直接驅(qū)動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已經(jīng)出現(xiàn)，完全改變了傳統(tǒng)的工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)速度及精度要比傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)高得多，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控刀架也已出現(xiàn)兩年多時(shí)間，當(dāng)然，真正普及應(yīng)用還要有一個(gè)過(guò)程。
1.2.1我們現(xiàn)有水平及國(guó)內(nèi)外對(duì)比情況
我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品應(yīng)該說(shuō)滿(mǎn)足中低擋數(shù)控機(jī)床的配套需求沒(méi)問(wèn)題，但在為高檔數(shù)控機(jī)床配套的附件產(chǎn)品方面與國(guó)外比較差距較大，產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力方面有差距，但不是很大主要差距在于整個(gè)行業(yè)的裝備制造能力和協(xié)作配套能力。因此對(duì)整個(gè)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平影響較大，這是目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品水平較國(guó)外產(chǎn)品水平低的主要原因。
1.2.2我國(guó)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國(guó)外低主要表現(xiàn)
（1）速度 基于材料、檢測(cè)能力、裝備制造能力等方面的條件限制，我過(guò)附件產(chǎn)品在速度方面較國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品要差。例如數(shù)控銑床、加工中心配套的各類(lèi)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，日本日研公司直徑200mm數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)88r/min,而國(guó)內(nèi)的只有12～16r/min.主要差別在于材料的選用。
（2）可靠性 國(guó)外數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用比較早，經(jīng)驗(yàn)豐富，再由于技術(shù)進(jìn)步，新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)與應(yīng)用，使得其產(chǎn)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(zhuǎn)工作臺(tái)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(zhì)合金蝸桿；整個(gè)蝸桿副為硬齒面接觸，耐磨。既實(shí)現(xiàn)了高速，又保證了可靠性。而國(guó)內(nèi)基本上均采用傳統(tǒng)材料和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加上外購(gòu)配套件的可靠性差造成產(chǎn)品的整體可靠性較外國(guó)產(chǎn)品的差距?？梢哉f(shuō)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的整體可靠性與我國(guó)目前整個(gè)工業(yè)發(fā)展水平有相當(dāng)密切的關(guān)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(guó)數(shù)控機(jī)床附件的精度及穩(wěn)定性應(yīng)該說(shuō)還是比較好的，基本上能滿(mǎn)足主機(jī)的配套要求。較日本、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品有一定差距，但不大，與臺(tái)灣地區(qū)產(chǎn)品相當(dāng)。這與行業(yè)企業(yè)近幾年抓質(zhì)量、提高質(zhì)量意識(shí)有密切的關(guān)系。
1.2.3相應(yīng)的措施
我國(guó)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品可以說(shuō)還處在一個(gè)發(fā)展階段，品種、規(guī)格、可靠性等方面還需要有一個(gè)完善的過(guò)程，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到成熟的程度。因此作為國(guó)家應(yīng)該給予一定的扶持，作為企業(yè)應(yīng)在適應(yīng)市場(chǎng)需要、加大產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)力度、提高裝備水平、采用新材料、新工藝、新技術(shù)方面多下工夫。我國(guó)高檔數(shù)控制造水平達(dá)到或接近國(guó)際水平，在制造手段上已逐步完善并已有頗具實(shí)力的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力，建立起不同程度的擁有一定規(guī)模的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)基地。數(shù)控機(jī)床正朝著高精度、高效率、高自動(dòng)化、全功能的機(jī)電一體化方向發(fā)展。
1.3 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)
1.3.1市場(chǎng)前景
隨著我們制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)將會(huì)越來(lái)越多的被應(yīng)用，以擴(kuò)大加工范圍，提高生產(chǎn)率。估計(jì)近幾年要求轉(zhuǎn)配數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)床將會(huì)大幅度增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過(guò)剩，受到宏觀調(diào)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(zhǎng)率，特別是那些國(guó)家行業(yè)政策鼓勵(lì)振興和發(fā)展的裝備行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15%----20%左右的穩(wěn)定增長(zhǎng)。[3]
1.3.2發(fā)展趨勢(shì)
目前回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)為：
（1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開(kāi)發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；
（2）在性能上將研制以鋼為材料的渦輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；
（3）在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。
1.3.3針對(duì)中國(guó)工作臺(tái)發(fā)展對(duì)策
上述現(xiàn)狀及資料說(shuō)明，在今后的我們待解決問(wèn)題有：（1）我國(guó)可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要發(fā)展中高次品種，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能水平和可靠性的同時(shí)，跟蹤學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，并在產(chǎn)品創(chuàng)新，提高工藝水平上多下功夫；總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合，走專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)的路子，面向市場(chǎng)，參與競(jìng)爭(zhēng)，滿(mǎn)足主機(jī)發(fā)展的需要。（2）可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)發(fā)展，依賴(lài)于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，比如直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和雙驅(qū)動(dòng)技術(shù)正在采用研究。（3）制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變這一社會(huì)需求，所以國(guó)產(chǎn)配套產(chǎn)件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽(yù)、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面有待提高。
1.4 本課題主要研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)任務(wù)
隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展與提高，使機(jī)床主機(jī)對(duì)配件要求與依賴(lài)都越來(lái)越高。機(jī)床配件技術(shù)發(fā)展間接決定了機(jī)床主機(jī)發(fā)展水平，專(zhuān)業(yè)化發(fā)展方向成為我國(guó)機(jī)床配件業(yè)總體發(fā)展趨勢(shì)。
可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)意義重大，怎么樣才能設(shè)計(jì)出可以回轉(zhuǎn)工作并且也能夠進(jìn)行90度傾斜的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。方案眾多。近些年來(lái)，隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步、自動(dòng)化程度的普遍提高，組合機(jī)床、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床的種類(lèi)和生產(chǎn)日益豐富，對(duì)高精度、高效率的工作臺(tái)回轉(zhuǎn)裝置的需求也越來(lái)越大。目前端齒盤(pán)為定位機(jī)構(gòu)的液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)廣泛運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上。在各種數(shù)控機(jī)床和其他機(jī)械的制造中，數(shù)控端齒盤(pán)分度工作臺(tái)回轉(zhuǎn)裝置的應(yīng)用十分廣泛。本設(shè)計(jì)中也將嘗試這一技術(shù)進(jìn)行回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是研究端齒盤(pán)作為定位機(jī)構(gòu)的液壓式數(shù)控工作臺(tái)的工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算部分，設(shè)計(jì)思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后部分。設(shè)計(jì)從第二章展開(kāi)，由工作臺(tái)的種類(lèi)分析其結(jié)構(gòu)原理，在一般工作原理中提出自己的設(shè)計(jì)原理方法。第三章總體設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)和主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。第四章將工作臺(tái)設(shè)計(jì)細(xì)化，分別計(jì)算得出臺(tái)面、活塞、中心軸等尺寸。
第二章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)原理
工作臺(tái)的種類(lèi)繁多，為了更多地了解可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)這個(gè)行業(yè)的一些情況，簡(jiǎn)介一些類(lèi)別工作臺(tái)并對(duì)其設(shè)計(jì)原理總結(jié)，重點(diǎn)介紹液壓式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，通過(guò)本章的理論，推出設(shè)計(jì)方案。
2.1 常用的可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
2.1.1回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要種類(lèi)及特點(diǎn)概述
轉(zhuǎn)臺(tái)帶有可轉(zhuǎn)動(dòng)的臺(tái)面、用以裝夾工件并實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和分度定位的機(jī)床附件，簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)臺(tái)或第四軸，如圖2.1，所以也屬于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的一種。轉(zhuǎn)臺(tái)按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)兩類(lèi)。
圖2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)[4]
2.1.2通用轉(zhuǎn)臺(tái)
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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，則可加工圓弧面和圓弧槽等。通用轉(zhuǎn)臺(tái)按結(jié)構(gòu)不同又分為水平轉(zhuǎn)臺(tái)、立臥轉(zhuǎn)臺(tái)和萬(wàn)能轉(zhuǎn)臺(tái)。
（1）水平轉(zhuǎn)臺(tái)：
在圓臺(tái)面上有工件定位用的中心孔和夾緊用的T型槽。臺(tái)面外圓周上刻360°的等分刻線(xiàn)。臺(tái)面與底座之間設(shè)有蝸桿-蝸輪副（見(jiàn)蝸桿傳動(dòng)）,速比為90:1或120:1，用以傳動(dòng)和分度,蝸桿從底座伸出的一端裝有細(xì)分刻度盤(pán)和手輪。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪即可驅(qū)動(dòng)臺(tái)面，并由臺(tái)面外圓周上的刻度（以度為單位）與細(xì)分刻度盤(pán)讀出旋轉(zhuǎn)角度。分度精度一般為±60″。水平轉(zhuǎn)臺(tái)的蝸桿伸出端也可用聯(lián)軸器與機(jī)床傳動(dòng)裝置聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。
（2）立臥轉(zhuǎn)臺(tái)：
底座有兩個(gè)相互垂直的安裝基面，使臺(tái)面既可水平也可垂直放置。
（3）萬(wàn)能轉(zhuǎn)臺(tái)：
臺(tái)面可以在0°～90°范圍內(nèi)傾斜任意角度, 使工件在空間的任何角度都能準(zhǔn)確調(diào)整?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)。
2.1.3精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（rotary table）
精密轉(zhuǎn)臺(tái)用于在精密機(jī)床上加工或角度計(jì)量。常見(jiàn)的有光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái)和超精密端面齒盤(pán)轉(zhuǎn)臺(tái)。
圖2.2 精密轉(zhuǎn)臺(tái)[5]
（1）光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)：
主軸上裝有玻璃或金屬精密刻度盤(pán)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)將刻度細(xì)分、放大，通過(guò)目鏡或光屏讀出角度值。
（2）數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái)：
轉(zhuǎn)臺(tái)主軸上裝有精密圓光柵或圓感應(yīng)同步器，由數(shù)字顯示裝置讀出角度值。上述兩種精密轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度最高可達(dá)±1″。
（3）超精密端面齒盤(pán)轉(zhuǎn)臺(tái)：
利用一對(duì)經(jīng)過(guò)精密對(duì)研的1440齒、720齒或360齒的端面齒盤(pán)分度定位,其分度精度最高可達(dá)±0.01″，作精密角度計(jì)量用。
2.2可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)常用原理
有一種可傾式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，其特征在于它由伺服電機(jī)、凸輪間歇分割器、傾斜軸、座體、微調(diào)機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)等組成，其中凸輪間歇分割器固裝在傾斜軸的端面上，然后整體配合在座體孔中，可傾斜任意角度；伺服電機(jī)聯(lián)接在傾斜軸的另一端并位于傾斜軸的空心范圍內(nèi)，它驅(qū)動(dòng)凸輪間歇分割器的輸出端做連續(xù)或定角度旋轉(zhuǎn)。此外，在擺動(dòng)工作臺(tái)上還加擺動(dòng)角度微調(diào)機(jī)構(gòu)和定角度鎖緊機(jī)構(gòu)。[6]
還有常見(jiàn)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪動(dòng)，帶動(dòng)渦輪蝸桿系統(tǒng), 使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，首先松開(kāi)圓周運(yùn)動(dòng)部分的渦輪夾緊裝置，松開(kāi)渦輪，然后啟動(dòng)交流伺服電機(jī)，按數(shù)控指令確定工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角度大小等參數(shù)。整個(gè)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)按照功用不同可以分為 兩個(gè)組成部分, 即圓周回轉(zhuǎn)部分和擺動(dòng)部分, 在圓周回轉(zhuǎn)部分和擺動(dòng)部分中，又可以按照傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，即齒輪傳動(dòng)部分和蝸輪蝸桿傳動(dòng)部分。[7]
圖2.3 回轉(zhuǎn)部分和傾斜部分中齒輪傳動(dòng)、渦輪蝸桿傳動(dòng)示意圖
2.3液壓式數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)
隨著人類(lèi)生活的物質(zhì)要求不斷提高和人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，越來(lái)越復(fù)雜的零件被設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)到各個(gè)領(lǐng)域。所以對(duì)加工它們的機(jī)床提出了更高的要求。液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)工件的多工位加工，滿(mǎn)足工件的加工要求。液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)為五工位組合機(jī)床的重要部件，其功能與加工中心的功能密切關(guān)系。
在液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要確定工作臺(tái)的參數(shù)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)最主要的參數(shù)為工作臺(tái)尺寸等，根據(jù)確定的零件的典型零件進(jìn)行選擇。工作臺(tái)尺寸是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(yīng)選比典型零件稍大一些的工作臺(tái)，以便留出安裝夾具所需的空間，還應(yīng)考慮工作臺(tái)的承載能力，承載能力不足時(shí)應(yīng)考慮加大工作臺(tái)尺寸，以提高承載能力。
端齒盤(pán)式分度工作臺(tái) 圖2.1、2.2所示是端齒盤(pán)式液壓分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理圖。它主要由工作臺(tái)臺(tái)面、底座、夾緊油缸、分度油缸及齒盤(pán)等部件組成，其工作過(guò)程如下：
圖2.4 液壓式高精度工作臺(tái)解析圖1
（1） 分度工作臺(tái)抬起、松開(kāi) 機(jī)床需要分度時(shí)，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(biāo)出），使壓力油進(jìn)入管道進(jìn)入分度工作臺(tái)7中央的夾緊油缸油腔10，并推動(dòng)活塞6移動(dòng)（油缸上腔9的油經(jīng)管道22排除回油）?；钊?通過(guò)推力球軸承5（軸承13與之配套使用），使工作臺(tái)7抬起，上端齒盤(pán)4和下端齒盤(pán)3脫離嚙合。在工作臺(tái)7向上移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)內(nèi)齒圈12與齒輪11下部嚙合，完成分度前的準(zhǔn)備工作。同時(shí)，工作臺(tái)7向上抬起，推桿2在彈簧作用下向上移動(dòng)，使推桿1能在彈簧的作用下右移松開(kāi)微動(dòng)開(kāi)關(guān)D，發(fā)出松開(kāi)到位信號(hào)。
（2）分度工作臺(tái)回轉(zhuǎn) 控制系統(tǒng)在接到松開(kāi)到位信號(hào)后，控制電磁鐵（液壓閥）動(dòng)作，使壓力油經(jīng)管道21進(jìn)入分度油缸左腔19，并推動(dòng)齒條8右移（分度油缸右腔的油經(jīng)管道20排出回油）。齒條8帶動(dòng)齒輪11做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)。改變油腔的行程，即可以改變齒輪11的回轉(zhuǎn)角度。圖中的分度工作臺(tái)為：油缸的行程163.28mm，齒輪回轉(zhuǎn)的角度。當(dāng)齒輪回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，擋塊14放開(kāi)推桿15；72o到位后，擋塊17壓上推桿16，微動(dòng)開(kāi)關(guān)E發(fā)出到位信號(hào)，回轉(zhuǎn)動(dòng)作結(jié)束。工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度可以通過(guò)液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖2.5 液壓式高精度工作臺(tái)解析圖2
（3）分度工作臺(tái)落下、夾緊 控制系統(tǒng)在接收到信號(hào)后，由電磁鐵液壓閥（圖中未標(biāo)出），使壓力油經(jīng)管道22進(jìn)入分度工作臺(tái)的夾緊油缸的油腔9，并推動(dòng)活塞6下移（油缸下腔10的油緊管道23排除回油）。活塞6通過(guò)推力球軸承5（軸承13與之配套使用），使工作臺(tái)7落下，上端齒盤(pán)4和下端齒盤(pán)3嚙合、夾緊、定位。工作臺(tái)夾緊后，壓下推桿2，使推桿1左移，壓上微動(dòng)開(kāi)關(guān)C動(dòng)作，發(fā)出夾緊完成信號(hào)。
（4）分度油缸返回 控制系統(tǒng)在接收到加緊完成信號(hào)后，控制電磁鐵（液壓閥）動(dòng)作使壓力油經(jīng)管道20進(jìn)入分度油缸右腔18，并推動(dòng)齒條8左移（分度油缸左腔19的油經(jīng)管道21排出回油），齒條8返回。這時(shí)，因?yàn)辇X輪11的內(nèi)齒圈已經(jīng)脫開(kāi)，分度工作臺(tái)不動(dòng)，同時(shí)擋塊14壓上推桿15，微動(dòng)開(kāi)關(guān)C動(dòng)作，發(fā)出回轉(zhuǎn)信號(hào)。
第三章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的初步了解，本章對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行整體分析并進(jìn)行原理解析，對(duì)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)部分和擺動(dòng)部分設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)出總體傳動(dòng)方案。
3.1可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)原理及設(shè)計(jì)
3.1.1工作臺(tái)回轉(zhuǎn)松開(kāi)、夾緊原理和機(jī)構(gòu)
如圖3.1所示，工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)是通過(guò)油道1進(jìn)油使活塞2向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)推力球軸承4使中心軸5向上運(yùn)動(dòng)，從而工作臺(tái)也向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上端齒盤(pán)6和下端齒盤(pán)7的松開(kāi)，為實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)動(dòng)作做好準(zhǔn)備。
當(dāng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)完成后，需要下降使工作臺(tái)夾緊時(shí)，油液會(huì)從油道8進(jìn)入活塞缸上腔，使活塞2向下移動(dòng)，中心軸5帶動(dòng)工作臺(tái)下降。使上端齒盤(pán)6和下端齒盤(pán)7嚙合，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的夾緊定位。
圖 3.1工作臺(tái)回轉(zhuǎn)部分示意圖
3.1.2可傾式工作臺(tái)擺動(dòng)原理
可傾式工作臺(tái)設(shè)計(jì)最重要的結(jié)構(gòu)就是擺動(dòng)部分，此設(shè)計(jì)中的傾斜結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，工作臺(tái)需要傾斜時(shí)，齒條2與齒輪1咬合，齒條2進(jìn)行徑向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪1與擺動(dòng)架3由螺栓連接，擺動(dòng)架3與底座6通過(guò)深溝球軸承相連，由于底座固定所以齒條2的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪1的擺動(dòng)。擺動(dòng)架跟著擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傾斜運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)90度傾斜。當(dāng)擺動(dòng)到加工位時(shí)，齒條2與齒輪1分離，實(shí)現(xiàn)定位加工。
圖3.2工作臺(tái)擺動(dòng)部分示意圖
3.2液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1擬定工作臺(tái)基本參數(shù)
在經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料和進(jìn)行初步的CAD輔助設(shè)計(jì)后，液壓式數(shù)控分度工作臺(tái)根據(jù)使用的場(chǎng)合，所需要的大小和形狀有很多種類(lèi)，本人設(shè)計(jì)的是組合機(jī)床上的一個(gè)分度工作臺(tái)，根據(jù)組合機(jī)床所需加工的示范零件輪廓尺寸如圖3.3，特設(shè)定基本參數(shù)如表3.1。
圖3.3典型加工
表3.1 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)相關(guān)參數(shù)
中心高
430mm
中心套孔直徑
30mm
工作臺(tái)臺(tái)面直徑
800mm
主軸連接尺寸
494mm
T型槽寬度
22mm
傾斜角度
90°
回轉(zhuǎn)角度
360°
使用壓力
2.5MP
最大載重量
3000kg
使用流體
液壓油
3.2.2液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
通過(guò)液壓式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的基本原理和動(dòng)作過(guò)程，可以了解到工作臺(tái)需要有兩個(gè)液壓系統(tǒng)：一個(gè)是提供壓力使工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)抬起和下降的動(dòng)作，而另外一個(gè)液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)90°傾斜的動(dòng)作。這兩個(gè)動(dòng)作過(guò)程都需要液壓系統(tǒng)具有使工作臺(tái)平穩(wěn)動(dòng)作的功能，不要在工作臺(tái)抬起、下降的時(shí)候產(chǎn)生顫動(dòng)，影響加工精度。
如圖3.4所示，在液壓缸的兩側(cè)油路上都串接液壓?jiǎn)蜗蜷y（液壓鎖），活塞可以在行程的任何位置上鎖緊，不會(huì)因外界的原因而顫動(dòng)，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(zhǔn)確，換向閥采用了H型中位機(jī)能。這種液壓系統(tǒng)能很好的滿(mǎn)足液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的要求。
圖3.4 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
3.2.3液壓泵的選擇
根據(jù)液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的基本參數(shù)和CAD輔助設(shè)計(jì)對(duì)零件的設(shè)計(jì)，可以知道：實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的傾斜的液壓系統(tǒng)的壓力遠(yuǎn)比實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的壓力要小，兩個(gè)液壓系統(tǒng)選擇相同的液壓泵，所以選擇液壓泵的時(shí)候只要滿(mǎn)足上下運(yùn)動(dòng)的即可。
根據(jù)工作臺(tái)的最大承重量為3000kg。根據(jù)此設(shè)計(jì)的活塞尺寸如圖3.5：
圖3.5 活塞
活塞的作用面積為半徑110mm和半徑80mm圍成的環(huán)面。計(jì)算過(guò)程如下：
F=mg （式3.1）
F=3000kg×9.8N/kg=29400N
（式3.2）
根據(jù)的液壓馬達(dá)工作壓力，由《液壓傳動(dòng)手冊(cè)》選擇CB-B4齒輪油泵，為工作臺(tái)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(hào)
流量
[l/min]
壓力
[MPa]
轉(zhuǎn)速
[rpm]
容積效率η[%]
重量
[kg]
驅(qū)動(dòng)功率
[kW]
CB—B4
4
2.5
1450
≥85
2.8
0.21
第四章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)部件設(shè)計(jì)
通過(guò)前三章的設(shè)計(jì)分析，對(duì)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)有了總體的框架和結(jié)構(gòu)，本章將詳細(xì)的闡述可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的各個(gè)部件設(shè)計(jì)，包括部分零件的設(shè)計(jì)尺寸和安全校核，以及一些零部件的理論論述。
4.1工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
4.1.1工作臺(tái)整體尺寸的設(shè)計(jì)
液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為需要回轉(zhuǎn)的部件，在其上還會(huì)有專(zhuān)業(yè)的夾具。為了滿(mǎn)足其回轉(zhuǎn)的功能，所以工作臺(tái)做成圓形件，且根據(jù)工作臺(tái)的加工零件范圍：最大載重量為3000kg,所以工作臺(tái)臺(tái)面選取800mm，工作臺(tái)的高度為130mm。工作臺(tái)表面需要T型槽，用于工作臺(tái)上夾具的定位夾緊。為了使工作臺(tái)耐用，在工作臺(tái)的中心處設(shè)計(jì)一個(gè)中心孔，用于安裝襯套的安裝。工作臺(tái)的下端面需要與中心轉(zhuǎn)軸和端齒盤(pán)安裝定位，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)槽，槽寬與槽深都是根據(jù)端齒盤(pán)的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)確定的。
4.1.2 工作臺(tái)T型槽設(shè)計(jì)
工作臺(tái)T型槽的作用是用T型槽固定工作臺(tái)上的夾具。T型槽的布置需要根據(jù)工作臺(tái)的尺寸確定，根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的方案，T型槽長(zhǎng)度為320mm，由于是五工位，所以布置5個(gè)T型槽，均布在工作臺(tái)的上表面。
根據(jù)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)要求和《機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》T型槽及螺栓頭部尺寸（摘自GB/T158-1996），選擇如下：
圖 4.1 T型槽
T型槽|A|基本尺寸/mm：22
T型槽|B|基本尺寸/mm：38
T型槽|C|基本尺寸/mm：18
螺栓選擇 公稱(chēng)尺寸/mm：M20
4.1.3工作臺(tái)中心孔設(shè)計(jì)
工作臺(tái)的中心孔設(shè)計(jì)，是根據(jù)在工作臺(tái)中心孔上有一個(gè)襯套，襯套的作用是：當(dāng)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(tái)。因其是標(biāo)準(zhǔn)件，加工方便，更換成本低，而且還能起到一定的導(dǎo)向作用。襯套與工作臺(tái)的中心孔為小過(guò)盈配合。所以根據(jù)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)要求和襯套的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可得，工作臺(tái)中心孔的孔徑為39mm。選取的襯套為外徑φ30mm，長(zhǎng)45mm的襯套。
4.1.4工作臺(tái)螺孔分布設(shè)計(jì)
液壓式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)需要中心軸和端齒盤(pán)與工作臺(tái)具有精確的相對(duì)位置。而工作臺(tái)是由許多點(diǎn)、線(xiàn)、面組成的一個(gè)復(fù)雜空間幾何體。當(dāng)考慮中心軸和端齒盤(pán)在工作中占據(jù)正確位置時(shí)，在實(shí)際安裝，進(jìn)行零部件需要螺栓的夾緊和定位銷(xiāo)的定位相結(jié)合才能滿(mǎn)足工作臺(tái)的動(dòng)作要求。對(duì)于中心軸本設(shè)計(jì)采用螺栓和定位銷(xiāo)在工作臺(tái)上圓周均布，一般都采用三個(gè)螺栓與兩個(gè)定位銷(xiāo)對(duì)工作臺(tái)及其部件進(jìn)行定位夾緊。而對(duì)于端齒盤(pán)，由于選用的是標(biāo)準(zhǔn)件，工作臺(tái)上的孔必須與端齒盤(pán)向?qū)?yīng)。估設(shè)計(jì)出的工作臺(tái)如圖4.2：
圖 4.2 工作臺(tái)
4.2端齒盤(pán)
由于端齒盤(pán)是標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)工作臺(tái)的尺寸，依據(jù)JB-T4316.1—1999 選用端齒盤(pán)的參數(shù)如下：
圖4.3 端齒盤(pán)
外徑D：630mm
內(nèi)徑d：500mm
齒數(shù)z：180
齒長(zhǎng)F：25mm
齒盤(pán)副厚度H：80mm
體厚H1:30mm
齒盤(pán)厚度H/2+m：42.16mm
齒距t：11mm
齒厚S：5.5mm
齒內(nèi)徑d0:580mm
全齒高h(yuǎn):7.2mm
齒頂高m：2.17mm
空刀槽寬P：3.0mm
槽底傾角a：0°51′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：4.8mm
d4：M16
4.3中心軸設(shè)計(jì)
4.3.1中心軸尺寸設(shè)計(jì)
液壓式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心轉(zhuǎn)軸其結(jié)構(gòu)尺寸基本上是按照工作臺(tái)的整體尺寸確定的，其上端面的螺孔與定位銷(xiāo)都是根據(jù)工作臺(tái)的上端面的螺孔分布來(lái)設(shè)計(jì)的。其下端面的螺孔是根據(jù)與之配合的齒圈設(shè)計(jì)的，中心軸會(huì)20mm嵌進(jìn)齒圈的中心槽進(jìn)行定位，再使用三個(gè)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(tái)結(jié)構(gòu)允許的條件下，盡可能的使中心軸的支撐面大。因?yàn)橐簤菏綌?shù)控分度工作臺(tái)在分度旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，需要液壓油頂起活塞，活塞兩端都有推力球軸承，通過(guò)推力球軸承頂起中心軸支撐面，在此過(guò)程中工作臺(tái)的重心不一定在中心，所以會(huì)產(chǎn)生一定的傾覆力。中心軸的支撐面越大則產(chǎn)生的傾覆力越小，分度后的中心重復(fù)定位精度也將會(huì)提高。所以根據(jù)工作臺(tái)和端齒盤(pán)的尺寸，允許中心軸支撐面的最大尺寸為494mm。
圖4.4 中心軸
4.3.2中心軸軸承選擇
根據(jù)中心軸的動(dòng)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(gòu)成。與軸配合的稱(chēng)軸圈，與外殼配合的稱(chēng)底座圈。推力球軸承種類(lèi)：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(fù)荷。雙向推力球軸承可承受雙向軸向負(fù)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(diào)心性能，可以減少安裝誤差的影響。
推力球軸承的用途：只適用于承受一面軸向負(fù)荷、轉(zhuǎn)速較低的機(jī)件上，例如起重機(jī)吊鉤、立時(shí)水泵、立時(shí)離心機(jī)、千斤頂、低速減速器等。軸承的軸圈、底圈和滾動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6—8推力球軸承（GB/T301—1995摘錄）可知，選用軸承代號(hào)為：51120。為了便于軸上零件的安裝，下端軸頸是90mm，選用推力球軸承（GB/T301—1995摘錄）軸承代號(hào)為：5118。
圖4.5 推力球軸承
3.4活塞設(shè)計(jì)
液壓式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的活塞設(shè)計(jì)，根據(jù)軸心轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)尺寸可以確定活塞中心孔的大小為94mm，在設(shè)計(jì)中，當(dāng)兩個(gè)接觸面的距離較長(zhǎng)時(shí)，適當(dāng)減少接觸面的距離，降低加工難度，也提高了精度。如圖活塞的上端面是一個(gè)專(zhuān)門(mén)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?；钊叽缛鐖D3.6所示：
圖 4.6 活塞
活塞的半徑是根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力確定的，活塞作為液壓油驅(qū)動(dòng)的部件，在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中難免會(huì)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(shè)計(jì)出活塞上的密封槽。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，活塞需要液壓油才能驅(qū)動(dòng)，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(dòng)密封兩大類(lèi)。靜密封主要有墊密封、密封膠密封盒直接接觸密封三大類(lèi)。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(dòng)密封可以分為螺旋密封盒往復(fù)密封兩種基本類(lèi)型。按密封件與其相對(duì)運(yùn)動(dòng)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面密封，端面密封又稱(chēng)機(jī)械密封。動(dòng)密封中的離心密封盒螺旋密封，是借助機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)給介質(zhì)以動(dòng)力得到密封。
經(jīng)過(guò)以上的介紹，可知活塞需要往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，所以需要?jiǎng)用芊庠驹O(shè)計(jì)選擇O型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機(jī)械設(shè)備上，在工作壓力0—70MPA、溫度為-40—+120℃的不同液體和氣體介質(zhì)中，在固定或運(yùn)動(dòng)的情況下起密封作用。根據(jù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》得適用于活塞的密封圈如圖4.7所示：
圖4.7 密封圈
表4.1 密封圈尺寸選型表
小密封圈
尺寸
大密封圈
尺寸
D1
155±1.19
D1
212±1.57
D2
3.55±0.10
D2
5.30±0.13
4.5傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.5.1傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理，在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)的時(shí)候，液壓油進(jìn)入活塞下部將工作臺(tái)頂起，同時(shí)齒圈和下齒輪嚙合，準(zhǔn)備回轉(zhuǎn)。上升到位后，液壓系統(tǒng)將使液壓油進(jìn)入齒條油腔，推動(dòng)齒條，齒條與上齒輪嚙合，并帶動(dòng)上齒輪運(yùn)動(dòng)，上齒輪與下齒輪是做成一體的，所以上齒輪帶動(dòng)下齒輪旋轉(zhuǎn)。下齒輪與齒圈嚙合在一起，并且齒圈與轉(zhuǎn)軸是固定的，所以齒條的水平運(yùn)動(dòng)館將會(huì)帶動(dòng)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)。
綜上所訴，此傳動(dòng)系統(tǒng)的最主要的作用就是通過(guò)齒輪齒條和齒輪齒圈的嚙合使齒條的水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成工作臺(tái)的傾斜運(yùn)動(dòng)。即為圖4.8所示：
圖4.8 齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì)
經(jīng)過(guò)動(dòng)作的分析，在此設(shè)計(jì)中，齒輪齒條的作用只是轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行嚙合，而且頂起時(shí)傳遞的力只是克服轉(zhuǎn)軸與活塞內(nèi)孔壁摩擦力，此摩擦力比較小，所以齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算只是根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)矩
根據(jù)工作臺(tái)零部件之間合理的分布，可以確定齒條半徑為35mm，齒條油腔的面積為：
S=π*R2=3.14×352=3846.5mm2 （式4.1）
所以齒條在運(yùn)動(dòng)時(shí)受力的推理為：
F=P*S=2.5×3846.5=9616.5N （式4.2）
齒輪齒條嚙合時(shí)，所受的轉(zhuǎn)矩就是克服中心轉(zhuǎn)軸與活塞內(nèi)壁的摩擦力，此摩擦力比較小。
2、齒輪齒條的轉(zhuǎn)速
由齒輪齒條的分度圓嚙合條件可知，工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)90°傾斜時(shí)，齒輪需要轉(zhuǎn)動(dòng)四分之一個(gè)圓周，所以
L=π*d×1/4 （式4.3）
=3.14×260×1/4
=204.1mm
齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周長(zhǎng)度也即是齒條運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)需要運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度，即為齒條油缸的長(zhǎng)度。所以齒條油缸的體積為：
V=π*r2*L （式4.5）
=3.14×352×204.1
=0.7850m2
選擇的液壓泵流量為:4L/min
所以回轉(zhuǎn)工作臺(tái)需要的時(shí)間為：
t=V/q=9.5s （式4.6）
綜上所訴，齒條在嚙合的時(shí)候速度為：
V=L/t=17.4mm/s （式4.7）
齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速：
n=60/(t×5)=1.25r/min （式4.8）
4.5.2齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》第十章齒輪傳動(dòng)進(jìn)行計(jì)算如表4.2
表4.2 齒輪齒條計(jì)算
項(xiàng)目
計(jì)算（或選擇）依據(jù)
計(jì)算過(guò)程
單
位
計(jì)算（或確定）結(jié)果
1.選齒輪精度等級(jí)
查[1]表10—8
選用7級(jí)精度
級(jí)
7
2.材料選擇
查[1]表10—1
齒條選用45號(hào)鋼（正火處理）硬度為200HBS
大齒輪選擇45號(hào)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=1×130
=130
U=Z2/Z1=1
個(gè)
選擇：齒輪齒數(shù)為40，齒條齒數(shù)為42 傳動(dòng)比1:1
4.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(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(jì)算齒條傳遞的轉(zhuǎn)矩
根據(jù)上述可知
T=191×103
Nmm
T=191×103Nmm
(4)齒寬
由結(jié)構(gòu)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(qiáng)度極限
由[1]圖10-21c
由[1]圖10-21d
MPa
(7)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N
由[1]式10-13
(8)接觸疲勞強(qiáng)度壽命
由[1]圖10-19
(9)計(jì)算解除疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)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(jì)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(jì)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(jí)精度，由[1]圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)
由[1]表10-4查得
由[1]圖10-13查得
假定，由[1]表10-3查得 故載荷系數(shù)
(14)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑
由[1]式10-10a
mm
(15)計(jì)算模數(shù)
mm
5.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1)計(jì)算載荷系數(shù)K
K=1×1.07×1.5×1.35=2.167
K=2.167
(2)齒形系數(shù)
由[1]表10-5
(3)應(yīng)力校正系數(shù)
由[1]表10-5
(4)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由[1]圖10-20b
由[1]圖10-20c
MPa
(5)彎曲疲勞強(qiáng)度壽命
由[1]圖10-18利用插值法可得
(6)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，由[1]式10-12得
MPa
(7)計(jì)算大小齒輪的
結(jié)論：齒條和齒輪的系數(shù)一樣，所以任選其一都可，此設(shè)計(jì)選齒輪
(8)齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
由[1]式10-17
mm
結(jié)論：對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的發(fā)面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的發(fā)面模數(shù)，取 =2，已可滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=260mm來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由：，取，則
6.幾何尺寸計(jì)算
(1)計(jì)算中心距a
根據(jù)結(jié)構(gòu)需求
齒輪齒條中心距無(wú)窮大
mm
a無(wú)窮大
(2)計(jì)算齒輪的分度圓直徑d
d1=zm=130×2=260
d2是齒條無(wú)窮大
d1=zm=260
mm
d1=260
d2是齒條無(wú)窮大
(3) 計(jì)算齒輪的齒根圓直徑df
df=d-2.5mn
df1=d-2.5mn
=260-2×2.5
=255
df2為齒條齒根圓，所以無(wú)窮大
mm
df1=255
df2無(wú)窮大
(4)計(jì)算齒輪的寬度B
根據(jù)結(jié)構(gòu)需求
圓整后取：
B1=22
B2=10
mm
B1=22
B2=10
(5)驗(yàn)算
所以合適
所以，由工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸可以確定齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸，且齒數(shù)為40齒。齒輪具體結(jié)構(gòu)如圖4.9所示：
圖4.9 齒輪
根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，運(yùn)動(dòng)齒條需要液壓缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所以液壓系統(tǒng)中相當(dāng)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(jīng)過(guò)以上的介紹，可知齒條需要往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，所以需要?jiǎng)用芊庠?，本設(shè)計(jì)選擇O型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機(jī)械設(shè)備上，在工作壓力0~70MPa、溫度為-40~+120℃的不同液體和氣體介質(zhì)中，在固定或運(yùn)動(dòng)的情況下起密封作用。根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)傳動(dòng)手冊(cè)》選用適用于此齒條的密封圈如圖4.10：
圖4.10 密封圈
如圖所示：密封圈的公稱(chēng)內(nèi)徑 D=67mm
端面尺寸 d=3.55mm
密封圈溝槽設(shè)計(jì)
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(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)，需要轉(zhuǎn)動(dòng)90°齒輪的擺動(dòng)尺齒分布在115°范圍內(nèi)，所以與齒輪嚙合的齒條分布長(zhǎng)度L
mm
d
L
79
.
260
260
14
.
3
360
115
*
*
360
115
=
′
′
=
=
p
（式4.9）
取與齒條嚙合的長(zhǎng)度為270mm，齒條齒數(shù)為42齒。
所以齒條的尺寸如圖4.11所示：
圖4.11 齒條
4.6工作臺(tái)擺動(dòng)架設(shè)計(jì)
4.6.1擺動(dòng)架軸承選擇
按照第三章中的設(shè)計(jì)，工作臺(tái)的擺動(dòng)是由齒條徑向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，擺動(dòng)架在底座上的擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，擺動(dòng)架與底座靠軸承連接。
進(jìn)行軸承選擇：
當(dāng)量分度圓直徑：
（式4.10）
齒輪上的圓周力：
（式4.11）
齒輪上的徑向力：
（式4.12）
齒輪上的軸向力：
(式4.13)
壽命：
（式4.14）
由參考文獻(xiàn)[1]表13-5，角接觸軸承最小e為0.38，即小于
最小值。
初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷:
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表13-8a得:,
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》查表13-5得：,先設(shè)Y為1.3則：
（式4.15）
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]13-6,求軸承應(yīng)有的額定動(dòng)載荷值：
（式4.16）
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-4及及動(dòng)態(tài)載荷c，所以選用軸承6210，
C=29000N,=19200,,,
驗(yàn)算如下：
（1） 求軸向相對(duì)的e值和Y值
因?yàn)椋鶕?jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-5得：
小于最小值0.015，對(duì)應(yīng)的e值為0.38，Y值大于1.47
（2） 用插值法計(jì)算Y：
Y>1.47,則：X=0.44，Y=1.5
（3） 求當(dāng)量動(dòng)載荷：
（4） 驗(yàn)證軸承6210的壽命，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式13-5得：
壽命高于預(yù)期計(jì)算壽命，所選用深溝球軸承軸承6210合適。
4.6.2擺動(dòng)架設(shè)計(jì)
擺動(dòng)架形狀設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足液壓管道、中心軸、端齒盤(pán)的配合。由于擺動(dòng)架特殊的工作環(huán)境，應(yīng)用鑄造工藝方法比較簡(jiǎn)便，故材料使用灰鑄鐵。
鑄件的壁厚太薄，容易發(fā)生白口和裂紋，所以必須結(jié)合零件的復(fù)雜程度、尺寸大小、材料以及制造工藝來(lái)確定。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》鑄件最小允許壁厚可查得，壁厚選擇為30mm。在工作臺(tái)底座需要有液壓油管道，所以根據(jù)《液壓傳動(dòng)手冊(cè)設(shè)計(jì)》管道庇護(hù)計(jì)算公式：
（式4.17）
工作臺(tái)擺動(dòng)架管道壁厚的計(jì)算，根據(jù)《工程材料》表6-7工程用碳素鑄鋼的牌號(hào)、含碳量、力學(xué)能與應(yīng)用。可知ZG200—400的許用應(yīng)力為：200NPa。
由上式可得：
（式4.18）
所以在工作臺(tái)的底座設(shè)計(jì)的液壓油管道與底座壁有0.025mm就不會(huì)發(fā)生 泄漏，為其安全考慮在本設(shè)計(jì)中一般都大于3mm。
綜上所述，擺動(dòng)架的結(jié)構(gòu)如圖4.12：
圖4.12 擺動(dòng)架結(jié)構(gòu)
4.7工作臺(tái)底座設(shè)計(jì)
4.7.1材料選擇
工作臺(tái)的底座在鑄件經(jīng)加工后的一個(gè)零部件，工作臺(tái)底座的壁厚與選擇的材料有關(guān)，所以據(jù)表4.3：
表4.3 鑄造碳鋼機(jī)架常用材料
牌號(hào)
特點(diǎn)及應(yīng)用舉例
ZG200-400及ZG230-450
有一定的強(qiáng)度、良好的塑性與韌性，有較高的導(dǎo)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(yǔ)模鍛錘座、外殼、機(jī)座、軋鋼機(jī)機(jī)架、鍛錘氣缸體和箱體等。
ZG270-