橢圓規(guī)機構(gòu)的設計與制作

1、內(nèi)容摘要：在目前的手工繪圖中，大多只能繪制直線和圓。而橢圓的繪制卻相當?shù)碾y以去繪制。因此本文就畫橢圓的問題進行研究，并設計了這種橢圓規(guī)機構(gòu)。本機構(gòu)采用動桿聯(lián)接兩回轉(zhuǎn)副，固定導桿聯(lián)接兩移動副，導桿呈十字形，動桿上各點軌跡為長短徑不同的橢圓的原理，并根據(jù)此原理制成。本機構(gòu)具有制作簡單,使用方便,畫出來的橢圓精確的特點。此次通過對此機構(gòu)的設計和改良，并以此編制相應的加工工藝和程序，并最終加工出橢圓規(guī)實物。關鍵詞：橢圓規(guī) 機構(gòu) 設計 制作；Abstract：In the current manual drawing, most can only draw a straight line and cir

2、cle. And elliptic's drawing is quite difficult to draw. Therefore elliptic problem is studied in this paper, picture, and the elliptic customs agency. This institution adopts the lever connects two rotary vice, fixed piston rod connecting two mobile vice, piston rod is cross, lever trajectory le

3、ngth for different points on the principle of different diameter of ellipse, and according to this principle. This institution has made simple and easy to use, and draw out of the oval characteristics of accurate. The through the design of this mechanism and improvement, and to prepare the correspon

4、ding process and procedures, and finally work out elliptical customs forms. Key words：elliptic trammels gear design preparation；一、概述（一）、橢圓規(guī)的介紹 1、橢圓規(guī)的簡介對于機械專業(yè)類的學生和崗位來說，繪圖是必不可少的經(jīng)常性工作。對于一般的直線、圓弧或圓，利用直尺、圓規(guī)即可馬上繪制，但在繪制橢圓的時候，一般的作法是利用“四弧連接原理”借助圓規(guī)繪制、甚至徒手繪圖，可以近似畫出來，但畢竟最近似的也不光滑而且難看又費時。如果有橢圓繪圖儀，就可以方便地進行橢圓繪制，而且光

5、滑好看。于是便產(chǎn)生了橢圓規(guī)。橢圓規(guī)機構(gòu)具有制作簡單,使用方便,畫出來的橢圓精確等特點，非常適合橢圓類圖紙的繪制。2、橢圓規(guī)當前狀況橢圓規(guī)有著廣泛的應用,但其作圖頗為繁瑣,且不易準確.多年來國內(nèi)外有不少人從事這方面的探討和研究。 它屬于一種畫橢圓的工具，適用于教學、工程制圖、工程制造以及需要畫橢圓的地方。只要已知橢圓的長軸、短軸、焦距三個量中的兩個量，即可準確畫出具有準確焦點位置的橢圓。本設計實用新型具有制作簡單、使用方便、畫出來的橢圓精確、應用領域廣等特點。橢圓規(guī)機構(gòu)的設計制作涉及原理設計、結(jié)構(gòu)設計及機械加工制造等多方面專業(yè)知識，通過對常用結(jié)構(gòu)件或裝置的分析，可以檢驗學生對本專業(yè)相關基礎專業(yè)知

6、識掌握情況，學會理論聯(lián)系實際，提高綜合知識應用能力，通過獨立完成設計內(nèi)容，為未來就業(yè)打下一定基礎。橢圓規(guī)機構(gòu)的設計主要是其零部件的設計制作，所制作零件應符合造價低廉、設計及制作簡易等條件，以便適用與學生。（二）、設計橢圓規(guī)的要求完成此次畢業(yè)設計需要根據(jù)任務書和預期目標的要求，通過搜集和整理橢圓規(guī)機構(gòu)及工藝的有關資料，結(jié)合自己所學知識，確定整體設計方案，并依次進行橢圓規(guī)機構(gòu)的設計，使所設計的橢圓規(guī)機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)動靈活，使用方便，能準確完成橢圓的繪制。通過對橢圓規(guī)機構(gòu)的使用現(xiàn)狀、需求情況以及使用壽命的調(diào)查，以及對常用結(jié)構(gòu)件或裝置的分析，查看相關資料，結(jié)合自己所學的機械設計基礎、機械制圖、機械制造

7、技術等專業(yè)課程，掌握一定的相關信息，在比較和借鑒的基礎上，設計制造出一種機構(gòu)更加簡單合理、高質(zhì)量、高效率、以及使用成本更加低廉的橢圓規(guī)機構(gòu)，來滿足課程設計。對于橢圓規(guī)機構(gòu)的設計與制造，我想通過指導教師的精心指導，再結(jié)合查閱的相關資料及自己所學本專業(yè)相關基礎知識、專業(yè)知識和技能，利用現(xiàn)有的工具書，根據(jù)分析結(jié)果提出橢圓規(guī)機構(gòu)的設計方案，并修改加工。對橢圓規(guī)機構(gòu)來說，為演示它的運動可行性來進行數(shù)據(jù)分析，可選用CAXA進行設計。（三）、本課題涉及的重點與解決方法1、本課題重點及關鍵在于以下幾點：（1）、橢圓方程的計算；（2）、橢圓規(guī)的配合方式；（3）、橢圓規(guī)的底槽設計；（4）、橢圓規(guī)的連桿設計；（5）

8、、橢圓規(guī)的制作；2、根據(jù)以上設計重點相應的解決方案有以下幾點：（1）、計算橢圓上各點的方程及橢圓的圓心率；（2）、聯(lián)系到橢圓規(guī)數(shù)學原理，通過調(diào)整連桿間距畫出不同尺寸的橢圓；（3）、考慮到連桿的設計方式為連桿機構(gòu)，支架的設計必須滿足連桿連接的基本需求；（4）、考慮到橢圓規(guī)制作的簡易適用性、靈活性及受力等綜合性能方面的要求，制作的橢圓規(guī)的整體厚度、重量，材料等的考慮；（5）、橢圓規(guī)零部件制作及組裝；二、橢圓規(guī)機構(gòu)的原理設計(一)、橢圓規(guī)的原理橢圓規(guī)的工作過程如圖2.1圖2.1模型圖2.2數(shù)學模型其數(shù)學證明過程如下：設 PA=a, PB=b, 和 t=ABO（O為十字形中心）以十字形構(gòu)建直角坐標系。

9、則點P的坐標是(a cos t, b sin t) ，點P的軌跡是以2a和2b為軸心的橢圓。橢圓面積S=×a×b 范施古登定理：在一個三角板中，如果兩個角的頂點沿著一個固定的兩邊滑動，則第三個角頂?shù)能壽E是一個橢圓。（二）、橢圓的軌跡分析連桿滑塊式的原理圖如下圖2.3所示，設AM=BM=0M，M為AB的中點，OM的長度不變?；瑝KB沿X軸水平移動，滑塊A沿Y水平移動，那么AB上任一點P相對于定坐標的運動軌跡為：兩式移項后的平方和為：圖2.3 橢圓原理圖三、橢圓規(guī)機構(gòu)各部件的設計（一）、十字板的設計十字板是橢圓規(guī)機構(gòu)的基本零件，由橢圓形成原理可知，繪制橢圓的零件都是在十字板中的，

10、通過使滑塊在十字板中滑動以繪出橢圓。十字板的設計形式是直槽，設計直槽是因為各種條件所限。但也因此使得直槽更容易加工和裝配?？紤]到加工條件和實際使用情況，我們選擇美觀且輕便的鋁作為制作材料。十字板的設計圖如下所示。 圖3.1十字板考慮到工件的美觀和實際的耐用度我們選用圓底板，這樣的設計對于使用和存放也有一定的便利。但同時對于加工卻又增加了幾分難度。由于是圓外形，所以在銑削加工的夾持和對刀等加工步驟中會不可避免的帶來一些麻煩。由于毛坯表面很差，又考慮到橢圓規(guī)表面的美觀情況，所以我們在加工前對毛坯表面首先進行了車削和銑削進行處理，進而進行對橢圓規(guī)底板的正式加工。根據(jù)以上的分析我們得到了以下的工藝卡片

11、和刀具卡片。表3.1 十字板數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱零件名稱材料夾具名稱使用設備程序編號零件圖號橢圓規(guī)十字板鋁三爪卡盤普通車床、加工中心O0001;O0002圖3.1工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速（rmin）進給量 （mmmin）（mmr）背吃刀量mm備注1車削外圓T014000.20.52車削端面T014000.20.53銑削十字槽T021010003006編制李鑫審核楊楊批準楊楊共一頁第一頁表3.2 十字板數(shù)控加工刀具卡片產(chǎn)品名稱零件名稱零件圖號程序編號橢圓規(guī)十字板3.1o0001;o0002工步號刀具號刀具名稱備注1T0190度外圓車刀2T0190度外圓車刀3T0210立銑刀編

12、制李鑫審核楊楊批準楊楊共一頁第一頁程序如下O0001;G90 G54 G21;M03 S1000 F300;G00 Z100.;X100. Y1.;Z5.;G01 Z1.;M98P3L2;G00 Z100.;X100. Y100.;M30;O0002;G91 G01 Z-6.;G90 G01 X-100.;G01 Y-1.;G01 X100.;G00 Y100.;G00 X1.;G01 Y-100.;G01 X-1.;G01 Y100.;M99;（二）、滑塊的設計滑塊是橢圓規(guī)中的運動部件，通過在十字板中運動獲得橢圓，粗糙度好的滑塊可在十字板中自然的滑動，滑塊質(zhì)量的好壞決定了繪圖過程的效率與工作

13、質(zhì)量。為了保證加工質(zhì)量和美觀，我們選擇鋁作為加工材料，加工機床采用加工中心。由于條件所限，我們的滑塊采用直滑塊，也因此滑塊的加工更容易保證質(zhì)量。在加工滑塊之前，首先對毛坯表面進行加工，以保證表面的平整與美觀。接下來對其進行加工，直到加工到理想尺寸和表面質(zhì)量。滑塊設計圖如下：圖3.2滑塊下面是對加工滑塊所做的工藝卡片和刀具卡片。表3.3 滑塊數(shù)控加工工序卡產(chǎn)品名稱零件名稱材料夾具名稱使用設備程序編號零件圖號備注橢圓規(guī)滑塊鋁虎鉗加工中心o0003;o0004圖3.2工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速（rmin）進給量 （mmmin）背吃刀量mm1銑削滑塊表面T0110100020062加工滑

14、塊T011010002006編制梁梓鳴審核楊楊批準楊楊共一頁第一頁表3.4 滑塊數(shù)控加工刀具卡產(chǎn)品名稱零件名稱零件圖號程序編號橢圓規(guī)滑塊圖3.2o0003;o0004工步號刀具號刀具名稱備注1T0110立銑刀2T026麻花鉆編制梁梓鳴審核楊楊批準楊楊共一頁第一頁加工程序如下：O0003;G90 G54 G21;M03 S1000 F300;G00 Z100;X100 Y100;Z5;X20 Y1;G01 Z0;M98P4L2;G00 Z100;M30;O0004; G91 G01 Z-3;G01 X-20;Y-2;X20;M99；（三）、導桿的設計導桿是連接兩滑塊的部件，是橢圓規(guī)中的制圖運動部

15、件。導桿上的螺釘連接兩滑塊，兩滑塊的距離會影響到橢圓規(guī)畫出的橢圓的尺寸。導桿的加工精度直接影響到橢圓規(guī)畫出橢圓的尺寸精度。經(jīng)過討論，我們決定將導桿設計為可調(diào)類型。在滑塊與導桿連接處進行打孔，然后在兩孔之間再打一些孔用以調(diào)節(jié)橢圓尺寸。圖3.3導桿以下是我們關于導桿的工藝表與刀具表：表3.5 導桿數(shù)控加工工藝卡產(chǎn)品名稱零件名稱材料夾具名稱使用設備程序編號零件圖號橢圓規(guī)導桿鋁虎鉗加工中心o0005;o0006圖3.3工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速（rmin）進給量 （mmmin）背吃刀量mm1銑削導桿外表面T0110100020062在導桿上打孔T02510002003編制梁梓鳴審核楊楊批

16、準楊楊共一頁表3.6 導桿數(shù)控加工刀具卡產(chǎn)品名稱零件名稱零件圖號程序編號橢圓規(guī)導桿圖3.3oO005;o0006工步號刀具號刀具名稱備注1T0110立銑刀2T025鉆頭編制梁梓鳴審核楊楊批準楊楊共一頁第一頁程序如下O0005;G90 G54 G21;M03 S1000 F200;G00 Z100;Z20;X-65;M98P6;G01 X-40;M98P6;G01 X-15;M98P6;G00 Z100;M30;O0006;G00 Z5;G01 Z-5;Z0;Z-10;Z-5;Z-15;Z5;G00 Z20;M99;（四）、工件的組裝與實體圖為了各個構(gòu)件的配合，我們選用螺釘作為導桿與滑塊的配合件

17、。通過在滑塊上攻螺紋而導桿打孔的方法連接滑塊與導桿，這樣可以使得配合更牢靠，工作更加穩(wěn)定和準確。經(jīng)過我們的努力，下面是我們加工好的工件照片。設計總結(jié)與分析本次畢業(yè)設計分工如下：李鑫：設計加工十字板，編制工藝。梁梓鳴：設計加工滑塊導桿，編制程序。趙鵬翔：參與加工，裝配，論文。曹順清：參與加工，查找資料，繪圖。趙未碩：參與加工，查找資料，幻燈片。畢業(yè)設計是對我們進入社會而預先進行的一次測試，在此次的畢業(yè)設計中我獲益良多。首先是相關資料的尋找方面，這次畢業(yè)設計開始，我們上網(wǎng)查閱關于此課題的相關資料，從中找出重要的信息并分類整理。在此過程中，我們的輔導老師給了我們很多意見與提示。在接下來的畫圖期間，同

18、學們不斷交流，使我們都受益匪淺。在接下來的工藝分析與編程過程中，我們共同討論和研究，最終確定了加工的工藝路線和程序，以及部件的連接方式等等問題。這些也使我們對機械加工有了更多方面的認識。在制作過程之中我們也從中發(fā)現(xiàn)了很多問題，比如在加工十字板時因為毛坯太薄，所以在車床上的裝夾就顯得有一些難度。在這方面，經(jīng)過組內(nèi)討論，我們最后將卡盤的卡爪反裝來裝夾。再有就是在加工十字板的十字槽時不容易對刀，因為毛坯是圓盤，而我們從未遇到過這種情況，所以這也成為了一大問題。經(jīng)過查閱資料得知，對圓類工件的刀需要對圓柱體坯料X和Y方向的平行點，用相對坐標歸零算兩點之間的中心來計算圓柱體坯料的圓心點坐標。在對十字交叉4

19、個點時，必須要保證平行。還有就是在銑削過程中發(fā)現(xiàn)了不同程度的粘刀現(xiàn)象，經(jīng)過加工后總會發(fā)現(xiàn)刀具上有積屑瘤，影響到加工的精度和質(zhì)量。在這方面，經(jīng)過我們上網(wǎng)查閱資料得知，因為鋁材料的塑形好和熔點低的特點，在加工過程中容易產(chǎn)生高溫高壓，鋁材料的碎屑容易粘在刀具上，影響加工質(zhì)量，在溫度降低之后硬化，并依附在刀具上。解決方法最容易的就是在加工過程中使用切削液?？偠灾?，本次畢業(yè)設計任務的執(zhí)行和完成，使我對本專業(yè)的相關知識有了系統(tǒng)的認識，使我對本專業(yè)的知識和實踐經(jīng)驗有了更深一步的提升。我相信這對我今后的發(fā)展和工作定會產(chǎn)生很大的幫助和啟示。謝謝學校給予我們這次的實踐機會。參考文獻1 張吉平.數(shù)控加工設備.大連：大連理工大學出版社，2000.5.2 嵇寧.數(shù)控加工編程與操作.北京：高等教育出版社，1999.6.3 張念淮.機械制造技術.北京：中國鐵道出版，2000.4 王春燕，陸鳳儀.機械原理.北京：機械工業(yè)出版社，2000.5 濮良貴，紀名剛.機械設計. 北京：高等教育出版社，2006.6 尚文浩.自動機械設計.北京：中國輕工業(yè)出版社，2003.5.7 孟憲源.現(xiàn)代機構(gòu)手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994.6.8 呂燁.機械工程材料.北