回轉體斷續(xù)切削裝置設計
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回轉體斷續(xù)切削裝置設計
目 錄
1 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 常見的車削加工方法及其不足 1
1.3 本文的主要研究內容及意義 4
2 斷續(xù)切削裝置的加工原理及技術方案 4
2.1 斷續(xù)切削裝置的加工原理 4
2.2 斷續(xù)切削裝置的技術方案 5
2.21 立式回轉體用斷續(xù)切削裝置的技術方案實例 5
2.22 回轉體用斷續(xù)切削裝置的技術方案實例 6
2.3 本文技術方案的確定 7
3.2 回轉體簡介 9
3.3 齒輪的設計 9
3.31 直齒輪的設計 9
3.32 直齒輪的三維建模 9
3.4 蝸輪蝸桿的設計及三維建模 12
3.41 蝸輪蝸桿的設計 12
3.42 蝸輪蝸桿的三維建模 16
3.5 其他零件的設計及三維建模 17
3.6 各零部件之間的裝配 22
3.7 裝置的安裝及工作原理的簡單介紹 24
結論及展望 25
結論 25
致謝 29
參考文獻 32
摘 要
機械零件廣泛的應用于機械行業(yè)以及其他與機械相關的行業(yè)，但是零件的加工往往被生產廠家視為難題。能夠完成零件加工的回轉體普遍價格昂貴，結構復雜，維修困難，這使得生產效率低下。生產廠家普遍采取改裝通用回轉體的方法來加工，但受原始設備的條件限制，以及對回轉體改裝的不合理，加工出來的在尺寸精度上和表面質量上都達不到要求。
本文對現(xiàn)有的回轉體用斷續(xù)切削裝置進行分析，總結其優(yōu)缺點，進而整理出裝置的工作原理和可行的技術方案，進行裝置的設計以及三維建模等工作。力求讓所設計的裝置能夠達到結構簡單、拆裝迅速，使用方便、通用性強，能夠加工各種規(guī)格的球形零件并滿足尺寸精度及表面質量的要求，生產成本低并易于制造。
關鍵詞：回轉體，切削
Cutting Installment for Spherical Surface by lathe
Abstract
Spherical surface components widespread application in mechanical profession as well as other with machinery related profession, but the spherical surface components' processing often regards as a difficult problem by the Manufacturer. Can complete the spherical surface components processing the lathe universal price to be expensive, the structure is complex, the service difficulty, this causes the production efficiency to be low. The Manufacturer adopts the re-equipping general lathe's method to process the spherical surface generally, but original equipment's condition limit, as well as re-equips to the lathe unreasonable, processes the spherical surface cannot meet the requirements in the size precision and the surface quality.
This article carries on the analysis to the existing lathe with the spherical surface cutting installment, summarizes its good and bad points, then reorganizes the installment the principle of work and the feasible technical program, carries on work and so on installment design as well as three dimensional modeling. Makes every effort the equipment which lets design to be able to achieve the structure to be simple, disassembling is rapid, the easy to operate, versatile, can process each kind of specification the bulb and satisfy the size precision and the surface quality request, the production cost low and easy to make
Keywords: Lathe, Spherical Surface, Cutting
1 緒論
1.1 研究背景
在機械加工行業(yè)中，球形零件廣泛應用于汽車、化工、航天、航空等領域，所以經常會遇到球形表面的加工。但加工方法比較復雜，而且各種零件的規(guī)格也不盡相同，給生產加工帶來許多不便，是車削生產中長期沒有解決的技術難題。
1.2 常見的車削加工方法及其不足
加工外零件多采用車削的方法，此前國內尚無專用設備，車削外時一般采用數(shù)控回轉體和液壓仿形回轉體。由于這類回轉體結構復雜、維修困難、效率低和價格昂貴等缺點，外零件生產廠家很少采用。為應付生產急需，各廠普遍采用在通用機床上改裝的辦法。因力量分散，各廠的基礎也不盡相同， 改裝所采用的原理五花八門，對各種原理的優(yōu)缺點缺乏系統(tǒng)地對比和分析。再者受原設備條件的限制，改裝的機床往往結構不盡合理，剛性較差，車削精度和效率均較低， 增加了外磨削工序的困難。外磨削工序采用切入磨削時，要求外車削工序產生的球形誤差盡可能小。但是， 因為外的球形誤差沒有簡單的測量方法，無法采取隨時測量零件加工精度。然后根據(jù)測量結果調整機床的方法來保證球形精度， 因而只能依靠合理的工藝方法來保證球形精度。
下面介紹幾種典型的外車削工藝方法，并對他們的優(yōu)缺點進行簡單的分析。
1）雙手控制法，數(shù)量較少時或單件零件，可以采用雙手控制法進行車削。就是用雙手同時搖動中、小拖板，通過雙手的合成運動，車出所要求的。雙手控制車削的優(yōu)點是：不需要其它特殊工具就能加工出。缺點是：加工的零件精度不高，操作者必須具有熟練的技巧，而且生產效率較低。
2）機械靠模法，靠模法車削原理如圖1-1所示。 它是依靠車刀根據(jù)靠模的形狀平行移動車出所需表面形狀的一種方法。該方法的最大優(yōu)點就是更換加工品種容易，特別適合小批量、多品種和型面復雜零件的車削加工。但是，由其原理所決定，車削精度較底，車削外時所產生的球形誤差較大，這可從以下幾個方面來分析。
（1）刀尖圓弧形狀對球形誤差的影響
由圖1-1可以看出，在車削過程中， 由于車刀平行移動， 車刀與工件的接觸點將隨著車刀平移而變化。開始車削是在A點接觸，然后逐漸過渡到B點， 最后在C點退出車削。因此，要使車出的表面形狀為一球形，必須保證車刀刀尖
3.7 裝置的安裝及工作原理的簡單介紹
1)裝置的安裝
箱體1實際為機床中托板下方的簡單建模，安裝時將中托板拆下，將進給絲杠替換為齒輪軸，箱體2通過燕尾槽與機床連接靠擋板固定。箱體2和圓盤的頂部之間的圓槽內加放直徑為10mm的滾珠，以防止長期工作切削載荷過大使蝸輪軸變形。刀架通過燕尾槽和圓盤連接通過螺絲固定在圓盤上，刀具安裝在刀槽內通過螺絲固定。
2）裝置的工作原理
齒輪軸將機床的動力傳遞給蝸桿，蝸桿帶動蝸輪旋轉，蝸桿軸帶動圓盤旋轉使刀尖做圓周運動，刀尖從工件端面的軸心部位開始切削，即可得到所要加工的零件。
結論及展望
結論
本學期，我承擔了“回轉體用斷續(xù)切削裝置”的畢業(yè)設計。零件廣泛的應用于機械行業(yè)及其相關的行業(yè)，然而加工零件卻沒有統(tǒng)一的加工設備，這樣使許多需要加工零件的工廠面臨著許多難題和困難。本文本著結構簡單便于生產，操作簡單能滿足加工各種零件并滿足尺寸精度及表面質量，生產成本低等要求來設計。在指導老師的悉心指導和本人的努力下初步完成了如下成果：
1.通過圖書館和網絡搜集了大量相關本課題的資料，并對現(xiàn)有的加工裝置的優(yōu)缺點進行分析，總結了車削的基本加工原理。
2.對裝置所用的機床進行研究，分析切削的工作原理，確定了本次設計的技術方案。
3.完成了裝置的結構設計，包括：車刀的安裝機構、直徑調節(jié)機構、與回轉體的連接機構、傳動機構等。
4.運用三維建模軟件對裝置進行了簡單的建模，并擬定了裝配方案。
此設計涉及到了機械原理、機械設計等多門學科的知識，對我四年來所學的理論知識進行了一次綜合的應用，鞏固了我所學的專業(yè)知識，培養(yǎng)了自己理論聯(lián)系實踐的能力。
致謝
此設計是在導師的親切關懷和悉心指導下完成的。
導師多次詢問設計進程，并為我指點迷津，幫助我開拓思路，精心點撥、熱忱鼓勵。導師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，使我終生受益。對于導師的感激之情是無法用言語表達的。在此謹向導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
另外，我還要感謝在一起愉快的度過設計生活的幾位同學，正是你們的幫助和支持，我才能克服困難、解決問題，直至本設計的順利完成。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始開題到設計的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝各位評閱老師，只有你們的不吝賜教，才能使我的設計更上一層樓，謝謝你們!
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畢業(yè)設計 (論文 )開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 設計 (論文 )題目 ： 回轉體斷續(xù)切削裝置設計 指 導 教 師 : 系 主 任： 2011 年 3 月 18 日 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 一、本課題研究背景及意義 隨著我國制造 業(yè)的迅速發(fā)展， 21世紀，隨著機械制造業(yè)及各種高新技術的不斷發(fā)展，機械制造業(yè)的發(fā)展特點與趨勢主要體現(xiàn)為綠色制造。所謂綠色制造，就是要在滿足加工質量、加工效率和加工成本要求的條件下，把對環(huán)境的負面影響減至最小和使資源利用率達到最高的工藝 [4]。目前這一綠色制造工藝主要集中體現(xiàn)在不用或少用切削上 回轉體斷續(xù)切削裝置廣泛應用于機械零件加工，機械加工工藝設備的技術領域。是一種結構簡單，制造使用成本低，操作方便，工作效率加工精度高的機械設備。 目前這一綠色制造工藝主要集中體現(xiàn)在不用或少用切削上。國內外對其研究主要集中在切削 裝置、低溫切削、綠色濕式切削等幾個方面。這主要是因為切削液既污染環(huán)境、危害工人健康，又增加資源和能源的消耗?；剞D體斷續(xù)切削裝置是綠色制造實施的具體體現(xiàn)，目前已成為切削加工領域的研究熱點，是一種很有發(fā)展前途的綠色加工工藝。 [6 二、 斷續(xù)切削國內外研究現(xiàn)狀及分析 目前，國內外專家在 斷續(xù)切削 機理的研究主要斷續(xù)切削過程中切入切出破損的研究，包括各種切人切出類型對刀具破損的影響，切出過程的 負剪切現(xiàn)象 動態(tài)切削力的研究，切削參數(shù) (如切出角、切削速度、進給量等 )與刀具破損之間的關系等 2)熱應力、熱裂紋與 刀具破損之間的關系研究，包括溫度場和熱應力的研究、熱裂紋的產生及其對刀具破損的影響、粘結破損現(xiàn)象等。 3)刀具幾何參數(shù) (如刀具前角、后角、刀尖圓弧半徑、負倒棱等 )及槽型結構對提高刀具壽命，降低刀具發(fā)生破損幾率的研究。 4)刀具破損的監(jiān)控、預報研究，包括對切削過程的切削力、振動信號、切削功率、電機電流、聲發(fā)射信號等信號的測量，并采用小波分析、人工神經網絡等方法對測量信號進行分析，從中提取出破損特征量，實現(xiàn)對刀具狀態(tài)的監(jiān)測和 破損預報。 [17] 自斷續(xù)切削加工出現(xiàn)以后，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，雖 斷續(xù) 續(xù)切削加工使生產率提高了， 但在同樣的切削條件下，進行斷續(xù)切削的刀具壽命明顯低于連續(xù)切削加工時的刀具壽命。以 M． ，出刀具切人時的破損是導致斷續(xù)切削加工刀具失效的重要原因。 1946年，德國學者M． 究了切人類型與刀具破損之間的關系，并經過大量的切削試驗和切入過程模擬研究，創(chuàng)造性地解決了切人類型的計算問題，推導出九種切人類型的判別公式，同時首次使用并定義了切人角。之后，蘇聯(lián)學者 30行的端銑切削試驗，指出端銑高強度材料時，即使使用高速鋼刀具，切人類型對刀具壽命的影響也極為顯著。但是 30． 同的切入類型下刀具壽命很不穩(wěn)定，相差極大。為此， H． 化了沖擊系數(shù) (沖擊系數(shù) =切削面積／切人時間 )的概念，解釋了這一問題的原因。近幾年來，我國學者對刀具的切人破損進行了研究。 1999年，董麗華、李振加等通過對不同幾何角度的銑刀片進行有限元應力場分析，證明合理的刀具幾何角度可以改變切入沖擊力的方向，減少刀片內部 應力，改善銑削狀況 01。他們對波形刃銑刀片進行了切人切出過程分析，并通過銑削過程的振動實驗，證明了波形刃可有效地減少切入切出引起的沖擊和振動，減輕銑削過程中銑刀的切入、切出破損。 2005年，李振加等人依據(jù)金屬切削加工理論，在 M． 究了端面銑削過程中刀齒的接觸狀態(tài)，推導了九種判別式，用于計算銑刀的切入類型嘲。同年，胡映寧、王成勇等人采用動力學仿真軟件對小直徑銑刀在不同切削參數(shù)條件下的切入過程進行了仿真分析，確定了小直徑銑刀切人過程的載荷、運動形式，然后根據(jù) 仿真分析的載荷結果，用有限元分析確定不同切削參數(shù)下，銑刀切入過程對刀刃的應力、變形的影響，為尋求合理的切入條件、減少刀具破損提供了參考。 三、本課題研究的所用到的原理 回轉體斷續(xù)切削裝置具有對卡盤臺上保持的被加工物進行切削時向被加工物供給清洗水的清洗水供給機構，可以維持清洗效果的同時節(jié)約清洗水的消耗。切削裝置具備：卡盤臺，保持被加工物； 切削裝置，具備：卡盤臺，保持被加工物；卡盤臺支承基座，支承該卡盤臺；切削機構，具有對該卡盤臺上保持的被加工物進行切削的切削刀片、和向由該切削刀片的加工區(qū)域供給切削水的切削 水供給機構；切削進給機構，使該卡盤臺支承基座和該切削機構在切削進給方向上相對移動；分度進給機構，使該卡盤臺支承基座和該切削機構在 與該切削進給方向正交的分度進給方向上相對移動；和清洗水供給機構，對該卡盤臺上保持的被加工物供給清洗水； 該清洗水供給機構具備：清洗水噴嘴機構，具有朝向該卡盤臺上保持的被加工物噴出清洗水的至少 3 個噴嘴；以及流量調整機構，分別調整向該各噴嘴供給的清洗水的流量。 [1] 研究回轉體斷續(xù)切削裝置的工作原理；回轉體斷續(xù)切削裝置的裝配圖及各部分零件圖；考慮實用及環(huán)保的要求；對關鍵部 件進行必要的強度校核。 機械加工工藝設備的技術領域，特別涉及一種適合加工具有回轉體、凸棱、凹槽特征的工件及金屬纖維的多用途斷續(xù)切削裝置，解決了現(xiàn)有技術中尚未有一種設備可同時加工具有回轉體、凸棱、凹槽特征的工件及金屬纖維的問題。包括車刀、一端安裝車刀的刀桿。另一端設置連接板的兩段式刀桿裝于內設凸臺的主體內，凸臺通孔直徑小于下段刀桿的直徑，大于上段刀桿的直徑，刀桿上方設置固定于硬軸的偏心輪，一端連接軟軸的硬軸安裝于主體，上端刀桿外設彈簧，彈簧一端固定于凸臺，另一端固定于連 接板。本裝置解決了一種設備可同時加工具有凸棱、凹槽特征的工件及金屬纖維的問題，是一種結構簡單，制造使用成本低，操作方便，工作效率加工精度高的機械設備 [19]。 該回轉體斷續(xù)切削裝置，包括車刀（１）、刀桿（２），其特征在于刀桿（２）裝于內設凸臺（４）的主體（３）內，凸臺（４）通孔直徑小于刀桿下段的直徑，大于刀桿上段的直徑，刀桿（２）上方設置偏心輪（８），偏心輪（８）安裝在一端連接軟軸（１０）的硬軸（９）上，硬軸（９）固定于主體（３），刀桿（２）上段自下而上依次設置彈簧（５）、連接板（６）。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 究或解決的問題 (1)本課題主要 回轉體斷續(xù)切削裝置設計 展開， 應用于機械零件加工，機械加工工藝設備的技術領域。是一種結構簡單，制造使用成本低，操作方便，工作效率加工精度高的機械設備。 (2)設計出回轉體斷續(xù)切削裝置，并用 出裝配圖。 采用的研究手段 下面介紹幾種典型的切削工藝方法，并對他們的優(yōu)缺點進行簡單的分析。 1）雙手控制法，數(shù)量較少時或單件零件，可以 采用雙手控制法 進行切削 就是用雙手同時搖動中、小拖板，通過雙手的合成運動，車出所要求的。雙手控制切削的優(yōu)點是：不需要其它特殊工具就能加工出。缺點是：加工的零件精度不高，操作者必須具有熟練的技巧，而且生產效率較低。 2）機械靠模法，靠模法切削原理如圖 1示。 它是依靠車刀根據(jù)靠模的形狀平行移動車出所需表面形狀的一種方法。該方法的最大優(yōu)點就是更換加工品種容易，特別適合小批量、多品種和型面復雜零件的切削加工。但是，由其原理所決定，切削精度較底，切削時所產生的球形誤差較大，這可從以下幾個方面來分析。 （ 1）刀尖圓 弧形狀對球形誤差的影響 由圖 1以看出，在切削過程中， 由于車刀平行移動， 車刀與工件的接觸點將隨著車刀平移而變化。開始切削是在 A 點接觸，然后逐漸過渡到 B 點， 最后在 C 點退出切削。因此，要使車出的表面形狀為一球形，必須保證車刀刀尖 圖 1模法切削原理 輪廓是一個好的圓弧。我國的車刀絕大部分還是手工磨制，刀尖圓弧很難保證。況且即使磨刀時保證了，切削時也會被破壞，所以此項誤差是不可避免的。 通過對參考文獻的閱讀和學習，針對任務書要求，對涉及內容做了一些初步地了解，分為以下幾個步驟進行 : (1) 首先查閱相關文獻了解國內外現(xiàn)狀。 (2) 搞清楚原理， 制定 回轉體斷續(xù)切削裝置 方案 ， 利用大學專業(yè)課本機械原理以及接卸設計查找相關知識并計算。 (3) 設計 回轉體斷續(xù)切削裝置 ，利用電腦繪圖，熟練 (4) 通過自己的設計體會，結合已有的參考文獻， 回轉體斷續(xù)切削裝置 進行歸納總結寫出論文說明書 參 考 文 獻 [1] 濮良貴 . 紀名剛 M]等教育出版社， 2] 張君安 . 劉波 J]西安 :， 2002， 3] 楊黎明 . 機電一體化設計 [J]防工業(yè)出版社， 1997， 4] 趙家齊 . 機械制造工藝學課程設計指導書 [M]械工業(yè)出版社 ,5] 濮良貴 . 紀名剛 J]等教育出版社， 2006[6] 陳德生 . 機械制造工藝學 [J]江大學出版社 ,7] 齊世恩 . 機械制造工藝 [J]8] 趙如福 . 《金屬機械加工工藝 》 9] 艾興等編 《切削用量 》 [M]， 2000年 3月，機械工業(yè)出版社 10] 胡仰磬 . 《理論力學》 [M]11] 孫麗嬡 . 主編 機械制造工藝及專用夾具 [J] 冶金工業(yè)出版社 12] 楊叔子 . 主編 機械加工工藝師 [J] 機械工業(yè)出版社 13] 王紹俊 . 主編 機械制造工藝設計 [J] 哈爾濱工業(yè)大學 14] 曾宗福 . 《機械基礎》 [M]15] 陳立德 . 《機械設計基礎》 [M]工業(yè)出版社； 16] 邱宣懷 . 《機械設計》 [M]17] 馮鳴 . 硬質合金 [J] 華中科技大學 1 [18] 材料とプロセス [J]2 [19]沈興全 . 多用途斷續(xù)切削裝置設計 [中北大學 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見 ： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日