橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作

1、內(nèi)容摘要：在目前的手工繪圖中，大多只能繪制直線和圓。而橢圓的繪制卻相當(dāng)?shù)碾y以去繪制。因此本文就畫(huà)橢圓的問(wèn)題進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)了這種橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)。本機(jī)構(gòu)采用動(dòng)桿聯(lián)接兩回轉(zhuǎn)副，固定導(dǎo)桿聯(lián)接兩移動(dòng)副，導(dǎo)桿呈十字形，動(dòng)桿上各點(diǎn)軌跡為長(zhǎng)短徑不同的橢圓的原理，并根據(jù)此原理制成。本機(jī)構(gòu)具有制作簡(jiǎn)單,使用方便,畫(huà)出來(lái)的橢圓精確的特點(diǎn)。此次通過(guò)對(duì)此機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改良，并以此編制相應(yīng)的加工工藝和程序，并最終加工出橢圓規(guī)實(shí)物。關(guān)鍵詞：橢圓規(guī) 機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 制作；Abstract：In the current manual drawing, most can only draw a straight line and cir

2、cle. And elliptic's drawing is quite difficult to draw. Therefore elliptic problem is studied in this paper, picture, and the elliptic customs agency. This institution adopts the lever connects two rotary vice, fixed piston rod connecting two mobile vice, piston rod is cross, lever trajectory le

3、ngth for different points on the principle of different diameter of ellipse, and according to this principle. This institution has made simple and easy to use, and draw out of the oval characteristics of accurate. The through the design of this mechanism and improvement, and to prepare the correspon

4、ding process and procedures, and finally work out elliptical customs forms. Key words：elliptic trammels gear design preparation；一、概述（一）、橢圓規(guī)的介紹 1、橢圓規(guī)的簡(jiǎn)介對(duì)于機(jī)械專(zhuān)業(yè)類(lèi)的學(xué)生和崗位來(lái)說(shuō)，繪圖是必不可少的經(jīng)常性工作。對(duì)于一般的直線、圓弧或圓，利用直尺、圓規(guī)即可馬上繪制，但在繪制橢圓的時(shí)候，一般的作法是利用“四弧連接原理”借助圓規(guī)繪制、甚至徒手繪圖，可以近似畫(huà)出來(lái)，但畢竟最近似的也不光滑而且難看又費(fèi)時(shí)。如果有橢圓繪圖儀，就可以方便地進(jìn)行橢圓繪制，而且光

5、滑好看。于是便產(chǎn)生了橢圓規(guī)。橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)具有制作簡(jiǎn)單,使用方便,畫(huà)出來(lái)的橢圓精確等特點(diǎn)，非常適合橢圓類(lèi)圖紙的繪制。2、橢圓規(guī)當(dāng)前狀況橢圓規(guī)有著廣泛的應(yīng)用,但其作圖頗為繁瑣,且不易準(zhǔn)確.多年來(lái)國(guó)內(nèi)外有不少人從事這方面的探討和研究。 它屬于一種畫(huà)橢圓的工具，適用于教學(xué)、工程制圖、工程制造以及需要畫(huà)橢圓的地方。只要已知橢圓的長(zhǎng)軸、短軸、焦距三個(gè)量中的兩個(gè)量，即可準(zhǔn)確畫(huà)出具有準(zhǔn)確焦點(diǎn)位置的橢圓。本設(shè)計(jì)實(shí)用新型具有制作簡(jiǎn)單、使用方便、畫(huà)出來(lái)的橢圓精確、應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)。橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)制作涉及原理設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及機(jī)械加工制造等多方面專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)對(duì)常用結(jié)構(gòu)件或裝置的分析，可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)知

6、識(shí)掌握情況，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際，提高綜合知識(shí)應(yīng)用能力，通過(guò)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，為未來(lái)就業(yè)打下一定基礎(chǔ)。橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是其零部件的設(shè)計(jì)制作，所制作零件應(yīng)符合造價(jià)低廉、設(shè)計(jì)及制作簡(jiǎn)易等條件，以便適用與學(xué)生。（二）、設(shè)計(jì)橢圓規(guī)的要求完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要根據(jù)任務(wù)書(shū)和預(yù)期目標(biāo)的要求，通過(guò)搜集和整理橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)及工藝的有關(guān)資料，結(jié)合自己所學(xué)知識(shí)，確定整體設(shè)計(jì)方案，并依次進(jìn)行橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使所設(shè)計(jì)的橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，使用方便，能準(zhǔn)確完成橢圓的繪制。通過(guò)對(duì)橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的使用現(xiàn)狀、需求情況以及使用壽命的調(diào)查，以及對(duì)常用結(jié)構(gòu)件或裝置的分析，查看相關(guān)資料，結(jié)合自己所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造

7、技術(shù)等專(zhuān)業(yè)課程，掌握一定的相關(guān)信息，在比較和借鑒的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制造出一種機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理、高質(zhì)量、高效率、以及使用成本更加低廉的橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)，來(lái)滿(mǎn)足課程設(shè)計(jì)。對(duì)于橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，我想通過(guò)指導(dǎo)教師的精心指導(dǎo)，再結(jié)合查閱的相關(guān)資料及自己所學(xué)本專(zhuān)業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，利用現(xiàn)有的工具書(shū)，根據(jù)分析結(jié)果提出橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并修改加工。對(duì)橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，為演示它的運(yùn)動(dòng)可行性來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可選用CAXA進(jìn)行設(shè)計(jì)。（三）、本課題涉及的重點(diǎn)與解決方法1、本課題重點(diǎn)及關(guān)鍵在于以下幾點(diǎn)：（1）、橢圓方程的計(jì)算；（2）、橢圓規(guī)的配合方式；（3）、橢圓規(guī)的底槽設(shè)計(jì)；（4）、橢圓規(guī)的連桿設(shè)計(jì)；（5）

8、、橢圓規(guī)的制作；2、根據(jù)以上設(shè)計(jì)重點(diǎn)相應(yīng)的解決方案有以下幾點(diǎn)：（1）、計(jì)算橢圓上各點(diǎn)的方程及橢圓的圓心率；（2）、聯(lián)系到橢圓規(guī)數(shù)學(xué)原理，通過(guò)調(diào)整連桿間距畫(huà)出不同尺寸的橢圓；（3）、考慮到連桿的設(shè)計(jì)方式為連桿機(jī)構(gòu)，支架的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足連桿連接的基本需求；（4）、考慮到橢圓規(guī)制作的簡(jiǎn)易適用性、靈活性及受力等綜合性能方面的要求，制作的橢圓規(guī)的整體厚度、重量，材料等的考慮；（5）、橢圓規(guī)零部件制作及組裝；二、橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的原理設(shè)計(jì)(一)、橢圓規(guī)的原理橢圓規(guī)的工作過(guò)程如圖2.1圖2.1模型圖2.2數(shù)學(xué)模型其數(shù)學(xué)證明過(guò)程如下：設(shè) PA=a, PB=b, 和 t=ABO（O為十字形中心）以十字形構(gòu)建直角坐標(biāo)系。

9、則點(diǎn)P的坐標(biāo)是(a cos t, b sin t) ，點(diǎn)P的軌跡是以2a和2b為軸心的橢圓。橢圓面積S=×a×b 范施古登定理：在一個(gè)三角板中，如果兩個(gè)角的頂點(diǎn)沿著一個(gè)固定的兩邊滑動(dòng)，則第三個(gè)角頂?shù)能壽E是一個(gè)橢圓。（二）、橢圓的軌跡分析連桿滑塊式的原理圖如下圖2.3所示，設(shè)AM=BM=0M，M為AB的中點(diǎn)，OM的長(zhǎng)度不變。滑塊B沿X軸水平移動(dòng)，滑塊A沿Y水平移動(dòng)，那么AB上任一點(diǎn)P相對(duì)于定坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡為：兩式移項(xiàng)后的平方和為：圖2.3 橢圓原理圖三、橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)各部件的設(shè)計(jì)（一）、十字板的設(shè)計(jì)十字板是橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的基本零件，由橢圓形成原理可知，繪制橢圓的零件都是在十字板中的，

10、通過(guò)使滑塊在十字板中滑動(dòng)以繪出橢圓。十字板的設(shè)計(jì)形式是直槽，設(shè)計(jì)直槽是因?yàn)楦鞣N條件所限。但也因此使得直槽更容易加工和裝配。考慮到加工條件和實(shí)際使用情況，我們選擇美觀且輕便的鋁作為制作材料。十字板的設(shè)計(jì)圖如下所示。 圖3.1十字板考慮到工件的美觀和實(shí)際的耐用度我們選用圓底板，這樣的設(shè)計(jì)對(duì)于使用和存放也有一定的便利。但同時(shí)對(duì)于加工卻又增加了幾分難度。由于是圓外形，所以在銑削加工的夾持和對(duì)刀等加工步驟中會(huì)不可避免的帶來(lái)一些麻煩。由于毛坯表面很差，又考慮到橢圓規(guī)表面的美觀情況，所以我們?cè)诩庸で皩?duì)毛坯表面首先進(jìn)行了車(chē)削和銑削進(jìn)行處理，進(jìn)而進(jìn)行對(duì)橢圓規(guī)底板的正式加工。根據(jù)以上的分析我們得到了以下的工藝卡片

11、和刀具卡片。表3.1 十字板數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱(chēng)零件名稱(chēng)材料夾具名稱(chēng)使用設(shè)備程序編號(hào)零件圖號(hào)橢圓規(guī)十字板鋁三爪卡盤(pán)普通車(chē)床、加工中心O0001;O0002圖3.1工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速（rmin）進(jìn)給量 （mmmin）（mmr）背吃刀量mm備注1車(chē)削外圓T014000.20.52車(chē)削端面T014000.20.53銑削十字槽T021010003006編制李鑫審核楊楊批準(zhǔn)楊楊共一頁(yè)第一頁(yè)表3.2 十字板數(shù)控加工刀具卡片產(chǎn)品名稱(chēng)零件名稱(chēng)零件圖號(hào)程序編號(hào)橢圓規(guī)十字板3.1o0001;o0002工步號(hào)刀具號(hào)刀具名稱(chēng)備注1T0190度外圓車(chē)刀2T0190度外圓車(chē)刀3T0210立銑刀編

12、制李鑫審核楊楊批準(zhǔn)楊楊共一頁(yè)第一頁(yè)程序如下O0001;G90 G54 G21;M03 S1000 F300;G00 Z100.;X100. Y1.;Z5.;G01 Z1.;M98P3L2;G00 Z100.;X100. Y100.;M30;O0002;G91 G01 Z-6.;G90 G01 X-100.;G01 Y-1.;G01 X100.;G00 Y100.;G00 X1.;G01 Y-100.;G01 X-1.;G01 Y100.;M99;（二）、滑塊的設(shè)計(jì)滑塊是橢圓規(guī)中的運(yùn)動(dòng)部件，通過(guò)在十字板中運(yùn)動(dòng)獲得橢圓，粗糙度好的滑塊可在十字板中自然的滑動(dòng)，滑塊質(zhì)量的好壞決定了繪圖過(guò)程的效率與工作

13、質(zhì)量。為了保證加工質(zhì)量和美觀，我們選擇鋁作為加工材料，加工機(jī)床采用加工中心。由于條件所限，我們的滑塊采用直滑塊，也因此滑塊的加工更容易保證質(zhì)量。在加工滑塊之前，首先對(duì)毛坯表面進(jìn)行加工，以保證表面的平整與美觀。接下來(lái)對(duì)其進(jìn)行加工，直到加工到理想尺寸和表面質(zhì)量?；瑝K設(shè)計(jì)圖如下：圖3.2滑塊下面是對(duì)加工滑塊所做的工藝卡片和刀具卡片。表3.3 滑塊數(shù)控加工工序卡產(chǎn)品名稱(chēng)零件名稱(chēng)材料夾具名稱(chēng)使用設(shè)備程序編號(hào)零件圖號(hào)備注橢圓規(guī)滑塊鋁虎鉗加工中心o0003;o0004圖3.2工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速（rmin）進(jìn)給量 （mmmin）背吃刀量mm1銑削滑塊表面T0110100020062加工滑

14、塊T011010002006編制梁梓鳴審核楊楊批準(zhǔn)楊楊共一頁(yè)第一頁(yè)表3.4 滑塊數(shù)控加工刀具卡產(chǎn)品名稱(chēng)零件名稱(chēng)零件圖號(hào)程序編號(hào)橢圓規(guī)滑塊圖3.2o0003;o0004工步號(hào)刀具號(hào)刀具名稱(chēng)備注1T0110立銑刀2T026麻花鉆編制梁梓鳴審核楊楊批準(zhǔn)楊楊共一頁(yè)第一頁(yè)加工程序如下：O0003;G90 G54 G21;M03 S1000 F300;G00 Z100;X100 Y100;Z5;X20 Y1;G01 Z0;M98P4L2;G00 Z100;M30;O0004; G91 G01 Z-3;G01 X-20;Y-2;X20;M99；（三）、導(dǎo)桿的設(shè)計(jì)導(dǎo)桿是連接兩滑塊的部件，是橢圓規(guī)中的制圖運(yùn)動(dòng)部

15、件。導(dǎo)桿上的螺釘連接兩滑塊，兩滑塊的距離會(huì)影響到橢圓規(guī)畫(huà)出的橢圓的尺寸。導(dǎo)桿的加工精度直接影響到橢圓規(guī)畫(huà)出橢圓的尺寸精度。經(jīng)過(guò)討論，我們決定將導(dǎo)桿設(shè)計(jì)為可調(diào)類(lèi)型。在滑塊與導(dǎo)桿連接處進(jìn)行打孔，然后在兩孔之間再打一些孔用以調(diào)節(jié)橢圓尺寸。圖3.3導(dǎo)桿以下是我們關(guān)于導(dǎo)桿的工藝表與刀具表：表3.5 導(dǎo)桿數(shù)控加工工藝卡產(chǎn)品名稱(chēng)零件名稱(chēng)材料夾具名稱(chēng)使用設(shè)備程序編號(hào)零件圖號(hào)橢圓規(guī)導(dǎo)桿鋁虎鉗加工中心o0005;o0006圖3.3工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速（rmin）進(jìn)給量 （mmmin）背吃刀量mm1銑削導(dǎo)桿外表面T0110100020062在導(dǎo)桿上打孔T02510002003編制梁梓鳴審核楊楊批

16、準(zhǔn)楊楊共一頁(yè)表3.6 導(dǎo)桿數(shù)控加工刀具卡產(chǎn)品名稱(chēng)零件名稱(chēng)零件圖號(hào)程序編號(hào)橢圓規(guī)導(dǎo)桿圖3.3oO005;o0006工步號(hào)刀具號(hào)刀具名稱(chēng)備注1T0110立銑刀2T025鉆頭編制梁梓鳴審核楊楊批準(zhǔn)楊楊共一頁(yè)第一頁(yè)程序如下O0005;G90 G54 G21;M03 S1000 F200;G00 Z100;Z20;X-65;M98P6;G01 X-40;M98P6;G01 X-15;M98P6;G00 Z100;M30;O0006;G00 Z5;G01 Z-5;Z0;Z-10;Z-5;Z-15;Z5;G00 Z20;M99;（四）、工件的組裝與實(shí)體圖為了各個(gè)構(gòu)件的配合，我們選用螺釘作為導(dǎo)桿與滑塊的配合件

17、。通過(guò)在滑塊上攻螺紋而導(dǎo)桿打孔的方法連接滑塊與導(dǎo)桿，這樣可以使得配合更牢靠，工作更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確。經(jīng)過(guò)我們的努力，下面是我們加工好的工件照片。設(shè)計(jì)總結(jié)與分析本次畢業(yè)設(shè)計(jì)分工如下：李鑫：設(shè)計(jì)加工十字板，編制工藝。梁梓鳴：設(shè)計(jì)加工滑塊導(dǎo)桿，編制程序。趙鵬翔：參與加工，裝配，論文。曹順清：參與加工，查找資料，繪圖。趙未碩：參與加工，查找資料，幻燈片。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們進(jìn)入社會(huì)而預(yù)先進(jìn)行的一次測(cè)試，在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我獲益良多。首先是相關(guān)資料的尋找方面，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始，我們上網(wǎng)查閱關(guān)于此課題的相關(guān)資料，從中找出重要的信息并分類(lèi)整理。在此過(guò)程中，我們的輔導(dǎo)老師給了我們很多意見(jiàn)與提示。在接下來(lái)的畫(huà)圖期間，同

18、學(xué)們不斷交流，使我們都受益匪淺。在接下來(lái)的工藝分析與編程過(guò)程中，我們共同討論和研究，最終確定了加工的工藝路線和程序，以及部件的連接方式等等問(wèn)題。這些也使我們對(duì)機(jī)械加工有了更多方面的認(rèn)識(shí)。在制作過(guò)程之中我們也從中發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，比如在加工十字板時(shí)因?yàn)槊魈?，所以在?chē)床上的裝夾就顯得有一些難度。在這方面，經(jīng)過(guò)組內(nèi)討論，我們最后將卡盤(pán)的卡爪反裝來(lái)裝夾。再有就是在加工十字板的十字槽時(shí)不容易對(duì)刀，因?yàn)槊魇菆A盤(pán)，而我們從未遇到過(guò)這種情況，所以這也成為了一大問(wèn)題。經(jīng)過(guò)查閱資料得知，對(duì)圓類(lèi)工件的刀需要對(duì)圓柱體坯料X和Y方向的平行點(diǎn)，用相對(duì)坐標(biāo)歸零算兩點(diǎn)之間的中心來(lái)計(jì)算圓柱體坯料的圓心點(diǎn)坐標(biāo)。在對(duì)十字交叉4

19、個(gè)點(diǎn)時(shí)，必須要保證平行。還有就是在銑削過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了不同程度的粘刀現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)加工后總會(huì)發(fā)現(xiàn)刀具上有積屑瘤，影響到加工的精度和質(zhì)量。在這方面，經(jīng)過(guò)我們上網(wǎng)查閱資料得知，因?yàn)殇X材料的塑形好和熔點(diǎn)低的特點(diǎn)，在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生高溫高壓，鋁材料的碎屑容易粘在刀具上，影響加工質(zhì)量，在溫度降低之后硬化，并依附在刀具上。解決方法最容易的就是在加工過(guò)程中使用切削液?？偠灾?，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的執(zhí)行和完成，使我對(duì)本專(zhuān)業(yè)的相關(guān)知識(shí)有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，使我對(duì)本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有了更深一步的提升。我相信這對(duì)我今后的發(fā)展和工作定會(huì)產(chǎn)生很大的幫助和啟示。謝謝學(xué)校給予我們這次的實(shí)踐機(jī)會(huì)。參考文獻(xiàn)1 張吉平.數(shù)控加工設(shè)備.大連：大連理工大學(xué)出版社，2000.5.2 嵇寧.數(shù)控加工編程與操作.北京：高等教育出版社，1999.6.3 張念淮.機(jī)械制造技術(shù).北京：中國(guó)鐵道出版，2000.4 王春燕，陸鳳儀.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2006.6 尚文浩.自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì).北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.5.7 孟憲源.現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.6.8 呂燁.機(jī)械工程材料.北