方頭軸端車削機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) (2)帶CAD圖,方頭軸端車削機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),(2)帶CAD圖,方頭,車削,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),CAD 車方機(jī)床行星輪系機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算宋玉明1, 賀洪森2( 1? 江漢大學(xué) 機(jī)電系, 湖北 武漢? 430019; 2? 湖北汽車車身附件廠, 湖北 十堰? 442000)摘要: 車方機(jī)床用曲率半徑很大的橢圓短半軸曲線代替直線切削方形工件。生產(chǎn)率高, 刀具成本低。選取適當(dāng)?shù)能囶^行星輪的分度圓直徑, 可以有效地控制車方原理的直線度誤差。對(duì)實(shí)際工件進(jìn)行了原理誤差的分析計(jì)算和行星輪系的設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞: 車方; 行星輪系; 橢圓; 方形; 直線度中圖分類號(hào):TG502? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A? ? ? 文章編號(hào):1007- 9483( 2000) 04- 0060- 02Design and calculations of the planetary gear train in the machine tool for square cuttingSONG Yu- ming1, HE Hong- sen2(1?Jianghan University, Hubei Wuhan, 430019, China)(2?Hubei Plant of Automobile Body? s Accessory, Hubei Shiyan, 442000, China)Abstract:It illustrates a ellipse ? sshort semi- axialcurved line with great cured radius, that can replace the straight line for cuttingsquare work- pieces on the machine tool. The productivity of this rebuilt machine tool is higher and the cost of cutter is lower.T he principle straightness error of cutting square in work- pieces can be controlled by choosing a suitable pitch diameter of theplanetary gear in the machine tools. Analytic calculations of the error and design of this train have been given for a real work-piece.Key words:Square Cutting; Planetary Gear Train; Ellipse; Square; Straightness? ? 加工汽車上某附件的方頭( 見圖 1), 原工序?yàn)樵谝鸭庸ち?? 30- 0?28- 0?42外圓后, 用銑床銑削方頭, 由于需要分度轉(zhuǎn)位, 輔助工時(shí)較長(zhǎng)。改為專用臥式組合機(jī)床車削方頭, 在機(jī)床中間底座上裝有固定夾具, 用于安裝工件。機(jī)床工作時(shí),裝兩把車刀的車頭主軸由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)作回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng), 同時(shí)車頭由側(cè)底座上的液壓滑臺(tái)帶動(dòng)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。一次裝夾, 一個(gè)工步完成了 4 個(gè)平面的切削, 提高了生產(chǎn)效率。圖 1? 零件簡(jiǎn)圖1? 車方原理車方機(jī)床由車頭行星輪系機(jī)構(gòu)產(chǎn)生刀尖的橢圓曲線軌跡。車方原理見圖 2, 齒輪 Z3與 Z4的傳動(dòng)比為 1 2, 當(dāng)?shù)都獍惭b在比齒輪 Z3的分度圓小的圓周上時(shí), 則刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓。證明如下: 設(shè)齒輪 Z3的分度圓半徑為 OA =R , O點(diǎn)為齒輪Z3的分度圓中心, 刀尖在分度圓內(nèi)定點(diǎn) a圖 2? 車方機(jī)床車方原理圖處, 且 Oa/ OA =?。當(dāng) Z3的分度圓在 Z4上作純滾動(dòng)時(shí),圓 心 O 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O!, 齒輪上a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至a!點(diǎn)( 坐標(biāo)為 x ,y), 而 Oa =O!a! , 由圖 2 可知:x = Pb + ca! =PO!cos + O!a!cos =Rcos +Oacos =Rcos + ? Rcos =R( 1+ ? )cos (1)y =O!b- O! c = PO !sin - O!a!sin =Rsin - Oasin =Rsin - ? Rsin =R(1- ?)sin (2)收稿日期: 2000- 01- 17; 修訂日期: 2000- 03- 06作者簡(jiǎn)介: 宋玉明( 1955- ) , 男, 湖北武漢人, 江漢大學(xué)講師, 工學(xué)學(xué)士, 主要研究方向?yàn)闄C(jī)械制造工藝、 設(shè)備及自動(dòng)化。602000 年 7 月? 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程? 第 29卷? 第 4期由式(1) 得cos2 =x2R2( 1+ ? )2由式(2) 得sin2 =y2R2(1- ? )2則x2R2( 1+ ? )2+y2R2(1- ? )2= cos2 + sin2 = 1(3)式(3) 為橢圓方程, 所以 a 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓。同理可以證明, 和 a 點(diǎn)對(duì)稱于中心 O 點(diǎn)的另一刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡也是一個(gè)橢圓。若 ?接近于 1 時(shí), 橢圓短半徑處曲率半徑很大, 接近于直線。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男行禽?Z3的分度圓半徑, 可以控制用橢圓曲線代替直線所引起的直線度誤差, 滿足加工一般方頭的精度要求。2? 行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算車方機(jī)床的車頭行星輪系如圖 3 所示。圖 3? 車方車床車頭行星輪系圖2?1? 行星輪分度圓直徑 D3的設(shè)計(jì)計(jì)算圖 2 所示的 E 點(diǎn)與F 點(diǎn)的y 坐標(biāo)值之差為計(jì)算直線度誤差的初始值。根據(jù)工件精度要求, 給出初始直線度公差0?04mm。由零件簡(jiǎn)圖 1 的方頭邊長(zhǎng) 27? 0- 0?08= 26?96 0?04和初始直線度公差值, 我們可以計(jì)算出圖 2 中 E 點(diǎn)坐標(biāo)為( 0, 13?48) , F 點(diǎn)坐標(biāo)為( 13?44, 13?44), 顯然刀尖在 E 點(diǎn)時(shí), ( # O!PO) =90 。但必須注意的是, 在 F 點(diǎn)時(shí), 夾角 不等于 45 。將 E 點(diǎn) = 90 和 y = 13?48 代入式(2)中, 得R(1- ? ) = 13?48(4)將 F 點(diǎn)坐標(biāo)代入式( 1) 和(2)中, 得R(1+ ? ) cos = 13?44(5)R( 1- ? )sin = 13?44(6)聯(lián)立式( 4) 、 ( 5) 和( 6) 解得 R = 94?04mm, 圓整取 R =94?5mm。Z3分度圓直徑 D3= 189mm。將 R = 94?5mm 代入式(4)中得 ?= 0?857 35452?2? 曲線近似直線的車方原理直線度誤差的分析計(jì)算由于工件上有 ? 30- 0?28- 0?42的圓角, 橢圓曲線近似直線段的長(zhǎng)度小于 GF , 近似直線段的車方原理直線度誤差值小于計(jì)算給出的初始值。一個(gè)橢圓曲線與圓有 4 個(gè)交點(diǎn), 相鄰兩點(diǎn)在 x 方向上的距離為近似直線段的長(zhǎng)度。交點(diǎn) I 的y 值與中點(diǎn) E 的y值之差即為原理直線度誤差。橢圓方程?x2R2( 1+ ? )2+y2R2(1- ? )2= 1圓的方程?x2+ y2=r2聯(lián)立解之得 4 個(gè)交點(diǎn) , 其中第一象限的交點(diǎn) I 的坐標(biāo)值為y1=1- ?2( 1+ ? )2R2- r2?(7)x1=r2- y2(8)由 ? 30- 0?28- 0?42變換為 ? 29?65 0?07, 工件倒圓直徑的基本尺寸 d = 29?65mm, 半徑基本尺寸 r = 14?825mm, 將 R =94?5mm, ?= 0?8573545, r = 14?825mm代入式(7) 和( 8)得y1= 13?47mm, x1= 6?19mm? ? 近似直線段的長(zhǎng)度L! = 2x1= 2% 6?19= 12?38mm。令 PE =h , 按圖 1計(jì)算的直線段長(zhǎng)度為L(zhǎng) = 2r2- h2= 214?8252- 13?482= 12?34mm兩者之差!L = L!- L = 12?38- 12?34= 0?04mm, 符合零件圖紙的要求。近似直線段的車方原理的直線度誤差計(jì)算值 !=h-y1= 13?48- 13?47= 0?01mm, 即直線段的車方原理直線度誤差是 0?01mm, 僅為初始計(jì)算給定值的 1/ 4, 完全可以滿足一般方頭的精度要求。2?3? 切削力、 切削功率的計(jì)算車方機(jī)床的主軸上對(duì)稱安裝了兩把車刀, 但由圖 2 可知, 兩把刀不會(huì)同時(shí)切削, 切削深度從 F 點(diǎn)ap= 0 逐漸增大至 E 點(diǎn) ap=30- 272= 1?5mm, 再逐漸減小至 G 點(diǎn) ap= 0。其它 3個(gè)面的切削深度也依次作同樣改變。所以最大切削深度 ap= 1?5mm, 根據(jù)零件表面粗糙度的要求, 選 f =0?1mm/ r。由vf=fn可以計(jì)算滑臺(tái)速度vf。刀具材料選用 YT15。為了保證一定的刀具耐用度, 選v = 60m/ min= 1m/s。零件材料 45 鋼, 加工時(shí)的材料硬度為 187HB, 查&機(jī)械加工工藝手冊(cè), 得: 單位切削力 p = 1 962N/mm2; 切削力Fz= p apf = 1 962% 1?5% 0?1= 294?3N; 切削功率 P =Fzv % 10- 3= 294?3% 1% 10- 3= 0?29kW; 取機(jī)床總效率 = 0?75, 則電機(jī)功率 PE=P/ = 0?29/ 0?75= 0?38kW。考慮到機(jī)床可能調(diào)整加工其它尺寸、 材料的方頭或六方頭工件, 取電機(jī)功率為 1kW。2?4? 行星輪系齒輪的模數(shù)、 齒數(shù)的選擇設(shè)計(jì)由 Z3的分度圓直徑 D3= 189mm, 并考慮 Z4齒數(shù)不宜過多, 選取行星齒輪和固定齒輪的模數(shù) m = 3mm, Z3=189(3= 63。由 Z3 Z4= 1 2, 得 Z4= 126。選取齒輪材料 40Cr, 硬齒面, 齒寬 B = 25mm。類比其它機(jī)床, 本機(jī)床的齒輪模數(shù)和分度圓直徑較大,而切削力、 切削功率較小, 可以推斷齒輪的抗彎強(qiáng)度、 接觸疲勞強(qiáng)度有很大的安全裕度, 所以校核從略。根據(jù)刀尖在 E 點(diǎn)的速度和電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以算出Z1和Z2的傳動(dòng)比。(下轉(zhuǎn)第 63 頁)61)新技術(shù))新工藝) ? ? 宋玉明? 賀洪森? 車方機(jī)床行星輪系機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算cam 等 CAD/CAM 軟件編程, 繪制輔助曲面, 如圖 4, 利用曲面干涉檢測(cè)和刀路限制功能可以方便地產(chǎn)生上半部分的加工刀路( 分為等高線粗加工和平行式精加工), 如圖 5 所示。圖 5? 型芯中部上半部分精加工刀路上半部分加工完后, 將工件翻轉(zhuǎn), 以右端為基準(zhǔn)找正, 加工下半部分; 接著將工件立起裝夾, 以多島嶼挖槽粗加工銑削圖 6? 型芯上部外形精加工刀路工藝凸臺(tái), 并產(chǎn)生輪廓外形; 再多曲面外形精加工, 該過程同樣需要用輔助曲面對(duì)刀路進(jìn)行限制, 如圖 6 所示。整個(gè)加工過程安全、 高效, 圓弧過渡面質(zhì)量也很高。模具型腔采用整體式結(jié)構(gòu), 需要先加工出電極, 再用電火花加工型腔輪廓, 電極加工與型芯加工類似。值得注意的是, 該零件數(shù)控加工刀路的產(chǎn)生用到了 4個(gè)輔助曲面, 這些曲面對(duì)產(chǎn)生理想的刀路和避免過切不可缺少, 實(shí)踐證明這是數(shù)控加工經(jīng)常用到的方法, 對(duì)于復(fù)雜零件尤其有效。另一方面, 數(shù)控技術(shù)人員要熟悉 CAD/CAM軟件產(chǎn)生刀路的特點(diǎn), 在多工步加工一個(gè)零件時(shí), 不一定將零件的三維圖形全部畫出才產(chǎn)生刀路, 如圖 4 所示, 左端的4 個(gè)凸起是本工件的構(gòu)圖難點(diǎn)。構(gòu)圖時(shí), 先構(gòu)兩輔助曲面間的部分, 產(chǎn)生刀路讓數(shù)控機(jī)床投入加工, 接著再解決左端的 4個(gè)凸起曲面這一難點(diǎn), 這樣可以大大縮短模具加工的周期, 提高效率。3? 結(jié)束語目前, 數(shù)控技術(shù)開始廣泛運(yùn)用于加工行業(yè), 特別是以單件小批量生產(chǎn)為特征的模具行業(yè)。由于許多工業(yè)產(chǎn)品造型越來越復(fù)雜, 加工工藝中的某些環(huán)節(jié)如毛坯形式、 裝夾方式、 刀具的磨損等比普通機(jī)械加工復(fù)雜, 因此數(shù)控加工工藝必須綜合、 合理地考慮工序安排、 工件的裝夾、 走刀路線等因素, 同時(shí)充分利用 CAD/CAM 一體化軟件的優(yōu)勢(shì), 達(dá)到高效、 安全生產(chǎn)的目的。參考文獻(xiàn): 1 ? 葉伯生? 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)原理、 編程與操作 M? 武漢: 華中理工大學(xué)出版社, 1999? 2 ? 德 G 曼格斯, P 默蘭 ? 塑料注射成型模具的設(shè)計(jì)與制造 M? 李玉泉譯? 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 1993?( 上接第 61 頁)2?5? 旋轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)與行星輪固定連接的車頭主軸軸心線作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 它的圓跳動(dòng)綜合反映了主軸自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)精度, 直接影響工件的加工精度。為了保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度, 避免或減少齒輪制造安裝的徑向誤差和曲軸的旋轉(zhuǎn)誤差對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)精度的影響, 平衡主軸行星式轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力, 防止振動(dòng), 設(shè)計(jì)了帶平衡塊的旋轉(zhuǎn)盤 A , 見圖 3。旋轉(zhuǎn)盤與主軸通過一個(gè) D級(jí) 36000 型角接觸球軸承相連。它們的精度和配合是主軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)精度的主要決定因素, 主軸軸頸與軸承內(nèi)孔采用 m5 配合, 軸承外圈與旋轉(zhuǎn)盤孔采用 J6 配合, 并用緊定螺釘調(diào)整軸承外圈以消除軸承間隙, 保證主軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)精度。旋轉(zhuǎn)盤與固定的內(nèi)齒輪的外圈通過無內(nèi)外圈的精密滾針軸承相連。它們的精度和配合是主軸公轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)精度的主要決定因素。旋轉(zhuǎn)盤的內(nèi)圈精度為 J5, 內(nèi)齒輪的外圈精度為 h5。2?6? 刀具的安裝和調(diào)整兩把車刀對(duì)稱安裝在車頭主軸上, 安裝刀具時(shí)在機(jī)床中間底座的夾具上安裝工件樣板對(duì)刀, 控制刀尖在工件邊線中點(diǎn)的坐標(biāo)值。為了保證工件的尺寸精度, 減少調(diào)刀次數(shù), 對(duì)刀工件樣板兩相對(duì)平面距離為 26?935 0?005。刀具的磨損將引起工件兩相對(duì)平面的距離增加。檢查工件兩相對(duì)平面的距離尺寸, 如果達(dá)到了尺寸控制標(biāo)準(zhǔn), 則通過微調(diào)裝置調(diào)整刀尖的伸出量, 以補(bǔ)償?shù)毒叩哪p。3? 結(jié)束語車方機(jī)床的設(shè)計(jì)制造提高了切削工件方端頭的生產(chǎn)率。本機(jī)床雖為特定工件設(shè)計(jì)的專用機(jī)床, 但只要調(diào)整刀尖的位置就可以加工其它尺寸的方端頭工件。當(dāng)對(duì)稱于行星齒輪輪心 O 點(diǎn), 在主軸上裝 3 把車刀, 互相夾角 120均布, 則可車六方頭。從上述近似直線段的直線度誤差的分析計(jì)算可推斷, 本機(jī)床加工其它尺寸的方頭和六方頭也完全可以滿足精度要求。參考文獻(xiàn): 1 ? 孟少農(nóng) ? 機(jī)械加工工藝手冊(cè) M ? 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1998? 2 ? 朱龍根? 簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) M ? 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1997?63)新技術(shù))新工藝) ? ? 李柏青? 塑料風(fēng)扇立柱模具數(shù)控加工工藝