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摘 要
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加強(qiáng)，齒輪加工的精度要求越來(lái)越高。而齒輪的加工中使用齒輪磨床對(duì)齒輪進(jìn)行范成法加工是最主要的齒輪加工方式。在使用齒輪磨床加工的時(shí)候，定位分度裝置的精度，直接影響到齒輪加工的精度。所以定位分度機(jī)構(gòu)可以對(duì)工件進(jìn)行精加工，在現(xiàn)代工業(yè)中必不可少。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一款實(shí)用的齒輪磨床分度定位機(jī)構(gòu)，選用了典型的雙砂輪磨齒機(jī)Y7063系列磨齒機(jī)為例設(shè)計(jì)齒輪磨床分度定位機(jī)構(gòu)。本文主要講述通過(guò)查閱資料了解Y7063系列齒輪磨床的參數(shù)和加工方法，進(jìn)而對(duì)其分度定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并繪制圖紙，明確其工作原理，畫出原理圖和裝配圖。然后通過(guò)查閱資料、復(fù)習(xí)相關(guān)教材，掌握相關(guān)知識(shí)，對(duì)其中的主要分度定位零件進(jìn)行強(qiáng)度剛度計(jì)算并確定尺寸，分別設(shè)計(jì)以及選用了齒輪、軸承和主軸，并且對(duì)這些零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。此外還通過(guò)分析比較后選用了合適的電機(jī)和液壓泵作為該裝置的動(dòng)力源。然后將這些零件組裝成分度定位機(jī)構(gòu)，之后分析計(jì)算定位誤差，確定裝置的可行性。
該裝置還能夠應(yīng)用于其他機(jī)床和設(shè)備，對(duì)這些機(jī)床和設(shè)備的加工精度和加工效率都能夠有顯著的提高，在現(xiàn)代工業(yè)中占重要地位。
關(guān)鍵字：齒輪、齒輪磨床、分度定位機(jī)構(gòu)、加工精度
I
ABSTRACT
With the high-speed development of science and technology and the strengthening of product market competition, the requirement of the machining precision of gear become higher and higher. Generating Method is the most important way of gear processing during all methods. In the use of gear grinding machine for processing, the positioning precision indexing device can directly affect the precision of gear machining. So the positioning indexing mechanism can be used to finish machining, so it is essential in the modern industry.
The graduation design task is to design a practical gear grinding machine indexing mechanism, selected a typical double grinding wheel grinding machine Y7063 series grinding machine as an example design gear grinding machine positioning mechanism. This paper mainly discusses the process of understanding the parameters and processing methods of Y7063 series gear grinding machine by consulting the information, and then designs and draws the drawings of its indexing mechanism, clarifies its working principle, draws the schematic diagram and assembly drawing.And then through the access to information, review the relevant materials, master the relevant knowledge, do the calculation of the strength and the stiffness of the main sub-positioning parts .Designed and selected gears, bearings and spindles, and checked the strength of these parts. In addition, selected a suitable motor and hydraulic pump as the power source of the device through the analysis and comparison.And then these parts assembled into indexing positioning mechanism, and then analyze the calculation of positioning error, determine the feasibility of the device.
The device can also be applied to other machine tools and equipment, these machines and equipment processing accuracy and processing efficiency can be significantly improved,which occupies an important position in the modern industry.
Key word: Gear, gear grinding machine, indexing mechanism, machining accuracy
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT I
1. 緒論 3
1.1 課題的意義 3
1.2 課題背景 3
1.3 本課題研究的內(nèi)容 5
2. 分度定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6
2.1 磨床型號(hào)的含義 6
2.2 Y7063齒輪磨床設(shè)計(jì)參數(shù) 6
2.3 Y7063齒輪磨床分度機(jī)構(gòu) 9
3. Y7063齒輪磨床的其他分度裝置的設(shè)計(jì) 21
3.1 Y7063A齒輪磨床分度機(jī)構(gòu) 21
3.2 無(wú)中間浮動(dòng)塊的反靠分度定位機(jī)構(gòu) 23
3.3 工作臺(tái)可抬起的多吃盤定位機(jī)構(gòu) 24
4. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)角度與初始加工位置的確定 27
5. 環(huán)保分析 29
6. 結(jié)論 30
參 考 文 獻(xiàn) 31
致 謝 32
附錄1：外文翻譯 33
附錄2：外文原文 41
IV
齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1. 緒論
1.1 課題的意義
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的主要形式。齒輪是機(jī)器的基本組成部分,齒輪的品質(zhì)、性能、壽命在很大程度上決定了機(jī)構(gòu)的性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。同時(shí)齒輪制造水平在很大程度上能夠反映一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)的水準(zhǔn),因?yàn)辇X輪的形態(tài)多樣、技術(shù)問(wèn)題也比較多,因此加工難度較大。為了提高齒輪傳動(dòng)的載荷和效率,如何優(yōu)化齒輪的設(shè)計(jì)和制造,越來(lái)越受到企業(yè)的重視。磨齒是齒輪精加工的主要方法,齒輪的精度與磨齒機(jī)的精度有直接關(guān)系。而在諸如展成運(yùn)動(dòng)精度、分度精度、磨削進(jìn)給量以及砂輪質(zhì)量等等這些影響磨齒精度的因素當(dāng)中,分度精度的影響最為突出。所以,設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的齒輪磨床分度定位機(jī)構(gòu)至關(guān)重要。
1.2 課題背景
課題的背景從齒輪的加工方法、齒輪磨床的種類和發(fā)展趨勢(shì)和分度定位機(jī)構(gòu)的種類三部分介紹。
1.2.1 齒輪的加工方法
齒輪的加工方法大致可以分為:磨齒機(jī)磨齒,刨齒機(jī)刨齒,滾齒機(jī)滾齒,銑床銑齒,插床插齒,冷打機(jī)打齒, 壓鑄機(jī)鑄齒,剃齒機(jī),精密鑄齒。其中齒輪磨床所使用的方法是齒輪機(jī)磨齒的方法,這種方法可以使齒輪的加工范圍加大,加工精度提高。
成型法加工的特點(diǎn)是所有的刀具的切削刃形狀與被切齒輪輪槽的形狀相同。采用成形法形成齒輪齒形的方法有:用齒輪拉刀拉齒、用齒輪銑刀銑齒,用成形砂輪磨齒等【22】。這些加工的方法的加工精度容易受刀具的安裝精度影響,因此加工精度比較低。加工中需要應(yīng)對(duì)多次不連續(xù)齒加工時(shí)候,生產(chǎn)力很低,不實(shí)用。
運(yùn)用的齒輪之間相互嚙合的原理制造出的齒輪輪廓是刀具切削刃運(yùn)行軌跡的包絡(luò)線的方法即為展成法。齒數(shù)不同的齒輪也可以用一把刀具進(jìn)行加工,前提是模數(shù)相同。
用展成法加工齒輪的機(jī)床有: 磨齒機(jī),插齒機(jī), 滾齒機(jī),剃齒機(jī)和珩齒機(jī)等。展成法所加工的齒輪精度高,生產(chǎn)率高,不同的齒輪也可以用相同的道具加工,因此應(yīng)用最為廣泛。
展成法是一種對(duì)齒輪的精加工,其工作效率較低,一般使用齒輪磨床進(jìn)行加工。其中齒輪磨床的分度定位機(jī)構(gòu)對(duì)于齒輪加工精度有著很大的影響。直接影響到齒輪的精度等級(jí)與加工誤差。
1.2.2 齒輪磨床的種類和發(fā)展趨勢(shì)
隨著機(jī)械行業(yè)對(duì)產(chǎn)品精度、可靠性和質(zhì)量的要求不斷的提升加上多種新材料的開發(fā)與利用,磨削加工技術(shù)已向著超硬度磨料磨具、精密和超精密磨削的開發(fā)和研究制成高精度、高剛度、多軸等自動(dòng)化磨床等目標(biāo)發(fā)展【4】。
本課題中經(jīng)歷了近百年發(fā)展歷史的齒輪磨床,如今已由單一品種發(fā)展成規(guī)格繁多的多種系列,有錐形砂輪系列,蝶形雙砂輪系列,蝸桿砂輪系列等,從原始的機(jī)械磨床到先進(jìn)的數(shù)控磨床,隨著CBN砂輪逐漸替代氧化鋁砂輪,磨床的精度,性能和加工效率都有了顯著的提高,而且操作過(guò)程也趨向于簡(jiǎn)單化,更方便人們操作。在我國(guó)齒輪磨床的發(fā)展歷史也已長(zhǎng)達(dá)四十多年,研發(fā)出了多系列多規(guī)格的齒輪磨床。伴隨著經(jīng)濟(jì)和科技的日益發(fā)展,齒輪加工工業(yè)對(duì)于齒輪的精度和表面粗糙度的要求日益提高,同時(shí)齒輪的樣式和材料也有新產(chǎn)品產(chǎn)生,由于磨床加工的特性,使的齒輪磨床在現(xiàn)在工業(yè)的齒輪加工中有著重要的地位。
在此之外,磨床的環(huán)保要求也有所提高,封閉式罩殼已經(jīng)應(yīng)用在大部分的磨床當(dāng)中,使切削所剩余料和切削液不會(huì)外濺。這種環(huán)保型磨床,使工作的環(huán)境更加優(yōu)越,同時(shí)又降低了由于濺出物對(duì)操作者帶來(lái)的傷害。這也反映出現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)保要求的不斷提高。
1.2.3 定位分度機(jī)構(gòu)的種類
機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形式很多。當(dāng)加工若干個(gè)完全相同的均勻分布的表面時(shí),為使表面成形運(yùn)動(dòng)得以周期地連續(xù)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)叫做分度運(yùn)動(dòng)。
分度運(yùn)動(dòng)的形式由分度機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)兩部分組成,在傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的帶動(dòng)下時(shí)動(dòng)時(shí)停。
常見的分度機(jī)構(gòu)有:扇形齒輪分度機(jī)構(gòu)、拉桿分度機(jī)構(gòu)、槽輪分度機(jī)構(gòu)、欠齒鏈輪分度機(jī)構(gòu)。
常見的定位機(jī)構(gòu):單定位機(jī)構(gòu),復(fù)式定位機(jī)構(gòu)。
分度定位機(jī)構(gòu)在磨床中也常常被使用。隨著精加工和超精加工在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中越來(lái)越廣泛地被運(yùn)用,同時(shí)伴隨著新材料和高硬度材料的使用,齒輪磨床在齒輪加工中被應(yīng)用的更加廣泛,因此分度定位裝置也應(yīng)用更加廣泛,基于此分度定位機(jī)構(gòu)的精度和剛度需要提高。
本次設(shè)計(jì)選取采用展成法對(duì)齒輪精加工的Y7063系列齒輪磨床。因此該磨床中的分度定位系統(tǒng)的定位精度直接影響齒輪的加工精度.該齒輪磨床采用了齒輪傳動(dòng)的方法進(jìn)行定位.應(yīng)用了超越離合器,使得該機(jī)床在定位時(shí)候,定位機(jī)構(gòu)不會(huì)逆向轉(zhuǎn)動(dòng),保證了定位精度.同時(shí)對(duì)分度機(jī)構(gòu)的分度交換齒輪的齒數(shù)模數(shù)以及加工精度的要求,直接影響到對(duì)零件加工精度.因此在該齒輪磨床中,定位分度機(jī)構(gòu)至關(guān)重要.
1.3 本課題研究的內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)題目為齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),選取經(jīng)典的雙蝶形砂輪成型磨齒機(jī)Y7063系列齒輪磨床為研究對(duì)象設(shè)計(jì)分度定位機(jī)構(gòu),本次設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)解決分度定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),計(jì)算,繪制總體裝配圖,定位分度機(jī)構(gòu)的裝配圖和零件圖,原理圖等。然后撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。按照要求,明確課題的目的,通過(guò)閱讀大量與其有關(guān)的文獻(xiàn)和期刊,教材以及參考資料,利用專業(yè)知識(shí)和手頭的資料,對(duì)Y7063系列齒輪磨床的分度定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)題目要求將其各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成。將其畫出草圖,最后對(duì)方案的可行性進(jìn)行分析驗(yàn)證。
2. 分度定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1 磨床型號(hào)的含義
按GB/T15375-1994，以牌號(hào)Y7063A為例，Y—指磨床中的齒輪磨床，讀作“牙”。7—平面及斷面磨床。0—蝶形砂輪。63—可加工工件最大分度圓直徑為630mm。A—第一次重大改進(jìn)。
2.2 Y7063齒輪磨床設(shè)計(jì)參數(shù)
表2.1 Y7063齒輪磨床具體參數(shù)
技術(shù)規(guī)格
Y7063雙砂輪磨齒機(jī)
工件的節(jié)圓直徑/mm
70~630
工件的模數(shù)/mm
2~12（法向）
工件的齒數(shù)
10~180
工件的螺旋角
±45°
工件的寬度（直齒輪）/mm
—
工作臺(tái)最大行程/mm:
縱向
橫向
500
—
工作臺(tái)縱向進(jìn)給速度/（mm/min）
100~900
工作臺(tái)直徑/mm
―
砂輪尺寸/mm:外徑
內(nèi)徑
220~280
40
圖2-1 Y7063齒輪磨床實(shí)物圖
圖2-2 Y7063齒輪磨床裝配圖
3—床身 4—導(dǎo)軌軟帶 7—X交流伺服電機(jī) 11—主軸 16—Z交流伺服電機(jī) 19—主軸電機(jī)
22—V型動(dòng)導(dǎo)軌 24—Y交流伺服電機(jī)
（如圖所示，圖2-1為Y7063齒輪磨床照片。圖2-2為Y7063齒輪磨床裝配圖。）
磨床由床身,砂輪架,工作臺(tái),床頭箱,尾架組成的。砂輪架上按有砂輪,Y7063系列齒輪磨床是雙砂輪磨齒機(jī),如圖2-3兩個(gè)蝶形砂輪傾斜固定的角度,形成假想齒輪的兩個(gè)齒的外側(cè)面,同時(shí)對(duì)齒輪進(jìn)行磨削,它的工作原理跟錐面砂輪磨齒機(jī)很相近,所以兩個(gè)砂輪可以同時(shí)磨削同一個(gè)齒的兩個(gè)側(cè)面或者不同齒的間的不同側(cè)面。
圖2-3 用兩個(gè)蝶形砂輪磨齒
Y7063系列齒輪磨床是兩個(gè)平行面被兩個(gè)磨頭的砂輪斷面同時(shí)進(jìn)行加工,被分為臥軸和立軸兩種類型.工件通過(guò)直線式或旋轉(zhuǎn)式送料裝置運(yùn)送經(jīng)過(guò)砂輪.這種磨床效率比較高,適合生產(chǎn)大批量齒輪等工件。
2.3 Y7063齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)
2.3.1 Y7063齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)原理
圖2-4 Y7063齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)原理圖
1—圓柱彈簧 2—單齒離合器 3—液壓缸 4—杠桿 6—活塞 7、8、9、10—圓柱直齒輪
11—直齒條 12—超越離合器 13—渦輪 14—蝸桿 15—角接觸球軸承
該機(jī)構(gòu)是用液壓控制的,如圖2-4所示,運(yùn)行時(shí)時(shí),壓力油進(jìn)入油缸③右腔,推動(dòng)活塞經(jīng)杠桿④脫開單齒定位離合器②。同時(shí),消除分度系統(tǒng)間隙的油缸?復(fù)位。隨后壓力油進(jìn)入分度油缸⑥下腔,推動(dòng)活塞齒條帶動(dòng)齒輪⑤和⑨轉(zhuǎn)動(dòng),再經(jīng)齒輪⑩,分度交換齒輪a,b,c,d,帶動(dòng)蝸桿?,渦輪?轉(zhuǎn)動(dòng),使工件轉(zhuǎn)過(guò)1/Z轉(zhuǎn)(Z——工件齒數(shù)),實(shí)現(xiàn)分度。隨后壓力油進(jìn)入油缸③左腔,單齒離合器②在彈簧①作用下重新嚙合定位。油缸?帶動(dòng)單向超越離合器的齒輪?,消除分度系統(tǒng)的間隙。最后,分度油缸活塞齒條⑥復(fù)位,由于齒輪⑨內(nèi)帶有超越離合器,因此蝸桿不會(huì)回轉(zhuǎn)。
分度交換齒輪計(jì)算式為:
根據(jù)公式，該分度機(jī)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)中，雖然定位精確性上比較高，但是在使用時(shí)候比較繁瑣，由于一組分度交換齒輪只能加工一種類型的齒輪，而對(duì)其他齒數(shù)的齒輪則無(wú)法加工，使得該裝置在實(shí)際加工上有很大的局限性。在對(duì)一種齒輪進(jìn)行加工時(shí)加工效率和精度上比較高，在對(duì)多種齒數(shù)齒輪進(jìn)行加工時(shí)，由于需要對(duì)分度交換齒輪進(jìn)行不斷的更換，使得工作效率和機(jī)械加工的效率降低，同時(shí)因?yàn)椴粩喔鼡Q分度交換齒輪，對(duì)分度機(jī)構(gòu)的磨損也比較嚴(yán)重，因此該機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)都在不同環(huán)境下暴露出來(lái)。
圖2-5 Y7063齒輪磨床分度定位機(jī)構(gòu)
1—圓柱彈簧 2—單齒離合器 3—液壓缸 4—杠桿 6—活塞 a,b,c,d—圓柱直齒輪
11—直齒條 12—超越離合器 13—渦輪 14—蝸桿 15—角接觸球軸承
如圖2-5所示，為Y7063系列齒輪磨床的分度定位機(jī)構(gòu)的組成：從上至下四個(gè)軸分別定義成1軸、2軸、3軸、4軸，在這些軸上分別裝有齒輪，軸承，離合器等零件。其中4軸與動(dòng)力源鏈接，并且以1:3的傳動(dòng)比將動(dòng)力傳遞到1軸，下面以1軸為例進(jìn)行計(jì)算。由于該定位機(jī)構(gòu)在軸向不受彎矩或力的作用,在設(shè)計(jì)的時(shí)候只需要對(duì)其扭矩和徑向力進(jìn)行校核.由于軸的間距已經(jīng)確定,在選擇分度交換齒輪的時(shí)候,需要考慮的是齒數(shù)和模數(shù),以保證齒輪的機(jī)械強(qiáng)度。
圖2-6 Y7063齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)軸裝配圖
1—圓柱直齒輪 2—角接觸球軸承 3—超越離合器 4—主軸
（1）分度機(jī)構(gòu)中齒輪設(shè)計(jì)
該分度機(jī)構(gòu)中，利用齒輪傳動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的分度，因此齒輪的傳動(dòng)比直接影響到所加工齒輪的齒數(shù)。同時(shí)所加工齒輪齒數(shù)的不同，根據(jù)公式*=可以得出相對(duì)應(yīng)的一套分度交換齒輪。但是齒輪的強(qiáng)度和剛度同時(shí)也要符合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)才可以實(shí)際使用。
如圖2-6所示，為分度機(jī)構(gòu)中從上至下第3跟軸，以該軸上齒輪⑩為例進(jìn)行計(jì)算，由于該齒輪為漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪，因此采用其強(qiáng)度校核公式進(jìn)行計(jì)算，并登出相應(yīng)齒輪的具體尺寸。
齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算：d1=Jd
齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算：m=12.5
d1——齒輪分度圓直徑（mm）
m——端面模數(shù)（mm）
T1——齒輪額定轉(zhuǎn)矩（N·m）
Z1——齒輪齒數(shù)
Φa、Φb、φm——齒寬系數(shù)，Φa=b/a，Φb=b/d1，Φm=b/m
σHP——許用接觸應(yīng)力（MPa），可取σHP≈σHlim/SHmin，σHlim可以查表得300—400（MPa），可取接觸強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)SHmin≥1.1
σFP——許用彎曲應(yīng)力（MPa），可取值為σFP=1.6σFlim，σFlim是實(shí)驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，查表的375（MPa）
YFS——力作用于齒頂時(shí)的復(fù)合齒形系數(shù)，查表得其為4.0
K——載荷系數(shù)，常數(shù)K=1.2—2.2。原動(dòng)機(jī)出力均勻，工作機(jī)載荷平穩(wěn)，齒寬系數(shù)小，軸承對(duì)稱分布，軸有著較大剛性，精度高的齒輪，低速的圓軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)取小值，反之，取大值
Ja、Jd ——計(jì)算系數(shù)，查表得為401、636
將以上數(shù)值帶入公式進(jìn)行計(jì)算，得出起m=2.5mm，d=125mm
由于齒輪在工作過(guò)程中會(huì)發(fā)生損壞甚至齒會(huì)發(fā)生斷裂，因此對(duì)所確定的齒輪尺寸進(jìn)行抗疲勞承載能力校核計(jì)算。因?yàn)榭蛊趶?qiáng)度計(jì)算的公式都是由強(qiáng)度計(jì)算公式得來(lái)，因此只需要對(duì)特殊點(diǎn)進(jìn)行校核即可。所以齒輪的抗疲勞承載能力的校核計(jì)算只需要對(duì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
計(jì)算得出，在該尺寸下，都滿足其超過(guò)許用應(yīng)力值，所以該齒輪確定的尺寸是可以的。其余齒輪同理可以計(jì)算出各個(gè)相應(yīng)的尺寸，并可以計(jì)算出齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比。其他齒輪同理可以得出其相應(yīng)的尺寸并用同樣的方法進(jìn)行校核，從而得出整套裝置的齒輪尺寸，可見裝配圖所示。
該分度機(jī)構(gòu)主要是依靠齒輪傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)分度的，但是由于加工的齒輪不同，起分度交換齒輪的尺寸參數(shù)是不確定的，為了更加直觀的確定每個(gè)分度交換齒輪的具體參數(shù)，因此對(duì)所需要加工的齒輪齒數(shù)做一個(gè)確定的值來(lái)確定其分度交換齒輪的具體尺寸。
取所要加工的齒輪的齒數(shù)為45
根據(jù)以上公式進(jìn)行計(jì)算可以得出：
A齒輪 d=160 z1=64 m=2.5
B齒輪 d=80 z2=32 m=2.5
C齒輪 d=70 z3=28 m=2.5
D齒輪 d=112.5 z4=45 m=2.5
其傳動(dòng)比等于齒數(shù)的反比,等于45：56
﹙2﹚分度機(jī)構(gòu)中軸承的設(shè)計(jì)
在該分度機(jī)構(gòu)中使用到了滾動(dòng)軸承。在現(xiàn)代工業(yè)中滾動(dòng)軸承是一種被廣泛應(yīng)用的部件，傳動(dòng)元件間是靠滾動(dòng)軸承間的滾動(dòng)接觸所支撐的【6】。滾動(dòng)軸承有著摩擦阻力小，功率消耗少，起動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)被用于現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中。
軸承裝置的設(shè)計(jì)包括：選擇軸承類型，確定軸承尺寸和正確設(shè)計(jì)軸承裝置。
選擇軸承類型
以圖2-6中所示的軸承為例進(jìn)行計(jì)算
由于該結(jié)構(gòu)中，軸承所受的載荷主要是由軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的徑切向載荷，但是在徑向上沒(méi)有其他載荷或者其他載荷較小可以忽略不計(jì)。同時(shí)因?yàn)檗D(zhuǎn)速較低，這些因素不成為選擇軸承類型的依據(jù)。由于徑向承載能力比較良好，軸向單向承載能力良好，調(diào)心性和調(diào)隙性都要求比較良好，同時(shí)要求有較低的摩擦系數(shù)來(lái)減少功率損失，根據(jù)以上條件選擇角接觸球軸承，其性價(jià)比也高達(dá)2.1.
角接觸球軸承的類型代號(hào)為7
確定軸承尺寸
計(jì)算滾動(dòng)軸承基本額定壽命公式：（軸承的工作轉(zhuǎn)速為n，以小時(shí)數(shù)為單位的基本額定壽命）
L10h=
L10h——失效10%時(shí)軸承的基本額定壽命（106r）
C——基本額定動(dòng)載荷（N）
P——當(dāng)量動(dòng)載荷（N）
ε——壽命指數(shù)、由于是球軸承所以取值為3
L10≥[Lh]
[Lh]為要求的滾動(dòng)軸承的額定壽命，經(jīng)查表得12000—20000﹙h﹚
C≥C,=Pε
根據(jù)該公式計(jì)算出Cor=48.0,Cr=68.2都滿足公式需求。
滾動(dòng)軸承需將工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動(dòng)載荷進(jìn)行壽命計(jì)算,在此條件下,軸承使用壽命跟實(shí)際受載下軸承使用壽命是相同的。
當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算：P=fd(XFr+YFa)
Fr——徑向載荷（N）
Fa——軸向載荷（N）
X，Y——徑向系數(shù)和軸向系數(shù)
fd——沖級(jí)載荷系數(shù)
查手冊(cè)得X=1，Y=0，e=0.5，F(xiàn)a/C0=0.170，載荷Pr ≤0.08Cr
角接觸軸承的支反力作用在載荷作用中心o處，它的位置為各個(gè)滾動(dòng)體載荷矢量與軸線的交點(diǎn)。
將以上的數(shù)值帶入公式進(jìn)行計(jì)算，得出起軸承的基本尺寸d=50mm，D=110mm,B=27mm等，其軸承代號(hào)為7310B
軸承裝置設(shè)計(jì)
軸承的安裝主要考慮的公差配合，由于本軸承為輕載的，因此軸承的軸公差帶為k5，軸承的外殼孔公差帶為J7。
由于這個(gè)軸承為低速軸承因此采用，且dn小于16，所以采用脂潤(rùn)滑。
（3）分度機(jī)構(gòu)中軸的設(shè)計(jì)
在該分度機(jī)構(gòu)中所使用的軸都為傳動(dòng)軸。在這機(jī)構(gòu)中，軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)起周上的零件一起旋轉(zhuǎn)，同時(shí)還起到固定各個(gè)零件間的距離，使他們之間的距離保持不變。而且還對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)有支撐作用。
軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核兩方面。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)軸上零件的安裝,定位和軸加工工藝來(lái)確定的。
功能計(jì)算主要是對(duì)軸的剛度，強(qiáng)度等方面的計(jì)算。
如圖5所示，以此軸為例進(jìn)行計(jì)算，其他軸同理可得
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
首先擬定軸向的安裝方案，該軸的安裝方案為：軸承、套筒、齒輪、套筒、軸承、軸承端蓋、套筒、齒輪、彈性擋圈。起安裝方法是，將這些零件從右到左依次安裝。
然后對(duì)軸上的零件進(jìn)行定位，該軸上的零件的定位，分別使用了定位軸肩，套筒，軸承端蓋，彈性擋圈來(lái)定位。經(jīng)查表得，該軸上屬于機(jī)床齒輪和軸公差配合，中載齒輪和軸公差配合，所以采用了的配合代號(hào)。由配合代號(hào)可以看出，此配合為過(guò)渡配合，不需鍵、花鍵銷等周向定位零件，各個(gè)零件的安裝只需要用手錘輕輕打入即可。
最后對(duì)各個(gè)軸段的直徑和長(zhǎng)度進(jìn)行確定。由于該軸上零件的的尺寸已經(jīng)確定,再根據(jù)起所采用的配合代號(hào),可以初步確定各個(gè)軸段的最小軸徑,然后根據(jù)此軸在最小直徑dmin各個(gè)定位零件的直徑。對(duì)該軸的各個(gè)軸段進(jìn)行長(zhǎng)度確定,使得結(jié)構(gòu)更加緊湊,同時(shí)還要考慮零件間配合間隙和調(diào)整空間,還要考慮該軸在分度機(jī)構(gòu)中的位置和用途,得出各個(gè)軸段的尺寸如圖2-7所示。
圖2-7 Y7063齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)軸零件圖
① 對(duì)軸功能計(jì)算
強(qiáng)度校核計(jì)算，由于此軸在工作時(shí)，只受扭轉(zhuǎn)力矩的作用，而其受的彎矩很小，可以忽略不記。因此在可以按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算
τT=≈≤[τT]
τT——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa
T——軸所受的扭矩，N·mm
WT——軸的抗扭截面系數(shù)，m
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min，可以根據(jù)動(dòng)力源的轉(zhuǎn)速和齒輪傳動(dòng)比得出其值為4n0
P——軸傳遞功率，kW
d——計(jì)算截面處軸直徑
[τT]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，查表可得起范圍為20—35（MPa）
d≥A0
查表可得A0的取值范圍是135—112,由于只受扭矩作用,載荷平穩(wěn),無(wú)軸向載荷,軸在工作時(shí)單向旋轉(zhuǎn),因此[τT]取較大值,A0取較小值。經(jīng)過(guò)講以上確定的各個(gè)軸段的直徑代入公式計(jì)算,符合其強(qiáng)度要求,強(qiáng)度校核合格。
軸的剛度校核計(jì)算由于該軸所受彎矩較小可以忽略不計(jì),因此可以只按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。因?yàn)榇溯S為階梯軸,因此查得公式為:
φ=5.73×≤[φ]
G—軸所用材料的剪切彈性模量，單位PMa，鋼材的G=8.1×104MPa
L—階梯軸中受到扭矩作用的長(zhǎng)度，mm
Ip—軸截面的極慣性矩，單位為mm4,圓軸的Ip=
Ti、li、Ipi—分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長(zhǎng)度以及極慣性矩，單位同上
z—階梯軸受到扭矩作用的軸段數(shù)，查得為2
[φ]是每米軸長(zhǎng)的允許扭轉(zhuǎn)角。由軸的使用場(chǎng)合決定。根據(jù)該題目的要求其取值范圍是0.25—0.5﹙o﹚/m
（4）分度機(jī)構(gòu)中離合器的設(shè)計(jì)
在該分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中,由于分度裝置要進(jìn)行分度,因此需要離合器。離合器在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中可以將系統(tǒng)在任意時(shí)間分開或者連接。
離合器選擇的基本要求:平穩(wěn)的接合,快速?gòu)氐椎姆蛛x;方便修理和調(diào)節(jié);外殼尺寸小;質(zhì)量輕;耐磨性能好和有足夠的散熱能力;操作方便簡(jiǎn)潔。
離合器大致可以分為牙嵌式和摩擦式兩種。
牙嵌式離合器由兩個(gè)帶有牙的齒形離合器嚙合而成,在主軸上固定一個(gè)半齒形離合器,另外一半離合器則于從動(dòng)軸連接起來(lái),并可有操作機(jī)構(gòu)使其軸向移動(dòng),從而使離合器斷開和連接。
在該分度機(jī)構(gòu)中需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)步間隙和精確定位的分度功能，當(dāng)兩個(gè)齒形半離合器發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使得離合器分開或者嚙合，而本機(jī)構(gòu)按超運(yùn)轉(zhuǎn)速度，所以選擇超越離合器。由于該分度定位機(jī)構(gòu)定位精度要求比較高，因此選擇棘輪型超越離合器。
在工業(yè)生產(chǎn)中主要功能：間歇送進(jìn)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)位、超越離合。
而荊棘輪式的超越離合器,主要用于間歇、送進(jìn)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)位、分度。
超越離合器的用途：
變化速度：在運(yùn)動(dòng)連接始終不分離的狀態(tài)下，能夠使從動(dòng)件獲得快慢兩種不同速度
防止逆轉(zhuǎn)：使用單向超越離合器只有在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩，而當(dāng)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)空轉(zhuǎn)，不傳遞扭矩。
間歇運(yùn)動(dòng)：通過(guò)將單向離合器和雙向離合器的適當(dāng)配合，能夠使從動(dòng)部分完成某種規(guī)律的間歇運(yùn)動(dòng)。
因?yàn)槌诫x合器是通過(guò)荊棘輪進(jìn)行分度的，其優(yōu)點(diǎn)為：
較高的定位精度，可達(dá)±3；。
能夠自動(dòng)定心，定位的精度不受軸承間隙和正反轉(zhuǎn)的影響（也稱自由定心）。
定位精度受齒輪的磨損程度影響較小，通過(guò)長(zhǎng)期使用，輪齒之間咬合的不斷磨合，可以改善定位精度。因此有良好的精度保持性。
具有較強(qiáng)的載荷能力。定位的剛性也較好。
能夠加工復(fù)雜的高精度齒盤的齒形;分度、定位時(shí),動(dòng)齒盤要升降,同時(shí)要有夾緊裝置。
在齒的種類選擇上，應(yīng)該選擇正三角形齒，其齒數(shù)應(yīng)該與所需要加工的齒輪齒數(shù)相同，這樣對(duì)于工件的加工精度有所提高。
（5）分度機(jī)構(gòu)動(dòng)力源的設(shè)計(jì)
該分度機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，采用了電機(jī)和液壓泵
②電機(jī)的設(shè)計(jì)
在該分度機(jī)構(gòu)中使用到電機(jī)的地方有2個(gè)，應(yīng)該分別進(jìn)行設(shè)計(jì)
對(duì)于圖4原理圖中，分別在③和⑥的地方使用了電機(jī)，由于需要對(duì)進(jìn)入油缸的油量進(jìn)行控制，而且還需要控制起輸出功率和轉(zhuǎn)速，因此應(yīng)該選用控制電機(jī)。
在③處，為了使其左側(cè)油缸內(nèi)加入液壓油，使超越離合器分離開，而對(duì)精度要求不高，因此可以選擇交流異步電動(dòng)機(jī)。
異步電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn):①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,②維修方便,③工作效率高,④重量輕,⑤成本低,⑥負(fù)載特性硬等。
此類電動(dòng)機(jī)是各種類型電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣,需要最多的種類。適用于對(duì)驅(qū)動(dòng)沒(méi)有特殊要求的機(jī)械裝備。
在該分度機(jī)構(gòu)⑥處同樣需要電動(dòng)機(jī),來(lái)時(shí)其液壓油進(jìn)入起下端的液壓缸內(nèi),拖動(dòng)活塞,使齒條向上運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)整個(gè)齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng),因?yàn)樵撎幣c定位分度有關(guān),所以其電機(jī)的定位精度與轉(zhuǎn)動(dòng)角度需要精確定位,因此選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
利用電磁鐵磁場(chǎng)相互作用原理的步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或者角位移的電動(dòng)機(jī)。計(jì)算機(jī)依據(jù)已知的數(shù)據(jù)和要求運(yùn)算,將運(yùn)算所得結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào),計(jì)算機(jī)每次發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度,一次這個(gè)分度裝置就可以轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)比較小的角度,這樣使定位更加精確。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選擇可通過(guò)一下幾點(diǎn)：
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇；
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇；
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)候選擇啟動(dòng)的頻率；
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)選擇；
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不同的環(huán)境使用選擇；
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性：
無(wú)需反饋系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單；
與計(jì)算機(jī)的連接，速度控制，以及驅(qū)動(dòng)電路都比較簡(jiǎn)單；
角度累積誤差被消除；；
停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以保持轉(zhuǎn)矩
沒(méi)有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部件，使得保養(yǎng)費(fèi)用較低；
無(wú)需傳感器，定位精度高；
在脈沖信號(hào)給定的條件下，可以以任意轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；
在獲得較大轉(zhuǎn)矩時(shí)比較困難；
不宜在高速環(huán)境下使用；
體積重量較為笨重，功率效率上比較低；
電機(jī)在超出過(guò)載運(yùn)行時(shí)會(huì)損壞，出振動(dòng)和噪音會(huì)在電機(jī)高速運(yùn)行發(fā)出。
根據(jù)以上要求和Y7063系列齒輪磨床定位分度機(jī)構(gòu)中各種重要零件的參數(shù)，可以選出其步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為：MT57STH52-2804A。
其扭矩為：1.01N.M,向電流為:2.8A
③液壓泵的設(shè)計(jì)：
液壓泵的工作原理：就像我們平時(shí)見到的注射器一樣，再配以自動(dòng)配流裝置即可。
在這里我們選擇外嚙合齒輪泵。因?yàn)橥鈬Ш淆X輪泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,體積小,工作可靠,一般應(yīng)用于磨床上,大都使用外嚙合齒輪泵。
根據(jù)要求了解主機(jī)的功能、功率和工況,選擇液壓泵的種類,而后再根據(jù)壓力和流量的要求確定具體規(guī)格。
(1) 液壓泵的類型選擇
液壓泵中的齒輪泵、葉片泵、螺桿泵、柱塞泵的優(yōu)缺點(diǎn)和價(jià)格,應(yīng)根據(jù)性能要求選擇主機(jī)種類及性能、功率大小和系統(tǒng)特征,同時(shí)也要考慮定量亦或是變量,動(dòng)力源的類型、轉(zhuǎn)速、容積效率、總效率、自吸能力、噪聲等因素。
(2) 液壓泵的工作壓力
在使用定量泵(排量不可變)負(fù)載時(shí)候切忌跟壓力控制閥串連,只要保證泵轉(zhuǎn)速不變,負(fù)載壓力能夠決定泵的壓力,泵的輸出流量不受壓力變化的影響。
在使用變量泵(排量可變)油缸負(fù)載時(shí)候切忌串聯(lián)壓力控制閥,當(dāng)液壓控制系統(tǒng)內(nèi)采用了負(fù)荷傳感系統(tǒng)或功率控制系統(tǒng),這樣,負(fù)載壓力泵的輸出流量會(huì)類似成反比,具體以壓力流量特性曲線為準(zhǔn)。
(3) 液壓泵的流量
a. 對(duì)于設(shè)計(jì)更新液壓系統(tǒng)。在實(shí)際中屢次實(shí)踐,最終選用先進(jìn)的優(yōu)先閥跟負(fù)荷傳感全液壓轉(zhuǎn)向器配合的形式,在滿足轉(zhuǎn)向要求的前提下,新系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先對(duì)它調(diào)配流量,能夠在絕大多數(shù)情況下都能滿足液壓油的供應(yīng),其余的液壓油則可供給工作裝置回路,避免了因?yàn)橐簤河瓦^(guò)多粘稠使得功率下降,優(yōu)化了此液壓系統(tǒng)的工作效率,減輕了油缸的工作壓力。
b. 改良設(shè)計(jì)動(dòng)臂油缸和液壓泵外形,減輕系統(tǒng)工作壓力。通過(guò)改良計(jì)算,動(dòng)臂油缸采用標(biāo)準(zhǔn)系列80/4。泵體的排量從原先10ml/r調(diào)整到了14ml/r,把系統(tǒng)壓力調(diào)到14MPa,以滿足動(dòng)臂油缸的抬舉力與速度的需求。
c. 在使用過(guò)程中要做到正確使用裝載機(jī)以及時(shí)常維護(hù),使用一段時(shí)候后要對(duì)液壓油進(jìn)行更換,以免液壓油污染,定期的檢查與維護(hù)也是必不可少的。
液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):
a. 可以輕松地做到大范圍的無(wú)級(jí)變速；
b.相比同等輸出功率的傳動(dòng)裝置,液壓傳動(dòng)裝置的占用空間小,質(zhì)量輕,動(dòng)態(tài)功能好。
c.使用液壓系統(tǒng)傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)間隙的特點(diǎn)。
d.在實(shí)際生產(chǎn)中有自我的過(guò)載保護(hù)和自動(dòng)循環(huán)的過(guò)程,而在運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓缸處于液壓油環(huán)境中得到更好的潤(rùn)滑使得磨損降低,
e.液壓元件都是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)用。
2.3.3 定位誤差分析
定位誤差產(chǎn)生的原因:
基準(zhǔn)不重合誤差,定位基準(zhǔn)跟設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不統(tǒng)一產(chǎn)生的加工誤差, 以及基于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不同而產(chǎn)生的一批工件中尺寸相對(duì)工序基準(zhǔn)產(chǎn)生的偏差都叫做基準(zhǔn)不重合誤差。
基準(zhǔn)位移誤差,一批工件定位基準(zhǔn)相對(duì)于定位元件的位置最大變動(dòng)量稱為基準(zhǔn)位移誤差. 因定位基準(zhǔn)自身的外形和尺寸偏差以及定位基準(zhǔn)跟定位元件之間的間隙而導(dǎo)致的一批產(chǎn)品定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向的最大偏移,叫做定位基準(zhǔn)位移誤差,用Y表示。
上述兩類誤差之和即為定位誤差，可得計(jì)算公式?D=Y+B
在計(jì)算過(guò)程中還需對(duì)其中的多個(gè)組成環(huán)進(jìn)行計(jì)算。例如Y中除間隙跟幾何形狀外，夾具定位組件的位置誤差也要計(jì)算在內(nèi)。
在計(jì)算定位誤差的時(shí)候,首先要分別計(jì)算基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差,然后根據(jù)要求將兩者合成定位誤差。
基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差并非必然出現(xiàn),要根據(jù)要求計(jì)算,當(dāng)基準(zhǔn)重合且不變時(shí),用調(diào)整法加工同一批零件時(shí)才會(huì)出現(xiàn)定位誤差。試切法加工被使用時(shí),就不會(huì)出現(xiàn)定位誤差。
加工過(guò)程中,為確保加工位置正確,以防加工時(shí)工件因受外力影響,使工件的位置發(fā)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)從未產(chǎn)生定位誤差,須夾緊工件。
在加工過(guò)程中,有很多地方可以產(chǎn)生誤差,定位誤差只是在加工工件過(guò)程中各種誤差的一種,為了保證能夠得到符合精度的齒輪,通常條件下,規(guī)定不得超過(guò)零件加工公差T的1/5~1/3作為定位誤差,即
ΔD≤(1/5～1/3)T
式中 ΔD─定位誤差，單位為mm；
T ─工件的加工時(shí)公差，單位為mm。
造成定位誤差的原因有兩個(gè)：
1.定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不統(tǒng)一而引起的基準(zhǔn)不重合誤差;
2.定位基準(zhǔn)和限位基準(zhǔn)不統(tǒng)一而引起的基準(zhǔn)位移誤差。
定位誤差的計(jì)算：
定位基準(zhǔn)和限位基準(zhǔn)重合,為齒輪的下表面為定位基準(zhǔn)面。
定位的誤差為的計(jì)算公式為：
＝+
＝
所以該分度交換齒輪定位的誤差為：
＝+
＝
=0.1+0
=0.1 o
因此這種方式的定位誤差已超過(guò)工件公差的2/3，不合格，需要提高工序尺寸的要求。
＝+
＝=0.02+0=0.02 o
此時(shí)定位誤差小于工件誤差的三分之一,即:
o （式中: 為工件要求的公差.）
所以定位誤差符合要求
3. Y7063齒輪磨床的其他分度裝置的設(shè)計(jì)
根據(jù)工作原理分類分度機(jī)構(gòu)可分為度盤分度頭、孔盤分度頭、蝸桿副分度頭、端齒盤分度頭、槽盤分度頭以及其他分度機(jī)構(gòu)。分度頭是機(jī)床的重要部件,主要由傳動(dòng)部分、分度定位部分、夾持部分組成。
按分度方法和功用可分為3種。①等分分度頭:它的等分盤上一般有24個(gè)等分的孔或槽,可實(shí)現(xiàn)2、3、4、6、8、12、24等分的分度。通用分度頭的所能達(dá)到的精度為±60″。②萬(wàn)能分度頭:顧名思義它的用途比較廣泛。主軸可在空間內(nèi)與水平面和鉛垂面成任意角度。分度機(jī)構(gòu)由其上有許多不同等分定位孔的分度盤跟渦輪蝸桿副組成。轉(zhuǎn)動(dòng)跟蝸桿相連的手柄直至定位銷插入預(yù)設(shè)的定位孔中,就完成了一次分度,分度盤上的分度孔不夠分度使用時(shí),可以改變主軸跟渦輪之間的傳動(dòng)比來(lái)擴(kuò)大分度范圍。在銑床上可使萬(wàn)能分度頭的交換齒輪連接在銑床的進(jìn)給絲杠上,使被加工零件的軸向進(jìn)給和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合,銑削出一定形狀的螺旋溝槽。③半萬(wàn)能分度頭:結(jié)構(gòu)與萬(wàn)能分度頭相似,但不是使用分度交換齒輪,而使用分度盤進(jìn)行分度,不能連接銑床工作臺(tái)。
組成機(jī)器的組件很多,分度機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)就是其中之一,這種機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于實(shí)際。
機(jī)械的運(yùn)動(dòng)形式有很多種,有規(guī)律的間歇運(yùn)動(dòng)叫做分度運(yùn)動(dòng)。分度運(yùn)動(dòng)是由分度機(jī)械機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的帶動(dòng)下作間歇運(yùn)動(dòng)所形成。
3.1 Y7063A齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)
圖2-8 單槽定位盤示意圖
圖2-9 Y7063A齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)軸裝配圖
該分度機(jī)構(gòu)由液壓控制。如圖2-8所示為單槽定位盤示意圖，如圖2-9所示為該裝置的裝配圖剖面圖。
該分度機(jī)構(gòu)的原理為：分度時(shí)候，活塞19在壓力油作用下頂起杠桿2，使得定位塊4與單槽定位盤21分離。然后壓力油進(jìn)入油缸10下腔，活塞和蝸桿9上移，松開超越離合器7，將蝸桿8和軸18脫開連接，而錐形摩擦離合器16嚙合。此時(shí)壓力油被壓入分度油缸的a腔，活塞齒條11左移，經(jīng)齒輪23、22、12、17交換齒輪a、b、c、d和軸18，傳動(dòng)工作臺(tái)蝸桿、渦輪，使工件進(jìn)行分度。當(dāng)分度油缸活塞齒條11左移到預(yù)定位置后，活塞19退回，杠桿2被彈簧5拉回，定位齒塊在單槽計(jì)數(shù)盤14表面上滑動(dòng)。直到盤14轉(zhuǎn)一圈后，單槽定位盤21真好轉(zhuǎn)三圈，此時(shí)他們的槽也是正好對(duì)準(zhǔn)，定位齒塊4插入齒槽而定位，至此分度循環(huán)結(jié)束。單槽計(jì)數(shù)盤和單槽定位盤如圖所示。
該裝置內(nèi)的零件的選擇和計(jì)算可以與2.2中計(jì)算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并對(duì)該定位分度機(jī)構(gòu)，誤差計(jì)算，明確其實(shí)際中可靠性。
該分度裝置的優(yōu)點(diǎn)：
可以對(duì)加工工件進(jìn)行任一齒數(shù)的加工；
在分度裝置上，比前者分度定位更加精確；
避免出現(xiàn)齒輪誤差；
使得分度角度更加靈活化，可以得到自己想要的角度；
操作簡(jiǎn)單，再變化加工工件時(shí)無(wú)需更換分度交換齒輪；
分度交換齒輪等零件磨損降低，使各個(gè)零件上的載荷減小。
3.2 無(wú)中間浮動(dòng)塊的反靠分度定位機(jī)構(gòu)
圖2-10無(wú)中間浮動(dòng)塊的反靠定位機(jī)構(gòu)
如圖2-10所示該機(jī)構(gòu)是用于機(jī)械動(dòng)力滑臺(tái)通用的電氣機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)分度回轉(zhuǎn)的，并用雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)蝸桿渦輪傳動(dòng)臺(tái)面4以快速行程進(jìn)入下一個(gè)位置時(shí)候，工作臺(tái)上相應(yīng)的固定當(dāng)鐵1越過(guò)彈簧定位銷2后，定位銷2復(fù)位，使行程開關(guān)動(dòng)作，工作臺(tái)慢速反靠回轉(zhuǎn)，知道固定擋鐵1和定位銷2貼合為止。
該裝置內(nèi)的零件的選擇和計(jì)算可以與2.2中計(jì)算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算誤差，明確其可行性。
該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上比較簡(jiǎn)單，也具有一定可行性，但是該機(jī)構(gòu)在其結(jié)構(gòu)和功能上還存在一定的欠缺：
不能做到對(duì)所有需要加工的齒輪齒數(shù)進(jìn)行加工；
無(wú)法確定加工零件最后終止的地方，在最后沒(méi)有自鎖裝置；
此機(jī)構(gòu)在定位時(shí)候存在沖擊載荷，對(duì)機(jī)構(gòu)使用壽命有影響；
此機(jī)構(gòu)中定位銷和工作臺(tái)間的滑動(dòng)，增加磨損。
3.3 工作臺(tái)可抬起的多吃盤定位機(jī)構(gòu)
圖2-11工作臺(tái)抬起的多齒盤定位機(jī)構(gòu)示意圖
圖2-12工作臺(tái)抬起的多齒盤定位機(jī)構(gòu)剖面圖
如圖2-12所示，分度時(shí)，液壓油進(jìn)入液壓缸2的A腔，工作臺(tái)4被抬起，定位多齒盤3脫開，同時(shí)離合器M咬合。這時(shí)分度油缸的齒條活塞1帶動(dòng)齒輪使工作臺(tái)分度回轉(zhuǎn)。分度過(guò)程結(jié)束后，壓力油進(jìn)入液壓缸2的B腔內(nèi)，工作臺(tái)4下降，定位多吃盤嚙合定位并且自鎖，齒形離合器M分開，分度油缸中液壓油退出，齒條活塞返回原處，循環(huán)結(jié)束【5】。
該裝置內(nèi)的零件的選擇和計(jì)算可以與2.2中計(jì)算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算誤差，明確可行性分析。
多齒盤嚙合的特點(diǎn)：
定位精度較高，可達(dá)±3；。
能自動(dòng)定心，定位精度不受軸承間隙和正反轉(zhuǎn)的影響（也稱自由定心）。
具有很強(qiáng)的承載能力。定位的剛性也較好。
齒數(shù)的所有因數(shù)都可作為分度工位數(shù)；容易得到不等分分度。
加工復(fù)雜的高精度齒盤的齒形；轉(zhuǎn)位、定位時(shí)，動(dòng)齒盤要升降，并要有夾緊裝置。
4. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)角度與初始加工位置的確定
起工作臺(tái)的初始位置對(duì)分度定位機(jī)構(gòu)的精度也有很大的影響。
將磨頭固定不動(dòng)，砂輪繞溝槽圓弧中心旋轉(zhuǎn)進(jìn)入溝槽對(duì)圓弧溝槽的磨削。下面依靠CAD用繪圖的方法確定。
讓工件的中心線與磨頭的中心線平行，如圖：2-13
圖2-13 工件中心線與磨頭中心線平行示意圖
當(dāng)工件繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果如2-14圖
圖2-14 工件繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)后示意圖
圖2-15 出現(xiàn)干涉示意圖
注意圖2-15中的圓圈處，此時(shí)砂輪跟工件出現(xiàn)干涉，因此加工的起點(diǎn)位置不能采用傳統(tǒng)的位置。
通過(guò)計(jì)算，決定改變工作時(shí)的起點(diǎn)位置，另砂輪進(jìn)入溝槽里面，從里向外打磨，結(jié)束時(shí)工件一共旋轉(zhuǎn)了65°，這樣成功地消除了干涉的現(xiàn)象。
增加旋轉(zhuǎn)角度以避免在開始和結(jié)束時(shí)砂輪碰撞工件。結(jié)果如圖2-16
圖2-16工件加工的初始位置
5. 環(huán)保分析
目前，人們對(duì)于環(huán)保的要求也日益提高，各國(guó)也制定了越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保要求和法規(guī)。環(huán)境保護(hù)直接約束企業(yè)的經(jīng)營(yíng)行為，有無(wú)良好的環(huán)保性已成為國(guó)際市場(chǎng)上產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的重要指標(biāo)之一。
齒輪磨床分度定位機(jī)構(gòu)在工作的過(guò)程中，并不會(huì)產(chǎn)生特別大的噪音，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生粉塵等污染物，符合一定的環(huán)保要求。此裝置多采用鑄鐵和鋼材等可回收的材料，且工藝并不復(fù)雜，容易裝配，不含任何有害材料。
本裝置采用MT57STH52-2804A步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，相比于伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)在能保持較高的精度的同時(shí)價(jià)格比較低。齒輪磨床分度定位機(jī)構(gòu)由于工作的特殊性，工作載荷較大，因此不適合運(yùn)用氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。相比之下，雖然液壓傳動(dòng)有泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，但總體還是比較符合環(huán)保的要求。
另外，由于此齒輪磨床分度定位機(jī)構(gòu)不僅能夠應(yīng)用于齒輪磨床，還能夠運(yùn)用于許多其他需要做分度運(yùn)動(dòng)的機(jī)床。因此，基于該裝置的通用性，能夠節(jié)省許多研發(fā)、設(shè)計(jì)磨具以及制造的人力物力。具有很好的環(huán)保性。
此外，在后期的生產(chǎn)改進(jìn)過(guò)程中，可以通過(guò)有限元分析等降低壁厚以達(dá)到節(jié)省材料的目的。
6. 結(jié)論
歷時(shí)六個(gè)多月，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于順利地完成了。整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中最大的問(wèn)題是如何保證分度的精度，通過(guò)查找各種文獻(xiàn)和手冊(cè)，通過(guò)計(jì)算，采用了液壓系統(tǒng)與齒輪蝸輪蝸桿傳動(dòng)組合的分度機(jī)構(gòu)。解決了分度精度的問(wèn)題 。共設(shè)計(jì)了四套不同的分度方案，最終選取的是兩種都是采用蝸桿副分度的機(jī)構(gòu)。Y7063與Y7063A分別通過(guò)單齒定位離合器和單齒槽盤進(jìn)行定位防止逆轉(zhuǎn)。同時(shí)通過(guò)液壓以及彈簧帶動(dòng)蝸輪蝸桿跟超越離合器的配合，消除分度間隙。確定了總體的方案后，又對(duì)各主要零件分別進(jìn)行了計(jì)算并校核強(qiáng)度。最后計(jì)算了定位精度確定符合定位誤差要求驗(yàn)證了該齒輪磨床分度機(jī)構(gòu)的可行性。共完成了6套裝配、原理以及零件圖。編寫了設(shè)計(jì)說(shuō)明書。并做了3D建模。圓滿地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。
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致 謝
經(jīng)歷了五個(gè)月刻苦的努力,我終于順利完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì),在此我要衷心的感謝我的輔導(dǎo)老師于老師，感謝她在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)我的幫助與指導(dǎo)。
在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我要感謝于老師，于老師對(duì)我整個(gè)設(shè)計(jì)總體方向的把控，讓我對(duì)設(shè)計(jì)的整體性與設(shè)計(jì)的方向有了正確的認(rèn)知和掌握。在設(shè)計(jì)中，遇到了對(duì)于尺寸和性能不確定等問(wèn)題，向老師請(qǐng)教，老師為我講解了，并借閱相關(guān)書籍給我，讓我對(duì)問(wèn)題有了更深刻的理解。以往和老師間那種溝通障礙全無(wú)，有什么困難和問(wèn)題都向老師提出，并且老師跟我們耐心解答。老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，也感染了我們每一個(gè)人，使得我們?cè)诟髯缘脑O(shè)計(jì)中也認(rèn)真細(xì)致，在每一個(gè)問(wèn)題上都要弄懂，絕不一知半解。同時(shí)還要感謝與我一起設(shè)計(jì)同學(xué)們，我們所選擇的課題內(nèi)容不同，但是我們相互討論，并且發(fā)現(xiàn)各自設(shè)計(jì)中所存在的不足，同學(xué)間相互為對(duì)方提出解決方案，使得設(shè)計(jì)可以更加完善的順利完成，也因?yàn)橛辛怂麄兊膸椭业脑O(shè)計(jì)才錦上添花。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)束了，大學(xué)生活也結(jié)束了，我們就要為我們學(xué)生時(shí)代畫上句號(hào)了。同時(shí)這也是新征程的開始，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們的認(rèn)真，堅(jiān)持不懈，求實(shí)求真的精神，將會(huì)被帶到我們以后的人生當(dāng)中，成為我們?nèi)松飞系膶氋F財(cái)富。前方的道路是未知的，只要踏實(shí)走好每一步，未來(lái)才會(huì)無(wú)限光明。感謝大學(xué)四年中,教導(dǎo)幫助過(guò)我的老師，陪伴我的同學(xué)們,是你們讓我成長(zhǎng)。
從此以后我們各奔東西，但是與你們相伴青春無(wú)悔！
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附錄1：外文翻譯
一種先進(jìn)的超精密磨床
蘭迪斯.隆德公司的生產(chǎn)精密機(jī)械的克蘭菲爾德部門，最近生產(chǎn)了一種超精密的端面磨床，該機(jī)床擁有幾個(gè)自動(dòng)監(jiān)控功能。該公司免費(fèi)給克蘭菲爾德大學(xué)的精密工程小組提供機(jī)床，以便他們進(jìn)行研究，特別是里外都完整的無(wú)損害的端面區(qū)部分。
本文論述了機(jī)械的設(shè)計(jì)、初加工試驗(yàn)以及可能的研究項(xiàng)目。這些項(xiàng)目將因?yàn)檫@種先進(jìn)的機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用而受益，系統(tǒng)結(jié)合了最先進(jìn)的自動(dòng)檢測(cè)功能與控制加工過(guò)程功能。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)檢測(cè) 磨削 機(jī)械設(shè)計(jì) 精密機(jī)器
1 緒論
生產(chǎn)精密機(jī)械的克蘭菲爾德是UNOVA的一個(gè)子公司，它的專長(zhǎng)是用先進(jìn)的原料生產(chǎn)和制造出價(jià)格合理的機(jī)器元件，包括陶瓷、玻璃、金屬互化物及硬質(zhì)合金鋼。克蘭菲爾德大學(xué)是以工業(yè)和制造業(yè)著稱的大學(xué)，它重視與工業(yè)界的密切聯(lián)系，而且現(xiàn)在正在開展超精密的、超高速加工的機(jī)械研究項(xiàng)目，包括超硬材料加工、脆性材料的韌性加工以及汽車產(chǎn)業(yè)的精密加工。這兩個(gè)團(tuán)體互補(bǔ)的研究興趣導(dǎo)致了生產(chǎn)精密機(jī)械的克蘭菲爾德公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了一種先進(jìn)的超精密端面磨床給屬于SIMS的精密工程研究小組。這使得該小組擁有一系列的研究項(xiàng)目，特別是對(duì)于里外都完整的無(wú)損害的端面區(qū)部分。
原料的納米分散加工及控制被看作是一種中期至長(zhǎng)期解決成本和時(shí)間問(wèn)題的方法，這兩個(gè)問(wèn)題折磨著電光學(xué)與其它精密零件的制造。例如：易碎原料的延展拋光能夠提供光滑的表面，事實(shí)上，它比一般的材料擁有較高的平滑度和外形精確度[1]。更重要的是,一個(gè)球表面很少或沒(méi)有經(jīng)歷表面下的損傷,因此消除了聯(lián)合傳統(tǒng)拋光進(jìn)行后續(xù)拋光的步驟。許多的“微小精密”產(chǎn)品(如半導(dǎo)體、光纖通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)等),以及較大的被航空、汽車等應(yīng)用的元件的性能越來(lái)越依賴于更高的幾何精度和微-納米表面。最近,汽車工業(yè)已經(jīng)顯示了未來(lái)對(duì)元件表面的要求，它需要具有幾個(gè)關(guān)鍵的傳輸元件，這種傳輸性能屬于光學(xué)性質(zhì),它的目標(biāo)是用10納米的Ra表面經(jīng)濟(jì)地完成對(duì)硬鋼的直接機(jī)械加工，而且無(wú)需對(duì)硬鋼進(jìn)行拋光。玻璃和陶瓷有無(wú)損害的表面，硬鋼有光學(xué)性質(zhì)表面，這種條件是非常嚴(yán)格的，它需要(a)一系列的機(jī)械工具，它們不是一般的最好的生產(chǎn)工具，例如，精度高、運(yùn)動(dòng)順暢、環(huán)硬度高[2]；(b)輔助設(shè)備的加入，人、特別是為了適