万能分度头顶尖尾座结构设计说明书

万能分度头顶尖尾座结构设计任务书一、设计题目

万能分度头顶尖尾座结构设计

二、设计的主要参数

要求结构简单、紧凑，满足相关性能指标。

三、具体提交材料

1）尾座三维装配图

2）尾座装配图

3）零件图三张

4）设计计算说明书一份

目录

万能分度头顶尖尾座结构设计 (1)

一、引言 (3)

二、万能分度头基本情况介绍 (4)

2.1万能分度头概述 (4)

2.2万能分度头型号 (4)

2.3 万能分度头配带附件 (4)

2.4 万能分度头的分度方法 (4)

2.4.1直接分度法 (4)

2.4.2简单分度法 (4)

2.4.3角度分度法 (5)

2.4.4差动分度法 (5)

2.4.5直线移距分度法 (5)

三、万能分度头尾座结构设计 (6)

3.1 设计任务 (6)

3.2 万能分度头工作环境 (6)

3.3 确定设计各参数 (6)

3.4 尾座结构设计 (6)

3.4.1底座设计 (6)

3.4.2顶尖设计 (6)

3.4.3顶紧螺钉设计 (7)

3.4.4定位块设计 (7)

3.4.5夹紧螺钉设计 (7)

3.4.6手轮设计 (7)

3.4.5孔的设计 (7)

四、万能分度头顶尖尾座图形绘制 (9)

4.1 绘制装配体 (9)

4.1.1零件测绘草图 (9)

4.1.2 画装配图 (9)

4.1.3 画零件图 (10)

4.1.4计算机绘图步骤及要求 (10)

4.2工程图纸的审查与出图 (10)

4.2.1二维装配图 (10)

4.2.1底座三维建模 (11)

4.2.2定位块三维建模 (11)

4.2.3顶尖三维建模 (12)

4.2.4顶紧螺栓建模 (12)

4.2.5三维装配图建模 (13)

总结 (14)

心得体会 (15)

参考文献 (16)

图目录

图4-1 (10)

图4-2 (11)

图4-3 (12)

图4-4 (12)

图4-5 (13)

图4-6 (14)

万能分度头顶尖尾座结构设计

摘要：万能分度头是各类铣床的主要附件是不可缺少的工具，它能将装在顶尖之间或卡盘上的工件分成任意角度或等分（2等分~210等分），可进行沟槽、正齿轮等工序。万能分度中心是简单型的万能分度中心且能被用于直、间接的分度法，对于特写的分度及螺旋式的加工在内，不需配件，但整个分度头结构和尾座与那些万力型是一致相同。利用分度刻度环和游标、定位销和分度盘以及交换齿轮，将装卡在顶尖间或卡盘上的工件分成任意角度，可将圆周分成任意等份，辅助机床利用各种不同形状的刀具进行各种沟槽﹑正齿轮﹑螺旋正齿轮﹑阿基米德螺线凸轮等的加工工作。万能分度头还备有圆工作台，工件可直接紧固在工作台上，也可利用装在工作台上的夹具紧固，完成工件多方位加工。

关键词:万能分度头；铣床；尾座；顶尖

Structural Design of the Top Tailstock of Universal dividing head Abstract：Universal dividing head is an indispensable tool for all kinds of milling machine accessories. It can divide the workpiece between the top or chuck into arbitrary angles or equal parts (2 equal parts to 210 equal parts), and can carry out groove, spur gear and other processes. Universal indexing center is a simple universal indexing center and can be used for direct and indirect indexing. For close-up indexing and spiral processing, there is no need for accessories, but the whole indexing head structure and tailstock are the same as those universal indexing centers. Using indexing rings and verniers, positioning pins, indexing plates and exchange gears, the workpiece clamped between the apex or chuck can be divided into arbitrary angles, and the circumference can be divided into arbitrary equal parts. The machine tool can be assisted to process various grooves, spur gears, spiral cams and Archimedes spiral cams with different shapes of cutters. The universal indexing head also has a circular worktable. The workpiece can be directly fastened on the worktable. The fixture installed on the worktable can also be used to fasten the workpiece in many directions.

Keywords: Universal dividing head; Milling machine; Tailstock; core clamper

一、引言

分度头是铣床的主要附件之一，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。其中万能分度头使用的比较广。作为铣床上的重要附件和夹具，分度头在铣削加工中得到了广泛应用。它看似简单，实属复杂，用好分度头，可以减轻劳动强度，提高加工精度和工作效率。

在铣削加工中，常会遇到铣四方、铣六方、齿轮、花键和刻线加T螺旋槽及球面等工作。这时，就需要利用万能分度头分度。因此，万能分度头是万能铣床上的重要附件。分度头是铣床和数控机床的主要附件之一，许多零件如齿轮、离合器、花键轴及刀具开齿等在铣削或数控加丁时，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。目前随着数控加工的日益广泛，数控分度头也发展越发迅速。因此我们分度头由开始的手动分度头发展为现今更多的自动分度头，如气动分度头等等。随着社会的发展，分度头的发展前景也越发的被人看好。

二、万能分度头基本情况介绍

2.1万能分度头概述

作为铣床上的重要附件和夹具，分度头在铣削加工中得到了广泛的应用。铣床中分度头的种类较多，有直接分度头、简单分度头和万能分度头等。按是否具有差动挂轮装置，分度头可分为万能型（FW型）和半万能型（FB型）两种，其中，万能分度头使用最为广泛。

2.2万能分度头型号

铣床上使用的主要是万能型分度头。万能分度头的型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。常用的有FW63、FW80、FW100、FW125、FW200和FW250等，FW250型分度头是铣床上最常用的一种。代号中F代表分度头，W代表万能型，250代表分度头夹持工件的最大直径，单位为mm。

2.3 万能分度头配带附件

尾座1件

千斤顶1件

分度盘2件

法兰盘1件

挂轮12件：齿数 25、25、30、35、40、50、55、60、70、80、90、100

2.4 万能分度头的分度方法

2.4.1直接分度法

可利用分度盘主轴上360°刻度盘对工件进行了分度或等分，分度值为1°。分度时，先将蜗杆脱开蜗轮，用手直接转动分度头主轴进行分度。分度头主轴的转角由装在分度头主轴上的刻度盘和固定在壳体上的游标读出。分度完毕后，应用锁紧装置将分度主轴紧固，以免加工时转动。该方法往往适用于分度精度要求不高、分度数目较少（如等分数为2、3、4、6）的场合。

2.4.2简单分度法

在万能分度头内部，蜗杆是单线，蜗轮为40齿。分度中，当摇柄转动，蜗杆和蜗轮就旋转。当摇柄（蜗杆）转40周，蜗轮（工件）转一周，即传动比为40︰1，“40”称为分度头的定数。各种常用的分度头都采用这个定数。

2.4.3角度分度法

角度分度法是单式分度法的另一种形式。它是以工件所需分度的角度为依据来进行分度的。已知分度手柄转40转，主轴转一转（360°），若分度手柄转一转，则主轴只转过9°，由此可得n=θ/ 9°。

2.4.4差动分度法

差动分度法用于加工单式分度法无法分度的直齿轮和一般零件等。这种分度方法的特点是用挂轮把分度头主轴和侧轴联接起来，并松开分度盘的紧固螺钉（图2），这样当分度手柄转动的同时，分度盘随着分度手柄以相反（或相同）方向转动，因此分度手柄的实际转数是分度手柄相对分度盘的转数与分度盘本身转数之和。

2.4.5直线移距分度法

直线移距分度法适用于加工精度较高的齿条和直尺刻线等的等分移距。这种分度方法就是把分度头主轴或侧轴和纵向工作台丝杠用挂轮连接起来，移距时只要转动分度手柄，通过齿轮传动，使工作台作精确的移距。

三、万能分度头尾座结构设计

3.1 设计任务

拆装万能分度头，了解内部结构

画出三维模型图

画出部分零件图和装配图

编写设计说明书

3.2 万能分度头工作环境

用于铣床，属于铣床附件中的夹具，来改变工件角度。本次设计为FI 1160A型万能分度头，分度头主轴中心髙到地面距离为100mm左右。

3.3 确定设计各参数

本次设计的万能分度头，中心高可调，顶尖可微调，要求结构简单、紧凑，满足相关性能指标。

3.4 尾座结构设计

3.4.1底座设计

底座是铸造件，外观尺寸也不是重要的尺寸，所以在整个过程中外观尺寸都圆整为了整数，底座的主要尺寸为两侧板间的尺寸。为了保证定位块能在两侧板间调整且能通过螺栓锁紧，定位块与底座间的配合为间隙配合且要有合理的间隙，经查手册最终取H9/e8 的配合公差。底座与定位块配合的部位表面粗糙度要求较高，考虑到加工精度和成本，查手册该部位表面粗糙度等级取为 1.6，其余表面为去除毛刺处理。为保证与分度头尾座良好的定位，保证加工精度，底座下底面要有一定的平面度要求，查手册取平面度公差为0.02。

3.4.2顶尖设计

顶尖，在使用中经常用到的定位元件，它可以帮助主轴一起限制工件的自由度，并提起到定心的作用，因此要求较高的精度，在使用中要使尾座的轴心线与机床主轴的轴心线保证较高的同轴度在进行工件的加工过程中多采用前后顶尖来支承工件，来确定工件的旋转中心并承受刀具作用在工件时的切削力。顶尖是机械加工中机床的重要部件，它可对端面复杂零件和不允许打中心孔的零件进行支承。顶尖的一端可以顶中心孔或管料的内孔，另一端则放入到尾座套筒内。顶尖一般由专门的工厂生产，我们只要根据自己的需要买产品。

顶尖作为分度头尾座定位部件，夹紧工作的核心部件，其精度的大小直接影响到其工作的稳定性和精度；在整个图形绘制完毕之后依照零件草图、装配图，标出尺寸

及尺寸公差，再对有配合的地方选定表面粗糙度和形位公差，对于形位公差的选定，主要是要保证顶尖切槽的轴线和顶尖轴线的垂直度。查表可将其选为0.012；其配合公差选为h6 主要是因为与之相配合的定位块滑槽（公差为H7）要有相对运动，为间隙配合，但间隙又不能太大，且要较好的对准中心。其粗糙度的选择是根据其配合、加工精度等要求来选定的。

3.4.3顶紧螺钉设计

顶紧螺钉的圆盘面与顶尖尾部的半圆槽面直接接触，圆盘推动顶尖移动来顶紧工件。为避免圆盘和顶尖尾部的半圆槽面磨损过快以及保证传动平稳和加工精度，顶紧螺钉圆盘面应具有较高要求的表面粗糙度以及形位公差（端面圆跳动），考虑到加工成本经查手册去最终取盘面表面粗糙度为 3.2，圆盘面对轴线的端面圆跳动公差取为0.12。铣床分度头尾座工作时要承受较大的切削力，顶紧螺钉应具备一定的强度刚度以及耐磨性，经查资料取顶紧螺钉材料为45号钢，且需经热处理和发蓝。

3.4.4定位块设计

定位块也是分度头尾座的重要零件，定位块与底座间隙配合，配合精度为间隙配合且要有合理的间隙，经查手册最终取H9/e8 的配合公差。而其还要与顶尖相配合，为小间隙配合，且要对准中心，经查手册可以选取H7/e6 的配合公差。然后对粗糙度有较高要求的平面主要为与顶尖相配合的滑槽平面，底座相接触的两侧面以及底面，查考图例可以选择粗糙度为1.6，其他的为12.5。

3.4.5夹紧螺钉设计

夹紧螺钉材料为45 号钢，并由于其工作要求，应满足一定的刚度要求，参照图例要有以下技术要求：经过淬火处理，HRC为35-40且表面发蓝。

3.4.6手轮设计

手轮的作用是通过对其的旋转来控制螺钉相对定位块的位置，从而来控制顶尖相对于定位块的位置。其中由于其要与螺钉间隙连接，根据其要求查手册可选其配合公差为 H9/e8;其表面粗糙度由于要与螺钉配合可以选为 3.2，而其各个侧面由于对其工作精度影响不大，为了节约加工成本可以取得大一点，可以选为 6.4。

3.4.5孔的设计

由于尾座孔的配合精度较高，为了减轻磨损，需要对表面进行润滑，减少摩檫，防止产生磨粒磨损。摩擦不仅损坏配合表面的品质，而且会导致疲劳裂纹的萌生，从而急剧地降低零件的疲劳强度。而在摩擦表面加入润滑剂不仅可以降低摩擦、减轻磨损、保护零件不遭腐蚀，而且能起到散热降温的作用。采用润滑油来润滑时，润滑油膜可起到缓冲吸热的功能。而采用膏状的润滑脂，既可以防止内部的润滑剂的外泄，又可以阻止朵质侵入避免加剧零件的磨损，起到密封的作用。因而润滑油或润滑脂的

供应方法在设计中很重要。本设计中尾座两端采取了一定的密封性设计，因此可采用比较简单的压配式注油杯系统来进行间歇行的润滑，即满足尾座体孔和滑键与滑键槽的润滑要求。由于对注油孔的加工精度要求不是很高，因此，在对注油孔的设计及加工中不需要考虑过多的形位精度要求，仅保持与滑键孔的位置关系即可。

四、万能分度头顶尖尾座图形绘制

4.1 绘制装配体

铣床分度头尾座是一种定位，夹紧装置，主要应用于零件的加工装置中。他的工作原理为：首先是将其底座固定于铣床之上，然后再根据待加工件的定位，夹紧要求，拧松定位块上的螺栓，调整定位块的位置，当处于正确位置时，在旋转手轮，使螺杆相对于定位块向里前进，从而带动顶尖，向前运动，以致达到对待加工件的定位夹紧要求。当加工完成时，再反方向旋转手轮，使顶尖后退，即可解除夹紧，拿出加工件，进行下一步加工。了解了铣床分度头尾座的结构和工作原理之后，便可一开始装配体的测绘与零件图的绘制。

4.1.1零件测绘草图

除标准件需要在测其主要尺寸后查表外，装配体中的每一个零件都需要根据零件的内外特征结构，选择合适的表达方案画出其草图，通常由于测绘工作一般都是在机器所在的场合进行，所以经常采用目测的方法徒手绘制零件草图，但由于手绘的基础不够，还必须借助于工具，将画草图的过程换成了制图的过程。

（1）零件的拆卸：首先是将固定定位块的两螺栓的螺母拧松，并拆下螺母，垫片以及螺杆，然后就可以取下还与顶尖连接于一起的定位块；再拧松并拆下夹紧螺钉；然后再拧动手轮，直至螺钉脱离定位块，此时就可从定位块中取出顶尖，同时可以取出圆柱销；最后通过取出定位销，可以使手轮从螺钉上分离下来。放好所有拆下的零件，观察其结构，了解各部件的组装关系，根据铣床分度头尾座的工作原理来推理需要配合的表面，从使用性能和手感上了解零件的表面粗糙度的大小。

（2）画各零件草图：包括下底座的测绘；定位块的测绘；夹紧螺钉的测绘；顶尖的测绘；

圆柱销的测绘；螺钉的测绘；手轮的测绘；以及定位销，垫片的测绘。

（3）仔细检查，注意倒角、沉孔、螺纹的绘制。

（4）根据工作需要，并按零件图内容的要求，标注某些重要的参数，如查表螺纹代号、公差直径、基本尺寸、配合种类、表面粗糙度，以及一些有形位公差要求的表面。

4.1.2 画装配图

根据装配示意图和零部件草图绘制装配图，这是测绘的主要任务。装配图不仅要求表达出装配体的工作原理和装配关系以及主要零件的结构形状，还要检查零件草图上的尺寸是否协调合理。在绘制装配图的过程中，若发现零件草图上的形状或尺寸有错，应及时更改后方可画图。装配图画好后必须注明该机器或部件的规格、性能及装

配、检验、安装时的尺寸，还必须用文字说明或采用符号标注形式指明机器或部件在装配调试、安装使用中必需的技术条件。最后应按规定要求填写零件序号和明细栏、标题栏的各项内容。

4.1.3 画零件图

根据装配图和零件草图绘制零件图，注意每个零件的表达方法要合适，尺寸应正确、可靠。零件图技术要求采用类比法，也可按指导教师的规定标注。最后应按规定要求填写标题栏的各项内容。

4.1.4计算机绘图步骤及要求

首先绘制装配 CAD图，再绘制零件 CAD图，最后绘制所有零件立体建模图并对其进行装配。CAD所有图纸要求表达清晰准确，不多尺寸同时不少尺寸，在零件的重要位置保证好合理的形位公差和表面粗糙度，并做适度的技术要求。

4.2工程图纸的审查与出图

4.2.1二维装配图

（1）按装配图明细表的序号，清点零件图是否齐全，图号、材料、名称、件数是否一致。

（2）核对零件尺寸（此项工作在画装配图时已进行）要特别注意零件图和装配图的配合尺寸是否一致，轴向方向的累加尺寸是否一致。总之，在审核图纸时，应对照零件图和装配图的相应部分进行，这样才容易发现错误。在实际工作中审图的工作是大量的，涉及知识面也很广，这些知识要在实践中不断积累，逐步提高，以便适应实际工作的需要。

经最后审核后，最终装配CAD图如下图所示：

图4-1 分度头尾座总装结构图

4.2.1底座三维建模

根据底座的实体结构及CAD二维图，底座主要尺寸基准是下底面以及两侧板的中心对称平面，为了便于建模，把模型的对称平面与坐标X-Z平面重合，下底面与X-Y 平面重合。

建模步骤：

1、绘制底座的下底板结构。首先绘制下底板草图，再通过拉伸操作建立底板三维模型。

2、绘制底板前后两半圆，通孔草图，通过拉伸-求差布尔运算得到底板前后两通孔。

3、绘制前后两凸台草图，通过拉伸-求和建立凸台模型。

4、通过草图-拉伸建立两侧板模型。

5、通过草图-拉伸-求差建立侧板通孔。

6、最后给模型到圆角。

图4-2 底座

4.2.2定位块三维建模

为了便于建模，把定位块的对称平面建立在X-Y平面上，并且把定位块的主要设计基准平面与三维坐标的Y-Z平面重合。

建模步骤：

1、绘制定位块外轮廓草图-拉伸得到定位块外轮廓实体模型。

2、通过草图-拉伸-求差布尔运算绘制定位块底部轨道结构。

3、通过草图-拉伸-求差布尔运算绘制定位块前侧凹槽结构。

4、通过草图-拉伸-求差布尔运算绘制定位块顶尖导槽结构结构。

5、最后打夹紧螺钉、两螺栓通孔以及定位销孔。

图4-3 定位块

4.2.3顶尖三维建模

考虑到模型的尺寸基准以及建模的方便性，建模时把Z轴与圆柱体轴线重合，坐标X-Y平面与圆柱体左端面重合。

建模步骤：

1、草图-拉伸得到圆柱体模型。

2、草图-旋转-修剪实体得到顶尖锥体结构。

3、草图-拉伸片体-剪切实体得顶尖上部平面。

4、草图-拉伸-求差布尔运算得定位槽。

5、草图-拉伸-求差布尔运算得顶尖尾部档槽。

4.2.4顶紧螺栓建模

顶紧螺栓主要尺寸基准为中心轴线以及圆柱端面，建模时让Z轴与轴线重合，X-Y平面与圆柱端面重合。

建模步骤：

1、草图-拉伸得到Φ16螺纹圆柱体模型。

2、草图-拉伸得到Φ40档盘圆柱体模型。

3、打Φ4圆柱销孔。

4、绘制M16螺纹。

5、倒其余斜角。

4.2.5三维装配图建模

定位块能在底座两侧板间上下调整，顶尖能轴向运动，顶紧螺钉和手轮能绕自身旋转且轴向运动推动顶尖移动，根据上述的要求通过装配约束进行相应零件自由度限制。

1. 以底座作为装配的基础。

2. 装配定位块部件，通过装配约束-接触对齐，约束定位块对称面与底座对称面重合，且约束定位块两螺纹孔轴线与底座中间两通孔半圆轴线重合。

3. 装配定位块上的定位圆柱销，通过装配约束-接触对齐使销与销孔轴线重合，再约束销底面与销孔地面距离为0。

4. 装配顶尖，通过装配约束使得顶尖圆柱体轴线与定位块槽轴线重合且约束顶尖上平面与定位块上平面平行。

5. 装配顶紧螺钉，通过装配约束-接触对齐约束顶紧螺钉轴线与螺纹孔轴线共线，且约束顶紧螺钉推盘与顶尖尾部半圆槽一侧的距离为0。

6. 装配手轮，通过装配约束接触对齐约束手轮与顶紧螺钉轴线共线，且约束手轮销孔轴线与顶紧螺钉上的销孔轴向共线。

7. 最后装配剩余的圆柱销、螺栓、垫片、螺母标准件。

图4-4 三维装配图

总结

通过本次设计结构设计，我学到了很多东西，也从侧面了解了一些书本上学不到的机械小常识，对我今后走机械这条路有着很大的指引作用。

我根据拆装的万能分度头来了解分度头内部结构，和理解设计该分度头人设计时的理念，从而让我们实际的接触设计这门技术，对今后的发展起到一定的作用。在通过大量浏览有关书籍后，觉得许多的理论知识和技术有了很明显的进步。同时我们利用三维软件画出了自己万能分度头的三维模型，用CAD绘制出自己型号的零件图，进而更加直观的理解了内部结构，设计方面要注意的细节问题，加强的自身的设计水平和素养。

在本次课程设计过程中，使我们看到了虽然碰到很多的困难，但在指导老师的帮助下受益颇深。

心得体会

课程设计的顺利完成除了自己付出的汗水外，还有指导老师的辛勤教诲。在这里我要特别感谢老师，谢谢他们在百忙之中对我的指正和教导，也因此使我在设计后的学习与人生的道路上向着更高更深层次地方向前进！

指导老师知识渊博、平易近人经常利用休息时间为我指导。我在画图方面基础很差，老师仔细审阅我的CAD图纸，指出一系列的问题，使我的图纸得到完善，再次向老师表示衷心的感谢。

再次感谢所有给予我帮助的人。

参考文献

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