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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(jī)分度箱部件設(shè)計
ZXH54型銑槽機(jī)分度箱部件設(shè)計
摘 要
隨著紡織業(yè)的不斷發(fā)展，自動化在紡織業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，其中“針板”（用于排放織針）就是實現(xiàn)自動化的一個重要部件。它的加工特殊，精度要求較高，需要有專門的機(jī)床加工，這就是我這次的畢業(yè)設(shè)計課題：ZXH54型銑槽機(jī)設(shè)計—分度箱部件設(shè)計。
ZXH54型銑槽機(jī)是用于加工紡織業(yè)中“針板”的專用切削機(jī)床，屬于典型的組合機(jī)床，該機(jī)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(xiàn)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(fù)雜、加工效率低、加工精度不高的缺點(diǎn)，有較好的應(yīng)用前景。
本次設(shè)計總共分為四大部分：第一部分組合機(jī)床的概述；第二部分ZXH54銑槽機(jī)的總體設(shè)計；第三部分銑槽機(jī)分度箱部件的設(shè)計；第四部分結(jié)論與展望。其中第三部分的設(shè)計是本次設(shè)計的重點(diǎn)，設(shè)計從機(jī)械部件設(shè)計，液壓部件設(shè)計，液壓系統(tǒng)控制設(shè)計三個方面對ZXH54銑槽機(jī)分度箱部件進(jìn)行的整體細(xì)致的設(shè)計，不僅從機(jī)械和液壓的角度對分度箱的主要部件進(jìn)行了校核計算，還從控制上提出了一套可行的控制方案，較好的完成了預(yù)期的設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：銑槽機(jī)，分度箱部件，紡織業(yè)
ABSTRACT
With the continuous development of the textile industry, the application of automation in the textile industry is more and more widely, in which the needle plate (for emissions needles) is an important component of the automation. Its special processing, high accuracy requirements, the need for specialized machining, this is my graduation project this: ZXH54 type slot milling machine design - sub-degree box component design.
ZXH54 slot milling machine is a special cutting machine for processing textile needle plate, is a typical combination machine, the machine has a four-station, eight milling head, eight work piece can be processed at the same time, higher processing efficiency and precision, while the needle groove and circular opening slot with the station at once, to overcome the needle plate processing complex manufacturing processes, low processing efficiency, high machining accuracy shortcomings, there are good prospects for application .
The design is divided into a total of four parts: the first part of a combination of an overview of the machine tool; overall design the second part ZXH54 slot milling machine; dividing the design of the box components of the third part of the slot milling machine; Part IV Conclusion and Outlook. The third part of the design is the focus of the design, design from the design of mechanical parts, hydraulic component design, hydraulic system to control the design of the three aspects of indexing box parts ZXH54 slot milling machine overall meticulous design, not only from the mechanical and check Calculation of hydraulic point of view of the main components of the indexing box, put forward a set of feasible control program from the control, and the completion of the design requirements.
KEY WORDS: Slot milling machine, the indexing box parts, textiles
28
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 III
引 言 1
§一、組合機(jī)床概述 2
1.1 組合機(jī)床及其特點(diǎn) 2
1.2 組合機(jī)床分類和基本配置型式 3
1.3 組合機(jī)床的工藝范圍 4
§二、ZXH54型銑槽機(jī)分度箱部件分析 5
§三、空間凸輪的種類 16
§四、組合機(jī)床總體設(shè)計方案和計算 17
4.1 組合機(jī)床的總體設(shè)計方案 17
4.2 “三圖一卡”制作 18
4.3 計算過程分析 19
4.4機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖 21
4.5 機(jī)床生產(chǎn)率計算卡 22
§五、ZXH54型銑槽機(jī)凸輪分度箱設(shè)計 23
5.1 凸輪分度箱總體設(shè)計 23
5.1.1 方案選擇 23
5.1.2 凸輪分度箱的原理 23
5.1.3傳動結(jié)構(gòu) 24
5.2 設(shè) 計 總 結(jié) 26
致 謝 27
參 考 文 獻(xiàn) 28
引 言
目前國內(nèi)針織橫機(jī)針床加工效率低，前、后針床針槽不能在同一臺機(jī)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(jī)，使該機(jī)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(jī)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(jī)是一種典型的組合機(jī)床，因此它也就具有組合機(jī)床的一切特征。
ZXH54型銑槽機(jī)屬于典型的組合機(jī)床，該機(jī)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(xiàn)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(fù)雜、加工效率低、加工精度不高的缺點(diǎn)。
§一、組合機(jī)床概述
1.1 組合機(jī)床及其特點(diǎn)
組合機(jī)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(jī)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(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)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(jī)床與通用機(jī)床、其他專用機(jī)床比較、具有以下特點(diǎn)：
(1)組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件占全部機(jī)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(jì)效果好。
(2)由于組合機(jī)床采用多刀加工，并且自動化程度高，因而比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強(qiáng)度低。
(3)組合機(jī)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(jī)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(jī)床時，其大部分部件要報廢。用組合機(jī)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(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。
組合機(jī)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(jī)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(jī)床完成切削主運(yùn)動或進(jìn)給運(yùn)動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的動力頭，而只能完成進(jìn)給運(yùn)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(yùn)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(jī)床的支承部件，起著機(jī)床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機(jī)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(jī)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(yùn)動的重復(fù)定位精度直接影響組合機(jī)床的加工精度。
除了上述主要部件之外，組合機(jī)床還有各種控制部件，主要是指揮機(jī)床按順序動作，以保證機(jī)床按規(guī)定的程序進(jìn)行工作。
組合機(jī)床的通用部件，絕大多數(shù)已由機(jī)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(jī)床，以滿足生產(chǎn)的需要。
1.2 組合機(jī)床分類和基本配置型式
組合機(jī)床有大型組合機(jī)床與小型組合機(jī)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(jī)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(jī)床
這類組合機(jī)床夾具和工作臺都固定不動。動力滑臺實現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動，滑臺上的動力箱(連主軸箱)實現(xiàn)切削主運(yùn)動。
根據(jù)動力箱和主軸箱的安置方式不同，這類機(jī)床的配置型式有以下幾種。
(1)臥式組合機(jī)床(動力箱水平安裝)；
(2)立式組合機(jī)床(動力箱垂直安裝)；
(3)傾斜式組合機(jī)床(動力箱傾斜安裝)；
(4)復(fù)合式組合機(jī)床(動力箱具有上述兩種以上的安裝狀態(tài))。
1.3 組合機(jī)床的工藝范圍
組合機(jī)床可完成的工藝有銑平面、刮平面、車端面、鉆孔、擴(kuò)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(jī)床可完成的工藝范圍也在不斷擴(kuò)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(jī)分度箱部件分析
凸輪分度箱是ZXH54型銑槽機(jī)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(jī)構(gòu)的設(shè)計。
凸輪機(jī)構(gòu)的概述
（一）凸輪機(jī)構(gòu)及其類型
凸輪機(jī)構(gòu)一般是由機(jī)架、主動凸輪及從動件三部分組成的高副機(jī)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
1、凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型
凸輪機(jī)構(gòu)有平面與空間之分。平面凸輪機(jī)構(gòu)又可分為移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、移動從動件移動凸輪機(jī)構(gòu)和擺動從動件移動凸輪機(jī)構(gòu)。空間凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)屬空間凸輪機(jī)構(gòu)，故以下將對空間凸輪機(jī)構(gòu)作詳細(xì)解釋。
空間凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型及特點(diǎn)（見表2-1）
表2-1 空間凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型及特點(diǎn)
移
動
從
動
件
圓柱凸輪
從動件的運(yùn)動平面與凸輪運(yùn)動平面垂直
圓錐凸輪
從動件的運(yùn)動平面與凸輪運(yùn)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(jī)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(jī)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(yùn)動規(guī)律
一般概念
1、從動件的運(yùn)動類型
當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，從動件作一次往復(fù)運(yùn)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(yùn)動（或升-停-回-停運(yùn)動）。從動件在行程的兩端都有停歇。
類型Ⅱ （圖2-3b）——無停歇運(yùn)動（或升-回-升運(yùn)動）。從動件在形成的兩端都不聽謝而作連續(xù)的往復(fù)運(yùn)動。
類型Ⅲ （圖2-3c）——單停歇運(yùn)動（或升-回-停運(yùn)動）。從動件只在行程的起始端（或終止端）有停歇。
在選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律時，對于這三種運(yùn)動類型，應(yīng)該有不同的考慮。如對雙停歇運(yùn)動來說，在行程兩端的速度和加速度都應(yīng)為零。對其它
圖2-3 運(yùn)動類型th——升程（推程）時間
在選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律時，對于這三種運(yùn)動類型，應(yīng)該有不同的考慮。如對雙停歇運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動線圖
3、運(yùn)動規(guī)律的特性值及選擇運(yùn)動規(guī)律的原則
運(yùn)動規(guī)律的特性值是指無因此運(yùn)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(yùn)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(jī)構(gòu)，因從動件的質(zhì)量大，應(yīng)采用小的運(yùn)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(yùn)動規(guī)律，同樣尺寸的凸輪，其最大壓力角也?。ǖ人龠\(yùn)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(yùn)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(yùn)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。可以證明，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(yùn)動規(guī)律的、、、值，可供合理選擇運(yùn)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(yùn)動規(guī)律和組合運(yùn)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(yùn)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(jī)構(gòu)各種運(yùn)動規(guī)律比較表
運(yùn)動類型
名稱
備
注
加速度
線圖形狀
說明
加
速
度
不
連
續(xù)
運(yùn)
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(yùn)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(yùn)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(diǎn)是、較大
雙停歇運(yùn)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(yùn)動，避免沖擊
無停歇運(yùn)動
余弦加速度
1.57
4.93
15.5
3.88
用于無停歇運(yùn)動中，這是一種很好的運(yùn)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(yùn)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)等速度
1.22
7.68
48.2
4.69
單停歇運(yùn)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(yùn)動相比，各特性值都有所改善。
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(yùn)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(yùn)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(yùn)動規(guī)律也較為理想。
低速輕載的凸輪機(jī)構(gòu)，對運(yùn)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(jī)構(gòu)。
（三）凸輪機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(diǎn)速度v方向所夾的銳角。
凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的大小，不僅和機(jī)構(gòu)傳動時的受力情況好壞有關(guān)，還和凸輪尺寸的大小有關(guān)。
當(dāng)載荷和機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(jī)構(gòu)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(dǎo)路中的摩擦力也增大。
當(dāng)壓力角大到某一臨界值時，機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖。凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角不僅不能超過，且在設(shè)計中，如果對機(jī)構(gòu)尺寸沒有嚴(yán)格限制時，為了使機(jī)構(gòu)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(yīng)保證不超過許用值。見（表2-3）。
表2-3 凸輪機(jī)構(gòu)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(dāng)已知從動件的運(yùn)動規(guī)律S=S(φ)(或ψ=ψ（φ）)就不難求的類速度。當(dāng)從動件的位移S（或ψ）與凸輪轉(zhuǎn)角φ的關(guān)系不能用函數(shù)式來表達(dá)，而是以列表的形式給出時，可用數(shù)值微分法求得相應(yīng)的類速度和類加速度，再求曲率半徑。
§三、空間凸輪的種類
空間凸輪包括圓柱凸輪、圓錐凸輪和蝸桿凸輪。ZXH54型銑槽機(jī)——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3-1。凸輪2每轉(zhuǎn)一周，帶滾子的從動件1轉(zhuǎn)動一個角度并停歇一段時間。轉(zhuǎn)動角度的大小隨滾子的數(shù)目而不同。停歇時間與轉(zhuǎn)動時間的比例也可以根據(jù)需要而定。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單卻既能實現(xiàn)轉(zhuǎn)位又能精確的定位，工作可靠。由于應(yīng)用了凸輪，運(yùn)動規(guī)律可以任選，從而可以適應(yīng)不同的工作條件已獲得最好的性能。特別是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中可得到平穩(wěn)的運(yùn)動而使振動和噪音減低。這種機(jī)構(gòu)壽命也較長。由于以上一系列優(yōu)點(diǎn)，近來在各種自動機(jī)中逐漸得到廣泛應(yīng)用。
圖3-1
由于這種凸輪純屬空間嚙合，公式比較繁瑣。必須用計算機(jī)進(jìn)行計算。表3-1給出了計算嚙合面、凸輪曲面、順時接觸線、壓力角和誘導(dǎo)法曲率等一系列公式。計算結(jié)果如壓力角過大，或誘導(dǎo)法曲率過大，可適當(dāng)加大中心距a和從動件半徑重新計算。
§四、組合機(jī)床總體設(shè)計方案和計算
4.1 組合機(jī)床的總體設(shè)計方案
ZXH54針板銑槽機(jī)是專門用于長方形針床鋼板成型加工的銑床，根據(jù)產(chǎn)品的加工特性，生產(chǎn)效率，擬定以下幾種方案：
方案一：采用臥式床身，機(jī)械動力滑臺，單工位式組合機(jī)床；每個工件使用一把刀具。
方案二：采用立式床身，液壓動力滑臺，多工位式組合機(jī)床；每個工件使用一把刀具，由下至上逆銑。
方案三：采用立式床身，液壓動力滑臺，多工位式組合機(jī)床；每個工件使用多把組合刀具，由上至下逆銑。
下面對這三種方案分析說明：
1.臥式床身與立式床身相比較，臥式床身占地面積較大，適用于大型零件的加工；立式床身占地面積較小，主要用于中小型零件的加工。因為零件為長方形鋼板，所以應(yīng)選立式床身機(jī)構(gòu)。
2.單工位與多工位相比較，單工位機(jī)床可同時加工一個或兩個工件，其加工精度較高，但生產(chǎn)率較低，適用于大、中型箱體類零件的加工；多工位機(jī)床可同時加工一個或幾個零件，其加工精度比單工位機(jī)床低，但生產(chǎn)率高，，因此，多用于大批量生產(chǎn)中，它特別適于中小型零件的加工。
3.機(jī)械動力滑臺與液壓動力滑臺比較：
(1)進(jìn)給穩(wěn)定性。機(jī)械滑臺可以比較容易地得到較小的進(jìn)給量，且一般也不會因承受的載荷發(fā)生變化而引起進(jìn)給量的變化，在電源電壓比較穩(wěn)定的情況下，可以認(rèn)為機(jī)械滑臺的進(jìn)給量是桓定不變的。液壓滑臺的進(jìn)給量則往往不夠穩(wěn)定，特別是當(dāng)承受的載荷或溫度發(fā)生變化時，其進(jìn)給穩(wěn)定性更差。
(2)進(jìn)給量的可調(diào)性。液壓滑臺的進(jìn)給量可在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)整，且調(diào)整方便；機(jī)械滑臺的進(jìn)給量則只能進(jìn)行有級調(diào)整，且一般采用配換齒輪來調(diào)整，比較麻煩費(fèi)時。另外，當(dāng)機(jī)械滑臺用于實現(xiàn)二次工作進(jìn)給工作循環(huán)時，其二次進(jìn)給量只能由多速電機(jī)來實現(xiàn)，二次進(jìn)給量與一次進(jìn)給量的比值是定值，所以機(jī)械滑臺一般不適用于實現(xiàn)二次工作進(jìn)給的工作循環(huán)。而液壓滑臺只要將液壓系統(tǒng)中的一次工作進(jìn)給回路改為二次工作進(jìn)給回路，便可實現(xiàn)二次工作進(jìn)給的工作循環(huán)，且每次進(jìn)給量均可進(jìn)行無級調(diào)整。
(3)轉(zhuǎn)換精度。液壓滑臺的轉(zhuǎn)換位置誤差一般為0.1～0.5mm；機(jī)械滑臺的轉(zhuǎn)換位置誤差一般為0.5～2mm。另外，機(jī)械滑臺當(dāng)電氣轉(zhuǎn)換開關(guān)失靈時，則會出現(xiàn)運(yùn)動速度不能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，往往因此而損壞刀具或機(jī)床，而液壓滑臺只要死擋鐵不失靈，一般不會出現(xiàn)進(jìn)給速度不能轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。
4.一把刀具與多把組合刀具比較，零件的加工工藝要求在長方形針床鋼板上銑出多條細(xì)小的槽，從效率的角度來講，一把刀具加工速度較慢，效率也較低，但單刀加工所受切削阻力較小，發(fā)熱量也較小，工件不容易變形；用多把組合刀具同時加工，所受切削阻力較大，也會降低加工速度，同時發(fā)熱量也也會增加，工件容易變形，影響加工精度。相比下還是一把刀具加工比較合理。
5.由下至上逆銑與由上至下逆銑相比，由下至上逆銑時由于工件自身的重力，在切削過程中，工件緊緊的壓在刀具上，使得整個切削過程平穩(wěn)，沒有跳動；而由上至下逆銑就沒有這個好處。
綜上所述，采用第二種設(shè)計方案。
4.2 “三圖一卡”制作
1.被加工零件工序圖
本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計針板式銑槽組合機(jī)床分度箱部件，針板式銑槽組合機(jī)床用于加工針床（針板）。針床是用45碳素鋼鋼板經(jīng)刨床、磨床、銑床等加工成的。每塊針床上有四百條左右的針槽，利用盤型銑刀進(jìn)行銑削加工，此次設(shè)計任務(wù)就是分度箱的設(shè)計。在下表列出的是加工針槽的所須尺寸：
機(jī) 號
G
針 槽 寬
N
槽 距
T
加工長度
a
加工深度
p
3
1.50~1.52
8.466
129
4.75
4
1.30~1.35
6.350
129
4.75
5
1.10~1.13
5.080
115
4.75
6
10.4~1.06
4.233
115
4.75
7
0.88~0.90
3.628
115
4.75
9
0.86~0.88
2.822
114
4.72
10
0.76~0.78
2.540
114
4.72
10.5
0.76~0.78
2.419
114
4.72
11
0.76~0.78
2.309
114
4.72
12
0.76~0.78
2.116
114
4.72
針床材料為45碳素鋼，選用銑刀材料為高速鋼。
圖4.1 被加工零件工序圖
2.加工示意圖
圖4.2 加工示意圖
4.3 計算過程分析
1）耐用度計算。
★注：數(shù)據(jù)處理中數(shù)據(jù)查取書目用代號表示。例：③代表《機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊》。
切削速度V選擇范圍為20~40 m/min ①P46-343
銑刀直徑D=80mm 齒數(shù)Z=90 ⑤P617
系數(shù)Cv=60.2 ⑤P842 每齒進(jìn)給量Sz=0.0075 ⑤P874
銑削深度t=4.72~4.75 mm 槽寬B=0.76~1.52 mm
根據(jù)切削速度公式V=CvD0.25/T0.2t0.3Sz0.2B0.2Z0.1 ⑤P842
可推算出耐用度T的大小。
當(dāng)t=4.75 mm B=1.52 mm V=40 m/min時，耐用度應(yīng)為最?。篢=1650 min
加工零件最長為1000 mm，若槽間距為2.116 mm，則所需銑削的槽有約474條。
轉(zhuǎn)速n =1000V/πD=80~160 r/min
每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f = Z·Sz = 0.675 mm
每分鐘進(jìn)給量Vf = Z·Sz·n= 54~108 mm/min
L=l+l1+l2 ⑤P992 L：工作臺的行程長度 l：加工長度 l1：切入長度 l1：超出長度
l=114~129 mm（工件參數(shù)） l1=19.5 mm l2=2.5 mm ⑤P994 L=136~151 mm
加工一條槽所需時間為ts = L/ Vf = 1.26~2.8 min
則加工一個工件所需時間約為Ts = 474·ts = 597.24~1327.2 min
T=1650 min >Ts = 1327.2 min
因此，原理上當(dāng)切削速度V=40 m/min時可以滿足所需耐用度要求。
2）銑削力計算
銑削力Fz = 9.81CFZ t0.36Sz0.72D-0.86B0.95Z ③P86
銑削力系數(shù)CFZ =68.3 ③P86
t=4.72~4.75 mm Sz=0.0075 D=80mm B=0.76~1.52 mm Z=90
Fz = 55.35~107.17 N FH為沿銑削方向的分力 FV為垂直于銑削方向的分力
FH = (0.6~0.9) Fz = 33.21~96.45 N FV = (0.45~0.70) Fz = 24.91~75.02 N ③P85
3）銑削功率的計算
銑削功率 Pm = Fz V×10-3kw ③P88 Fz = 55.35~107.17 N V = 0.33~0.67 m/min
Pm = 0.018~0.071 kw
4）伸出軸扭矩的計算
扭矩 Tn = Fz D/2 = 2.2~4.3 kN·m
5）其他方面計算
若V = 50 m/min 時 耐用度T = 541 min
n=1000V/πD=199 r/min
Vf = 134.3 mm/min f = Z·Sz = 0.675 mm
加工一條槽所需時間為ts = 1.01~1.12 min
則加工一個工件所需時間約為Ts = 480~533 min
T= 541 min >Ts = 533 min
因此，原理上當(dāng)切削速度V= 50 m/min時也可以滿足所需耐用度要求，考慮V的兩種選取，我認(rèn)為當(dāng)V = 50 m/min時，更能符合實際需求。在耐用度達(dá)到要求的同時，盡量使切削速度增大，從而使加工表面精度增加，并且加工一個工件的時間縮短，提高加工效率。
銑削功率 Pm = 0.046~0.089 kw
4.4機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖
4.5 機(jī)床生產(chǎn)率計算卡
被加工零件
圖 號
毛 坯 種 類
名 稱
毛 坯 重 量
材 料
45
硬 度
工 序 名 稱
工 序 號
序號
工步
名稱
被加工零件數(shù)量
加工直徑
(mm)
加工長度
(mm)
工作行程
(mm)
切削速度
(m/min)
每分鐘轉(zhuǎn)速r·
min)
進(jìn)給量
(mm
/r)
進(jìn)給速度
(mm
/min)
工時(min)
機(jī)加工時間(s)
輔助時間
共計
(min)
1
進(jìn)刀
/
/
/
30.5
/
/
/
/
1.05
2
工進(jìn)
8
/
129
151
50
160
0.675
108
67.2
533
3
快退
/
/
/
151
/
/
/
/
2.265
4
退刀
/
/
/
30.5
/
/
/
/
1.05
備注
總 計
單件工時
540min
機(jī)床生產(chǎn)率
機(jī)床負(fù)荷率
§五、ZXH54型銑槽機(jī)凸輪分度箱設(shè)計
5.1 凸輪分度箱總體設(shè)計
5.1.1 方案選擇
分度箱是該銑槽機(jī)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?？梢?，該分度箱是一個要求精確定位的機(jī)械機(jī)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(jì)、精度等多方面因素后，決定使用凸輪機(jī)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)：定位精度高；經(jīng)濟(jì)性好；性價比高。
5.1.2 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(jī)構(gòu)（見下圖）。
其基本工作原理為：蝸桿凸輪的旋轉(zhuǎn)帶動分度盤，使蝸桿每旋轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)盤始終位于直螺紋范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)盤每移動一格都是從直螺紋旋轉(zhuǎn)一圈再次停止在直螺紋處的。這一設(shè)計可以避免轉(zhuǎn)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(shè)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(diào)換齒輪，這樣就可以滿足不同的槽距要求。
5.1.3傳動結(jié)構(gòu)
由電動機(jī)帶動偏心輪旋轉(zhuǎn)，安裝在偏心輪的傳感器產(chǎn)生感應(yīng)信號，使輸入軸（0434——凸輪軸）旋轉(zhuǎn)；凸輪軸的旋轉(zhuǎn)帶動蝸桿凸輪(0433)轉(zhuǎn)動，蝸桿凸輪帶動塔輪軸（0405）旋轉(zhuǎn)，使塔輪軸偏過某一個角度，銑刀前進(jìn)一格，同時塔輪軸帶動齒輪（0424）轉(zhuǎn)動，使與0424嚙合的齒輪（0422）旋轉(zhuǎn)；當(dāng)位于塔輪軸上的離合器合上時，離合器軸（0420）轉(zhuǎn)動，帶動了安裝在離合器軸上的齒輪(0461)旋轉(zhuǎn)，同時帶動與其嚙合的齒輪(0462)旋轉(zhuǎn)；0462通過軸帶動齒輪（0459）轉(zhuǎn)動，使與0459嚙合的齒輪(0460)旋轉(zhuǎn)，通過傳動軸(0407)帶動齒輪（0467）旋轉(zhuǎn)，使與0467嚙合的齒輪（0468）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，但齒輪（0422）與軸虛接觸，所以不會旋轉(zhuǎn)。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。具體傳動見上頁簡圖：
電動機(jī) 偏心輪（0429） 輸入軸（0434） 蝸桿凸輪（0433）
塔輪軸（0405） 齒輪（0424） 齒輪（0422）
離合器軸（0420） 齒輪(0461) 齒輪（0462） 傳動軸（0407）
齒輪（0467） 齒輪（0468） 輸出軸（0406）
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。
5.2 設(shè) 計 總 結(jié)
隨著紡織業(yè)的不斷發(fā)展，自動化在紡織業(yè)中的應(yīng)用也越來越為之廣泛，其中“針板”（用于排放織針）就是實現(xiàn)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(jī)床加工，這就對加工它的機(jī)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(jī)就是一臺用于加工紡織業(yè)中“針板”的專用切削機(jī)床，而我這次的畢業(yè)設(shè)計課題——銑床專用凸輪分度箱設(shè)計是該銑槽機(jī)的關(guān)鍵部件之一。
ZXH54型銑槽機(jī)屬于典型的組合機(jī)床，該機(jī)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(xiàn)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(fù)雜、加工效率低、加工精度不高的缺點(diǎn)。
本次設(shè)計取得的主要成果可歸納如下：
對組合機(jī)床進(jìn)行了總體介紹和說明，為以后類似的機(jī)床設(shè)計提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。
在總體方案設(shè)計中，通過多個方案的對照比較，對ZXH54銑槽機(jī)提出了一套科學(xué)可行的方案設(shè)計，即采用臥式床身，液壓動力滑臺，多工位式組合機(jī)床，且每個工件使用一把刀具，由下至上逆銑。
在凸輪分度箱設(shè)計過程中，通過分析、比較最終確立了蝸桿凸輪機(jī)構(gòu)的方案，并且運(yùn)用了CAD軟件進(jìn)行繪圖。
由于初次接觸以及自己知識的欠缺與經(jīng)驗的不足，在設(shè)計中一定還存在很多的問題，有些問題由于自己能力的欠缺到至今還沒發(fā)現(xiàn)。所以在今后的學(xué)習(xí)中還有許多要學(xué)，還有許多地方要改進(jìn)。
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計，是在我尊敬的唐勤生的悉心指導(dǎo)下完成的。唐老師對于治學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和對任務(wù)的精益求精著實讓我佩服。在畢業(yè)設(shè)計期間，唐老師在工作之余抽空為我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)，對于我們遇到的問題耐心回答，身體力行，在完成這篇畢業(yè)設(shè)計的過程中起到了舉足輕重的地步。在此，我要先對唐老師表示最誠摯的感謝！謝謝唐老師對于我的指導(dǎo)！
其次，我要感謝我們學(xué)校的各位老師，在畢業(yè)設(shè)計中，對于我遇到的一些流程上的問題，都能清晰地回答，為我減少了很多麻煩。
然后，我要感謝此次畢業(yè)設(shè)計。通過這次畢業(yè)設(shè)計，收獲頗豐，不僅提高了自己的動手能力、設(shè)計能力和編程能力，還提高了自己的閱讀和寫作能力，這對于以后的工作生活，都能起到很重要的作用。
最后，我要感謝一下自己。在這次緊張的畢業(yè)設(shè)計過程中，我能夠較好的完成自己指定的目標(biāo)和計劃，認(rèn)真查閱資料，自行設(shè)計，完成了此次畢業(yè)設(shè)計。
于此，感謝所有在設(shè)計過程中，幫助過我的老師，同學(xué)和朋友！
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