毕业论文-利用普通车床车削圆弧装置的设计

毕业设计（论文）利用普通车床加工球面装置的设计USESTHECONVENTIONALLATHEPROCESSINGSPHERICALSURFACEINSTALLMENTTHEDESIGN班级计算机辅助设计与制造学生姓名丁小宇学号830404004指导教师许大华职称高级工程师导师单位机械工程系论文提交日期徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称利用普通车床加工球面装置的设计课题性质工程设计类班级学生姓名学号指导教师导师职称一、选题意义及背景机械加工工艺中，在普通车床上对球面的加工一般采用两种方法，一种是成形刀具加工法，另一种是靠机床的主运动和进给运动来切削球面的。第一种方法对加工半径较小的球面比较方便，而对半径比较大的球面就不易加工。第二种方法要求工人的操作技术较高，加工出来的球面的圆度较差，一般将超过05MM，达不到零件的精度要求。设计机械传动机构，以解决在普通车床上对球面进行加工的难题。二、毕业设计（论文）主要内容主要是设计机械传动机构，通过机械传动使刀尖的运动轨迹成为圆弧，使所加工的工件作旋转运动，以达到加工球面的目的。三、计划进度1、第一周根据毕业设计题目收集有关资料，并确定设计方案，绘制装配草图。2、第二周绘制装配图。3、第三周绘制相关零件图。4、第四周撰写毕业设计论文。5、第五周修改完善，准备答辩。6、第六周参加毕业答辩。四、毕业设计（论文）结束应提交的材料1、毕业设计论文一篇。2、装配图张。3、相关零件图张。指导教师教研室主任年月日年月日摘要采用车削方法加工球面其原理是一个旋转的刀具沿着一个旋转的物体运动，两轴线相交，但又不重合，那么刀尖在物体上形成的轨迹则为一球面。车削时，工件中心线应在同一平面上。其加工方法是将普通车床的小溜板卸去，安装上能进行回转运动的专用工具，以车削内外圆弧面。球面加工方法大概有如下几种双手控制法对于数量较少或单件成形面工件，可采用双手控制法进行车削，就是用右手握小溜板手柄，左手握中溜板手柄，使车刀运动为纵、横进给的合成运动，从而车出所要求的成形面。双手控制成形法车削成形面，难度较大、生产效率低、表面质量差、精度低，所以只适用于精度要求不高、数量较少或单件产品的生产；成形刀车削法把切削刀具刃磨成工件成形面的形状，从纵向或横向进给将成形面加工成形的车削方法，称为成形法。这种方法适合车削较大的内外圆弧槽或数量较多的成形面；仿形法用仿形法车削成形面，劳动强度小、生产效率高、质量好，是一种比较先进的车削方法。仿形法车成形面特别适用于数量大，质量要求较高的大批量生产。用专用工具车削成形面用专用工具车削内、外圆弧的原理是车刀刀尖运动轨迹是一个圆弧，圆弧半径和成形面圆弧半径相等。关键词球面专用工具运动轨迹ABSTRACTUSESTURNINGMETHODPROCESSINGSPHERICALSURFACEITSPRINCIPLEISACUTTINGTOOLALONGAREVOLVINGOBJECTMOVEMENT,ITSKNIFEPOINTPATHISTAKESOMEONEASTHECENTEROFCIRCLECIRCULARMOTION,THENTHEKNIFEPOINTFORMSONTHEOBJECTTHEPATHISASPHERICALSURFACEWHENTURNING,THEWORKPIECEMIDDLELINESHOULDINTHEIDENTICALPLANEITSPROCESSINGMETHODISREMOVESTHECONVENTIONALLATHESMALLAPRON,INTHEINSTALLMENTCANCARRYONTHEGYROSCOPICMOTIONTHESPECIALPURPOSETOOL,BYTURNINGINOUTERANNULUSCAMBEREDSURFACETHESPHERICALSURFACEPROCESSINGMETHODPROBABLYHASTHEFOLLOWINGSEVERALKINDSBOTHHANDSCONTROLMETHODAREFEWREGARDINGQUANTITYORTHESINGLEUNITFORMINGSURFACEWORKPIECE,MAYUSEBOTHHANDSCONTROLMETHODTOCARRYONTHETURNING,ISGRASPSTHESMALLAPRONHANDLEWITHTHERIGHTHAND,THELEFTHANDGRASPSTHEAPRONHANDLE,CAUSESTHELATHETOOLMOVEMENTFORVERTICAL,THEINFEEDRESULTANTMOTION,THUSTURNSOUTTHEFORMEDSURFACEWHICHREQUESTSTHETWOHANDCONTROLFORMINGTURNINGFORMINGSURFACE,THEDIFFICULTYISBIG,THEPRODUCTIONEFFICIENCYLOWLY,THESURFACEQUALITYBAD,THEPRECISIONISLOW,THEREFOREISONLYSUITABLEFORTHEPRECISIONREQUESTNOTHIGH,QUANTITYAREFEWORTHESINGLEUNITPRODUCTPRODUCTIONTHEFORMINGTOOLTURNINGLAWSHARPENSTHEWORKPIECEFORMINGSURFACESHAPETHECUTTINGTOOL,WILLFORMTHESURFACEPROCESSINGFORMINGFROMLONGITUDINALORTHECROSSFEEDTHETURNINGMETHOD,WILLBECALLEDTHEFORMINGTHISMETHODSUITSTHETURNINGBIGINSIDEANDOUTSIDECIRCULARARCTROUGHORQUANTITYMANYFORMINGSURFACETHEPROFILINGLAWFORMSTHESURFACESLIGHTLYWITHTHEPROFILINGLAWTURNING,THELABORINTENSITY,THEPRODUCTIONEFFICIENCYHIGH,THEQUALITYISGOOD,ISONEQUITEADVANCEDTURNINGMETHODTHEPROFILINGLAWVEHICLEFORMINGSURFACEISSUITABLESPECIALLYINQUANTITYISBIG,QUALITYREQUIREMENTHIGHMASSPRODUCTIONUSESTHESPECIALPURPOSETOOLTURNINGINSIDEANDOUTSIDECIRCULARARCWITHTHESPECIALPURPOSETOOLTURNINGFORMINGSURFACETHEPRINCIPLEISTHELATHETOOLKNIFEPOINTPATHISACIRCULARARC,THECIRCULARARCRADIUSANDTHEFORMEDSURFACECIRCULARARCRADIUSISEQUALKEYWORDSSPHERICALSURFACESPECIALPURPOSETOOLPATH目录第一章蜗轮蜗杆概述111蜗杆传动的类型112蜗杆传动特点113蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算方法2131蜗轮蜗杆传动的基本参数2第二章蜗轮蜗杆尺寸计算及结构设计821蜗杆蜗轮材料822蜗杆头数及蜗轮齿数823切削力824按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计925蜗杆、蜗轮各部分尺寸计算1026蜗杆传动的润滑1127蜗杆、蜗轮的结构设计11第三章设计过程1231加工原理和方法1232确定设计方案12321靠模法车削圆弧12322平面连杆机构车削圆弧法13323蜗轮蜗杆车削圆弧法13参考文献15致谢16第一章蜗轮蜗杆概述图1蜗轮蜗杆结构示意图蜗轮蜗杆传动机构因其具有空间交错轴之间的运动转换特性，被广泛应用在生产生活中。11蜗杆传动的类型蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴间的运动和动力。通常两轴交角90，一般蜗杆为主动件。根据蜗杆形状可分为圆柱蜗杆传动和圆环面蜗杆传动，见图22。圆柱蜗杆加工方便，圆环面蜗杆承载能力强。图2蜗杆传动类型12蜗杆传动特点1）传动比大在动力传动中，一般传动比为810，在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。2）传动平稳蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此传动平稳，噪声低。3可以自锁当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗轮为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4）效率低蜗杆传动时，齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0708，具有自锁性的蜗杆传动效率仅为04左右。5）制造成本高为了提高减磨性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较为昂贵的有色金属制造。13蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算方法图3蜗杆传动的基本参数与几何尺寸131蜗轮蜗杆传动的基本参数图3所示为阿基米德蜗杆传动的啮合图。通过蜗杆曲轴线垂直的水平面称中间平面，在中间平面内，相当于齿条与渐开线齿轮的啮合。因此，蜗杆传动规定以中间平面上的参数为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。1模数和压力角蜗轮蜗杆啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴向模数和轴压力角应分1AM1A别与蜗轮的端面模数和端面压力角相等，亦取标准值，由于两轴线正交，2AM2A所以蜗杆分度圆上的导程角应与蜗轮分度圆上的螺旋角大小相等旋向相同，即蜗杆传动的正确啮合条件为1A22蜗杆头数蜗轮齿数和传动比1Z2ZI蜗杆头数即为蜗杆螺旋线的数目，一般取16。当传动比大于401Z或要求自锁时，取1；当传动功率较大时，为提高传动效率取较大值，且蜗1Z杆头数过多，加工精度难于保证。蜗轮齿数一般取2780。过少将产生根切；过大，蜗轮直径增大，22Z2Z与之相应的蜗杆长度增加，刚度减小。蜗杆传动的传动比等于蜗杆与蜗轮的转速之比。当蜗杆回转一周时，蜗轮I被蜗杆推动转过个齿（或圈），因此，其传动比为1Z21/Z2NI（11）式中，、分别为蜗杆和蜗轮的转速（R/MIN）。18352在蜗杆传动设计中，传动比的公称值按下列数值选取5、75、10、125、15、20、25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40、80为基本传动比，应优先选用。蜗杆头数Z1和可根据传动比查表1确定。表1蜗杆头数I5671615323083Z164213蜗杆分度圆直径D1和蜗杆导程角图4为蜗杆分度圆柱展开图，由图可得11TANAZPMD（12）式中，为蜗杆轴向齿距（MM）；为蜗杆分度圆直径MM。1A1D图4为蜗杆分度圆柱展开图蜗杆的螺旋线与螺纹相似，也分左旋和右旋，一般多为右旋。对动力传动，为提高效率应采用较大的值，即采用多头蜗杆；对要求具有自锁性能的传动，应采用16，加长50MM表5工作情况系数AK工作类型载荷性质均匀、无冲击不均匀、小冲击不均匀、大冲击每小时起动次数50起动载荷小较大大AK1011512表6铝铁青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力H滑动速度/SVM蜗轮材料蜗杆材料05193468ZCUAL10FE3淬火钢25013021018016012090HT150HT200渗碳钢13011590ZCUSN5PB5ZN5调质钢1109070注蜗杆未经淬火时表中值需降低20。表7按蜗杆头数估算总效率蜗杆头数1Z1234总效率070808509表8普通圆柱蜗杆传动的当量摩擦角VP蜗轮齿圈材料锡青铜无锡青铜灰铸铁蜗轮齿面硬度HRC45HRC5101015152525工作条件重载重载中载粘度（40时）/MM/S100068032022015010068压力喷油润滑及其压力（MPA）润滑方法油浴油浴或喷油0070203根据滑移速度选油浴润滑。SV27蜗杆、蜗轮的结构设计蜗杆常和轴做成一体，称为蜗杆轴。只有17时，才采用蜗杆齿圈/FD套装在轴上的形式。由于232、201FD11617/F所以蜗杆采用蜗杆轴形式。蜗轮结构分为整体式和组合式两种。整体式蜗轮用于铸铁蜗轮以及直径小于100MM的青铜蜗轮。组合式蜗轮分三种齿圈式、螺栓式和镶铸式蜗轮。其中齿圈式蜗轮轮心用铸铁或铸钢制造，齿圈用青铜材料，两者采用过盈配合（H7/S6或H7/R6）并沿配合面安装46个紧固螺钉，该结构用于中等尺寸而且工作温度变化较小的场合；螺栓式蜗轮齿圈和轮心用普通螺栓或铰制孔螺栓连接，常用于尺寸较大的蜗轮；镶铸式蜗轮将青铜轮缘铸在铸铁轮心上然后切齿，适合中等尺寸批量生产的蜗轮。由于蜗轮直径64小于100MM，所以蜗轮的结构为整体式蜗轮。2AD第三章设计过程31加工原理和方法采用车削方法加工球面其原理是一个刀具沿着一个旋转的物体运动，其刀尖的运动轨迹是以某一点为圆心的圆周运动，那么刀尖在物体上形成的轨迹则为一球面。车削时，工件中心线应在同一平面上。其加工方法是将普通车床的小溜板卸去，安装上能进行回转运动的专用工具，以车削内外圆弧面。球面加工方法大概有如下几种双手控制法对于数量较少或单件成形面工件，可采用双手控制法进行车削，就是用右手握小溜板手柄，左手握中溜板手柄，使车刀运动为纵、横进给的合成运动，从而车出所要求的成形面。双手控制成形法车削成形面，难度较大、生产效率低、表面质量差、精度低，所以只适用于精度要求不高、数量较少或单件产品的生产；成形刀车削法把切削刀具刃磨成工件成形面的形状，从纵向或横向进给将成形面加工成形的车削方法，称为成形法。这种方法适合车削较大的内外圆弧槽或数量较多的成形面；仿形法用仿形法车削成形面，劳动强度小、生产效率高、质量好，是一种比较先进的车削方法。仿形法车成形面特别适用于数量大，质量要求较高的大批量生产。用专用工具车削成形面用专用工具车削内、外圆弧的原理是车刀刀尖运动轨迹是一个圆弧，圆弧半径和成形面圆弧半径相等。32确定设计方案因为加工圆弧面方法很多，所以在选择时也经历了一个淘汰的过程。由于以前没有接触过此类装置，所以每一项都得仔细观察思考。321靠模法车削圆弧第一次想用靠模法作为设计方案，因为觉得这种方法很简单，设计起来也应该比较容易，但当仔细看完毕业设计要求以后，发现这个不符合课题要求，因为课题要求要设计一个传动机构，而靠模法中没有传动机构，并且靠模法所车削出的工件外形和模是一样的，因为靠模形状不能改变，所以所加工出的零件形状比较单一，所以不能选用。图31尾座靠模法车削成形面1卡盘2工件3车刀4刀架5靠模6尾座这种方法车削成形面，实际上是在普通车床上安装与车削的成形面形状相同的靠模板，使固定在中溜板滚柱紧贴靠模板的成形面进行移动，从而使刀具的移动轨迹与靠模板的成形面相同，车出成形面。用靠模法车削成形面时，由于靠模板滚柱与靠模面是切点贴合，所以只有切削刀具的刀圆弧半径等于滚柱的半径，车出的成形面才会合格。另外为使滚柱在靠模板的成形面上顺利滚动，滚柱直径应尽可能小一点。因为靠模法没有传动机构，所以，不能选用。322平面连杆机构车削圆弧法接下来发现平面连杆机构也比较简单，且满足毕业设计中的传动要求。刀架连杆尾座滑座滑杆刀头工件锥柄图32连杆机构1工件2车刀3支架4刀架5连杆6连杆支架7尾座连杆机构车削圆弧这个车内球面装置按装在车床尾座和刀架之间。把尾座紧锁在车床导轨上，把带有莫氏锥柄的锥杆插入尾座套筒的锥孔中，连杆通过铰链与锥杆连接，滑杆又与连杆铰连接并插入滑座中，滑座压紧在刀架上，滑杆可在滑座中自由滑动，车刀装在滑杆的左端。缓慢横向移动中滑板，从而带动刀架和滑座也横向移动，促使连杆摆动和滑杆在滑座中滑动，滑杆左端的车刀刀尖走出圆弧轨迹，与工件旋转运动合成就可以车出端面内球面，内球面的半径就等于连杆两铰接轴间的长度。这个装置最大的优点就是结构简单，但是如果端面内球面半径变化时，就要更换不同长度的连杆，为了保证做够强度，滑杆装刀从滑座中伸出尽量短，滑座也要紧靠刀架并压紧。更深的球面无法切削，因为滑杆的直径是不变的，随着长度变长长，刚度会变化。尾座的的加工装置和尾座锥柄的要有很高的同轴度，给加工制造带来很高的难度。323蜗轮蜗杆车削圆弧法又一个方案被否定，选择的余地越来越小，经过仔细的查找和思考，终于找到一个可以解决前两种方案所存在的问题的比较好的设计方案，就是使用蜗轮蜗杆传动机构进行圆弧车削加工。如图所示。图33蜗轮蜗杆车削圆弧面辅助装置主视图1箱体2止端轴承端盖3轴承4橡胶垫圈5螺钉6轴7密封圈8通端端盖9箱盖10蜗杆轴图34蜗轮蜗杆车削圆弧面辅助装置该装置需要卸掉小滑板，用螺栓把该装置固定在中滑板上，车削圆弧面时，通过中滑板把该装置的蜗轮中心移到车床主轴中心线的垂直平面上，通过施加力是手柄旋转，手柄带动蜗杆转动，蜗杆通过蜗杆传动机构带动蜗轮转动，蜗轮又带动中间的轴转动。车刀装夹在蜗轮的中间轴上，所以车刀跟随轴一起转动，完成圆弧运动。车削不同尺寸的圆弧面可以通过改变车刀的伸出长度来解决。次装置既没有靠模法