铣床专用分度凸轮箱的设计

摘 要随着纺织业的不断发展，自动化在纺织业中的应用越来越广泛，其中“针板” （用于排放织针）就是实现自动化的一个重要部件。它的加工特殊，精度要求较高，需要有专门的机床加工，这就是我这次的毕业设计课题：ZXH54 型铣槽机设计立柱部件设计。ZXH54 型铣槽机是用于加工纺织业中“针板”的专用切削机床，属于典型的组合机床，该机床具有四工位、八铣头，能同时加工八个工件，具有较高的加工效率和加工精度，同时还能实现针槽与圆弧口槽同工位一次完成，克服了以前针板加工中加工工序复杂、加工效率低、加工精度不高的缺点，有较好的应用前景。本次设计总共分为四大部分：第一部分组合机床的概述；第二部分ZXH54 铣槽机的总体设计；第三部分铣槽机立柱部件的设计；第四部分结论与展望。其中第三部分的设计是本次设计的重点，设计从机械部件设计，液压部件设计，液压系统控制设计三个方面对 ZXH54 铣槽机立柱部件进行的整体细致的设计，不仅从机械和液压的角度对立柱的主要部件进行了校核计算，还从控制上提出了一套可行的控制方案，较好的完成了预期的设计要求。AbstractAlong with the unceasing development of weaving trade, automation in the application in weaving trade is more and more extensive, pin plate (is used in put the needle) is a important parts in weaving trade of realization automation. Its processing is special, it is higher that precision is asked, and need to have the processing of special machine tool, this is me the graduated design program of this time: ZXH54 model milling groove machine design pillar parts design.ZXH54 model milling groove machine is used in processing weaving trade in pin plate use privately cut machine tool, belong to the modular machine tool, this machine tool have 4 works position and 8 milling heads, can at the same time process 8 workpieces, have higher processing efficiency and processing precision, and can at the same time still realize needle groove and circular arc groove same work position, it surmounted the shortcoming of that machining process complex, processing efficiency low and process precision do not be in height of the processing of pin plate beforetime, so it have better application prospect.This design divide into 4 in all: the first part is the general state of machine tool; second part with the whole design of ZXH54 model milling groove machine; the part of 3rd is the design of milling groove machine pillar parts; conclusion and look ahead is the partial of 4th. In which, the design of the part of 3rd is the focal point of the design, design from mechanical parts design, hydraulic parts design, hydraulic systematic autocontrol design 3 aspects for ZXH54 model milling groove machine pillar parts to have a overall careful design, not only from machinery and the angle of hydraulic pressure check calculate for the major parts of pillar, but also have still made a set of feasible control scheme from autocontrol. It is better have completed the design requirement of expection.目 录前 言1第一章 组合机床概述11-1 组 合机床及其特点11-2 组 合机床的工艺范围41-3 组 合机床通用部件及其选用41-3-1 通用部件分 类41-3-2 通用部件的 选用51、通用部件选用的方法和原则52、通用部件的选用6第二章 组合机床总体设计82-1 组 合机床的设计步骤82-1-1 调查研究 82-1-2 总体方案 设计92-1-3 技术设计 102-1-4 工作设计 102-2“三图一卡”102-2-1 被加工零件工序图102-2-2 加工示意 图112-2-3 机床联 系尺寸总图112-2-4 机床生 产率计算卡122-3 组 合机床设计方案132-4 拟 定方案“三图一卡” 制作15第三章 立柱部分设计213-1 整体 设计213-2 机械部分设计213-2-1 支承件 设计213-2-2.导轨设计 211、类型212、组合形式233、材料244、间隙调整245、润滑256、导轨验算257、爬行现象及消除措施303-3 液 压系统部分设计303-3-1 工况分析 313-3-2 拟定液 压系统原理图333-3-3 液压系 统的计算和选择液压元件381、液压缸主要尺寸的确定382、计算在各工作阶段液压缸所需流量413、确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格414、液压阀的选择435、确定管道尺寸436、液压油箱容积的确定443-3-4 液压缸的 结构设计443-4 系 统自动控制设计453-4-1 控制方案 拟定453-4-2 ZXH54 铣槽机自 动控制的技术要求453-4-3 程序流程 图463-4-4 主程序 483-4-5 电器控制原理 图513-4-6 控制元件 选用51第四章 结论与展望524-1 结论 524-2 展望 534-3 致 谢53参考文献55外文原文及外文译文56附录 1：表格74附录 2：部分图纸83引 言目前国内针织横机针床加工效率低，前、后针床针槽不能在同一台机器上完成加工，从而造成宽度不匀，影响针床质量。为此须研制新型针床加工专用母机，使该机能用多个加工工位同时完成多副针床的加工，且能使前针床、后针床在同一台机器上完成加工，从而成倍提高产量与质量。ZXH54 型针板铣槽机是一种典型的组合机床，因此它也就具有组合机床的一切特征。一、组合机床概述1-1 组合机床及其特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种(或几种)零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床与通用机床、其他专用机床比较、具有以下特点：(1)组合机床上的通用部件和标准零件占全部机床零，部件总量的 70-80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。(2)由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。(3)组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。(4)在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。(5)当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。(6)组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。组合机床常用的通用部件有：床身(侧底座)、底座(包括中间底座和立柱底座)、立柱，动力箱、动力滑台，各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头，而只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。 固定在动力箱上的主轴箱是用来布置切削主轴，并把动力箱输出轴的旋转运动传递给各主轴的切削刀具，由于各主轴的位置与具体被加工零件有关，因此主轴箱必须根据被加工零件设计，不能制造成完全通用的部件，但其中很多零件(例如：主轴、中间轴、齿轮和箱体等)是通用的。床身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。移动的或回转的工作台是多工位组合机床的主要部件之一，它起着转换工位和输送工件的作用，因此它们的直线移动和回转运动的重复定位精度直接影响组合机床的加工精度。除了上述主要部件之外，组合机床还有各种控制部件，主要是指挥机床按顺序动作，以保证机床按规定的程序进行工作。组合机床的通用部件，绝大多数已由机械工业部颁布成国家标准，并按标准所规定的名义尺寸、主参数、互换尺寸等定型，各种通用部件之间有配套关系。这样，用户可根据被加工零件的尺寸、形状和技术要求等，选用通用部件，组成不同型式的组合机床，以满足生产的需要。1-2、组合机床分类和基本配置型式组合机床有大型组合机床与小型组合机床两大类，它们不仅在体积和功率上有大小之别，而且在结构和配置型式等方面也有很大差异。大型组合机床的配置型式可分为三大类：一、具有固定式夹具的单工住组合机床这类组合机床夹具和工作台都固定不动。动力滑台实现进给运动，滑台上的动力箱(连主轴箱)实现切削主运动。根据动力箱和主轴箱的安置方式不同，这类机床的配置型式有以下几种。(1)卧式组合机床(动力箱水平安装)；(2)立式组合机床(动力箱垂直安装)；(3)倾斜式组合机床(动力箱倾斜安装)；(4)复合式组合机床(动力箱具有上述两种以上的安装状态)。1-3、组合机床的工艺范围组合机床可完成的工艺有铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔；镗孔、铰孔、攻丝、倒角、惚窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大，除了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、车弧面、切削内外螺纹、液压孔、技削内外圆柱面和平面、磨削、抛光、衍磨，甚至还可进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。二、ZXH54 型铣槽机分度箱部件分析凸轮分度箱是 ZXH54 型铣槽机的主要部件，它是保证铣槽精度，提高产量与质量，实现自动分度的关键。所以，在对凸轮分度箱提出设计方案前，有必要了解凸轮机构的设计。一凸轮机构的概述（一）凸轮机构及其类型凸轮机构一般是由机架、主动凸轮及从动件三部分组成的高副机构。从动件可作预期的往复移动或摆动，以及间歇的旋转（见图 2-1） 。图 2-1 间歇旋转凸轮机构1、凸轮机构的基本类型凸轮机构有平面与空间之分。平面凸轮机构又可分为移动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构、移动从动件移动凸轮机构和摆动从动件移动凸轮机构。空间凸轮机构也有移动从动件和摆动从动件之分。本课题铣床专用分度凸轮机构属空间凸轮机构，故以下将对空间凸轮机构作详细解释。空间凸轮机构的基本类型及特点（见表 2-1）表 2-1 空间凸轮机构的基本类型及特点移动从动件圆柱凸轮从动件的运动平面与凸轮运动平面垂直圆锥凸轮从动件的运动平面与凸轮运动平面成一角度摆动从动件圆柱凸轮这种圆柱凸轮是近似的，从动件的摆角不能太大环面凸轮 球面凸轮从动件可以有较大的摆角2、凸轮机构的锁和方式为了使从动件和凸轮始终保持接触，可以采用力锁合或形锁合。力锁合是应用重力、弹簧力或流体压力等外力使从动件保持和凸轮接触。形锁合可用槽凸轮、凸缘凸轮、等径凸轮、等宽凸轮或共轭凸轮等来达到这个目的。本课题 ZXH54 型铣槽机采用的是槽凸轮，锁合方式为形锁合，具体方式如下图所示。这种锁合方式要求凸轮的尺寸较大，图 a 结构较简单，但为了使滚子在槽内不会卡住，必须要有间隙，不宜用于高速。图 b 采用两个滚子，可消除间隙，但制造困难些。图 2-2 槽凸轮的形锁合（二）从动件的运动规律一般概念1、从动件的运动类型当凸轮转一转时，从动件作一次往复运动。设从动件为移动从动件。其位移为 s、加速度 a 合时间 t 的关系见图 2-3，有三种类型：类型 （图 2-3a）双停歇运动（或升-停- 回-停运动） 。从动件在行程的两端都有停歇。类型 （图 2-3b）无停歇运动（或升- 回-升运动） 。从动件在形成的两端都不听谢而作连续的往复运动。类型 （图 2-3c）单停歇运动（或升-回- 停运动） 。从动件只在行程的起始端（或终止端）有停歇。图 2-3 运动类型th 升程（推程）时间在选择从动件的运动规律时，对于这三种运动类型，应该有不同的考虑。如对双停歇运动来说，在行程两端的速度和加速度都应为零。对其它两种运动来说，在停歇端的速度和加速度应为零。在无停歇端的速度也为零，而加速度最好不等于零。这样，在推程和回程的衔接处，加速度过渡平滑，且可使最大速度和最大加速度等下降，这对受力情况和减少振动等都是有利的。2、无因次运动参数分析移动从动件的一个单向行程（推程） ，已知其位移 s、速度 v、加速度 a 和跃度 j 都是时间 t 的函数，相应为：（式33222/)(/)( smdtvtajstdvmts1）用线图表示为图 2-4 图 2-4 运动线图3、运动规律的特性值及选择运动规律的原则运动规律的特性值是指无因此运动参数中的最大速度 、最大加速度mV及最大跃度 等。mAmJ最大速度 运动着的从动件具有一定的动量。从安全考虑，应使V动量小一些。为此，对于重载的凸轮机构，因从动件的质量大，应采用小的运动规律为宜。 还影响到凸轮的受力和尺寸大小。采用 小的运mVm mV动规律，同样尺寸的凸轮，其最大压力角 也小（等速运动除外） 。反之，max如果 相同，则 小的凸轮尺寸也小。maxmV最大加速度 因为惯性力等于实际速度乘以质量。故当无因此最A大加速度 愈大时，从动件的最大惯性力愈大。凸轮与从动件间的动压力m也愈大。对于高速凸轮，更应选择 值小的运动规律。mA最大跃度 跃度和从动件的振动关系较大。为了减小振动，应使mJ值减小。 值最小的运动规律是等跃度规律。mJ另外，从动件的惯性力还可引起凸轮轴上的附加转矩。可以证明，它与加速度和速度乘积的最大值 成正比。mAV)(（表 2-2）列出了各种不同运动规律的 、 、 、 值，可供mAmJV)(合理选择运动规律时参考。一般来说，应该避免由于速度突变引起的刚性冲击。还应尽量避免由于加速度突变引起的柔性冲击。目前常用的有多项式运动规律和组合运动规律两大类。其中又有多种形式。从表中可见：预使 、 、 、 都最小的运动规律是没有的。这里相互有矛盾，因mVAmJV)(此应该根据不同的工作情况和力选择。下列原则可供参考。表 2-2 凸轮机构各种运动规律比较表运动类型 名称 备注 加速度线图形状 mVdaAJmdaAV)(说明等速 1.00 最小，但有刚性冲击，制造容易，可用于低速等加速、等减速2.00 4.00 8.00 最小，因有mA柔性冲击，目前很少用加速度不连续运动余弦加速度（简谐运动1.57 4.93 3.88 及扭矩小，mV但有柔性冲击，可用于低速等跃度 2.00 8.00 32.0 8.71很小，但由mJ于 大很少用A3-4-5 多项式1.88 5.77 60.030.06.69特性值较好，常用双停歇运动正弦加速度2.00 6.28 39.5 8.16适用于高速轻载，缺点是 、mA较大V改进梯形加速度81T2.00 4.89 61.4 8.09小，适用于mA高速轻载，近来在分度凸轮中应用较多非对称改进梯形加速度adTP=1.52.00 6.114.0795.942.610.116.74madA对弹簧设计有利改进正弦加速度811.76 5.53 69.523.25.46 及转距小，mV适用于中速中载，性能较好双停歇运动改进等速 4162T1.28 8.01 201.467.15.73很小，扭矩m小，适用于低速重载，也可用以代替等速运动，避免冲击余弦加速度 1.57 4.93 15.5 3.88用于无停歇运动中，这是一种很好的运动规律正弦加速度 1.72 4.20改进梯形加速度1.84 4.05改进正弦加速度1.63 4.48无停歇运动改进等速1.22 7.68 48.2 4.69与相应的双停歇或单停歇运动相比，各特性值都有所改善3-4-5 多项式 1.734.586.6740.022.54.965.61特性值较好，但值较大mdA正弦加速度1.85 5.814.52改进梯形加速度1.92 4.684.21单停歇运动改进正弦加速度1.69 5.314.65与对应的双停歇运动相比，各特性值都有所改善。因此将双停歇运动规律用于单停歇运动是不恰当的（这里几种规律的加速段合减速段时间相同）高速轻载 各特性值大体可按 、 、 、 的顺序来考虑。mAVmJA)(改进梯形类型的 值比较小，是较理想的一种运动规律。mA低速重载 各特性值大体可按 、 、 、 的顺序来考虑，mm)(J故改进等速运动规律使比较理想的。中速中载 要求 、 、 、 等特性值都较小。正弦角速度mAVmJA)(规律较好。但 较大，因此用改进正弦加速度或 3-4-5 次多项式运动规律mV也较为理想。低速轻载的凸轮机构，对运动规律的要求不严。而在高速重载的情况下，由于兼顾 及 有困难，故不宜采用凸轮机构。mVA三、ZXH54 型铣槽机凸轮分度箱设计方案分度箱是该铣槽机的关键部件之一。它的主要作用是使铣刀精确的定位，即保证被加工工件针床的槽距。根据设计的主要技术指标：分度范围：318N，分度精度：槽距误差0.03 毫米，槽距累积误差为任意 300 毫米内0.10 毫米。可见，该分度箱是一个要求精确定位的机械机构。在铣刀每铣完一根槽后，通过分度箱使铣刀移动一段距离，铣第二根槽。以此保证针板的槽距。在考虑了经济、精度等多方面因素后，决定使用凸轮机构。其优点：定位精度高；经济性好；性价比高。第二章 凸轮分度箱设计凸轮分度箱是 ZXH54 型铣槽机的主要部件，它是保证铣槽精度，提高产量与质量，实现自动分度的关键。所以，在对凸轮分度箱提出设计方案前，有必要了解凸轮机构的设计。一凸轮机构的概述（一）凸轮机构及其类型凸轮机构一般是由机架、主动凸轮及从动件三部分组成的高副机构。从动件可作预期的往复移动或摆动，以及间歇的旋转（见图 3-1） 。图 3-1 间歇旋转凸轮机构1、凸轮机构的基本类型凸轮机构有平面与空间之分。平面凸轮机构又可分为移动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构、移动从动件移动凸轮机构和摆动从动件移动凸轮机构。空间凸轮机构也有移动从动件和摆动从动件之分。本课题铣床专用分度凸轮机构属空间凸轮机构，故以下将对空间凸轮机构作详细解释。空间凸轮机构的基本类型及特点（见表 3-1）表 3-1 空间凸轮机构的基本类型及特点移动从动件圆柱凸轮从动件的运动平面与凸轮运动平面垂直圆锥凸轮从动件的运动平面与凸轮运动平面成一角度摆动从动件圆柱凸轮这种圆柱凸轮是近似的，从动件的摆角不能太大环面凸轮 球面凸轮从动件可以有较大的摆角2、凸轮机构的锁和方式为了使从动件和凸轮始终保持接触，可以采用力锁合或形锁合。力锁合是应用重力、弹簧力或流体压力等外力使从动件保持和凸轮接触。形锁合可用槽凸轮、凸缘凸轮、等径凸轮、等宽凸轮或共轭凸轮等来达到这个目的。本课题 ZXH54 型铣槽机采用的是槽凸轮，锁合方式为形锁合，具体方式如下图所示。这种锁合方式要求凸轮的尺寸较大，图 a 结构较简单，但为了使滚子在槽内不会卡住，必须要有间隙，不宜用于高速。图 b 采用两个滚子，可消除间隙，但制造困难些。图 3-2 槽凸轮的形锁合（二）从动件的运动规律一般概念1、从动件的运动类型当凸轮转一转时，从动件作一次往复运动。设从动件为移动从动件。其位移为 s、加速度 a 合时间 t 的关系见图 3-3，有三种类型：类型 （图 3-3a）双停歇运动（或升-停- 回-停运动） 。从动件在行程的两端都有停歇。类型 （图 3-3b）无停歇运动（或升- 回-升运动） 。从动件在形成的两端都不听谢而作连续的往复运动。类型 （图 3-3c）单停歇运动（或升-回- 停运动） 。从动件只在行程的起始端（或终止端）有停歇。图 3-3 运动类型th 升程（推程）时间在选择从动件的运动规律时，对于这三种运动类型，应该有不同的考虑。如对双停歇运动来说，在行程两端的速度和加速度都应为零。对其它两种运动来说，在停歇端的速度和加速度应为零。在无停歇端的速度也为零，而加速度最好不等于零。这样，在推程和回程的衔接处，加速度过渡平滑，且可使最大速度和最大加速度等下降，这对受力情况和减少振动等都是有利的。2、无因次运动参数分析移动从动件的一个单向行程（推程） ，已知其位移 s、速度 v、加速度 a 和跃度 j 都是时间 t 的函数，相应为：（式33222/)(/)( smdtvtajstdvmts1）用线图表示为图 3-4 图 3-4 运动线图3、运动规律的特性值及选择运动规律的原则运动规律的特性值是指无因此运动参数中的最大速度 、最大加速度mV及最大跃度 等。mAmJ最大速度 运动着的从动件具有一定的动量。从安全考虑，应使动量V小一些。为此，对于重载的凸轮机构，因从动件的质量大，应采用 小的mV运动规律为宜。 还影响到凸轮的受力和尺寸大小。采用 小的运动规律，m m同样尺寸的凸轮，其最大压力角 也小（等速运动除外） 。反之，如果max相同，则 小的凸轮尺寸也小。maxmV最大加速度 因为惯性力等于实际速度乘以质量。故当无因此最大加A速度 愈大时，从动件的最大惯性力愈大。凸轮与从动件间的动压力也愈m大。对于高速凸轮，更应选择 值小的运动规律。mA最大跃度 跃度和从动件的振动关系较大。为了减小振动，应使 值mJ mJ减小。 值最小的运动规律是等跃度规律。另外，从动件的惯性力还可引起凸轮轴上的附加转矩。可以证明，它与加速度和速度乘积的最大值 成正比。mAV)(（表 3-2）列出了各种不同运动规律的 、 、 、 值，可供合理mAmJV)(选择运动规律时参考。一般来说，应该避免由于速度突变引起的刚性冲击。还应尽量避免由于加速度突变引起的柔性冲击。目前常用的有多项式运动规律和组合运动规律两大类。其中又有多种形式。从表中可见：预使 、mV、 、 都最小的运动规律是没有的。这里相互有矛盾，因此应该mAJmV)(根据不同的工作情况和力选择。下列原则可供参考。表 3-2 凸轮机构各种运动规律比较表运动类型 名称 备注 加速度线图形状 mVdaAJmdaAV)(说明等速 1.00 最小，但有刚性冲击，制造容易，可用于低速等加速、等减速2.00 4.00 8.00 最小，因有mA柔性冲击，目前很少用加速度不连续运动余弦加速度（简谐运动1.57 4.93 3.88 及扭矩小，mV但有柔性冲击，可用于低速等跃度 2.00 8.00 32.0 8.71很小，但由mJ于 大很少用A3-4-5 多项式1.88 5.77 60.030.06.69特性值较好，常用双停歇运动正弦加速度2.00 6.28 39.5 8.16适用于高速轻载，缺点是 、mA较大V改进梯形加速度81T2.00 4.89 61.4 8.09小，适用于mA高速轻载，近来在分度凸轮中应用较多非对称改进梯形加速度adTP=1.52.00 6.114.0795.942.610.116.74madA对弹簧设计有利改进正弦加速度811.76 5.53 69.523.25.46 及转距小，mV适用于中速中载，性能较好双停歇运动改进等速 4162T1.28 8.01 201.467.15.73很小，扭矩m小，适用于低速重载，也可用以代替等速运动，避免冲击余弦加速度 1.57 4.93 15.5 3.88用于无停歇运动中，这是一种很好的运动规律正弦加速度 1.72 4.20改进梯形加速度1.84 4.05改进正弦加速度1.63 4.48无停歇运动改进等速1.22 7.68 48.2 4.69与相应的双停歇或单停歇运动相比，各特性值都有所改善3-4-5 多项式 1.734.586.6740.022.54.965.61特性值较好，但值较大mdA正弦加速度1.85 5.814.52改进梯形加速度1.92 4.684.21单停歇运动改进正弦加速度1.69 5.314.65与对应的双停歇运动相比，各特性值都有所改善。因此将双停歇运动规律用于单停歇运动是不恰当的（这里几种规律的加速段合减速段时间相同）高速轻载 各特性值大体可按 、 、 、 的顺序来考虑。改进mAVmJA)(梯形类型的 值比较小，是较理想的一种运动规律。mA低速重载 各特性值大体可按 、 、 、 的顺序来考虑，故改mm)(J进等速运动规律使比较理想的。中速中载 要求 、 、 、 等特性值都较小。正弦角速度规律mAVmJA)(较好。但 较大，因此用改进正弦加速度或 3-4-5 次多项式运动规律也较mV为理想。低速轻载的凸轮机构，对运动规律的要求不严。而在高速重载的情况下，由于兼顾 及 有困难，故不宜采用凸轮机构。mVA（三）凸轮机构的压力角、凸轮的基圆半径和最小曲率半径1、压力角凸轮机构的压力角 是凸轮给从动件的正压力方向，即公法线 nn方向与从动件受力点速度 v 方向所夹的锐角。凸轮机构压力角的大小，不仅和机构传动时的受力情况好坏有关，还和凸轮尺寸的大小有关。当载荷和机构的运动规律确定以后，为了使凸轮有较小的尺寸，可选取较小的基圆半径。但此时压力角就要增大，从而使机构受力情况变坏。因为压力角增大，不但使凸轮与从动件的作用力增大，而且使导路中的摩擦力也增大。当压力角大到某一临界值 时，机构将发c生自锁。凸轮机构的最大压力角 不仅不能超过 ，且在设计中，如果对mc机构尺寸没有严格限制时，为了使机构有良好的受力情况，可将基圆半径选的大一些，以减小压力角；反之如要求凸轮尺寸尽量小而受力情况也不致于太差时，所用基圆半径，也应保证 不超过许用值 。 见（表 3-m3） 。表 3-3 凸轮机构的许用压力角 的值回程类别 推程力锁合 形锁合移动从动件 30 7080 30摆动从动件 3545 7080 35 452、凸轮廓线的基圆半径盘形凸轮的基圆半径 一般是指凸轮理论廓线的最小半径。也有将工bR作廓线的最小半径 称为工作廓线基圆半径的。两者相差一个滚子半径 。br rR对于尖端从动件来说， 与 相等。br3、凸轮廓线的曲率半径滚子从动件凸轮廓线的曲率半径可由计算公式直接求得。当已知从动件的运动规律 S=S( )(或 =（）)就不难求的类速度。当从动件的位移 S（或 ）与凸轮转角()( 22dsds 或以 及 类 加 速 度或 的关系不能用函数式来表达，而是以列表的形式给出时，可用数值微分法求得相应的类速度和类加速度，再求曲率半径。二空间凸轮的设计空间凸轮包括圆柱凸轮、圆锥凸轮和蜗杆凸轮。ZXH54 型铣槽机凸轮分度箱选用的是蜗杆凸轮。蜗杆凸轮主要用作间歇分度，见图 3-5。凸轮 2 每转一周，带滚子的从动件 1 转动一个角度并停歇一段时间。转动角度的大小随滚子的数目而不同。停歇时间与转动时间的比例也可以根据需要而定。这种机构结构简单却既能实现转位又能精确的定位，工作可靠。由于应用了凸轮，运动规律可以任选，从而可以适应不同的工作条件已获得最好的性能。特别是在高速运转中可得到平稳的运动而使振动和噪音减低。这种机构寿命也较长。由于以上一系列优点，近来在各种自动机中逐渐得到广泛应用。由于这种凸轮纯属空间啮合，公式比较繁琐。必须用计算机进行计算。表 3-5 给出了计算啮合面、凸轮曲面、顺时接触线、压力角和诱导法曲率等一系列公式。计算结果如压力角过大，或诱导法曲率过大，可适当加大中心距 a 和从动件半径 重新计算。Tr图 3-5 蜗杆凸轮机构三ZXH54 型铣槽机凸轮分度箱设计（一）凸轮分度箱总体设计1、方案选择分度箱是该铣槽机的关键部件之一。它的主要作用是使铣刀精确的定位，即保证被加工工件针床的槽距。根据设计的主要技术指标：分度范围：318N，分度精度：槽距误差0.03 毫米，槽距累积误差为任意 300 毫米内0.10 毫米。可见，该分度箱是一个要求精确定位的机械机构。在铣刀每铣完一根槽后，通过分度箱使铣刀移动一段距离，铣第二根槽。以此保证针板的槽距。在考虑了经济、精度等多方面因素后，决定使用凸轮机构。其优点： 定位精度高； 经济性好； 性价比高。2、凸轮分度箱的原理本系统中采用如下所示的蜗杆凸轮分度机构（见图 3-6） 。其基本工作原理为：蜗杆凸轮的旋转带动分度盘，使蜗杆每旋转一圈，转盘转过一格，铣刀移过一段固定的距离。形成了等距离的针床槽距。设计时，蜗杆凸轮采用一段斜螺纹+一段直螺纹+一段斜螺纹绘制方法。铣刀停止或者铣槽时，转盘始终位于直螺纹范围内。转盘每移动一格都是从直螺纹旋转一圈再次停止在直螺纹处的。这一设计可以避免转盘的碰撞、冲击，形成一个缓冲地区，不至使零件受到损坏。同时，又保证了定位的精度，针床可以始终保持槽距。在设计凸轮分度箱时，由于考虑到需要加工不同槽距的针板，所以在传动轴（0439）上安装了搭牙板，用来调换齿轮，这样就可以满足不同的槽距要求。 图 3-6 蜗杆凸轮平面图3、传动结构凸轮分度箱的装配图（见附录） 。由电动机带动偏心轮旋转，安装在偏心轮的传感器产生感应信号，使输入轴（0434凸轮轴）旋转；凸轮轴的旋转带动蜗杆凸轮(0433)转动，蜗杆凸轮带动塔轮轴（0405）旋转，使塔轮轴偏过某一个角度，铣刀前进一格，同时塔轮轴带动齿轮（0424）转动，使与 0424 啮合的齿轮（0422）旋转；当位于塔轮轴上的离合器合上时，离合器轴（0420）转动，带动了安装在离合器轴上的齿轮(0461)旋转，同时带动与其啮合的齿轮(0462)旋转； 0462 通过轴带动齿轮（0459）转动，使与 0459 啮合的齿轮(0460)旋转，通过传动轴(0407) 带动齿轮（0467）旋转，使与 0467 啮合的齿轮（0468）转动；最后，通过输出轴（0406）将动力输出。快退时，将离合器断开，轴（0420）旋转，但齿轮（0422）与轴虚接触，所以不会旋转。同时在离合器轴上考虑安装一个杠杆，以控制离合器的断开与合上。具体传动见如下简图：电动机 偏心轮（0429） 输入轴（0434） 蜗杆凸轮（0433）啮合 离合器接通塔轮轴（0405） 齿轮（0424） 齿轮（0422）啮合离合器轴（0420） 齿轮(0461) 齿轮（0462 ） 传动轴（0407）啮合齿轮（0467） 齿轮（0468） 输出轴（0406）图 3-7 凸轮分度箱装配图最后把凸轮和已绘制完的分度盘装配起来，得到如下装配图。第三章 凸轮分度箱零件设计凸轮分度箱的零件根据 AUTO CAD 平面图纸，通过 Solidworks 三维建模软件进行三维造型。将已绘制完的三维造型，通过 Solidworks 中的“装配图”功能进行总体装配。设 计 总 结随着纺织业的不断发展，自动化在纺织业中的应用也越来越为之广泛，其中“针板” （用于排放织针）就是实现自动化的一个重要部件，它为电脑编织、电脑绣花创造了硬件条件。但它的加工特殊，精度要求较高，需要有专门的机床加工，这就对加工它的机床提出了较高的要求：加工自动化、高精度、高效率。ZXH54 型铣槽机就是一台用于加工纺织业中“针板”的专用切削机床，而我这次的毕业设计课题铣床专用凸轮分度箱设计是该铣槽机的关键部件之一。ZXH54 型铣槽机属于典型的组合机床，该机床具有四工位、八铣头，能同时加工八个工件，具有较高的加工效率和加工精度，同时还能实现针槽与圆弧口槽同工位一次完成，克服了以前针板加工中加工工序复杂、加工效率低、加工精度不高的缺点。本次设计取得的主要成果可归纳如下：1. 对组合机床进行了总体介绍和说明，为以后类似的机床设计提供了可靠的科学依据。2. 在总体方案设计中，通过多个方案的对照比较，对 ZXH54 铣槽机提出了一套科学可行的方案设计，即采用卧式床身，液压动力滑台，多工位式组合机床，且每个工件使用一把刀具，由下至上逆铣。3. 在凸轮分度箱设计过程中，通过分析、比较最终确立了蜗杆凸轮机构的方案，并且运用了 Solidworks 三维建模软件进行三维造型。因为 ZXH54 型铣槽机设计是上海凯鑫机械厂委托的横向课题，所以本次我的毕业设计理论与实际相结合的较为紧密，从中学到了很多书本上学不到的知识，使我深刻体会到理论联系实际的重要性。在设计过程中我重点自学了 Solidworks 三维建模软件，现在已能较为熟练地操作该软件，对今后的工作也起到了积极的作用。同时，我又重新温习了机械设计等课程，对本专业的基础课又扎实地掌握了一次。我还运用金属切削机床设计 、 组合机床设计等学科知识，这对我自身又是一个知识的沉积，对我的自学能力与再学习能力又是一个锻炼，使我受益匪浅。当然，由于初次接触以及自己知识的欠缺与经验的不足，在设计中一定还存在其他这样那样的问题，有些问题由于自己能力的欠缺到至今还没发现。所以在今后的学习中还有许多要学，还有许多地方要改进。致 谢 词在这次毕业设计即将全面结束时，我要感谢我的指导老师：华忆苏、 唐勤生，他们在整个设计过程中不遗余力的进行指导和帮助。在我理论知识和实际经验不足的情况下，依然能够不厌其烦的进行细心知道。对此我深表谢意。同时我也对要对同组的蒋丹华同学以及机械学院的所有老师的配合和帮助表示感谢。如果没有他们的帮助我很难顺利完成我的毕业设计。在此我再次表示我最真挚的谢意! 参 考 文 献【1】 Solidwork （北京）清华大学出版社， 2002【2】 邢启恩等编著，Solid Works 2001 中文版实用技术精粹 . （北京）清华大学出版社，2002【3】 王绍俊主编， 机械制造工艺设计手册. （北京）机械工业出版社，1985【4】 大连组合机床研究所编， 组合机床设计 第一册机械部分. （北京）机械工业出版社，1975【5】 本手册增订组编， 金属机械加工工艺人员手册. （上海）科学技术出版社【6】 沈阳工业大学 大连铁道学院 吉林工学院主编， 组合机床设计. （上海）科技技术出版社，1985【7】 徐灏主编， 机械设计手册第 2 卷. （北京）机械工业出版社，1991【8】 余梦生 吴宗编， 机械零部件手册. 北京出版社【9】 赵世华主编，金属切削机床. （北京）航空工业出版社，1996【10】