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可倾式 回转 工作台 设计 全套 cad 图纸

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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985机械电子工程系本科毕业设计（设计）题目可倾式回转工作台设计专业班级学号学生姓名指导教师设计所在单位下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985可倾式回转工作台设计摘要随着科学技术的快速发展,普通的三轴加工机床已满足不了人们对加工零件的更高要求。为了在原机床上实现五轴加工或高效准确的完成复杂曲面加工，就需要更换机床工作台，在当前追求生产效率飞速提升的时代，可倾式回转工作台的研究显得迫切与重要。本设计对可倾式回转工作台进行了设计，通过研究回转工作台的原理，结合液压驱动、齿轮传动等知识，设计出一种用于五工位组合机床的可倾式回转工作台。为了提高工作台的回转精度，本设计采用端齿盘用作锁紧装置，液压作为驱动装置。该可倾式回转工作台提供了一种动作结构紧凑、操作方便、在较小的空间尺寸范围内可实现回转倾斜功能的工作台，解决了在中小型数控机床上进行四轴或五轴加工的问题，实现了对零件的多面加工和连续曲面加工。在实际生产中，该工作台的设计可缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率，从而提高生产效率。关键词可倾式；回转；工作台；液压。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985DESIGNOFTILTSLEWINGWORKPLACEABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,THECOMMONTHREEAXISMACHINETOOLSHAVECOULDNTMEETPEOPLESHIGHERNEEDOFPROCESSINGCOMPONENTSTOREALIZETHEORIGINALMACHINEFIVEAXISMACHININGANDACCURATEANDEFFICIENTPERFORMANCEOFCOMPLEXCURVEDSURFACEPROCESSING,SOTHEMACHINETABLENEEDTODESIGNINTHETIMEOFPURSUITINGBIGPROGRESSOFPRODUCTIONEFFICIENCY,RESEARCHOFTILTSLEWINGWORKBENCHBECOMESVERYURGENTANDIMPORTANTTHISPAPERISABOUTTHETURNINGPOINTSDEGREESWORKBENCHBASEDONCAREFULSTUDYOFTHETHEORYOFROTARYWORKTABLEANDSOMEKNOWLEDGEOFHYDRAULICDRIVEANDGEARTRANSMISSION,AKINDOFTILTSLEWINGWORKBENCHHASDEVISEDWHICHUSEDFORFIVESTATIONSCOMBINATIONMACHINETOOLSTHEDESIGNUSEDTHEENDTOOTHDISKASLOCKINGDEVICEANDHYDRAULICASDRIVETOIMPROVETHEINDEXINGACCURACYOFTHEWORKBENCHAFTERALLABOVE,THISWORKPLACECANPRODUCEASLEWINGWORKBENCHWHICHHAVEACOMPACTACTIONSTRUCTURE,SIMPLEOPERATIONANDCANBEROTATEDTILTINSMALLERSPACEASARESULTTOSOLVETHEPROBLEMOFTHEFOURSHAFTSORFIVEAXISMACHININGINSMALLANDMEDIUMSIZEDCNCANDATTHESAMETIME,MAKESTHEMANYFACEPARTSPROCESSINGANDCONTINUOUSSURFACEPROCESSINGCOMETRUEINPRACTICALPRODUCTION,THISTABLEDESIGNCANSHORTENTHEPRODUCTIONPREPARATIONTIMEANDINCREASETHERATIOOFCUTTINGPROCESSINGTIME,SOASTOIMPROVETHEPRODUCTIONEFFICIENCYKEYWORDSTILTINGSLEWINGWORKPLACEHYDRAULIEPRESSURE目录第1页目录第一章绪论111选题的目的与意义112可倾式回转工作台的研究状况1121我们现有水平及国内外对比情况2122我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现2123相应的措施213可倾式回转工作台的发展趋势3131市场前景3132发展趋势3133针对中国工作台发展对策314本课题主要研究内容和设计任务3第二章可倾式回转工作台设计原理521常用的可倾式回转工作台5211回转工作台的主要种类及特点概述5212通用转台5213精密回转工作台（ROTARYTABLE）622可倾式回转工作台常用原理623液压式数控工作台设计7第三章可倾式回转工作台传动设计1031可倾式回转工作台原理及设计10311工作台回转松开、夹紧原理和机构10312可倾式工作台摆动原理10目录第2页32液压式可倾式回转工作台的液压系统设计11321拟定工作台基本参数11322液压系统的方案设计12323液压泵的选择13第四章可倾式回转工作台部件设计1641工作台的设计16411工作台整体尺寸的设计16412工作台T型槽设计16413工作台中心孔设计17414工作台螺孔分布设计1742端齿盘1743中心轴设计19431中心轴尺寸设计19432中心轴轴承选择2034活塞设计2045传动系统设计22451传动系统总体方案设计22452齿轮齿条设计计算2446工作台摆动架设计32461摆动架轴承选择32462摆动架设计3347工作台底座设计34471材料选择34472铸造斜度35目录第3页473定位分布3648活塞封闭块设计3749推杆导向块设计38结束语39致谢40参考文献41附录42目录第4页西安文理学院本科毕业设计（论文）第1页第一章绪论自从改革开放以来，世界上就有了“中国制造”这个伟大的字眼，在这些庞大的生活工艺所需品背后，是那些日夜不停息旋转的机器，而享有“机器之母”的即是机床。正是这些机床成就了这个字眼，从上世纪八十年代到现在，有些还在刚开始安装的岗位上作业。而随着现代社会机械产品的高智能化、高自动化、高效率化的发展趋势，那么那些机床是否能适应当今社会的节奏其实改进这一状况的研究课题很多，从进给料、夹装装置、换刀装置、多工位加工等都可以改进机床效率，本设计就阐述了一种以改变机床工作台而提高生产效率的方法，即将原来固定的工作台改进为可以摆动回转加工的工作台，我们先了解一下本课题研究的时代背景与其意义。11选题的目的与意义可倾式回转工作台是指在机床除了有X、Y、Z三个直线进给轴之外，还有一个可倾式进给轴和一个回转进给轴，即绕X轴倾斜的A轴和以Z轴旋转的C轴。这样能在一次装夹中，可以加工出除了定位面之外五个加工面，尤其是可对复杂的空间曲面进行高精度自动加工，所以普遍认为可倾式回转工作台的应用是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等零件加工的唯一手段。该结构的研究对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业的发展有着举足轻重的影响力。可见可倾式回转工作台提供了一种动作结构紧凑、操作方便、在较小的空间尺寸范围内实现轴旋转倾斜功能的工作台，解决了在中小型数控机床上进行四轴或五轴加工的问题，实现了对零件的分度加工和连续曲面加工。同时该工作台的设计也可缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率，从而提高生产效率。12可倾式回转工作台的研究状况早在20世纪60年代，国外航空工业为了加工一些具有连续平滑而复杂的自由曲面大件时，就已开始采用了旋转式加工台面，但一直没能在更多的行业中获得广泛应用，只是近10年来才有了较快的发展。我国从近十几年才展开的研究，2005年陈则仕，张秋菊通过建模完成可倾式回转工作台的仿真，到2007年8月沈阳机床集团、沈阳高精数控技术有限公司及中科院沈阳技术研究所联合开展实施的“沈阳数控”系统安装应用，使可倾式回转工作台式机床正式具有自主知识产权。1目前国内在数控机床可倾式回转工作台领域中取得了较快的发展，数控转台的品种也较多，规格从1002500MM，基本可以满足一般用户的配套需要。但高端市场几乎没有国产品牌，只是国内主机采用境外产品配套的占有不小的比例。与国际市场的著名品牌相比，我们的技术参数与指标落后于其尖端产品（比如材料、转速、承载能力、分度定位精度等）；现在意大利宝利诺巴吉产品技术配置已经达到横向X西安文理学院本科毕业设计（论文）第2页轴3000MM，纵向Y轴2600MM、垂直方向Z轴950MM、A轴/135,C轴/200；轴最快移动速度X轴100M/MIN，Y和Z轴60M/MIN。2国外已经达到可倾式回转工作台普及化，生产实用化，我国普及型产品的可靠性、耐用度、精度保持性方面都比欧美和日本差一些，外观造型也不尽如人意。所以我们应该努力打造精品、提高配套水平。随着科学技术的发展，国外相同品种、不同结构的数控机床附件产品也在不断出现。例如转轴直接驱动的数控回转工作台已经出现，完全改变了传统的工作台的结构，回转速度及精度要比传统的机械结构高得多，伺服电动机驱动数控刀架也已出现两年多时间，当然，真正普及应用还要有一个过程。121我们现有水平及国内外对比情况我国生产的数控机床附件产品应该说满足中低挡数控机床的配套需求没问题，但在为高档数控机床配套的附件产品方面与国外比较差距较大，产品设计能力方面有差距，但不是很大主要差距在于整个行业的装备制造能力和协作配套能力。因此对整个数控机床附件产品水平影响较大，这是目前国内产品水平较国外产品水平低的主要原因。122我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现（1）速度基于材料、检测能力、装备制造能力等方面的条件限制，我过附件产品在速度方面较国外同类产品要差。例如数控铣床、加工中心配套的各类数控回转工作台，日本日研公司直径200MM数控回转工作台最高转速可达88R/MIN,而国内的只有1216R/MIN主要差别在于材料的选用。（2）可靠性国外数控机床附件产品开发应用比较早，经验丰富，再由于技术进步，新材料、新结构的不断出现与应用，使得其产品可靠性非常好。如日本日研公司部分规格的数控回转工作台的核心部件蜗杆副，齿轮采用氮化钢，齿部表面氮化处理，硬度高；蜗杆为硬质合金蜗杆；整个蜗杆副为硬齿面接触，耐磨。既实现了高速，又保证了可靠性。而国内基本上均采用传统材料和传统的结构，加上外购配套件的可靠性差造成产品的整体可靠性较外国产品的差距。可以说数控机床附件产品的整体可靠性与我国目前整个工业发展水平有相当密切的关系，随着配套件水平的提高，整体状况将有所改善。（3）精度我国数控机床附件的精度及稳定性应该说还是比较好的，基本上能满足主机的配套要求。较日本、德国等工业发达国家的产品有一定差距，但不大，与台湾地区产品相当。这与行业企业近几年抓质量、提高质量意识有密切的关系。123相应的措施我国数控机床附件产品可以说还处在一个发展阶段，品种、规格、可靠性等方面还需要有一个完善的过程，还远远没有达到成熟的程度。因此作为国家应该给予西安文理学院本科毕业设计（论文）第3页一定的扶持，作为企业应在适应市场需要、加大产品的开发力度、提高装备水平、采用新材料、新工艺、新技术方面多下工夫。我国高档数控制造水平达到或接近国际水平，在制造手段上已逐步完善并已有颇具实力的开发生产能力，建立起不同程度的拥有一定规模的数控机床生产基地。数控机床正朝着高精度、高效率、高自动化、全功能的机电一体化方向发展。13可倾式回转工作台的发展趋势131市场前景随着我们制造业的发展，数控转台将会越来越多的被应用，以扩大加工范围，提高生产率。估计近几年要求转配数控转台的机床将会大幅度增长。预计未来几年，虽然某些行业由于产能过剩，受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家行业政策鼓励振兴和发展的装备行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均1520左右的稳定增长。3132发展趋势目前回转工作台已广泛应用于组合机床、数控机床和加工中心上，它的总发展趋势主要体现为（1）在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；（2）在性能上将研制以钢为材料的涡轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力；（3）在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。133针对中国工作台发展对策上述现状及资料说明，在今后的我们待解决问题有（1）我国可倾式回转工作台要发展中高次品种，在提高产品质量、性能水平和可靠性的同时，跟踪学习发达国家的先进技术，并在产品创新，提高工艺水平上多下功夫；总结经验，加强产、学、研的结合，走专业化生产的路子，面向市场，参与竞争，满足主机发展的需要。（2）可倾式回转工作台发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，比如直线电机驱动技术和双驱动技术正在采用研究。（3）制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，所以国产配套产件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面有待提高。14本课题主要研究内容和设计任务随着数控技术不断发展与提高，使机床主机对配件要求与依赖都越来越高。机床配件技术发展间接决定了机床主机发展水平，专业化发展方向成为我国机床配件业总体发展趋势。西安文理学院本科毕业设计（论文）第4页可倾式回转工作台设计意义重大，怎么样才能设计出可以回转工作并且也能够进行90度倾斜的回转工作台。方案众多。近些年来，随着数控技术的不断进步、自动化程度的普遍提高，组合机床、数控车床、数控铣床的种类和生产日益丰富，对高精度、高效率的工作台回转装置的需求也越来越大。目前端齿盘为定位机构的液压式可倾式回转工作台广泛运用于数控机床和加工中心上。在各种数控机床和其他机械的制造中，数控端齿盘分度工作台回转装置的应用十分广泛。本设计中也将尝试这一技术进行回转工作台的设计。本毕业设计是研究端齿盘作为定位机构的液压式数控工作台的工作原理和机械结构的设计和计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后部分。设计从第二章展开，由工作台的种类分析其结构原理，在一般工作原理中提出自己的设计原理方法。第三章总体设计，包括系统和主要传动结构。第四章将工作台设计细化，分别计算得出台面、活塞、中心轴等尺寸。西安文理学院本科毕业设计（论文）第5页第二章可倾式回转工作台设计原理工作台的种类繁多，为了更多地了解可倾式回转工作台这个行业的一些情况，简介一些类别工作台并对其设计原理总结，重点介绍液压式回转工作台，通过本章的理论，推出设计方案。21常用的可倾式回转工作台211回转工作台的主要种类及特点概述转台带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称转台或第四轴，如图21，所以也属于回转工作台的一种。转台按功能的不同可分为通用转台和精密转台两类。图21转台4212通用转台是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工时转动工作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。通用转台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。（1）水平转台在圆台面上有工件定位用的中心孔和夹紧用的T型槽。台面外圆周上刻360的等分刻线。台面与底座之间设有蜗杆蜗轮副（见蜗杆传动）,速比为901或1201，用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。转动手轮即可驱动台面，并由台面外圆周上的刻度（以度为单位）与细分刻度盘读出旋转角度。分度精度一般为60。水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置联接，以实现动力驱动。（2）立卧转台西安文理学院本科毕业设计（论文）第6页底座有两个相互垂直的安装基面，使台面既可水平也可垂直放置。（3）万能转台台面可以在090范围内倾斜任意角度,使工件在空间的任何角度都能准确调整。回转工作台。213精密回转工作台（ROTARYTABLE）精密转台用于在精密机床上加工或角度计量。常见的有光学转台、数显转台和超精密端面齿盘转台。图22精密转台5（1）光学转台主轴上装有玻璃或金属精密刻度盘，经光学系统将刻度细分、放大，通过目镜或光屏读出角度值。（2）数显转台转台主轴上装有精密圆光栅或圆感应同步器，由数字显示装置读出角度值。上述两种精密转台的分度精度最高可达1。（3）超精密端面齿盘转台利用一对经过精密对研的1440齿、720齿或360齿的端面齿盘分度定位,其分度精度最高可达001，作精密角度计量用。22可倾式回转工作台常用原理有一种可倾式数控回转工作台，其特征在于它由伺服电机、凸轮间歇分割器、倾斜轴、座体、微调机构和锁紧机构等组成，其中凸轮间歇分割器固装在倾斜轴的端面上，然后整体配合在座体孔中，可倾斜任意角度；伺服电机联接在倾斜轴的另西安文理学院本科毕业设计（论文）第7页一端并位于倾斜轴的空心范围内，它驱动凸轮间歇分割器的输出端做连续或定角度旋转。此外，在摆动工作台上还加摆动角度微调机构和定角度锁紧机构。6还有常见的回转工作台的运动由交流伺服电机驱动圆柱齿轮动，带动涡轮蜗杆系统,使工作台旋转。当数控回转工作台接到数控系统的指令后，首先松开圆周运动部分的涡轮夹紧装置，松开涡轮，然后启动交流伺服电机，按数控指令确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数。整个数控回转工作台按照功用不同可以分为两个组成部分,即圆周回转部分和摆动部分,在圆周回转部分和摆动部分中，又可以按照传动结构分为两个部分，即齿轮传动部分和蜗轮蜗杆传动部分。7图23回转部分和倾斜部分中齿轮传动、涡轮蜗杆传动示意图23液压式数控工作台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，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。端齿盘式分度工作台图21、22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，其工作过程如下西安文理学院本科毕业设计（论文）第8页图24液压式高精度工作台解析图1（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16328MM，齿轮回转的角度。当齿轮回转的过程中，挡块14放开推杆15；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。工作台的回转速度可以通过液压系统进行调节。西安文理学院本科毕业设计（论文）第9页图25液压式高精度工作台解析图2（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，同时挡块14压上推杆15，微动开关C动作，发出回转西安文理学院本科毕业设计（论文）第10页信号。第三章可倾式回转工作台传动设计通过对可倾式回转工作台的初步了解，本章对设计进行整体分析并进行原理解析，对工作台的回转部分和摆动部分设计，最后设计出总体传动方案。31可倾式回转工作台原理及设计311工作台回转松开、夹紧原理和机构如图31所示，工作台需要回转是通过油道1进油使活塞2向上运动，同时推动推力球轴承4使中心轴5向上运动，从而工作台也向上移动，实现上端齿盘6和下端齿盘7的松开，为实现回转动作做好准备。当工作台回转完成后，需要下降使工作台夹紧时，油液会从油道8进入活塞缸上腔，使活塞2向下移动，中心轴5带动工作台下降。使上端齿盘6和下端齿盘7啮合，实现工作台的夹紧定位。图31工作台回转部分示意图312可倾式工作台摆动原理可倾式工作台设计最重要的结构就是摆动部分，此设计中的倾斜结构如图32所示，工作台需要倾斜时，齿条2与齿轮1咬合，齿条2进行径向运动，带动齿轮1转动，齿轮1与摆动架3由螺栓连接，摆动架3与底座6通过深沟球轴承相连，由于底座固定所以齿条2的直线运动转变为齿轮1的摆动。摆动架跟着摆动实现回西安文理学院本科毕业设计（论文）第11页转工作台的倾斜运动，可实现了工作台90度倾斜。当摆动到加工位时，齿条2与齿轮1分离，实现定位加工。图32工作台摆动部分示意图32液压式可倾式回转工作台的液压系统设计321拟定工作台基本参数在经过查阅相关资料和进行初步的CAD辅助设计后，液压式数控分度工作台根据使用的场合，所需要的大小和形状有很多种类，本人设计的是组合机床上的一个分度工作台，根据组合机床所需加工的示范零件轮廓尺寸如图33，特设定基本参数如表31。西安文理学院本科毕业设计（论文）第12页图33典型加工表31可倾式回转工作台相关参数中心高430MM中心套孔直径30MM工作台台面直径800MM主轴连接尺寸494MMT型槽宽度22MM倾斜角度90回转角度360使用压力25MP最大载重量3000KG使用流体液压油322液压系统的方案设计通过液压式回转工作台的基本原理和动作过程，可以了解到工作台需要有两个液压系统一个是提供压力使工作台实现抬起和下降的动作，而另外一个液压系统是实现工作台90倾斜的动作。这两个动作过程都需要液压系统具有使工作台平稳动作的功能，不要在工作台抬起、下降的时候产生颤动，影响加工精度。如图34所示，在液压缸的两侧油路上都串接液压单向阀（液压锁），活塞可以在行程的任何位置上锁紧，不会因外界的原因而颤动，而其锁紧精度只受液压缸的西安文理学院本科毕业设计（论文）第13页泄漏和油液压缩性的影响。为了保证锁紧迅速准确，换向阀采用了H型中位机能。这种液压系统能很好的满足液压式可倾式回转工作台的要求。图34液压系统方案设计323液压泵的选择根据液压式可倾式回转工作台的基本参数和CAD辅助设计对零件的设计，可以知道实现工作台的倾斜的液压系统的压力远比实现工作台上下运动的压力要小，两个液压系统选择相同的液压泵，所以选择液压泵的时候只要满足上下运动的即可。根据工作台的最大承重量为3000KG。根据此设计的活塞尺寸如图35西安文理学院本科毕业设计（论文）第14页图35活塞活塞的作用面积为半径110MM和半径80MM围成的环面。计算过程如下FMG（式31）F3000KG98N/KG29400N222631408179291780SRRMFPMPAS（式32）西安文理学院本科毕业设计（论文）第15页根据的液压马达工作压力，由液压传动手册选择CBB4齿轮油泵，为工作台液压系统的液压泵，其具体参数如表22表22液压泵参数型号流量L/MIN压力MPA转速RPM容积效率重量KG驱动功率KWCBB442514508528021西安文理学院本科毕业设计（论文）第16页第四章可倾式回转工作台部件设计通过前三章的设计分析，对工作台的设计有了总体的框架和结构，本章将详细的阐述可倾式回转工作台的各个部件设计，包括部分零件的设计尺寸和安全校核，以及一些零部件的理论论述。41工作台的设计411工作台整体尺寸的设计液压式可倾式回转工作台作为需要回转的部件，在其上还会有专业的夹具。为了满足其回转的功能，所以工作台做成圆形件，且根据工作台的加工零件范围最大载重量为3000KG,所以工作台台面选取800MM，工作台的高度为130MM。工作台表面需要T型槽，用于工作台上夹具的定位夹紧。为了使工作台耐用，在工作台的中心处设计一个中心孔，用于安装衬套的安装。工作台的下端面需要与中心转轴和端齿盘安装定位，所以要设计一个槽，槽宽与槽深都是根据端齿盘的尺寸来设计确定的。412工作台T型槽设计工作台T型槽的作用是用T型槽固定工作台上的夹具。T型槽的布置需要根据工作台的尺寸确定，根据设计时的方案，T型槽长度为320MM，由于是五工位，所以布置5个T型槽，均布在工作台的上表面。根据工作台的结构要求和机械设计简明手册T型槽及螺栓头部尺寸（摘自GB/T1581996），选择如下图41T型槽T型槽|A|基本尺寸/MM22T型槽|B|基本尺寸/MM38西安文理学院本科毕业设计（论文）第17页T型槽|C|基本尺寸/MM18螺栓选择公称尺寸/MMM20413工作台中心孔设计工作台的中心孔设计，是根据在工作台中心孔上有一个衬套，衬套的作用是当衬套磨损了，可以方便更换。如果不用衬套，磨损后，则需要更换工作台。因其是标准件，加工方便，更换成本低，而且还能起到一定的导向作用。衬套与工作台的中心孔为小过盈配合。所以根据工作台结构要求和衬套的标准规定可得，工作台中心孔的孔径为39MM。选取的衬套为外径30MM，长45MM的衬套。414工作台螺孔分布设计液压式回转工作台需要中心轴和端齿盘与工作台具有精确的相对位置。而工作台是由许多点、线、面组成的一个复杂空间几何体。当考虑中心轴和端齿盘在工作中占据正确位置时，在实际安装，进行零部件需要螺栓的夹紧和定位销的定位相结合才能满足工作台的动作要求。对于中心轴本设计采用螺栓和定位销在工作台上圆周均布，一般都采用三个螺栓与两个定位销对工作台及其部件进行定位夹紧。而对于端齿盘，由于选用的是标准件，工作台上的孔必须与端齿盘向对应。估设计出的工作台如图42图42工作台42端齿盘由于端齿盘是标准件，根据工作台的尺寸，依据JBT431611999选用端齿盘的参数如下西安文理学院本科毕业设计（论文）第18页图43端齿盘外径D630MM内径D500MM齿数Z180齿长F25MM齿盘副厚度H80MM体厚H130MM齿盘厚度H/2M4216MM齿距T11MM齿厚S55MM齿内径D0580MM全齿高H72MM齿顶高M217MM空刀槽宽P30MM槽底倾角A05158分布圆直径D1540MM螺栓孔数量12直径D1175MM沉孔D228MM西安文理学院本科毕业设计（论文）第19页沉孔深度B16MM锥孔D316MM倒角C2最小抬起量48MMD4M1643中心轴设计431中心轴尺寸设计液压式回转工作台的中心转轴其结构尺寸基本上是按照工作台的整体尺寸确定的，其上端面的螺孔与定位销都是根据工作台的上端面的螺孔分布来设计的。其下端面的螺孔是根据与之配合的齿圈设计的，中心轴会20MM嵌进齿圈的中心槽进行定位，再使用三个均布的螺栓紧固。中心轴最重要的部分是其右端面的直径大小，在工作台结构允许的条件下，尽可能的使中心轴的支撑面大。因为液压式数控分度工作台在分度旋转的时候，需要液压油顶起活塞，活塞两端都有推力球轴承，通过推力球轴承顶起中心轴支撑面，在此过程中工作台的重心不一定在中心，所以会产生一定的倾覆力。中心轴的支撑面越大则产生的倾覆力越小，分度后的中心重复定位精度也将会提高。所以根据工作台和端齿盘的尺寸，允许中心轴支撑面的最大尺寸为494MM。图44中心轴西安文理学院本科毕业设计（论文）第20页432中心轴轴承选择根据中心轴的动作原理，可知需要选择推力球轴承。推力球轴承推力球轴承由底圈、轴圈和钢球保持架组件三部分构成。与轴配合的称轴圈，与外壳配合的称底座圈。推力球轴承种类按受力情况分单向推力球轴承和双向推力球轴承。单向推力球轴承可承受的单向轴向负荷。双向推力球轴承可承受双向轴向负荷。双向推力球轴承，其中圈与轴配合。底圈的安装面成球面的轴承，具有调心性能，可以减少安装误差的影响。推力球轴承的用途只适用于承受一面轴向负荷、转速较低的机件上，例如起重机吊钩、立时水泵、立时离心机、千斤顶、低速减速器等。轴承的轴圈、底圈和滚动体是分离的，可以分别拆装。根据中心轴的轴颈上端的轴颈100MM，查机械设计课程设计手册表68推力球轴承（GB/T3011995摘录）可知，选用轴承代号为51120。为了便于轴上零件的安装，下端轴颈是90MM，选用推力球轴承（GB/T3011995摘录）轴承代号为5118。图45推力球轴承34活塞设计液压式数控回转工作台的活塞设计，根据轴心转轴的结构尺寸可以确定活塞中心孔的大小为94MM，在设计中，当两个接触面的距离较长时，适当减少接触面的距离，降低加工难度，也提高了精度。如图活塞的上端面是一个专门的推力球轴承的支撑槽，推力球轴承的外径为135MM，根据要求选择了支撑槽的直径为140MM。活塞尺寸如图36所示西安文理学院本科毕业设计（论文）第21页图46活塞活塞的半径是根据液压系统的工作压力确定的，活塞作为液压油驱动的部件，在其运动过程中难免会发生泄漏现象，所以也需要密封圈，根据密封圈可以设计出活塞上的密封槽。根据结构要求，活塞需要液压油才能驱动，根据活塞工作原理，所以齿条需要密封。密封可以分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封、密封胶密封盒直接接触密封三大类。根据工作压力，静密封又可以分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材料较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材料较硬接触宽度窄的金属垫片。动密封可以分为螺旋密封盒往复密封两种基本类型。按密封件与其相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封盒非接触式密封；按密封件和接触位置又可以分为圆周密封和端面密封，端面密封又称机械密封。动密封中的离心密封盒螺旋密封，是借助机械转动时给介质以动力得到密封。经过以上的介绍，可知活塞需要往复的运动，所以需要动密封元件，本设计选择O型橡胶密封圈，它适用于装在各种机械设备上，在工作压力070MPA、温度为40120的不同液体和气体介质中，在固定或运动的情况下起密封作用。根据由机械设计课程设计手册得适用于活塞的密封圈如图47所示西安文理学院本科毕业设计（论文）第22页图47密封圈表41密封圈尺寸选型表小密封圈尺寸大密封圈尺寸D1155119D1212157D2355010D253001345传动系统设计451传动系统总体方案设计根据液压式可倾式回转工作台的工作原理，在工作台需要回转的时候，液压油进入活塞下部将工作台顶起，同时齿圈和下齿轮啮合，准备回转。上升到位后，液压系统将使液压油进入齿条油腔，推动齿条，齿条与上齿轮啮合，并带动上齿轮运动，上齿轮与下齿轮是做成一体的，所以上齿轮带动下齿轮旋转。下齿轮与齿圈啮合在一起，并且齿圈与转轴是固定的，所以齿条的水平运动馆将会带动工作台的旋转。综上所诉，此传动系统的最主要的作用就是通过齿轮齿条和齿轮齿圈的啮合使齿条的水平运动转变成工作台的倾斜运动。即为图48所示西安文理学院本科毕业设计（论文）第23页图48齿轮齿条传动设计经过动作的分析，在此设计中，齿轮齿条的作用只是转动时进行啮合，而且顶起时传递的力只是克服转轴与活塞内孔壁摩擦力，此摩擦力比较小，所以齿轮齿条的设计计算只是根据传动系统的设计方案和工作他的具体尺寸确定的。所以齿条半径为35MM，齿轮分度圆半径为130MM。液压泵的工作压力是25MPA。1、齿轮齿条转矩根据工作台零部件之间合理的分布，可以确定齿条半径为35MM，齿条油腔的面积为SR3143538465MM（式41）所以齿条在运动时受力的推理为FPS253846596165N（式42）齿轮齿条啮合时，所受的转矩就是克服中心转轴与活塞内壁的摩擦力，此摩擦力比较小。2、齿轮齿条的转速由齿轮齿条的分度圆啮合条件可知，工作台实现90倾斜时，齿轮需要转动四分之一个圆周，所以LD1/4（式43）3142601/42041MM齿轮转动的圆周长度也即是齿条运动时时需要运动的长度，即为齿条油缸的长西安文理学院本科毕业设计（论文）第24页度。所以齿条油缸的体积为VRL（式45）31435204107850M选择的液压泵流量为4L/MIN所以回转工作台需要的时间为TV/Q95S（式46）综上所诉，齿条在啮合的时候速度为VL/T174MM/S（式47）齿轮在转动时的转速N60/T5125R/MIN（式48）452齿轮齿条设计计算参考机械设计第十章齿轮传动进行计算如表42表42齿轮齿条计算项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1选齿轮精度等级查1表108选用7级精度级72材料选择查1表101齿条选用45号钢（正火处理）硬度为200HBS大齿轮选择45号钢（正火处理）200HBS齿轮200HBS齿条200HBS3选择齿数ZZ117Z2IZ1UZ2/Z1取Z1130Z21130130个选择齿轮齿数为40，齿条齿数为42传动比11西安文理学院本科毕业设计（论文）第25页UZ2/Z114按齿面接触强度设计1试选KTKT1214取KT13KT132区域系数ZH由1图1030ZH2433ZH24333计算齿条传递的转矩根据上述可知T19110NMMT19110NMM4齿宽由结构可知B22MMB22MM5材料的弹性影响系数ZE由1表106ZE1898MPAZE18986齿轮接触疲劳强度极限LIMH由1图1021C由1图1021D3802LIM1HMPA3802LIM1H7应力循环次数N由1式10135108326HLJNN512齿IMDL7926014358接触疲劳强度寿命HNK由1图10193KHN213KHN2西安文理学院本科毕业设计（论文）第26页9计算解除疲劳强度许用应力H取是小概率为1，安全系数S1，由1式1012得4291380K1LIMHN1HS4291380LIMHN2HS429HH429H10试算小齿轮分度圆直径TD1按1式1021试算M62549813021T2332DT1HETZUKM6251TD11计算圆周速度VV174MM/SM/S00174M/S12模数TM73510621ZDTT937512TMHB/H22/39564645/9371HBMT13计算载荷由1表102查得使用系数1AK2791K西安文理学院本科毕业设计（论文）第27页系数K根据V00174M/S，7级精度，由1图108查得动载荷系数10VK由1表104查得421531023068DHK由1图1013查得F假定M/10DTNA，由1表103查得5KFH故载荷系数2791420VA14按实际的载荷系数校正分度圆直径由1式1010A325641/7931TTKDMM2601D15计算模数NM1ZDN210/NMMM2NM5按齿根弯曲强度设计1计算载荷系数KFVAKK1107151352167K21672齿形系数FAY由1表1052641FAY2641FAY3应力校正由1表105812SA812SA西安文理学院本科毕业设计（论文）第28页系数SAY4齿轮的弯曲疲劳强度极限FE由1图1020B由1图1020C3021FEMPA3021FE5弯曲疲劳强度寿命由1图1018利用插值法可得9201FNK9201FNK6计算弯曲疲劳许用应力F取弯曲疲劳安全系数S13，由1式1012得30821926430819211SKYSFENFAFENFMPA30821F7计算大小齿轮的FSAY9308216421FSA结论齿条和齿轮的FSAY系数一样，所以任选其一都可，此设计选齿轮0193FSAY8齿根弯曲强度设计计算由1式101746001932173332FSADNYZKTMMM2NM西安文理学院本科毕业设计（论文）第29页结论对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的发面模数NM大于由齿根弯曲疲劳强度计算的发面模数，取NM2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径D1260MM来计算应有的齿数。于是由130261NDZ，取1Z，则13012齿IZ6几何尺寸计算1计算中心距A根据结构需求齿轮齿条中心距无穷大MMA无穷大2计算齿轮的分度圆直径DD1ZM1302260D2是齿条无穷大D1ZM260MMD1260D2是齿条无穷大3计算齿轮的齿根圆直径DFDFD25MNDF1D25MN260225255DF2为齿条齿根圆，所以无穷大MMDF1255DF2无穷大4计算齿轮的宽度B根据结构需求圆整后取B122B210MMB122B2105验算MNBFKDTTAT/10/690238153所以合适西安文理学院本科毕业设计（论文）第30页所以，由工作台的结构尺寸可以确定齿轮的结构尺寸，且齿数为40齿。齿轮具体结构如图49所示图49齿轮根据结构要求，运动齿条需要液压缸进行驱动，所以液压系统中相当于活塞的作用，根据活塞的工作原理，所以齿条需要密封。经过以上的介绍，可知齿条需要往复的运动，所以需要动密封元件，本设计选择O型橡胶密封圈，它适用于装在各种机械设备上，在工作压力070MPA、温度为40120的不同液体和气体介质中，在固定或运动的情况下起密封作用。根据液压设计传动手册选用适用于此齿条的密封圈如图410西安文理学院本科毕业设计（论文）第31页图410密封圈如图所示密封圈的公称内径D67MM端面尺寸D355MM密封圈沟槽设计根据上表面截图尺寸D355可以得出密封圈沟槽尺寸。沟槽深度E131MM沟槽宽度G042MM在工作台回转时，需要转动90齿轮的摆动尺齿分布在115范围内，所以与齿轮啮合的齿条分布长度L（式49）MMDL79260260143360115360115取与齿条啮合的长度为270MM，齿条齿数为42齿。所以齿条的尺寸如图411所示图411齿条46工作台摆动架设计461摆动架轴承选择按照第三章中的设计，工作台的摆动是由齿条径向运动产生，摆动架在底座上的摆动来实现，摆动架与底座靠轴承连接。进行轴承选择当量分度圆直径西安文理学院本科毕业设计（论文）第32页（式410）MDRM5731067501齿轮上的圆周力（式411）NDTFMT257843231齿轮上的径向力（式412）TR61538294036210COSAN1齿轮上的轴向力式413NFTA977SI1寿命HLH2083（式414）6158249RAF由参考文献1表135，角接触轴承最小E为038，即小于RAF最小值。初步计算当量动载荷根据机械设计课程设计表138A得,21PF根据机械设计课程设计查表135得,先设Y为13则40X（式NYFXFPARP92736582401415）根据参考文献1136,求轴承应有的额定动载荷值（式NPC01847610924636416）根据机械设计课程设计表154及及动态载荷C，所以选用轴承6210，MINDC29000N,19200,0CD35D72B17验算如下（1）求轴向相对的E值和Y值西安文理学院本科毕业设计（论文）第33页因为，根据机械设计表135得06419270CFA小于最小值0015，对应的E值为038，Y值大于147（2）用插值法计算YY147,则X044，Y15（3）求当量动载荷NP4831791256382401（4）验证轴承6210的寿命，根据机械设计式135得9205483106066CNLH寿命高于预期计算寿命，所选用深沟球轴承轴承6210合适。462摆动架设计摆动架形状设计必须满足液压管道、中心轴、端齿盘的配合。由于摆动架特殊的工作环境，应用铸造工艺方法比较简便，故材料使用灰铸铁。铸件的壁厚太薄，容易发生白口和裂纹，所以必须结合零件的复杂程度、尺寸大小、材料以及制造工艺来确定。根据机械设计手册铸件最小允许壁厚可查得，壁厚选择为30MM。在工作台底座需要有液压油管道，所以根据液压传动手册设计管道庇护计算公式（式417）工作台摆动架管道壁厚的计算，根据工程材料表67工程用碳素铸钢的牌号、含碳量、力学能与应用。可知ZG200400的许用应力为200NPA。由上式可得（式418）西安文理学院本科毕业设计（论文）第34页所以在工作台的底座设计的液压油管道与底座壁有0025MM就不会发生泄漏，为其安全考虑在本设计中一般都大于3MM。综上所述，摆动架的结构如图412图412摆动架结构47工作台底座设计471材料选择工作台的底座在铸件经加工后的一个零部件，工作台底座的壁厚与选择的材料有关，所以据表43表43铸造碳钢机架常用材料西安文理学院本科毕业设计（论文）第35页牌号特点及应用举例ZG200400及ZG230450有一定的强度、良好的塑性与韧性，有较高的导热性、焊接性切削加工性。但排除钢水中的气体和杂志比较困难，所以容易氧化和热裂。常用语模锻锤座、外壳、机座、轧钢机机架、锻锤气缸体和箱体等。ZG270500它是大型铸钢件生产中最常用的碳素铸钢、具有较好的铸造性和焊接性，但易产生较大的铸造应力引起热裂。广泛应用于轧钢、锻压、矿山等设备，如轧钢机机架、辊道架、连轧机机座、万能板坯扎机机架，水压机横梁和中间底座，水压机基础平台、曲柄压力机机身、锻锤。ZG310570用于重要机架。选择ZG200400作为工作台底座的材料。472铸造斜度工作台底座的设计如同摆动架，起铸造斜度同取3。根据设计的要求工作台底座需要的铸造斜度从表33中可知表44铸造斜度斜度BH角度应用范围151130H25MM时钢和铁的铸件110530H2550MM时钢和铁的铸件1203H2550MM时钢和铁的铸件工作台底座的铸造斜度选择第三种方案，即是3。西安文理学院本科毕业设计（论文）第36页473定位分布液压式数控分布工作台运用于加工中心机床上，所以工作台底座还需要在机床上定位与夹紧设计。较常用的机床与工作台的定位与夹紧是通过T行槽的设计完成的，机床上的T型槽如图413下根据工作台的结构要求和机械设计手册T