引信零件扳手孔加工自动机床总体论述.doc

沈阳理工大学学士学位论文前言和平与发展仍是当今时代的主题。作为一个崛起中的大国，中国是维护世界和平与稳定的重要力量。随着中国综合国力的全面提升，中国正在从地区大国走向全球大国，中国与他国在地区安全上的合作领域在增加，中国的外交比以前更加成熟，在处理重大国防问题的过程中，中国的声音尤显重要，中国发扬了一个负责任的大国风范，受到了各国的高度赞扬。当然，还有一些不稳定的因素在时刻考验着中国:花招不断的”台独”分子，野心勃勃的日本右翼势力，盛气凌人的美国霸权主义，不太平静的南海未来的中国将面临更多的机遇与挑。当前国际形势风云莫测，变数迭起。世界各国主要军事国家在更新装备、改革军队体制方面都有较大举措。美、俄、法等有核国家继续核武器的研制和更新；在常规武器方面，以飞机、舰艇的隐身化、无人化、超静化及坦克、装甲车火炮首发命中率大幅度提高为先导，武器装备将向更高技术层面发展。未来的战争是一场高新技术战争, 但我们必须面对现有的大量老装备。这就给我们提出了。一个新课题, 即如何使现有的老装备焕发出“新春”, 对于引信工作者又当如何呢? 在阐述本文论点之前先举两个例子。其一是, 举世瞩目的美国阿波罗登月舱实现了人类第一次登上地球之外星球的突破, 无疑这是一个人所共知的高新技术, 但阿波罗的创造功能只是当今现有技术重新组合的结果, 并没有采取任何一项原理性突破新技术。第二个例子是, MNT25 飞机的研制成功使俄罗斯飞行技术又跃上一个新台阶, 它也是高新技术的标志。但是MNT25 的零件和技术几乎全部是MNT -23 的, 它只是对原有零件和原有技术进行了重新组合、重新安排。引信再设计的对象是现有的在制引信或库存引信, 如果引信设计也能象阿波罗和MNT25 那样采用组合技术等设计方法, 必定能产生出色的“高新技术”。即使这种技术未被多数人如此称谓, 但只要新颖、灵巧, 别人没有采用过, 就应该是一个创造, 就是一个贡献, 应当受到称颂和鼓励。此外, 正如邹家华副总理曾经说过的, 新技术不一定很复杂,“新”本身不等于说越复杂就越好,“新”, 可能是很简单的“新”, 只要能克敌制胜就应当给予肯定。许多工艺上的决窍便是如此。炮弹引信零件是炮弹引信的重要组成部分，它的设计及加工质量将直接影响到整个炮弹的质量。所以，研究它的加工技术，设计高质量，高效率的加工机床，以成为提高引信零件质量和加工效率的关键。目前，许多工厂加工这类零件的扳手孔都是在台钻上用钻模靠手工操作加工，生产效率低，劳动强度大，而且产品质量很不稳定，扳手孔的中心距及其位置精度受人为因素的影响大，给产品的装配造成困难。因此，我们设计了这台引信零件扳手孔加工自动机床，不但保证了产品的质量，而且大大提高了劳动效率，减轻工人的劳动强度。因此，本机床的设计和使用对于引信零件加工有深远的意义。1引信零件扳手孔加工自动机床总体论述11 设计背景引信零件扳手孔加工自动机床是用于生产加工引信雷管座，球座，底螺等引信内部螺塞类零件扳手孔的自动机床。经过我们的调查，很多厂家加工这类零件都是在台钻上用钻模用手工操作加工。生产效率底，劳动强度大，危险系数高，而且生产的产品质量不稳定，扳手孔的中心距及其位置精度受人为因数影响大，扳手孔的中心距及其位置偏差大，在装配过程中会使扳手划伤引信零件表面，甚至无法装配或满足不了拧紧力矩的要求，给产品装配造成困难。 这里所设计的引信零件扳手孔加工自动机床，就是为了解决上述问题，不但保证了产品的质量，而且大大提高了劳动效率，减轻了工人的劳动强度。本机床通过更换零部件可以在炮引-23，炮引-21，海榴-2引信雷管座加工中使用。 本机床的特点是，生产效率高，加工过程和上下料全自动。只需工人定时将零件倒入料仓即可，零件自动定向，定位，自动上下料还可以实现一人看守多个机器。而且还可以更换夹具和挂料环，一台机床就可以用于多种零件的扳手孔的加工。 12 设计介绍 经过调查分析，加工引信零件的机床，有手动机床，半自动机床和自动机床。其对比如下：自动化程度劳动强度生产率生产质量机床性能要求手动机床大低次低半自动机床中等中等中等中等自动机床低高良高由上述论述及综合评定可以看出，无论是在生产效率，生产质量以及性能要求等方面，自动机床有很大的优越性，所以，本着结构合理，性能优化的设计理念，设计研究新形式的自动机床已经是势在必行，不但保证产品的质量，而且大大提高了劳动效率，减轻了工人的劳动强度。所以，研究设计这台引信零件扳手孔加工自动动机床。 这台引信零件加工自动机床考虑了可生产性设计的三大要求。首先是技术要求，这台机床结构合理，安全性、可靠性都已经满足，生产的产品质量好。其次在经济要求上，这台机床适用范围广，加工效率高，因此创造的经济效益也高。社会要求的无污染，噪音小等也可以满足，本机床的设计和使用对于引信零件的加工有着深远的意义。13 机床总体方案设计 合理的整体的总体方案设计是保证产品布局合理，性能全局最优和成本最底的主要环节。主要从保证整机性能的角度来研究机床总体机构的设计。总体方案设计包括功能设计，结构设计和性能设计三部分。功能设计：本机床主要功能是对引信零件加工扳手孔及实现自动上下料，所以在结构上设置了工作机构包括摆移架，自动选料机构和主轴架，分配轴，还有传动机构，能源机构等。 结构设计：在总体布局方案确定之后，对机械结构件进行主要形状和尺寸的设计。具体在后面详细阐述。 性能设计：根据机床的工艺范围，主要技术参数，加工精度和表面粗糙度，生产效率和自动化程度，人机关系，成本等计算和比较各种方案的优劣。利用数学方法和计算机手段实现主要构件的形状和尺寸优化，同时还可以实现功能部件特性优化。 这台引信零件扳手孔加工自动机床考虑到了以上的要求，具体的功能及结构设计在后章中有详细的介绍。2引信零件扳手孔加工自动机床的工作原理及结构21机床的工作原理任何机器一般都包含原动机、传动系统和工作机三个基本部分。原动机是机器完成工作任务的动力来源，最常用的是电动机。工作机是直接完成生产任务的执行装置，可以通过选择合适的机构或其组合来实现。传动系统则是把原动机的运动和动力转化为符合执行机构需要的中间传动装置，是大多数机器的重要组成部分，其质量、成本和性能对机器的整体质量、成本和性能有极大的影响。 引信零件扳手孔加工自动机床是采用机械传动的机器，通过传动系统把电机的运动和能量传给工作机构，从而使各机构工作，制成所需工件。其工作原理如下： 图2.1 引信零件扳手孔加工自动机床工作原理图传动路线的选择主要是根据工作机的工作特性、工作机和原动机的数目以及对传动系统性能的要求来决定，以传动系统结构简单、紧凑、传动链短、传动精度高、效率高、成本低为原则。引信零件扳手孔加工自动机床有两条传动路线：一条是电动机通过两级皮带轮传动，把运动传送到主轴架上的钻头，总传动比是0.35，是增速的。另一条是电动机通过三角带传给大皮带轮，再经联轴器穿到减速器（减速器内传动由小锥齿轮传到大锥齿轮，然后由蜗轮蜗杆传出），在经链轮传到圆柱齿轮，再通过圆柱齿轮传到自动选料机构的轴上，总传动比为119.2。各个机构结构合理，运动和动力的传递路线以及各部分的组成和连接关系准确，满足设计要求。22 机床结构根据机床的工作条件、性能特点,选择机床的结构类型、整体形状和结构尺寸.如图所示：图2.2 总体装配图从图上可以看出引信零件扳手孔加工自动机床由以下部分组成：1） 工作机构：主轴架，分配轴，摆移架，自动选料机构。2） 传动机构：齿轮传动，链轮传动，皮带轮传动，凸轮传动。3） 控制系统：按钮，受柄杆。4） 能源系统：电动机。5） 支撑部件：床架，床身。床架是机的一个基本部件，所有的零件都装在床架上。床架承受各种动，静载荷，必须具有足够的强度和刚度。因此，引信零件扳手孔加工自动机床床架的合理设计对减轻机床重量，提高机床刚度，以及减小制造工时，都具有直接影响。根据焊接结构的特点，由于装在床架的部件质量相对来说不是很大，而且震动不大，所以我们采用了焊接结构。在床架上装有油盘，它是用来装加工完的工件用的。此外， 分配轴上的三个凸轮控制着整个机床的主要运动，其运动规律直接影响机床的工作性质，其精度直接影响工件的精度。除了上述几部分外，还有多种辅助系统与附属装置，如润滑系统，配电板，门锁，油盘等。 3 引信零件扳手孔加工自动机床的具体设计31 机床类型的选择 提高机床的自动化程度，可以减轻工人的劳动强度和更好的保证加工精度及精度的稳定性。目前，机床自动化可分为大批量生产的自动化和单件小批量生产的自动化。大批量生产的自动化常采用自动化单机（如自动机，组合机床）和有它们组成的自动生产线。单件小批量生产的自动化，采用数控机床，加工中心或由它们组成的柔性制造系统和工厂自动化。 引信零件扳手孔产品型号固定，又是大批量生产，不适合用数控机床，更不适用加工中心。通过机械机构来实现自动化的方法很多，比较常用的是由凸轮来控制，凸轮旋转一周对应着整个加工循环。在整个加工循环中，某个构件的运动轨迹对应一个凸轮。这种装置精确度高，可以实现多种运动轨迹，价格也比较便宜。 对应于引信零件扳手孔加工自动机床要加工的零件，运动轨迹简单，所以凸轮加工起来比较容易，而且与数控机床相比，价格便宜，而且能满足加工精度的要求。所以选用凸轮来实现自动化生产。32机床传动方案的选择传动方案的好坏对传动系统的工作性能、外廓尺寸、重量、可靠性以及制造、使用和维护成本等影响很大，其设计是一项较为复杂的工作，需要综合运用多方面的技术知识和实践设计经验，从多方面综合分析比较，才能拟定出比较合理的传动系统方案。 常用的传动方式及其特点如下：（1） 带传动是利用张紧在皮带轮上的带，借助它们之间的摩擦或啮合，在两轴或多轴间传递运动或力。带传动具有结构简单，传动平稳，价格低廉，不需润滑，能缓冲吸振及噪音小的特点，但传动比不准确，传递相同转距时，结构尺寸较其他形式大。因此应布置在高速级。（2） 链传动靠链论齿啮合工作，传动比恒定，并能适应恶劣的工作条件，但运动不均匀，有冲击，不适应高速传动，故应布置在多级传动的低速级。（3） 蜗杆传动平稳，传动比大，但传动效率低，使用于中小功率及间歇运动的场合。当和齿轮传动应用时，应布置在高速级，使其工作齿面间有较高的相对滑动速度。（4） 圆锥齿轮传动用于传动相交轴间的运动。由于锥齿轮加工比较困难，所以应放在传动的高速级，并限制其传动比，以减小其直径和模数。（5） 直齿轮传动的工作环境一般较差，润滑不良，磨损严重，应布置在低速级。（6） 斜齿轮的传动平稳性较直齿轮传动好，当采用双级齿轮传动时，高速级常用斜齿轮。选择不同类型的传动机构会得到不同形式的传动系统方案。为了获得理想的传动方案，需要根据效率、外廓尺寸、质量、运动性能、成本及生产条件等主要性能指标，结合各种传动机构的性能特点，合理地选择传动机构类型。选择的基本原则是：小功率宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动，以降低制造费用；大功率宜优先选用传动效率高的传动，以节约能源、降低生产费用；速度低、传动比大时，可选用单级蜗杆传动、多级齿轮传动、带齿轮传动、带齿轮链传动等多种方案，需要综合分析比较，选出合适的传动方案；工作中可能出现过载的设备，宜在传动系统中设置一级摩擦传动，以便起到过载保护作用。但摩擦有静电发生，在易燃、易爆的场合，不能采用摩擦传动；工作环境恶劣、粉尘较多时，应尽量采用闭式传动，以延长零件的寿命；生产批量较小时，应尽量选用标准的传动装置（如各种标准减速器），以降低成本，缩短制造周期；）载荷经常变化、频繁换向的传动，宜在传动系统中设置一级能缓冲、吸振的传动（如带传动、链传动）；传动的噪声受到严格控制时，应优先选用带传动、蜗杆传动、摩擦传动或螺旋传动。如需要采用其它传动机构，应从制造和装配精度、结构上等方面采取措施，力求降低噪声。基于以上传动方式的特点及要求，在引信零件扳手孔加工自动机床的电机输出端采用了皮带传递运动到传动轴；用二级皮带传动将运动传到主轴架上的主轴；由于整个机床的传动比大，所以在传动装置中设计了减速器，通过链传动将减速器和分配轴连接起来，在通过链传动传到自动选料机构。传动方案合理，满足工作机的性能要求，工作可靠，结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，效率高。33 机床分配轴的设计 为了简化结构和传递运动和动力，在机床中设置了分配轴。由于分配轴传递中小功率，转速较低，无特殊要求，故选用45优质碳素结构钢生产。其结构图如下：图3.1 分配轴结构图在分配轴上装有分别控制主轴移动，摆移架移动，顶料杆前进和后退的三个凸轮，还装有两个链轮。在分配轴的左端装有齿形离合器，其作用有两个：一个是通过它将分配轴和链轮相连来传递运动和动力；另一个是当机床加工零件变化时，更换零件后，需要对工件部件进行调整，可以通过与拨叉相连的手柄来使齿形离合器与链轮分开，使链轮空转，旋转分配轴右端的手轮可以进行调整。分配轴装配图如下所示：图3.2分配轴装配图34 分配轴凸轮设计在各种机械中，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛的应用着各种形式的凸轮机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常做等速转动，但也有做往复摆动和移动的。 凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。凸轮机构的最大优点是：只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动轨迹，而且机构紧凑简单。凸轮机构的缺点是凸轮轮廓与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构常用在传力不大的场合。谁着计算机的发展，凸轮机构的计算机辅助设计和制造已经获得普遍的应用，从而提高了设计的速度和质量，这也为凸轮机构的更广泛应用创造了条件。 为了实现机床的自动化生产，在分配轴上装有三个凸轮，形状如下图所示： 图3.3 凸轮1的尺寸及结构图图3.4 凸轮2的尺寸及结构图图3.5 凸轮3的尺寸及结构图这三个凸轮用锥销固定在分配轴上，谁着分配轴的转动而转动，凸轮1控制主轴的运动，进而使钻头实现进给，加工零件，凸轮2控制摆移架的运动，摆移架移动扳手孔中心距的距离，使钻头加工另一个零件，凸轮3控制着顶料杆的运动，使顶料杆顶紧工件。根据其尺寸和圆柱展开形式，凸轮形状如下图所示： 图3.6 凸轮1 图3.7 凸轮2 分配轴旋转一周，即完成了对一个工件的加工。具体过程是在020是，顶料杆顶紧工件，钻头有凸轮1控制靠近工件；在谁后的70内对工件加工钻扳手孔零件；9095时，钻头在原位旋转；95 110时钻头后退到原来位置；110140时，摆移架移动，移动距离扳手孔中心距140250 时，钻头重复前一次动作；在250270时， 图3.8 凸轮3顶料杆后退到原来位置；270290时，加工完的工件落到油盘中，未加工的工件落下；290310时，摆移架回到原位；310330时，钻头，顶料杆，摆移架不动；330360时，顶料杆顶紧工件；然后各个机构在重复以上动作。在整个加工过程中，钻头始终旋转。示意图如下：由于机器在加工类型的时候需要调整，所以在分配轴的左端装有齿形离合器，通过拨叉由手柄杆控制，在右端装有手轮，可进行对分配轴的调整。分配轴上还装有链轮，带动上面的中心轴，进而控制选料机构工作。图3.9 分配轴实体图35主轴架 351 主轴架的组成 主轴架安装在床架上，主轴架的功能是支撑主轴及控制主轴的进给，它主要由钻轴架、主轴、止推螺钉、钻头进给控制部件、皮带轮等组成。352 钻头旋转控制部件皮带轮是将电动机的动力由带传动传输到主轴上，带动主轴的旋转。但是，由于整机要求，主轴要有前后滑移运动，故皮带轮不能直接装在主轴上，而是采用一系列的其它部件进行运动传递。由图3.10可见，皮带轮装在轴承上，通过螺钉将皮带轮与键槽座连在一起，皮带轮带动键槽座与滑键旋转，从而带动主轴旋转。滑键圈在主轴键槽内的前后滑动，保证了主轴能够前后滑动，而轴承和皮带轮则通过螺钉固定在钻轴架上，不随主轴移动，从而保证机构的稳定性。图3.10 主轴架进给、旋转原理图353 钻头进给控制部件由于机构要求钻头能够自由进给，故主轴架应有控制钻头进给的部件。钻头的进给主要是通过以下几个部件实现的：止推螺钉、进钻滑套、调节螺帽、弹簧、钢球、后轴瓦、移动连杆等。由图3.10可知，进钻时，原动力通过连杆带动止推螺钉，止推螺钉挤压钢球，进而推动主轴，从而实现进钻运动。回程时，由于弹簧被压缩，所以回程时弹簧释放弹力，驱动进钻滑套后移。进钻滑套通过螺纹与调整滑套连接在一起，调整滑套与后轴瓦之间是过盈配合。由于主轴轴间的存在，所以后轴瓦随调节螺套的后移将带动主轴的后移，从而实现机构的回程。整个过程和谐，紧凑，全程自动实现，减小了工人的劳动强度。 另外，由于主轴一直在高速旋转，尽管主轴与钢球之间由点接触改为线接触，但是它们之间的磨损应是不可避免的，而且只要机构运行，磨损就会加剧。同时机构的其它部件之间也会随机构的运动有不同程度的磨损。而主轴钻头的进给是有尺寸精度要求的，故需要有部件对机构进行调整，而调整螺套就是专门为此设计的。当机构出现误差时，只需通过止推螺钉与调整滑套之间的螺纹连接，对主轴端面与止推螺钉端面的距离加以调整，直到回到原有的位置。 整个机构方便，快捷，准确，容易发现。通过对机构的及时调整既实现了调整的可行性，保证了零件的加工精度。35.4 钻轴架 钻轴架是用来支撑钻轴的，其位置和结构决定着所钻引信零件扳手孔的精度，钻轴架的结构和大小要合理，所放位置也满足钻孔要求，对其材料和精度也要满足一定的要求。在保证了钻轴架与主轴准确配合外，钻轴架的一侧上要求有划槽，将连杆与进钻滑套相连通过凸轮推动连杆，进而实现主轴的进给。在钻轴架的上方装有安装油杯的口，给主轴润滑等。下方用4个螺钉固定在床架上，保证主轴架的稳定。如下图所示：图3.11 钻轴架主轴架的总体装配简图如下所示：图3.12 主轴架36 机床摆移架的设计 摆移架主要有两个运动：一个是顶料杆的左右移动，由装在分配轴上的凸轮3控制。右移时凸轮通过左右杠杆带着固定在顶料杆上的滑套来实现夹紧工件，工件自动落下靠弹簧和扭簧的弹力来实现。另一个运动是滑体的左右移动由装在凸轮轴上的凸轮2控制，当加工完第一个扳手孔时，通过凸轮2的旋转，推向右移动，推杆与滑体通过前挡板连接在一起，从而实现滑体的右移，同样由凸轮的旋转实现滑体的左移。当需要加工另一型号的零件时，需要换钻模体和顶料杆。37自动选料机构371自动选料机构的组成 自动选料机构安装在床架上。由于倒入料仓的零件是杂乱无章的，所以自动选料机构的主要功能是对他们进行选位，调整他们的方向以进入挂料环的槽孔，进而通过输料管输送到工作台进行加工。 自动选料机构主要有支架、漏斗体、料斗、挂料环、爪轮轴、爪轮、齿轮等组成。372挂料环 零件进入料斗后,他们谁着挂料环的旋转而不断的变换位置,一旦零件方向与挂料环的槽孔一致时,零件就会通过槽孔进入输料管,输送到加工台。整个过程紧凑有序，由机构自动完成。无须人工操作，而且，加工不同的零件时只需更换挂料环，输料管及夹具少数几个部件，方便快捷，实现了一机多用。其结构如下：图3.13 挂料环373 爪轮机构 爪轮机构是作为安全机构而设置的，由于有时零件可能不能按预期的要求从挂料环槽孔进入输料管，这样零件就会被卡住。而此时机构仍在高速旋转，如果没有保护措施，机构就会受到损害，给整个生产过程带来损失。因此采用爪轮机构会很好的避免这一副面影响，从而保证系统安全进行。其结构如下：图3.14 爪和爪轮由图可见，爪和爪轮啮合，爪外包有弹簧，当零件卡住时，爪和爪轮之间就会打滑，从而爪轮凸起的地方将爪顶起，而与爪轮连接在一起的挂料环就不在旋转，停止工作，从而对机构进行保护。这时，只需工人对卡住的工件进行调整使零件回到正确位置进入输料管，爪由于弹簧弹力又回到原来的位置，挂料环重新旋转，系统工作继续按计划进行，从而保证了整个机构的工作效率和零件加工质量。38 机床减速器的设计 减速器（又称减速机、减速箱）是一台独立的传动装置。它由密闭的箱体、相互啮合的一对或几对齿轮（或蜗轮蜗杆）、传动轴及轴承等所组成。常安装在电动机（或其他原动机）与工作机之间，起降低转速和相应增大转矩的作用。 减速器由于结构紧凑，传递功率范围大，工作可靠，寿命长，效率较高，使用和维护简单，因而应用非常广泛。它的主要参数已经标准化，并由专门工厂进行生产。一般情况下，按工作要求，根据传动比、输入轴功率和转速、载荷工况等，可选用标准减速器；必要时也可自行设计制造。 减速器的类型很多，一般可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器以及齿轮蜗轮减速器等。按照减速器的级数不同，又分为单级、两级和三级减速器。此外，还有立式与卧式之分。各种减速器在化工生产中有着广泛的用途。用于满足各种机械传动的不同要求，其主要类型，特点及应用如下：1） 圆柱齿轮减速器 ：圆柱齿轮减速器的传动件是圆柱齿轮，所以只用于平行轴间的传动。特点是：结构简单、传递功率大、效率高。一般来说，单级减速器的传动比 i8，当传动比较大时，大齿轮比小齿轮大得许多，这样的减速器结构很不紧凑。这时，用两级减速比单级减速可得到更合理更紧凑的结构。通常 i=840时采用两级减速。以两级减速器为例，按齿轮的布置形式可分为：（a）展开式，展开式结构比较简单，应用最广；但齿轮相对于轴承非对称布置，受载时轴的弯曲变形会使载荷沿齿宽分布不均，故轴应具备足够大的刚度。（b）分流式，齿轮相对于轴承对称布置，载荷沿齿宽分布较均匀，受载情况较好，适于重载或变载荷的场合。其结构比较复杂。（c）同轴式，同轴式减速器的输入轴与输出轴在同一轴线上，箱体较短，但箱体内须设置轴承支座，使箱体轴向尺寸增大，中间轴加长，结构变得复杂。 2）圆锥齿轮减速器 ：如下图所示这类减速器用于输入轴与输出轴相交、传递功率不大和速度不高的场合。当传动比较大时，可采用两级或两级以上的圆锥圆柱齿轮减速器。由于小锥齿轮常为悬臂布置，为使其受力小些，常将圆锥齿轮传动作为高速级。图3.15 圆锥齿轮减速器3） 蜗杆减速器：它用于输入轴与输出轴需要在空间正交（垂直交错）的场合。它的传动比比较大，外廓尺寸比较小，工作平稳，噪声小，但其效率较低。 单级蜗杆减速器有蜗杆下置式、蜗杆上置式两种。下置式适用于蜗杆圆周速度较小（v4m/s）的场合，有利于啮合处的润滑与冷却；当蜗杆圆周速度较大时，应采用蜗杆上置式，以减少搅油损耗。当传动比要求较大时，可采用两级蜗杆减速器、蜗杆-齿轮减速器或齿轮-蜗杆减速器。减速器是用于原动机和工作机构的独立的封闭的传动装置。用来降低转速和增大转距，以满足工作要求。在某些场合也用来增速。由于减速器具有结构紧凑，传递效率高，传动稳定可靠。使用维护方便等特点，故在各种机械设备中应用广泛。 综合以上各种减速器的特点和应用，我们的减速器采用了锥齿轮和蜗杆下置式相结合的方式，蜗轮的旋向为右旋，总传动比为78.6。这样即满足了传动比又使结构紧凑。减速器结构如下：图3.16 减速器结构39 机床润滑润滑在机械设备的正常运转和维护保养中起着重要的作用。1）控制摩擦对摩擦副进行润滑后，由于润滑剂介于对偶表面之间，使摩擦状态改变，相应摩擦因数及摩擦力也随之改变。2）减少磨损摩擦副的粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损以及腐蚀磨损等，都与润滑条件有关。在润滑剂中加入抗氧化和抗腐蚀添加剂，有利于抑制腐蚀磨损；而加入油性和极压抗磨添加剂，可以有效地减轻粘着磨损和表面疲劳磨损；流体润滑剂对摩擦副具有清洗作用，也可相轻磨粒磨损。3）降温冷却降低摩擦副的温度是润滑的一个重要作用。众所周知，摩擦副运动时必须克服摩擦力而作功，消耗在克服摩擦力上的功全部转化为热量，其结果将引起摩擦副温度上升。摩擦热的大小与润滑状态有关，干摩擦热量最大，流体摩擦热量最小，而边界摩擦的热量则介于两者之间。因此，润滑是减少摩擦热的有效措施。4）防止腐蚀摩擦副不可避免地要与周围介质接触，引起腐蚀、锈蚀而破坏。在摩擦副对偶表面上，若有含防腐、防锈添加剂的润滑剂覆盖时，就可避免或减少由腐蚀而引起的损坏。 上述四点是润滑的主要作用。对于某些润滑而言，还有密封作用，传递动力，减振作用。 由于机床有些部件之间存在着相对运动，故在整个生产过和程中难免会出现磨损和摩擦等问题。在辅助部件当中，磨损及摩擦可以忽略，但是在主要部件中， 比如对零件加工精度要求较高的场合，这些问题带来的误差是有危害性的，若不妥善解决，很有可能影响到整机的加工质量甚至影响到零件的精度从而带来不必要的损失。因此，解决磨损及摩擦问题得当与否，也是衡量设计一台机床成败的关键，本机床很好的解决了这一问题。在主轴架上装有2弹簧盖式油杯，在分配轴上采用3个压配式压注油杯向油沟里打油，来润滑轴承、链轮等部件。起到了润滑作用，保证了机器的正常运转。 4总体三维模型的创建41 Pro/E软件的简介作为计算机应用于传统制造工程领域的成果之一，已经发展成为工程技术部门提高产品开发水平、创新能力、及市场竞争力的一项关键技术。Pro/E作为一种高级软件，其应用十分广泛，它采用了多种业界领域技术。与其他中级CAD软件相比，它具有一些突出特点：1）操作界面采用典型的Windows软件风格，操作简便，可使具有Windows软件应用经历的读者迅速掌握起基本使用。工作区域布局合理，信息丰富，提高了操作效率。2）灵活的建模能力，通过拖动操作可改变草图和特征的形状和尺寸。3）可通过标准数据格式或插件，与其他CAD软件进行数据交换，最大限度地利用了以有数据。42 分配轴的三维建模4.2.1 创建分配轴 在分配轴上装有凸轮、链轮手轮等零部件，它们的位置关系在其分配轴上有明确的定位。所以先画分配轴，画出草图，然后进行拉伸切除命令，得到其外部结构，然后以分配轴为基准，创建其它零部件。如下图所示： 图4.1 分配轴4.2.2 创建其它部件分配轴建好后，就可以进行整体建模，应用草图命令画出其它零件基本外型结构，然后使用拉伸切除等基本命令就可以建成如下的图形。 图4.2 链轮图4.3 轴承座 凸轮、手轮等其它部件与上面的零件一样创建，然后根据Pro/E装配原则，选择基准，将所有零件安装在分配轴上。43 主轴架的三维建模 主轴的创建和分配轴一样，首先应用草绘里基本命令拉伸、旋转、扫描、打孔、倒角、倒圆等创建支撑主轴的钻轴架，然后创建主轴，钢球、止推螺钉、前轴瓦、滑套等部件。装配时，保证主轴、钢球、止推螺钉的轴线在同一条直线上。将所有零件安装在钻轴架后，在主轴的前端安装钻头。其三维图如图3.12所示。44 整体装配及仿真 分配轴和主轴是安装在机床的床身上的，床身为板结构如图：图4.4 床身 在装配其它部件时，以床身为基准，按照设计的尺寸，主轴架与分配轴的轴线水平距离为90mm,垂直距离为50mm。主轴架和分配轴总体装配安装在床身以后，由于凸轮1控制主轴的进给，所以绘制连杆、杠杆，用连接螺钉等标准件将其连上，通过安装在凸轮1端面的滚子，控制连杆的摆动，进而来控制钻头的进给。将料斗、输料管等辅助部件装配到床身上。最终得到如下所示的总体装配图：仿真时按照机构之间的运动关系在Pro/E的软件中选择连接类型。凸轮与连杆选择凸轮连接，止推螺钉与钢球采用滑动杆连接，主轴采用圆柱连接，既有旋转又有进给。将所有的连接定义完后，定义电动机，根据参数关系设置各轴转数及钻头进给距离，进行仿真。5 理论计算与校核51 理论计算511 各轴的转速： 由机床的工作原理可以知道引信零件扳手孔加工自动机床有两条传动路线：一条是电动机通过两级皮带轮传动，把运动传送到主轴架上的钻头。另一条是电动机通过三角带传给大皮带轮，再经联轴器穿到减速器（减速器内传动由小锥齿轮传到大锥齿轮，然后由蜗轮蜗杆传出），在经链轮传到圆柱齿轮，再通过圆柱齿轮传到自动选料机构的轴上。由于所选电动机为三相异步电动机，型号为Y801-4，额定功率为0.55 kw,同步转速为1500 r/min，满载转速1390 r/min1）计算电动机到自动选料机构各轴的转数及转矩轴：即电动机轴P=P=0.55 kwn=1390 r/minT=9550P1000/n=95500.551000/1390=3779 N.mm 式中： P电动机功率（kw）；n电动机的转数（r/min）；T 电动机的输出转矩（N.mm）；轴：即传动轴：P=P=0.550.96=0.528 kwn=n/i=n/i=1390/1.47=945.58 r/minT=9.550P1000/n =95500.5281000/945.58=5333 N.mm式中： 皮带轮的传动效率 i皮带轮的传动比轴： 即小齿轮轴P=P=0.5280.98=0.517 kwn=n/i=n/i=945.58/1=945.58 r/min T=9550P1000/n=95500.5171000/945.58=5222 N.mm轴：即大齿轮轴P=P=0.5170.97=0.501 kwn=n/i=n/i=945.58/1.6=590.99 r/minT=9550P1000/n=95500.5011000/590.99=8096 N.mm轴：即蜗轮轴P=P=0.5010.75=0.376 kwn=n/i=n/i=590.99/48=12.31 r/minT=9550P1000/n=95500.3761000/12.31=291698 N.mm轴：即分配轴P=P=0.3760.90= 0.338 kwn=n/i=12.31/1=12.31 r/minT=9550P1000/n=95500.3381000/12.31=262218 N.mm轴：即中心轴P=P=0.3380.90=0.304 kwn=n/i=n/i=12.31/1=12.31r/minT=9550P1000/n=95500.3041000/12.31=235841 N.mm轴：即自动选料机构的转轴P=P=0.3040.97=0.295 kwn=n/i=n/i=12.31/1=12.31 r/minT=9550P1000/n=95500.2951000/12.31=228859 N.mm2）计算电动机到主轴架上各轴的转数及转矩轴：即轴承架上的轴P=P=0.550.96=0.528 kwn=n/i=n/i=1390/0.588=2363 r/minT=9550P1000/n=95500.5281000/2363=2134 N.mm轴：即主轴P=P=0.5280.96=0.507 kwn=n/i=2363/0.588=4017 r/minT=9550P1000/n=95500.5071000/4017=1205 N.mm将上述计算结果总汇于表轴序号功率P/kW转数n/(r/min)转矩T/N.mm传动形式传动比i效率0.5513903779皮带论1.470.960.528945.585333联轴器10.980.517545.585222锥齿轮1.60.970.501590.998096蜗轮蜗杆480.750.37612.31291698链10.900.33812.31262218链10.900.30412.31235841圆柱齿轮10.970.29512.312288590.5513903779皮带轮0.5880.960.52823632134皮带轮0.5880.960.50740171205表 4-1 各轴的主要参数512 计算年产量分配轴旋转一周即完成对一个工件的加工，由计算得分配轴转速：12.13 r/min，按照每天一班计算，一天工作六小时。去掉休息，节假日，按一年工作251天计算 年产量N=66025112.13= 1096066.8个 所以这台机床年产量可达到100多万件，很大程度提高了生产效率，减轻工人劳动强度。52 轴的校核由于主轴只承受皮带带来的转矩的作用，所以只计算轴左端面最小直径的强度。轴的具体结构见图4.1: b、d分别为主轴架的两个支撑点，a、c分别为钻头和滑键对主轴的转矩。由上面计算得到主轴的参数如下： P=P=0.5280.96=0.507 kwn=n/i=2363/0.588=4017 r/minT=9550P1000/n=95500.5071000/4017=1205 N.mm按扭转强度计算： = MPa式中 轴的扭剪应力，MPa; T轴传递的转矩，N.mm; W轴的抗扭截面模量，mm; P轴传递的功率，kW; n轴的转速，r/min; 轴材料的许用扭剪应力，MPa由于主轴为实心轴，所以 196.25 mm=6.142 MPa该轴传递中小功率，转速较低，无特殊要求，故选用45优质碳素结构钢调质处理其机械性能由机械设计查得：=3040 MPa根据上式得，满足要求。 6总结通过以上的研究和设计，得出了以下几点结论：(1) 引信零件扳手孔加工自动机床设计两条传动路线：一条是电动机通过两级皮带轮传动，把运动传送到主轴架上的钻头。另一条是电动机通过三角带传给大皮带轮，再经联轴器穿到减速器，在经链轮传到圆柱齿轮，再通过圆柱齿轮传到自动选料机构的轴上。各个机构结构合理，运动和动力的传递路线以及各部分的组成和连接关系准确，满足设计要求。(2) 引信零件扳手孔加工自动机床是利用分配轴上的三个凸轮控制着摆移架，钻头的进给，分配轴旋转一周完成一次加工。加工过程和上下料全自动，只需工人定时将零件倒入料仓即可，零件自动定向，定位，可以实现一人看守多台机器。(3) 引信零件扳手孔加工自动机床适用用于成批或大量生产加工引信雷管座，球座等引信内部螺塞类零件扳手孔。不仅可以保证产品质量，而且大大提高生产效率，减轻了工人的劳动强度。每分钟可以加工12件，在有效的工作日内，年产量可达100多万件，这台机床还可用于多种零件扳手孔的加工制造。7参考文献【1】 机械设计手册编写组：机床设计手册，机械工业出版社，1979【2】 周励志.常用电器选择与计算手册，辽宁科学技术出版社，1999【3】 成大先.机械设计手册减（变）速器电机与电器，化学工业出版社，2004【4】 徐灏.机械设计手册 第3卷，机械工业出版社，1988【5】 徐灏.机械设计手册 第4卷，机械工业出版社，1988【6】 孙志礼，冷兴聚.魏延刚.曾海泉.机械设计.第1版.东北大学出版社.2000【7】 巩云鹏.田万禄.张祖立.黄秋波.机械设计课程设计，东北大学出版社，2000【8】 孙恒.陈作模.机械原理.机械工业出版社.第六版.高等教育出版社.2000【9】 唐金松：简明机械设计手册，上海科学技术出版社，2000【10】 濮良贵：机械零件，人民教育出版社，1982 8 致谢本次毕业设计历时两个多月，是对自己在大学所学知识的一次综合性应用和检验。通过这次毕业设计，我对自己所学的知识有了更加系统的认识，进一步加深了对专业知识的掌握程度，提高了自己的计算机应用能力和绘图水平，充分锻炼了自己的实际动手能力，培养了自己独立解决问题的能力。在这次毕业设计中，我最大的体会就是：做学问必须踏踏实实，科学严谨，精益求精，这样才能做得好学问，学到真知识。本论文是在许宝成老师和杨永清老师的共同指导和帮助下才顺利完成的，在有关资料的收集，关键问题的解决，结构设计和毕业论文的撰写等方面，他们都给予了悉心的指导和全力的帮助，倾注了大量的时间和精力。此外，他们广博的专业知识、严谨的治学态度和敬业的工作态度都给我留下了深刻的印象，在我今后的学习和工作中定会起到启迪的作用。在此，我要向许宝成老师和杨永清老师表示深深的敬意和衷心的感谢，发自肺腑地道声：“您们辛苦了，谢谢！”同时，我还要向在本次毕业设计中给予了我关心、支持和帮助的朋友、同学及老师们致以由衷的谢意。由于本人的知识水平和解决问题的能力有限，再加上时间和资料的限制，在本论文中难免会出现不妥之处，望各位老师和同学给予批评和指正，谢谢！Modelling and Implementation of Internet-Based Virtual Machine Tools A key factor for realising an Internet-based virtual manufacturing system (VMS) and virtual enterprise (VE) is how to represent the manufacturing elements and process mechanics precisely and effectively. This paper presents methods to represent the motion paths and operation of CNC machine tools on the Web. The method is composed of:1. Geometrical modelling of the machine tools.2. Kinematic modelling of the movements of machine tools.3. Representation of the developed model in the internet infrastructure.4. Development of a prototype Web-based virtual machine tools (WVMT).WVMT is available on the internet URL http:/wvmt. postech.ac.kr, by which the client can interactively operate CNC machine tools, and verify the part program via graphic simulation.Keywords: Virtual manufacturing system (VMS); Web-based CAM system; Web-based CNC operation; Web-based virtual machine tools1. IntroductionSince the paradigm was proposed in early 1990s, the virtual manufacturing system (VMS) has received increasing attention as a means for realising distributed manufacturing on the World Wide Web through the Internet In particular, technical advancement in data handling, synchronisation, and animat