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上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） ZXH54型銑槽機分度箱部件設(shè)計
引 言
目前國內(nèi)針織橫機針床加工效率低，前、后針床針槽不能在同一臺機器上完成加工，從而造成寬度不勻，影響針床質(zhì)量。為此須研制新型針床加工專用母機，使該機能用多個加工工位同時完成多副針床的加工，且能使前針床、后針床在同一臺機器上完成加工，從而成倍提高產(chǎn)量與質(zhì)量。
ZXH54型針板銑槽機是一種典型的組合機床，因此它也就具有組合機床的一切特征。
§一、組合機床概述
1-1 組合機床及其特點
組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠?qū)σ环N(或幾種)零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。
組合機床與通用機床、其他專用機床比較、具有以下特點：
(1)組合機床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件占全部機床零，部件總量的70-80%，因此設(shè)計和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟效果好。
(2)由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因而比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。
(3)組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。
(4)在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。
(5)當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部分部件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計和制造。
(6)組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。
組合機床常用的通用部件有：床身(側(cè)底座)、底座(包括中間底座和立柱底座)、立柱，動力箱、動力滑臺，各種工藝切削頭等。對于一些按順序加工的多工位組合機床，還具有移動工作臺或回轉(zhuǎn)工作臺。
動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動或進(jìn)給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進(jìn)給運動的動力頭，而只能完成進(jìn)給運動的動力部件稱為動力滑臺。 固定在動力箱上的主軸箱是用來布置切削主軸，并把動力箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給各主軸的切削刀具，由于各主軸的位置與具體被加工零件有關(guān)，因此主軸箱必須根據(jù)被加工零件設(shè)計，不能制造成完全通用的部件，但其中很多零件(例如：主軸、中間軸、齒輪和箱體等)是通用的。
床身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。移動的或回轉(zhuǎn)的工作臺是多工位組合機床的主要部件之一，它起著轉(zhuǎn)換工位和輸送工件的作用，因此它們的直線移動和回轉(zhuǎn)運動的重復(fù)定位精度直接影響組合機床的加工精度。
除了上述主要部件之外，組合機床還有各種控制部件，主要是指揮機床按順序動作，以保證機床按規(guī)定的程序進(jìn)行工作。
組合機床的通用部件，絕大多數(shù)已由機械工業(yè)部頒布成國家標(biāo)準(zhǔn)，并按標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的名義尺寸、主參數(shù)、互換尺寸等定型，各種通用部件之間有配套關(guān)系。這樣，用戶可根據(jù)被加工零件的尺寸、形狀和技術(shù)要求等，選用通用部件，組成不同型式的組合機床，以滿足生產(chǎn)的需要。
1-2、組合機床分類和基本配置型式
組合機床有大型組合機床與小型組合機床兩大類，它們不僅在體積和功率上有大小之別，而且在結(jié)構(gòu)和配置型式等方面也有很大差異。大型組合機床的配置型式可分為三大類：
一、具有固定式夾具的單工住組合機床
這類組合機床夾具和工作臺都固定不動。動力滑臺實現(xiàn)進(jìn)給運動，滑臺上的動力箱(連主軸箱)實現(xiàn)切削主運動。
根據(jù)動力箱和主軸箱的安置方式不同，這類機床的配置型式有以下幾種。
(1)臥式組合機床(動力箱水平安裝)；
(2)立式組合機床(動力箱垂直安裝)；
(3)傾斜式組合機床(動力箱傾斜安裝)；
(4)復(fù)合式組合機床(動力箱具有上述兩種以上的安裝狀態(tài))。
1-3、組合機床的工藝范圍
組合機床可完成的工藝有銑平面、刮平面、車端面、鉆孔、擴孔；鏜孔、鉸孔、攻絲、倒角、惚窩、鉆深孔、切槽等。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，組合機床可完成的工藝范圍也在不斷擴大，除了上述工藝外，還可完成車外圓、車錐面、車弧面、切削內(nèi)外螺紋、液壓孔、技削內(nèi)外圓柱面和平面、磨削、拋光、衍磨，甚至還可進(jìn)行沖壓、焊接、熱處理、裝配、自動測量和檢查等。
§二、ZXH54型銑槽機分度箱部件分析
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2-1）。
圖2-1 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(xì)解釋。
空間凸輪機構(gòu)的基本類型及特點（見表2-1）
表2-1 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(dá)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2-2 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(dāng)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2-3，有三種類型：
類型Ⅰ （圖2-3a）——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2-3b）——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2-3c）——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2-3 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2-4
圖2-4 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?。ǖ人龠\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(dāng)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?？梢宰C明，它與加速度和速度乘積的最大值成正比。
（表2-2）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2-2 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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)梯形加速度
1.84
4.05
改進(jìn)正弦加速度
1.63
4.48
改進(jìn)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(dāng)?shù)模ㄟ@里幾種規(guī)律的加速段合減速段時間相同）
改進(jìn)梯形加速度
1.92
4.68
4.21
改進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yán)。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、ZXH54型銑槽機凸輪分度箱設(shè)計方案
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(biāo)：
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：
定位精度高；
經(jīng)濟性好；
性價比高。
參 考 文 獻(xiàn)
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