仿形車床設(shè)計(jì)說明書

1、摘 要本設(shè)計(jì)涉及到車床，更特別涉及到的仿形車床。本次設(shè)計(jì)針對一零件手柄做專用機(jī)床的設(shè)計(jì)，它結(jié)合了傳統(tǒng)車床的優(yōu)點(diǎn)和現(xiàn)代技術(shù)的先進(jìn)，能有效地提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，非常有研究意義。在車床領(lǐng)域，仿形一直采用的解釋就是以事先制成的靠模為依據(jù)，加工時(shí)觸頭對靠模表面施加一定的壓力，并沿其表面上移動(dòng)，通過仿形機(jī)構(gòu)，使刀具作同步仿形動(dòng)作，從而在零件上加工出與靠模相同的型面。在已知的仿形車床的類型中控制是有一可繞固定在溜板上的軸旋轉(zhuǎn)地凸輪完成。這凸輪的旋轉(zhuǎn)由溜板的縱向移動(dòng)通過傳遞的方式實(shí)現(xiàn)，它包括一對固定在凸輪軸上的齒輪對車床床身縱向處理機(jī)架。因而，當(dāng)溜板相對車床床身縱向移動(dòng)時(shí)，凸輪旋轉(zhuǎn)，橫向移動(dòng)溜板。當(dāng)觸角在

2、接觸凸輪時(shí)，安裝在溜板上的凸輪軸遵循觸角的部分路徑，與溜板位移同步移動(dòng)的凸輪沿其半徑橫向移動(dòng)，從而為準(zhǔn)確地再現(xiàn)了工件輪廓選擇橫向或斜位放行導(dǎo)軌的位置。本系統(tǒng)的不便之一是控制凸輪輪廓完全不同于工件呈現(xiàn)的最后的輪廓。目前現(xiàn)有的其他類型的車床，控制輪廓最好的方法是用相同的工件進(jìn)行仿形，如一 模片或模板。這些輪廓控制工具是安裝在車床的機(jī)架上，并參照作為溜板的縱向位移的機(jī)能，工件的軸向確定仿形導(dǎo)軌橫向或斜向的位置。在溜板縱向進(jìn)程中觸角沿輪廓滑動(dòng)，旨在體現(xiàn)模板或模塊在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中直徑上的變化。為了再現(xiàn)傾向于兩個(gè)不同直徑間的工件軸肩的突變輪廓如肩膀或面，仿形導(dǎo)軌相對于工件軸向斜向放置。眾所周知，這種仿形導(dǎo)

3、軌的軌道被安裝在溜板上便于加工。所以，本次簡易手柄仿行車床的設(shè)計(jì)就是運(yùn)用靠模的方法來實(shí)現(xiàn)對零件手柄的加工。本次設(shè)計(jì)的目的在于更有效的控制加工零件外形，提高仿形車床的實(shí)用性、效率和簡明性。雖然仿形車床加工的加工精度高，生產(chǎn)率也高，但設(shè)備與靠模較復(fù)雜，成本高，主要用于成批生產(chǎn)中加工較高要求的成形面。在本次設(shè)計(jì)中針對零件的復(fù)雜外形的同時(shí)，也要提高仿形車床的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與機(jī)床的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞：仿行車床、簡易手柄、靠模機(jī)構(gòu)、輪廓1 / 44英文摘要 AbstractThe present invention relates to lathes and more particularl

4、y to copying having automatic control cycles.In the field of lathes it has been the general practice to employ copying meansIn certain types of known copying lathes the control contour is composed of a cam rotatably mounted on an axis fixed to the carriage. This cam is rotated by the longitudinal di

5、splacement of the carriage through the means of a transmission which comprises a toothed pinion fixed on the axis of the cam driven by a rack longitudinally disposed on the bed of the lathe.Thus,when the carriage is longitudinally displaced on the bed,the cam is rotated so as to transversally move t

6、he carriage.The axis of the cam is mounted on the carriage on a portion of the path followed by the feeler when the feeler comes in contact with the cam,it is moved by the transverse in the radius of this cam which are synchronized with the displacement of the carriage and thus determine the transve

7、rse or oblique position of the copying slide for accurately reproducing the chosen contour on the workpiece.One of the inconveniences of this system is that the contour of the control cam is entirely different than the final contour which is to be reproduced on the workpiece.on other types of presen

8、tly available lathes,the contour of the control means is preferably the same as that of the workpiece to be reproduced, such as pattern piece or templates.These contoured control means are mounted on the frame of the lathe and determine the transverse or oblique position of the copying slide with re

9、ferences to axis of the workpiece as a function of the longitudinal position of the carriage.The feeler slides along the contour during the longitudinal advancement of the carriage and acts to reflect the variations in diameter of the pattern piece or the template during the course of this movement.

10、In order to reproduce abrupt contours such as shoulders or faces inclined to the axis of the workpiece between two different diameters,the copying slide is generally obliquely displaced with respect to the axis of the workpiece.It is also known that the slide bars of this copying slide may be mounte

11、d so as to swivel on the carriage.Keyword：copying lathes、simple handle、contour、composed of a cam 目 錄摘 要11 引言61.1課題概述61.1.1課題背景61.1.2課題發(fā)展概況及存在問題71.2專用機(jī)床設(shè)計(jì)理論81.2.1靠模仿形機(jī)構(gòu)原理.8 1.2.2專用機(jī)床設(shè)計(jì)方法.91.3課題分析及設(shè)計(jì)方案112簡易手柄仿形車床詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)142.1零件分析及刀具選擇:142.2切削用量的選擇.142.3電機(jī)選型152.3.1電機(jī)功率計(jì)算152.3.2電機(jī)選擇162.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算162.4.

12、1各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算162.4.2帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算162.4.3齒輪部分參數(shù)計(jì)算182.4.4 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核212.4.5液壓系統(tǒng)計(jì)算262.5鍵的選擇及其校核332.5.1軸鍵的選擇及校核332.6軸承校核342.6.1 主軸軸軸承選用及校核273 結(jié)束語374 致謝385 參考文獻(xiàn)291 引言我這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是簡易手柄的仿行車床的設(shè)計(jì)，經(jīng)過調(diào)研課題、查閱資料、工廠實(shí)習(xí)，我認(rèn)識這個(gè)課題是接近實(shí)際生活、工作之中的一個(gè)實(shí)踐。在設(shè)計(jì)中不斷地查閱資料、復(fù)習(xí)課本，對這個(gè)課題我有了深入的認(rèn)識，我也體會(huì)到工作是一個(gè)深入學(xué)習(xí)的過程，我們在遇到問題、解決問題的過程中成長。在簡易手柄仿行車床的設(shè)計(jì)中，我

13、們大學(xué)所學(xué)到的知識得到了鞏固，我對設(shè)計(jì)有了更深入的理解，同時(shí)這次設(shè)計(jì)也使我在大學(xué)所學(xué)習(xí)的東西有了一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié)，更植入了新的認(rèn)識與體會(huì)。在本次設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)有兩大塊：傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主要運(yùn)用專用機(jī)床設(shè)計(jì)理論來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可行性與創(chuàng)新。1.1課題概述本課題是“簡易手柄仿形車床設(shè)計(jì)”，作為專用機(jī)床的設(shè)計(jì)，我不僅要考慮國內(nèi)外仿形機(jī)床的發(fā)展概況，還要考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與進(jìn)給機(jī)構(gòu)等專用機(jī)床各個(gè)機(jī)構(gòu)的可行性與創(chuàng)新，所以要深入社會(huì)了解工件的性能要求及發(fā)展前景。1.1.1課題背景目前在國內(nèi)，主要采用的依舊是普通車床。但隨著科技的發(fā)展，產(chǎn)品外形的多樣化與復(fù)雜化，自動(dòng)化程度的加深，數(shù)控等技術(shù)的出現(xiàn)，普通

14、機(jī)床的應(yīng)用使得一些特殊形狀的工件、大批量生產(chǎn)的工件的加工過程存在復(fù)雜或者生產(chǎn)周期長、效率低等問題。這些問題直接影響的是產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，影響公司的效益。尤其是國內(nèi)機(jī)械的現(xiàn)狀迫切需要高效率的機(jī)械來是實(shí)現(xiàn)機(jī)械行業(yè)更新。我國機(jī)械制造業(yè)中仿形車床的構(gòu)成比 ,遠(yuǎn)比其他工業(yè)發(fā)展國家為小 ,使用還很不普遍。非金屬仿形車床和非圓仿形車床在我國還是空白,國外有這種產(chǎn)品,實(shí)際上在我國當(dāng)前也很需要。有很多復(fù)雜曲面和非圓旋轉(zhuǎn)體零件,需用仿形加工。而用非圓仿形車床加工非圓體零件和其它加工設(shè)備相比較,具有無可媲美的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在目前的生活中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)手柄是很常見、常用的，可以大批生產(chǎn)，也可以小批量生產(chǎn)。但為了更利于使用與

15、美觀的考慮手柄都設(shè)計(jì)成曲面，但是在普通車床中實(shí)現(xiàn)手柄輪廓的光滑性就困難一些。但在仿形車床中這個(gè)問題就不存在，我們選用成型車刀就很容易加工。所以，我選擇的課題是“簡易手柄仿形車床設(shè)計(jì)”，通過設(shè)計(jì)，手柄的外形就不再是人們擔(dān)心的問題，同時(shí)仿形車床也可以提高生產(chǎn)力，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。這是在普通車床上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，使設(shè)計(jì)更優(yōu)化。在我國，仿行車床的應(yīng)用只在局限在一些簡單的行業(yè)，比如食品業(yè)，以饅頭機(jī)為例，應(yīng)用的就是成型技術(shù)；在生活中常見的又如蜂窩煤機(jī)，也是成型技術(shù)的應(yīng)用。但實(shí)際上仿形車床的在我國的應(yīng)用之停留在很低的水平。但在國外，仿行車床的應(yīng)用就很廣，技術(shù)也很先進(jìn)，比如汽車行業(yè)。由于數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)和刀具材料的

16、發(fā)展,還開創(chuàng)了仿形技術(shù)的新領(lǐng)域。早期仿形車床結(jié)構(gòu)較簡單 ,一般具有一個(gè)仿形刀架和一個(gè)橫切刀架仿形車削基本上是單刀進(jìn)行,加工效率低,性能較簡單,且往往在萬能性車床上,增加仿形裝置附件,擴(kuò)大工藝范圍和性能。還有的仿形車床設(shè)有兩個(gè)以上仿形刀架 ,可以同時(shí)進(jìn)行順序仿形（順仿）、對應(yīng)仿形（對仿）加工,即提高了仿形加工效率和加工精度。意大利杜普洛馬蒂克（Duplomatic）公司發(fā)展了一種無角度限制仿形裝置,可以仿形車削正、反直角臺(tái)肩和沉切（ 角度小于90°）型面零件,使仿形車削范圍更加寬廣。1.1.2課題的發(fā)展概況及存在的問題目前，隨著數(shù)控，單片機(jī)等高科技的發(fā)展，仿形車床的未來也是光明的。在國

17、內(nèi)外越來越多的企業(yè)公司應(yīng)用在生產(chǎn)中成型技術(shù)。同時(shí)仿形車床還在向多刀、多軸高效切削方向發(fā)展,即形成多刀多軸仿形車床。機(jī)床除裝有多個(gè)刀架外,還有雙主軸和三主軸結(jié)構(gòu)形式,可同時(shí)加工兩個(gè)或三個(gè)零件。三軸仿形車床一般無尾架，主要用于加工盤、環(huán)類零件。這些仿形車床具有功率大,剛性好,自動(dòng)化程度高,能適應(yīng)高速強(qiáng)力切削,刀具可快換和機(jī)外對刀,輔助加工時(shí)間短,生產(chǎn)效率高。如瑞士GF公司KDM系列仿形車床配置穿孔帶順序控制系統(tǒng)。杜比特(DOBIED)公司522G、522P和523型數(shù)控仿形車床,日本西部電機(jī)工業(yè)公司ACE20/50型數(shù)控自動(dòng)仿形車床,西德舍勒爾（Schaerer）模擬數(shù)控自動(dòng)仿形車床,意大利西克梅

18、（Sicme） 西德HEYCOMAT以及我國CK7120型數(shù)控仿形車床均裝有點(diǎn)位數(shù)控系統(tǒng) 。但這些先進(jìn)的設(shè)備只是被使用在很少一部分外形非常復(fù)雜的曲線、曲面工件的加工中，在我們平時(shí)生活中還有很多外形復(fù)雜，加工困難的產(chǎn)品沒有運(yùn)用這一技術(shù)。所以這次的設(shè)計(jì)課題是以我們生活中常見、常用簡易手柄作為工件來設(shè)計(jì)的仿形車床。在這次設(shè)計(jì)中主要存在兩個(gè)問題：一是在普通的車床中，主軸箱是多級轉(zhuǎn)速，并且為無極變速或多級變速，在本次設(shè)計(jì)中，我是要針對特定的工件的工序設(shè)計(jì)主軸箱，所以主軸的轉(zhuǎn)速要符合該道工序的轉(zhuǎn)速，符合該道工序的加工工藝要求，所以在該道工序中應(yīng)取合適的工藝參數(shù)，合理計(jì)算。主要注意主軸的軸向竄動(dòng)，注意各個(gè)零

19、件的工作壽命等；二是靠模機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，在本次設(shè)計(jì)中，靠模機(jī)構(gòu)是加工工件的關(guān)鍵，所以靠模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要考慮到模型的精度與尺寸，在理論上靠模的理論輪廓線與工件的素線形狀要完全一樣，另外要考慮到加工過程中的刀具的走刀路徑不發(fā)生干涉或碰刀，靠模中要在輪廓的開頭與結(jié)尾加上一段，以解決這個(gè)問題。1.2專用機(jī)床設(shè)計(jì)理論專用機(jī)床是加工某種特定零件、完成某些特定工序的專用性機(jī)床。它有利于實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化，組成生產(chǎn)自動(dòng)線，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和自動(dòng)化程度的提高，專用機(jī)床目前在生產(chǎn)中的應(yīng)用已愈來愈廣。所以，專用機(jī)床的數(shù)金額及理論是我們必須掌握的知識。1.2.1靠模機(jī)構(gòu)原理仿形加工以事先制成的靠模為

20、依據(jù)，加工時(shí)觸頭對靠模表面施加一定的壓力，并沿其表面上移動(dòng)，通過仿形機(jī)構(gòu)，使刀具作同步仿形動(dòng)作，從而在模具零件上加工出與靠模相同的型面。常用的仿形加工有仿形車削、仿形刨削、仿形銑削等。在這里我們認(rèn)識的是放行車削的靠模機(jī)構(gòu)原理。在仿行車削時(shí)，仿形加工有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一是成形刀具加工成形面，采用成形刀具加工是指用切削刃的形狀與工件輪廓形狀完全相同的刀具直接加工出成形面。加工時(shí)，刀具相對于工件作簡單的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。例如用成形車刀車成形面 和成形銑刀銑成形面 ；二是簡單刀具加工成形面也就是利用普通刀具對工件特定的相對運(yùn)動(dòng)來加工成形面。它的控制方式，可以有手動(dòng)控制，也可以用靠?；蚍滦窝b置進(jìn)行控制加工。第

21、二種實(shí)現(xiàn)就是我們在這里要認(rèn)識的靠模加工。這種方法的加工精度高，生產(chǎn)率也高，但設(shè)備與靠模較復(fù)雜，成本高，主要用于成批生產(chǎn)中加工較高要求的成形面。這也是我在這次設(shè)計(jì)中要?jiǎng)?chuàng)新的一個(gè)點(diǎn)，把靠模法仿形加工運(yùn)用到生活中的產(chǎn)品加工。運(yùn)用靠模機(jī)構(gòu)仿行加工原理如圖所示，以樣板或模型，作仿形車削的靠模；加工時(shí)，采用仿形觸頭作用于靠模的型面上作靠模運(yùn)動(dòng)，與其聯(lián)動(dòng)的車刀，則作與仿形觸頭同步仿形車削運(yùn)動(dòng)?？磕？煞譃槠矫婵磕：土Ⅲw靠模。平面靠模用于平面輪廓的仿形，它指放大圖、樣板等。平面輪廓仿形用的樣板，通常用0.51厚的鋼板或塑料板作為靠模材料，由鉗工按劃線加工而成；立體靠模用于三維復(fù)雜表面的仿形，在模具型腔的加工中主

22、要使用立體靠模。常用的仿形觸頭有如下三種： 圓柱形觸頭，以圓柱面為仿形基準(zhǔn)面，用于平面輪廓和型腔底 部清根的仿形； 球頭形觸頭，以球頭為仿形基準(zhǔn)，用于三維型腔的表面加工，可保證在任何方向上觸頭與靠模曲面都成法向接觸； 錐形球頭觸頭，以球頭為仿形基準(zhǔn)，用于曲率半徑較小的深型腔復(fù)雜型面的立體仿形。常用材料:仿形觸頭可用鋼、硬鋁、銅或塑料制成，其工作表面應(yīng)具有一定的硬度，并經(jīng)拋光。靠模板設(shè)計(jì)的技術(shù)要求:(1)觸頭的傾斜角應(yīng)小于靠模工作面上的最小斜角，仿形觸頭頭部半徑R應(yīng)小于靠模工作面上的最小半徑r。 (a)錐形球頭觸頭：< (b) 圓柱形球頭觸頭：R<r正確 圖二(2) 仿形觸頭的形狀還

23、應(yīng)與車刀形狀相適應(yīng)，其直徑差別見圖所示。仿形觸頭的直徑D可按下式確定: D2（e） 車刀直徑（）； 型腔加工后需留的鉗工修正量； e由于觸頭偏移的修正量。1.2.2專用機(jī)床設(shè)計(jì)方法專用機(jī)床的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)：總體設(shè)計(jì)與零部件的設(shè)計(jì)。首先，分析工件的加工工藝，制定工件的工藝路線，包括制定工藝方案的原始條件的分析、毛坯的選擇、定位基準(zhǔn)的選擇、加工方案的選擇、工序尺寸的確定。在得到工藝路線后我們 要根據(jù)手冊及計(jì)算參數(shù)選擇刀具，并確定切削用量?？紤]到現(xiàn)有手冊的的完整性，我們可以跟據(jù)已有的仿行車床的加工參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)有的仿行車床的規(guī)格來選取切削用量。參照已有的仿形車床的規(guī)格及參數(shù)，型號最大工件直徑&

24、#215;最大工件長度(毫米)最大加工直徑(毫米)加工最大長度(毫米)刀架行程主軸轉(zhuǎn)速電機(jī)功率(千瓦)重量(噸)尺寸長×寬×高(毫米)床身上刀架上主軸孔直徑小刀架縱向(毫米)橫向(毫米)級數(shù)范圍(轉(zhuǎn)/分)電機(jī)總?cè)萘棵貎糁谻6132320×75035019052750140-2551620-16001.644.181.31.72260×1300×1605C6132D320×1000350190521000140-2551620-16001.644.181.41.852510×1300×1605C6132E320&#

25、215;750320175407501207002401230-14001.62.5/2.844.091.31.12106×1152×1586C6132E320×10003201754010001209002401230-14001.62.5/2.844.091.41.22356×1152×1586C6132E-1340×750340190527501207002401228-1506331.62.5/2.8/44.06/4.591.351.152106×1152×1596CW6132320×750320

26、1903875014075017518180015-16001.644.251.551.42200×1020×1490CH6132320×75035019050750-1000145750215935-18001.644.1251.51.352300×910×1330由于仿形車床是在普通車床的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，并且車床事經(jīng)過社會(huì)實(shí)踐認(rèn)可的可以信賴的設(shè)計(jì)，對我的設(shè)計(jì)有很大的參考價(jià)值，它的設(shè)計(jì)有著廣泛的前景和豐富的可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。其設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是，在完成總體的設(shè)計(jì)方案以后，就指各個(gè)主要零部件的設(shè)計(jì)、安裝、定位等問題，并對個(gè)別零件進(jìn)行強(qiáng)度校核和試驗(yàn)。并在

27、相關(guān)專題中，對零部件的壽命延長進(jìn)行比較詳細(xì)的分析。在各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)中，要包括材料的選擇、尺寸的確定、加工的要求，結(jié)構(gòu)工藝性的滿足，以及與其他零件的配合的要求等。在強(qiáng)度的校核是，要運(yùn)用的相關(guān)公式，進(jìn)行危險(xiǎn)部位的分析、查表、作圖和計(jì)算等。并隨后對整體進(jìn)行安裝、工作過程以及工作后的各方面的檢查，同時(shí)兼顧到維修、保險(xiǎn)裝置等方面的問題，最后對兩個(gè)主要工作零件的加工精度、公差選擇進(jìn)行分析，以保證專用機(jī)床的最終設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。1.3課題分析及設(shè)計(jì)方案本課題是“簡易手柄仿形車床設(shè)計(jì)”，作為專機(jī)，我不僅要考慮設(shè)備的仿形機(jī)構(gòu)，還要考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與進(jìn)給機(jī)構(gòu)。零件如圖所示。 圖三1.3.1課題分析根據(jù)仿形車床的

28、工作原理，考慮到零件的外形與加工工藝，設(shè)計(jì)中需要完成幾大塊內(nèi)容。一是：仿行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在本次課題中選用靠模法加工；二是傳動(dòng)系統(tǒng)，在本次設(shè)計(jì)中，由于是專機(jī)設(shè)計(jì)，所以我們的傳動(dòng)路線較簡單，我們只需設(shè)計(jì)出快進(jìn)、工進(jìn)、快退的三條傳動(dòng)鏈即可。所以我們的溜板箱、進(jìn)給箱、床身等都比較簡單。且這樣的設(shè)計(jì)也易實(shí)現(xiàn)。在普通的車床中，主軸箱是多級轉(zhuǎn)速，并且為無極變速或多級變速，在本次設(shè)計(jì)中，我是要針對特定的工件的工序設(shè)計(jì)主軸箱，所以主軸的轉(zhuǎn)速要符合該道工序的轉(zhuǎn)速，符合該道工序的加工工藝要求，所以在該道工序中應(yīng)取合適的工藝參數(shù)，合理計(jì)算。主要注意主軸的軸向竄動(dòng)，注意各個(gè)零件的工作壽命等。（1） 切削運(yùn)動(dòng)分析 在本次仿

29、形機(jī)床的設(shè)計(jì)中切削運(yùn)動(dòng)分為主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是車削中工件的轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)主運(yùn)動(dòng)有主軸帶動(dòng)工件繞X方向旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的移動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)有溜板帶動(dòng)刀架做沿X向德縱向移動(dòng)與沿Y向的橫向進(jìn)給。 仿形時(shí)，工作臺(tái)在X軸方向以一定速度運(yùn)動(dòng)，通過靠模裝置使車刀在靠模的XY斷面上作X軸方向的仿形。為了仿出型面的全部形狀，還要給予X軸方向以周期進(jìn)給，進(jìn)行型面的往復(fù)仿形。（2） 靠模機(jī)構(gòu)分析靠模機(jī)構(gòu)保證加工工件外形輪廓，所以用的是一般車刀，運(yùn)用的是軌跡法加工工件，在刀具的進(jìn)給中我們采用靠模板來控制刀具的相對軌跡，以此來實(shí)現(xiàn)曲面的加工。1.3.2 設(shè)計(jì)方案為了實(shí)現(xiàn)以上目的，參照設(shè)計(jì)手冊，我把設(shè)計(jì)分為三部分

30、內(nèi)容：主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和靠模機(jī)構(gòu)。（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是通用機(jī)床的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)為主軸箱，傳動(dòng)系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)帶輪齒輪減速主軸的傳動(dòng)方式。其中帶輪為卸荷帶輪，同時(shí)帶輪還起到過載保護(hù)；主軸的正反轉(zhuǎn)有摩擦離合器來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)包括制動(dòng)裝置與操縱機(jī)構(gòu)。具體的設(shè)計(jì)如圖所示。 圖四（1） 卸荷帶輪電動(dòng)機(jī)經(jīng)V帶將運(yùn)動(dòng)傳至軸左端的帶輪。帶輪與花鍵套用螺釘連接，支持在法蘭盤內(nèi)的兩個(gè)相信球軸承上。這樣，帶輪可通過花鍵套帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而膠帶的拉力則有軸承與法蘭傳至箱體。軸的花鍵部分只傳遞扭矩，從而避免因膠帶拉力造成的軸的彎曲變形。（2） 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在普通車床中，進(jìn)給機(jī)構(gòu)是有主軸變速機(jī)構(gòu)光杠渦輪蝸桿齒輪減速齒輪齒條

31、，有齒條帶動(dòng)溜板沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)?？紤]到這一系列的傳動(dòng)路線及傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的的進(jìn)給量，在普通車床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且尺寸較大；同時(shí)，由于工件的尺寸比較小，該機(jī)床是專用機(jī)床，所以選用機(jī)械的進(jìn)給機(jī)構(gòu)不是最優(yōu)設(shè)計(jì)。參考磨床的設(shè)計(jì)，翻閱資料，確定采用液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀具的縱向移動(dòng)及刀具的快進(jìn)快退，液壓系統(tǒng)圖如下所示。圖五 液壓系統(tǒng)圖在該系統(tǒng)中，用單向行程節(jié)流閥換接快速運(yùn)動(dòng)和工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度換接。在圖示位置為制動(dòng)狀態(tài)，液壓缸不工作；當(dāng)操縱換向閥5打到左邊是，油路接通，液壓缸6右側(cè)的回油可經(jīng)行程閥9和換向閥5流回油箱，使活塞快速向右移動(dòng)。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)到所需達(dá)到的位置，活塞上擋塊壓下行程閥9，將其通路關(guān)閉，

32、這時(shí)液壓缸6右腔的回油就必須經(jīng)過節(jié)流閥7流回油箱，活塞的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；當(dāng)操縱換向閥5使活塞換向時(shí)，壓力油經(jīng)換向閥5和單向閥8進(jìn)入液壓缸右腔，使活塞快速向左退回。綜上所述，簡易手柄仿形車床的總體設(shè)計(jì)方案如圖所示:圖六2 簡易手柄仿形車床設(shè)計(jì)2.1零件分析及刀具選擇在機(jī)床上加工該簡易手柄為車削外輪廓，母線為圓，有軌跡法形成需要一個(gè)成型運(yùn)動(dòng)，即工件的旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)線為曲線，需要一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)，即刀架的移動(dòng)。在仿行機(jī)床中，有兩種刀具：成形刀具與一般車刀，成形刀具的刀刃為與發(fā)生線吻合的曲線，發(fā)生線有刀刃實(shí)現(xiàn)，不需要運(yùn)動(dòng)，如圖a所示；而一般車刀如圖b。這種仿形加工是通過靠模法實(shí)現(xiàn)對外形輪廓的控制。 圖

33、七 （a） 圖七（b） 圖七由零件的基本尺寸，我們知道零件較小，專門制作一成形刀具從經(jīng)濟(jì)上考慮比較浪費(fèi)材料。同時(shí)從零件的尺寸，參照已有的仿形車床的刀具，選用一般車床刀具，參照機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊，選取刀具直徑為20。2.2選取切削用量參照機(jī)械加工工藝手冊P78，表1.1-80，常用的仿行車床的加工精度為IT7-IT8,Ra為2.510um。切削用量的選取可采用查表法，參照機(jī)械加工工藝手冊表1.1-46，根據(jù)工件為45鋼，硬度為200-250HB,在仿形車床上加工的條件，選取切削深度為：當(dāng)v=4080m/min時(shí)，=15，f=0.10.6 mm/r；當(dāng)v=2050m/min時(shí)，=530，f=0.60.

34、8mm/r。而在機(jī)械加工工藝手冊表1.1-51，根據(jù)刀具寬度為20mm，加工直徑為40mm以上（工件直徑為46mm）時(shí)進(jìn)給量為f=0.0400.080 mm/r。綜合以上查表結(jié)果，選取=3mm，f=0.080 mm/r，v=60m/min2.3電動(dòng)機(jī)的選擇2.3.1電機(jī)功率計(jì)算根據(jù)主切削力的計(jì)算公式：其中=3mm，f=0.080 mm/r，帶入公式，得=1900 =857.4N切削功率的計(jì)算有公式： 帶入數(shù)據(jù)為 =857.4*=0.86KW主電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算有公式= ，帶入數(shù)據(jù)，得=1.01kw2.3.2電機(jī)選擇根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可選擇主軸箱用電機(jī)。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查的電機(jī)的型號為Y100L-6,額

35、定功率為1.5kw，轉(zhuǎn)速為940r/min，效率為0.7752.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算2.4.1確定各軸轉(zhuǎn)速（1）傳動(dòng)比的計(jì)算與分配在上面的計(jì)算我們知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速為940r/min，由公式 V= 推導(dǎo)得，n= 帶入v=60m/min，=46mm，德n=415.4 r/min總的傳動(dòng)比為 U= ，帶入上述數(shù)據(jù)，得u=2.26在本次設(shè)計(jì)中選取的傳動(dòng)路線為：電動(dòng)機(jī)帶輪齒輪減速主軸電機(jī)由機(jī)械制造技術(shù)P175中專用機(jī)床公比應(yīng)小一些，一般選取公比為1.21或1.26，在本次設(shè)計(jì)中選取齒輪的傳動(dòng)比為1.21，計(jì)算的帶輪的傳動(dòng)比為 = ，帶入數(shù)據(jù)，得 = =1.8 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，參照生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選定電機(jī)至主

36、軸間的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為一對帶輪，并結(jié)合帶輪的傳動(dòng)特點(diǎn)，取帶輪間的減速比為1.8 。（2）計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速傳動(dòng)裝置各軸從高速軸至低速軸依次編號為：軸、軸、軸。軸為電機(jī)軸， =940 r/min = 由轉(zhuǎn)速計(jì)算公式 = = =522.2 r/min ；同理，計(jì)算得 =415.4 r/min（3）計(jì)算各軸功率由參考書1表2-4查得各傳動(dòng)效率：離合器；軸承；圓柱齒輪傳動(dòng)； V帶傳動(dòng)=0.96。由電動(dòng)機(jī)的功率p=1.5kW,由公式=×計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速為 =1.5××0.96=1.41kw =1.5××0.96×=1.364kw2.4.2帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算參

37、考機(jī)械工業(yè)出版社出版的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第二版的第四卷。已知電機(jī)軸轉(zhuǎn)速940r/min,輸入功率P=1.5kw1）設(shè)計(jì)功率 由表33.1-2查得工況系數(shù)1.2， P1.5×1.2=1.8kw2）選定帶型 根據(jù)=1.8kw和=940r/min，由圖33.1-2確定為A型帶。3）小帶輪基準(zhǔn)直徑及大帶輪基準(zhǔn)直徑參考表33.1-18和圖33.1-2，取100mm，取傳動(dòng)比i=1.8,彈性滑動(dòng)系數(shù)0.02。則大帶輪基準(zhǔn)直徑i(1-)=1.8×100=176.4mm由表33.1-18取=180mm。4）輸入軸實(shí)際轉(zhuǎn)速 (1-)/=180×0.98×960/180=522r

38、/min5)帶速v v=/(60×1000)= ×100×960/(60×1000)=5.2m/s不超過30m/s，符合要求。6)初定軸間距 按公式取 =0.7(+)=0.7×(100+180)=560mm7)所需基準(zhǔn)長度 2+(+)/2+ =1492.9mm 由表33.1-7選取基準(zhǔn)長度1625mm。 8）實(shí)際軸間距a a=+（-）/2562.5mm安裝時(shí)所需最小軸間距 a-0.0015=560.06mm張緊或補(bǔ)償伸長所需最大軸間距 a+0.02=596mm9）小帶輪包角 10）單根V帶的基本額定功率根據(jù)100mm和940r/min由表33.

39、1-17 查得A型帶1.37kw。 11）考慮傳動(dòng)比影響，額定功率的增量由表33.1-17g查得0.06kw。 12）V帶根數(shù)z z=/(+)由表33.1-13查得=0.96,由表33.1-15查得=0.9,則 Z=1.8/(31.35+6.06) ×0.96×0.9=2.26取z3根。 13）單根V帶預(yù)緊力 =500(2.5/-1) /(zv)+m由表33.1-14查得m0.17kg/m,則 =500×(2.5/0.96-1) ×1.8/(3×60)+0.17×5.3N。14）壓軸力476.9N。15）帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸由Y100L-6

40、電動(dòng)機(jī)可知，其軸伸直徑28mm ,長度L=60mm, 故小帶輪軸孔直徑應(yīng)取28mm,轂長L=60mm 。由表33.1-22查得，小帶輪結(jié)構(gòu)為六橢圓輪輻式帶輪。輪槽尺寸及輪寬按表33.1-20計(jì)算，參考圖33.1-5典型結(jié)構(gòu)，畫出小帶輪結(jié)構(gòu)示意圖（圖2-1）： 圖八 小帶輪大帶輪由于受使用要求，采用實(shí)心結(jié)構(gòu)。2.4.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算參考中國礦業(yè)大學(xué)出版社出版的機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)。由上知：傳遞功率P=152kw，主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速597.58r/min。1）選擇齒輪材料查表，小齒輪選用20CrMnTi,調(diào)質(zhì)滲碳淬火，回火,硬度5662HRC；大齒輪選用20CrMnTi,調(diào)質(zhì)滲碳淬火，回火，硬度5662HR

41、C。2）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算公式 齒輪模數(shù)mmm確定齒輪傳動(dòng)精度等級 按（0.0130.022）,估算圓周速度5.3m/s，參考表8-14和表8-15，選取公差組8級。齒寬系數(shù) 查表8-23，按齒輪相對軸承為懸臂布置，取0.5。小齒輪數(shù)，在推薦值2040中取30。取傳動(dòng)比i1.26，則=38則大齒輪的轉(zhuǎn)速=/u=414r/min傳動(dòng)比誤差n/n n/n=(415.4-414)/415.4=0.003在±5范圍內(nèi)。小輪轉(zhuǎn)矩 由式（8-53）得 9.55×P/=2.6×N·mm載荷系數(shù)K 由式（8-54）得 K=使用系數(shù) 查表8-20得=1

42、.5動(dòng)載荷系數(shù) 查圖8-57得初值=1齒向載荷分布系數(shù) 查圖8-60得=1.309齒間載荷分配系數(shù) 由式（8-55）及得 1.88-3.2()·cos=1.721查表8-21并插值得=1.242,則載荷系數(shù)K的初值=3.34。齒形系數(shù) 查圖8-67 小輪2.52 大輪2.42應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8-68 小輪1.625 大輪1.66重合度系數(shù) 由式（8-67）得 0.25+0.75/=0.686許用彎曲應(yīng)力 由式（8-71）由 彎曲疲勞極限 查圖8-72得850N/=740 N/彎曲壽命系數(shù) 查圖8-73得1尺寸系數(shù) 查圖8-74得1安全系數(shù) 查表8-27得1.6，則 531 N/，4

43、63 N/故齒輪模數(shù)m的設(shè)計(jì)初值 =2.2取=3m。小輪分度圓直徑參數(shù)圓整值 90圓周速度v V= /60000=5.2539m/s與估取=5.2很相近，對取值影響不大，不必修正。 =1.21,K=3.34齒輪模數(shù)m=3m。小輪分度圓直徑90大輪分度圓直徑 m=120中心距a a=m()/2=102齒寬b b=5.01大輪齒寬b=5.01小輪齒寬 +（510）113）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式（8-63）知 彈性系數(shù) 查表8-22，得189.8。節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查圖8-64（，0）得2.5。重合度系數(shù) 查圖8-65（0）得0.88。許用接觸應(yīng)力 由式（8-69）得 接觸疲勞極限應(yīng)力、 查圖8

44、-69得 600MPa=500 MPa接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) 查圖8-70得0.97硬化系數(shù) 查圖8-71及說明得1。接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表8-27，按一般可靠度取=1.1。則=660 MPa=550又 =576 MPa< =533 MPa<故齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求，也即所設(shè)計(jì)的齒輪滿足強(qiáng)度要求。4）齒輪其它尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由表8-31可知，小齒輪和小齒輪都為實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪以及它們的結(jié)構(gòu)尺寸。畫出齒輪的示意圖如圖2-3，2-4所示。圖2-3 齒輪2.4.4 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核根據(jù)上述設(shè)計(jì)計(jì)算可知，輸入軸，也即帶輪軸的轉(zhuǎn)速為=522r/min,傳遞功率為=1.41kw（1）求軸上的

45、轉(zhuǎn)矩TT=9.55××（/） =9.55×× =2.6×N·mm（2）求作用在齒輪上的力軸上齒輪的分度圓直徑：=90mm可以求出作用在齒輪上圓周力、徑向力和軸向力的大小如下，方向如圖2-15所示。 2×2.6×/90577N =577×210 N（3）確定軸的最小直徑選取軸的材料為37SiMn2MoV，調(diào)質(zhì)處理。預(yù)估軸的最小直徑： 取A=110,可得 A 100× 15.6 mm取=25mm。（4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸的軸向定位要求以及軸上零件的裝配方案和他們之間的徑向配合尺寸等參數(shù)來確定出軸上各

46、軸段的直徑和長度，以及軸上零件的周向定位，最后確定軸上圓角和倒角尺寸。各軸肩處的圓角半徑為2mm，軸端倒角取1.5×45°圖2-14為軸及軸上零件的示意圖：圖2-14（5）軸的強(qiáng)度較核1 求軸的載荷根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖和軸的受力分析，可以做出軸的計(jì)算受力簡圖，確定軸承支點(diǎn)。軸的受力簡圖2-15：圖2-15從受力簡圖可以看出軸的受力不在一個(gè)平面上，而是在兩個(gè)相互垂直的平面上，一個(gè)是水平面，一個(gè)是垂直面。我們可以在這兩個(gè)面內(nèi)分別計(jì)算支反力和彎矩，然后求總和。垂直面支反力計(jì)算，垂直面受力簡圖2-16：圖2-16由計(jì)算公式： 代入數(shù)據(jù)： 得到： =33717 N ， =19082 N畫出

47、垂直面彎矩圖2-17：圖2-17水平面支反力計(jì)算：水平面受力簡圖2-18：圖2-18由計(jì)算公式： 代入數(shù)據(jù)：得到： 21877 N， =30060 N畫出水平面彎矩圖2-19：圖2-19由彎矩圖可以看出B、C兩點(diǎn)所受彎矩最大，其合成彎矩分別如下： = =4731851 N.mm =7725504 N.mm合成彎矩圖2-20：圖2-20扭矩：2.43× N.mm扭矩圖2-21：圖2-21由上述一系列的圖可以看出，B、C為危險(xiǎn)截面。當(dāng)量彎矩 = =4734097 N.mm當(dāng)量彎矩： = =7726880 N.mm2 校核軸的強(qiáng)度軸的材料為37SiMn2MoV，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸徑，查手冊得

48、865 N/m（0.09-0.1 ） 77.8586.5 N/m取82N/m，軸的計(jì)算應(yīng)力為 B= =21.5 N/m=82 N/mC=35.2 N/m=82 N/m根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。2.5.液壓系統(tǒng)計(jì)算2.5.1液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算分為不同的情況，根據(jù)液壓機(jī)工作的特點(diǎn)應(yīng)按照安推力F計(jì)算液壓缸內(nèi)勁D的方法液壓缸中的壓力油作用在活塞上的液壓力F（又稱液壓缸的推力）與油液壓力p和活塞的有效面積A有關(guān)，按照關(guān)系式推力F主要能克服工作負(fù)載力，摩擦阻力以及慣性力等合成的負(fù)載力。液壓缸內(nèi)徑D由下式計(jì)算： A=式中 液壓缸的效率。對無桿腔，由上式得 （m）對有桿腔式中 d活塞桿

49、直徑，m。則 （m）上式中p為液壓缸的工作壓力（pa），計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)勁D也就是允許的最小內(nèi)徑，推力F的單位為N。計(jì)算負(fù)載： （1） 已知條件有：工作部件總重估計(jì)為980N。運(yùn)動(dòng)部件的快進(jìn)與快退速度為 1 =3 =3.45×m/min,工作進(jìn)給為2 =4=20.75mm/min，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間 t=0.02s。工作部件在導(dǎo)軌上的法向作用力估計(jì)為50N，橫梁與導(dǎo)柱之間采用平面導(dǎo)軌，靜、動(dòng)摩擦因數(shù)為s=0.2，d=0.1?？爝M(jìn)行程L1=20mm 工進(jìn) L2=200mm液壓缸的負(fù)載計(jì)算： 工作負(fù)載FR=301.25N 慣性負(fù)載Fm=G·g·t=980

50、15;3.45×9.8×60×0.02N=0.96N 摩擦負(fù)載Fs = s·FN0.2×980N196N Fd =d·FN=0.1×980N98N 重力負(fù)載FG =980N 液壓缸的機(jī)械效率取 m=0.9各工況的液壓缸負(fù)載和液壓缸驅(qū)動(dòng)力： 啟功時(shí)，負(fù)載F=FsFG1176N，驅(qū)動(dòng)力F0=Fm1306N 加速時(shí)，負(fù)載F= Fd FmFG1078.96N,驅(qū)動(dòng)力F0=Fm1198N 快進(jìn)時(shí)，負(fù)載F= Fd FG1078N，驅(qū)動(dòng)力F0=Fm1197N 工進(jìn)時(shí)，負(fù)載F= Fd FGFm3775N，驅(qū)動(dòng)力F0=Fm4194N 反向啟動(dòng)時(shí)，負(fù)載F=FsFG490N,驅(qū)動(dòng)力F0=Fm544N 加速時(shí)，負(fù)載F= Fd FmFG282N,驅(qū)動(dòng)力F0=Fm313N 快退時(shí)，負(fù)載F= Fd FG495N,驅(qū)動(dòng)力F0=Fm550N 制動(dòng)時(shí)，負(fù)載F= Fd FmFG708N,驅(qū)動(dòng)力F0=Fm787N（2 ） 初選液壓缸的工作壓力，由工況分析可知，工進(jìn)壓制階段的負(fù)載力最大，所以，液壓缸的工作壓力按此負(fù)載力計(jì)算，根據(jù)液壓缸與負(fù)載的關(guān)系，選液壓缸的工作壓力為p110×105pa。為防止液壓缸退回時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，設(shè)背壓p25×105pa，假定快進(jìn)、快退的回油壓力損失為 p7×10