ZXH54型銑槽機分度箱部件設計,zxh54,型銑槽機,分度,部件,設計 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） ZXH54型銑槽機分度箱部件設計 引 言 目前國內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，從而成倍提高產量與質量。 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。它能夠對一種(或幾種)零件進行多刀、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準零件占全部機床零，部件總量的70-80%，因此設計和制造的周期短，投資少，經濟效果好。 (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效率高，產品質量穩(wěn)定，勞動強度低。 (3)組合機床的通用部件是經過周密設計和長期生產實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結構穩(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、刀具和導向裝置等，加工質量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術水平要求不高。 (5)當被加工產品更新時，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，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。 (6)組合機床易于聯成組合機床自動線，以適應大規(guī)模的生產需要。 組合機床常用的通用部件有：床身(側底座)、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給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進給運動的動力頭，而只能完成進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，因此主軸箱必須根據被加工零件設計，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。移動的或回轉的工作臺是多工位組合機床的主要部件之一，它起著轉換工位和輸送工件的作用，因此它們的直線移動和回轉運動的重復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)定的程序進行工作。 組合機床的通用部件，絕大多數已由機械工業(yè)部頒布成國家標準，并按標準所規(guī)定的名義尺寸、主參數、互換尺寸等定型，各種通用部件之間有配套關系。這樣，用戶可根據被加工零件的尺寸、形狀和技術要求等，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，而且在結構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。動力滑臺實現進給運動，滑臺上的動力箱(連主軸箱)實現切削主運動。 根據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、切削內外螺紋、液壓孔、技削內外圓柱面和平面、磨削、拋光、衍磨，甚至還可進行沖壓、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，提高產量與質量，實現自動分度的關鍵。所以，在對凸輪分度箱提出設計方案前，有必要了解凸輪機構的設計。 一．凸輪機構的概述 （一）凸輪機構及其類型 凸輪機構一般是由機架、主動凸輪及從動件三部分組成的高副機構。從動件可作預期的往復移動或擺動，以及間歇的旋轉（見圖2-1）。 圖2-1 間歇旋轉凸輪機構 1、凸輪機構的基本類型 凸輪機構有平面與空間之分。平面凸輪機構又可分為移動從動件盤形凸輪機構、擺動從動件盤形凸輪機構、移動從動件移動凸輪機構和擺動從動件移動凸輪機構?？臻g凸輪機構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屬空間凸輪機構，故以下將對空間凸輪機構作詳細解釋。 空間凸輪機構的基本類型及特點（見表2-1） 表2-1 空間凸輪機構的基本類型及特點 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結構較簡單，但為了使?jié)L子在槽內不會卡住，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 當凸輪轉一轉時，從動件作一次往復運動。設從動件為移動從動件。其位移為s、加速度a合時間t的關系見圖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為零。對其它兩種運動來說，在停歇端的速度和加速度應為零。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 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，相應為： （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，應使動量小一些。為此，對于重載的凸輪機構，因從動件的質量大，應采用小的運動規(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系較大。為了減小振動，應使值減小。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，應該避免由于速度突變引起的剛性沖擊。還應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：預使、、、都最小的運動規(guī)律是沒有的。這里相互有矛盾，因此應該根據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 對彈簧設計有利 改進正弦加速度 1.76 5.53 69.5 23.2 5.46 及轉距小，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的（這里幾種規(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，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。 （三）凸輪機構的壓力角、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。 凸輪機構壓力角的大小，不僅和機構傳動時的受力情況好壞有關，還和凸輪尺寸的大小有關。當載荷和機構的運動規(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，而且使導路中的摩擦力也增大。當壓力角大到某一臨界值時，機構將發(fā)生自鎖。凸輪機構的最大壓力角不僅不能超過，且在設計中，如果對機構尺寸沒有嚴格限制時，為了使機構有良好的受力情況，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，也應保證不超過許用值。見（表2-3）。 表2-3 凸輪機構的許用壓力角的值 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）與凸輪轉角φ的關系不能用函數式來表達，而是以列表的形式給出時，可用數值微分法求得相應的類速度和類加速度，再求曲率半徑。 二．空間凸輪的設計 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2-5。凸輪2每轉一周，帶滾子的從動件1轉動一個角度并停歇一段時間。轉動角度的大小隨滾子的數目而不同。停歇時間與轉動時間的比例也可以根據需要而定。這種機構結構簡單卻既能實現轉位又能精確的定位，工作可靠。由于應用了凸輪，運動規(guī)律可以任選，從而可以適應不同的工作條件已獲得最好的性能。特別是在高速運轉中可得到平穩(wěn)的運動而使振動和噪音減低。這種機構壽命也較長。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2-5給出了計算嚙合面、凸輪曲面、順時接觸線、壓力角和誘導法曲率等一系列公式。計算結果如壓力角過大，或誘導法曲率過大，可適當加大中心距a和從動件半徑重新計算。 圖2-5 蝸桿凸輪機構 三．ZXH54型銑槽機凸輪分度箱設計 （一）凸輪分度箱總體設計 1、方案選擇 分度箱是該銑槽機的關鍵部件之一。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。根據設計的主要技術指標： 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≤0.10毫米。 可見，該分度箱是一個要求精確定位的機械機構。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。 在考慮了經濟、精度等多方面因素后，決定使用凸輪機構。其優(yōu)點： ① 定位精度高； ② 經濟性好； 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（見圖3-6）。其基本工作原理為：蝸桿凸輪的旋轉帶動分度盤，使蝸桿每旋轉一圈，轉盤轉過一格，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，轉盤始終位于直螺紋范圍內。轉盤每移動一格都是從直螺紋旋轉一圈再次停止在直螺紋處的。這一設計可以避免轉盤的碰撞、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、傳動結構 凸輪分度箱的裝配圖（見附錄）。 由電動機帶動偏心輪旋轉，安裝在偏心輪的傳感器產生感應信號，使輸入軸（0434——凸輪軸）旋轉；凸輪軸的旋轉帶動蝸桿凸輪(0433)轉動，蝸桿凸輪帶動塔輪軸（0405）旋轉，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）轉動，使與0424嚙合的齒輪（0422）旋轉；當位于塔輪軸上的離合器合上時，離合器軸（0420）轉動，帶動了安裝在離合器軸上的齒輪(0461)旋轉，同時帶動與其嚙合的齒輪(0462)旋轉；0462通過軸帶動齒輪（0459）轉動，使與0459嚙合的齒輪(0460)旋轉，通過傳動軸(0407)帶動齒輪（0467）旋轉，使與0467嚙合的齒輪（0468）轉動；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，但齒輪（0422）與軸虛接觸，所以不會旋轉。 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 凸輪分度箱零件設計 凸輪分度箱的零件根據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 計 總 結 隨著紡織業(yè)的不斷發(fā)展，自動化在紡織業(yè)中的應用也越來越為之廣泛，其中“針板”（用于排放織針）就是實現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)設計課題——銑床專用凸輪分度箱設計是該銑槽機的關鍵部件之一。 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雜、加工效率低、加工精度不高的缺點。 本次設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計提供了可靠的科學依據。 2. 在總體方案設計中，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. 在凸輪分度箱設計過程中，通過分析、比較最終確立了蝸桿凸輪機構的方案，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)設計理論與實際相結合的較為緊密，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系實際的重要性。在設計過程中我重點自學了Solidworks三維建模軟件，現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《機械設計》等課程，對本專業(yè)的基礎課又扎實地掌握了一次。我還運用《金屬切削機床設計》、《組合機床設計》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驗的不足，在設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。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)設計即將全面結束時，我要感謝我的指導老師：華憶蘇、 唐勤生，他們在整個設計過程中不遺余力的進行指導和幫助。在我理論知識和實際經驗不足的情況下，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， 組合機床設計. （上海）科技技術出版社，1985 【7】 徐灝主編， 機械設計手冊第2卷. （北京）機械工業(yè)出版社，1991 【8】 余夢生 吳宗編， 機械零部件手冊. 北京出版社 【9】 趙世華主編，金屬切削機床. （北京）航空工業(yè)出版社，1996 【10】顧維邦主編， 金屬切削機床（上、下冊）. （北京）機械工業(yè)出版社 【11】金航云編著， 針織橫機生產技術. （上海）科學技術出版社，1985 【12】戴曙主編， 金屬切削機床. （北京）機械工業(yè)出版社，1995 【13】濮良貴 紀名剛主編，機械設計. 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