回轉(zhuǎn)工作臺設計畢業(yè)設計

PAGE第PAGE\*Arabic1頁工作臺設計摘要：本課題主要介紹了回轉(zhuǎn)工作臺的原理和機械結(jié)構(gòu)的設計，這種回轉(zhuǎn)工作臺是一種可以實現(xiàn)圓周進給和分度運動的工作臺，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，是一種很實用的加工工具。它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝。設計夾具一般先對原始資料進行分析，明確設計的要求和意圖，然后提出具體的定位、夾緊、對刀方案和夾具體的一般結(jié)構(gòu)。為保證設計的可靠性，還對夾具的夾緊力和精度進行了分析。關鍵詞：回轉(zhuǎn)工作臺；齒輪傳動；蝸桿傳動；夾具TheTableOfFourSideMultipleDrillDesigningAbstract：Theprincipleandmechanicalstructuraldesigningoftherotarytableisintroducedinthispaper.Thisrotarytableisacirclefeedcanmoveinrotaryfeedandgraduate,whichismadeupofprimepower,geardriving,wormgeardrivingandoperatingplatformandothercomponents,isaveryusefultoolforprocessing.Itisusedintheboringdrillerandhorizontalmachiningcenters,improveprocessingefficiency,themorecompletetheprocess,becauseofthehigherefficiencyandmultifunctionitsalwaysusedinthedrillerandmachiningcenters.Designsthetongstocarryontheanalysisfirstgenerallytothefirsthandinformation,isclearaboutthedesigntherequestandtheintention,Thenproposestheconcretelocalization,theclamp,totheknifeplanandthefixturebody'sgeneralstructure.Forguaranteedesignreliability,butalsohascarriedontheanalysistofixture'sclampingforceandtheprecision.Keywords：Rotarytable；Geardrive；Wormdrive；Jig目錄目錄緒論 -1-第一章回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應用 -1-1.1回轉(zhuǎn)工作臺 -1-1.2設計準則 -1-1.3主要技術(shù)參數(shù) -3-1.4本章小結(jié) -3-第二章回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設計 -4-2.1電機的選擇 -4-2.2電機運動參數(shù)的計算 -4-2.3傳動方案的確定 -5-2.3.1傳動方案傳動應滿足的要求 -5-2.3.2傳動方案及其分析 -5-2.4齒輪傳動的設計 -6-2.4.1選擇齒輪傳動的類型 -6-2.4.2選擇材料 -6-2.4.3按齒面接觸疲勞強度設計 -7-2.4.4確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 -7-2.4.5校核齒根彎曲疲勞強度 -8-2.4.6確定齒輪傳動精度 -8-2.4.7齒輪結(jié)構(gòu)設計 -8-2.5蝸輪及蝸桿的選用與校核 -9-2.5.1選擇蝸桿傳動類型 -9-2.5.2選擇材料 -9-2.5.3按齒面接觸疲勞強度設計 -9-2.6蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 -10-2.6軸的校核與計算 -11-2.7彎矩組合圖 -12-2.8根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 -12-2.9齒輪上鍵的選取與校核 -12-2.10軸承的選用 -13-2.10.1軸承的類型 -13-2.10.2軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 -13-2.10.3滾動軸承的配合 -13-2.10.4滾動軸承的潤滑 -13-2.10.5滾動軸承的密封裝置 -14-2.11本章小結(jié) -15-第三章夾具設計 -16-3.1夾具的發(fā)展趨勢 -16-3.2工件定位的基本原理 -17-3.3應用定位原理幾種情況 -18-3.4常用定位元件及選用 -18-3.5定位方案選擇 -20-3.6誤差分析 -20-3.7夾緊方案 -20-3.8夾緊裝置的設計原則 -21-3.9夾緊力三要素 -21-3.10減小夾緊變形的措施 -23-第四章總結(jié) -24-致謝 -25-參考文獻 -26-本科畢業(yè)設計（論文）緒論畢業(yè)設計主要是培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。而高職類學生更應側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實際知識和技能，獲得工程技術(shù)經(jīng)用性崗位的基本訓練，通過畢業(yè)設計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學生向工程技術(shù)人員的過渡。使學生進一步鞏固和加深對所學的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學生獨立工作、獨立思考和綜合運用所學知識的技能，提高解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴大、深化所學的專業(yè)知識和技能。培養(yǎng)學生的設計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應用、文字表達等基本工作實踐能力，使學生初步掌握科學研究的基本方法和思路。使學生學會初步掌握解決工程技術(shù)問題的正確指導思想、方法手段，樹立做事嚴謹、嚴肅認真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結(jié)協(xié)作的工作作風。本次畢業(yè)設計主要是解決回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機械機構(gòu)的設計與計算部分，設計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。目前回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應用于機床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是：1．在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺；2．在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力；3．在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺?；剞D(zhuǎn)工作臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達到每年600臺左右。預計未來5年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機，普通加工機床將獲得年均15％－20％左右的穩(wěn)定增長?；剞D(zhuǎn)工作臺的性能發(fā)展方向：(1)高速高精高效化：速度、精度和效率是機械制造技術(shù)的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化：包含兩方面：系統(tǒng)本身的柔性，系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。(3)工藝復合性和多軸化：以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。(4)實時智能化：早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務，以確保任務在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術(shù)領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的?；剞D(zhuǎn)工作臺的功能發(fā)展方向(1)用戶界面圖形化：用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。(2)科學計算可視化：科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。(3)插補和補償方式多樣化：多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?4)內(nèi)裝高性能PLC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。(5)多媒體技術(shù)應用多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領域，應用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。而國內(nèi)方面，回轉(zhuǎn)工作臺發(fā)展較慢，無法達到高精度，高速度的要求，只從外國直接購買，本課題就這一問題設計了一種結(jié)構(gòu)簡單，成本便宜，而容易達到經(jīng)濟精度要求的回轉(zhuǎn)工作臺，為國內(nèi)中小企業(yè)解決成本高，投資風險大的問題，該工作臺不但結(jié)構(gòu)簡單，而且易于維修，各個部件均可各自工作，維修時只需改換出問題的零件，無需費力將工作臺解體，相信這種回轉(zhuǎn)工作臺能在國內(nèi)回轉(zhuǎn)工作臺市場中占據(jù)一席之地。第一章回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應用1.1回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)工作臺主要用于鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進給軸聯(lián)動。圖1.1為四工位多軸鉆床回轉(zhuǎn)工作臺。它的進給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由光柵反饋進行控制的。工作臺的運動是由伺服電動機，經(jīng)齒輪減速后由渦輪蝸桿機構(gòu)帶動工作臺轉(zhuǎn)動。圖1.1回轉(zhuǎn)工作臺1—螺栓2—蝸輪3—支座4—圓柱滾子軸承5—中心軸6—套筒7—圓錐滾子軸承8—導軌9—氣壓缸10—蝸桿11—工作臺體當工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在支座旁裝有氣壓缸9，當工作臺旋轉(zhuǎn)到工作位置時，電機停止工作，并使下腔充氣，頂起活塞，將工作臺定位。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使氣壓缸的上腔接通回油路，活塞落下，工作臺正?；剞D(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)工作臺的導軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承7及雙列向心圓柱滾子軸承4保持準確的回轉(zhuǎn)中心?；剞D(zhuǎn)工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給電機、氣壓缸等進行工作?；剞D(zhuǎn)工作臺設有零點，當它作回零運動時，由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準確地停在零位。本回轉(zhuǎn)工作臺主要用于45°回轉(zhuǎn)和分度。1.2設計準則我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則（1）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能（2） 分析原理和性能（3）判別功能載荷及其意義（4） 預測意外載荷（5） 創(chuàng)造有利的載荷條件（6） 提高合理的應力分布和剛度（7） 重量要適宜（8） 應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸（9） 根據(jù)性能組合選擇材料（10）零件與整體零件之間精度的進行選擇（11）功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求對于機械零件設計工作來說，標準化的作用是非常重要的，所謂零件的標準化，就是通過零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、設計方法、制圖要求等，制定出各式各樣的大家共同遵守的標準。標準化帶來的優(yōu)越性表現(xiàn)為：(1)能以最先進的方法在專門化的工廠中對那些用途最廣的零件進行大量的、集中的制造以提高質(zhì)量，降低成本。(2)統(tǒng)一了材料和零件的性能指標，使其能夠進行比較，并提高了零件的性能的可靠性。(3)采用了標準結(jié)構(gòu)及零、部件，可以簡化設計工作，縮短設計周期，提高設計質(zhì)量。另外也簡化了維修工作。本次課題針對的是多孔零件回轉(zhuǎn)工作臺的設計，一般的多孔并非是深孔零件，也并非特殊用途零件那么根據(jù)在立式鉆床上來完成應該采用其相關的設計指標來設計。檢驗的作用：(1)把關作用通過進貨檢驗、過程檢驗和最終檢驗，保證不合格的原輔材料和配套件不投產(chǎn)、不合格的在制品不轉(zhuǎn)序、不合格的成品不出廠，以保證交付給顧客的產(chǎn)品達到規(guī)定的質(zhì)量要求。(2)預防作用通過各類檢驗活動，可及時收集產(chǎn)品和過程的不合格信息、采購產(chǎn)品質(zhì)量等信息。檢驗記錄是反映實物質(zhì)量的重要信息源，從中發(fā)現(xiàn)問題可進一步追溯，調(diào)查分析原因，制訂預防措施，以避免不合格品的發(fā)生。(3)監(jiān)督作用企業(yè)的檢驗系統(tǒng)對生產(chǎn)系統(tǒng)起著不可或缺的監(jiān)督作用，即對生產(chǎn)中的紀律執(zhí)行情況、實物質(zhì)量狀況等，起著有效的監(jiān)督作用。由國家和各級政府授權(quán)的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗機構(gòu)，通過產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查，來監(jiān)督企業(yè)的產(chǎn)品在生產(chǎn)和流通領域的質(zhì)量狀況。本次設計所應滿足的技術(shù)指標：1、檢驗標準鉆床專用標準有：GB6477.4-86《金屬切削機床術(shù)語鉆床》，GB2815-89、JB/T5763-91《鉆床聯(lián)接尺寸標準》，GB9461-88、JB/Z108-89GB2814-89、JB/Z125-89《立式鉆床參數(shù)及系列型譜》，GB4019-97、JB/T3769-93《方柱立式鉆床精度及技術(shù)條件》，GB4018-83、JB/T3768-93《圓柱立式鉆床及技術(shù)條件》，JB3756-84《輕型圓柱立式鉆床精度》，JB4148-85《十字工作臺立式鉆床精度》等。2、檢驗項目除按相關標準和相應標準檢驗外，其專業(yè)標準的主要檢驗項目有：底座工作臺面的平面度；工作臺面的平面度；工作臺跳動；1.3主要技術(shù)參數(shù)根據(jù)加工對象的要求如質(zhì)量、精度、效率等來確定其回轉(zhuǎn)工作臺的主要參數(shù)并用作在設計過程的一個參照和準則。本次設計的主要參數(shù)：（1）回轉(zhuǎn)半徑：500mm（2）重復定位精度：0.005mm（3）電液脈沖馬達功率0.75kw（4）電液脈沖馬達轉(zhuǎn)速3000rpm（5）總傳動比：72.5（6）最大承載重量100㎏1.4本章小結(jié)主要簡單介紹畢業(yè)設計題目（回轉(zhuǎn)工作臺）和其發(fā)展概況，設計背景、工作原理、設計參數(shù)也作了進一步的說明。第二章回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設計2.1電機的選擇伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。選擇伺服電機時，首先要保證伺服電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用位置伺服電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩大的電機，負載力矩大。選擇伺服電機時，需要考慮一下幾點：轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認；電機軸上負載力矩的折算和加減速力矩的計算；計算負載慣量，慣量的匹配，安川伺服電機為例，部分產(chǎn)品慣量匹配可達50倍，但實際越小越好，這樣對精度和響應速度好；再生電阻的計算和選擇，對于伺服，一般2kw以上，要外配置；電纜選擇，編碼器電纜雙絞屏蔽的，對于安川伺服等日系產(chǎn)品絕對值編碼器是6芯，增量式是4芯。而后三點為電機基本性能，因此主要根據(jù)前2項對電機進行選擇。許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅(qū)動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)微量進給。步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。綜上所述，電機選用交流伺服電機。2.2電機運動參數(shù)的計算伺服電機的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使電機長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則電機價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。工作所需功率為：KW(式2.1)KW(式2.2)式中=150N.M,=36r/min,電機工作效率=0.97，代入上式得：KW電機所需的輸出功率為：(式2.3)式中：為電機至工作臺主動軸之間的總效率。查表得：齒輪傳動的效率為=0.97；一對滾動軸承的效率為=0.99；蝸桿傳動的效率為=0.8。因此：KW一般電機的額定功率：KW則由表2.1取電機額定功率為：=0.75KW。確定電機轉(zhuǎn)速。查表推薦的各種機構(gòu)傳動范圍為，取齒輪傳動比：3-5；蝸桿傳動比：15-32。則總的傳動范圍為：電機轉(zhuǎn)速的范圍為：r/min為降低電機的重量和價格，查表選取常用的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y系列電機，型號為Y801-2，其滿載轉(zhuǎn)速=3000r/min,此外，電機的安裝和外形尺寸可由查表得知。2.3傳動方案的確定初步確定使用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)控制工作臺的轉(zhuǎn)動。2.3.1傳動方案傳動應滿足的要求回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原動機采用伺服電機，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。合理的傳動方案主要滿足以下要求：（1）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。（3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟合理等。2.3.2傳動方案及其分析回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：伺服電機——齒輪傳動——蝸桿傳動——工作臺該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿傳動有以下特點：（1）傳動比大在分度機構(gòu)中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。（2）傳動平穩(wěn)蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。（3）可以自鎖當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。（4）效率低、制造成本較高蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。2.4齒輪傳動的設計由于前述所選電機可知T=2.39N.M傳動比設定為i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。2.4.1齒輪的用途很廣，是各種機械設備中的重要零件，如機床、飛機、輪船及日常生活中用的手表、電扇等都要使用各種齒輪。齒輪的種類很多，有圓柱直齒輪、圓柱斜齒輪、螺旋齒輪、直齒傘齒輪、螺旋傘齒輪、蝸輪等。其中使用較多，亦較簡單的是圓柱直齒輪，又稱標準圓柱齒輪。直齒圓柱齒輪嚙合時，齒面的接觸線均平行于齒輪的軸線。因此輪齒是沿整個齒寬同時進入嚙合、同時脫離嚙合的，載荷沿齒寬突然加上及卸下因此直齒圓柱齒輪傳動的平穩(wěn)性差，容易產(chǎn)生噪音和沖擊，因此不適合用于高速和重載的傳動中，對于本畢業(yè)設計的原則是可以采用直齒輪的，因為它的載荷小且速度小且可控。根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用直齒輪傳動的形式。2.4.2選擇材料選擇基本原則：齒輪材料的種類很多，在選擇時應考慮的因素也很多，下述幾點可供選擇材料時參考：

1）齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇機械性能高的合金銀；礦山機械中的齒輪傳動，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵含量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用機械的功率很小，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤滑或無潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料?？傊?，工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應考慮的因素。2）應考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時，可選用圓鋼作毛坯。齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氨化和表面淬火。采用滲碳上藝時，應選用低碳鋼或低碳含金鋼作齒輪材料；氨化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時，對材料沒有特別的要求。3）正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。4）合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。5）飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應采用表面硬化處理的高強度合金鋼。6）金屬制的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應保持為30～50HBS或更多。當小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面為?；蛘{(diào)質(zhì)）；且速度又較高時，較硬的小齒輪齒面對較軟的大齒輪齒面會起較顯著的冷作硬化效應，從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此，當配對的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時，大齒輪的接觸疲勞許用應力可提高約

20％，但應注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應地減小。齒輪材料的選擇:常用材料：45#、35SiMn、40CrNi、40MnB；特點：具有較好的綜合性能，齒面具有較高的強度和硬度，齒芯具有較好的韌性。熱處理后切齒的精度可達8級。制造簡單、經(jīng)濟、生產(chǎn)效率高。由于齒輪的傳動效率不大，速度不高，所以蝸桿采用45號鋼，為達到更高的效率以及更好的耐磨性，要求齒面的硬度為45-55HRC。2.4.3按齒面接觸疲勞強度設計先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳遞轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，差表取K=1.2齒寬系數(shù):查表取=1許用接觸壓力：傳動比將以上參數(shù)代入公式得2.4.4確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸1）齒數(shù)取，則,取。2）模數(shù),取標準值m=1.5。3）中心距標準中心距4）其他主要尺寸：分度圓直徑：齒頂圓直徑：齒寬：,取,取。做出大齒輪如下圖所示圖2.1大齒輪2.4.5校核齒根彎曲疲勞強度(2-4)復合齒形系數(shù)：由X=0（標準齒輪）及查表得=4.12，=3.96則：所以彎曲強度足夠。2.4.6確定齒輪傳動精度齒輪圓周速度查表確定第Ⅱ公差組為8級。第Ⅰ、Ⅱ公差組也定為8級，齒厚偏差選HK。2.4.7齒輪結(jié)構(gòu)設計小齒輪：=33mm采用實心式齒輪大齒輪：=99mm采用腹板式齒輪2.5蝸輪及蝸桿的選用與校核由于前述所選電機可知T=6.93N.M傳動比設定為i=27.5，效率η=0.8工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。2.5.1根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿。2.5.2選擇材料考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。2.5.3根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距：(2-5)（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2按Z1=2，估取效率η=0.8，則:N.M（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則（3）確定彈性影響系數(shù)ZE選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。（4）確定接觸系數(shù)先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.30，從而可查出=3.12。（5）確定許用應力根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應力‘=268MPA。因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為=0.92，則:MPa（6）計算中心距(2-6)取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm，這時=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為＜，因此以上計算結(jié)果可用。2.6蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸1、蝸桿：直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=22.4mm，蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導程角=3°11′38″蝸桿軸向齒距：mm；蝸桿齒頂圓直徑：蝸桿軸向齒厚：2、渦輪：蝸輪齒數(shù)：Z2=62，變位系數(shù)Χ=0驗算傳動比：這是傳動比誤差為：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%蝸輪分度圓直徑：mm蝸輪喉圓直徑：mm蝸輪喉母圓直徑mm3、校核：(2-7)當量齒數(shù)(2-8)根據(jù)X2=0，ZV2=62，可查得齒形系數(shù)=2.31，螺旋角系數(shù)許用彎曲應力:(2-9)=56×0.72=40.32MPa所以彎曲強度是滿足要求的。2.6軸的校核與計算圖2.2中心軸1、畫出受力簡圖圖2.3受力簡圖計算出：R1=46.6NR2=26.2N2、畫出扭矩圖=0.36×60×0.98=21.2N.M（2-10）圖2.4扭矩圖3、畫出彎矩圖M=72.8×180×10-3=13.1N.（2-11）圖2.5彎矩圖2.7彎矩組合圖由此可知軸的最大危險截面所在。組合彎矩（2-12）2.8根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑（2-13）扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取α=0.6抗彎截面系數(shù)W=0.1d3根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小2.9齒輪上鍵的選取與校核（1）取鍵連接的類型好尺寸因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=10mm。（2）鍵連接的強度鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力=120～140MPa，取其平均值=135MPa。鍵的工作長度l=L-b=10-5=5mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm，從而可得：δp=2000T/(kld)=127≤可見滿足要求。此鍵的標記為：鍵B5×10GB/T1096-1979。2.10軸承的選用滾動軸承定義：將運轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械元件，叫滾動軸承。滾動軸承的組成：滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導滾動體旋轉(zhuǎn)起潤滑作用。滾動軸承的作用：滾動軸承使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。與滑動軸承比較，滾動軸承的徑向尺寸較大，減振能力較差，高速時壽命低，聲響較大。滾動軸承的基本特點：1）摩擦阻力小，功率消耗小，機械效率高，易起動。2）尺寸標準化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便。3）結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，軸向尺寸更為縮小。4）精度高，轉(zhuǎn)速高，磨損小，使用壽命長。5）部分軸承具有自動調(diào)新的性能。6)適用于大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高。根據(jù)上述使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確安裝軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力，以及和軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關的事項。2.10.1考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出圓錐滾子軸承的型號為：30207；圓柱滾子軸承的型號為：MU208。2.10.2軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。2.10.3滾動軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準。2.10.4潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力．還可以起著散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等作用。

軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑兩類：脂潤滑

由于潤滑脂是一種粘稠的凝膠狀材料，故潤滑膜強度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當長的一段時間。波劾軸承的裝脂量一般為軸承內(nèi)部空間容積的1/3～2／3。對于那些不便經(jīng)常添加潤滑劑的地方，或那些不允許潤滑油流失而致污染產(chǎn)品的工業(yè)機械來說，這種潤滑方式十分適宜。它的缺點是只適用于較低的值。會潤滑脂的主要性能指標為雄人度和滴點。軸承的值大、載荷小時，應選錐入度較大的潤滑脂；反之，應選用錐入度較小的潤滑脂。此外，軸承的工作溫度應比潤滑脹的熱點低，對于礦物油潤滑脹，應低10～20t；對于合成潤滑脂．應低20～30℃。

油潤滑

在高速高溫的條件下，脂潤滑不能滿足要求時可采用油潤滑。潤滑油的主要特性是粘度，轉(zhuǎn)速越高，應選用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的潤滑油。根據(jù)工作溫度及DN值,可選出潤滑油應具有的粘度值。油潤滑時，常用的潤滑方法有下列幾種：

1）油浴潤滑把軸承局部浸入潤滑油中，當軸承靜止時，油面應不高于最低攢動體的中心。這個方法不適于高速，因為攪動油液劇烈時要造成很大的能量損失，以致引起油液和軸承過熱。

2）滴油潤滑適用于需要定量供應潤滑油的軸承部件，滴油量應適當控制，過多的油量液引起軸承溫度的增高，為使滴油通暢，常使用粘度較小的全損耗系統(tǒng)用油L－AN15。

3）飛濺潤滑這是一般閉式齒輪傳動裝置中的軸承常用的潤滑方法，即利用齒輪的轉(zhuǎn)動把軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其它雜物進入軸瓦并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。

考慮到電動刀架工作時轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的。2.10.5密封對軸承來說是不可缺少的。密封既可以防止?jié)櫥瑒┑男孤?，也可以防止外界有害異物的侵入。否則會引起軸承滾道的磨粒磨損，降低軸承的使用壽命，還可能使軸承零件受到有害氣體和水分的銹蝕，加速潤滑劑老化。因此，軸承的密封裝置是軸承系統(tǒng)的重要設計環(huán)節(jié)。設計時應考慮能達到長期密封和防塵的作用，同時要求摩擦和安裝誤差小，拆卸、裝配方便，維修保養(yǎng)簡單。密封裝置可分為靜密封（固定密封）和動密封（轉(zhuǎn)動密封）兩種，前者稱為墊圈密封，后者稱為密封圈密封。按密封的結(jié)構(gòu)形式又可分為接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封是密封裝置和密封部位間存在著貼合壓力的直接接觸。因此接觸式密封裝置的接觸形式、貼合壓力、潤滑狀態(tài)、滑動速度以及相接觸處的表面加工質(zhì)量等因素都會直接影響到軸承摩擦力容許轉(zhuǎn)速及溫升。所有接觸式密封裝置在運轉(zhuǎn)使用過程中會發(fā)生磨損，其磨損和失效的程度與接觸式密封裝置本身性能及使用條件有關。非接觸式密封就是密封裝置和所需密封部位間不發(fā)生直接接觸。由于非接觸式密封裝置中的密封間隙處，除了存在潤滑劑摩擦外均不會出現(xiàn)任何其他的摩擦，因此非接觸式密封不會產(chǎn)生磨損，使用時間較長也不會產(chǎn)生明顯的熱量，可適用于轉(zhuǎn)速較高的地方。但密封的間隙也不能過大，否則起不到密封效果。軸承的密封裝置可以設置在軸承的支承部位，也可以設置在軸承上，前者為支承密封，后者為自身密封。此處采用的是接觸式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應朝外。2.11本章小結(jié)對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進行設計選型零件校核，按照機械設計一書進行設計，完成機械部分。第三章夾具設計3.1夾具的發(fā)展趨勢機床夾具的現(xiàn)狀：國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3~4年就要更新50~80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10~20％左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：1）能迅速地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具；5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；6）提高機床夾具的標準化程度?，F(xiàn)代機床家具的發(fā)展方向：現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。1）標準化

機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148~T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。2）精密化

隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。3）高效化

高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。4）柔性化

機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。3.2工件定位的基本原理1.自由度的概念由剛體運動學可知，一個自由剛體，在空間有且僅有六個自由度,其分布如圖2.9所示。工件在空間的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、Oz三個坐標軸動，稱為移動自由度，分別表示為；又能繞Ox、Oy、Oz三個坐標軸轉(zhuǎn)動，稱為轉(zhuǎn)動自由度，分別表示為。（a）矩形工件(b)圓柱形工件圖3.1工件的六個自由度2.六點定位原理如果要使一個自由剛體在空間有一個確定的位置，就必須設置相應的六個約束，分別限制剛體的六個運動自由度。在討論工件的定位時，工件就是我們所指的自由剛體。如果工件的六個自由度都加以限制了，工件在空間的位置也就完全被確定下來了。因此，定位實質(zhì)上就是限制工件的自由度。分析工件定位時，通常是用一個支承點限制工件的一個自由度。用合理設置的六個支承點，限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，這就是六點定位原則。下圖為平面六點定位分析:圖3.2工件的定位分析關于六點定位原則的幾個主要問題：（1）定位支承點是定位元件抽象而來的。在夾具的實際結(jié)構(gòu)中，定位支承點是通過具體的定位元件體現(xiàn)的，即支承點不一定用點或銷的頂端，而常用面或線來代替。根據(jù)數(shù)學概念可知，兩個點決定一條直線，三個點決定一個平面，即一條直線可以代替兩個支承點，一個平面可代替三個支承點。在具體應用時，還可用窄長的平面（條形支承）代替直線，用較小的平面來替代點。（2）定位支承點與工件定位基準面始終保持接觸，才能起到限制自由度的作用。（3）分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響。工件的某一自由度被限制，是指工件在某個坐標方向有了確定的位置，并不是指工件在受到使其脫離定位支承點的外力時不能運動。使工件在外力作用下不能運動，要靠夾緊裝置來完成。3.3應用定位原理幾種情況（1）完全定位工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。（2）部分定位工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點的定位稱為部分定位。在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產(chǎn)中應用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。（3）過定位（重復定位）幾個定位支撐點重復限制一個自由度，稱為過定位。1）一般情況下，應該避免使用過定位。通常，過定位的結(jié)果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定位件）產(chǎn)生變形，所以在一般情況下，過定位是應該避免的。2）過定位亦可合理應用雖然工件在夾具中定位，通常要避免產(chǎn)生“過定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。工件本身剛性和支承剛性的加強，是提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的有效措施，生產(chǎn)中常有應用。大家都熟知車削長軸時的安裝情況，長軸工件的一端裝入三爪卡盤中，另一端用尾架尖支撐。這就是個“過定位”的定位方式。只要事先能對工件上諸定位基準和機床（夾具）有關的形位誤差從嚴控制，過定位的弊端就可以免除。由于工件的支撐剛性得以加強，尾架的扶持有助于實現(xiàn)穩(wěn)定，可靠的定位，所以工件安裝方便，加工質(zhì)量和效率也大為提高。3.4常用定位元件及選用工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應正確選擇定位基準，其次是選擇合適的定位元件。工件定位時，工件定位基準和夾具的定位元件接觸形成定位副，以實現(xiàn)工件的六點定位。1.對定位元件的基本要求（1）限位基面應有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。（2）限位基面應有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經(jīng)常與工件接觸和磨擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夾具的使用壽命和定位精度。（3）支承元件應有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中，受工件重力、夾緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應有足夠的剛度和強度，避免使用中變形和損壞。（4）定位元件應有較好的工藝性。定位元件應力求結(jié)構(gòu)簡單、合理，便于制造、裝配和更換。（5）定位元件應便于清除切屑。定位元件的結(jié)構(gòu)和工作表面形狀應有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內(nèi)影響加工和定位精度。3.常用定位元件的選用常用定位元件選用時，應按工件定位基準面和定位元件的結(jié)構(gòu)特點進行選擇。當工件以平面定位時:1）以面積較小的已經(jīng)加工的基準平面定位時，選用平頭支承釘，以基準面粗糙不平或毛坯面定位時，選用圓頭支承釘，側(cè)面定位時，可選用網(wǎng)狀支承釘。2）以面積較大、平面度精度較高的基準平面定位時，選用支承板定位元件，用于側(cè)面定位時，可選用不帶斜槽的支承板，通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利清除切屑。3）以毛坯面，階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承作定位元件。但須注意，自位支承雖有兩個或三個支承點，由于自位和浮動作用只能作為一個支承點。4）以毛坯面作為基準平面，調(diào)節(jié)時可按定位面質(zhì)量和面積大小分別選用可調(diào)支承作定位元件。5）當工件定位基準面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用輔助支承作輔助定位元件，但須注意，輔助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新調(diào)整支承點高度，支承位置應選在有利工件承受夾緊力和切削力的地方。圖2.12定位支承釘圖2.13支承板3.5定位方案選擇有定位基本原則知，應盡可能使定位基準與零件的設計基準重合，這樣才能保證做到定位誤差最小化的要求。所以根據(jù)零件的設計尺寸可以確定出零件的定位方案。定位元件選擇平面類定位件:側(cè)面用3個平面支承釘.底面用兩個不帶槽的支承板。由于工件的兩頭為圓弧型，用支撐釘定位很容易出現(xiàn)誤差，所以在工件兩頭使用擋板代替支撐釘定位。圖3.1定位方案示意圖3.6誤差分析誤差分類：1.基準位移誤差ΔY由于定位副的制造誤差或定位副配合間所導致的定位基準在加工尺寸方向上最大位置變動量，稱為基準位移誤差，用ΔY表示。不同的定位方式，基準位移誤差的計算方式也不同。如果工件內(nèi)孔直徑與心軸外圓直徑做成完全一致，作無間隙配合，即孔的中心線與軸的中心線位置重合，則不存在因定位引起的誤差。但實際上，如圖所示，心軸和工件內(nèi)孔都有制造誤差。于是工件套在心軸上必然會有間隙，孔的中心線與軸的中心線位置不重合，導致這批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基準變動誤差，其變動量即為最大配合間隙。基準位移誤差的方向是任意的。減小定位配合間隙，即可減小基準位移誤差ΔY值，以提高定位精度。2.基準不重合誤差ΔB加工尺寸的設計基準是外圓柱面的母線時，定位基準是工件圓柱孔的中心線。這種由于設計基準與定位基準不重合所導致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量，稱為基準不重合誤差，用ΔB表示。此時除定位基準位移誤差外，還有基準不重合誤差。當定位基準與設計基準不重合時便產(chǎn)生基準不重合誤差。因此選擇定位基準時應盡量與設計基準相重合。當被加工工件的工藝過程確定以后，各工序的工序尺寸也就隨之而定，此時在工藝文件上，設計基準便轉(zhuǎn)化為工序基準。設計夾具時，應當使定位基準與工序基準重合。當定位基準與工序基準不重合時，也將產(chǎn)生基準不重合誤差，其大小對于定位基準與工序基準之間尺寸的公差，用DB表示。工序基準與定位基準之間的尺寸就稱為定位尺寸。定位誤差：本夾具要保證4個孔間的距離及平行度誤差，其它要求未注公差，因此只需計算上述兩項加工要求的定位誤：工件以平面定位,夾具上相應的定位元件是支承釘或支承板,工件定位面的平面度誤差和定位元件的平面度誤差都會產(chǎn)生定位誤差.當用已加工平面作定位基面時,此項誤差甚小,一般可忽略不計.加工的定位誤差：（1）基準位移誤差：有由于零件面與定位支承面為平面接觸，不考慮支承件的制造誤差，則基準位移誤差為零。（2）基準不重合誤差：此方案定位基準和設計基準重合。因此，加工尺寸沒有定位誤差。故此定位方案可行。3.7夾緊方案在機械加工過程中，工件會受到切削力、離心力、慣性力等的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動和位移，在夾具結(jié)構(gòu)中必須設置一定的夾緊裝置將工件可靠地夾牢。工件定位后將工件固定并使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。夾緊裝置的設計和選擇是否合理，將直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。3.8夾緊裝置的設計原則在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設計夾緊裝置應遵循以下原則：（1）工件不移動原則:夾緊過程中，應不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。（2）工件不變形原則：夾緊力的大小要適當，既要保證夾緊可靠，又應使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。（3）工件不振動原則：對剛性較差的工件，或者進行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。（4）安全可靠原則:夾緊傳力機構(gòu)應有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。（5）經(jīng)濟實用原則:夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)綱領相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)應力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。3.9夾緊力三要素設計夾緊裝置時，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點和大小三個要素。1.夾緊力的方向夾緊力的方向與工件定位的基本配置情況，以及工件所受外力的作用方向等有關。選擇時必須遵守以下準則：（1）夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。（2）夾緊力的方向應有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動強度。（3）夾緊力的方向應是工件剛性較好的方向。2.夾緊力的作用點合理選擇夾緊力作用點必須遵守以下準則：（1）夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應盡可能使夾緊點與支承點對應，使夾緊力作用在支承上。如夾緊力作用在支承面范圍之外，會使工件傾斜或移動，夾緊時將破壞工件的定位。（2）夾緊力的作用點應選在工件剛性較好的部位。這對剛度較差的工件尤其重要，如將作用點由中間的單點改成兩旁的兩點夾緊，可使變形大為減小，并且夾緊更加可靠。（3）夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。3.夾緊力的大小夾緊力的大小，對于保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠，確定夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，都有著密切的關系。夾緊力的大小要適當。夾緊力過小則夾緊不牢靠，在加工過程中工件可能發(fā)生位移而破壞定位，其結(jié)果輕則影響加工質(zhì)量，重則造成工件報廢甚至發(fā)生安全事故。夾緊力過大會使工件變形，也會對加工質(zhì)量不利。當采用估算法確定夾緊力的大小時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件應考慮重力、慣性力等）的作