立木地板加工机床-成型机分度机构【6张CAD图纸+毕业答辩论文】
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前言2
正文2
1.工作的基本前提及问题的提出2
1.1国内外木材资源状况和木地板的性能2
1.2 研究工作的基本前提3
1.3假设和条件7
1.4 立木地板加工机床各部分介绍：8
1.4.1 断料机8
1.4.2 成型机8
1.4.3 排刀切片机9
1.4.4 拼装机10
2.模型的建立与方案的拟定10
2.1基本概念和基本理论基础10
2.2方案比较和确定12
2.2.1 枪栓式分度机构12
2.2.2 方案2—棘齿式分度机构13
2.3 方案的比较与选择：16
3.棘齿式分度机构的计算与具体设计16
3.1设计概要16
3.2工作原理：17
3.3具体设计18
3.3.1 定位销的选取与计算18
3.3.2 分度盘的选择与计算22
3.3.3 棘轮的选择与计算24
3.3.4 手柄设计与计算27
3.3.5 齿轮的设计与计算28
3.3.6 轴的计算与选取29
3.3.7 分度机构壳体设计与计算34
3.4主要零件的加工工艺35
3.4.1零件的工艺分析35
3.4.2确定生产类型36
3.4.3确定毛坯36
3.4.4 机械加工工艺过程设计36
3.4.5 选择加工设备37
结论：37
致谢：38
前言
我设计的“立木地板加工机床”的原料主要是针对林区多年生的成年树木修剪下来的枝干。所以多用于林区附近，根据林区的特殊地理条件，机床的设计必须简单易行，操作方便。
立木地板加工机床——成型机分度机构，是机床的重要组成部分。它主要完成的是在成型加工中，加工完一个表面后完成分度。即是使家具连同工件一起转动一定的角度。它的基本形式是由分度盘和分度定位器组成的运动副形式。工作精度取决于运动副的机构形式和制造精度。整个分度机构安装于立木地板加工机床的成型机部分上，在成型加工中实现木料的转动，从而实现分度。在分度机构的设计过程当中。必须以实用为前提，即是要求分度机构操作方便易行，定位准确。对定机构中常用的有手拉式，枪栓式，齿条式，拉杆式，脚踏式等。由于是一种全新的机构，在设计前就应该多考虑其成为现实的可能性，包括精度和制造问题。如果分度方式选择的不合理，结构过于复杂或者安排不当，就会增加制造成本，并且使得维修困难。因为该机床多用于林区，在进行修理和操作人员的培训方面会受到很大的限制，就违背了设计的初衷，并且会造成严重的经济损失。机构还必须完整，如果分度的精度达不到要求，导致切削的木料在后面的拼装中出现块与块之间的衔接不当，有缝隙，和无法压紧等问题。所以在选择设计方案时一定要注意木材的属性，结合分度装置的结构，实现准确分度定位。在我的设计中，主要采用棘轮和棘爪的配合，带动分度盘转动，实现分度，整个机构在操作时只需扳动手柄即可。采用锥型销对定，精度高，对定方便。分度机构中的所有零件加工简单，只有对定销的加工稍微复杂，需在前端加上一个半圆面。整个机构维修起来十分方便，无需专业人员维修，非常适合在林区工作。
- 内容简介：
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成都理工大学毕业设计（论文） 1 前言 . 2 正文 . 2 1.工作的基本前提及问题的提出 . 2 1.1国内外木材资源状况和木地板的性能 . 2 1.2 研究工作的基本前提 . 3 1.3假设和条件 . 7 1.4 立木地板加工机床各部分介绍： . 8 1.4.1 断料机 . 8 1.4.2 成型机 . 8 1.4.3 排刀切片机 . 9 1.4.4 拼装机 . 10 2.模型的建立与方案的拟定 . 10 2.1基本概念和基本理论基础 . 10 2.2方案比较和确定 . 12 2.2.1 枪栓式分度机构 . 12 2.2.2 方案 2 棘齿式分度机构 . 13 2.3 方案的比较与选择： . 16 3.棘齿式分度机构的计算与具体设计 . 16 3.1设计概要 . 16 3.2工作原理： . 17 3.3具体设计 . 18 3.3.1 定位销的选取与计算 . 18 3.3.2 分度盘的选择与计算 . 22 3.3.3 棘轮的选择与计算 . 24 3.3.4 手柄设计与计算 . 27 3.3.5 齿轮的 设计与计算 . 28 3.3.6 轴的计算与选取 . 29 3.3.7 分度机构壳体设计与计算 . 34 3.4主要零件的加工工艺 . 35 3.4.1 零件的工艺分析 . 35 3.4.2 确定生产类型 . 36 3.4.3 确定毛坯 . 36 3.4.4 机械加工工艺过程设计 . 36 3.4.5 选择加工设备 . 37 结论： . 37 致谢 ： . 38 nts成都理工大学毕业设计（论文） 2 前言 我设计的“立木地板加工机床”的原料主要是针对林区多年生的成年树木修剪下来的枝干。所以多用于林区附近，根据林区的特殊地理条件，机床的设计必须简单易行，操作方便。 立木地板加工机床 成型机分度机构，是机床的重要组成部分。它主要完成的是在成型加工中，加工完一个表面后完成分度。即是使家具连同工件一起转动一定的角度。它的基本形式是由分度盘和分度定位器组成的运动副形式。工作精度取决 于运动副的机构形式和制造精度。整个分度机构安装于立木地板加工机床的成型机部分上，在成型加工中实现木料的转动，从而实现分度。在分度机构的设计过程当中。必须以实用为前提，即是要求分度机构操作方便易行，定位准确。对定机构中常用的有手拉式，枪栓式，齿条式，拉杆式，脚踏式等。由于是一种全新的机构，在设计前就应该多考虑其成为现实的可能性，包括精度和制造问题。如果分度方式选择的不合理，结构过于复杂或者安排不当，就会增加制造成本，并且使得维修困难。因为该机床多用于林区，在 进行 修理和操作人员的培训 方面会受到很大的限制，就违背 了设计的初衷，并且会造成严重的经济损失。机构还必须完整，如果分度的精度达不到要求，导致切削的木料在后面的拼装中出现块与块之间的衔接不当，有缝隙，和无法压紧等问题。所以在选择设计方案时一定要注意木材的属性，结合分度装置的结构，实现准确分度定位。在我的设计中，主要采用棘轮和棘爪的配合，带动分度盘转动，实现分度，整个机构在操作时只需扳动手柄即可。采用锥型销对定，精度高，对定方便。分度机构中的所有零件加工简单，只有对定销的加工稍微复杂，需在前端加上一个半圆面。整个机构维修起来十分方便，无需专业人员维修 ，非常适合在林 区工作。 正文 1.工作的基本前提及问题的提出 1.1国内外木材资源状况和木地板的性能 森林资源是非常重要的资源，与国家的可持续发展有很大的关联。然而 我国的森林资源由于在解放初期对森林资源对环境影响的认识不够，再加上生产力低，大量的nts成都理工大学毕业设计（论文） 3 砍伐森林资源，使得我国的森林资源遭到严重的破坏，水土流失，土地沙漠化加重，到目前为止我过的森林资源的覆盖率只有 14%左右，远远低于世界的平均水平 然而经过统计分析发现，由于我国的生产力的相对落后造成了对木材资源的严重浪费。人均森林蓄积量不足世界的 1/8，据联合国粮农组织 的不完全统计表明虽然我国森林面积不足世界的 4%，但生产的薪材和木炭却占世界的11%，原木、锯材和人造板产量分别占世界 7.3%、 6.3%和 10.3%。国内统计每年我国砍伐的木材竟有 80%用作柴烧 (指民众砍伐和国家计划开采的总量 )只有 20%的原木作工业加工或锯为基础板材。就是国家计划开采的木材由于直径大小的限制也有 30%被白白浪费掉。而且，我国用于住宅基础设施的建设和造纸每天都会消耗掉大片森林，据有关专家分析 2000 年全国木材总需量达到 1.1 亿立方米，而国内可供木材资源只能达到 6500万立方米 ，供需缺口在 4000万立方米以上。别的不说，就连我国出口给日本的卫生筷每年也要消耗我过 10 万棵成材树，而日本宁愿进口木材也不砍伐本国的森林资源。 由于国家为了保护森林资源实施天然林保护工程，决定对重点地区天然林全面禁止采伐，大力调减木材产量，加之国家的需要，使木材市场供需形势发生了较大的变化，木材资源的缺口加大，需求量上升，价格上涨。 而与此同时，却有数以万计立方米的小径材 (直径范围在 50 200mm内如图 1.1)被抛弃或烧掉。 图 1.1 这样不仅浪费，而且也导致了森林资源遭受火灾的危险，每年大量的森林资源由于这个原因而发生火灾烧毁大面积的森林资源。大兴安林就是一个典型事例。怎样解决这样一个棘手的问题呢？ 如何使有限的资源被合理的利用呢 ? 1.2 研究工作的基本前提 顺木地板很难从小径材（直径在 200mm 以下 ）的原材料中得到，但是立木地板就不同了，它能从小径材材料中得到，可以将小径材木料切成立木的小片，如图 1.2 nts成都理工大学毕业设计（论文） 4 图 1.2 然后再将以上的小片进行拼装，组成一个大的地板，便能用于家居装饰了。这种立木马赛克实现很容易，而且原材料不需要那些多年生产的大径材，如果能投放市场必将获得很大的经济利益。 目前社会对家具的需求进入快速增长期，全国平均每年以增长 100亿元的速度逐年上升。 2000年我国年人均家具消费就达 100 元全国家具总需求量将突破 1000亿元。而且，随着我过近年来人民生活水平不断的提高，大家对物质生活的要求也越来越高，对家居生活也不断提高，对住房装饰的要求也越来越高 ， 其中特别的选择不同种类的木质地板，来铺设已成为人们追 求的时尚。为什么是这样呢 ? 因为立木地板与传统的顺木地板相比具有其优点。 市场调查所知市场上销售的普通木地板和拼花木地板都是成材木材经过加工而成的顺木地板。它们受地域的限制和计划的限制，随着人们对环保的认识的加深，国家每年对森林资源的开采也在逐年减少，使的供需紧张的木材市场更加困难 。 充分利用修剪的树枝、小径材和边角料进行加工成各式各样的马赛克，再经过拼装而成 .这样对原料的要求不高，取材容易，成本较低，不会因为对森林资源的保护而没有原材料。从市场价格看： (1) 层板：一般为 20元 /平方米； 小三层为 28元 /平方米；大三层为 35元 /平方米。 (2) 木地板：一般杂木为 60 元 /平方米；中档木材为 100-220 元 /平方米；高档木材为 250元 /平方米以上。 (3) 未进行表面处理的为 45-60元 /平方米。 nts成都理工大学毕业设计（论文） 5 (4) 立木拼花地板的价格 45-220元 /平方米。 我们通过比较我们能的出一个结论立木拼花地板有着很好的价格优势。 从木材的加工来说，顺木地板是沿其木材生长方向加工，这样加工就去掉 了树木成长的年轮线，而立木拼花地板是保存了树木生长的年轮线，有着优美的天然图案，把这 些保存有优美天然图案的马赛克拼装成各式各样的地板，从图案对比看它有无法比拟的优点。看到不同树种之间妙趣天成的自然纹理拼制在一起的地板与其它室内物能和谐相配，给人有种美的享受，给你一种回归自然的感觉 (柏树的年论线就象枫叶状 )；从上色看 ,顺木地板的上色存在一定的难度，由于木材很长而且宽，不易找到合适的设备用于上色，就算是 采 用蒸煮的方法上色，效果也不是很好。主要的原因有三点： (1)蒸煮时间长 ，不易脱脂 ； (2)蒸煮后颜色的分布不均匀； (3)上色后不易干燥。而立木拼花地板是把加工好的马赛克通过蒸煮 进行脱脂处理，由于树 内部有许多的分泌物，如果不进行脱脂处理，就拼装成地板后，地板内的油脂类分泌物就会分泌出来，不仅影响了地板的美观和整洁，而且给人们的起居生活带来了很多的烦恼，粘在衣物上不易去掉，并且地板会发生开裂，通过蒸煮的方法，把加工好了的马赛克放在 30-50的热水中浸泡 7-10 个小时，树内的分泌物就会溢出水面，去掉分泌物就可以进行上色处理了，用蒸煮方法不仅简单也经济实惠。 ，颜色也比较均匀，颜料也很容易渗透到木材组织内部，颜色也不易褪去 ，根据需要可以加工出五颜六色的马赛克如红色、绿色、粉红色、蓝色、黄色等 ，干燥 也比较方便。按照图案的设计把这些不同颜色图案的马赛克拼装在一起就形成了我们 需要的立木拼花地板。从木材力学性能来看，不同的树种的受力也不同 ，普通地板由于是整体铺设，容易受力不均，受压后极易变形，严重时可能产生短裂。立木马赛克由于个体比较小，所以能承受很大的压力，正所谓立木承千斤，由立木马赛克拼装而成的拼花地板其抗压能力自然相应得到提高，整体抗压力比普通顺木地板要强许多。如图所示： nts成都理工大学毕业设计（论文） 6 图 1.3 现将实木地板与拼花地板比较如下： 实木地板 立木拼花地 板 价格 100-500 元 /平方米之间（另附表） 45-220元 /平方米 抗压能力 整体抗压能力差，防高跟鞋物 抗压能力好。防重压及高跟鞋物等 花纹颜色 单一，多为树纹状，颜色多为黄色，深棕色 花纹多种多样，根据其年轮决定，颜色可以加工 材料来源 多年生大径材（不易得到） 小径材，树枝等（容易得到） 表 1.1 附表一 顺木地板品牌 价格 波瑞 128/平方米 爱家 A型防潮王 152/平方米 圣象 202/平方米 康树系列 568/平方米 综上所述，通过我们的分析所知立木拼花地板从价 格、上色、图案、力学性能、nts成都理工大学毕业设计（论文） 7 加工成本都比顺木地板有着无法比拟的优势，这些都是立木拼花地板的卖点，它有着广阔的市场前景， 而且其来源不受现今森林资源缺乏的限制，在价格及原料来源上必将占的先机。 这些无不让消费者赏心悦目，能很快的占领市场，也给地板市场带来了活力，同时也为自己占有市场打下坚实的基础。 1.3假设和条件 怎样才能得到立木拼花地板呢？这是一个完整的加工过程，首先要有原料，然后将原料切削成型，再将成型的木料切成立木马赛克的形式，最后拼装得到地板。见图 1-2和图 1-8 为达到所需地板就必须有加工的特殊机床 立木拼花地板机床，它 由断料机（断料作用） 成型机（成型作用） 排刀切片机（切片作用） 拼装机（拼装作用）四部分组成。 我们把小径材先切成相同长度的木段，但表面未经过加工，这步工序叫做断料。再把木段切成固定形状的棱柱体，我们把这部工序叫做成型。通过这步就确定了立木马赛克的基本形状。然后把这些棱柱体通过切片工序，切成相同厚度的木块。最终在拼装工序中将地板块拼成所需的地板形式。 小 径 材地 板立木拼花断 料 成 型 排刀切片 拼 装断 料 机 成 型 机 排刀切片机 拼 装 机图 1.4 立木地板加工流程图 要搞这样一套的木材加工设备进行大 批量的生产其造价与成本怎样才能让投资者接受呢？鉴于我国目前的市场情况，这套设备应该有以下特点： (1)这套设备适用于地方性的木材生产加工 ，特别是在林区比较适合 。首先 ,设备的成本要控制，即造价要在一个大众能接受的范围内，不能太高 ,初步估计为 5-12 万元之间。 (2)这套设备的自动化程度不能太高 .首先，设备的自动化程度过高，则造价就相应的提高了，nts成都理工大学毕业设计（论文） 8 操作简单了但设备的维护高，要求有专门的技术人员进行操作和维护。其次，设计这么一套设备不仅提高了对木材的利用率，也能提供一个致富的方法给广大群众，也能解决一部分人的就业 问题，所以设备的自动化程度不能太高 ，这符合中国劳动力资源丰富的国情，缓解了就业压力。 1.4 立木地板加工机床各部分介绍 ： 1.4.1 断料机 对小径材进行断料需要圆盘断料机简称断料机 ,其切削原理如图 1-5 圆盘踞木材图 1.5 断料机由电动机和圆盘踞组成 ,断料机的作用就是把这些小径材切成规格长度的段料 .按其规格分表 1-2 规格 长度 mm A型 150-200 B型 200-250 1.4.2 成型机 对断料后的小径材进行成型加工 ,其加 工机立木马赛克成型切削机床简称成型机。成型机切削原理如图 1-6所示： nts成都理工大学毕业设计（论文） 9 加工后圆盘踞图 1-6 要加工出上图所示的成型棒料，成型机应该由那些机构组成才能完成加工呢？首先，分度机构，木材在分度机构的作用下转动 60、 90、 120等角度就能加工出 棱形、正四边形、正六边形、正八边形等的形状的成型棒料。其次，分度机构带动夹具转动一定的度数从而带动木料转动实现要加工的形状。 1.4.3 排刀切片机 将已成型棒料进行切片加工，需要有立木马赛克排刀切片机床简称排刀切片机。 其工作原理如图 1-7所示： 成型棒料圆盘踞图 1-7 将加工马赛克按其厚度分为三中不同规格的产品表 1-3 规格 厚度 mm A1 8 A2 10 A3 12 表 1-3 排刀切片机 它主要由导向机构、夹具、圆盘踞、电动机等组成，在导向机构的nts成都理工大学毕业设计（论文） 10 作用下运动靠近排刀圆盘踞，按设计的要求加工，圆盘踞切断木材后，夹具在导向机构的作用下后退，然后送开夹具，加工好了的马赛克就沿箱体滑出。其马赛克形状如图 1-2所示： 1.4.4 拼装机 拼装机就是将加工好的马赛克经过处理，按 设计图案拼装成各式各样的精美地板，然后刨光，就成了我们家居的立木拼花地板。如图 1-8所示： 图 1-8 拼装机应解决压紧的问题，使小块的马赛克衔接自然，紧固，可以通过高压，并通过强力胶粘合的方式。防止拼装时在小块之间产生缝隙或者挤压的现象，保证地板的平整性。 在整个机床的设计中，我的题目是设计立木地板加工机床的分度机构，它的主要目的是使得机械加工过程中，当加工完一个表面后，能使夹具连同工件一起转动一定的度数。它的基本形式是由分度盘和分度定位器组成 的分度副形式。它的工作精度主要取决于分度副的结构，是成型机中的重要组成部分， 整个分度机构安装于立木地板加工机床的成型机部分上，在成型加工中实现木料的转动，从而实现分度。在分度机构的设计过程当中。必须以实用为前提，即是要求分度机构操作方便易行，定位准确。对定机构中常用的有手拉式，枪栓式，齿条式，拉杆式，脚踏式等。 整个分度机构必须满足分度准确。操作简单方便，还要易于更换修理，一切还应从经济的角度出发。使整个立木拼花地板机床有实用性，更具市场竞争力。使地立木拼花地板的加工更加便宜快捷。真正成为家居装饰的主流。 2.模型的建立与方案的拟定 2.1基本概念和基本理论基础 nts成都理工大学毕业设计（论文） 11 我们把小径材先切成相同长度的木段，但表面未经过加工，这步工序叫做断料。再把木段切成固定形状的棱柱体，我们把这部工序叫做成型。通过这步就确定了立木马赛克的基本形状。 在机械加工中，每当加工完一个表面后，能使夹具连同工件转动一定角度或移动一定距离的装置称为分度装置。其中，在立木地板加工机床中的分度机构主要是实现角分度。 （ 1） 自动分度机构 通常适用于 数控机床当中，由电脑编程通过电子 机构传动使分度盘实现旋转达到分度的目的。这种分度机构的特点就是传动精度非常高 ，传动准确，可以实现度数非常小的分度。但是此种机构要求设备有非常高的精度，应用于大型高精度的机器设备和机床。从而要求设备操作人员有较高的科学文化知识，制造的也是高科技现代化的产品。因此该机构的造价非常之高，应用于我们的产品是不现实的。 （ 2） 半自动分度机构 与自动分度机构相比，此种分度机构在精度和成本方面都有较大 的差距。但也是多用于高精度的机器设备当中，也要求较高的专业知识和操作技术，对我们产品也是不适用的。 （ 3） 手动分度机构 手动分度机构由较简单的机构组成，通常由分度盘、分度器和夹紧装置构成。分度盘一般 为一圆盘状的零件，与夹具连接，上边有实现分度的刻度或者为一定度数的形状。分度器和分度盘相连，它能转动从而带动分度盘的转动实现分度。夹紧装置与分度盘上的刻度配合，当它夹紧时分度盘不能转动 ，反之则分度盘转动， 其转动的度数决定分度的度数 。 各种分度方式的比较如表 1-4 自动分度机构 半自动分度机构 手动分度机构 精度 高 较高 一般 专业化程度 高 较高 一般 成本高低 高 较高 低 表 1-4 从以上三种分度方法的比较来看，由于该设备用于与林区，面向的操作是大众普通的人员，而木材料的加工在精度方面要求不 是很高，在以成本和操作人员的专业程度为nts成都理工大学毕业设计（论文） 12 重要考虑的基础上，我们选择手动分度机构。 2.2方案比较和确定 手动分度机构常用的有手拉式，枪栓式。齿条式，杠杆式，脚踏式等 我初步确定的方案有两种，方案 1 是枪栓式分度机构，方案 2 是棘齿式分度机构，现将两种方案分析和比较如下： 2.2.1 枪栓式分度机构 1.做图如下 ： 1分度盘 2. 圆锥销 3.轴 4. 弹簧 5.手柄 6.曲线槽 7.销钉 图 2.1 枪栓式分度机构装配草图 曲线槽图 2.2 曲线槽 nts成都理工大学毕业设计（论文） 13 图 2.3 分度盘 2.工作原理 顺时针扳动手柄 5，带动轴 3 转动，由于销钉 7 卡在轴上的曲线槽 6 中，轴一旋转，在销钉的作用下，轴 3 将向后退出，也使得圆锥 2 退出分度盘。转动分度盘，完成分度以后，再反方向旋转手柄 5，在弹簧 4 的作用下，圆锥销又被压入分度盘的槽中，完成锁紧定位。 3.枪栓式分度机构优缺点比较 ： 优点 结构简单，制造容易，容易实现 缺点 操作比较麻烦，只能退出定位销后，手动转动分度盘，给操作者 带来过多动作，浪费时间 表 2-1 4.枪栓式分度机构的加工难易程度，精度及成本分析比较 枪栓式分度机构重要零件只有分度盘，手柄急定位销，并且每一个零件加工都是十分简单的，这些条件决定了枪栓式分度机构的加工必将十分便宜，成本便宜是枪栓式分度机关竞争的一个重要条件。 在对定精度上看，枪栓式分度机构定位精度不是很高，它的最大缺点是，用手动实现分度，这样一来，在精度上必将受到一定的限制。 2.2.2 方案 2 棘齿式分度机构 1.做图如下 nts成都理工大学毕业设计（论文） 14 1.手柄 2.挡块 3.定位销 4.棘爪 5.棘轮 6.轴 7.弹簧 8.分度盘 9.齿轮 10.齿轮 11.齿轮 12.轴 13.轴 14.轴 图 2.4 棘齿式分度机构装配草图 2.工作原理： 压下手柄 1，使得手柄上的棘爪 4 带动棘轮 5 转动，并且十得压住定位销的压块2 跟随手柄一起转动，定位销在弹簧 7 的作用下压入分度盘 8 的定位槽中，完成 轴的 一次分度 。（如图 2.5）轴通过 齿轮带动轴上的齿轮，带动齿轮转动，从而实现轴转动和轴相同的角度，即是通过一次分度，同时实现两根轴的分度，提高了加工效率。 如果要再进行分度，就按图 2.5所示逆时 针扳动手柄，使压块跟随手柄一同转动，并且与定位销的半圆面接触，在压块的作用下，定位销向后退出，弹簧7被压缩，手柄带动棘爪逆时针转动，棘爪进入棘轮的另一个槽中，只要顺时针转动，便能重复 以 上所说的步骤。 nts成都理工大学毕业设计（论文） 15 步骤 1 步骤 2 图 2.5 分度原理图 3.棘齿式分度机构的优缺点比较： 优点 容易实现，操作简单，一切动作只需要在手柄上完成，并且可以同时分两次度，节约了操作时间，分度精度高 缺点 结构较为复杂，定位销的造型复杂 表 2-2 棘齿式分度机构的优缺点比较 4.棘齿式分度机构的加工难易，精度及成本分析 棘齿式分度机构较枪栓式分度机构复杂，主要零部件有分度盘，棘轮，定位销，手柄和齿轮。所有的零部件加工也十分容易，只有定位销的加工稍微复杂，属于异型nts成都理工大学毕业设计（论文） 16 销。但是加工工艺也是非常容易的。这也决定了棘齿式分度机构的成本很低，只是较枪栓式分度机构贵一点。 另外棘齿式分度机构操作方便，整个分度机构只需要扳动手柄即可实现两根轴同时分度，轴与轴之间通过齿轮传动，所以精度很高，并且加工效率高了很多，比枪栓式更加优越。 2.3 方案的比较与选择： 方案一 方案二 结构 简单 较复杂 操作 繁琐 方便 精度 低 高 效率 低 高 制造 容易 容易 造价 低 低 表 2-3 方案比较 综上 比较，在高强度的生产中，如果操作复杂，会给操作者带来不便，方案一中分度盘旋转需用手动，无疑给工作人员带来了麻烦，使其容易疲劳，而且分度机构不高，加工效率无疑会降低，成本自然会增加，而且产品也会出现很多问题。方案二中分度盘转动与定位销的定位卡紧都可以用一个手柄实现，使得操作方便快捷，在次基础上还增加了齿轮来传动，使得一次分度动作就可以实现两根轴的同时分度，大大提高了加工效率，节约了时间，并且在加工精度方面也是很高，能满足工件的尺寸要 求，所以我采用方案二。 3.棘齿式分度机构的计算与具体设计 3.1设计概要 本设计方案以棘轮分度选择带动分度盘转动为核心，采用特殊定位销对定分度盘。通过手柄的转动，带动手柄上的压块压下，退出定位销后，通过棘爪使棘轮旋转，最终带动分度盘转动 分度。再通过两级齿轮的传动使得另外一根轴实现相同的角度分度。装配草图如图 3.1 nts成都理工大学毕业设计（论文） 17 1.手柄 2.挡块 3.定位销 4.棘爪 5.棘轮 6.轴 7.弹簧 8.分度盘 9.齿轮 10.齿轮 11.齿轮 12.轴 13.轴 14.轴 图 3.1 棘齿式分度机构装配草图 3.2工作原理： 压下 手柄 1，带动手柄上的压块 2，使压块 2上的曲面与定位销 3上的曲面接触，使定位销上的曲面受力，如图 3.2 步骤 1 nts成都理工大学毕业设计（论文） 18 步骤 2 图 3.2 棘齿式分度机构工作原理 压块 3给定位销的力为 F，分解为 F1和 F2，其中 F2与孔壁定位销的力抵消， F1便使定位销向 F1 的方向退出。使得定位销退出分度盘，然后继续压下手柄，手柄上的棘爪卡入棘轮的槽中，带动棘轮顺时针旋转，分度盘与棘轮用螺栓连接，所以分度盘也顺时针旋转，当手柄压下到下面的限位装置后，就无法继续压下，同时完成了一个 分度要求，使整个分度机构完成一次粗定位。然后反向扳东手柄，使手柄带动压块运动，使得 F2减小至 0，定位销在弹簧 7的作用下，压入分度盘的槽中，完成一次分度。同时 与分度盘相连的的齿轮与分度盘是同角度转动，通过齿轮传动到齿轮，实现轴与轴同角度转动，即轴也完成一次分度。这样就是通过一才分度的动作实现了两次分度，大大提高了加工的效率。 3.3具体设计 3.3.1 定位销的选取与计算 通常用的对定方式有 3种，球头销定位，圆柱销定位，圆锥销定位 （ 如图 3.3）。圆柱销在对定时，很难对准，稍有偏差就有可能不能插入分 度盘的槽中。球头销和圆锥销都能解决这个问题，都能有效的消除两者间的配合间隙，容易实现。但是球头销定位可能造成定位不紧固，产生松动现象，圆锥销则不会。 nts成都理工大学毕业设计（论文） 19 1.球头销定位 2.圆柱销定位 3.圆锥销定位 图 3.3 各种对定方式 在设计到分度盘的形状式，考虑到分度机构与整个机床的配合，我决定采用如图3.4所示的分度盘形状。 图 3.4 分度盘 该分度盘的形状决定了定位销需从侧面定位。如果是圆锥销的话，则销与分度盘是线面接触，不利于对定。所以将圆锥销的形式改为扁平的，这样能与分度盘形成面面接触，实现稳 定的对定，销的形状如图 3.5 所示： 考虑到 定位销的退出，我决定采用压块与曲面的接触方式，这样在手柄带nts成都理工大学毕业设计（论文） 20 动压块压下后可退出定位销，这样必须在整个定位销前家上一个曲面（如图 3.5）此定位销后边应接一个圆柱体，以便定位销推出，零件图如 3.6 图 3.5 定位销头部 图 3.6 定位销 取 H1=10mm， R1=8mm， B1=18mm， B2=20mm d2应该大于前端对定部分才能使整个定位销整体平衡，取 d2=52mm 定位销尾部应转孔，以便将弹簧点焊在其中。如图 3.7 nts成都理工大学毕业设计（论文） 21 图 3.7 d4的大小应根据弹簧的大小来 确定。此弹簧将传递力给定位销，并将其压入到分度盘的槽中，所以应有足够大的力，但同时，力又不能太大 ，否则操作者压下手柄后将无法使定位销退出分度盘。所以必须综合考虑各方面的因素。 弹簧的选取如下： 材料：根据表 3-1 材料 许用切应力 /MPa 推荐使用温度 特性与用途 名称 牌号 类 类 类 碳 素 弹簧 钢 丝 a 65、 70 0.3B 0.4 B 0.5 B -40-120 强度高，性能好，只用于小弹簧 表 3-1 碳素弹簧钢丝的材料与特性 选择 a组碳素钢丝 具体计算内容如表 3-2 计 算项目 计算内容 计算方案 弹簧丝直径计算 1 2 3 假设弹簧丝 直径 d 3mm 2mm 3mm 假设弹簧丝平均直径 D2 12 mm 12mm 12mm 旋转比 C D2/d 4mm 6mm 12mm nts成都理工大学毕业设计（论文） 22 曲度系数 K1 查表 1.4 1.25 1.1 材料拉申强度 查图 100Mpa 760Mpa 2082Mpa 极限 B 许用切应力 T T=0.4 B 640 704 832 计算弹簧丝直径 D=1.6 1m ax k!FCr n r设 Fmax=30N 0.82mm 0.9mm 1.1mm 表 3-2 弹簧丝的直径选取 通过以上计算， 1、 2方案与假设不符，采用方案 3 计算弹簧圈数 弹簧有效圈数 34 4 4m a x3m a x 28 1 0 2 0 18 8 3 0 1 2dGFD =3.86（ G 弹簧材料的切变 模量钢为 48 10 Mpa max 为最大变形量，设为 20mm） 当 n15时， n 取为 0.5圈的倍数 取 8圈 死圈圈数 n1 取 2 圈 总圈数 N N=n+n1=8+2=10 圈 计算弹簧外廊尺寸 弹簧外径 D D=d2+d=12+1 取 13mm 弹簧最小节距 Pmin Pmin=d+ maxn+ min =3+20/8+0.1 取 5.6mm 其中 min =0.1d 弹簧在自由状态下的长度 0H 0H =nP+(N-n+1)d=8 5.6+3 取 47.8mm 根据弹簧尺寸可以确定定位销的尾部 空的尺寸，取尾部孔的直径为 14mm，深度为 10mm。 3.3.2 分度盘的选择与计算 定位销与分度盘的对定方式有两种，轴向和径向的对定方式。如图 3.8 nts成都理工大学毕业设计（论文） 23 对定 1 对定 2 图 3.8 分度盘对定方式 对定方法 2实现对定销与分度盘的轴向对定，采用这种方法可以加工出比较规范的圆锥销，使得加工零件更加容易，对于加工分度盘可以采取钻锥孔的 方法加工，易于实现。而且很容易在各个销孔中安装衬套，便于磨损后更换。但是整个分度机构的形式关系，也为了更好的配合整个机床的其他部分部件，使得轴向安装的零件不易过多，保证整个机床轴向的尺寸不能太大，所以应该考虑径向对定。为此，我选择对定方法1 的分度盘结构形式。此种结构就需要将定位销加工成扁平的形状（见图 3.5） 这种方法中，分度盘的加工没有方法 2容易，加工时要求很高的定位精度。铣削各个槽也没有钻床方便。但是这种方法也非常容易实现，分度准确率高，对定过程容易，可以选用。 根据工件要求（见图 1.2），要加工出正六边 形的形状，则要求最小分度角为 060 ，整个分度盘确定为六个定位槽。定位槽的尺寸安排如下： 取 d1=10mm， d2 应小于定位销定位部分的长度，取 d2=14mm。根据图 3.9，设 ae=x，ej为定位销的长度， ej=16mm由前边定位销尺寸可知， bc=10mm， hk=20mm 1016 16xx 12x bcx fg解出 fg=18.75 nts成都理工大学毕业设计（论文） 24 图 3.9 分度槽计算示意图 即是前端长为 10mm，后 端长为 18mm 取厚度为 20mm 。锥度 C=1.8 分度盘中间与轴固定的孔由轴的大小来确定。 3.3.3 棘轮的选择与计算 一 . 棘轮的材料 棘轮在我的设计中是用来带动分度盘转动的，以达到分度的目的，所以棘轮是易磨损件，必须有一定的强度和刚度。棘轮与棘爪接触，危险截面出现在棘轮槽上，受切应力影响，如图 3.10 图 3.10 棘轮与棘爪的接触关系 棘爪给棘轮的力主要来自人对手柄的力，大约在 20-30N 之间，这要求棘轮及棘爪的nts成都理工大学毕业设计（论文） 25 材料能承受变化的载荷，低速，能够适应长期的摩擦，而且根据整个分度机构的结构形式， 棘爪和棘轮不会受到很大的冲击力，根据这些条件我决定选用合金结构钢（ GB3077 82）作为棘轮和棘爪的材料，钢号： 40Cr，其机械性能如表 3-3 截面尺寸（式样直径） 25mm 机械性能 抗拉强度b 屈服强度s 延伸率 s 收缩率 冲击值 MPa % J/cm 不小于 981 785 9 45 58.8 表 3-3 40Cr 的机械性能 根据棘轮与棘爪的接触方式，可用圆柱 平面外接触的接触应力公式计算： 解： Hmax=4F/2 ab 其中 b 为棘轮宽度，取为 7mm， a 为 2mm， F=70N Hmax=5.46MPa 从结果上看，棘轮所受载荷很小，所以材料应该从经济性出发，并且棘轮上有六个槽，如果有刚件加工的话，必将加工造成 一定的难度，所以我决定改用铸铁，采用铸造的方法得到棘轮和棘爪。 二 .棘轮棘爪的热处理 棘轮棘爪必须具备一定的强度，所以还要对铸铁进行热处理，安全对材料进行退火处理 ，消除自由渗碳体，改善切削性。具体安排如表 3-4 材料 标准 热处理 灰铸铁（ HT100） GB9839 88 退火 表 3-4 三 .棘轮与棘爪的结构设计及尺寸安排 棘轮与分度盘的转动必须同步，才能实现准确的分度。因此可以用螺栓将棘轮和分度盘连在一起，查表（机械设计课程设计手册表 3-17 内六角圆柱头螺钉），选择如下： （ GB 70-85） 螺栓 M5， b 16mm， dk 8.28m， da 5.7mm， ds 5mm， e 4.58mm， k 4mm， t 2.5mm， r 0.2mm， nts成都理工大学毕业设计（论文） 26 w 1.9mm， l 20mm 如图 3.11 图 3.11 内六角螺钉 用四颗 M5内六角螺钉连接棘轮与分度盘，如图 3.12表示棘轮的结构及尺寸安排： 图 3.12 棘轮结构 根据结构图可以计算： d1 d1=44 44-（ 44-4） （ 44-4） =336 求出 d1=18.33 棘爪的图如 3.13 nts成都理工大学毕业设计（论文） 27 图 3.13 棘爪的结构 3.3.4 手柄设计与计算 一 .手柄的材料 手柄是操作者要实现分度机构转动的首要零件，手柄外型是根据整个分度机构的结果设计的，是非标准件。所以，采用铸造的方式得到，因此手柄的材料我选择用铸铁。 二 .手柄的热处理 手柄是易磨损件，且手柄需要连接压块及棘爪，所以要对手柄进行热处理，以增加其强度。主要是对材料进行退火处理。 材料 标准 热处理 灰铸铁（ HT100） GB9839 88 退火 表 3-5 三 .手柄的结构及尺安排 作图如下： nts成都理工大学毕业设计（论文） 28 图 3.14 手柄 其中手柄 与压块的连接采用内六角螺栓连接，选用螺栓 M5两颗 （ GB 70-85） 螺栓 M5， b 16mm， dk 8.28m， da 5.7mm， ds 5mm， e 4.58mm， k 4mm， t 2.5mm， r 0.2mm， w 1.9mm， l 20mm 具体结构如图 3.11 整个手柄松套在轴上，手柄的旋转不带动轴转动，只是通过手柄上的棘爪与棘轮连接，棘轮也是松套在轴上，棘轮通过螺栓 带动分度盘 转动，分度盘与轴用键连接，分度盘的 转动带动轴转动。 3.3.5 齿轮的设计与计算 整个分度机构当中，齿轮的作用就是把手柄通过棘轮完成的分度，传递到轴上，从而通过一次的分度动作同时实现两根轴的分度，大大提高了生产效率，在市场竞争中占据有利的位置。 由于整个分度机构都是
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