車(chē)床用球面切削裝置的設(shè)計(jì)

1、河南科技學(xué)院2009屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：車(chē)床用球面切削裝置的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 所在院系： 機(jī)電學(xué)院所學(xué)專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化導(dǎo)師姓名： 完成時(shí)間：摘 要球面零件廣泛的應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)以及其他與機(jī)械相關(guān)的行業(yè)，但是球面零件的加工往往被生產(chǎn)廠家視為難題。能夠完成球面零件加工的車(chē)床普遍價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難，這使得生產(chǎn)效率低下。生產(chǎn)廠家普遍采取改裝通用車(chē)床的方法來(lái)加工球面，但受原始設(shè)備的條件限制，以及對(duì)車(chē)床改裝的不合理，加工出來(lái)的球面在尺寸精度上和表面質(zhì)量上都達(dá)不到要求。本文對(duì)現(xiàn)有的車(chē)床用球面切削裝置進(jìn)行分析，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而整理出裝置的工作原理和可行的技術(shù)方案，進(jìn)行裝置的設(shè)

2、計(jì)以及三維建模等工作。力求讓所設(shè)計(jì)的裝置能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝迅速，使用方便、通用性強(qiáng)，能夠加工各種規(guī)格的球形零件并滿(mǎn)足尺寸精度及表面質(zhì)量的要求，生產(chǎn)成本低并易于制造。關(guān)鍵詞：車(chē)床，球面，切削cutting installment for spherical surface by latheabstractspherical surface components widespread application in mechanical profession as well as other with machinery related profession, but the spherical

3、 surface components processing often regards as a difficult problem by the manufacturer. can complete the spherical surface components processing the lathe universal price to be expensive, the structure is complex, the service difficulty, this causes the production efficiency to be low. the manufact

4、urer adopts the re-equipping general lathes method to process the spherical surface generally, but original equipments condition limit, as well as re-equips to the lathe unreasonable, processes the spherical surface cannot meet the requirements in the size precision and the surface quality.this arti

5、cle carries on the analysis to the existing lathe with the spherical surface cutting installment, summarizes its good and bad points, then reorganizes the installment the principle of work and the feasible technical program, carries on work and so on installment design as well as three dimensional m

6、odeling. makes every effort the equipment which lets design to be able to achieve the structure to be simple, disassembling is rapid, the easy to operate, versatile, can process each kind of specification the bulb and satisfy the size precision and the surface quality request, the production cost lo

7、w and easy to makekeywords: lathe, spherical surface, cutting目 錄1 緒論11.1 研究背景11.2 常見(jiàn)的球面車(chē)削加工方法及其不足11.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容及意義42 球面車(chē)削裝置的加工原理及技術(shù)方案42.1 球面車(chē)削裝置的加工原理42.2 球面車(chē)削裝置的技術(shù)方案52.21 立式車(chē)床用球面車(chē)削裝置的技術(shù)方案實(shí)例52.22 臥式車(chē)床用球面車(chē)削裝置的技術(shù)方案實(shí)例62.3 本文技術(shù)方案的確定73 球面車(chē)削裝置的設(shè)計(jì)及三維建模73.1 三維建模所用到的軟件73.11 solidworks 軟件平臺(tái)73.12 geartrax73.13

8、pro/e83.2 車(chē)床cd6140a簡(jiǎn)介93.3 齒輪的設(shè)計(jì)及三維建模93.31 直齒輪的設(shè)計(jì)93.32 直齒輪的三維建模93.4 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)及三維建模123.41 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)123.42 蝸輪蝸桿的三維建模163.5 其他零件的設(shè)計(jì)及三維建模173.6 各零部件之間的裝配223.7 裝置的安裝及工作原理的簡(jiǎn)單介紹24結(jié)論及展望25結(jié)論25今后的工作方向25致謝26參考文獻(xiàn)261 緒論1.1 研究背景在機(jī)械加工行業(yè)中，球形零件廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、化工、航天、航空等領(lǐng)域，所以經(jīng)常會(huì)遇到球形表面的加工。但加工方法比較復(fù)雜，而且各種球面零件的規(guī)格也不盡相同，給生產(chǎn)加工帶來(lái)許多不便，是車(chē)削生產(chǎn)中

9、長(zhǎng)期沒(méi)有解決的技術(shù)難題。1.2 常見(jiàn)的球面車(chē)削加工方法及其不足加工外球面零件多采用車(chē)削的方法，此前國(guó)內(nèi)尚無(wú)專(zhuān)用設(shè)備，車(chē)削外球面時(shí)一般采用數(shù)控車(chē)床和液壓仿形車(chē)床。由于這類(lèi)車(chē)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難、效率低和價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，外球面零件生產(chǎn)廠家很少采用。為應(yīng)付生產(chǎn)急需，各廠普遍采用在通用機(jī)床上改裝的辦法。因力量分散，各廠的基礎(chǔ)也不盡相同， 改裝所采用的原理五花八門(mén)，對(duì)各種原理的優(yōu)缺點(diǎn)缺乏系統(tǒng)地對(duì)比和分析。再者受原設(shè)備條件的限制，改裝的機(jī)床往往結(jié)構(gòu)不盡合理，剛性較差，車(chē)削精度和效率均較低， 增加了外球面磨削工序的困難。外球面磨削工序采用切入磨削時(shí)，要求外球面車(chē)削工序產(chǎn)生的球形誤差盡可能小。但是， 因?yàn)橥馇?/p>

10、面的球形誤差沒(méi)有簡(jiǎn)單的測(cè)量方法，無(wú)法采取隨時(shí)測(cè)量零件加工精度。然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整機(jī)床的方法來(lái)保證球形精度， 因而只能依靠合理的工藝方法來(lái)保證球形精度。下面介紹幾種典型的外球面車(chē)削工藝方法，并對(duì)他們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。1）雙手控制法，數(shù)量較少時(shí)或單件球面零件，可以采用雙手控制法進(jìn)行車(chē)削。就是用雙手同時(shí)搖動(dòng)中、小拖板，通過(guò)雙手的合成運(yùn)動(dòng)，車(chē)出所要求的球面。雙手控制車(chē)削球面的優(yōu)點(diǎn)是：不需要其它特殊工具就能加工出球面。缺點(diǎn)是：加工的零件精度不高，操作者必須具有熟練的技巧，而且生產(chǎn)效率較低。2）機(jī)械靠模法，靠模法車(chē)削原理如圖1-1所示。 它是依靠車(chē)刀根據(jù)靠模的形狀平行移動(dòng)車(chē)出所需表面形狀的一種方法

11、。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是更換加工品種容易，特別適合小批量、多品種和型面復(fù)雜零件的車(chē)削加工。但是，由其原理所決定，車(chē)削精度較底，車(chē)削外球面時(shí)所產(chǎn)生的球形誤差較大，這可從以下幾個(gè)方面來(lái)分析。（1）刀尖圓弧形狀對(duì)球形誤差的影響由圖1-1可以看出，在球面車(chē)削過(guò)程中， 由于車(chē)刀平行移動(dòng)， 車(chē)刀與工件的接觸點(diǎn)將隨著車(chē)刀平移而變化。開(kāi)始車(chē)削是在a點(diǎn)接觸，然后逐漸過(guò)渡到b點(diǎn)， 最后在c點(diǎn)退出車(chē)削。因此，要使車(chē)出的表面形狀為一球形，必須保證車(chē)刀刀尖圖 1-1 靠模法車(chē)削原理輪廓是一個(gè)好的圓弧。我國(guó)的車(chē)刀絕大部分還是手工磨制，刀尖圓弧很難保證。況且即使磨刀時(shí)保證了，車(chē)削時(shí)也會(huì)被破壞，所以此項(xiàng)誤差是不可避免的。（2）

12、尺寸調(diào)整對(duì)球形誤差的影響靠模法車(chē)削工件時(shí)，靠模滾子中心所走的軌跡半徑為r0與車(chē)刀刀尖圓弧中心行走的軌跡半徑r0相同。即r0=r0=r1+r2=r1+r2所以r1=r1+r2-r2式中r1工件球面半徑r1靠模圓弧半徑r2靠模滾子半徑r2車(chē)刀刀尖圓弧半徑其中r1、r2和r2都是在車(chē)削前確定的，車(chē)削過(guò)程中很難改變。當(dāng)套圈直徑超出公差時(shí)，若調(diào)整尺寸就必然破壞球面形狀，使2 r0=。（3）用液壓作為靠模壓緊力時(shí)，液壓特性對(duì)球形誤差的影響實(shí)驗(yàn)表明，油缸中油的壓力與活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系曲線如圖1-2所示。由圖1-2可以看出，當(dāng)活塞桿的速度在零值附近變化時(shí)，油腔中油的壓力變化劇烈。由圖1-3可以看出， 在車(chē)

13、削過(guò)程中，當(dāng)滾子由a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞桿以速度為v(v為變量)向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滾子過(guò)b點(diǎn)向c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞桿就改變運(yùn)動(dòng)方向，以速度s(s為變量)向下運(yùn)動(dòng)。由于這一改變，引起壓緊油缸中油壓的劇烈變化。因徑向切削力的變化，引起切削深度變化，從而造成車(chē)削表面的形狀誤差，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法連續(xù)車(chē)削。某廠改裝的車(chē)床就因發(fā)生此類(lèi)情況而失敗5。圖 1-2 活塞速度v與油腔壓力p的關(guān)系圖 1-3 活塞速度變化示意圖3) 成形車(chē)刀法，采用成形刀車(chē)削外球面時(shí)，此方法對(duì)精密球體加工采用先車(chē)加工然后磨削成型，以切入式方法加工工件， 要求成形刀刃口與被加工表面母線形狀一致。車(chē)刀刃口的缺陷直接影響被車(chē)表面的精度，要想車(chē)出高精度

14、的外球面就必須首先加工出高精度的車(chē)刀。這就需要有專(zhuān)用的刀具刃磨設(shè)備，成本高。而且這種車(chē)削方法切削抗力大容易產(chǎn)生振紋，難以車(chē)削尺寸較大的零件。4) 旋風(fēng)車(chē)削法，如圖1-4所示，此方法若要保證加工精度必須保證刀具的運(yùn)行軌跡和球面任何瞬時(shí)都重合，這樣會(huì)使機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，刀具在切削過(guò)程的磨損也會(huì)產(chǎn)生加工誤差，并且旋風(fēng)切削裝置需拆除中滑板不易于安裝。圖 1-4 旋風(fēng)車(chē)削法加工帶柄圓球1.刀盤(pán) 2.電動(dòng)機(jī) 3三角架5) 用數(shù)控機(jī)床加工，用數(shù)控車(chē)床加工球面，雖然能達(dá)到圖樣設(shè)計(jì)的尺寸要求，但數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴使成本增加。1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容及意義對(duì)現(xiàn)有可行的車(chē)床用球面切削裝置的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)一種在普通車(chē)

15、床上加工球面的工裝，技術(shù)指標(biāo)為所加工的球面最大直徑為200mm，力求能達(dá)到如下要求：1）能夠保證精度及表面質(zhì)量要求。2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝迅速。3）使用方便，通用性強(qiáng)，適用于多規(guī)格，單件、批量生產(chǎn)，穩(wěn)定性高，提高生產(chǎn)效率。4）裝置生產(chǎn)成本低且易于制造。2 球面車(chē)削裝置的加工原理及技術(shù)方案2.1 球面車(chē)削裝置的加工原理工件繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)，刀具繞圓心點(diǎn)做低速圓周運(yùn)動(dòng)，刀尖對(duì)工件端面進(jìn)行切削，使工件段部成為球面。其中圓心點(diǎn)在工件軸線上，刀尖始終與工件軸線在同一平面內(nèi)。2.2 球面車(chē)削裝置的技術(shù)方案2.21 立式車(chē)床用球面車(chē)削裝置的技術(shù)方案實(shí)例圖2-1是基于c5235雙柱立式車(chē)床設(shè)計(jì)制造的球面加工裝置

16、。這種工裝的工作原理及使用方法如下：加工時(shí)，將工件裝在立車(chē)的工作臺(tái)上，刀架體3裝夾在立車(chē)左刀架上，滑板2裝在刀架的燕尾導(dǎo)軌上，在水平方向可以自由滑動(dòng)。裝有車(chē)刀的刀桿1，則固定在滑板2上，支架4裝在立車(chē)的右刀架上，連桿5的兩端用銷(xiāo)軸與滑板2和支架4鉸接。兩銷(xiāo)軸的中心距，即為所加工球面半徑r。支架4通常被固定在某一位置。加工內(nèi)球面時(shí)，刀架體3隨左刀架作垂直方向的走刀運(yùn)動(dòng)s，則滑2板帶動(dòng)刀桿1在空間作半徑為r的平移弧線運(yùn)動(dòng)。由于工件同時(shí)繞工作臺(tái)中心旋轉(zhuǎn)，即可加工出半徑為r的內(nèi)球面。水平方向移動(dòng)右刀架(即支架4)的位置就可調(diào)節(jié)切削深度。若加工外球面，只需將刀桿1翻轉(zhuǎn)180。（圖2-1）即可。圖 2-1

17、 立式車(chē)床用球面車(chē)削裝置1. 刀桿 2.滑板 3.刀架體 4.支架 5.連桿用這種方法加工的內(nèi)、外球面，因其半徑相同所以配合較好同時(shí)由于刀尖時(shí)時(shí)處于被加工表面的法線方向，刀尖的切削角度始終沒(méi)有改變，因此加工精度較好。需要注意的是刀具安裝時(shí)，刀尖軌跡的曲率中心必須在工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸線上，否則加工出的表面不是球面，而是回轉(zhuǎn)體6。2.22 臥式車(chē)床用球面車(chē)削裝置的技術(shù)方案實(shí)例圖2-2是在臥式車(chē)床上快速車(chē)削球面的裝置，將一塊鋼板2固定在車(chē)床導(dǎo)軌上，在中間鉆一個(gè)直徑8mm的孔，另外加一塊鋼板3，兩端各加工直徑8mm的孔，并且保證兩孔中心距為40mm。將刀架8與轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠脫離，在中滑板7上固定鋼板6，鋼板6上

18、也加工直徑為8mm的孔,將鋼板3用銷(xiāo)軸5與鋼板2、鋼板6鉸接在一起，這樣在刀架橫向進(jìn)給的時(shí)候，由于受鋼板3的牽引刀架會(huì)繞前銷(xiāo)軸做r40mm的運(yùn)動(dòng)，從而加工出r40mm的圓弧。這種工裝只需要根據(jù)加工圓弧的大小，調(diào)整鋼板2上兩個(gè)直徑為8mm的孔的中心距，即可加工不同大小的圓弧。使用注意事項(xiàng)：1） 要保證鋼板2、3、6具有足夠的剛性，使用中不能變形。2） 鋼板3上兩個(gè)直徑為8mm的孔的中心距要求要嚴(yán)格，它直接影響加工圓弧的精度。3） 鋼板3與鋼板2、6的鉸接要適當(dāng)，既不能太松也不能太緊，也就是銷(xiāo)軸5與直徑為8mm的孔的配合要適當(dāng)。4） 如果加工圓弧尺寸精度要求特別高的話，也可以將鋼板3與鋼板2、6的

19、鉸接，改為用軸承鉸接，這樣可以消除銷(xiāo)軸5與直徑8mm的孔的鉸接間隙，提高加工精度9。 圖 2-2 臥式車(chē)床車(chē)削球面裝置1. 長(zhǎng)盤(pán) 2、3、6.鋼板 4.工件 5.銷(xiāo)軸 7.中滑板 8.刀架 9.車(chē)刀2.3 本文技術(shù)方案的確定本文這次設(shè)計(jì)的車(chē)床用球面車(chē)削裝置適用于臥式車(chē)床，臥式車(chē)床的型號(hào)為cd6140a。裝置的動(dòng)力來(lái)源于機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，用直齒輪將絲杠的動(dòng)力傳遞給車(chē)削裝置，用蝸輪蝸桿來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的圓周運(yùn)動(dòng)，車(chē)削過(guò)程為自動(dòng)車(chē)削以保證所加工球面零件的尺寸精度和表面質(zhì)量要求。3 球面車(chē)削裝置的設(shè)計(jì)及三維建模3.1 三維建模所用到的軟件3.11 solidworks 軟件平臺(tái)solidworks軟件是在wi

20、ndows環(huán)境下開(kāi)發(fā)的三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，它能夠充分利用windows的優(yōu)秀界面，為設(shè)計(jì)師提供了簡(jiǎn)易方便的工作界面。solidworks首創(chuàng)的特征管理，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)過(guò)程的每一步記錄下來(lái)，并形成特征管理樹(shù)，顯示在屏幕的左側(cè)。設(shè)計(jì)師可以隨時(shí)點(diǎn)取任意一個(gè)特征進(jìn)行修改，還可以隨意調(diào)整特征樹(shù)的順序，以改變零件的形狀。由于solidworks全面采用windows的技術(shù)，因此在零件設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)零件的特征進(jìn)行“剪切、復(fù)制、粘貼”等操作。solidwork軟件提供完整的、免費(fèi)的開(kāi)發(fā)工具(api)，用戶(hù)可以用微軟的vb、vc+或其它支持ole的編程語(yǔ)言建立自己的應(yīng)用方案。通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，solidworks可以很

21、容易地將目前市場(chǎng)幾乎所有的機(jī)械cad軟件集成到現(xiàn)在的設(shè)計(jì)環(huán)境中來(lái)。solidworks是windows原創(chuàng)的三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，全面支持微軟的ole技術(shù)。它支持olez.o的api后繼開(kāi)發(fā)工具己經(jīng)改變了cad/cae/cam領(lǐng)域傳統(tǒng)的集成方式，使得不同的應(yīng)用軟件能集成到同一個(gè)窗口，共享同一數(shù)信息，以相同的方式操作，沒(méi)有文件傳輸?shù)臒馈olidworks軟件在用戶(hù)界面方面的方便程度是世界公認(rèn)的，該軟件自1995年問(wèn)世以來(lái)，先后共獲得工業(yè)界的十幾次大獎(jiǎng)，這在同檔次軟件中是獲獎(jiǎng)次數(shù)最多的軟件10。3.12 geartraxgeartrax主要用于精確齒輪的自動(dòng)設(shè)計(jì)和齒輪副的設(shè)計(jì)，通過(guò)指定齒輪類(lèi)型、齒

22、輪的模數(shù)和齒數(shù)、壓力角以及其它相關(guān)參數(shù)，geartrax可以自動(dòng)生成具有精確齒形的齒輪。為工程師提供了一種簡(jiǎn)單易用的、在solidworks內(nèi)部就可完成的 驅(qū)動(dòng)零件實(shí)體造型工具?？梢栽O(shè)計(jì)的齒輪類(lèi)型包括直齒輪、斜齒輪、錐齒輪、鏈輪、漸開(kāi)線、齒形帶齒輪、蝸輪和蝸桿、花鍵、v帶齒輪等。 主要特點(diǎn)和功能如下：1） 直觀易用，功能強(qiáng)大，真正精確的漸開(kāi)線齒廓，漸開(kāi)線齒廓曲線可導(dǎo)入solidworks草圖。2） 英制和公制模數(shù)可選，支持主要工業(yè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。3） 變量自動(dòng)計(jì)算。4） 支持塑料齒輪的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，具有ansi和bs（英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）米制鍵槽選項(xiàng)。5） 齒輪所有參數(shù)均可由用戶(hù)控制。6） 單個(gè)齒輪實(shí)體可以加入

23、已有的prt文件。3.13 pro/e1985年，ptc公司成立于美國(guó)波士頓，開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，v1.0的pro/engineer誕生了。經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展，pro/engineer已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了pro/engineer2000i2。ptc的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。pro/engineer還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。下面就pro/engineer的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。全相關(guān)性：pro/engineer的所有模塊都是全相關(guān)

24、的。這就意味著在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開(kāi)發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒(méi)有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開(kāi)發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。基于特征的參數(shù)化造型：pro/engineer使用用戶(hù)熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過(guò)給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非

25、幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開(kāi)發(fā)研制，正是專(zhuān)門(mén)用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了pro/engineer獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。裝配管理：pro/engineer的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選

26、項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。3.2 車(chē)床cd6140a簡(jiǎn)介普通車(chē)床是車(chē)床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車(chē)床類(lèi)總數(shù)的65%。作為最常見(jiàn)的一種，ca6140型普通車(chē)床的主要組成部件有：主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)經(jīng)主換向機(jī)構(gòu)、主變速機(jī)構(gòu)拖動(dòng)主軸。主換向機(jī)構(gòu)主要用于切削螺紋，主變速機(jī)構(gòu)用于變速。進(jìn)給鏈（切螺紋時(shí)為螺紋鏈）從主軸開(kāi)始，經(jīng)進(jìn)給換向機(jī)構(gòu)、掛輪和進(jìn)給箱內(nèi)的進(jìn)給變換機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)-光杠（普通車(chē)削）、溜板箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳至刀架；或經(jīng)絲杠和溜板箱內(nèi)的螺母?jìng)髦恋都堋?.3 齒輪的設(shè)計(jì)及三維

27、建模3.31 直齒輪的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)共用到兩個(gè)直齒輪，主要作用是給切削裝置傳遞動(dòng)力，第一個(gè)齒輪安裝在機(jī)床中托板下方的轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠的軸上，第二個(gè)齒輪安裝在蝸桿的軸上。1）傳動(dòng)比的確定，因?yàn)橐ＷC球面零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，所以刀具切削零件時(shí)的速度不宜過(guò)大，故設(shè)定兩個(gè)直齒輪的傳動(dòng)比為1。2）模數(shù)及壓力角的確定，模數(shù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)（gb/t 13571987）確定為2，壓力角根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（gb/t 13561988）中的標(biāo)準(zhǔn)值確定為20。3）齒數(shù)的確定，為避免根切，對(duì)于壓力角為20的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，應(yīng)取齒數(shù)要大于17，因?yàn)閮升X輪傳動(dòng)比為1，所以?xún)升X輪齒數(shù)相同，都取20。4）齒寬的確定，齒寬b=dd1, d=

28、0.5(1+u)a其中a取值為0.5，u為1，故所求齒寬為b=20。3.32 直齒輪的三維建模由于用solidworks直接繪制直齒輪操作復(fù)雜，這里采用與solidworks無(wú)縫集成的geartrax2007來(lái)完成直齒輪的繪制。圖3-1是geartrx2007的主界面，點(diǎn)選spur/helical選項(xiàng)卡來(lái)到圓柱齒輪的繪制菜單。圖3-1 geartrax主界面圖3-2中紅框所示的部分為調(diào)節(jié)齒廓參數(shù)的部分，在第一個(gè)下拉菜單下選擇模數(shù)module pitches，在第二個(gè)下拉菜單下設(shè)置模數(shù)為2.0module，在第三個(gè)下拉菜單下設(shè)置壓力角為20coarse pitch involute 20 deg

29、，齒廓參數(shù)設(shè)定完畢。圖 3-2 調(diào)節(jié)齒廓參數(shù)設(shè)定齒數(shù)，設(shè)定小齒輪、齒輪數(shù)皆為20如圖3-3所示。圖 3-3 設(shè)定齒數(shù)在齒輪類(lèi)型中選擇直齒輪，螺旋角設(shè)為0，如圖3-4所示。圖 3-4 設(shè)定齒輪類(lèi)型圖3-5紅框所示的位置是齒輪參數(shù)，除最后一項(xiàng)外，皆由計(jì)算機(jī)根據(jù)我們剛才輸入的一系列數(shù)值自動(dòng)計(jì)算完成，我們更改最后一項(xiàng)來(lái)確定齒寬，點(diǎn)擊數(shù)值框后面的按鈕彈出對(duì)話框，均改為20mm，如圖3-6所示，點(diǎn)擊ok完成。圖 3-5 齒輪參數(shù)圖 3-6 設(shè)定齒寬點(diǎn)擊界面右面的完成開(kāi)始生成齒輪，這時(shí)我們可以看到solidworks自動(dòng)打開(kāi)生成齒輪，生成的齒輪如圖3-7所示。圖 3-7 直齒輪三維建模圖3.4 蝸輪蝸桿的設(shè)

30、計(jì)及三維建模3.41 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線交錯(cuò)的夾角可為任意值，常用的為90。這種傳動(dòng)由于具有下述特點(diǎn)，故應(yīng)用頗為廣泛。1）當(dāng)使用單頭蝸桿（相當(dāng)于單線螺紋）時(shí)，蝸桿每旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比為580；在分度機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)中，傳動(dòng)比可達(dá)300；若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000。由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。2）在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對(duì)又較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。3）當(dāng)我干的旋線升角

31、小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。4）蝸桿傳動(dòng)與螺旋齒輪傳動(dòng)相似，在嚙合處有相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)速度很大，工作條件不夠良好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過(guò)分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因此摩擦損失較大，效率低；當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)，效率僅為0.4左右。同時(shí)由于摩擦與磨損嚴(yán)重，常需耗用有色金屬制造蝸輪（或輪圈），以便與鋼制蝸桿配配對(duì)組成減摩性良好的滑動(dòng)摩擦副。蝸桿傳動(dòng)通常用于減速裝置，但也有個(gè)別機(jī)器用作增速裝置。蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型：如圖3-8，根據(jù)蝸桿形狀不同，蝸桿傳動(dòng)可以分為圓柱蝸桿傳動(dòng)，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)等。圖 3-8 蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型圓柱蝸桿傳動(dòng)包括普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳

32、動(dòng)兩類(lèi)。1.普通圓柱蝸桿傳動(dòng)普通圓柱蝸桿的齒面(除zk型蝸桿外)一般是在車(chē)床上用直線刀刃的車(chē)刀車(chē)制的。根據(jù)車(chē)刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同。根據(jù)不同的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為阿基米德蝸桿(za蝸桿)、漸開(kāi)線蝸桿(zi蝸桿)、法向直廓蝸桿(zn蝸桿)和錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(zk蝸桿)等四種。gb10085-88推薦采用zi蝸桿和zk蝸桿兩種?，F(xiàn)將上述四種普通圓柱蝸桿傳動(dòng)所用的蝸桿及配對(duì)的蝸輪齒形分別介紹于后：阿基米德蝸桿(za蝸桿)這種蝸桿，在垂直于蝸桿軸線的平面(即端面)上，齒廓為阿基米德螺旋線，在包含軸線的平面上的齒廓(即軸向齒廓)為直線，其齒形角0=20。

33、它可在車(chē)床上用直線刀刃的單刀(當(dāng)導(dǎo)程角3時(shí))或雙刀(當(dāng)3時(shí))車(chē)削加工。安裝刀具時(shí)，切削刃的頂面必須通過(guò)蝸桿的軸線。這種蝸桿磨削困難，當(dāng)導(dǎo)程角較大時(shí)加工不便。法向直廓蝸桿(zn蝸桿)這種蝸桿的端面齒廓為延伸漸開(kāi)線，法面(n-n)齒廓為直線。zn蝸桿也是用直線刀刃的單刀或雙刀在車(chē)床上車(chē)削加工。刀具的安裝形式如圖所示。這種蝸桿磨削起來(lái)也比較困難。漸開(kāi)線蝸桿(zi蝸桿)這種蝸桿的端面齒廓為漸開(kāi)線,所以它相當(dāng)于一個(gè)少齒數(shù)(齒數(shù)等于蝸桿頭數(shù))、大螺旋角的漸開(kāi)線圓柱斜齒輪。zi蝸桿可用兩把直線刀刃的車(chē)刀在車(chē)床上車(chē)削加工。刀刃頂面應(yīng)與基圓柱相切，其中一把刀具高于蝸桿軸線，另一把刀具則低于蝸桿軸線。刀具的齒形角

34、應(yīng)等于蝸桿的基圓柱螺旋角。這種蝸桿可以在專(zhuān)用機(jī)床上磨削。錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(zk蝸桿)這是一種非線性螺旋曲面蝸桿。它不能在車(chē)床上加工，只能在銑床上銑制并在磨床上磨削。加工時(shí)，除工件作螺旋運(yùn)動(dòng)外，刀具同時(shí)繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，銑刀(或砂輪)回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面，在i-i及n-n截面上的齒廓均為曲線。這種蝸桿便于磨削，蝸桿的精度較高，應(yīng)用日漸廣泛。至于與上述各類(lèi)蝸桿配對(duì)的蝸輪齒廓，則完全隨蝸桿的齒廓而異。蝸輪一般是在滾齒機(jī)上用滾刀或飛刀加工的。為了保證蝸桿和蝸輪能正確嚙合，切削蝸輪的滾刀齒廓，應(yīng)與蝸桿的齒廓一致；深切時(shí)的中心距，也應(yīng)與蝸桿傳動(dòng)的中心距相同11。普通圓柱蝸桿傳動(dòng)

35、的主要參數(shù)及幾何尺寸的計(jì)算：蝸桿傳動(dòng)中的蝸桿是在車(chē)床上車(chē)制的，蝸輪是使用與蝸桿的形狀及尺寸基本相同的滾刀加工的，滾刀是專(zhuān)門(mén)廠家生產(chǎn)的，如果允許用戶(hù)任意確定蝸桿直徑，就必須為同一模數(shù)的蝸桿傳動(dòng)準(zhǔn)備各種尺寸的滾刀，這也是很不方便的，為減少同一模數(shù)的滾刀數(shù)量，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為每一種模數(shù)的蝸桿規(guī)定了幾種直徑，并將分度圓直徑與模數(shù)之比定義為蝸桿直徑系數(shù)q，（舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將直徑系數(shù)規(guī)定為整數(shù)值，新標(biāo)準(zhǔn)將直徑定義為整數(shù)值）。模數(shù)m和壓力角a：在中間平面，即蝸桿軸平面與蝸輪中間平面的m和壓力角a相等且為標(biāo)準(zhǔn)值。蝸桿分度圓直徑d1，直徑系數(shù)q ：蝸桿頭數(shù)要根據(jù)設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)比選擇，蝸桿頭數(shù)對(duì)傳動(dòng)效率，傳動(dòng)件體積等有很大

36、影響，單頭蝸桿可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，但是單頭蝸桿的導(dǎo)程角較小，傳動(dòng)效率較低，發(fā)熱較大，蝸桿頭數(shù)增大使所需的蝸輪齒數(shù)增大，使傳動(dòng)件的體積增大，同時(shí)使蝸桿的導(dǎo)程角加大，使得加工更困難，新的蝸桿傳動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定蝸桿頭數(shù)可取為1，2，4，6。蝸桿頭數(shù)z1：常取 1、2、4、6蝸輪齒數(shù)z2：保證一定的重合度，傳動(dòng)平穩(wěn)；保證抗彎強(qiáng)度、蝸桿的剛度。導(dǎo)程角如圖3-9，導(dǎo)程角就是將蝸桿理解為螺紋時(shí)的螺旋升角。圖 3-9 導(dǎo)程角導(dǎo)程角g：蝸桿傳動(dòng)通常以蝸桿為主動(dòng)件，所以傳動(dòng)比等于蝸輪齒數(shù)除以蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)減少會(huì)影響傳動(dòng)平穩(wěn)性，為使蝸桿傳動(dòng)的重合度系數(shù)大于2，應(yīng)使蝸輪齒數(shù)大于29，蝸輪齒數(shù)過(guò)大會(huì)使蝸輪的直徑增大

37、，不但增大總體積，而且增大蝸桿的支撐跨距，降低蝸桿的支撐剛度，在動(dòng)力傳遞中通常應(yīng)使蝸輪齒數(shù)小于80。傳動(dòng)比i：中心距a：反映功率大小為了湊中心距，為提高強(qiáng)度，為改善潤(rùn)滑條件，可以對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行變位，由于滾切蝸輪的滾刀形狀要與蝸桿形狀相同，所以變位后的蝸桿形狀不能改變，只能對(duì)蝸輪進(jìn)行變位，變位是通過(guò)加工蝸輪時(shí)改變蝸輪與刀具的徑向位置實(shí)現(xiàn)的。改變中心距：中心距不變：則變位系數(shù)本文所設(shè)計(jì)的蝸輪蝸桿，選擇模數(shù)為4，蝸桿頭數(shù)為2，蝸輪齒數(shù)為30。3.42 蝸輪蝸桿的三維建模蝸輪蝸桿的三維建模，無(wú)論是在pro/e還是在solidworks中都是相當(dāng)復(fù)雜的，所以仍舊采用和solidworks無(wú)縫集成的gea

38、rtrax來(lái)完成蝸輪蝸桿的三維建模。打開(kāi)geartrax2007,點(diǎn)選worm gears選項(xiàng)卡，來(lái)到蝸輪蝸桿的繪制界面（圖3-10）。圖 3-10 蝸輪蝸桿的繪制界面在圖中紅框位置的第二個(gè)下拉菜單中選擇模數(shù)為4，在圖中黑框所示的位置選擇畫(huà)蝸桿和蝸輪，在藍(lán)框所示位置輸入蝸桿頭數(shù)2，在綠框所示位置輸入蝸輪齒數(shù)為30，點(diǎn)擊完成，solidworks便自動(dòng)生成蝸輪蝸桿的三維模型如圖3-11、3-12所示。圖 3-11 蝸輪的三維建模圖 3-12 蝸桿的三維建模3.5 其他零件的設(shè)計(jì)及三維建模1）齒輪的軸孔及鍵槽的建模用pro/e打開(kāi)在solidworks下生成的直齒輪（直齒輪，蝸輪蝸桿生成后均保存為

39、pro/e的文件格式），利用拉伸生成齒輪的鍵槽和軸孔，如圖3-13所示。圖 3-13 齒輪的鍵槽和軸孔2）齒輪軸的建模用pro/e打開(kāi)在solidworks下生成的直齒輪，利用拉伸生成齒輪軸肩。如圖3-14所示。圖 3-14 齒輪軸的建模3）蝸桿軸的建模蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常常和軸做成一個(gè)整體，用pro/e打開(kāi)在solidworks下生成的蝸桿，利用拉伸生成蝸桿軸及鍵槽，如圖3-15所示。4）蝸輪軸的建模用pro/e打開(kāi)在solidworks下生成的蝸輪，利用拉伸生成蝸輪軸，軸肩及鍵槽，如圖3-16所示。5）鍵的建模利用拉伸生成鍵，如圖3-17 所示。圖 3-15 蝸桿軸的建模圖 3-

40、16 蝸輪軸的建模圖 3-17 鍵的建模6）刀架的建模利用拉伸分別生成刀架本體，放刀槽，及刀架上的孔和燕尾槽。如圖3-18所示。圖 3-18 刀架的建模7）圓盤(pán)的建模利用拉伸生成圓盤(pán)本體及圓盤(pán)上面的燕尾槽，如圖3-19所示。圖 3-19 圓盤(pán)的建模利用旋轉(zhuǎn)生成圓盤(pán)下表面上的圓槽，如圖3-20所示。8）箱體的建模（1）箱體1的建模利用拉伸生成箱體1的本體，及箱體上的燕尾槽和圓槽，如圖3-21。（2）箱體2的建模利用拉伸生成箱體2本體，及箱體上面的燕尾槽、圓槽和孔，如圖3-22。圖 3-20 生成圓槽圖 3-21 箱體1的建模圖 3-22 箱體2的建模利用旋轉(zhuǎn)生成箱體頂面的圓槽，如圖3-33所示。

41、圖 3-33 生成箱體頂面的圓槽3.6 各零部件之間的裝配1）箱體1及其內(nèi)部的零部件裝配將齒輪軸帶軸肩一側(cè)放入箱體1的圓槽中，如圖3-34所示。圖 3-34 箱體1及其內(nèi)部零件的裝配2）箱體2及其內(nèi)部零部件的裝配（1）蝸輪的裝配將蝸輪不帶鍵槽的一側(cè)放入箱體2底部的圓槽，帶鍵槽一側(cè)伸出箱體，如圖3-35所示。圖 3-35 蝸輪的裝配（2）蝸桿的裝配將蝸桿不帶鍵槽的一側(cè)放入箱體2側(cè)壁的圓孔中，帶鍵槽一側(cè)通過(guò)鍵和軸肩與齒輪連接，如圖3-36所示。圖 3-36 蝸桿的裝配3）箱體1、2之間的裝配箱體1、2通過(guò)燕尾槽相連，如圖3-37所示。圖 3-37 箱體之間的裝配4）圓盤(pán)及刀架的裝配圓盤(pán)通過(guò)鍵和蝸輪

42、軸上的軸肩與蝸輪軸連接，如圖3-38所示圖 3-38 圓盤(pán)的裝配刀架通過(guò)燕尾槽與圓盤(pán)連接，如圖3-39所示，圖3-39便是本次設(shè)計(jì)的車(chē)床用球面車(chē)削裝置的最終示意圖。圖3-39 最終示意圖3.7 裝置的安裝及工作原理的簡(jiǎn)單介紹1)裝置的安裝箱體1實(shí)際為機(jī)床中托板下方的簡(jiǎn)單建模，安裝時(shí)將中托板拆下，將進(jìn)給絲杠替換為齒輪軸，箱體2通過(guò)燕尾槽與機(jī)床連接靠擋板固定。箱體2和圓盤(pán)的頂部之間的圓槽內(nèi)加放直徑為10mm的滾珠，以防止長(zhǎng)期工作切削載荷過(guò)大使蝸輪軸變形。刀架通過(guò)燕尾槽和圓盤(pán)連接通過(guò)螺絲固定在圓盤(pán)上，刀具安裝在刀槽內(nèi)通過(guò)螺絲固定。2）裝置的工作原理齒輪軸將機(jī)床的動(dòng)力傳遞給蝸桿，蝸桿帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸桿軸帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)使刀尖做圓周運(yùn)動(dòng)，刀尖從工件端面的軸心部位開(kāi)始切削，即可得到所要加工的球面零件。結(jié)論及展望結(jié)論本學(xué)期，我承擔(dān)了“車(chē)床用球面切削裝置”的畢業(yè)設(shè)計(jì)。球面零件廣泛的應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)及其相關(guān)的行業(yè)，然而加工球面零件卻沒(méi)有統(tǒng)一的加工設(shè)備，這樣使許多需要加工球面零件的工廠面臨著許多難題和困難。本文本著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單能滿(mǎn)足加工各種球面零件并滿(mǎn)足尺寸精度及表面質(zhì)量，生產(chǎn)成本低等要求來(lái)設(shè)計(jì)。在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和本人的努