數(shù)控車床六角刀架設計

1、畢業(yè)設計說明書數(shù)控車床六角刀架設計 班 級： 學號： 軟件學院姓 名： 軟件工程學 院： 專 業(yè)： 指導教師： 數(shù)控車床六角刀架設計摘 要單軸六角自動車床刀架進給裝置的工作原理是利用電機帶動分配軸轉動，然后由分配軸上的三個凸輪分別控制三個杠桿，再由杠桿控制刀架的運動來進行對工件的切削，三個刀架的結構基本相同，他們都是沿著各自導軌作垂直于主軸軸線方向移動。工藝動作過程為：首先由送料機構運行提供要加工的工件，然后電機帶動分配軸轉動，固定在分配軸上的三個安裝方向不同的凸輪共同轉動。第一個凸輪先控制前刀架運動：控制前刀架的凸輪帶動杠桿比為1:1的杠桿擺動，控制裝有車刀的前刀架滑板移動，刀架移動控制車刀

2、分為快速送進、勻速切削、快速退出、靜止四個階段運動，前刀架的剛性較好，用于強力和成形車削。第二個凸輪控制后刀架運動：控制后刀架的凸輪帶動杠桿擺動，由于后刀架裝在機床后部，離第二個凸輪的距離較遠，且進給方向與前刀架正好相反，所以采用兩級杠桿進行傳動，也控制車刀完成四個階段運動。第三個凸輪控制上刀架運動：控制上刀架的凸輪除了通過兩級杠桿外，還經過拉桿帶動上部的杠桿，從而帶動上刀架滑座沿導軌上下移動，同樣也完成四個階段運動對工件進行切削。關鍵詞：數(shù)控車床，六角刀架，凸輪cnc lathe turret design abstractthe working principle of single ax

3、is six angle automatic lathe feeding device is driven by the motor distribution shaft to rotate,and then by three on the camshaft control respectively the three lever,the lever tool movement of the workpiece cutting tool,structure three is basically the same,they are all along the respective guide f

4、or vertical movement in the direction of the spindle axis.technological action process: first by the feeding mechanism operation to provide the workpiece to be processed,and then the motor drives the distribution shaft,fixed on the distribution on the axis of the three different installation directi

5、ons cam rotates together.the first cam to control tool movement: cam control front rest drive lever ratio for swing lever 1:1, control a tool before sliding carriage mobile, mobile control tool holder are divided into fast feeding, uniform cutting, rapid retreat, rest four stages before the motion,

6、the rigidity of the knife is better, for strength and forming turning. the second cam control tool movement: control tool driven cam swing lever, the turret mounted on the machine back, far away from the second cam distance, and feed direction and the front tool rest is just the opposite, so the two

7、 lever drive, also control tool complete four stage movement. the third cam control tool movement: control tool cam except through two levels of leverage, but also through the draw rod drives the upper lever, which drives the tool slide along the guide rail to move up and down, also completed the fo

8、ur stages of movement of the workpiece cutting.keywords:numerical control lathe,turret ,cam.目 錄1 引言11.1 國內外數(shù)控機床的發(fā)展情況11.1.1 國內外數(shù)控機床的現(xiàn)狀11.1.2 數(shù)控機床發(fā)展趨勢41.2 數(shù)控機床的組成51.3 數(shù)控機床的工作機理51.4 數(shù)控機床的分類51.5 本設計主要研究的意義71.6 本設計的主要內容82 系統(tǒng)運動方案設計92.1 設計題目92.2 工作原理與工藝動作過程92.3 原始參數(shù)92.4 設計要求92.5 原動機類型的選擇92.6 減速器類型的選擇102.7

9、實現(xiàn)單軸六角自動車床刀架進給裝置的機構選擇112.8 實現(xiàn)送料動作的機構選擇132.9 系統(tǒng)運動方案的確定132.10 繪制系統(tǒng)運動循環(huán)圖133 系統(tǒng)運動方案實現(xiàn)153.1 凸輪分析153.1.1 凸輪機構選型153.1.2 凸輪的制作過程163.2 桿件分析183.2.1 控制前刀架的桿件183.2.2 控制后刀架的桿件193.2.3 控制上刀架的桿件193.3 送料裝置分析194 具體計算214.1 列出必要的計算公式214.2 用表格列出凸輪的計算結果：21參考文獻22致謝231 引言制造是人類經濟活動的重要基石，也是人類歷史發(fā)展和文明進步的動力。制造業(yè)水平的高低是衡量一個國家工業(yè)發(fā)達程

10、度的重要標志。以傳統(tǒng)機電工業(yè)為代表的制造業(yè)，正經歷著深刻的變革?，F(xiàn)代科學技術，特別是微電子、計算機、信息等科學技術的迅速發(fā)展及其在各行各業(yè)中的廣泛應用，給機械制造業(yè)帶來了深刻的變化。隨著科學技術的迅速發(fā)展，社會對產品多樣化的要求愈來愈強烈，從而要求產品更新?lián)Q代的周期越來越短，使多品種、小批量生產的比重明顯增加；同時，隨著航空航天、造船、軍工、汽車、農業(yè)機械等行業(yè)對產品性能要求的不斷提高，產品中形狀復雜的零件越來越多，加工質量要求也不斷提高。采用傳統(tǒng)的普通加工設備已難以適應這種多樣化、柔性化及復雜形狀零件的高效率高質量加工的要求。為解決上述問題，一種高精度、高效率的“柔性”自動化生產設備數(shù)控機床

11、就應運而生了。1.1. 國內外數(shù)控機床的發(fā)展情況隨著數(shù)控技術的發(fā)展，帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心在現(xiàn)代制造業(yè)中起著愈來愈重要的作用，它能縮短產品的制造周期，提高產品的加工精度，適合柔性加工。自動換刀系統(tǒng)一般由刀庫、機械手和驅動裝置組成。刀庫容量可大可小，其裝刀數(shù)在20-180把之間。刀庫的功能是存儲刀具并把下一把即將要用的刀具準確地送到換刀位置，供換刀機械手完成新舊刀具的交換。當?shù)稁烊萘看髸r，常遠離主軸配置且整體移動不易，這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機構來執(zhí)行換刀動作。完成此功能的機構包括送刀臂、擺刀站和換刀臂，總稱為機械手。具體來說，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫之間的傳遞。驅動

12、裝置則是使刀庫和機械手實現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進電機或液壓(或氣液機構)或凸輪機構組成。機械手完成刀庫里的刀(新刀)與主軸上的刀(舊刀)的交換工作。由于數(shù)控加工中心的刀庫容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率，而自動換刀就是進一步壓縮非切削時間，提高生產效率，改善勞動條件。所以數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。1.1.1. 國內外數(shù)控機床的現(xiàn)狀當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激

13、烈競爭，己形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數(shù)控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早己成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入wto后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務。自從1952年美國麻省理工學院研制出世界上第一臺數(shù)控機床以來，數(shù)控機床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應用，數(shù)控技術無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展1956年，日本富士通研究成功數(shù)控轉塔式沖床，美國ibm公司同期研制成功了“apt，(刀具程序控制裝置

14、)的加工中心。1958年美國k&t公司研制出帶atc(自動刀具交換裝置)的加工中心。1967年出現(xiàn)了fms，1978年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有atc裝置?？蓪崿F(xiàn)多工序加工的機床步入了機床發(fā)展的黃金時代。數(shù)控機床出現(xiàn)至今的 50 年，隨科技、特別是微電子、計算機技術的進步而不斷發(fā)展。數(shù)控機床的電氣控制技術作為數(shù)控機床的重要組成部分也得到了迅速的發(fā)展。美、德、日三國是當今世上在數(shù)控機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。美國的特點是，政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務和提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究效率和創(chuàng)

15、新，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創(chuàng)新，如 1952 年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958 年創(chuàng)制出加工中心、70 年代初研制成 fms、1987 年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發(fā)展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數(shù)控機床的主機設計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術在世界也一直領先。當今美國不僅生產宇航等使用的高性能數(shù)控機床，也為中小企業(yè)生產廉價實用的數(shù)控機床（如 haas、fadal公司等）。其存在的教訓是，偏重于基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀 80 代政府一度放松了引導，

16、致使數(shù)控機床產量增加緩慢，于 1982 年被后進的日本超過，并大量進口。從 90 年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。特別講究實際，與實效，堅持以人為本，師徒相傳，不斷提高人員素質。在發(fā)展大量大批生產自動化的基礎上，于 1956 年研制出第一臺數(shù)控機床后，一直堅持實事求是，講求科學精神，不斷穩(wěn)步前進。德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作，對用戶產品、加工工藝、機床布局結構、數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數(shù)控機床質量及性能

17、良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)heidenhain 公司之精密光柵，均為世界聞名，競相采用。日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)（如機振法、機電法、機信法等）引導發(fā)展。在重視人才的培養(yǎng)，在機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數(shù)控機床技術上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。日本也和美、德兩國相似，充分發(fā)展大量大批生產自動化，繼而全力發(fā)展中小批柔性生產自動化的數(shù)控機床。自 1958年研制出第一臺數(shù)控機

18、床后，1978 年產量（7,342 臺）超過美國（5,688 臺），至今產量、出口量一直居世界首位（2001 年產量 46,604 臺，出口 27,409 臺，占 59%）。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀80 年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。在策略上，首先通過學習美國全面質量管理（tqc），變?yōu)槁毠ぷ杂X群體活動，保產品質量。進而加速發(fā)展電子、計算機技術，進入世界前列，為發(fā)展機電一體化的數(shù)控機床開道。日本在發(fā)展數(shù)控機床的過程中，狠抓關鍵，突出發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)。日本 fanuc 公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結合，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)

19、控系統(tǒng)，在技術上領先，在產量上居世界第一。中國1958年研制出第一臺數(shù)控機床以來，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在1958-1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機床特點、發(fā)展條件缺乏認識，在人員素質差、基礎薄弱、配套件不過關的情況下，無法用于生產而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數(shù)控系統(tǒng)技術，從美、日、德等引進數(shù)控機床先進技術和合作、合資生產，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機床開始正式生產和使用，并逐步向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面:培訓了一批設計、制造、

20、使用和維護的人才；通過合作生產先進數(shù)控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距;通過利用國外先進零部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作;零部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套:企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。1.1.2. 數(shù)控機床

21、發(fā)展趨勢1.高速化、高精度化、高可靠性質量、效率是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。高速化:(1)提高進給速度:采用直線滾珠式導軌等；(2)提高主軸轉速:采用直線電機技術，直接將電機與主軸連接成一體后，裝入主軸部件，可以在1.8秒從0到15000r/min。高精度化:精密化是為了適應高新技術發(fā)展的需要，隨著高新技術的發(fā)展和對機電產品性能與質量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。數(shù)控機床的加工精度提高了一倍，達到巧微米。高可靠性:一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設備的可靠性在一個數(shù)量級以上。2.復合化數(shù)控機

22、床的功能復合化的發(fā)展，以其復合加工實現(xiàn)了一次裝夾后完成各種復雜零件的全部加工，從而減少了不創(chuàng)造價值的輔助時間，提高了機床的效率和加工精度，降低了生產制造成本，提高了生產的柔性。復合功能的機床是近年來發(fā)展很快的機種，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、銼、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序。3.智能化智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量的智能化:如自適應控制、工藝參數(shù)自動生成等;為提高驅動性能的智能化，如:前饋控制、電機參數(shù)的自適用運算、自動識別負載、自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化;還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等，及智能診斷、智能監(jiān)控

23、方面的內容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。4.柔性化、集成化為適應制造自動化的發(fā)展，向fmc、fms、cims提供基礎設備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自動測量自動上、下料，自動換刀，自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網功能，依據(jù)用戶的不同的要求，可方便地靈活配置及集成。1.2. 數(shù)控機床的組成數(shù)字控制（numerical control，簡稱 nc）技術是指采用數(shù)字化信息進行控制的技術。用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的機床，稱作數(shù)控機床，它是數(shù)字控制技術與機床相結合的產物。數(shù)控機床是典型的機電一體化產品，是集現(xiàn)代機械制造技術、自動控制技術、檢測技術、計算機信息技

24、術于一體的高效率、高精度、高柔性和高自動化的現(xiàn)代機械加工設備。它同其它機電一體化產品一樣，也是由機械本體、動力源、電子控制單元、檢測傳感部分和執(zhí)行機器（伺服系統(tǒng)）組成。1.機械本體：為數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械部分。2動力源：為數(shù)控機床提供動力的部分，主要使用電能。3電子控制單元：其核心是計算機數(shù)控（computer numerical control，簡稱 cnc）裝置，它把接收到的各種數(shù)字信息經過譯碼、運算和邏輯處理，生成各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，使機床按規(guī)定的動作進行加工。這部分還包括相應的外圍設備，如顯示器、打印機等。4檢測傳感部分：主要對工作臺的直線位移和回轉工作

25、臺的角位移進行檢測，檢測結果送入計算機，或用于位置顯示，或用于反饋控制。5執(zhí)行器（伺服系統(tǒng)）：用來驅動機床上的移動部件作相應的運動，并對其定位精度和速度進行控制。如許多數(shù)控機床的走刀運動就是利用伺服電機驅動滾珠絲杠來完成的。1.3. 數(shù)控機床的工作機理在普通機床上加工零件，是由操作者根據(jù)零件圖紙的要求，不斷改變刀具與工件之間相對運動軌跡，由刀具對工件進行切削而加工出要求的零件。而在數(shù)控機床上加工零件時，則是將被加工零件的加工順序、工藝參數(shù)和機床運動要求用數(shù)控語言編制出加工程序，然后輸入到 cnc 裝置，cnc 裝置對加工程序進行一系列處理后，向伺服系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行指令，由伺服系統(tǒng)驅動機床移動部件運

26、動，從而自動完成零件的加工。1.4. 數(shù)控機床的分類按數(shù)控機床的工藝用途分類：1.一般數(shù)控機床：是與普通機床工藝可行性相似的各種數(shù)控機床，其種類與普通機床一樣，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控刨床、數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床等。2.加工中心：是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床。3.特種數(shù)控機床：是裝備了數(shù)控裝置的特種加工機床，如數(shù)控線切割機床、數(shù)控激光加工機床等。按數(shù)控機床的運動軌跡分類1.點位控制數(shù)控機床：其數(shù)控裝置只控制機床移動部件從一個位置（點）移動到另一個位置（點），而不控制點到點之間的運動軌跡，刀具在移動過程中不進行切削加工。如數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等。2.直線控制數(shù)控機床：其數(shù)控裝置除了要控制機床移

27、動部件的起點和終點的準確位置外，還要控制移動部件以適當速度沿平行于某一機床坐標軸方向或與機床坐標軸成450的方向進行直線切削加工。如簡易數(shù)控車床、簡易數(shù)控磨床等。3.輪廓控制數(shù)控機床：其數(shù)控裝置能夠同時對兩個或兩個以上坐標軸進行聯(lián)動控制，從而實現(xiàn)曲線輪廓和曲面的加工。如具有兩坐標或兩坐標以上聯(lián)動的數(shù)控銑床、數(shù)控車床等。按伺服系統(tǒng)的控制方式分類1.開環(huán)控制系統(tǒng)：指不帶反饋的控制系統(tǒng)，即系統(tǒng)沒有位置反饋元件，通常以功率步進電機或電液伺服電機作為執(zhí)行機構。2.位置間接閉環(huán)控制系統(tǒng)：位置間接閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移檢測裝置，通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的位移，然后反饋給數(shù)控裝

28、置。3.位置直接閉環(huán)控制系統(tǒng)：是在機床移動部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移進行比較，用偏差進行控制，使移動部件按照實際的要求運動，最終實現(xiàn)精確定位。按控制的坐標軸數(shù)分類1.兩坐標數(shù)控機床：指可以同時控制兩個坐標軸聯(lián)動而能加工曲線輪廓零件的機床，如數(shù)控車床。2.三坐標數(shù)控機床：指可以聯(lián)動控制的坐標軸為三軸的數(shù)控機床，可以用于加工不太復雜的空間曲面，如三坐標數(shù)控銑床。3.兩個半坐標數(shù)控機床：這類機床本身有三個坐標軸，能作三個方向運動，但控制裝置只能同時聯(lián)動控制兩個坐標軸，第三個坐標軸僅能作等距的周期移動，如經濟型數(shù)控銑床。4.多坐標數(shù)控機床：指可以聯(lián)動

29、控制的坐標軸為四軸和四軸以上的機床，其機床結構復雜、控制精度較高、加工程序復雜，主要用于加工形狀復雜的零件，如五坐標數(shù)控銑床。1.5. 本設計主要研究的意義當前，機械產品正沿著兩個方向發(fā)展:一是大型化、自動化、精密化、高速化和成套化;二是小型化、多功能、結構簡單、使用可靠、成本低廉。為了滿足各種運動和工作性能要求，設計時可采用各種不同的機械裝置，但若要求實現(xiàn)復雜的運動，則回轉機構(如齒輪)和撓性傳動(如皮帶、鏈條)就不能達到此目的，大多數(shù)是在凸輪機構和連桿機構中進行挑選。凸輪機構是一種高副機構，由具有曲線輪廓和凹槽的構件通過高副接觸帶動從動件實現(xiàn)預期運動規(guī)律，可廣泛應用于各種機械，特別是自動機

30、械、自動控制裝置和生產線中。凸輪機構兼有傳動、導向及控制機構的各種功能。凸輪機構用作傳動機構時，可以產生復雜的運動規(guī)律，包括變速范圍較大的非等速運動，乃至暫時停留或各種步進運動。凸輪機構也適用于導向機構，使工作機構產生復雜的運動軌跡。當凸輪機構用作控制機構時，可以控制執(zhí)行機構的自動工作循環(huán)或作為函數(shù)發(fā)生器。凸輪機構作為機械式運動傳遞與信息儲存的基本元件時，具有構件數(shù)少和空間體積小等固有特點。由于以上功能，以凸輪為核心，已發(fā)展出成千上萬種高效、小型、精密、價廉的機械，例如內燃機配氣系統(tǒng)、自動包裝機、自動成型機、自動裝配機、自動機床、紡織機械、農業(yè)機械、印刷機械、自動辦公設備、自動售貨機、電子元件

31、的自動加工機械、服裝加工機械等。凸輪機構的研究和開發(fā)涉及到眾多的學科，例如系統(tǒng)工程學與設計學、材料科學、摩擦學、機械加工工藝學、機構學、計算機輔助設計/計算機輔助制造(cad/cam)、控制工程和計算機技術等，隨著這些相關學科的發(fā)展，凸輪機構的設計與制造己變得十分方便與準確，機構的使用壽命大幅延長，制造成本不斷下降、工作性能將明顯提高，從而更好的促進了機械行業(yè)的發(fā)展，加快了人類工業(yè)文明進程。目前，制造業(yè)正朝著多品鐘、小批量、高質量的生產方向前進。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，cad/cam技術在生產領域得到了廣泛的運用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設計、生產、組織模式，對于推動現(xiàn)有企業(yè)的技術改造、促進經濟

32、增長有重要意義。我國把開展“cad應用工程”作為發(fā)展核心技術和高新技術產業(yè)的重要組成部分。將計算機輔助設計/計算機輔助制造(cad/cam)技術應用于凸輪、連桿機構研究領域，研制系統(tǒng)、通用、界面友好的凸輪、連桿設計軟件是當務之急的工作，而這項工作不是一毗而就的，將隨著機構理論研究和相關學科的發(fā)展而逐漸完善起來。隨著計算機技術的發(fā)展，以計算機作為媒體的計算機輔助教學cai(computer aided instruction)得到了越來越廣泛的應用，運用cai，教師能夠通過語言、音樂、動畫等方式大信息量地優(yōu)化組合教學內容，充分調動學生的聽覺、視覺、想象力，取得直觀、生動、深刻的教學效果。學生通過

33、與計算機的交互對話進行學習，將教師從大量重復性勞動中解放出來，使教師有更多的精力去研究教材和教學內容，進行教學方法的改革。研制、開發(fā)適應不同教學內容，緊跟當前學科發(fā)展形勢的cai課件，是各學校紛紛開展的工作。1.6. 本設計的主要內容完成數(shù)控車床六角刀架設計，對系統(tǒng)運動方案設計（包括原動機類型的選擇、減速器類型的選擇、實現(xiàn)單軸六角自動車床刀架進給裝置的機構選擇、實現(xiàn)送料動作的機構選擇、系統(tǒng)運動方案的確定、繪制系統(tǒng)運動循環(huán)圖），完成系統(tǒng)運動方案實現(xiàn)（凸輪分析、凸輪分析），最后完成相關的具體計算。2. 系統(tǒng)運動方案設計2.1. 設計題目設計一個單軸六角自動車床刀架進給裝置2.2. 工作原理與工藝動

34、作過程單軸六角自動車床刀架進給裝置的工作原理是利用電機帶動分配軸轉動，然后由分配軸上的三個凸輪分別控制三個杠桿，再由杠桿控制刀架的運動來進行對工件的切削，三個刀架的結構基本相同，他們都是沿著各自導軌作垂直于主軸軸線方向移動。工藝動作過程為：首先由送料機構運行提供要加工的工件，然后電機帶動分配軸轉動，固定在分配軸上的三個安裝方向不同的凸輪共同轉動。第一個凸輪先控制前刀架運動：控制前刀架的凸輪帶動杠桿比為1:1的杠桿擺動，控制裝有車刀的前刀架滑板移動，刀架移動控制車刀分為快速送進、勻速切削、快速退出、靜止四個階段運動，前刀架的剛性較好，用于強力和成形車削。第二個凸輪控制后刀架運動：控制后刀架的凸輪

35、帶動杠桿擺動，由于后刀架裝在機床后部，離第二個凸輪的距離較遠，且進給方向與前刀架正好相反，所以采用兩級杠桿進行傳動，也控制車刀完成四個階段運動。第三個凸輪控制上刀架運動：控制上刀架的凸輪除了通過兩級杠桿外，還經過拉桿帶動上部的杠桿，從而帶動上刀架滑座沿導軌上下移動，同樣也完成四個階段運動對工件進行切削。2.3. 原始參數(shù)一個運動循環(huán)所需時間t=3600/75=48s2.4. 設計要求1） 每種車刀架運動分四個階段：快速送進、勻速切削、快速退出、靜止。要求三個刀架運動配合協(xié)調、時間緊湊、按一定時間程序進行。2） 每小時完成加工工件75件（每件都完成三個切削工序）。3） 刀架進刀裝置要求結構簡單緊

36、湊、工作可靠。確定系統(tǒng)的工藝動作之后，需選擇適宜的機構型式將其實現(xiàn)，故這一過程也稱為機構的選型，它需要考慮多方面的因素，如運動變換要求、尺寸限制、制造成本、動力性能、效率高低、操作方便安全可靠等等。2.5. 原動機類型的選擇在機械系統(tǒng)設計過程中，原動機的選擇是非常重要的一個環(huán)節(jié)，因為它直接影響到動力輸出的穩(wěn)定性、系統(tǒng)運行效率和總體結構?，F(xiàn)代機械中，常見的原動機有熱機、電動機、液動機和氣動機，各自具有不同的特點和應用。熱機包括蒸汽機和內燃機，其應用范圍相對單一，主要用于經常變換工作場所的機械設備和運輸車輛。電動機在現(xiàn)代機械中應用最為廣泛，尤其是交流異步電動機，其具有結構簡單，價格低廉，動力源方便

37、等優(yōu)點，但功率系數(shù)較低，且調速不便，適用于運行環(huán)境比較穩(wěn)定、調速范圍窄的場合。液動機一般調速方便，且傳動鏈較短，但需配備液壓站，成本較高。當只需實現(xiàn)簡單的運動變換時，氣動機較為方便，其缺點是有一定的噪聲。本設計中對原動機的要求為：運行環(huán)境穩(wěn)定、結構簡單、成本較低，綜合以上各種原動機的特點，選擇交流異步電動機作為單軸六角自動車床刀架進給裝置的原動機。2.6. 減速器類型的選擇減速器是原動機和工作機或執(zhí)行機構之間的獨立的閉式傳動裝置，是機械傳動系統(tǒng)中應用最為廣泛的傳動部件之一，主要用來降低轉速和增大轉矩。我國自 20 世紀 60 年代開始對減速器進行了標準化系列化，目前，減速器生產多數(shù)已實現(xiàn)了專業(yè)

38、化、標準化、系列化。在標準系列化的減速器中，規(guī)定了主要的尺寸、參數(shù)值和適用條件，用戶可根據(jù)減速器工作條件和參數(shù)進行選擇，絕大部分情況下可不必自行設計，從而大大減少了制造周期和成本，且提高了產品的可靠性和穩(wěn)定性。選用減速器時應從工作機的選用條件，動力機的性能，技術參數(shù)以及經濟性因素等方面考慮；比較不同類型、品種的減速器外型尺寸，承載能力，減速比，傳動效率，價格等參數(shù)隸屬用戶需求的程度，進而選擇較為合適的減速器型號。根據(jù)用戶實際的需要，盡量選用接近理想公稱輸入功率、輸入轉速、減速比等參數(shù)的減速器型號，通常情況這個過程依靠人為的查詢機械設計手冊先初選減速器型號，然后驗算選取的減速器的型號是否符合初選

39、要求，往往初選減速器的時候會多考慮幾種型號作為對比，而這種情況導致的結果就是加大了查詢手冊和計算的工作量，人為操作起來難度較大，效率也較低，而且人工計算選型選擇的減速器型號可能不是最優(yōu)結果，這主要是因為減速器產品更新的速度越來越快，用戶面對如此多的減速器產品，判斷和選取的準則具有隨意性，而這也是為什么用戶在減速器選型時經常面對的問題從那種減速器產品出發(fā)開始選擇。基于減速器人工計算選型的現(xiàn)實問題，依靠經驗豐富的人為選擇減速器已經不符合高速發(fā)展的技術要求；隨著計算機的廣泛應用和高速發(fā)展，出現(xiàn)了減速器選型軟件，它是建立在減速器參數(shù)數(shù)據(jù)庫基礎之上的。從數(shù)據(jù)庫參數(shù)中選取符合要求的減速器類型，但減速器數(shù)據(jù)

40、庫的數(shù)據(jù)不能完整的描述減速器的性能，這也使評判減速器選型的合適程度復雜化。隨著我國制造業(yè)的高速發(fā)展，減速器的種類和型號日益增多，面對如此多的減速器產品，用戶要挑選出所需的產品是一件很復雜的事情。如何方便、快捷地進行減速器選型以滿足用戶的需要就顯得十分重要。減速器是指原動機與工作機之間獨立封鎖式傳動裝置，用來減低轉速并相應地增大轉矩。減速器種類繁多，一般可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器。齒輪減速器的優(yōu)點是結構簡單，運轉平穩(wěn)，安裝方便，其缺點是傳動比的分配比較麻煩；而蝸桿減速器具有結構緊湊，傳動比大，噪音低等優(yōu)點，但容易引起發(fā)熱、漏油、渦輪磨損等問題。行星齒輪減速器3的主要特點有：結構

41、緊湊、重量輕、體積小、傳動比大等優(yōu)點，但其結構比較復雜，制造和安裝較為困難，成本也高。在本設計中，對減速器要求為：傳動比較小，結構盡量簡單，成本低廉，制造安裝方便。綜合以上各種減速器的優(yōu)缺點，選擇圓柱-圓錐齒輪減速器作為單軸六角自動車床刀架進給裝置的減速器。2.7. 實現(xiàn)單軸六角自動車床刀架進給裝置的機構選擇在單軸六角自動車床刀架進給裝置中，刀架的運動為復合運動，即凸輪的間歇運動與具有特定運動規(guī)律的左右往返運動。滿足這種要求的機構有很多，在此僅討論擺動導桿機構和凸輪機構。擺動導桿機構是一種應用比較廣泛的平面連桿機構,它將曲柄的旋轉運動轉換成為導桿的往復擺動。為了分析擺動導桿機構是否能夠滿足特定

42、的運動要求,需要對該機構的運動規(guī)律進行研究,常用的方法有圖解法和解析法。確定從動件運動規(guī)律后，需選擇從動系統(tǒng)類型、進行機構尺寸綜合并設計凸輪輪廓，這是凸輪運動學分析比較困難的一個課題。早期的工程技術人員多采用作圖法繪制凸輪輪廓，這種方式簡易直觀，但效率低、精度差，很難精確的得到壓力角和曲率半徑等設計參數(shù)。與此同時，許多學者在研究解析法，就某些簡單的運動規(guī)律和特定的凸輪從動件系統(tǒng)提出不同的解析公式和專業(yè)數(shù)表?？唆斈说热朔治隽送馆唹毫?卡弗等對曲率半徑進行了探討。隨著電子計算機的使用，傳統(tǒng)的圖解法和解析法都得到了新的發(fā)展。圖解法中滲進圖形軟件的運用，使凸輪廓繪制更精確，主要設計方法為以cad軟

43、件為設計平臺，基于圖解法(反轉法)的設計原理，用交互式作圖方法設計凸輪廓線。1. 擺動導桿機構圖 2.1 擺動導桿機構圖2.1所式為擺動導桿機構，具有結構簡單，零件加工容易，易實現(xiàn)所需動作要求等優(yōu)點，但其結構零件重用性差，比較適合于執(zhí)行機構不改變的系統(tǒng)。2. 凸輪機構圖 2.2 凸輪機構凸輪機構的特點是結構簡單、緊湊，能精確實現(xiàn)所需的運動軌跡，其缺點是從動件行程不宜過大，且曲面加工成本較高。適用于傳力較小、運動靈活、運動規(guī)律復雜的場合。本設計中，空間要求有限，要求運動簡易靈活，所以選擇凸輪機構能夠滿足要求。2.8. 實現(xiàn)送料動作的機構選擇工件切削之前要有送料裝置，提供要切削的工件。這個裝置可以

44、由很多原理來組合，如可用凸輪連桿和齒輪副符合完成，也可采用機械推拉原理，將工件從其他工件中退出，然后用機械手將其抽走，還可以利用摩擦傳動原理，這里采用此原理，利用兩個摩擦輪完成。送料機構簡圖：圖 2.3 雙摩擦輪機構采用摩擦輪的特點是結構簡單，工作可靠，成本低，易加工，要求運動空間小。所以送料裝置選擇摩擦輪裝置2.9. 系統(tǒng)運動方案的確定綜合以上的分析，最終確定的系統(tǒng)運動方案表2.1:表 2.1 系統(tǒng)運動方案原動機減速器床刀架進給裝置的機構送料機構交流異步電動機齒輪減速器擺動導桿機構和凸輪機構雙摩擦輪機構2.10. 繪制系統(tǒng)運動循環(huán)圖為了表達單軸六角自動車床刀架進給裝置各執(zhí)行機構在一個運動循環(huán)

45、中各動作的協(xié)調配合關系，選擇送料的雙摩擦齒輪、凸輪、杠桿，刀架為對象，以分配軸旋轉一周為一個運動周期，畫出前刀架系統(tǒng)運動循環(huán)圖，結果如下圖2.4：圖2.4 前刀架系統(tǒng)運動循環(huán)圖因為后刀架和上刀架的傳動及結構原理與前刀架基本相同。系統(tǒng)運動循環(huán)圖原理相同、彼此相似，所以就不一一例舉。3 系統(tǒng)運動方案實現(xiàn)3.1. 凸輪分析3.1.1. 凸輪機構選型凸輪的使用，最早可上溯到東漢時期杰出的科學家張衡發(fā)明的水力天文儀中，至本世紀初，資本主義工業(yè)化的進展要求人們設計出高速自動機械，以提高飛機、汽車運用內燃機配氣機構進行工作的性能，凸輪機構的系統(tǒng)研究隨之展開。20年代，弗爾曼(f.d.furman)等人出版了

46、早期的凸輪專著。30年代，機械研究人員開始對內燃機配氣機構所用凸輪從動件系統(tǒng)的振動作初步研究。40年代以后，由于內燃機轉速增加，引起故障增多，開始對配氣凸輪機構以及自動機械方面運用的高速凸輪機構的振動進行深入研究，從而由對凸輪機構的經驗設計過渡到有理論根據(jù)的運動學和動力學分析。在此期間，人們注意到剛度對凸輪機構動力學響應有明顯的影響。50年代，米切爾首先開始對凸輪機構進行實驗研究，記錄了三種基本運動規(guī)律的從動件動力學響應，隨著儀表機械的發(fā)展，不少學者用高速攝影機，加速度分析儀和動態(tài)應變儀的等儀表，對高速凸輪機構的動力學響應進行了測量，獲得了許多重要成果。凸輪種類代號dd1rr1dd1r2b前后

47、刀架凸輪12414282.5651932d220.180.1主刀架凸輪12414282.5651940d260.180.1凸輪機構作為機械式運動傳遞與信息儲存的基本元件時，具有構件數(shù)少和空間體積小等固有特點。由于以上功能，以凸輪為核心，已發(fā)展出成千上萬種高效、小型、精密、價廉的機械，例如內燃機配氣系統(tǒng)、自動包裝機、自動成型機、自動裝配機、自動機床、紡織機械、農業(yè)機械、印刷機械、自動辦公設備、自動售貨機、電子元件的自動加工機械、服裝加工機械等1一4。近期一些學者又提出一些用樣條函數(shù)設計出的凸輪機構運動規(guī)律，這些運動規(guī)律具有較好的適應性，特別適合于進行動力分析，因曲線生成較復雜，還在進一步研究中7

48、-8。在單軸六角自動車床刀架進給裝置中，凸輪機構主要為杠桿提供特定的運動規(guī)律，完成控制刀架的切削工作。根據(jù)工藝動作的要求，本設計中盤形凸輪作為原動件?？紤]到從動件為低速旋轉，為了提高凸輪的耐磨性，采用滾子從動件凸輪機構。3.1.2. 凸輪的制作過程圖3.1 單軸六角自動車床凸輪毛坯尺寸*滾子直徑d實際為18，為使?jié)L子和凸輪曲線表面成點接觸，銑刀直徑取用19。*d1為分度圓。圖3.2 凸輪空行程曲線樣板圖3.3 凸輪工作行程曲線的畫法（1）凸輪曲線設計1 工作行程曲線 是使杠桿等角速度擺動的曲線，以便使刀架作等速進給運動。在生產活動中一般為阿基米德螺旋線。2 空行程曲線 包括刀架快速接近的上升曲

49、線和刀架快速退回的下降曲線，它是按照空行程曲線樣板繪制的，是根據(jù)盡可能縮短快進快退時間而又要避免機構中受力過大及發(fā)生沖擊的要求設計出來的，它通常是近似于等加速曲線的圓弧。要注意，按照樣板畫出來的曲線是凸輪的輪廓曲線，不是滾子中心的軌跡曲線。同時繪制是要使樣板與凸輪中心重合。（2）繪制凸輪曲線的步驟 繪制各段工作行程曲線a 定出各段曲線的滾子中心的起點和終點的位置：找出每段曲線的起點和終點的分度弧線。此分度弧線與半徑（r起+d/2）和（r終+d/2）的交點，就是滾子中心的起點和終點的位置。通常為制造方便，用銑刀半徑（比滾子直徑大0.51毫米）代替上述的d/2。b 定出各段工作行程曲線的起點和終點

50、：以滾子中心的起點和終點為圓心，繪出滾刀的外圓，并自滾子中心至凸輪中心做連線，這些連線與滾子外圓的交點即為凸輪工作行程的起點及終點。c 畫出工作行程的滾子中心軌跡線。d 畫出工作行程的凸輪工作行程曲線：按滾子中心軌跡作距離為銑刀半徑的等距離線，即為凸輪工作行程曲線。 繪制各段空行程曲線。 繪制各段曲線間的連接圓?。簣A弧半徑應該大于或等于滾子半徑。3.2. 桿件分析3.2.1. 控制前刀架的桿件控制前刀架的桿件是杠桿比為1:1的杠桿，此杠桿一端安裝有滾子，與凸輪接觸，另一端安裝有滑塊，組成擺桿滑塊機構，帶動刀架滑板移動，使車刀對工件進行切削，完成前刀架的切削任務。圖3.4 橫刀架凸輪實例圖3.5

51、 控制前刀架的傳動桿件3.2.2. 控制后刀架的桿件后刀架的傳動及結構原理與前刀架相同，后刀架的運動由固定在分配軸上的第二個凸輪控制的，由于后刀架裝在機床后部，離凸輪的距離較遠，且給進方向與前刀架正好相反，因此采用兩級杠桿進行傳動。圖3.6 控制后刀架的傳動桿件3.2.3. 控制上刀架的桿件上刀架的傳動及結構原理與后刀架基本相同，因為上刀架在機器的上部進行運轉，所以上刀架除了通過兩級杠桿外，還經過拉桿帶動上部的杠桿等，從而帶動上刀架滑座沿導軌上下移動，對工件進行切削。圖3.7 控制上刀架的傳動杠桿3.3. 送料裝置分析傳動裝置的選擇有很多，如可用凸輪連桿和齒輪副符合完成，也可采用機械推拉原理，

52、將工件從其他工件中退出，然后用機械手將其抽走，還可以利用摩擦傳動原理，利用兩個摩擦輪完成。因為考慮到運行效率與簡單易行的實施方案，所以此設計采用特點為結構簡單，工作可靠，成本低，易加工，要求運動空間小的摩擦輪來進行送料操作。圖3.8 送料機構簡圖4 具體計算4.1. 列出必要的計算公式n=l/f t工=n/n*60 st估=1.2* t工t空=t估*/100t= t工 + t空=*n/n4.2. 用表格列出凸輪的計算結果：表4.1 凸輪的計算結果刀架工序號工步內容工作行程l進給量f所需主軸轉速n轉過格數(shù)設計凸輪數(shù)據(jù)空行程工作行程格數(shù)自至送料1303前刀架2車刀快進車10的外圓14mm0.1mm/r140r228333前刀架3停刀33336前刀架4切槽修光1.5mm0.02mm/r85r2153653后刀架5導角停刀1.5mm0.03mm/r50r2125367上刀架6快進后刀快退6.0mm0.04mm/r150r33067100總計425r1585參考文獻1 鄒慧君，董師予.凸輪機構的現(xiàn)代設計m.上海:上海交通大學出版社，1991.82