仪表盘刻线机主轴箱的结构设计

- I -目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 前言 .11.1 国际研究现状 .11.2 我国研究现状 .12 选题意义 .22.1 刻线机简介 .22.2 刻线机的发展意义 .23 方案确定 .33.1 设计内容研究 .33.2 预期研究结果 .33.3 设计方案确定 .34 动力参数计算 .64.1 电机的选用 .64.1.1 选择电动机的类型 .64.1.2 选择电动机的功率 .64.1.3 选用电机的转速 .74.2 轴的参数设计 .84.2.1 各轴转速的计算 .84.2.2 各轴功率的计算 .84.2.3 各轴转矩的计算 .84.2.4 估算轴的最小直径 .94.3 齿轮的参数计算 .94.3.1 按齿面接触疲劳强度设计。 .94.3.2 确定主要参数，计算主要几何尺寸。 .104.4 蜗轮蜗杆的参数计算 .114.4.1 确定齿数 Z。 .114.4.2 确定蜗杆传递的转矩 2T.124.4.3 确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 1d。 .124.4.4 计算主要几何尺寸 .125 结构设计 .135.1 轴的结构设计 .135.1.1 齿轮轴的结构设计 .135.1.2 动力输出轴的结构设计 .145.1.3 梅花轮轴的结构设计 .155.2 齿轮的结构设计 .165.2.1 斜齿轮设计 .165.2.2 直尺齿轮结构设计 .185.3 蜗轮蜗杆的结构设计 .185.4 梅花轮的结构设计 .20- II -5.5 拨叉的结构设计 .225.6 刀头夹具的结构设计 .225.7 滑枕的结构设计.236 润滑和密封 .246.1 齿轮的润滑.246.2 蜗轮蜗杆的润滑.246.3 轴承的润滑.246.4 密封.247 结论.25参 考 文 献 .26致 谢 .27- 1 -1 前言近年来，随着科技的迅猛发展，各种行业对仪表的需求量也随之增加，包括指示仪表、测量仪表、显示仪表等。随着仪表的需求量的增多，仪表刻线机的需求量也在不断增加，这对仪表刻线机的设计及生产行业也起到了极大地推动作用。因此本次设计就针对仪表刻线机的主轴箱进行研究设计。主要对其工作原理及工作流程进行研究，工作的重点在于研究控制刀具不同的工作行程。1.1 国际研究现状专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可取少的机床品种。由于专业机床是一种“量体裁衣”产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备。随着制造技术的进步，专业机床的发展也很快，专用机床在生产实践中占有一定的比重。据有关资料介绍，日本 2001 年专用机床产值的比达到 8.8%；我国台湾省这一数字达到6.9%；而我国内陆仅为 0.67%。所以，在当前产品机构调整中，发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题。仪表刻线机作为专用机床的一种也是近几年的新兴产品，在专用机床领域也占有一定比例，也是国际机床产业的重要组成部分。它的产生与发展也对专用机床领域有着举足轻重的影响。仪表刻线机近几年的发展相当迅速，尤其是欧美大陆的普及发展速度相当之快。并且经历的几代的更新，由最初的纯机械刻线发展至激光刻线乃至物理化学方法刻线等几代刻线机产品。1.2 我国研究现状目前我国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，汽车、钢铁、建材、机械、电子等行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是专用机床的巨大需求。我国的专用机床出现较欧美地区相对晚些，发展也较缓慢，然而，近年来国家不断组织科技攻关使得我国的专用机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。近年来我国专用机床行业承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平设备任务。仪表刻线机作为专用机床的一种，在我国的发展也相当迅速，为我国的汽车及航天的仪表制造提供了巨大帮助。仪表刻线机也从机械刻线发展至激光刻线。但是机械刻线仍然占有相当的比例,是仪表刻线机的主流。- 2 -2 选题意义2.1 刻线机简介刻线机是用刀刻或光刻方法在工件表面上加工等分刻度的机床。刻线机分为长刻线机和圆刻线机两大类，并且每类都有普通精度和高精度两种。其中高精度刻线机对使用环境有特殊要求，必须安装在恒温（200.050.5)室内，并且采取防振、防尘等措施。长刻线机是用来刻划有一定距离精度要求的平行刻度的，内部装有用来预调所需刻划刻度数的计数器，以及校正由导轨、丝杆等其他原因引起的误差的校正装置等。它是由高精度丝杠控制分度，常用于刻制各种线纹尺、光栅尺、感应同步器及游标卡尺等。圆刻线机是用于在圆柱面、圆锥面或圆形平面上刻划有一定圆分度精度要求的线纹刻度的刻线机。普通圆刻线机用于刻制一般分度盘，精度为1。高精度圆刻线机用于刻制各种光学回转工作台、光学分度头和经纬仪的分度盘等，还可以刻制圆感应同步器、圆光栅盘和码盘等，分度精度为 0.22。普通圆刻线机大多用阿基米德蜗杆蜗轮副控制分度，蜗轮连同工作台安装在高精度主轴上；高精度圆刻线机一般采用特高精度的球面蜗杆蜗轮副，主轴采用带锥度的滑动轴承，精度要求极高。2.2 刻线机的发展意义 刻线机的出现为仪表盘的刻度提供了极大的方便，使刻度更加精确，行成了批量生产，提高了生产效率。并且大大提高了刻度的效率与精度。为仪表制造行业提供了巨大的动力。起到了推动其发展的作用。由此可见刻线机在仪表行业的作用举足轻重。随着科学技术的发展，有的刻线机上采用了光栅或激光作为位置反馈元件并且采用光刻代替机械刻划，可在工作台移动的情况下完成动态刻线，刻线精度大大提高。因此选择对刻线机的研究是顺应时代发展的潮流的，是满足工业发展需求的，也是当今机床研究的热门项目。所以本设计着力研究刻线机主轴箱内部结构，分析其工作原理。- 3 -3 方案确定3.1 设计内容研究针对某一种设备上使用的刻度盘，设计一种专用刻度机，完成对刻度盘的刻度加工，本设计要求完成刻线机运动传递部分-动力箱的结构设计。设计内容包括:(1)动力箱总体方案的设计；(2)动力参数的计算；(3)动力箱的结构设计；(4)主要零部件的强度、刚度的校核。动力箱要完成两部分内容:(1)要为刀具提供切削动力，并且控制刀具行程。(2)要配合工作台完成旋转运动。3.2 预期研究结果(1)设计的刻线机主轴箱要配合其他部分完成对工件的加工。所需加工的刻度盘零件为圆盘形，圆盘直径为 120mm，每转过 1 度实现一条刻线的刻度，刻线速度控制在 6.8 m/min，刻线深度为 1mm，刻线长度不一，前四条线为短刻线，随后为一中长刻线，再四条短刻线，第十条为一长刻线，长度分别为6mm，10mm，14mm，每十条线为一循环。动力箱的设计应能满足这一循环动作的要求。(2)设计的刻线机主轴箱要结构紧凑，功能完善。设计的刻线机主轴箱要能完成预期工作要求，能保证对刀具的长短行程的控制，并且使主轴箱内部结构简单可行，还要保证强度要求。在此基础上还要给工作台提供旋转动力，并且达到精度要求。3.3 设计方案确定（一）总体结构简图- 4 -1：电机 2：梅花轮 3：弹簧 4：带动工作台的偏心轮 5：刀具 6：工作台图 1 刻线机总体结构简图（二）工作原理如图 1 所示刻线机工作中主要的 6 部分内容。电动机 1 给刻线机提供主动力，经过联轴器、蜗轮蜗杆、齿轮等其他传动机构将动力分成两部分：其一将一部分动力通过蜗轮传动、齿轮传动传给梅花轮 2，由梅花轮拨动拨叉，将动力传给拨叉，再由拨叉将动力传给滑枕以带动刀杆来完成刀具的工作行程。但是刀具的回程由弹簧 3 完成。梅花轮在刀具的回程中不起主要作用。其二将另一部分动力传给偏心轮 4，由偏心轮将动力传给连杆，再由连杆将动力传给带动工作台旋转的棘轮从而带动工作台的旋转运动，来完成分度功能。如此就完成刻线机的主要工作流程。（三）主要机构所需要加工的工件上应该有四条短刻度线然后一条中长刻度线然后又有四条短刻度线最后一条特长刻度线，如此循环。因此刀具要完成四个短行程而后一个中行程然后又四个短行程最后一个长行程，这一整个工作流程都由梅花轮完成。因此梅花轮是刻线机主轴箱的主要部分，是完成设计的关键部分。可以将梅花轮设计成一个由十齿齿轮演变而来的凸轮，如图 2 所示。其中两齿长度与其他八齿不同，特长齿演变的凸轮外廓较大，中长齿演变的外廓次之，其他八齿演变的凸轮外廓形状一样并且最短，这样就能完成刀具不同的特殊长度的工作行程, 达到预期的工作目的。- 5 -图 2 梅花轮结构简图- 6 -4 动力参数计算4.1 电机的选用4.1.1 选择电动机的类型由于刻线机没有特殊的工作环境要求，所以可以选择常用的 Y 系列三相异步电动机。Y 系列电动机电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B 级绝缘，工作环境境温度不超过+40 度，相对湿度不超过 95%，海拔高度不超过 1000m，额定电压 380V，频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上。因此刻线机可选用 Y 系列电动机。4.1.2 选择电动机的功率 dpw为工作机实际需要的电动机输出功率，KW为工作机需要的输入功率，KWw为电动机至工作机之间传动装置的总效率 lwFVp10切 削 工 作 台切 削F 为工作机的阻力，NV 为工作机的线速度，m/s为工作机的效率wNKfaCFxyxpFX87.10338.1524.6.07.01- 7 -38.1.067wFVp切 削取工作台消耗功率 KW.10工 作 台p48.1.03工 作 台切 削pw计算总效率 联轴器效率取 92.0蜗轮蜗杆效率取 71滚动轴承效率取 .2齿轮传动效率取 903滑动摩擦效率取 .452.0 9.0.970.729.0.9 43123 85.4wdp4.1.3 选用电机的转速可以推算电动机转速的可选范围 wdni321单机圆柱齿轮传动传动比范围 ,i蜗轮蜗杆传动传动比范围 02取导杆长度 350mm，将转轴安排在据滑枕 150mm 处。15.0.628v取梅花轮半径 100mm- 8 -5.10.rvwmin/3.46.32rn所以 62798idw根据功率及转速选取电机型号为 Y100L-2,额定功率为 3KW，满载转速为2870r/min。所以总传动比7.203.148niw各级传动比 ,21ii4.2 轴的参数设计4.2.1 各轴转速的计算 min/3.14.87.206.95in/.87i/203120rinrinw为齿轮轴转速， 为蜗轮轴的转速， 为第二轴的转速， 为第三轴的转速。012n3n以下类同。4.2.2 各轴功率的计算 94.1.071.2017.29466.2.330p4.2.3 各轴转矩的计算 47.1309.7034.7106625.285.8.9310 T- 9 -4.2.4 估算轴的最小直径 94.128706.13300 npcd经查表结合联轴器的直径系列取 md6017.6.95418331 npcd经查表结合轴的直径系列取 d2017.483.21322 npcd经查表结合轴的直径系列取 md5263.0.149833npcd由于轴端要接轴承，考虑轴承孔径系列取 d6534.3 齿轮的参数计算4.3.1 按齿面接触疲劳强度设计。本传动为闭式传动，软齿面，因此主要失效形式为疲劳点蚀，应根据齿面接触疲劳强度设计。 312671 ukTddH(1)载荷系数 K。圆周速度不大，精度不高，齿轮关于轴承对称布置，查表取 k=1.2.(2)转矩 1TmNnp.7290286.105.905.96161 (3)接触疲劳许用应力 HNHZsmin- 10 -查图表得： MPaPaHH50,6102limlim接触疲劳寿命系数 ：按工作十年，一年 300 工作日，单班每天 8 小时计算，NZ由公式 得njthN609912 1038.4.487i查图得 ,21NZ按一般可靠性要求，取 1minHS506min2l2i1l1HNSZ(4）计算小齿轮分度圆直径 1d查表取 1.d2.3767321 uKTdH取 md401(5)计算圆周速度 v smnv /66042871.3601 8 级精度合适4.3.2 确定主要参数，计算主要几何尺寸。(1）齿数。取 6032,2011 iZ(2）模数 m2041zd正好是标准模数系列上的数值，可取。- 11 -(3)分度圆直径 mzd1206421(4)中心距 a821(5)齿宽 b 40.1d取 mm5,4522hzaa 41*1 同理可计算另一组齿轮的主要参数(1)齿数。取 34.0,0343iz则(2)模数 m 25.103zd(3)分度圆直径 5.4172.43mzd(4)中心距 a25.1.2143(5）齿宽 b 1435,138.7.44d取 4.4 蜗轮蜗杆的参数计算4.4.1 确定齿数 Z。传动比 i=20,查表确定 ， 在 3064 之间，故合乎要402,211izz 2z求。- 12 -4.4.2 确定蜗杆传递的转矩 2T估计效率：根据 80.,1取z5312 16.4.053.8iT4.4.3 确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 。1d因载荷平稳，取载荷因数 K=1.1，估计 。查表可得 ，smvs/2MPah20由表可得导程角 ，按公式o12 2252212 64.17904812cos06.41480cs mzKTdmH 查表取模数 m=6.3 md514.4.4 计算主要几何尺寸蜗轮分度圆直径： z253.6402蜗杆导程角：odm14.arctnarctn1中心距： 52021- 13 -5 结构设计5.1 轴的结构设计轴的结构设计时，需同时考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定式。5.1.1 齿轮轴的结构设计（1）选用轴的材料，确定许用应力选用轴的材料为 45 钢，调制处理，查表可知 MPaasb360,650（2）按钮转强度估算轴的最小直径由于低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端的轴径最小。由于参数计算中已经计算并结合键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=16mm。（3）联轴器的选取。由于仪表刻线机具有一定的冲击力，所以可以选用带有弹性元件的挠性联轴器，不仅具有补偿两轴线相对位移的能力，还具有缓冲和减震作用。查表取 LX1 联轴器GB/T5014-2003。（4）确定轴上零件的位置及固定方式。轴承对称布置在齿轮两边，轴外伸端安装联轴器。轴做成齿轮轴，轴通过两侧轴肩实现轴向定位；联轴器靠轴肩、平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。（5）确定各段轴的直径。因为参数计算中计算过小齿轮 小于 2d 所以此轴应设计成齿轮轴。mda41将估算轴径 d=16mm 作为外伸端直径 ，与联轴器相配，考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段轴径为 ，左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便及零2件固定的要求，装轴承处轴径 应大于 ，考虑滚动轴承直径系列，取 。3d2 md30考虑到轴向定位轴承 应大于 ，取 ，接着是轴齿轮，4 m64考虑运转平稳及过渡 ，右端轴承型号与左端相同取45md306（6）选取轴承型号。- 14 -考虑到传动平稳的问题，第一级降速采用斜齿轮降速，所以有一定的轴向力，因此可选用深沟球轴承，代号 6006，轴承宽度 B=13mm，安装尺寸 d=36mm。（7）确定各轴的长度。综合考虑轴上零件的尺寸及减速箱体尺寸的关系，确定各段轴的长度。外伸端轴径与联轴器相接，考虑联轴器的长度取 ，第二段与轴承端mb401盖配合取 ，下一段与轴承配合考虑其特点取 ，考虑箱体布mb20 273局取 ，轴齿轮的宽度在参数计算中已经计算为 ，因此各段64 5轴径基本确定，如图所示。5.1.2 动力输出轴的结构设计（1）选用轴的材料选用轴的材料为 45 钢，调制处理。（2）按钮转强度估算轴的最小直径结合参数计算的数值并考虑最小轴端与轴承配合，参考轴承尺寸系列取最小轴径 md451（3）确定轴上零件的位置及固定方式。此轴上要安装一个蜗轮以及另一级降速的直齿圆柱齿轮，并且还有一对轴承对称安装在轴端。齿轮和蜗轮靠轴肩和轴套实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定。两端轴承靠轴肩和轴套还有轴承端盖实现轴向定位，靠过盈配合实现周向定位。（4）确定各段轴的直径。将最小直径与轴承配合 ，第二端轴径比第一段轴径稍大些只需与第md451一段区分开即可，因为第一段与轴承配合表面精度较高，第二段没有精度要求，所以可取 ，第三段轴径安装直尺圆柱齿轮取轴径 ，齿轮左侧用轴md482 md503- 15 -套固定右侧靠轴肩固定，考虑轴肩的高度及蜗轮的安装取 ，蜗轮左侧用md524轴套固定右侧靠轴肩固定考虑轴肩的高度取 ，第六段轴径要为轴承做轴d605向定位所以可取 ，第七段轴径安装轴承取 ，最后一段轴径外伸md5167接带动工作台旋转的偏心轮，轴径取 m48（5）选取轴承型号。因为此轴安装蜗轮有一定的轴向力，因此选用深沟球轴承，代号 6009. 轴承宽度 B=16mm，安装尺寸 d=51mm。（6）确定各轴段的长度。综合考虑轴上零件的尺寸及减速箱体尺寸的关系，确定各段轴的长度。安装轴承处轴径，根据轴承宽度可选取轴径长度 ，第四段轴径安mb1571装蜗轮根据蜗轮宽度可设计轴径长度 ，根据蜗轮安装位置可取mb4，根据外接偏心轮需求可取 ，根据箱体宽度及齿轮mb47,15668宽度可取 。因此各轴段基本确定，如图所示。16,0325.1.3 梅花轮轴的结构设计（1）选用轴的材料选用轴的材料为 45 钢，调制处理。（2）按钮转强度估算轴的最小直径结合参数计算的数值并考虑最小轴端与轴承配合，参考轴承尺寸系列取最小轴径 md701（3）确定轴上零件的位置及固定方式- 16 -此轴上要安装一个直齿圆柱齿轮以及两个梅花轮，并且还有一对轴承对称安装在轴端。齿轮和梅花轮靠轴肩和轴套实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定。两端轴承靠轴肩和轴套还有轴承端盖实现轴向定位，靠过盈配合实现周向定位。（4）确定各段轴的直径。最小轴径与轴承配合 ，第二段轴径与梅花轮配合，取 ，第md651 md742三段轴径与直尺圆柱齿轮配合取 齿轮左侧用轴套固定右侧靠轴肩固定，803考虑轴肩的高度取 ，第五段为轴肩可取 ，第六段轴径安装梅84 md805花轮所以 ，第七段轴径安装轴承所以 .md726 617（5）选取轴承型号。此轴并没有轴向力，但为了选材方便仍可选用深沟球轴承，代号 6013.轴承宽度 B=18mm，安装尺寸 d=72mm。（6）确定各轴段的长度。安装轴承处轴径，根据轴承宽度以及梅花轮位置和轴套位置等因素可选取轴径长度 ，第二段轴长考虑梅花轮宽度以及轴套位置取 ,第三mb271 mb432段安装直尺圆柱齿轮根据其宽度可取 ，第六段安装梅花轮根据宽度可取mb136，第四第五段长度可以自由搭配，但总长为 74mm。因此各轴段基本确定，346如图所示。5.2 齿轮的结构设计5.2.1 斜齿轮设计（1）选材料与热处理。- 17 -所设计的齿轮传动属于闭式传动，通常采用软齿面的钢制齿轮，查表选用价格便宜便于制造的材料：小齿轮材料为 45 钢，调制处理，硬度为 260HBS；大齿轮材料也选 45 钢，正火处理，硬度为 215HBS，硬度差 45HBS 较合适。（2）选择精度等级。刻线机是一般机械，速度不高，故选择 8 级精度。（3）选择齿轮由于斜齿圆柱齿轮具有传动平稳、承载能力强、噪声和冲击小的特点，因此适用于高速大功率的齿轮传动。因此第一级降速齿轮传动可以选用斜齿圆柱齿轮传动。而第二组齿轮速度不高也没有特殊要求可选用直尺圆柱齿轮。（4）结构参数数据在参数计算中已经计算，斜齿轮主要参数为：1）齿数。 6032,201iZ2）模数 m 041zd正好是标准模数系列上的数值，可取。3）分度圆直径 mzd12064214）中心距 a8215）齿宽 b 40.1d取 mm5,422结构如图所示- 18 -5.2.2 直齿轮结构设计第二组齿轮的主要结构参数为：(1)齿数。 34.10,10343 izz则(2）模数 m 25.103zd(3) 分度圆直径 mmzd5.4172.43(4)中心距 a25.1.2143(5）齿宽 b md1435,138.7.44取 结构如图所示- 19 -5.3 蜗轮蜗杆的结构设计此处选用蜗杆传动，因为其传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪声小，并且可实现自锁。用在此处正合适，因为参数计算中此处需要的传动比为 20，一般齿轮达不到要求。蜗杆通常与轴做成一体。因为参数计算的蜗轮直径较大所以为了节省有色金属，采用组合式蜗轮，在此选用齿圈压配式，齿圈压配式蜗轮的齿圈通过过盈配合的方式装在铸铁或铸钢的轮心上，常用的配合为 H7/r6。为了增加过盈配合的可靠性，沿着结合缝隙拧上紧定螺钉。（1）选择传动类型、精度等级和材料。仪表刻线机为一般机械，输入功率小，转速不高，载荷平稳，采用阿基米德蜗杆传动。精度 8C（GB10089-88） ，蜗杆用 45 钢经表面淬火，表面硬度为 4550HRC，表面粗糙度不大于 1.6 .采用组合式蜗轮，轮缘采用铸锡青铜，砂模铸造。m（2）最主要结构参数数据在参数计算中已经计算。1）确定齿数。传动比 i=20,查表确定 ， 在 3064 之间，故合乎要402,211izz 2z求。2）确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 ，蜗轮分度圆直径 。1d2d 25221 64.1790481cos06.4480cos mzKTdH 查表取模数 m=6.3 d51蜗轮分度圆直径： mz253.6402- 20 -3）蜗杆导程角：odmz14.25.0arctnarctn14）中心距： 25021（3）蜗轮轴的结构设计1)按钮转强度估算轴的最小直径结合参数计算的数值并考虑最小轴端与齿轮配合，参考轴尺寸系列取最小轴径，第二段轴径取 ，第三段轴径与轴承配合，参考轴承标准系列md241md302取 ，根据轴承安装尺寸选取第四段直径 ，第五段处为蜗轮，35 md41，第六段为过渡轴肩取 ，第七段与轴承配合取 。0416 md3572)选取轴承型号。因为此轴安装蜗轮有一定的轴向力，因此选用深沟球轴承，代号 6006. 轴承宽度 B=13mm，安装尺寸 d=36mm。3)确定各轴段的长度轴端要留出一部分车削一个螺纹，用来安装定位螺母以轴向定位齿轮，并且定位螺母选用两个以防松。排除螺纹取第一段轴径长 ，第二端轴径根据箱mb421体形状取 ，第三段轴径与轴承配合参考轴承标准系列取 ，第四mb20 b123段为过渡轴径根据箱体形状取 ，第五段为蜗杆工作轮部分长度mb104，第六段过渡长度取 ，第七段配合轴承取 。85 96 m7因此蜗轮蜗杆结构基本确定，如图所示：- 21 -5.4 梅花轮的结构设计（1）梅花轮作用刻线机的工作原理是将电机提供的动力经过齿轮以及蜗轮蜗杆降速传给梅花轮，再由梅花轮将动力传给拨叉，由拨叉将动力传给滑枕以带动刀具完成工作行程。它的工作原理与刨床相似，但又有本制的区别，就是它的工作行程不固定，而这一特点就需要由梅花轮完成。梅花轮为非标准件，是自制的特殊的凸轮。它是刻线机的重要组成部分，是刻线机的关键所在。（2）梅花轮的设计思路它是由十齿齿轮演变而来的，为了完成刻线机不同行程的要求其十齿凸轮的外廓并不相同，因为仪表刻线机要在表盘上刻四条短线然后一条中长线然后又四条短线最后一条长线，所以刻线机的工作行程必须完成其要求，因此凸轮外廓必须有一个较大的，还有一个特大的其余八个外廓相同。这样就能达到目的。虽然梅花轮是特制的凸轮，但是仍然具有凸轮的基本特性，这十齿凸轮每一个都具有停程、推程、以及回程。在刀具与工件接触之前这段空行程，可以设计控制导杆一直与凸轮的基圆接触，及一直处在凸轮的停程上，之所以能够移动是因为梅花轮带动导杆摆动从而带动滑枕及刀具移动，因此如果将十齿凸轮的基圆设计一样，就能使空行程的速度一样并且所到达的点也一样。也就是不论是否为特殊行程它们的空行程都一样，达到的这一点即为切削临界点。而切削是由凸轮的推程完成，因此只需改变这部分的凸轮外廓即可控制切削长度差。这段空行程的距离是由梅花轮的圆心与十齿凸轮的基圆圆心距离及梅花轮半径有关，并且与导杆的转动中心也有极大地关系，并且与基圆的大小也有关。如果半径大基圆大则空行程距离就远，如果导杆的转动中心距离梅花轮近离滑枕远空行程就远。因此空行程的距离可以通过这两项控制。因此不同要求的刻线机可以通过改变这两项来改变临界工作点及改变空行程的距离。这一距离可以定为选择刻线机的硬性指标。但是可以通过改变工作台与主轴箱的距离来实现提前进入切削或延迟切削，这样就可以改变刻线的长度，但是中长线特长线与其他线的长度差已经固定，由凸轮推程决定，无法改变。（3）主要参数计算由于空行程距离对刻线影响不大，所以可以合理选取基圆半径、梅花轮半径、以及导杆旋转中心的位置。取梅花轮直径 D=200mm，十齿凸轮基圆半径 r=11mm。导杆总长 L=350mm，旋转中心距梅花轮长度为 200mm 距滑枕距离 150mm。要完成 6mm、10mm、14mm 不同刻度线的工作行程，必须精确设计凸轮推程的过- 22 -度曲面，而回程是由滑枕上的弹簧作用完成，梅花轮不起主要作用。因此用解析法设计凸轮外廓曲线，首先建立凸轮外廓曲线的数学方程式，进而准确地计算出凸轮轮廓线上各点的坐标值，以便据此对凸轮进行加工和检验。用极坐标法进行计算，根据公式：1） cos22Tcrr2） 式中，B 点为滚子圆心，C 点为滚子与凸轮切点，C 点的向径为 、极角为 ，crc为 B 点向径与 C 点法线间的夹角，此时也为压力角3） rdstan4）cosintT式（1） （2）即为实际轮廓线的极坐标方程。利用凸轮轮廓的曲线方程，当给定一系列转角 时，即可计算出轮廓线上一系列响应点的坐标值。通常可视精度要求，取凸轮转角的计算间隔 因此o5.0梅花轮外廓基本确定如图所示：5.5 拨叉的结构设计（1）拨叉材料的选择通过参数计算中的切削力可知，拨叉传递的力并不是很大，因此选用 45 钢经表面淬火，表面硬度为 4550HRC。（2）拨叉主要参数由于梅花轮计算中已经计算拨叉长度取 D=350mm，旋转中心在距梅花轮 200mm- 23 -处（3）拨叉设计思路拨叉的设计主要在旋转点的选取，能合理的完成行程要求，并且起到凸轮段省力杠杆的作用。更重要一部分要考虑与梅花轮接触处不发生干涉，为此将拨叉设计成横跨梅花轮两侧的，中间安装轴并且轴上安装一个滚轮起到减少摩擦和保护轴的作用。其结构如图所示：5.6 刀头夹具的结构设计设计结构如图所示：可以通过旋转手柄 1 带动丝杠旋转，从而使整个刀架上下移动以完成高度要求。刀杆 2 靠螺母 3 固定在夹紧块上，而夹紧块通过轴 4 固定，但夹紧块可以以轴为中心在平面内沿逆时针旋转，可以向上抬起，但不能顺时针转动，因为轴 4 和刀架台的内壁将顺时针方向固定住，所以刀具向右移动时及工作行程是固定的，但当回程时及向左移动时由于工件的阻力作用刀具逆时针向上抬起。这一结构可以减少刀具与工件的摩擦，防止划伤工件，防止二道划痕的产生，也减少了