ZXH54型銑槽機分度箱部件設(shè)計

ZXH54型銑槽機分度箱部件設(shè)計,zxh54,型銑槽機,分度,部件,設(shè)計 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 銑床專用凸輪分度箱設(shè)計 引 言 ③機床聯(lián)系尺寸總圖 圖2-5 機床聯(lián)系尺寸總圖（簡） ④ 機床生產(chǎn)率計算卡 表2-3 生產(chǎn)率計算卡 被加工零件 圖 號 毛 坯 種 類 名 稱 毛 坯 重 量 材 料 45 硬 度 工 序 名 稱 工 序 號 序號 工步名稱 被加工零件數(shù)量 加工直徑 (mm) 加工長度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m /min) 每分鐘轉(zhuǎn)速 (r· min) 進給量 (mm /r) 進給速度 (mm /min) 工時(min) 機加工時間 (s) 輔助時間 共計 (min) 1 進刀 / / / 30.5 / / / / 1.05 2 工進 8 / 129 151 50 160 0.675 108 67.2 533 3 快退 / / / 151 / / / / 2.265 4 退刀 / / / 30.5 / / / / 1.05 備注 總 計 單件工時 540min 機床生產(chǎn)率 機床負荷率 第三章 凸輪分度箱設(shè)計 凸輪分度箱是ZXH54型銑槽機的主要部件，它是保證銑槽精度，提高產(chǎn)量與質(zhì)量，實現(xiàn)自動分度的關(guān)鍵。所以，在對凸輪分度箱提出設(shè)計方案前，有必要了解凸輪機構(gòu)的設(shè)計。 一．凸輪機構(gòu)的概述 （一）凸輪機構(gòu)及其類型 凸輪機構(gòu)一般是由機架、主動凸輪及從動件三部分組成的高副機構(gòu)。從動件可作預(yù)期的往復(fù)移動或擺動，以及間歇的旋轉(zhuǎn)（見圖3-1）。 圖3-1 間歇旋轉(zhuǎn)凸輪機構(gòu) 1、凸輪機構(gòu)的基本類型 凸輪機構(gòu)有平面與空間之分。平面凸輪機構(gòu)又可分為移動從動件盤形凸輪機構(gòu)、擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)、移動從動件移動凸輪機構(gòu)和擺動從動件移動凸輪機構(gòu)?？臻g凸輪機構(gòu)也有移動從動件和擺動從動件之分。本課題——銑床專用分度凸輪機構(gòu)屬空間凸輪機構(gòu)，故以下將對空間凸輪機構(gòu)作詳細解釋。 空間凸輪機構(gòu)的基本類型及特點（見表3-1） 表3-1 空間凸輪機構(gòu)的基本類型及特點 移 動 從 動 件 圓柱凸輪 從動件的運動平面與凸輪運動平面垂直 圓錐凸輪 從動件的運動平面與凸輪運動平面成一角度 擺動從動件 圓柱凸輪 這種圓柱凸輪是近似的，從動件的擺角不能太大 環(huán)面凸輪 球面凸輪 從動件可以有較大的擺角 2、凸輪機構(gòu)的鎖和方式 為了使從動件和凸輪始終保持接觸，可以采用力鎖合或形鎖合。力鎖合是應(yīng)用重力、彈簧力或流體壓力等外力使從動件保持和凸輪接觸。形鎖合可用槽凸輪、凸緣凸輪、等徑凸輪、等寬凸輪或共軛凸輪等來達到這個目的。 本課題ZXH54型銑槽機采用的是槽凸輪，鎖合方式為形鎖合，具體方式如下圖所示。這種鎖合方式要求凸輪的尺寸較大，圖a結(jié)構(gòu)較簡單，但為了使?jié)L子在槽內(nèi)不會卡住，必須要有間隙，不宜用于高速。圖b采用兩個滾子，可消除間隙，但制造困難些。 圖3-2 槽凸輪的形鎖合 （二）從動件的運動規(guī)律 一般概念 1、從動件的運動類型 當凸輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，從動件作一次往復(fù)運動。設(shè)從動件為移動從動件。其位移為s、加速度a合時間t的關(guān)系見圖3-3，有三種類型： 類型Ⅰ （圖3-3a）——雙停歇運動（或升-停-回-停運動）。從動件在行程的兩端都有停歇。 類型Ⅱ （圖3-3b）——無停歇運動（或升-回-升運動）。從動件在形成的兩端都不聽謝而作連續(xù)的往復(fù)運動。 類型Ⅲ （圖3-3c）——單停歇運動（或升-回-停運動）。從動件只在行程的起始端（或終止端）有停歇。 圖3-3 運動類型 th ——升程（推程）時間 在選擇從動件的運動規(guī)律時，對于這三種運動類型，應(yīng)該有不同的考慮。如對雙停歇運動來說，在行程兩端的速度和加速度都應(yīng)為零。對其它兩種運動來說，在停歇端的速度和加速度應(yīng)為零。在無停歇端的速度也為零，而加速度最好不等于零。這樣，在推程和回程的銜接處，加速度過渡平滑，且可使最大速度和最大加速度等下降，這對受力情況和減少振動等都是有利的。 2、無因次運動參數(shù) 分析移動從動件的一個單向行程（推程），已知其位移s、速度v、加速度a和躍度j都是時間t的函數(shù)，相應(yīng)為： （式—1） 用線圖表示為圖3-4 圖3-4 運動線圖 3、運動規(guī)律的特性值及選擇運動規(guī)律的原則 運動規(guī)律的特性值是指無因此運動參數(shù)中的最大速度、最大加速度及最大躍度等。 ①最大速度 運動著的從動件具有一定的動量。從安全考慮，應(yīng)使動量小一些。為此，對于重載的凸輪機構(gòu)，因從動件的質(zhì)量大，應(yīng)采用小的運動規(guī)律為宜。還影響到凸輪的受力和尺寸大小。采用小的運動規(guī)律，同樣尺寸的凸輪，其最大壓力角也小（等速運動除外）。反之，如果相同，則小的凸輪尺寸也小。 ②最大加速度 因為慣性力等于實際速度乘以質(zhì)量。故當無因此最大加速度愈大時，從動件的最大慣性力愈大。凸輪與從動件間的動壓力也愈大。對于高速凸輪，更應(yīng)選擇值小的運動規(guī)律。 ③最大躍度 躍度和從動件的振動關(guān)系較大。為了減小振動，應(yīng)使值減小。值最小的運動規(guī)律是等躍度規(guī)律。 另外，從動件的慣性力還可引起凸輪軸上的附加轉(zhuǎn)矩。可以證明，它與加速度和速度乘積的最大值成正比。 （表3-2）列出了各種不同運動規(guī)律的、、、值，可供合理選擇運動規(guī)律時參考。一般來說，應(yīng)該避免由于速度突變引起的剛性沖擊。還應(yīng)盡量避免由于加速度突變引起的柔性沖擊。目前常用的有多項式運動規(guī)律和組合運動規(guī)律兩大類。其中又有多種形式。從表中可見：預(yù)使、、、都最小的運動規(guī)律是沒有的。這里相互有矛盾，因此應(yīng)該根據(jù)不同的工作情況和力選擇。下列原則可供參考。 表3-2 凸輪機構(gòu)各種運動規(guī)律比較表 運動類型 名稱 備注 加速度線圖形狀 說明 加速度不連續(xù)運動 等速 1.00 ∞ ∞ ∞ 最小，但有剛性沖擊，制造容易，可用于低速 等加速、等減速 2.00 4.00 ∞ 8.00 最小，因有柔性沖擊，目前很少用 余弦加速度（簡諧運動 1.57 4.93 ∞ 3.88 及扭矩小，但有柔性沖擊，可用于低速 雙停歇運動 等躍度 2.00 8.00 32.0 8.71 很小，但由于大很少用 3-4-5多項式 1.88 5.77 60.0 30.0 6.69 特性值較好，常用 正弦加速度 2.00 6.28 39.5 8.16 適用于高速輕載，缺點是、較大 雙停歇運動 改進梯形加速度 2.00 4.89 61.4 8.09 小，適用于高速輕載，近來在分度凸輪中應(yīng)用較多 非對稱改進梯形加速度 =1.5 2.00 6.11 4.07 95.9 42.6 10.11 6.74 對彈簧設(shè)計有利 改進正弦加速度 1.76 5.53 69.5 23.2 5.46 及轉(zhuǎn)距小，適用于中速中載，性能較好 改進等速 1.28 8.01 201.4 67.1 5.73 很小，扭矩小，適用于低速重載，也可用以代替等速運動，避免沖擊 無停歇運動 余弦加速度 1.57 4.93 15.5 3.88 用于無停歇運動中，這是一種很好的運動規(guī)律 正弦加速度 1.72 4.20 與相應(yīng)的雙停歇或單停歇運動相比，各特性值都有所改善 改進梯形加速度 1.84 4.05 改進正弦加速度 1.63 4.48 改進等速 1.22 7.68 48.2 4.69 單停歇運動 3-4-5多項式 1.73 4.58 6.67 40.0 22.5 4.96 5.61 特性值較好，但值較大 正弦加速度 1.85 5.81 4.52 與對應(yīng)的雙停歇運動相比，各特性值都有所改善。因此將雙停歇運動規(guī)律用于單停歇運動是不恰當?shù)模ㄟ@里幾種規(guī)律的加速段合減速段時間相同） 改進梯形加速度 1.92 4.68 4.21 改進正弦加速度 1.69 5.31 4.65 ①高速輕載 各特性值大體可按、、、的順序來考慮。改進梯形類型的值比較小，是較理想的一種運動規(guī)律。 ②低速重載 各特性值大體可按、、、的順序來考慮，故改進等速運動規(guī)律使比較理想的。 ③中速中載 要求、、、等特性值都較小。正弦角速度規(guī)律較好。但較大，因此用改進正弦加速度或3-4-5次多項式運動規(guī)律也較為理想。 低速輕載的凸輪機構(gòu)，對運動規(guī)律的要求不嚴。而在高速重載的情況下，由于兼顧及有困難，故不宜采用凸輪機構(gòu)。 （三）凸輪機構(gòu)的壓力角、凸輪的基圓半徑和最小曲率半徑 1、壓力角 凸輪機構(gòu)的壓力角α是凸輪給從動件的正壓力方向，即公法線n—n方向與從動件受力點速度v方向所夾的銳角。 凸輪機構(gòu)壓力角的大小，不僅和機構(gòu)傳動時的受力情況好壞有關(guān)，還和凸輪尺寸的大小有關(guān)。當載荷和機構(gòu)的運動規(guī)律確定以后，為了使凸輪有較小的尺寸，可選取較小的基圓半徑。但此時壓力角就要增大，從而使機構(gòu)受力情況變壞。因為壓力角增大，不但使凸輪與從動件的作用力增大，而且使導(dǎo)路中的摩擦力也增大。當壓力角大到某一臨界值時，機構(gòu)將發(fā)生自鎖。凸輪機構(gòu)的最大壓力角不僅不能超過，且在設(shè)計中，如果對機構(gòu)尺寸沒有嚴格限制時，為了使機構(gòu)有良好的受力情況，可將基圓半徑選的大一些，以減小壓力角；反之如要求凸輪尺寸盡量小而受力情況也不致于太差時，所用基圓半徑，也應(yīng)保證不超過許用值。見（表3-3）。 表3-3 凸輪機構(gòu)的許用壓力角的值 類別 推程 回程 力鎖合 形鎖合 移動從動件 ≤30° ≤70°~80° ≤30° 擺動從動件 ≤35°~45° ≤70°~80° ≤35°~45° 2、凸輪廓線的基圓半徑 盤形凸輪的基圓半徑一般是指凸輪理論廓線的最小半徑。也有將工作廓線的最小半徑稱為工作廓線基圓半徑的。兩者相差一個滾子半徑。對于尖端從動件來說，與相等。 3、凸輪廓線的曲率半徑 滾子從動件凸輪廓線的曲率半徑可由計算公式直接求得。當已知從動件的運動規(guī)律S=S(φ)(或ψ=ψ（φ）)就不難求的類速度。當從動件的位移S（或ψ）與凸輪轉(zhuǎn)角φ的關(guān)系不能用函數(shù)式來表達，而是以列表的形式給出時，可用數(shù)值微分法求得相應(yīng)的類速度和類加速度，再求曲率半徑。 二．空間凸輪的設(shè)計 空間凸輪包括圓柱凸輪、圓錐凸輪和蝸桿凸輪。ZXH54型銑槽機——凸輪分度箱選用的是蝸桿凸輪。 蝸桿凸輪主要用作間歇分度，見圖3-5。凸輪2每轉(zhuǎn)一周，帶滾子的從動件1轉(zhuǎn)動一個角度并停歇一段時間。轉(zhuǎn)動角度的大小隨滾子的數(shù)目而不同。停歇時間與轉(zhuǎn)動時間的比例也可以根據(jù)需要而定。這種機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單卻既能實現(xiàn)轉(zhuǎn)位又能精確的定位，工作可靠。由于應(yīng)用了凸輪，運動規(guī)律可以任選，從而可以適應(yīng)不同的工作條件已獲得最好的性能。特別是在高速運轉(zhuǎn)中可得到平穩(wěn)的運動而使振動和噪音減低。這種機構(gòu)壽命也較長。由于以上一系列優(yōu)點，近來在各種自動機中逐漸得到廣泛應(yīng)用。由于這種凸輪純屬空間嚙合，公式比較繁瑣。必須用計算機進行計算。表3-5給出了計算嚙合面、凸輪曲面、順時接觸線、壓力角和誘導(dǎo)法曲率等一系列公式。計算結(jié)果如壓力角過大，或誘導(dǎo)法曲率過大，可適當加大中心距a和從動件半徑重新計算。 圖3-5 蝸桿凸輪機構(gòu) 三．ZXH54型銑槽機凸輪分度箱設(shè)計 （一）凸輪分度箱總體設(shè)計 1、方案選擇 分度箱是該銑槽機的關(guān)鍵部件之一。它的主要作用是使銑刀精確的定位，即保證被加工工件——針床的槽距。根據(jù)設(shè)計的主要技術(shù)指標： 分度范圍：3～18N，分度精度：槽距誤差≤0.03毫米，槽距累積誤差為任意300毫米內(nèi)≤0.10毫米。 可見，該分度箱是一個要求精確定位的機械機構(gòu)。在銑刀每銑完一根槽后，通過分度箱使銑刀移動一段距離，銑第二根槽。以此保證針板的槽距。 在考慮了經(jīng)濟、精度等多方面因素后，決定使用凸輪機構(gòu)。其優(yōu)點： ① 定位精度高； ② 經(jīng)濟性好； ③ 性價比高。 2、凸輪分度箱的原理 本系統(tǒng)中采用如下所示的蝸桿凸輪分度機構(gòu)（見圖3-6）。其基本工作原理為：蝸桿凸輪的旋轉(zhuǎn)帶動分度盤，使蝸桿每旋轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過一格，銑刀移過一段固定的距離。形成了等距離的針床槽距。 設(shè)計時，蝸桿凸輪采用一段斜螺紋+一段直螺紋+一段斜螺紋繪制方法。銑刀停止或者銑槽時，轉(zhuǎn)盤始終位于直螺紋范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)盤每移動一格都是從直螺紋旋轉(zhuǎn)一圈再次停止在直螺紋處的。這一設(shè)計可以避免轉(zhuǎn)盤的碰撞、沖擊，形成一個緩沖地區(qū)，不至使零件受到損壞。同時，又保證了定位的精度，針床可以始終保持槽距。 在設(shè)計凸輪分度箱時，由于考慮到需要加工不同槽距的針板，所以在傳動軸（0439）上安裝了搭牙板，用來調(diào)換齒輪，這樣就可以滿足不同的槽距要求。 圖3-6 蝸桿凸輪平面圖 3、傳動結(jié)構(gòu) 凸輪分度箱的裝配圖（見附錄）。 由電動機帶動偏心輪旋轉(zhuǎn)，安裝在偏心輪的傳感器產(chǎn)生感應(yīng)信號，使輸入軸（0434——凸輪軸）旋轉(zhuǎn)；凸輪軸的旋轉(zhuǎn)帶動蝸桿凸輪(0433)轉(zhuǎn)動，蝸桿凸輪帶動塔輪軸（0405）旋轉(zhuǎn)，使塔輪軸偏過某一個角度，銑刀前進一格，同時塔輪軸帶動齒輪（0424）轉(zhuǎn)動，使與0424嚙合的齒輪（0422）旋轉(zhuǎn)；當位于塔輪軸上的離合器合上時，離合器軸（0420）轉(zhuǎn)動，帶動了安裝在離合器軸上的齒輪(0461)旋轉(zhuǎn)，同時帶動與其嚙合的齒輪(0462)旋轉(zhuǎn)；0462通過軸帶動齒輪（0459）轉(zhuǎn)動，使與0459嚙合的齒輪(0460)旋轉(zhuǎn)，通過傳動軸(0407)帶動齒輪（0467）旋轉(zhuǎn)，使與0467嚙合的齒輪（0468）轉(zhuǎn)動；最后，通過輸出軸（0406）將動力輸出。 快退時，將離合器斷開，軸（0420）旋轉(zhuǎn)，但齒輪（0422）與軸虛接觸，所以不會旋轉(zhuǎn)。 同時在離合器軸上考慮安裝一個杠桿，以控制離合器的斷開與合上。 具體傳動見如下簡圖： 電動機 偏心輪（0429） 輸入軸（0434） 蝸桿凸輪（0433） 嚙合 離合器接通 塔輪軸（0405） 齒輪（0424） 齒輪（0422） 嚙合 離合器軸（0420） 齒輪(0461) 齒輪（0462） 傳動軸（0407） 嚙合 齒輪（0467） 齒輪（0468） 輸出軸（0406） 圖3-7 凸輪分度箱裝配圖 ⑧最后把凸輪和已繪制完的分度盤裝配起來，得到如下裝配圖。 第四章 凸輪分度箱零件設(shè)計 凸輪分度箱的零件根據(jù)AUTO CAD平面圖紙，通過Solidworks三維建模軟件進行三維造型。將已繪制完的三維造型，通過Solidworks中的“裝配圖”功能進行總體裝配。 設(shè) 計 總 結(jié) 隨著紡織業(yè)的不斷發(fā)展，自動化在紡織業(yè)中的應(yīng)用也越來越為之廣泛，其中“針板”（用于排放織針）就是實現(xiàn)自動化的一個重要部件，它為電腦編織、電腦繡花創(chuàng)造了硬件條件。但它的加工特殊，精度要求較高，需要有專門的機床加工，這就對加工它的機床提出了較高的要求：加工自動化、高精度、高效率。ZXH54型銑槽機就是一臺用于加工紡織業(yè)中“針板”的專用切削機床，而我這次的畢業(yè)設(shè)計課題——銑床專用凸輪分度箱設(shè)計是該銑槽機的關(guān)鍵部件之一。 ZXH54型銑槽機屬于典型的組合機床，該機床具有四工位、八銑頭，能同時加工八個工件，具有較高的加工效率和加工精度，同時還能實現(xiàn)針槽與圓弧口槽同工位一次完成，克服了以前針板加工中加工工序復(fù)雜、加工效率低、加工精度不高的缺點。 本次設(shè)計取得的主要成果可歸納如下： 1. 對組合機床進行了總體介紹和說明，為以后類似的機床設(shè)計提供了可靠的科學依據(jù)。 2. 在總體方案設(shè)計中，通過多個方案的對照比較，對ZXH54銑槽機提出了一套科學可行的方案設(shè)計，即采用臥式床身，液壓動力滑臺，多工位式組合機床，且每個工件使用一把刀具，由下至上逆銑。 3. 在凸輪分度箱設(shè)計過程中，通過分析、比較最終確立了蝸桿凸輪機構(gòu)的方案，并且運用了Solidworks三維建模軟件進行三維造型。 因為ZXH54型銑槽機設(shè)計是上海凱鑫機械廠委托的橫向課題，所以本次我的畢業(yè)設(shè)計理論與實際相結(jié)合的較為緊密，從中學到了很多書本上學不到的知識，使我深刻體會到理論聯(lián)系實際的重要性。在設(shè)計過程中我重點自學了Solidworks三維建模軟件，現(xiàn)在已能較為熟練地操作該軟件，對今后的工作也起到了積極的作用。同時，我又重新溫習了《機械設(shè)計》等課程，對本專業(yè)的基礎(chǔ)課又扎實地掌握了一次。我還運用《金屬切削機床設(shè)計》、《組合機床設(shè)計》等學科知識，這對我自身又是一個知識的沉積，對我的自學能力與再學習能力又是一個鍛煉，使我受益匪淺。 當然，由于初次接觸以及自己知識的欠缺與經(jīng)驗的不足，在設(shè)計中一定還存在其他這樣那樣的問題，有些問題由于自己能力的欠缺到至今還沒發(fā)現(xiàn)。所以在今后的學習中還有許多要學，還有許多地方要改進。 致 謝 詞 在這次畢業(yè)設(shè)計即將全面結(jié)束時，我要感謝我的指導(dǎo)老師：華憶蘇、 唐勤生，他們在整個設(shè)計過程中不遺余力的進行指導(dǎo)和幫助。在我理論知識和實際經(jīng)驗不足的情況下，依然能夠不厭其煩的進行細心知道。對此我深表謝意。同時我也對要對同組的蔣丹華同學以及機械學院的所有老師的配合和幫助表示感謝。如果沒有他們的幫助我很難順利完成我的畢業(yè)設(shè)計。 在此我再次表示我最真摯的謝意! 參 考 文 獻 【1】 Solidwork （北京）清華大學出版社， 2002 【2】 邢啟恩等編著，Solid Works 2001 中文版實用技術(shù)精粹. （北京）清華大學出版社，2002 【3】 王紹俊主編， 機械制造工藝設(shè)計手冊. （北京）機械工業(yè)出版社，1985 【4】 大連組合機床研究所編， 組合機床設(shè)計 第一冊機械部分. （北京）機械工業(yè)出版社，1975 【5】 本手冊增訂組編， 金屬機械加工工藝人員手冊. （上海）科學技術(shù)出版社 【6】 沈陽工業(yè)大學 大連鐵道學院 吉林工學院主編， 組合機床設(shè)計. （上海）科技技術(shù)出版社，1985 【7】 徐灝主編， 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