盤絲車床切入進給機構機構設計含開題及5張CAD圖

盤絲車床切入進給機構機構設計含開題及5張CAD圖,車床,切入,進給,機構,設計,開題,cad XXXX 設 計 開 題 報 告 論 文 題 目： 盤絲車床 學 生： 指 導 教 師： 專業(yè)(班級)： 學 院： 20 年 12 月 28 日 選題依據（國內外動態(tài)，設計大體規(guī)劃等）及可行性論述。 1. 國內外研究動態(tài)： 車床是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。1797年，英國機械發(fā)明家莫茲利創(chuàng)制了用絲杠傳動刀架的現代車床，并于1800年采用交換齒輪，可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國 人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發(fā)明轉塔車床；1848年，美國又出現回輪車床；1873年，美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床，不久他又制成三軸自動車床 ；20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。第一次世界大戰(zhàn)后，由于軍火、汽車和其他機械工業(yè)的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發(fā)展。為了提高小批量工件的生產率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發(fā)展。50年代中，發(fā)展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數控技術于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速發(fā)展。建國以來，我國機床工業(yè)從修配到制造，從仿制到自行設計，從制造單機到生產成套設備發(fā)展很快，50年代末60年代初，我國就自行設計初一套積木式機床。 目前，世界各國的大型普通車床基本上是朝著提高加工精度，提高機床的生產效率和規(guī)劃程度以及擴大機床的工藝范圍，實現一機多功能的方向發(fā)展。（一）通用化，系列化及組合結構，這種組合結構可有典型零件，部件組合起來并根據加工對象的不同很快大的改變組合形式而組成新的車床；（二）提高生產率，擴大加工范圍，向一機多功能發(fā)展；（三）提高機床自動化水平，采用加工工件和機床部件移動距離的自動測量和數顯裝置，縮短停機測量時間，保證尺寸精度及其一致性提高效率；（四）提高機床精度及其使用壽命，為了提高機床精度，機床結構有較大改進如采用了一些相應的橫梁變形補償裝置，滾動導軌和靜壓導軌的廣泛應用以及鑲嵌式導軌結構 2. 畢業(yè)設計大體規(guī)劃： 本設計大體分為三部分： 第一部分，進行總體方案構思，通過對比分析，提出設計方案，繪制結構草圖。 第二部分，進行總體結構設計，完成系統(tǒng)總圖（機械圖紙）繪制。進行總體結構主要參數的設計計算。 第三部分，進行重要零件結構設計，完成零件圖（機械圖紙）繪制，進行必要的剛度校核和強度校核等。 2. 可行性分析： 課題研究具有如下條件： （1）本科學習階段，學過機械制圖、機械原理、機械設計、機械精度設計、機械制造工藝學等課程。 （2）前往工廠進行實習，熟悉盤絲車床工作原理。 （3）遇到疑難問題可以有多種解決途徑，如請教指導老師，與同學探討，獨立思考，以及觀察和分析實物等等。 參 考 文 獻 參考文獻： 1. 法國FT-150高速仿行車絲機床的錐面盤絲卡盤， 馮雅芬，王世成，王雪梅， 中國工程師 1997年第6期 2. 盤絲式三爪自定心卡盤誤差分析及對策， 劉世德，江蘇機械制造與自動化，1999年第8期 3. 盤絲機床 北京電力建設公司，北京電力技術，1977年第5期 4. 四爪卡盤絲桿的熱處理，呂永順，機械工人熱加工技術資料，1978年第5期 5. 盤絲異型螺紋冷拔成型裝置，王德隆，李進明，鄭春貴，霍興中專利，1992年8月 6. 卡盤絲桿的定位裝置，李維謙，張海強，天水星火機床有限責任公司專利2009年9月 7. 三爪卡盤盤絲理論曲線的研究，南京師院數學系三爪卡盤研究小組，南京師大學報（自然科學版），1978年00期 8. 盤絲零件平面螺紋精度的分析與提高， 宋現春，李春陽，機械制造，1995年第5期 9. 專用車床工件驅動裝置， 段斌華，柳晨煒，黃裕華，陸慧琴，上海機床廠有限公司專利， 2008年8月 10. 車床主軸系統(tǒng)結構設計參數對其動力特性的影響，王大龍，現代機械，2006年第6期。 11. 車床卡盤，手動卡盤的設計準則，美國國家標準學會，ASME 12. 機床傳動絲杠的動力分析，張會瑞，譚慶昌，李慶華，農業(yè)機械學報，2009年第9期 13. 關于機床傳動系統(tǒng)的設計問題，孫靖民，哈爾濱工業(yè)大學學報，1978年第5期 14. 三爪自定心卡盤盤絲平衡計算及分析，張耀文，高振江，張喜軍，機械設計，1997年第1期 15. 機床傳動齒輪副變位量的求法，張標，機械工人冷加工，1987年第11期 16. Increasing quality, reliability, and lifetime of cutting-tool chucks?，S. L. Mitnitskii, M. S. Zlotnikov, V. I. Pozdnyakov and Yu. G. Mikhailin，Chemical and Petroleum Engineering, Volume 11, Number 8,1975 17. On the cutting stability of the lathe under different working conditions, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 27, Issue 3, 1987, Pages 351-356 18. Testing the quality of spindle assemblies in lathes，A. M. Dal'skii and V. S. Nikitskii，Measurement Techniques, Volume 12, Number 1，1969 論文撰寫過程中擬采取的方法和手段 1．資料檢索： 在圖書館或資料室等處檢索相關紙質文獻等資料；通過校園網、中國期刊網，SPRINGER電子期刊全文網等檢索相關電子文獻資料；前往工廠進行實習，實地了解相關車床的結構和工作原理 2．論文撰寫軟件： 論文撰寫使用Office軟件。 3. 圖紙繪制軟件工具： 使用AutoCAD、UG等機械繪圖軟件繪制機械圖紙。 寫 作 提 綱 論文提綱如下： 第一章 緒論 第二章 總體結構設計 第1節(jié)，機床車身結構設計 第2節(jié)，機床傳動結構設計 第3節(jié)．盤絲卡盤結構設計 第三章 運動分析 第1節(jié)，傳動運動分析 第2節(jié)．不同工況下車床運動分析 第四章 重要零件結構設計 結論 參考文獻 計 劃 進 度 及 其 內 容 工作進度安排： 2008年 12月28日前 熟悉畢業(yè)設計任務，收集設計資料，撰寫開題報告。 2009年1月1日~3月15日 進行總體方案構思，通過對比分析，提出設計方案，繪制結構草圖。閱讀資料，撰寫設計說明書的緒論部分。 2009年3月16日~4月1號 前往工廠實習，實地了解盤絲車床結構和工作原理，親自操作機床進行生產 2009年4月2日~5月6日 進行總體設計，主要機構的結構設計，完成全部機械圖紙繪制。進行機構主要參數的設計計算，完成設計說明書的機械設計部分。 2009年5月7日~5月31日 設計控制系統(tǒng)，完成建模與仿真，撰寫設計說明書的控制系統(tǒng)設計部分。 2009年6月1日~6月15日 修改、完善圖紙和說明書，導師評審，準備畢業(yè)答辯。 指導教師 意 見 簽名： 2008年 12月 29日 專業(yè) 意見 簽名： 2008年 12月 30日 注：紙張?zhí)顚懖粔蚩闪砑痈巾摗? 4 寧XX大學 XX設計(XX) 盤絲車床切入進給機構機構設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 摘 要 盤絲車床用于加工三爪自定心卡盤的零件-盤絲,包括車平面螺紋、端面和鏜孔等。該機床采用床身長度方向與主軸軸心線垂直的布局，有兩個刀架。 本文設計主要設計的切入進給機構機構，該進給機構主要用于上面。切入進給機構機構設計中需滿足，可帶動上拖板作切入運動，切入運動結束時絲杠須停轉，當到達切入行程終點時，上拖板應退回原位。 本文主要完成確定了切入進給機構總體設計方案, 進給機構由液壓系統(tǒng)控制，帶動活塞運動，通過齒條，帶動齒輪，使絲杠轉動，通過絲杠螺母副，把旋轉運動轉為直線運動，實現進給。對主要的零件設計進行設計計算,如齒輪齒條機構、滾珠絲杠機構、棘輪棘爪、搖桿、箱體等零部件的設計。 關鍵詞：盤絲車床，盤絲，平面車削 33 Abstract Threading lathe used for processing of three claw chuck parts - plate wire, including car plane thread, facing and boring. The machine adopts the bed length direction and the axis of spindle vertical layout, with two knife. In this paper the design of the main design entry feeding mechanism, the feeding mechanism is mainly used for the turret top. Design of cutting feed mechanism design needs to meet, can drive the upper carriage for cutting motion, starting at the end of the screw motion must stop, when arriving at the entry end of stroke, upper carriage should return in situ. This paper mainly completes the identified entry feed mechanism design, feeding mechanism is controlled by a hydraulic system, drive the piston, through the rack drives the gear, screw rod to rotate, so that, through the leading screw nut pair, the rotary motion into linear motion, realized the feed. On the main parts design calculation, such as gear and rack mechanism, the ball screw mechanism, a ratchet pawl, rocker, box and other parts of the design. Key Words: Threading lathe，plate wire，flat turning 目 錄 摘 要 3 Abstract 4 目 錄 5 第1章 緒論 7 1.1車床簡介 7 1.2 數控車床的概念 7 1.3車床的組成與各部件的安裝注意事項 8 1.4 盤絲車床 9 1.5 本文主要研究內容和任務 10 第2章 切入進給機構總體設計 10 2.1 液壓系統(tǒng)設計 11 2.1.1液壓傳動部分設計 11 2.2盤絲車床的切入進給機構方案設計 11 2.2.1 切入進給機構方案設計 11 2.2.2切入進給機構方案擬定 12 第3章 切入進給機構工作原理 13 第4章 切入進給機構各零件設計 14 4.1 齒條和齒輪設計計算 14 4.2 蝸輪蝸桿副的設計計算 16 4.3 滾珠絲杠副的設計 20 4.3.1滾珠絲杠的特點 21 4.3.2 滾珠絲杠副結構 22 4.3.3滾珠絲杠副的種類 22 4.3.4滾珠絲杠副精度 23 4.3.5 滾珠絲杠副性能 23 4.3.6 導軌副設計與計算 25 4.3.7滾珠絲杠副設計與計算 26 4.3.8 棘輪機構設計 29 4.3.9 棘爪零件設計 30 4.3.10 手動進給搖桿的設計 30 4.3.11 進給箱體的設計 31 總 結 32 參考文獻 33 致 謝 34 第1章 緒論 1.1車床簡介 車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。銑床和鉆床等旋轉加工的機械都是從車床引伸出來的。在我國香港等地也有人叫旋床。 1.2 數控車床的概念 機床是人類進行生產勞動的重要工具，也是社會生產力發(fā)展水平的重要標志。 普通機床經歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術、計算機技術及自動化，精密機械與測量等技術的發(fā)展與綜合應用，生產了機電一體化的新型機床一一數控機床。數控機床一經使用就顯示出了它獨特的優(yōu)越性和強大生命力，使原來不能解決的許多問題，找到了科學解決的途徑。 數控機床是一種通過數字信息，控制機床按給定的運動軌跡， 進行自動加工的機電一體化的加工裝備，經過半個世紀的發(fā)展，數控機床已是現代制造業(yè)的重要標志之一，在我國制造業(yè)中，數控機床的應用也越來越廣泛，是一個 企業(yè)綜合實力的體現。 數控車床是數字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的萬能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點于一身，是國內使用量最大，覆蓋面 最廣的一種數控機床。要學好數控車床理論和操作，就必須勤學苦練，從平面幾何，三角函數，機械制圖，普通車床的工藝和操作等方面打好基礎。 因此，必須首先具有普通車工工藝學知識然后才能從掌握人工控制轉移到數字控制方面來，另一方面，若沒有學好有關數學、電工學、公差與配合及機械制造等深內容，要學好數控原 理和程序編制等，也會感到十分困難。熟悉零件工藝要求，正確處理工藝問題。由于數控機床加工的特殊性，要求數控機床加工工人既是操作者，又是程序員，同時 具備初級技術人員的某些素質，因此，操作者必須熟悉被加工零件的各項工藝（技術）要求，如加工路線，刀具及其幾何參數，切削用量，尺寸及形狀位置公差。只 有熟悉了各項工藝要求，并對出現的問題正確進行處理后，才能減少工作盲目性，保證整個加工工作圓滿完成。 1.3車床的組成與各部件的安裝注意事項 1. 數控車床的刀具 （1）對刀具的要求 數控車床能兼作粗、精加工。為使粗加工能以較大切削深度、較大進給速度地加工，要求粗車刀具強 度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時間和方便對刀，應可能多地采用機夾刀。 數控車床還要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具壽命管理功能。在使用刀具壽命管理時，刀片耐用度的設定原則是以該批刀片中耐用度最低的刀片作為依據 的。在這種情況下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均壽命更重要。 （2）數控車床的刀具 數控車削用的車刀一般分為三類，即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。以直線形切削刃為特征的車 刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖(同時也為其刀位點)由直線形的主、副切削刃構成，如90?內、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽(斷)車刀及刀尖倒棱 很小的各種外圓和內孔車刀。用這類車刀加工零件時，其零件的輪廓形狀主要由一個獨立的刀尖或一條直線型主切削刃位移后得到，它與另兩類車刀加工時所得到零 件輪廓形狀的原理是截然不同的。 圓弧形車刀是較為特殊的數控加工用車刀。其特征是，構成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪 廓度誤差很小的圓??；該圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，因此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上；車刀圓弧半徑理論上與被加工零件的形狀無關，并 可按需要靈活確定或測定后確認。當某些尖形車刀或成型車刀(如螺紋車刀)的刀尖具有一定的圓弧形狀時，也可作為這類車刀使用。圓弧形車刀可以用于車削內、 外表面，特別適宜于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。 成型車刀俗稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數控車削加工 中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋車刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀，當確有必要選用時則應在工藝準備文件或加工程 序單上進行詳細說明。 為了適應數控機床自動化加工的需要(如刀具的對刀或預調、自動換刀或轉刀、自動檢測及管理工作等)，并不斷提高產品的加工質量和生產效率，節(jié)省刀具費用， 應多使用模塊化和標準化刀具。 2. 數控車床的卡盤 液壓卡盤是數控車削加工時夾緊工件的重要附件，對一般回轉類零件可采用普通液壓卡盤；對零件被夾持部位不是圓柱形的零件，則需要采用專用卡盤；用棒料直接加工零件時需要采用彈簧卡盤。 4. 數控車床的尾座 對軸向尺寸和徑向尺寸的比值較大的零件，需要采用安裝在液壓尾架上的活頂尖對零件尾端進行支撐，才能保證對零件進行正確的加工。尾架有普通液壓尾架和可編程液壓尾座。 4. 數控車床的刀架 刀架是數控車床非常重要的部件。數控車床根據其功能，刀架上可安裝的刀具數量—般為8把、10 把、12把或16把，有些數控車床可以安裝更多的刀具。 刀架的結構形式一般為回轉式，刀具沿圓周方向安裝在刀架上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鉆頭、鏜刀。車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀。少數數控 車床的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。 托輥數控車床可以配備兩種刀架： （1）專用刀架 由車床生產廠商自己開發(fā)，所使用的刀柄也是專用的。這種刀架的優(yōu)點是制造成本低，但缺乏通用性。 （2）通用刀架 根據一定的通用標準而生產的刀架，數控車床生產廠商可以根據數控車床的功能要求進行選擇配置。 5. 數控車床的銑削動力頭 托輥數控車床刀架上安裝銑削動力頭可以大大擴展數控車床的加工能力。 1.4 盤絲車床 盤絲車床用于加工三爪自定心卡盤的零件-盤絲,包括車平面螺紋、端面和鏜孔等。該機床采用床身長度方向與主軸軸心線垂直的布局，有兩個刀架。其中左刀架為車絲刀架，右刀架為鏜孔、車端面刀架。工件用液壓卡盤夾緊；車絲刀架運動循環(huán)由液壓控制。 1.5 本文主要研究內容和任務 1、切入進給機構機構設計中需滿足，可帶動上拖板作切入運動，切入運動結束時絲杠須停轉，當到達切入行程終點時，上拖板應退回原位。 2、 刀架還應具備手動進給功能。 第2章 切入進給機構總體設計 液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 該機床的車絲刀架的運動循環(huán)是由液壓控制的。 車絲刀架橫向讓刀和進刀運動是用油缸傳動帶曲線槽的滑板及從動滾子實現的；切入運動由油缸中活塞齒條，進扇形齒輪和棘輪機構，傳動絲杠獲得，使絲杠復位靠油缸驅動。 機床進給系統(tǒng)總示意圖： 圖 2-1 進給系統(tǒng)示意圖 刀架是車床的重要組成部分，用于夾持切削用的刀具，因此其結構直接影響到車床的切削性能和切削效率。而切入進給機構機構正是實現刀架前進后退的重要組成部分. 2.1 液壓系統(tǒng)設計 液壓系統(tǒng)成功而又廣泛使用的秘密在于它的通用性和易操作性，液壓動力傳遞不會像機械運動那樣受機械幾何形體的制約，為提高生產率，優(yōu)化自動化生產，液壓系統(tǒng)成為了自動化的重要組成部分。 2.1.1液壓傳動部分設計 機床的液壓傳動機床的車絲刀架的運動循環(huán)是由液壓控制的。如圖所示： 圖 2-2 液壓控制示意圖 車絲刀架橫向讓刀和進刀運動是用油缸傳動帶曲線槽的滑板及從動滾子實現的；切入運動由油缸中活塞齒條，進扇形齒輪和棘輪機構，傳動絲杠獲得，使絲杠復位靠油缸驅動。 液壓閥控制油缸，驅動活塞齒條運動，通過齒輪齒條機構，將活塞的直線運動轉換為齒輪的旋轉運動，該機構中，將齒輪設計成扇形齒輪，目的是帶動后面的棘輪棘爪機構，使絲杠獲得間隙的傳動，最后通過絲杠螺母副，將旋轉運動轉換為直線運動，實現刀架的進給。 當刀架進給到其終點的時候，通過觸動微電開關，控制液壓閥，驅動活塞齒條運動，通過齒輪齒條機構實現快速退刀。 2.2盤絲車床的切入進給機構方案設計 2.2.1 切入進給機構方案設計 一般來說，機床的切入進給機構主要有以下幾種： 1，液壓（或氣動）驅動的活塞齒條齒輪切入進給機構 這種由液動機驅動的切入進給機構調速范圍大、緩沖制動容易，轉位速度可調，運動平穩(wěn)，結構尺寸較小，制造容易，因而應用較廣泛。而轉位角度大小可由活塞桿上的限位檔塊來調整。也有采用氣動的，氣動的優(yōu)點是結構簡單，速度可調，但運動不平穩(wěn)，有沖擊，結構尺寸大，驅動力小。故一般多用于非金屬切削的自動化機械和自動線的切入進給機構中。 2，圓柱凸輪步進式切入進給機構 這種切入進給機構依靠凸輪輪廓強制作轉位運動，運動規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸起=輪廓，從動回轉盤（相當于體）端面有多個柱銷，銷子數量與工位數相等。當圓柱凸輪按固定的旋轉方向運動時，有的柱銷會進入凸輪輪廓的曲線段，使凸輪開始驅動回轉盤轉位，與此同時有的圓柱銷會與凸輪輪廓脫離，當柱銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過渡到直線段時，即使凸輪繼續(xù)旋轉，回轉盤也不會轉動，即完成了一次刀盤分度轉位動作。如此反復下去，就能實現多次的換刀操作。由于凸輪是一個兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以當凸輪正反轉進均可帶動刀盤正反兩個方向的旋轉。這種切入進給機構轉位速度高、精度較低，運動特性可以自由設計選取但制造較困難、成本較高、結構尺寸較大。這種切入進給機構可以通過控制系統(tǒng)中的邏輯電路或PC程序來自動選擇回轉方向，以縮短轉位輔助時間。 3，伺服電機驅動的轉位 隨著現代技術的發(fā)展，可以采用直流（或交流）伺服電機驅動蝸桿、蝸輪（消除間隙）實現轉位，轉位的速度和角位移均可通過半閉環(huán)反饋進行精確控制加以實現，因而這種切入進給機構轉位速度可以進行精確控制、精度高，結構簡單、實現容易。所以在現代數控機床中被廣泛采用[6]。 2.2.2切入進給機構方案擬定 為了把旋轉運動變?yōu)橹本€運動，常采用絲杠螺母機構、齒輪齒條機構、蝸桿齒條機構以及凸輪杠桿機構等。在需要周期進給時，常采用棘輪棘爪機構。 進給機構由液壓系統(tǒng)控制，帶動活塞運動，通過齒條，帶動齒輪，使絲杠轉動，通過絲杠螺母副，把旋轉運動轉為直線運動，實現進給。 第3章 切入進給機構工作原理 該部分設計參考切入進給機構結構圖。 圖 4-3 進給機構機構圖 當壓力油接通油缸時，活塞齒條向左移動，通過齒輪齒條機構，帶動裝有棘爪的扇形齒輪旋轉，則由棘爪、棘輪。使絲杠旋轉，則絲杠通過絲杠螺母機構帶動上拖板作切入運動。切入運動結束時，油缸接油箱，活塞在彈簧作用下，使扇形齒輪復位，棘爪在棘輪上打滑，絲杠停轉。 轉動旋鈕，經蝸桿副轉動護板，則可改變活塞左移一次時棘輪轉動的角度，從而調整切入量。按下按鈕，壓下杠桿，使棘爪抬起和棘輪脫開，然后再轉動手柄，使絲杠旋轉，刀架得到手動進給。 絲杠順時針轉動時，擋鐵由固定擋板限位；逆時針轉動時，由活動擋塊限位。調整擋塊的位置，便可改變絲杠的轉角而調整切入行程。轉動螺母，細齒牙嵌式離合器在套中的彈簧作用下而脫開，再轉動手柄，就可調整切入行程終點的位置。調整完畢，擰緊螺母，使細齒牙嵌式離合器接合。 切入行程終點時，擋鐵碰微動開關，壓力油進入復位油缸，帶齒條的活塞向右移動，經齒輪使齒輪使絲杠反轉，則上拖板退回原為，以便加工下一個工件。 當車絲刀架縱向走刀完畢時，壓力油進入油缸的左腔推動活塞，經活塞剛帶動讓刀滑板右移。由滑板上的曲線槽經滾子、銷子帶動上拖板作橫向讓刀運動。讓刀行程為10毫米。彈簧用于消除絲杠與螺母之間的間隙。 刀架上一次安裝精車、半精車、次粗車、粗車、倒角等五把車刀，相鄰兩車刀的中心距離等于被加工的螺距；精車刀切削刃寬度等于被加工螺紋槽寬減去磨削余量。 第4章 切入進給機構各零件設計 4.1 齒條和齒輪設計計算 齒輪齒條的傳動計算 齒輪與齒條傳動特點 齒輪作回轉運動，齒條作直線運動，齒條可以看作一個齒數無窮多的齒輪的一部分，這時齒輪的各圓均變?yōu)橹本€，作為齒廓曲線的漸開線也變?yōu)橹本€。齒條直線的速度與齒輪分度圓直徑、轉速之間的關系為 式中 d——齒輪分度圓直徑，； ——齒輪轉速，。 其嚙合線與齒輪的基圓相切，由于齒條的基圓為無窮大，所以嚙合線與齒條基圓的切點在無窮遠處。 齒輪與齒條嚙合時，不論是否標準安裝（齒輪與齒條標準安裝即為齒輪的分度圓與齒條的分度圓相切），其嚙合角恒等于齒輪分度圓壓力角，也等于齒條的齒形角；齒輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合。只是在非標準安裝時，齒條的節(jié)線與分度線不再重合。 齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等，齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側直線的垂直距離，即。 齒輪與齒條的實際嚙合線為，即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線的交點及之間的長度。 齒輪齒條傳動的幾何尺寸計算 齒輪與齒條傳動的尺寸計算見表 表 齒輪齒條傳動的幾何尺寸計算 項目名稱 計算公式及代號 轉齒輪齒條數值 轉齒輪齒條數值 齒輪齒數 48 32 模數 2 2 螺旋角 基本齒廓 壓力角 齒頂高系數 1 1 頂隙系數 0.25 0.25 齒輪變位系數 0.418 0.418 尺寬 齒輪 10 10 齒條 30 30 齒條長度 75 300 主要幾何參數計算 項目名稱 計算公式及代號 轉齒輪齒條數值 轉齒輪齒條數值 齒輪分度圓直徑 96 64 齒頂高 齒輪 2.836 2.836 齒條 2 2 齒根高 齒輪 1.664 1.664 齒條 2.5 2.5 齒高 齒輪 4.5 4.5 齒條 齒輪中心到齒條中心距 4.5 4.5 齒距 6.238 6.238 齒條齒數 12 32 齒條的主要特點： （1） 由于齒條齒廓為直線，所以齒廓上各點具有相同的壓力角，且等于齒廓的傾斜角，此角稱為齒形角，標準值為20°。（2） 與齒頂線平行的任一條直線上具有相同的齒距和模數。 （3） 與齒頂線平行且齒厚等于齒槽寬的直線稱為分度線（中線），它是計算齒條尺寸的基準線。 4.2 蝸輪蝸桿副的設計計算 設計的普通圓柱蝸桿傳動比為，傳動反向，工作載荷穩(wěn)定，但有不大的沖擊，要求設計壽命為。 對蝸輪蝸桿的設計計算如下； (1).選擇蝸桿傳動類型 根據的推薦，采用漸開線蝸桿（）。 (2).選擇材料 根據庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為40-45 HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅，金屬模鑄造。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。 (3).按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據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，再校核齒根彎曲疲勞強度。 1) 確定作用在蝸輪上的轉矩 按，估取效率，則 === 2) 確定載荷系數 因為工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數為；由西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編著的《機械設計》教材表11-5選取使用系數；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數；則 = 3) 確定彈性影響系數 因選用的是鑄錫青銅輪和鋼蝸桿相配，故。 4) 確定接觸系數 先假設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距a的比值，從圖11-18中可查得=。 5) 確定許用接觸應力 根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC， 可從表11-7中查得蝸輪的基本許用應力為。 應力循環(huán)次數 壽命系數 則 6) 計算中心距 取中心距a=80mm，因故從表11-2中取模數為m=2mm，蝸桿分度圓直徑。這時，從圖11-18中可查得接觸系數，因為，因此以上計算的結果可用。 (2) 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 1) 蝸桿 軸向齒距 直徑系數 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 分度圓導程角 蝸桿軸向齒厚 圖2.3 蝸桿的結構圖 1) 蝸輪 蝸輪齒數 ；變位系數 驗算傳動比，這時傳動比誤差為，是允許的。 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒根圓直 蝸輪咽喉母圓半徑 圖2.4 蝸輪的結構圖 (4) 校核齒根彎曲疲勞強度 當量齒數 根據，，從圖11-19中可查得齒形系數。 螺旋角系數 許用彎曲應力 從表11-8中查得由制造的蝸輪的基本許用彎曲應力 壽命系數 彎曲強度滿足要求。 (6) 精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T10089—1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度，側隙種類為f，標注為8f GB/T10089—1988。然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度，此處從略[9]。 4.3 滾珠絲杠副的設計 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。 早在19世紀末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但很長一段時間未能實際應用，因制造難度太大。世界上第一個使用滾珠絲杠副的是美國通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉向機構上。1940年，美國開始成批生產用于汽車轉向機構的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠副開始用于飛機上。精密螺紋磨床的出現使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產生了較大的飛躍，隨著數控機床和各種自動化設備的發(fā)展，促進了滾珠絲杠副的研究和生產。從50年代開始，在工業(yè)發(fā)達的國家中，滾珠絲杠副生產廠家如雨后春筍般迅速出現，例如：美國的WARNER-BEAVER公司、GM-SAGINAW公司；英國的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我國早在50年代末期開始研制用于程控機床、數控機床的滾珠絲杠副。40多年來，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點，被廣泛應用于機械、航天、航空、核工業(yè)等領域?，F在，滾珠絲杠副已成為機械傳動與定位的首選部件。 由于滾珠絲杠副的使用不斷普及，使用領域不斷擴大，對滾珠絲杠副的要求也越來越多，普通規(guī)格的滾珠絲杠副已遠遠滿足不了使用要求，如航天航空領域、小型精密測試裝置、電子儀器以及半導體裝置等基本上都需要公稱直徑d0≤12mm，導程Ph=0.5～2.5 mm的微型滾珠絲杠副。日本NSK公司已開發(fā)出公稱直徑d0=4mm，導程Ph=0.5mm的世界最小導程微型滾珠絲杠副。半導體插件裝置、小型機器人等需要微型大導程滾珠絲杠副，以滿足高速驅動要求。 隨著機械產品向高速、高效、自動化方向發(fā)展，工業(yè)機器人、數控鍛壓機械、加工中心以及機電一體化自動機械等，其進給驅動速度不斷提高，大導程滾珠絲杠副的出現，滿足了高速化的要求。日本NSK公司已開發(fā)出公稱直徑×導程為：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm超大導程滾珠絲杠副，快速進給速度達180m/min。 4.3.1滾珠絲杠的特點 1、與滑動絲杠副相比驅動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2、高精度的保證 采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀、軸向間隙可調整得很小，也能輕便地傳動。若加入適當的預緊載荷，消除軸向間隙，可使絲杠具有更佳的剛性，在承載時減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達到更高的精度。 3、微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現滑動運動那樣的爬行現象，能保證實現精確的微進給。 3、 無側隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓，由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性（滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強）。 5、高速進給可能 滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現高速進給(運動)。 6、高可靠性 與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。 7、高耐用性 鋼球滾動接觸處均經硬化（HRC58～63）處理，并經精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 4.3.2 滾珠絲杠副結構 滾珠絲杠副的結構傳統(tǒng)分為內循環(huán)結構(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結構(以插管為代表)兩種。這兩種結構也是最常用的結構。這兩種結構性能沒有本質區(qū)別，只是內循環(huán)結構安裝連接尺寸?。煌庋h(huán)結構安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結構已有10多種，但比較常用的主要有：內循環(huán)結構；外循環(huán)結構；端蓋結構；蓋板結構。 內循環(huán)結構反向器的形狀有多種多樣，但是，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，在流暢性上不如橢圓形結構?，F在，最好的反向器結構為橢圓形內通道結構，由于滾珠反向不通過絲杠齒頂，類似外循環(huán)結構，因此，消除了絲杠齒頂倒角誤差給滾珠反向帶來的影響。但由于制造工藝較復雜，影響了這種結構的推廣。 4.3.3滾珠絲杠副的種類 現國內外文獻上對滾珠絲杠副還沒有統(tǒng)一的分類，但各國一般是按以下原則進行分類的： 普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑d0=16～100mm，導程Ph=4～20mm，螺旋升角φ＜9°。 微型滾珠絲杠副指公稱直徑d0≤12mm的滾珠絲杠副。對于導程Ph≤3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導程滾珠絲杠副，螺旋升角φ＞9°的滾珠絲杠副稱為微型大導程滾珠絲杠副。 大導程滾珠絲杠副指公稱直徑d0≥16mm，螺旋升角17°≥φ＞9°或導程d0≤Ph≤d0的滾珠絲杠副，對于螺旋升角φ＞17°稱為超大導程滾珠絲杠副。 重型滾珠絲杠副指公稱直徑d0≥125mm的滾珠絲杠副。 4.3.4滾珠絲杠副精度 過去，為了獲得高的定位精度，主要通過提高滾珠絲杠副本身的精度來實現，因此，對滾珠絲杠的導程累積誤差要求很高，給滾珠絲杠副的制造帶來困難，使?jié)L珠絲杠副的生產成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，只有通過數控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加工才能達到。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們掌握了數控補償技術，因而，不需要很高精度的滾珠絲杠副，也能獲得高的定位精度。為了適應數控補償技術的要求，國際標準ISO3408-3-1992以及部頒標準JB3162.2-92都對滾珠絲杠副的行程變動量作了要求，如有效行程內行程變動量、任意300mm行程內行程變動量、2π弧度內行程變動量。其目的就是要控制滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也即滾珠絲杠副行程誤差線性化。為數控誤差補償創(chuàng)造條件。 4.3.5 滾珠絲杠副性能 隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機械產品能實現高的定位精度且能平穩(wěn)運行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運轉平穩(wěn)，無阻滯現象。滾珠絲杠副運轉是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預緊轉矩的變動量，不同轉速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運動的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預緊轉矩也不相同。國際標準ISO3408－3－1992以及部頒標準JB3162.2－92規(guī)定了在轉速為100r/min時，滾珠絲杠副預緊轉矩的允差。 由于存在加工誤差，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長不一致，絲杠、螺母的導程誤差，絲杠與螺母的滾道齒形誤差以及螺紋滾道的粗糙度等，使?jié)L珠絲杠副的動態(tài)預緊轉矩在絲杠螺紋全長上是不恒定的，這直接影響驅動系統(tǒng)的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預緊轉矩變動量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標。 近幾年來，人們對滾珠絲杠副的預緊轉矩變動量的大小開始重視起來，以前人們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線，現在也開始重視滾珠絲杠副預緊轉矩的曲線。因為有了這兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來。 為了滿足上述要求，北京機床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測量儀和預緊轉矩測量儀。應用現代化的測量手段和高精度的傳感器，在測量過程中能實時顯示行程誤差曲線和預緊轉矩曲線，并打印出完整的測量報告，為衡量滾珠絲杠副的總成質量，提供了可靠的檢測手段。 隨著數控機床的發(fā)展，“高速、高效”成為各廠家追求的目標，對于高速驅動與定位部件，國外已有直線電動機問世，開始用于加工中心，快速進給速度達到160m/min以上，加速度達4g以上，向滾珠絲杠副提出嚴峻的挑戰(zhàn)。但由于直線電動機存在價格昂貴、控制系統(tǒng)復雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強磁對人身危害以及發(fā)熱等缺點，在近一段時間很難得到普及。滾珠絲杠副仍是現在高速驅動的最優(yōu)先選擇，國外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達到高速驅動目的，設計時在提高電動機轉速(電動機最高轉速可達4000r/min)的同時，使用大導程滾珠絲杠副，導程可達32mm。如日本馬扎克公司在FF660機床上使用滾珠絲杠副，機床快速移動速度達90m/min，加速度達1.5g。? 滾珠絲杠副在高速驅動時主要存在的問題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產生的原因主要有：滾珠在循環(huán)回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產生的。要解決上述問題首先應從滾珠絲杠副的結構設計開始，對存在的問題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過合理的工藝流程，提高產品的內在質量；選取適當的滾珠絲杠副預緊轉矩；減小滾珠絲杠副的預緊轉矩的變動量，使?jié)L珠絲杠副適應高速驅動的要求。 世界主要滾珠絲杠生產制造商： 日本黑田精工(KURODA)滾珠絲杠，日本THK滾珠絲杠、臺灣上銀HIWIN滾珠絲杠、臺灣ABBA滾珠絲杠、韓國SBC滾珠絲杠、日本NSK滾珠絲杠等。 4.3.6 導軌副設計與計算 根據給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導軌的靜安全系數fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~4.0(一般運行狀況)，4.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。根據計算結果查有關資料初選導軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 根據計算額定靜載荷初選導軌: 選擇漢機江機床廠HJG-D系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-D25 基本參數如下: 額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量 導軌重量 導軌長度 動載荷 靜載荷 L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 4.1 760 滑座個數 單向行程長度 每分鐘往復次數 M 4 0.6 4 導軌的額定動載荷N 依據使用速度v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作壽命Ln： 額定行程長度壽命: 導軌的額定工作時間壽命: 導軌的工作壽命足夠. 4.3.7滾珠絲杠副設計與計算 初選絲杠材質：CrWMn鋼，HRC58~60，導程：l0=5mm （1） 強度計算 絲杠軸向力：(N) 其中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，Fy=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz計算。 取f=0.004,則: 壽命值：，其中絲杠轉速(r/min) 最大動載荷： 式中：fW為載荷系數，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數，HRC≥58時為1.0。 查表得中等沖擊時則: 根據使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據最大動載荷的數值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。 其基本參數如下: 其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙螺母螺紋預緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數的計算如下表 名稱 計算公式 結果 公稱直徑 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 4.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 19.365mm 螺桿內徑 16.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 24.212mm 螺母內徑（外循環(huán)） 20.7mm （2） 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。 （3） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 （4） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數計算 絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差Δ為 E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。 4.3.8 棘輪機構設計 在許多機器中，除廣泛采用常用機構外，還經常用到其他類型的一些機構，如各類間歇運動機構。本次設計中選用棘輪機構來實現絲杠的間歇運動實現進給。 棘輪機構的設計： 棘輪機構的結構簡單、制造方便、運動可靠；而且棘輪軸每次轉過角度的大小可以在較大的范圍內調節(jié)，這些都是它的優(yōu)點。 棘輪機構常用于各種設備中，以實現進給、轉位或分度的功能。本課題中，選擇棘輪機構，來使得絲杠做間歇轉動，從而實現橫向間歇進給。 通過改變棘輪每次轉過的角度的大小，可以改變絲杠轉動的速度，從而改變進給量。 棘輪機構的設計要點： 在設計棘輪機構時，為了保證棘輪機構工作的可靠性，在工作行程，棘爪應能順利地滑入齒底。即棘齒的切斜角應大于摩擦角。 本次設計的棘輪零件圖，如圖3-4 所示： 圖 3-4 棘輪 4.3.9 棘爪零件設計 圖 3-5 棘爪 4.3.10 手動進給搖桿的設計 本課題任務中，進給機構需能夠實現手動進給，故設計了手動進給搖桿，搖桿與手柄間采用螺紋連接。如圖： 圖3-6 進給搖桿 4.3.11 進給箱體的設計 初步定下箱體長 380mm，寬 300mm，高400mm。具有齒輪齒條部分，箱體需要有通孔。具體設計如下圖所示： 圖3-7 箱體 總 結 本次課題是盤絲車床切入進給機構進行的設計，在設計中得到老師耐心的指導和同學的熱心幫助才使得這次畢業(yè)設計能夠完滿完成，同時也鞏固了我所學的知識，作為大學四年的最后的一次作業(yè)，自始至終我都用心的去完成，并從中學到了不少的知識。在能力培養(yǎng)方面也基本達到了預期的目的，即不但培養(yǎng)了我綜合應用專業(yè)基礎知識來解決實際工程問題的能力，而且還使我初步樹立了很強的工作責任感。在設計中我們小組緊密配合，雖是共同設計一臺數控車床，但各有分工。這就為我們的創(chuàng)新思維留足了廣闊的自由空間，在追求統(tǒng)一的前提下充分發(fā)揮自己的想象力。講求團隊合作精神，這一課題的設置符合高等院校辦學精神，同時也符合現代企業(yè)的擇人準則。獨立思考、廣泛討論是獲取新知識的有效捷徑這一思想正在被越來越多的人所接受,必盡這是我們邁向工程實際的第一步，也是最為關鍵的一步。相信經過這次訓練后，無論是在以后的工作還是學習中，必定能使我們少走彎路。 參考文獻 [1]馮辛安主編.機械制造裝備設計.北京：機械工業(yè)出版社，19991.0 [2]盛伯浩主編.機床的現狀與發(fā)展.北京：機械工業(yè)出版社，2005.1. 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