椭圆规机构的设计与制作

1、内容摘要：在目前的手工绘图中，大多只能绘制直线和圆。而椭圆的绘制却相当的难以去绘制。因此本文就画椭圆的问题进行研究，并设计了这种椭圆规机构。本机构采用动杆联接两回转副，固定导杆联接两移动副，导杆呈十字形，动杆上各点轨迹为长短径不同的椭圆的原理，并根据此原理制成。本机构具有制作简单,使用方便,画出来的椭圆精确的特点。此次通过对此机构的设计和改良，并以此编制相应的加工工艺和程序，并最终加工出椭圆规实物。关键词：椭圆规 机构 设计 制作；Abstract：In the current manual drawing, most can only draw a straight line and cir

2、cle. And elliptics drawing is quite difficult to draw. Therefore elliptic problem is studied in this paper, picture, and the elliptic customs agency. This institution adopts the lever connects two rotary vice, fixed piston rod connecting two mobile vice, piston rod is cross, lever trajectory length

3、for different points on the principle of different diameter of ellipse, and according to this principle. This institution has made simple and easy to use, and draw out of the oval characteristics of accurate. The through the design of this mechanism and improvement, and to prepare the corresponding

4、process and procedures, and finally work out elliptical customs forms. Key words：elliptic trammels gear design preparation；一、概述（一）、椭圆规的介绍 1、椭圆规的简介对于机械专业类的学生和岗位来说，绘图是必不可少的经常性工作。对于一般的直线、圆弧或圆，利用直尺、圆规即可马上绘制，但在绘制椭圆的时候，一般的作法是利用“四弧连接原理”借助圆规绘制、甚至徒手绘图，可以近似画出来，但毕竟最近似的也不光滑而且难看又费时。如果有椭圆绘图仪，就可以方便地进行椭圆绘制，而且光滑好看。于

5、是便产生了椭圆规。椭圆规机构具有制作简单,使用方便,画出来的椭圆精确等特点，非常适合椭圆类图纸的绘制。2、椭圆规当前状况椭圆规有着广泛的应用,但其作图颇为繁琐,且不易准确.多年来国内外有不少人从事这方面的探讨和研究。 它属于一种画椭圆的工具，适用于教学、工程制图、工程制造以及需要画椭圆的地方。只要已知椭圆的长轴、短轴、焦距三个量中的两个量，即可准确画出具有准确焦点位置的椭圆。本设计实用新型具有制作简单、使用方便、画出来的椭圆精确、应用领域广等特点。椭圆规机构的设计制作涉及原理设计、结构设计及机械加工制造等多方面专业知识，通过对常用结构件或装置的分析，可以检验学生对本专业相关基础专业知识掌握情况

6、，学会理论联系实际，提高综合知识应用能力，通过独立完成设计内容，为未来就业打下一定基础。椭圆规机构的设计主要是其零部件的设计制作，所制作零件应符合造价低廉、设计及制作简易等条件，以便适用与学生。（二）、设计椭圆规的要求完成此次毕业设计需要根据任务书和预期目标的要求，通过搜集和整理椭圆规机构及工艺的有关资料，结合自己所学知识，确定整体设计方案，并依次进行椭圆规机构的设计，使所设计的椭圆规机构结构简单，转动灵活，使用方便，能准确完成椭圆的绘制。通过对椭圆规机构的使用现状、需求情况以及使用寿命的调查，以及对常用结构件或装置的分析，查看相关资料，结合自己所学的机械设计基础、机械制图、机械制造技术等专业

7、课程，掌握一定的相关信息，在比较和借鉴的基础上，设计制造出一种机构更加简单合理、高质量、高效率、以及使用成本更加低廉的椭圆规机构，来满足课程设计。对于椭圆规机构的设计与制造，我想通过指导教师的精心指导，再结合查阅的相关资料及自己所学本专业相关基础知识、专业知识和技能，利用现有的工具书，根据分析结果提出椭圆规机构的设计方案，并修改加工。对椭圆规机构来说，为演示它的运动可行性来进行数据分析，可选用CAXA进行设计。（三）、本课题涉及的重点与解决方法1、本课题重点及关键在于以下几点：（1）、椭圆方程的计算；（2）、椭圆规的配合方式；（3）、椭圆规的底槽设计；（4）、椭圆规的连杆设计；（5）、椭圆规的

8、制作；2、根据以上设计重点相应的解决方案有以下几点：（1）、计算椭圆上各点的方程及椭圆的圆心率；（2）、联系到椭圆规数学原理，通过调整连杆间距画出不同尺寸的椭圆；（3）、考虑到连杆的设计方式为连杆机构，支架的设计必须满足连杆连接的基本需求；（4）、考虑到椭圆规制作的简易适用性、灵活性及受力等综合性能方面的要求，制作的椭圆规的整体厚度、重量，材料等的考虑；（5）、椭圆规零部件制作及组装；二、椭圆规机构的原理设计(一)、椭圆规的原理椭圆规的工作过程如图2.1图2.1模型图2.2数学模型其数学证明过程如下：设 PA=a, PB=b, 和 t=ABO（O为十字形中心）以十字形构建直角坐标系。则点P的坐

9、标是(a cos t, b sin t) ，点P的轨迹是以2a和2b为轴心的椭圆。椭圆面积S=ab 范施古登定理：在一个三角板中，如果两个角的顶点沿着一个固定的两边滑动，则第三个角顶的轨迹是一个椭圆。（二）、椭圆的轨迹分析连杆滑块式的原理图如下图2.3所示，设AM=BM=0M，M为AB的中点，OM的长度不变。滑块B沿X轴水平移动，滑块A沿Y水平移动，那么AB上任一点P相对于定坐标的运动轨迹为：两式移项后的平方和为：图2.3 椭圆原理图三、椭圆规机构各部件的设计（一）、十字板的设计十字板是椭圆规机构的基本零件，由椭圆形成原理可知，绘制椭圆的零件都是在十字板中的，通过使滑块在十字板中滑动以绘出椭圆

10、。十字板的设计形式是直槽，设计直槽是因为各种条件所限。但也因此使得直槽更容易加工和装配。考虑到加工条件和实际使用情况，我们选择美观且轻便的铝作为制作材料。十字板的设计图如下所示。 图3.1十字板考虑到工件的美观和实际的耐用度我们选用圆底板，这样的设计对于使用和存放也有一定的便利。但同时对于加工却又增加了几分难度。由于是圆外形，所以在铣削加工的夹持和对刀等加工步骤中会不可避免的带来一些麻烦。由于毛坯表面很差，又考虑到椭圆规表面的美观情况，所以我们在加工前对毛坯表面首先进行了车削和铣削进行处理，进而进行对椭圆规底板的正式加工。根据以上的分析我们得到了以下的工艺卡片和刀具卡片。表3.1 十字板数控加

11、工工序卡片产品名称零件名称材料夹具名称使用设备程序编号零件图号椭圆规十字板铝三爪卡盘普通车床、加工中心O0001;O0002图3.1工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给量 （mmmin）（mmr）背吃刀量mm备注1车削外圆T014000.20.52车削端面T014000.20.53铣削十字槽T021010003006编制李鑫审核杨杨批准杨杨共一页第一页表3.2 十字板数控加工刀具卡片产品名称零件名称零件图号程序编号椭圆规十字板3.1o0001;o0002工步号刀具号刀具名称备注1T0190度外圆车刀2T0190度外圆车刀3T0210立铣刀编制李鑫审核杨杨批准杨杨共一页第一页

12、程序如下O0001;G90 G54 G21;M03 S1000 F300;G00 Z100.;X100. Y1.;Z5.;G01 Z1.;M98P3L2;G00 Z100.;X100. Y100.;M30;O0002;G91 G01 Z-6.;G90 G01 X-100.;G01 Y-1.;G01 X100.;G00 Y100.;G00 X1.;G01 Y-100.;G01 X-1.;G01 Y100.;M99;（二）、滑块的设计滑块是椭圆规中的运动部件，通过在十字板中运动获得椭圆，粗糙度好的滑块可在十字板中自然的滑动，滑块质量的好坏决定了绘图过程的效率与工作质量。为了保证加工质量和美观，我们

13、选择铝作为加工材料，加工机床采用加工中心。由于条件所限，我们的滑块采用直滑块，也因此滑块的加工更容易保证质量。在加工滑块之前，首先对毛坯表面进行加工，以保证表面的平整与美观。接下来对其进行加工，直到加工到理想尺寸和表面质量。滑块设计图如下：图3.2滑块下面是对加工滑块所做的工艺卡片和刀具卡片。表3.3 滑块数控加工工序卡产品名称零件名称材料夹具名称使用设备程序编号零件图号备注椭圆规滑块铝虎钳加工中心o0003;o0004图3.2工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给量 （mmmin）背吃刀量mm1铣削滑块表面T0110100020062加工滑块T011010002006编制梁

14、梓鸣审核杨杨批准杨杨共一页第一页表3.4 滑块数控加工刀具卡产品名称零件名称零件图号程序编号椭圆规滑块图3.2o0003;o0004工步号刀具号刀具名称备注1T0110立铣刀2T026麻花钻编制梁梓鸣审核杨杨批准杨杨共一页第一页加工程序如下：O0003;G90 G54 G21;M03 S1000 F300;G00 Z100;X100 Y100;Z5;X20 Y1;G01 Z0;M98P4L2;G00 Z100;M30;O0004; G91 G01 Z-3;G01 X-20;Y-2;X20;M99；（三）、导杆的设计导杆是连接两滑块的部件，是椭圆规中的制图运动部件。导杆上的螺钉连接两滑块，两滑块

15、的距离会影响到椭圆规画出的椭圆的尺寸。导杆的加工精度直接影响到椭圆规画出椭圆的尺寸精度。经过讨论，我们决定将导杆设计为可调类型。在滑块与导杆连接处进行打孔，然后在两孔之间再打一些孔用以调节椭圆尺寸。图3.3导杆以下是我们关于导杆的工艺表与刀具表：表3.5 导杆数控加工工艺卡产品名称零件名称材料夹具名称使用设备程序编号零件图号椭圆规导杆铝虎钳加工中心o0005;o0006图3.3工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速（rmin）进给量 （mmmin）背吃刀量mm1铣削导杆外表面T0110100020062在导杆上打孔T02510002003编制梁梓鸣审核杨杨批准杨杨共一页表3.6 导杆数控加工

16、刀具卡产品名称零件名称零件图号程序编号椭圆规导杆图3.3oO005;o0006工步号刀具号刀具名称备注1T0110立铣刀2T025钻头编制梁梓鸣审核杨杨批准杨杨共一页第一页程序如下O0005;G90 G54 G21;M03 S1000 F200;G00 Z100;Z20;X-65;M98P6;G01 X-40;M98P6;G01 X-15;M98P6;G00 Z100;M30;O0006;G00 Z5;G01 Z-5;Z0;Z-10;Z-5;Z-15;Z5;G00 Z20;M99;（四）、工件的组装与实体图为了各个构件的配合，我们选用螺钉作为导杆与滑块的配合件。通过在滑块上攻螺纹而导杆打孔的方

17、法连接滑块与导杆，这样可以使得配合更牢靠，工作更加稳定和准确。经过我们的努力，下面是我们加工好的工件照片。设计总结与分析本次毕业设计分工如下：李鑫：设计加工十字板，编制工艺。梁梓鸣：设计加工滑块导杆，编制程序。赵鹏翔：参与加工，装配，论文。曹顺清：参与加工，查找资料，绘图。赵未硕：参与加工，查找资料，幻灯片。毕业设计是对我们进入社会而预先进行的一次测试，在此次的毕业设计中我获益良多。首先是相关资料的寻找方面，这次毕业设计开始，我们上网查阅关于此课题的相关资料，从中找出重要的信息并分类整理。在此过程中，我们的辅导老师给了我们很多意见与提示。在接下来的画图期间，同学们不断交流，使我们都受益匪浅。在

18、接下来的工艺分析与编程过程中，我们共同讨论和研究，最终确定了加工的工艺路线和程序，以及部件的连接方式等等问题。这些也使我们对机械加工有了更多方面的认识。在制作过程之中我们也从中发现了很多问题，比如在加工十字板时因为毛坯太薄，所以在车床上的装夹就显得有一些难度。在这方面，经过组内讨论，我们最后将卡盘的卡爪反装来装夹。再有就是在加工十字板的十字槽时不容易对刀，因为毛坯是圆盘，而我们从未遇到过这种情况，所以这也成为了一大问题。经过查阅资料得知，对圆类工件的刀需要对圆柱体坯料X和Y方向的平行点，用相对坐标归零算两点之间的中心来计算圆柱体坯料的圆心点坐标。在对十字交叉4个点时，必须要保证平行。还有就是在

19、铣削过程中发现了不同程度的粘刀现象，经过加工后总会发现刀具上有积屑瘤，影响到加工的精度和质量。在这方面，经过我们上网查阅资料得知，因为铝材料的塑形好和熔点低的特点，在加工过程中容易产生高温高压，铝材料的碎屑容易粘在刀具上，影响加工质量，在温度降低之后硬化，并依附在刀具上。解决方法最容易的就是在加工过程中使用切削液。总而言之，本次毕业设计任务的执行和完成，使我对本专业的相关知识有了系统的认识，使我对本专业的知识和实践经验有了更深一步的提升。我相信这对我今后的发展和工作定会产生很大的帮助和启示。谢谢学校给予我们这次的实践机会。参考文献1 张吉平.数控加工设备.大连：大连理工大学出版社，2000.5.2 嵇宁.数控加工编程与操作.北京：高等教育出版社，1999.6.3 张念淮.机械制造技术.北京：中国铁道出版，2000.4 王春燕，陆凤仪.机械原理.北京：机械工业出版社，2000.5 濮良贵，纪名刚.机械设计. 北京：高等教育出版社，2006.6 尚文浩.自动机械设计.北京：中国轻工业出版社，2003.5.7 孟宪源.现代机构手册.北京：机械工业出版社，1994.6.8 吕烨.机械工程材料.北