毕业设计（论文）数控铣床外齿铣刀架结构设计

1、 辽宁省高等教育自学考试 专业(本科段)毕 业 设 计 (论 文)设计题目: 数控铣床外齿铣刀架结构设计 助学单位 东北大学 姓 名 准考证号 指导教师 2012 年 03 月 10 日the cnc milling machine milling cutter tooth frame structure design by jiao xin supervisor:miaojunming northeastern university2012 march 10, 数控铣床外齿铣刀架结构设计摘要: 铣齿是一种常用的机械加工方法，普通铣齿不仅生产效率低、加工质量不稳定，而且齿尺寸变化的适应性差，加

2、工成本较高。为了解决这些问题，使加工过程自动化，设计一种专用的数控机床数控滚铣一体机。本文介绍了数控铣齿机的刀架以及分度盘的基本结构，工作原理，铣齿机有关部件的计算及控制。该数控滚铣一体机利用展成法原理，加工直、斜圆柱齿轮、蜗轮、小锥度齿轮、鼓形齿轮、及花键,该机床适用于重型汽车制造、起重机械、矿山、船舶制造、电梯、冶金、发电设备、工程机械行业等。关键词： 铣齿，数控，一体机，刀架，减速器the cnc milling machine milling cutter tooth frame structure designabstract: the milling gear is a kind

3、of common mechanical processing method and common milling gear production not only low efficiency processing quality is not stable, and tooth the size change of flexible, processing cost is higher in order to solve these problems, so that processing process automation, design a kind of special numer

4、ical control machine tool cnc milling all-in-one pc is introduced in this paper roll cnc milling gear machine tool and indexing plate basic structure, working principle, milling gear machine relevant parts of the calculation and control the nc milling body roll of recent exhibition principle, proces

5、sing straight diagonal cylindrical gears worm gear drum small taper gear and spline, this machine is suitable for heavy automobile manufacture lifting machinery manufacturing metallurgy mine ship elevator power generation equipment engineering machinery industry, etckey words: milling gear, numerica

6、l control, all-in-one pc, the frame, reducer目录任务书i中文摘要iiabstractiii第1章绪论11.1引言11.2设计任务及参数:1第2章设计方案计算说明书22.1 传动方案的拟定32.2切削传动系统设计42.2.1 伺服电机的特点及工作原理42.2.2 切削力的计算以及电机的选择：62.3 铣齿机刀架系统图及传动计算82.4 伺服进给系统的设计步骤及计算102.4.1 修正计算结果122.4.2 再修正计算结果132.4.3 计算几何尺寸152.4.4 校核齿根弯曲疲劳强度152.5 低速级齿轮传动的尺寸152.5.1 选定低速级齿轮的类型、

7、材料及齿数162.5.2修正计算结果182.5.3 再修正计算结果192.5.4 计算几何尺寸202.5.5校核齿根弯曲疲劳强度212.6 轴的设计252.6.1 轴的材料选择和最小直径估算252.6.2轴的结构设计262.7轴的校核282.7.1 轴的力学模型的建立282.7.2计算轴上的作用力292.7.3计算支反力292.7.4弯扭强度校核322.8 键的选择与校核322.9 滚动轴承的选择与校核33第3章液压分度盘的设计和计算343.1 齿盘式分度工作台353.2水平液压缸的选取41第4章使用说明书（sm）424.1 主要参数434.1.1 数控铣齿机的结构434.1.2 刀架结构43

8、4.1.3 驱动机构444.2 数控铣齿机的工作原理44第5章标准化审核报告（bs）455.1 产品图样的审查455.2 产品技术文件的审查455.3 标注件的使用情况455.4 审查结论46第6章结 论46参考文献47结束语48附录第1章 绪论1.1引言 大模数齿轮在大型工程车辆，工程机械以及矿山煤矿的传送有着广泛的作用。对于模数大于16mm的渐开线直齿圆柱齿轮，受加工范围的限制，在普通铣齿机上跟本无法完成。在数控机床上加工大模数齿轮的前提是数控系统具有渐开线轨迹的加工功能。目前大多数数控系统（除西门子840d、fanuc-oi的高档数控系统）均不具有渐开线轨迹的加工功能。实际应运中，使用经

9、济数控系统，在普通铣床上采用特殊结构的数控改造，可以使用指状铣刀采用展成法来直接加工齿轮的渐开线齿形，并且加工精度远超出规定要求，使得我国机械加工水平无论在加工质量方面还是在加工效率方面都有提高。 数控滚铣一体机，主要功能是在一个机床本体上，既能完成工件外齿的滚削任务，又能完成内齿铣削任务。当进行滚削加工时，机床大立柱上安装滚齿刀架，这时候相当于一个数控滚齿机。进行内齿加工时，更换铣刀架1。 该机床是采用成型齿轮铣刀对圆柱内、外齿轮的齿型进行铣削加工的机床，该机床可以加工圆柱直齿内、外齿轮，也可以加工圆柱斜齿内、外齿轮。该机床具有高效，高刚度的特点。 毕业设计是对大学期间所学知识的一次总的检验

10、和巩固，是一次很好的理论联系实际的锻炼，相比以前的几次课程设计，毕业设计对所学基础知识和专业知识的涉及面更加广泛，是知识与实践的有机结合。做好本次毕业设计可以为以后的工作打下坚实的基础和积累丰富的经验，因此本次毕业设计具有很重要的意义。1.2设计任务及参数: 1. 设计参数如表1-1。 1-1设计参数工艺条件及要求工件直径最大模数30工件材料硬度刀具垂直行程滚刀中心距工作台面距离滚刀转速3000hbs2401000mm450-145020-200工艺条件及要求铣刀盘最大直径工作台最大承重立柱水平行程内铣齿最小加工直径电机420mm40000kg17001000mm西门子 2、本次设计是加工30

11、模数齿轮的机床（直齿，斜齿，蜗轮蜗杆）。由于加工时间比较长，刀具磨损严重，要求能在不停机状态下完成，滚刀的自动窜刀（100mm）。本机床可以进行，外齿轮滚削加工，和内齿轮铣削加工，加工时通过更换刀架，刀架上的电机随同刀架一起更换。根据设计要求查阅相关资料，掌握机械设计中减速器和分度盘有关知识，了解各个零件的作用和工艺，在设计中合理运用了解的专业知识，绘制装配图、零件图及剖视图，使所画图纸能清晰的表达设计者思想。本次的任务是设计外齿铣刀架以及带动刀架转动的分度盘2。第2章设计方案计算说明书 (1) 设计任何一项设计，在设计前都要经过充分的论证才能确定最优设计方案。该课题设计思路是先设计出刀架部分

12、，根据刀架部分的体积、质量等定出分度盘旋转速度、分度盘大小、驱动力及刚度等，最后和立柱部分能够合理的衔接。初步讨论，有种方案可供参考：1：刀架铣内齿和铣外齿的设计成一个刀架分度盘选用液压齿条式的液压缸来驱动2：刀架铣内齿和铣外齿设计成两个刀架 分度盘选用步进电机串联一个减速器3：刀架铣内齿和铣外齿的设计成两个刀架分度盘选用液压齿条式的液压缸来驱动 (2) 设计方案分析第一种方案刀架铣内外齿用同一个刀架，这样设计的优点是自动化程度高，节省了一定的人力物力，但是这样设计结构比较复杂，会给后期的工作带来不小的麻烦。用液压缸来带动分度盘的方案结构简单，可以得到较高的分度精度，且运行可靠，稳定，角度任意

13、完全符合要求。第二种方案刀架铣内外齿用两个刀架，这样设计会使结构简单，只需要机械传动达到要求即可，但是这样会浪费一定的材料，而且换取刀架需要人力来帮助完成。分度盘用步进电机来串联一个减速器,这样结构庞大，且比较复杂，后期的计算也比较大，不可取。第三种方案刀架铣内齿和铣外齿的设计成两个刀架，分度盘选用液压齿条式的液压缸来驱动，这样结合了前两种方案的优点，可以考虑选取第三种方案来设计。2.1 传动方案的拟定经过上节方案的讨论，最终选取第三种方案，铣内齿和铣外齿的设计成两个刀架，分度盘选用液压齿条式的液压缸来驱动。（1）刀架部分：用一个步进电机来带动铣刀的旋转运动,传动部分可以用一个减速器来实现，初

14、拟传动图如下：图2-1 初拟传动图（2）分度盘部分：用液压缸来带动齿条，齿条的带动一个齿轮，通过轴来连接分度盘，是分度盘能够旋转任意角度。液压回路如下图所示，通过控制电磁换向阀b来控制液压缸，带动齿条左右移动。通过电磁换向阀a来控制分度盘的锁紧。图2-2分度盘液压回路2.2切削传动系统设计：2.2.1 伺服电机的特点及工作原理随着永磁材料制造工艺的不断完善，新一代的伺服电机大都采用了最新的nd2fe14b1（铷铁硼）材料，该材料的剩余磁密、矫顽力和最大磁能积均好于其他永磁材料，再加上合理的磁极、磁路及电机结构设计，大大地提高了电机的性能，同时又缩小了电机的外形尺寸。新一代的伺服电机大都采用了新

15、型的位置编码器，这种位置编码器的信号线数量从9根减少到5根，并支持增量型和绝对值型两种类型，通信速率达4m/s，通信周期为62.5s，数据长度为12位，编码器分辨率为20bit/rev，即每转生成100万个脉冲，最高转速达6000r/min，编码器电源电流仅为16a。伺服电机按照容量可以分为超小型（mini型）、小容量型、中容量型和大容量型。超小容量型的功率范围为10w到20w，小容量型的功率范围为30w750w，中容量型的功率范围为300w15kw，大容量型的功率范围为22kw55kw。伺服电机的供电电压范围从100v400v（单三相）。 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行

16、元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机内部的转子式永磁铁，驱动器控制的u/v/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时低级自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度3。伺服电机又分直流伺服电机和交流伺服电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机伺服电机的显著特点：1、起动转矩大 2、运行范围较宽 3、无自转现象不同类型的交流伺服电机具有不同的特点。笼型转子交流伺服电动机具有励磁电流较小，体积较小，机械强度搞等特点;但是低速运行不够平稳，有抖动现象。空

17、心杯型转子交流伺服电动机具有结构简单，维护方便，转动惯量小，运行平滑，噪声小，没有无线电干扰，无抖动等现象；但是励磁电流较大，体积也较大，转子易变形，性能上不及直流伺服电动机。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的u/v/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着

18、转矩的增加而匀速下降， 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 定子绕组散热比较方便。 惯量小，易于提高系统的快速性。 适应

19、于高速大力矩工作状态。 同功率下有较小的体积和重量。2.2.2 切削力的计算以及电机的选择7：主轴和主电机的初选，主要先考虑主要的受力和功率，进行初选。1 （2-1）取： （2-2）铣刀主轴直径 校验：力学模型图2-1 力学模型2、弯矩图 以为原点，其中为剪应力值等于，为距离原点的距离得： （2-3）弯矩图： 图2-2弯矩图3、做出扭矩图 （2-4）图2-3扭矩图4、校核轴的强度根据第三强度理论得 （2-5）扭转切应力为脉冲循环变应力取，直径为的轴，弯曲应力，扭转切应力，代入上式得轴的弯矩合成强度条件为 (2-6)轴的抗弯截面系数代入计算得： (2-7)考虑到传递效率和空载功率初选电机的功率6

20、5kw，主轴直径180mm。 电动机的选择：查 查表9.1-8，选取电机型号为mdfqa132-32.76，异步伺服电动机的额定技术参数。连接方式为三角形连接,中心角132，额定转速为2235,额定转矩为257,额定功率为60.1,最大转矩为1100，功率因数,最高转速为4500，质量为。2.3 铣齿机刀架系统图及传动计算7： 圆锥-圆柱齿轮减速器，锥齿轮应布置在高速级，使其不宜过大，便于加工，对减速器的传动比进行分配时，要尽量避免圆锥齿轮尺寸过大，制造困难，因而高速级圆锥齿轮的传动比不宜过大，通常取=0.25,最好使，当要求两级传动打齿轮的浸油深度大致相等时，也可取。锥齿轮传动时，利用闭式齿

21、轮传动，传动比的推荐值选2-3。圆柱齿轮传动时，利用闭式齿轮传动，传动比的推荐值选3-5。最终选定三角圆锥-圆柱齿轮减速器。结构图如下图所示：图2-4减速器结构图（一） 传动比 （二）传动比的分配 选择传动比为31.5，为了便于大锥齿轮加工，高速级锥齿轮传动比，取，则，考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度，两级齿轮减速器高速级传动比与低速级传动比的比值取为1.3，即（三）传动装置的运动和动力参数1各轴转速的计算 （2-8） 各轴输入功率计算联轴器，锥齿轮8级闭式齿轮传动，滚动轴承，圆柱齿轮9级精度传动。 （2-9）3各轴的输入转矩 （2-10） 2.4 伺服进给系统的设计步骤及计

22、算 中间级齿轮传动的设计选定中间级齿轮的类型、材料及齿数(1)按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动（精度级）(2)选择小齿轮材料为40cr，调制处理，硬度范围为241286.hbw，取为263hbw，大齿轮材料为45钢，调制处理，硬度取为217236hbw，取为236hbw，二者硬度差为27hbw(3)选小齿轮齿数为，大齿轮齿数，取，（4）初选螺旋角按齿面接触疲劳强度设计 试选载荷系数， 由表8-6选取齿宽系数（对称布置） 由表8-5查得材料的弹性影响系数（均采用锻钢制造） 由图8-15查得节点区域系数 由图8-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限，计算应力循环次数

23、 （2-11） 由图8-19查得接触疲劳寿命系数， 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数，由式（8-11）得 （2-12） 端面重合度按式（8-16）近似计算（2-13） 螺旋角按式（8-18）计算 计算小齿轮分度圆直径，代入中的小者 （2-14）取2.4.1 修正计算结果 计算圆周速度 （2-15） 确定模数，取为标准值 （2-16）修正齿数，取 （2-17）修正螺旋角 （2-18） 确定齿宽确定载荷系数k由表8-2查得使用系数，由表8-6查得动载荷系数， （2-19）由表-查得齿间分布系数，由表-4查得齿向载荷分布系数 （2-20）由图8-15查得（2-21）螺旋角系数修正小齿

24、轮分度圆直径 （2-22） 取2.4.2 再修正计算结果 计算圆周速度仍选8级精度确定模数，取为标准值修正齿数，取修正螺旋角确定齿宽确定载荷系数k由表8-2查得使用系数，由表8-6查得动载荷系数，由表-查得齿间分布系数，由表-4查得齿向载荷分布系数 由图8-15查得螺旋角系数修正小齿轮分度圆直径 两次修正后，结果已相近，故最终取2.4.3 计算几何尺寸 法向模数齿数，分度圆直径，齿宽螺旋角端面模数中心距2.4.4 校核齿根弯曲疲劳强度 ，且, （2-23）由图8-12查得 （2-24） 由图8-17，图8-18查得齿形系数，应力修正系数，由图8-22c按齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大

25、齿轮的接触疲劳强度极限，由图8-20查得接触疲劳寿命系数，计算接触疲劳许用应力，取安全系数，由式（8-11）得 （2-25） ， 8 (2-26) 强度足够2.5 低速级齿轮传动的尺寸2.5.1 选定低速级齿轮的类型、材料及齿数(1)按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动（精度8级）(2)选择小齿轮材料为40cr，调制处理，硬度范围为241286.hbw，取为280hbw，大齿轮材料为45钢，调制处理，硬度取为217255hbw，取为240hbw，二者硬度差为40hbw(3)选小齿轮齿数为，大齿轮齿数，取，（4）初选螺旋角按齿面接触疲劳强度设计（1）确定公式内的各计算数值，试选载荷系数， 由表8-6选

26、取齿宽系数（对称布置）由表8-5查得材料的弹性影响系数（均采用锻钢制造）由图8-15查得节点区域系数由图8-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限，由式（8-12）计算应力循环次数 (2-27)由图8-19查得接触疲劳寿命系数，计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数，由式（8-11）得 (2-28) 端面重合度按式（8-16）近似计算 (2-29)螺旋角按式（8-18）计算 （2）计算小齿轮分度圆直径，由式（8-19），代入中的小者 (2-30)取2.5.2 修正计算结果12（1）计算圆周速度，（2）仍选8级精度，确定模数，取为标准值（3）修正齿数，取

27、，取（4）修正螺旋角（5）确定齿宽（6）确定载荷系数k由表8-2查得使用系数，由表8-6查得动载荷系数，由表8-3查得齿间分布系数，由表8-4查得齿向载荷分布系数 （7）由图8-15查得（8）（9）螺旋角系数（10）修正小齿轮分度圆直径取2.5.3再修正计算结果（1）计算圆周速度（2）仍选8级精度（3）确定模数，取为标准值（4）修正齿数，取，取（5）修正螺旋角（6）确定齿宽（7）确定载荷系数k由表8-2查得使用系数，由表8-6查得动载荷系数，由表8-3查得齿间分布系数，由表8-4查得齿向载荷分布系数 （8）由图8-15查得（9）（10）螺旋角系数（11）修正小齿轮分度圆直径两次修正后，结果已相

28、近，故最终取2.5.4 计算几何尺寸 法向模数齿数，分度圆直径，齿宽螺旋角端面模数中心距2.5.5 校核齿根弯曲疲劳强度 ，且, 由图8-12查得 由图8-17，图8-18查得齿形系数，应力修正系数，由图8-22c按齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限，由图8-20查得接触疲劳寿命系数，计算接触疲劳许用应力，取安全系数，由式（8-11）得 由式（8-22）得， 由式（8-20）得 (2-31) 强度足够. 表2-1高速级大齿轮结构尺寸10名称结构尺寸经验计算公式结果/mm板孔分布圆直径268板孔直径70腹板厚度c22.4腹板最大直径408毂孔直径d由中间轴设计而定68

29、轮毂宽度l112轮毂直径108表2-2低速级大齿轮结构尺寸名称结构尺寸经验计算公式结果/mm毂孔直径d由中间轴设计而定105轮毂直径168轮毂宽度l165腹板最大直径456.53板孔分布圆直径156.13板孔直径72.13腹板厚度c32.4表2-3中速级齿轮传动尺寸名称计算公式结果/mm法面模数5法面压力角螺旋角齿数2288传动比4分度圆直径83336齿顶圆直径93346齿根圆直径79.5335.5中心距280表2-4低速级齿轮传动尺寸名称计算公式结果/mm法面模数5法面压力角螺旋角 齿数3195传动比3.065分度圆直径122371齿顶圆直径132381.56齿根圆直径109.5358.3中

30、心距329.15齿宽127122的2.6轴的设计72.6.1 轴的材料选择和最小直径估算 根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理，按扭矩强度法进行最小直径估算，即，初算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响，当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%-7%，两个键槽时，d增大10%-15%，值由表14-4确定：， ， 高速轴，因高速轴最小直径处安联轴器，没有一个键槽，则，取整为38mm，安装滚动轴承，取标准值，安装滚动轴承，取标准值， 取2.6.2轴的结构设计1高速轴的结构设计（1）各轴段直径的确定：最小直径，滚动轴承处轴段，。滚动轴承取30210，其 尺寸结构为：锥齿轮

31、轴段，：轴环，根据轴向定位要求，：圆柱齿轮轴段，：滚动轴承处轴段，（2）各轴段长度的确定：由滚动轴承，挡油盘及装配关系等的确定，：圆锥齿轮的宽度, ：轴环宽度，：由圆柱齿轮的毂孔宽度，：由滚动轴承，挡油盘及装配关系确定， （3）细部结构的设计 由表10-1查出，圆柱齿轮处键，锥齿轮处键选用，齿轮轮毂与轴的配合选为；滚动轴承与轴的配合采用过渡配合，此轴毂的直径公差选用，查表7-19，各轴肩出处的圆角半径见图f-18，查表7-19，各侧角为c2，参考表17-10，各轴段表面粗糙度见图f-182 中间轴的结构设计3 （1）各轴段直径的确定：最小直径，滚动轴承处轴段，。滚动轴承取30214，其尺寸结构

32、为：低速小齿轮轴段，：轴环，根据轴向定位要求，：高速级大齿轮轴段，：滚动轴承处轴段，（2）各轴段长度的确定：由滚动轴承，挡油盘及装配关系等的确定，：由低速级小齿轮的毂孔宽度确定, ：轴环宽度，：由高速级大齿轮的毂孔宽度，：由滚动轴承，挡油盘及装配关系确定， （3）细部结构的设计 由表10-1查出，高速级大齿轮处键，低速级小轮处键选用，滚动轴承与轴的配合采用过渡配合，此轴段的直径公差选用，查表7-19，各轴肩出处的圆角半径见图f-18，查表7-19，各侧角为c23低速轴的结构设计（1）各轴段直径的确定：滚动轴承处轴段，。滚动轴承取30219，其尺寸结构为 ：低速级大齿轮轴段，：轴环，根据轴向定位

33、要求，：锥齿轮轴段，：滚动轴承处轴段，（2）各轴段长度的确定：由滚动轴承，挡油盘及装配关系等的确定，：由低速级大齿轮的毂孔宽度确定, ：轴环宽度，2.7轴的校核以中间轴为例：2.7.1 轴的力学模型的建立12 轴上里的作用点位置和指点跨距的确定齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的重点，因此可决定中间轴上两齿轮力的作用点位置，轴上的30214轴承，从表12-6可知它的负荷中心到轴承外断面的距离a=25.8mm，故可计算出支点跨距和轴上各力作用点相互位置尺寸。支点（实际33.5mm），低速级小齿轮的力作用点c到支点a距离（实际106.7mm），两齿轮的力作用点之间的距离（实际147.5mm）

34、，高速级大齿轮的力作用点d到右支点b的距离（实际79.2mm）。 绘制轴的力学模型图 初步选定高速级小齿轮右旋，高速级大齿轮左旋，根据中间轴左受轴向力最小的要求，低速级小齿轮的为右旋，低速级大齿轮为右旋，根据要求的传动速度方向，控制的轴力学模型图5-5。 图2-5轴力学模型图2.7.2计算轴上的作用力 齿轮3： （ 2-32） 齿轮4： 2.7.3计算支反力 垂直面的支反力（xz平面）绕支点b的力矩和，得 方向向下同理由绕支点a的力矩和，得 （2-33） （2-34）方向向下由轴上的合力校核： 计算无误 水平面支反力（xy平面） 绕支点b的力矩和，得 （2-35）方向向下同理由绕支点a的力矩和

35、，得 方向向下由轴上的合力校核： 计算无误1 a点总支反力 （2-36） b点总支反力绘制转矩弯矩图 垂直面内的弯矩图 c处弯矩： （2-37） d处弯矩： 水平面内的弯矩图c处弯矩： d处弯矩： 合成弯矩图c处： d处： 转矩： 因为是单向回转轴，所以扭转切应力视为脉动循环变应力，折算小数c处： d处： 2.7.4弯扭强度校核 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和最大转矩的界面（即危险界面c）的强度： （2-38）根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由所引用教材表15-1查得，因，故强度足够。2.8 键的选择与校核 这里只以中间轴上的键为例，由中间部的细部结构设计，选定高速级大齿轮处键为

36、，标记：键,低速级小齿轮处键2为，由于是同一根轴上的键，传递的转矩相同，所以，只需要校核断的键1即可，齿轮轴段d=80mm，键的工作长度l-b=100-22=78mm，键的接触角度，传递的转矩，按所引用教材表5-2查处键静联接时的挤压许用应力为，（键，齿轮轮毂，轴的材料均为45钢调质） 键联接强度足够2.9 滚动轴承的选择与校核9以中间轴上的滚动轴承为例滚动轴承的选择 根据载荷及速度情况，拟定选用圆锥滚子轴承，由中间轴的设计，选取30214，其基本参数查表，,，,滚动轴承的校核 轴承受力图如图所示：图2-6轴承受力图 径向载荷根据轴的分析，可知：a点总支反力b点总支反力 轴向载荷外部轴向力,从

37、最不利受力情况考虑，指向a处1轴承（方向向左），轴承派生轴向力由圆锥滚子轴承的计算公式求出：，（方向向右） （2-39），（方向向左）因为：所以a处1轴承被压紧，b处2轴承放松，故 当量动载荷p 根据工况（中等冲击，中等惯性力），由所引用教材表12-6查处载荷系数 1轴承：因 由表12-5可知 （2-40）2轴承：因 第3章液压分度盘的设计和计算4： 数控机床（主要是钻床、镗床和铣镗床）的分度工作台与数控回转工作台不同，它只能完成分度运动，而不能实现圆周进给。由于结构上的原因，通常分度工作台的分度运动只限于某些规定的角度（如90、60或45等）。机床上的分度传动机构，它本身很难保证工作台分度的

38、高精度要求，因此常需要定位机构和分度机构结合在一起，并由夹紧装置保证机床工作时的安全可靠。3.1 齿盘式分度工作台齿盘式分度工作台是数控机床和其他加工设备中应用很广大的一种分度装置。它既可以作为机床的标准附件，用t型螺钉紧固在机床工作台上使用，也可以和数控机床的工作台设计成一个整体。齿盘分度机构的向心多齿啮合，应用了误差平均原理，因而能够获得较高的分度精度和定心精度（分度精度为0.53s）。现介绍z65258型转塔式坐标卧式钻床的齿盘式分度工作台，下图为分度工作台的结构图。图3-1分度工作台结构图齿盘式分度工作台主要由工作台、底座、压紧液压缸、分度液压缸和一对齿盘等零件组成。齿盘是保证分度精度

39、的关键零件，每个齿盘的端面均加工有数目相同的三角形齿（z=120或180），两个齿盘啮合时，能自动确定周向和径向的相对位置。齿盘式分度工作台分度运动时，其工作过程分为四个步骤：(1)分度工作台上升且齿盘脱离啮合当需要分度时，数控装置发出分度指令（也可用手动按钮进行手动分度）。这是，二位三通电磁换向阀a的电磁铁通电，分度工作台1中央的差动式压紧液压缸下腔13从管道4进压力油，于是活塞3向上移动，液压缸上腔14的油液经管道2、电磁阀a再进入液压缸下腔13，形成差动。活塞3上移时，通过推力轴承5使分度工作台1也向上抬起，齿盘6和7脱离啮合（上齿盘6固定在工作台1上，下齿盘7固定在底座上）。同时，固定

40、在工作台回转轴下端的推力轴承10和齿轮11也向上与外齿轮12啮合，完成了分度前的准备。 (2)工作台回转分度当分度工作台1向上抬起时，推杆8在弹簧作用下也同时抬起，推杆9向右移动，于是微动开关d的触头松开，使二位四通电磁换向阀的电磁铁通电，压力油从管道15进入分度液压缸左腔16，于是齿条活塞17向右移动，右腔19中油液经管道18、节流阀流回邮箱。当齿条活塞17向右移动时，与它啮合的外齿轮12便做逆时针方向回转，由于外齿轮12与内齿轮11已经啮合，分度工作台也随着一起回转相应的角度。分度运动的速度，可由回油管道18中的节流阀控制。当外齿轮12开始回转时，其上的挡块21就离开推杆22，微动开关c的

41、触头松开，通过互锁电路，使电磁阀的电磁铁不准通电，始终保持工作台处于抬升状态。按设计要求，当齿条活塞17移动113时，工作台回转90，回转角度的近似值由微动开关和挡铁20控制。 (3)分度工作台下降并定位压紧当工作台回转90位置附近，其上的挡铁20压推杆23，微动开关e的触头被压紧，使电磁阀a的电磁铁断电，压紧液压缸上腔14从管道2进压力油，下腔13中的油从管道4经节流阀回油箱，活塞3带动分度工作台下降，上、下齿盘在新的位置重新啮合，并定位夹紧。管道4中的节流阀用来限制工作台的下降速度，保护齿面不受冲击。(4)分度齿条活塞退回当分度工作台下降时，推杆8受压，使推杆9左移，于是微动开关d的触头被

42、压紧，使电磁换向阀b的电磁铁断电，压力油从管道18进入分度液压缸右腔19，齿条活塞17左移，左腔16的油液从管道15流回油箱。齿条活塞17左移时，带动外齿轮12作顺时针回转，但因工作台下降时，内齿轮11也同时下降与外齿轮12脱开，故工作台保持静止状态。外齿轮12作顺时针回转90时，其上挡块21又压推杆22，微动开关c的触头又被压紧，外齿轮就停止转动而回到原始位置。当挡铁20离开推杆23，微动开关e的触头又被松开，通过自保电路保证电磁换向阀a的电磁铁断电，工作台始终处于压紧状态。齿盘式分度工作台和其他分度工作台相比，具有重复定位精度高、定位刚性好和结构简单等优点。齿盘接触面大、磨损小和寿命长，而

43、且随着使用时间的延续，定位精度还有进一步提高的趋势【8】。 液压式数控分度工作台总体方案设计 随着人类生活的物质要求不断提高和人类社会的不断发展，越来越复杂的零件被设计运动到各个领域。所以对加工它们的机床提出了更高的要求。液压式数控分度工作台实现工件的多工位加工，满足工件的加工要求。液压式数控分度工作台为五工位组合机床的重要部件，其功能与加工中心的功能密切关系。 在液压式数控分度工作台总体设计关键是要确定工作台的参数，回转工作台最主要的参数为工作台尺寸等，根据确定的零件的典型零件进行选择。工作台尺寸是回转工作台的主参数，主要取决于典型零件的外廓尺寸、装夹方式等。应选比典型零件稍大一些的工作台，

44、以便留出安装夹具所需的空间，还应考虑工作台的承载能力，承载能力不足时应考虑加大工作台尺寸，以提高承载能力。液压式数控分度工作台原理设计 图3-2 图3-3 端齿盘式分度工作台 图图3-2、图3-3所示是端齿盘式液压分度工作台的结构原理图。它主要由工作台台面、底座、夹紧油缸、分度油缸及齿盘等部件组成，其工作过程如下： 1、 分度工作台抬起、松开 机床需要分度时，根据数控装置发出分度指令，由电磁铁控制液压阀（图中未标出），使压力油进入管道进入分度工作台7中央的夹紧油缸油腔10，并推动活塞6移动（油缸上腔9的油经管道22排除回油）。活塞6通过推力球轴承5（轴承13与之配套使用），使工作台7抬起，上端

45、齿盘4和下端齿盘3脱离啮合。在工作台7向上移动时带动内齿圈12与齿轮11下部啮合，完成分度前的准备工作。同时，工作台7向上抬起，推杆2在弹簧作用下向上移动，使推杆1能在弹簧的作用下右移松开微动开关d，发出松开到位信号。 2、分度工作台回转、分度 控制系统在接到松开到位信号后，控制电磁铁（液压阀）动作，使压力油经管道21进入分度油缸左腔19，并推动齿条8右移（分度油缸右腔的油经管道20排出回油）。齿条8带动齿轮11做回转运动，实现工作台的回转。改变油腔的行程，即可以改变齿轮11的回转角度。图中的分度工作台为：油缸的行程163.28mm，齿轮回转的角度为72。当齿轮回转的过程中，挡块14放开推杆1

46、5；72到位后，挡块17压上推杆16，微动开关e发出到位信号，回转动作结束。分度工作台的回转速度可以通过液压系统进行调节。 3、分度工作台落下、夹紧 控制系统在接收到信号后，由电磁铁液压阀（图中未标出），使压力油经管道22进入分度工作台的夹紧油缸的油腔9，并推动活塞6下移（油缸下腔10的油紧管道23排除回油）。活塞6通过推力球轴承5（轴承13与之配套使用），使工作台7落下，上端齿盘4和下端齿盘3啮合、夹紧、定位。工作台夹紧后，压下推杆2，使推杆1左移，压上微动开关c动作，发出夹紧完成信号。 4、分度油缸返回 控制系统在接收到加紧完成信号后，控制电磁铁（液压阀）动作使压力油经管道20进入分度油缸右腔18，并推动齿条8左移（分度油缸左腔19的油经管道21排出回油），齿条8返回。这时，因为齿轮11的内齿圈已经脱开，分度工作台不动，同