叶片槽铣床分度头设计

页码居中，以阿拉伯数字顺序排序 1 绪论 题研究现状概述 叶片槽铣床分度头 是一种新型 间歇、转位、分度 机构 。 分度头是在铣床上加工各种等分工件的重要附件 ， 常用来安装工件铣斜面，进行分度工作，以及加工螺旋槽等 。在传统的机械工业中，采用的多是手工分度头， 它分度精度低，分度柔性差， 操作人员劳动强度大，难以实现自动化生产。随着技术的进步与工业的发展，对机械设备的自动化程度要求越来越高，加工精度要求也越来越高 。 为了适应自动化、高精度的要求而发展 ，数控分度头的开发与研制成为研究热点。 1 近年来，日本、 美国、瑞士、 德国等国的 铣床分度头 发展 极为迅速 ，自动化程度高， 分度 柔性大 ，降低了操作者的劳动强度 ， 而且它还 能达到很高的分度精度。以美国哈斯公司为例， 从 1983年制造出第一台分度头， 1988年生产出首台立式加工中心到如今，已经有 75000 多台哈斯数控机床和 45000台哈斯转台使用在世界各地。 2006年哈斯数控机床年产量已经达到 12500 多台。月产 1000 多台数控机床，这在世界机床发展史上也实属少见。 目前普遍使用的国产数控分度头的分度精度太多约为 15（角秒，下同），难以满足一些高精度分度工件的加工要求 ， 如工具行业加工高精度花键塞规、花键拉刀、精 密等分板等，纺机行业加工提花针织太圆机的圆筒，加工汽车、摩托车行业用的滚轧轮和国防工业用的送弹凸轮，电机行业定转子芯片散热孔的冲压定位等，其分度定位误差都要求在 6左右。 国外先进水平的镗铣数 控分度头一般采用半闭环控制，以伺服电机的编码器作为位置反馈器件， 每转脉冲数为 2500P。日本 司、美国 司生产的各种类型数控分度头的分辨率为 位精度为 15；台湾 司、宝嘉城公司生产的数控分度头的性能指标与日本及美国产品类似，但其传动间隙无法消除（大多在 上 ）；德国 司、瑞士 键 分精度为 3。 国内不少单位对高精度数控分度头也做了大量理论研究和产品开发工作， 如华中理工大学汉口分院在控制算法方面采取多种措施消除分度头的几何误 差，使分度头的分度误差达到 10，其数控系统采用以 8031 为 数控装置，但无扩展功能；华- 2 - 中理工大学机械学院对高精度数控分度头的研究开展较早，通 过采用神经网络方法进行误差补偿 ,使数控分度头的分度误差达到 15；烟台机床附件厂引进意大利 技术生产数控分度头，采用半闭环控制，分度精度为 2。 2 题分析 本课题要求设计出一种用于卧式铣床上加工各种规格的叶片泵转子叶片槽 (如图1的分度头 装置 。要求操作迅速方便，且具有一定范围的通用性。 图 1叶片泵转子零件工作图 铣床 分度头 是一种典型的分度机构的应用实例， 是铣床的重要附件之一 。 许多零件如齿轮、离合器、花键轴及刀具开齿等在铣削时，都需要利用分度头进行分度。通常在铣床上使用的分度头有简单分度头、万能分度头、自 动分度头等，其中万能分度头应用广泛。 2常见的铣床分度 头 是利用 各种分度方法 (如 简单分度、复式分度、差动分度 )进行各种分度工作 ， 把工件安装成需要的角度，以便进行切削加工 (如铣斜面等 )； 螺旋槽 铣削加工 时，将分度头挂轮轴与铣床纵向工作台丝杠用 “ 交换齿轮 ”联接后， 随着 工作台移动时，分度头上的工件即可获得螺旋运动 完成加工 。 3 重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 3 - 通过对 翻阅有关铣床分度头的相关资料 ，吸取国内设计 铣床分度头 已积累的丰富经验，借鉴国外的新经验，分析各种设计方案，采用合理的控制方法，设计一个合理、行之有效的 叶片槽铣床分度头 ， 利用棘轮机构的 转位分度功能，与凸轮分 度机构配合，实现手动分度与自动分度两种分度加工方法。 通过液压传动与人力驱动两种不同方式，采用间歇、转位、分度机构实现 定位分度控制，实现叶片槽的铣床加工是可行的。 分析可知，本课题主要解决叶片槽铣床分度头的分度、转位的机构设计，以及完成相关零件的结构设计。 根据设计要求结合 叶片槽铣床加工 的特点，设计 一个铣床专用的分度头机构 。 重点熟悉 铣床分度头装置 的组成和各部分的工作原理，系统设计方法，以及 分度机构 的特点 ， 根据控制要求 完成叶片槽铣床分度头的设计，而后主要是 设计绘制叶片槽铣床分度头的 工程图及零 件图 ，并 完成 叶片槽铣床分度头的 三维建模 。 度设计类比实例 由分析可知，本课题设计的关键点即为分度部分的机构功能实现问题，现将日常工程实例中常用的分度机构实例作简要介绍，为后文的方案设计提供参考，并采用类比设计方法，以利于本文设计思路的阐述。 （ 1） 手枪盘分度机构 手枪盘分度机构具有转位分度的功能，是一种典型的棘轮分度机构。 棘轮 分度 机构主要由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成。 图 1示为手枪盘分度机构。滑块 1沿导轨 爪 4使棘轮 5转过一个 齿距，并 使与棘轮固结的手轮盘 3绕 度，此时挡销 a 上升使棘爪 2在弹簧的作用下进人盘 3的槽中使手枪盘静止并防止反向转动。当滑块 1向下运动时，棘爪 4从棘轮 5的齿背上滑过在弹簧力 (图中末画出 )作用下进入下一个齿槽中，同时挡销“使棘- 4 - 爪 2克服弹簧力绕 B 轴逆时针转动手枪盘 3解脱止动状态。 4 （ 2） 分度钻床夹具 分度钻床夹具 如图 1类零件钻孔加工时， 工件以内孔和端面在心轴 5和棘轮 3 上实现定位，通过开口垫圈 6、螺母 7 夹 紧。棘轮 3、定位心轴 5、手 柄三者固连，可在镶入夹具体 10的衬套 好一孔后，沿箭头方向转动手柄 l，带动棘轮连同 工 件一起转动，棘轮把棘 爪 9 压下，在弹簧力作用下，使棘爪与第二齿啮合继续钻第二孔，如此重复即可完成等分孔的加工。 5 (3)凸轮分度机构 6 常见的分度凸轮机构有三种： 弧 面凸轮分度机构 、圆柱凸轮分度机构和 平行凸轮分度机构 。 6以弧面凸轮分度机构（如 图 1示 ）为例介绍，弧面图轮分度机构又称滚子齿式分度凸轮机构，用于两垂直交错轴间的间歇分度步进传动。主动凸轮为圆弧回转体，凸轮轮廓制成突脊状，类似于一个具有变螺旋角的弧面蜗杆。从动转盘外圆上装有多个轴线沿转盘径向均匀分布的滚子。转盘相当于蜗重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 5 - 轮，滚子相 当于蜗轮的齿。所以弧面凸轮也有单头、多头和左旋、右旋之分，凸轮和转盘转动方向间的关系，可用类似蜗杆蜗轮传动的方法来判定。当凸轮旋转时，其分度段轮廓推动滚子，使转盘分度转位；当凸轮转到其停歇段轮廓时，转盘上的两个滚子跨在凸轮的圆环面突脊间的间隙和补偿磨损。转盘在分度期的运动规律，可按转速、载荷等工作要求进行设计，特别适用于高速、重载、高精度分度等场合。凸轮一般作等速连续旋转，有时由于需要转盘有较长的停歇时间，也可使凸轮作间断性旋转。 7 通过 分析各种设计方案， 从上述的类比设计实例中取其精华，取其糟粕， 本课题 所设计的 叶片槽铣床分度头 装置 ， 可以 利用棘轮机构的转位分度功能，与凸轮分度机构配合， 同时 实现手动分度与自动分度两种分度加工方法。 通过实例分析借鉴，使得设计思路更明确，便于对设计过程做好规划。 文的内容规划 本文在参考各类文献 的基础上，详尽的阐述了叶片槽铣床分度头的设计思路、传动原理、实现条件、组成部分、应用 前景 4等问题，还根据设计任务书的要求自主设计了一台 叶片槽铣床分度头装置 。 这其中包括对分度头 各零部件的结构设计和强度校核，和标准件的选取 8，并对其进行了基于 三维建模。现将本文的设计内容 作如下 规划 ： (1) 叶片槽铣床分度头的方案设计，包括主功能部件的设计、动力和传动设计以及整个装置的总体设计，拟定设计方案 。 (2) 对分度头装置的主要功能零件进行详细设计，包括对关键零件的结构设计和必要设计计算。 (3) 在 在本文中附图直观地表现各零件的形状及整个装置总体结构 。 (4) 本文将对分度 头在实际工程中的应用作必要说明，包括使用方法的讲解、润滑和密封、关键零部件的安装或加工，以及维修和保养 。 (5) 最后对 本设计作客观地分析评价，包括应用前景、设计特色等，并对存在的问题加以讨论。 - 6 - 2 叶片槽铣床分度头的方案设计 言 根据上文分析可知，本 课题 旨在设计 一种 典型的间歇、转位、分度装置 。在产品的功能设计要求上，间歇、转位、分度是分度头的必要功能 ，必须设计出相应的机构来实现，在方案设计中，首先要解决的也是该功能部分的设计 。 同时，为 满足自动和人工手动两种不同工作方式的要求 ，选用合理的传动方式，以便实现自动与手动操作之间的转换。根据主要功能部件的设计要求， 保证产品的整体基本功能， 综合考虑传动方式、结构工艺性等因素，进而完善叶片槽铣床的总体设计。 功能部件方案设计 间歇、 转位、分度是叶片槽铣床分度头必须实现的主要功能，因而实现分度的机构方案设计是分度头设计中最为重要的一环。具备类似功能的分度头装置 广泛应用于高度自动化的机器、仪表和装配线等领， 在包装机械、食品机械等自动机械领域中的分度装置占了很大的比重。 8随着机械的自动化程度和劳动生产率的不断提高，分度机构的应用也日益广泛。 在加工工艺有类比性的零件加工中也广泛应用， 如 铣制齿轮或齿轮轴，铣制花键轴等工程实例中。 9 通过前文绪论中的分度机构 应用实例分析，结合机构设计的相关参考资料，本课题所需设计的分度构件可以采用棘轮分度 机构或凸轮分度机构等间歇机构。综合各种分度装置的设计要点，可知 ： （ 1）该分度机构必须有一个分度功能零件，用于实现准确分度，例如手枪盘分度机构和分度钻床夹具中的棘轮； （ 2）必须有对定部分，它的作用是转位分度后，保证转动的分度盘对整个装置有正确的位置，如分度钻床夹具中棘轮的齿槽与棘爪及弹簧就构成了对定部分。 （ 3） 必须有锁紧机构，分度对定之后，将转动部分与整个装置的箱体固定在一起，减少加工时的震动和保护对定部分。 本课题设计的分度机构方案也需具备以上特点，首先设计一个分度盘零件，实现准确分度。通过查找液压元 件的相关技术参数，叶片泵多为 8 叶或 12 叶，即叶片泵转子多为 8 个或 12 个插槽。所以，所设计分度盘零件必须满足通用性的要求，满重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 7 - 足 8 槽或 12 槽的加工，分度盘零件的细分度数为 8 和 12 的公倍数，取最小公倍数24 即可满足要求。 分度盘零件草图如图 2示。 分度实现和定位机构的设计吸取前文三个设计实例的优点，采用类比设计方法，取其中部分机构设计方案， 本课题分度实现和定位方案设计如图 2示： 其中对定销用于对定分度盘，对定销落下后插入分盘槽中，对定销中弹簧将销体压紧防止因斜面分力作用而上升，失去定位能力；圆柱销插 入对定销销体中，起传递推力作用，用于推动对定销的上升；滚子 在凸轮面上滚动，并安装与圆柱销上，当滚子在凸轮不同面上滚动时，圆柱销的空间高度随之变化，将对定销抬起；凸轮通过设计不同的轮廓线使得滚子实现所需轨迹的运动，凸轮的轮廓形状如图 2示，凸轮的设计计算将在后文阐述；棘爪安装在凸轮上，凸轮随主轴转动时，棘爪随之转动，棘爪拨动分度盘背面的棘齿带动分度盘转动，这样分度盘就自然的转动一定角度，对定销被抬起后在弹簧力作用下压下，定位到下一个分度盘齿槽中，如此循环往复，实现分度头的分度和定位。其中，分度盘通过键连接 与主轴固定在一起，从而带动主轴的转动，而凸轮则通过滚动轴承安装于主轴上，并未周向对位，所以凸轮在实际工作中是通过往- 8 - 复摆动使得滚子沿不同的轮廓面滚动，从而控制分度盘的定位。 在分度盘与对定销配合，以及分度盘背面棘齿与棘爪的配合关系中，也应注意凸轮在往复摆动带动棘爪拨动分度盘的动作中，在对定销回落到分度盘齿槽中后，棘爪在分度盘棘齿面上滑动而不能继续拨动分度盘，因此采用如图 2计对定销与分度盘齿槽都有一定斜度 ，便于实现定位，销推出齿槽；棘爪与棘齿面的设计，目的是凸轮带动棘爪往一个方向转 动时拨动分度盘，而在相反方向波动时，由于棘齿面为斜面，棘爪在齿面上打滑也就不能带动分度盘继续转动，而只随凸轮的摆动回到原位，开始下一个分度周期的动作。 力与传动设计 分度机构的功能实现需要一个动力源，即需进行动力设计，再通过 恰当的传动的机构将动力传递至分度部分，驱动完成分度工作。由于本课题设计的叶片槽铣床分重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 9 - 度头装置，应用于普通铣床（如 ，考虑到工作现场的能源条件，在本设计中，采用液压传动的方式提供原动力。 10 之所以采用液压传动，是该传动方式具有许多优点 11可以满足设计要求： （ 1） 液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置 ，分度头仅作为机床的一个部件来使用，要求灵活适用 ； （ 2） 整体构件的重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快，分度头装置只作为铣床的一个部件来使用，重量和体积过大都经济实用，同时分度的精确程度 要求使得其传动中的运动惯性较小，且反应灵敏度要好； （ 3） 操纵方便，可实现无级调速，本装置需满足通用性要 求，要求操作便捷的同时，对应不同的零件加工可以较为灵活得调节分度频率。 （ 4） 容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以 实现遥控。本设计中将利用这一特点，实现液压缸的行程控制，从而控制分度的准确性。 12 本设计确定采用液压缸为主要动力源，同时，为满足自动与手动两种动力方式的要求，人力也是动力源之一。在传动设计中，既要充分利用液压传动的优点又要兼顾到与手动驱动衔接。以液压缸作为动力源，液压缸活塞杆易于实现直线传动，这种直线传动将动力传递到分度部分，并有直线运动转化为转动。由此分析易于联想到，齿轮齿条传动可以 将 直线运动到转动的转化。 活塞杆输出部分可以加工成齿条，通过与齿轮啮合传动实现运动转化。手动驱动部分与前述传动相衔接，也 采用齿轮齿条传动。具体传动方案设计如图 2示。 - 10 - 体方案设计 在确定主功能部件和传动方案后，总体的布局设计已见雏形。 合理的总体设计中的布局设计是重要环节之一，对后面的详细设计以及产品的制造和运行有重要的影响。总体布局设计要便于使装置发挥功能，无论整体还是局部，布局都应有利于而不是妨碍功能的实现。另外，总体设计应使整体结构紧凑，层次分明，比例协调。 本设计装置的总体布局，必须考虑液压传动与主轴转动为交错轴传动，即液压缸活塞杆于主轴垂直，而该分度头装置安放于铣床工作台上，又要考虑使其便于操作，使 人工与机器有机地结合、相互适应。 本设计装置作为铣床的一个功能部件，整体的结构尺寸不应过大，应该与人体尺寸数据相适应，分度定位直观清晰、容易观察、便于 控制。另外，人力输入的控制操作也应该方便省力，减轻疲劳。 13 本课题设计的叶片槽铣床分度头装置的总体方案设计如图 214 结合叶片槽铣床分度头的总体方案 设计图，其工作原理简介如下 下：分度头分度时，压力油进入液压缸 1 的左腔，活塞杆齿条 6 向右移动，经扇形 齿轮 4、锥销 12带动凸轮 3 作逆时针方向转动。当凸轮 3 转过一定角度时，滚子沿凸轮的上升曲线移动，从分 度盘 5 的定位槽中拔出对定销 0 在分度盘 5 的端面齿 S 面上滑动，分度盘不转动。若凸轮 3 继续转动，滚子沿凸轮的 E 面移动，对定销 9 则停留在拔销位置；而棘爪 10 继续滑动少许后，碰到端面齿的 T 面，就带动分度盘 5 转动，从而使主轴 11 转位。当滚子沿凸轮 E 面及 F 面滑动结束，则对定销 9 重新插入分度盘 5 的另一定位槽中，使主轴 11 准确的转位。与此同时，活塞杆 6 顶在固定挡铁 7上，以防定位销受力过大，同时起到止挡保护作用。 对于自动控制，主轴 11 转位后，活塞杆 6 上的挡铁压下行程开关使其发出讯号，控制液压缸 8 动作，将主轴 11 夹紧；同时还控制液压缸 1 换向，使活塞杆 6 左移，而凸轮 3 顺时针转回原位，棘爪 10 在棘轮上打滑，分度盘 5 不转动。 另外，手动驱动部分由人工摇动手轮 15 带动齿轮轴 14 转动，齿轮轴 14 轴端齿轮与活塞杆齿条 6 啮合传动，再由齿条 6 与扇形 齿轮 4 啮合传动，同样可以实现分度控制。 重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 11 - - 12 - 3 叶片槽铣床分度头的详细设计 在叶片槽铣床分度头的方案设计完成后，本设计将对总体设计中的方案进行结构化， 确定为实现产品的功能要求所需部件和零件的材料、形状、尺寸、精度等，并且对重 要零件进行必要的 计算。特别是本设计中实现分度主功能的零件，以及提供动力的液压缸的 行程计算等与装置功能实现息息相关的设计计算。本设计结合在 零件的形状等结构要素表现得更为直观。 轴的详细设计 叶片槽铣床分度头的主轴是 关键零件，其上安装分度盘、凸轮、扇形 齿轮等主功能 零件 。下文将介绍主轴的结构设计及主轴上零件的安装定位，从而明确分度盘、凸轮、不完全齿轮等零件在主轴上的布置，便于以主轴为设计基准展开设计。 轴上零件的装配方案 拟定主轴上零件的装配方案是进行 轴的结构设计的前提，决定了轴的基本形式。根据前文所述叶片槽铣床分度头的总体方案设计，预定出主轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。主轴上零件的装配关系拟定如图 3示： 图 3轴上零件的装配关系 由上图可知， 主轴上各零件在保证零件所需的装配和调整空间的同时尽可能缩短轴向尺寸，特别是右端部分装配关系紧密，决定了主轴结构较为紧凑。而且， 主轴上的零件选用多采用标准件，一是标准化设计的需要 15，二是有利于各轴段尺寸的确定，其中标准件有毡圈油封、止推轴承、滑动轴承、止动垫圈、圆螺母、键、深沟球轴承， 以及穿孔螺杆、端螺母和垫圈。根据类比设计的原则，在满足设计要求的基础上，初选定各标准件的型号后，各轴段的尺寸就可以确定了。 重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 13 - 轴上零件的定位 16 为防止主轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，主轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和轴向定位，以保证其准确的工作位置。 主轴左端部的止推轴承 左边 通过 轴肩定位，右边压紧在滑动轴承左端面上，而滑动轴承压紧定位在箱体中， 从而实现止推轴承的轴向定位。同时滑动轴承的左端和右端分别通过止推轴承和箱体实现定位，需要说明的是滑动轴承 与箱体内孔为过 盈配合，安装主轴前将其压入到箱体孔中。 主轴中段的 止推轴承左边通过滑动轴承右端面定位，右边靠圆螺母和止动垫圈锁紧定位。分度盘靠平键连接实现周向定位，左端面通过轴肩定位，右端面通过套筒定位 。凸轮通过深沟球轴承安装于主轴上，轴承内圈靠套筒定位，外圈与凸轮内孔配合定位， 凸轮右端面与扇形齿轮台阶面贴合，从而实现周向定位。扇形齿轮也通过深沟球轴承安装于主轴上，通过轴承外圈实现轴向定位，轴承内圈 靠圆螺母和止动垫圈锁紧定位。另外，主轴中空安装螺杆，方便轴段顶尖的安装与拆卸，右端靠端螺母和垫片锁紧。至此，主轴上各零件实现周向 或轴向定位，确定了各零件间的相互位置关系，并为各轴段尺寸的确定做好了准备工作。 轴段尺寸的确定 16 各零件在主轴上的定位和装拆方案确定后，轴的形状便大体确定。根据所学力学知识可知，各轴段所需的直径与轴上载荷大小有关 。 在初设计轴时，并不知道支反力，不能决定弯矩的大小和分布情况，因而还不能按主轴所受的具体载荷及其引起的应力来确定轴的直径 。 本设计中主轴为将在分度盘的带动下转动，所承受扭矩较小。主轴 的右端 悬伸 部分轴段受分度盘、凸轮、扇形齿轮等零部件的重力所产生的弯矩。本设计中主轴承受转矩较小， 可 参 考同类机器部件，采用类比设计的方法来确定主轴的直径。 主轴各轴段直径和长度的确定如图 3 图 3主轴各轴段尺寸图 - 14 - 参照 上图，结合主轴上零件的装配方案和定位关系，依次确定各轴段的直径和长度如下： 轴段 ：参照设计手册中，密封件中毡圈油封的设计标准，选用使用的毡圈油封沟槽尺寸，根据毡圈内径初选本轴段直径为 68度为 10 轴段 ：该轴段分别安装止推轴承和滑动轴承，由机械设计手册中查得，选用 3011111 型推力球轴承，而滑动轴承参照 Q 4613型滑动轴承设计，故确定 本轴段的直径为 55段长度可略长于两个轴承轴向长度之和，确定为 56 轴段 ：本轴段出于主轴结构工艺性的考虑，两侧轴段均需安装轴承，主轴与轴承之间装配时，配合面过长给装配带来不必要的困难，故该轴段的直径应略小于55为 54段长度应符合整体尺寸的要求，且主轴右端有一定悬伸量，长度 可 视整体需求而定。 轴段 ： 同轴段 类似，确定轴段直径为 55长度略短于前者， 原因 在于右端推力球轴承的轴向定位是通过圆螺母和止动垫圈锁紧实现的，轴承内圈轴向超出台阶面便于实现轴 向定位。 轴段 ：其上安装止动垫圈和圆螺母，且直径小于前轴段，分别由机械设计手册中选取恰当的标准件为 8580 和 812段尺寸已确定，且由于螺纹加工的需要 设计宽为 3 轴段 ：本轴段分别安装了分度盘和深沟球轴承，根据机械设计手册中相关数据，选用 2760007 型深沟球轴承，轴段直径确定为 35而可以确定轴上键槽的尺寸，选用 15660通平键 。 轴段：与轴段类似 ，考虑到轴的结构工艺性要求，便于轴承的装配，轴段直径略小于轴段，定为 33 轴段：本轴段同样安装 60007 型深沟球轴承，直径定为 35考虑轴承的轴向定位的基础上，设定轴段长度为 15 轴段：同轴段尺寸的确定方法类似，止动垫圈和圆螺母分别选用 8580 和 812定轴段直径为 30度设为 15样设计加工螺纹时的退刀槽。 主轴中空用于安装长螺杆和顶尖，其剖切视图如图 3示。 17主轴中空目的在于安装顶尖时空气压缩产 生压力不利于安装，另外便于顶尖的拆卸。安装顶尖的锥重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 15 - 孔采用机床顶尖锥孔通用的莫式锥度 18。 莫氏锥度是一个锥度的国际标准， 是机器制造业中应用得最广泛的一种圆锥， 用于静配合以精确定位。由于锥度很小，可以传递一定的扭 矩 ，又便于拆卸。 莫式锥度共分为 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7 七个号，本设计初定采用 0号莫式锥度。 图 3主轴剖视图 根据上述尺寸确定的结果，在 立三维模型如图 3 图 3主轴造型 在主轴的各轴段尺寸确定的同时，设计兼顾考虑了主轴的结构工艺性，为后文以主轴为基准 轴展开设计做好了铺垫 . 分度机构的详细设计 分度机构部分的设计方案已在前文中阐述，作为本设计的主功能部分，零件需进行详细的结构设计，其结构直接影响了分度效果，甚至整体的功能实现。分度机构的主要零件分度盘、凸轮等，均安装与主轴之上，结合上文已经确定 的 主轴尺寸， 进行详细设计，包括在 境下的造型设计。 度盘的造型设计 分度盘的部分尺寸设计如图 3 - 16 - 图 3度盘尺寸设计 分度盘与主轴通过普通平键连接，安装轴段的直径为 35此确定分度盘中心孔的直径为 35槽尺寸参 照机械设计手册中键槽的标准尺寸确定，如图3 分度盘采用 24 个定位槽，适用 于 6、 8 或 12 插槽的转子加工 ，则相邻两定位槽的同一平面的夹角为 360 24 15。以分度盘最顶端定位槽为例，定位槽为斜槽，定位槽倾角小的槽面与垂直中心线存在 2夹角，其目的在于对分度盘定位后起止档作用，效果优于垂直面，并且斜度设计便于定位销在定位槽中滑动，提高分度灵敏度。其他细节尺寸均采用类比设计的方法 ， 详见分度盘零件工作图。 其中分度盘端面棘齿与棘爪的工作原理已在设计方案中阐明，其棘齿的尺寸如图 3示。 棘齿的分度 也为 15，同样是 24个棘齿，与 24个定位槽相对应。 重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 17 - 现将在 成的分度盘零件的三维模型附下，如图 3 图 3度盘造型 轮 的详细 设计 本设计中应用了凸轮机构，通过其上滚子带动定位销的抬升或落下，实现定位销与定位槽的啮合和分离。 凸轮的结构尺寸设计，如图 3 图 3轮基本轮廓尺寸 由上图可知，凸轮轮廓的最小向径即基圆半径20上文分度盘的尺寸- 18 - 设计可知，分度盘的定位槽深度为 15图 3， 则从动件向上的最小位移为 15际应用应使位移大于 15凸轮最大轮廓线的圆弧半径取为 136从动件向上的最大位移为 16足设计要求 。 凸轮的设计考虑了叶片槽铣床分度头的通用性。本装置将主要针对常见的 8 槽或 12槽转子的加工进行设计，故凸轮设计了两种不同的轮廓曲线，以适应 8槽和 12槽的分度。现以 20倾斜线为界分为左轮廓线和右轮廓线分别作分析。 左轮廓线： 凸轮转角1 1 5 1 1 3 4 1 1 7 1 对于从动件， 凸轮作一次摆动时，滚子从动件作停歇 抬升 停歇 落下运 动。其中， 15对应起始停歇段， 11对应升程段， 34对应停歇段， 11对应回程段，其中11和 34的工作时间段对应了棘爪拨动分度盘转位的工作时间段，易知此段摆过角度为 45，在凸轮完成 8个周期的往复摆动后，分度盘刚好旋转一周，即主轴在这一过程中，间歇分度了 8次，故此轮廓线 用于 8槽叶片泵转子的加工 。 此时： 从动件的位移线图，如图 3示。 图 3动件位移图（左轮廓线） 同理，右轮廓线： 凸轮转角2 2 0 1 1 1 9 1 1 6 1 对于从动件， 20对应起始停歇段， 11对应 升程段， 19对应停歇段， 11对应回程段，其中 11和 19的工作时间段对应了棘爪拨动分度盘转位的工作时间段，易知此段摆过角度为 30，在凸轮完成 12个周期的往复摆动后，分度盘刚好旋转一周，重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 19 - 即主轴在这一过程中，间歇分度了 12次，故此轮廓线用于 12槽叶片泵转子的加工。 其 从动件的位移线图，如图 3 图 3动件位移图（右轮廓线） 凸轮盘上设计有两个锥孔（见图 3利用锥销定位到不同的锥孔中，即可应用相应的工作曲线。 凸轮其他细节尺寸参见凸轮的零件工作图。凸轮的三维模型如图3 图 3轮造型设计 - 20 - 分析凸轮从动件的运动规律可知，本设计从动件的运动是典型的双停歇运动，在停歇段的速度为零，加速度也为零，但停歇 升程和停歇 回程过渡 时 加速度 突变，因此在其衔接处应有一定圆角，使加速度过度平滑，这对受力情况和减少振动都是有利的。 凸轮机构最常见的失效形式是磨损，当受力较大时或带有冲击，或凸轮转速较高时，可能发生疲劳点蚀，此时需要作接触强度校核。本设计中凸轮所需转速较小，且为间歇摆动，表面接触受力 和冲击较小，根据常用凸轮类比设计即可，不需作接触强度校核。 在低速轻载的工作条件下，选用 45 钢为凸轮材料，调质处理，即可满足工作要求。 19 力与传动部分的详细设计 动力与 传动部分的方案设计已在前文阐明，本设计依靠液压缸提供动力 ，所以首先应对原动力元件作比要的设计计算，然后对齿轮齿条传动展开设计。 压缸的设计 本设计中采用单活塞杆式双作用液压缸，将液压能转化为机械能，实现直线往复运动。在设计手册中，液压缸的部分设计参数已经标准化，为提高其通用性，此处液压缸设计参照机械设计手册中，轻型拉杆式液压缸中 侧方法兰型液压缸的设计参数作类比设计 。 部分设计参数如图37 图 3重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 21 - 图 3（ 1）主要尺寸计算 根据机械设计书册，确定液压缸的主要参数如下： 由液压缸的公称压力系列（ 7938 1978） /=由液压缸内径系列（ 2348 1993） /=63由活塞杆直径系列（ 2348第一系列中选取活塞杆直径 d=32 液压 缸所产生的的最大推力 : 226m a x 0 . 0 6 31 . 0 1 0 3 . 1 4 2 3 1 1 7 . 6 522 S P N 此推力已完全满足工作要求。 液压缸的许用行程计算： 本液压缸在一端铰接，刚性导向，一端刚性固定的载荷条件下工作，根据机械设计手册中，计算液压缸的最大计算长度 1122221 9 2 . 4 1 9 2 . 4 3 2 6 4 1 . 0 3 0 7 8 . 4 m d D P 其中上式计算为安全系数 时。 计算长度 L= 2 4 3 5 2 . 8 m m本设计中 所需活塞的行程较小，通过上述计算可知，从 活塞行程系列 （ 2349，此处从第一系列中选取活塞行程 S=50液压缸的其他细节尺寸，均参照 中活塞外径根据液压缸内径确定为 63度设为 30与缸内壁采用 O 形密封圈密封，此处设计的具体尺寸参见液压缸各部件的零件工作图。 （ 2） 液压缸的强度校核 本设计中所用液压缸所承受压力较小，根据同类液压缸的类比设计，液压缸各元件设计符合一般要求，安全起见，下文仍对其做简单的强度校 核， - 22 - 强度校核的项目包括缸筒壁厚 、活塞杆直径 缸筒壁厚 在中、低压系统中，缸筒壁厚由结构工艺决定，一般不做校核。 本设计中缸筒壁厚 初 取为 6 D/ 之比大于 10，应属于薄壁，校核如下 1 . 5 6 3 0 . 7 52 2 6 3 壁厚完全满足设计要求。 式中， 缸筒材料的许用应力， b n，b是材 料的抗拉强度 ，此处取为 315般取安全系数 n=5； 试验压力，当缸的额定压力P=6， 活塞杆直径 d 4 4 3 1 1 7 . 6 5 4 . 2 03 . 1 4 2 2 5Fd m m 活塞杆直径满足设计要求。 式中， F 活塞杆上的作用力； 活塞杆材料的许用应力， =b/ 缸盖固定螺栓直径 压缸选用了 能等级为 的材料屈服 极限s=640 5 . 2 5 . 2 1 . 5 3 1 1 7 . 6 5 2 . 7 53 . 1 4 4 2 5 6m 故螺柱满足要求。 式中， F 活塞杆上的作用力； K 螺纹拧紧系数， K=处取 值为 固定螺栓个数； 螺栓材料的许用应力， =s/（ 此处取 值为 代入计算。 （ 3） 液压缸 的建模实例 液压缸的结构尺寸设计确定之后，经强度校核 满足设计要求，又将其在 缸盖、缸筒 、活塞、活塞杆的零件模型分别如图 3 3 3 3及液压缸在箱体上的安装如图 3 重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 23 - 图 3盖造型 图 3筒造型 图 3塞模型 - 24 - 图 3塞杆 图 3压缸的安装 轮齿条传动设计 本设计采用齿轮齿条传动方案，活塞杆的一端为双面齿条（见图 3两齿条面分别与上方的扇形齿轮和下方的齿轮轴啮合，下文对齿轮齿条传动进行设计。 （ 1）齿轮的设计计算 本齿轮齿条传动设计中，选用 标准 直齿圆柱齿轮，压力角选用国家对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角即 =20，分度圆模数 m=2，齿顶高系数 *,顶隙系数 *c = 考虑到提高分度头的灵敏度，在传动速度并不高的情况下， 选用 8 级精度（ 0095小齿轮轴与扇形齿轮分别与齿条啮合传动，两者材料均采用 40度为 280右，齿条部分材料选用 45 钢，调质处理，硬度可达 240种材料硬度差 40选小齿轮齿数1 12z ，需要说明的是此处小齿轮轴用于 手轮操作，由于齿轮齿数过少，特别是在齿数少于 17 时， 易发生根切，由于在本设计中，手轮驱动仅作为辅助设计，正常工作状态仅采用液压缸提供动力，此齿轮轴在平时并不受外界载荷而仅随传动空转，只在液压传动不能准确控制时，依靠手轮稍做调整。所以本设计中，参照设计手册中的相关要求，对于载荷平稳、不重要的手动机构可以取到重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 25 - 1 10 12z 。 扇形齿轮与实现分度的功能系 系相关，因本设计中分度盘中共有 24 个定位槽，用于 8 或 12 槽转子的加工，故齿轮的全齿数在设计时应考虑尽量采取 8 和12的公倍数， 初定扇形齿轮全齿数为2 48z 。 小齿轮轴与扇形齿轮的主要几何尺寸计算如下： 分度圆直径 11 2 1 2 2 4d m z m m 22 2 4 8 9 6d m z m m 齿顶高、齿根高、全齿高 * 1 2 2h m m m * 1 . 2 5 2 2 . 5h c m m m 4 . 5h h m m 齿顶圆直径 11 2 2 8d h m m 22 2 1 0 0d h m m 齿根圆直径 11 2 1 9d h m m 22 2 9 1d h m m 上述基本尺寸确定后，扇形齿轮的基本尺寸已经确定。扇形齿轮的扇形角的大小取决于，完成分度过程中齿轮所需的最小摆角。扇形齿轮与凸轮通过锥销定位在一起，同时绕主轴转动，凸轮一次分度过程中的摆角即为扇形齿轮 摆过的角度。本设计凸轮适用 8 槽加工的外轮廓线总角度为 71，故扇形齿轮的扇形角最小为 71。考虑到转动的平稳性，扇形齿轮的扇形角大于 90,具体尺寸参见扇形齿轮的零件工作图。 齿轮轴安装于机箱的机座中，其上安装了滚动轴承、止动垫圈、圆螺母等标准件，手轮及手柄也选取标准件，则齿轮轴的各轴段尺寸也基本确定。在考虑结构工艺性的前提下，参照主轴各尺寸的方法易与确定齿轮轴的其他尺寸。 由于本设计中齿轮齿条传动较平稳，齿轮的转速较小，且冲击载荷较小，根据- 26 - 同类设计考虑，可不做强度校核。另外，具体受载荷情况需经过实验后确定 ，条件不够充分，无法计算。若有必要，仍可对扇形齿轮作必要强度校核。 对于小齿轮轴 传动平稳，位于 并不 十分 重要的 手动部分 ，参照机床设计中的同类设计 ，即 可满足要求。 （ 2）扇形齿轮和小齿轮轴的三维模型 带有两齿条面的活塞杆的三维建模图见前文图 3将扇形齿轮和小齿轮轴的三维模型附下，如图 3 图 3扇形齿轮 图 3齿轮轴 体 的详细设计 根据前文所述的总体方案和布局设计，主轴、分度机构、动力和传动部件的尺寸和空间布置确定之后，可以进行箱体的结构设计。除上述主 要零部件外，定位销、液压加紧装置、活塞杆的止档螺栓等都安装于箱体之上，发挥其各自的作用。所以，箱体的设计应全面考虑各个零部件的相互关系，结构设计合理，工艺性良好，便于铸造和机械加工。箱体的整体结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零件，造型好，重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 27 - 使之既适用经济，又美观大方。另外，本分度头装置需安装与常用铣床的工作台上使用，所以箱体底座设计应具通用性。 箱体零件的三维模型如图 3 图 3箱体 箱体的工艺设计参照上图展开阐述。面为铸造台阶 ,用于安装液压缸 ,其端面尺寸与液压缸缸盖尺寸相同。用 于安装液压缸的止口槽深略大于液压缸配合段的长度，旨在实现液压缸的准确定位。中孔沟槽为安装 液压缸 活塞杆 伸入箱体 段配合，须有密封设计。 处同处设计相同，用于安装滑动轴承和深沟球轴承，具体型号已在主轴设计中阐明，此处尺寸可以据此确定。为提高箱体的刚度和强度，支撑安装轴承所铸造的凸台，下方布置了加强肋，肋板厚度设为 10 面上加工螺纹孔，以及为滑动轴承供油的油口。 处有台阶面，用于安装定位销及其套杯，螺纹孔均布类似于方法兰的端面设- 28 - 计。 处孔用于安装活塞杆行程末端的止档螺栓，孔中心与 液压缸同轴心，且分居箱体两侧，高度相同。 为底座，底座上通孔用于安装 T 型槽螺栓，将箱体固定的铣床工作台上，因此孔的定位尺寸设计应参照工作台的尺寸来设计。 面与工作台接触，应加工平整 ，但由于底面面积过大，不宜铸造成平面，以免增加加工量，所以底座 采用箱体 图 中所示 结构，具体尺寸参见箱体零件工作图。 20 图 3处为安装手轮而设计的支座，其中支座中孔有一段凹槽，是出于结构工艺性的考虑，此孔内需压装套杯，设计一段凹槽减少了安装时的 接触面，便于装配。 另外，箱体上需安装压紧主轴的液压加紧部件，此处将缸筒与箱体铸造成一体，在简化整体结构的同时，也为箱体的铸造带来了不便。缸筒外伸量较大 ，下方加肋板加强，如图 3 图 3缸筒与加强肋 重庆工学院毕业论文 叶片槽铣床分度头设计 - 29 - 箱体的基本结构设计已经确定，其他细节尺寸设计参见箱体零件的工作图。 他零件的设计 说明 至此，叶片槽铣床分度头装置中的主要零件设计已基本完成，接下来将对其他次要零件进行设计，其中包括自行设计的非标准件，下文主要借助 境下的三维建模将各零件的结构形状作展示，并对某些功能零件作必要的 设计说明。 标准件 的设计 下文对自行设