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 重 慶 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 題目 方頭軸端車削機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 　 （任務(wù)起止日期 2010 年10 月 日～ 2011年 5 月 日） 應(yīng)用技術(shù) 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 專業(yè)107214701班 學(xué)生姓名 張治行 學(xué) 號(hào)10721470155 指導(dǎo)教師 系 主 任 二級(jí)學(xué)院院長(zhǎng) （本頁(yè)最后二行手簽名） 課題內(nèi)容 本課題要求設(shè)計(jì)出能夠加工出下圖中軸兩端的方頭的車方機(jī)構(gòu)，要求有較高的加工效率，并滿足精度要求。 課題任務(wù)要求 1、 翻閱有關(guān)課題的相關(guān)資料，撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述； 2、 完成一篇與題目相關(guān)的英文文獻(xiàn)翻譯； 3、車方機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)； 4、繪制車方機(jī)構(gòu)的裝配圖和零件圖； 5、對(duì)車方機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模； 6、在上述工作完成基礎(chǔ)上，撰寫(xiě)畢業(yè)論文； 7、準(zhǔn)備畢業(yè)論文答辯。 主要參考文獻(xiàn)（由指導(dǎo)教師選定） 1.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編著.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8 2.《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979.6 3.濮良貴，紀(jì)名剛主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)》.北京：高等教育出版社，2001 4.申永勝主編.《機(jī)械原理教程》.北京：清華大學(xué)出版社，1999 同組設(shè)計(jì)者 注：1、任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)； 2、任務(wù)書(shū)在第七學(xué)期期末下達(dá)給學(xué)生。 學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表 序號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作任務(wù) 工 作 進(jìn) 度 日 程 安 排 周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 收集資料，完成開(kāi)題報(bào)告 2 文獻(xiàn)翻譯及撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述 3 車方機(jī)構(gòu)的方案確定 4 車方機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì) 5 車方機(jī)構(gòu)的三維建模 6 畢業(yè)論文撰寫(xiě) 7 畢業(yè)答辯準(zhǔn)備 注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)； 2、此表每個(gè)學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)； 3、進(jìn)度安排用“—”在相應(yīng)位置畫(huà)出。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）階段工作情況檢查表 時(shí)間 第 一 階 段 第 二 階 段 第 三 階 段 內(nèi)容 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 檢 查 情 況 教師簽字 簽字 日期 簽字 日期 簽字 日期 注：1、此表由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫(xiě)（要求手寫(xiě)）； 2、“組織紀(jì)律”一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實(shí)填寫(xiě)； 3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫(xiě)； 4、對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出警告或不能參加答辯的建議。 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(jiàn)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(jiàn)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?？紤]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(guò)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(yè))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(guò)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(guò)程安全、 高效, 圓弧過(guò)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(guò)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(huà)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(yǔ)目前, 數(shù)控技術(shù)開(kāi)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(lái)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(yè))2?5? 旋轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán) A , 見(jiàn)圖 3。旋轉(zhuǎn)盤(pán)與主軸通過(guò)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(pán)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(pán)與固定的內(nèi)齒輪的外圈通過(guò)無(wú)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(pán)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(guò)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(yǔ)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)控加工工藝可 車 方 的 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 車 床魯南機(jī)床廠李鶴侯夫啟摘要對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì), 利用齒輪傳動(dòng)和電磁離合器控制, 可使其具有車方形截面的功能,從而可提高六方等零件的加工效率和表面加工質(zhì)量。關(guān)鍵詞數(shù)控車床車方原理傳動(dòng)系統(tǒng)1引言在油泵油嘴行業(yè)中, 噴油器體系列零件( 圖 1) 的兩平行平面是銑削成形, 效率低, 表面質(zhì)量差; 緊帽系列零件( 圖 2) 的六方雖是車削成形, 但使用的設(shè)備多是舊車床改造的專機(jī), 設(shè)備笨重, 操作不便。我們對(duì)本廠生產(chǎn)的CLK6130 數(shù)控車床進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì), 使之兼有車平行平面和六方的功能。圖 1噴油器體零件圖圖 2緊帽零件圖2原理2. 1刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡車方的基本原理是依靠刀具與工件的轉(zhuǎn)速差, 使刀尖在切削段的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡為近似的直線段。刀具與工件分別以角速度 ?1和 ?2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)( 圖3) , 工件的旋轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)系原點(diǎn) O, 刀具的旋轉(zhuǎn)中心到 O 的距離為 a, 旋轉(zhuǎn)半徑為 b, 假設(shè)工件不旋轉(zhuǎn), 則相當(dāng)于刀具除了以 ?1逆時(shí)針自轉(zhuǎn)外, 還以 ?2順時(shí)針繞 O 公轉(zhuǎn)。令刀具旋轉(zhuǎn)中心位于A0時(shí), 刀尖也位于y 軸上 P0點(diǎn)。當(dāng)?shù)毒咧行墓D(zhuǎn) ?位于 A 點(diǎn)時(shí), 則刀尖同時(shí)逆時(shí)針自轉(zhuǎn)?1?2?至 P 點(diǎn)。設(shè)P 點(diǎn)坐標(biāo)為( x, y)則: x= OA sinOA B+ A PsinPA Ey= OA cosOA B- A PcosPA E因: OA = a A P= b OAB= ?PAE= OA P- OAB=?1?2? - ?可得:x = asin? + bsin(?1?2- 1) ?y= acos? - bcos(?1?2- 1) ?( 1)圖 3原理分析圖1. 刀尖的旋轉(zhuǎn)軌跡, 圓心位于 2 上( 半徑為 b) , 逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。2. 刀盤(pán)中心的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡( 半徑為 a) , 圓心為工件的旋轉(zhuǎn)中心O, 順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。2. 2誤差分析由式( 1) 可知, 采用不同的轉(zhuǎn)速比, 其軌跡具有不同的曲線形式。若取?1?2= 2 時(shí), 式( 1) 可簡(jiǎn)化為x2/ ( a + b)2+ y2/ ( a - b)2= 1( 2)即變成( a+ b) 為長(zhǎng)軸、 ( a- b) 為短軸的橢圓。 圖4 為當(dāng)a= 60mm, b= 53mm時(shí), 式( 2) 的軌跡和圓x2+ y2=8. 52mm 的軌跡。 橢圓被圓所截取的曲線段, 即為切削工件( 圖 2) 時(shí)刀尖在切削段的運(yùn)動(dòng)軌跡, 它與直線段的誤差僅為 0. 0064mm, 完全能滿足工件加工精度要20 制造技術(shù)與機(jī)床求。顯然, 要獲得六方必須采用三把刀具, 且刀尖要在同一圓周上均布。圖 4誤差分析圖3結(jié)構(gòu)圖 5 為主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。9、 10、 16 為三個(gè)電磁離合器, 當(dāng) 9 吸合, 10 放開(kāi)時(shí), 主軸經(jīng)齒輪 7、 5、 4、 1 獲得高速, 可進(jìn)行正常的車削加工。當(dāng) 9 放開(kāi), 10 吸合時(shí), 主軸經(jīng)齒輪 3、 2、 8、 6 獲得低速, 同時(shí)轉(zhuǎn)矩經(jīng)齒輪 11、 12從主軸箱輸出, 當(dāng) 16 同時(shí)吸合時(shí), 刀盤(pán) 15 經(jīng)齒輪 13、14、 19、 20、 17、 18 獲得兩倍于主軸的轉(zhuǎn)速, 此時(shí)可車方。刀盤(pán)軸的支承固定于橫溜板上, 而齒輪 19 的支座固定于大溜板上, 齒輪副 19/ 20, 17/ 18 間為活動(dòng)鉸鏈支承, 使刀盤(pán)可縱向和橫向進(jìn)給。改進(jìn)后的 CLK6130 數(shù)控車床, 不僅增加了車方功能, 而且將數(shù)控刀架改為排刀座, 并配以自動(dòng)夾緊和自動(dòng)上下料裝置, 功能和效率大為提高。如圖 1 所示零件, 僅需 20s, 即可完成螺紋部分和兩平行平面的加工。圖 5傳動(dòng)系統(tǒng)圖18、 1114、 1720. 齒輪9、 10、 16. 電磁離合器15. 刀盤(pán)第一作者: 李鶴, 山東滕州市魯南機(jī)床廠技術(shù)開(kāi)發(fā)部, 郵編: 277500( 編輯劉茹貴) ( 收修改稿日期: 19980105) ( 上接第 6 頁(yè))于伺服系統(tǒng)的多樣性, 目前還沒(méi)有較為成熟的裝置。4. 3反饋修正型目前的數(shù)控機(jī)床絕大多數(shù)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)和半閉環(huán)控制, 采用碼盤(pán)或光柵作為反饋檢測(cè)元件。 反饋修正的策略是將誤差計(jì)算量轉(zhuǎn)換成反饋測(cè)量傳感器的當(dāng)量數(shù)據(jù), 反向疊加到反饋系統(tǒng)中, 利用數(shù)控系統(tǒng)位置調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 當(dāng)然, 這也只能補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)方向上的傳動(dòng)誤差( 單項(xiàng)) , 修正不了空間誤差。 90 年代初, 在 NIST( 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)) 支持下, 美國(guó) Michigan 大學(xué)成功地開(kāi)發(fā)出三坐標(biāo)反饋修正裝置。4. 4其它方法機(jī)床構(gòu)件各點(diǎn)溫度差異導(dǎo)致熱變形, 在關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)控, 通過(guò)在一定位置布置加熱元件或冷卻系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)的均衡, 減少熱誤差。德國(guó) WaldrichCoburg 公司、 Hauser 公司及日本的安田工業(yè)公司都在機(jī)床中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。5誤差補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用和發(fā)展誤差補(bǔ)償技術(shù)在 CMM 上已經(jīng)得到了較廣泛的應(yīng)用。德國(guó)著名的 ZEISS 公司用該技術(shù), 產(chǎn)品精度提高40%。意大利的 DEA 公司、 美國(guó)的 GIDDINGS &LEWIS 公司及國(guó)內(nèi)有關(guān)廠家等都應(yīng)用了該技術(shù)。相比之下, 數(shù)控加工機(jī)床工況復(fù)雜、 環(huán)境惡劣, 且需要對(duì)空間軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償, 特別是由于數(shù)控系統(tǒng)的封閉性和多樣性, 該技術(shù)還處于試用階段。 隨著新一代開(kāi)放型數(shù)控系統(tǒng)的推廣和普及, NC 型補(bǔ)償將變得簡(jiǎn)單實(shí)用, 該技術(shù)已呈現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力和發(fā)展前景。CAQC 技術(shù)已成為加工過(guò)程的重要組成部分( 在美國(guó)發(fā)展 QIA 技術(shù): Qualify in Automation) , 使高精度的在機(jī)監(jiān)控技術(shù)得到迅速發(fā)展, 誤差分析和補(bǔ)償是該技術(shù)的基礎(chǔ)。 目前, 天津大學(xué)在國(guó)家自然科學(xué)基金支持下, 對(duì)此進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究, 最終目標(biāo)是將數(shù)控機(jī)床發(fā)展成高精度加工和檢測(cè)的集成設(shè)備。參考文獻(xiàn)1Liu Youwu, Zhang Qing etc. The Compensative T echnique of Posi-tioning Errors for NC M achine Tools. International Conference onIntelligent Manufacturing.Wuhan, 1995: 8438462Sheng Bohao. Comprehensive Dynamic Compensation Technologyfor Error of CNC M achine T ools.Asian Industrial TechnologyCongress. Hong Kong , 1997.3Zhang Qing , Liu Youwu etc. A Method of Enhancing the Position-ing Accuracy for NC M achine Tools. Chinese Journal of M echanicalEngineering. 1996,9( 4)4J.S.Chen etc.Real-time Compensation for Time-variant Volumet-ric Errors on a M achining Center. ASM E. 1993, 115: 4724795盛伯浩 . 數(shù)控機(jī)床誤差的綜合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 .WM EM. 1995( 2)6章青 . 數(shù)控機(jī)床定位誤差建模、 參數(shù)辨識(shí)及補(bǔ)償技術(shù)的研究 . 天津大學(xué)博士論文, 1995.第一作者: 劉又午, 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 郵編:300072( 編輯徐鴻根) ( 收稿日期: 1998- 05- 07) 211998 年第 12 期去見(jiàn)老師拿著工件零件圖、方頭軸端車削機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、車方原理與應(yīng)用的研究、可車方的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 車方機(jī)床行星輪系機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 不要拿。 先看下手寫(xiě)的設(shè)計(jì)方案。 老師問(wèn)你的設(shè)計(jì)思路是什么，你就說(shuō)從網(wǎng)上下載了一些設(shè)計(jì)資料，明白了車方原理，然后套公式，計(jì)算出了行星輪和固定齒輪的參數(shù)。然后畫(huà)出了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。如果老師認(rèn)可了這個(gè)方案，下面就可以設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，繪制裝配圖了。 需要你提出的問(wèn)題： 27×27的下偏差-0.008，要求過(guò)于嚴(yán)格，是不是-0.08？ 收稿日期: 2002- 04- 20作者簡(jiǎn)介: 劉裕先( 1940- ) , 男, 黑龍江齊齊哈爾人, 教授.機(jī)械工程文章編號(hào): 1000- 1646(2003) 05- 0361- 03車方原理與應(yīng)用的研究劉裕先, 于雪梅, 王? 權(quán)( 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 遼寧 沈陽(yáng) 110023)摘? 要: 基于行星機(jī)構(gòu)行星輪上一些點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓的特性, 論證了車削方軸的原理, 推導(dǎo)出計(jì)算車削方軸之原理誤差的數(shù)學(xué)模型與合理實(shí)施主軸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵尺寸參數(shù)確定的算式, 給出了車削方軸主軸頭的結(jié)構(gòu)圖.關(guān)? 鍵? 詞: 行星機(jī)構(gòu); 軌跡; 橢圓; 車削; 方軸中圖分類號(hào): TH 12? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A1 ? 行星機(jī)構(gòu)特性的再研究若將研究行星輪系的著眼點(diǎn)一改傳統(tǒng)的自由度和傳動(dòng)比而為行星輪上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí), 可發(fā)現(xiàn)行星機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域. 取一中心輪(齒數(shù)為 Z1) 固定, 且行星輪齒數(shù) Z2= Z1/ 2這種具有特定尺寸關(guān)系的行星輪系, 如圖 1所示.當(dāng)系桿H 主動(dòng)輸入 nH, 可由經(jīng)典的行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式 i2H= - ( Z1- Z2) / Z2, 求得 i2H=- 1, 說(shuō)明在該輪系中, 系桿帶著行星輪繞軸線作公轉(zhuǎn)一周的同時(shí), 行星輪也與公轉(zhuǎn)方向相反, 自轉(zhuǎn)一周. 現(xiàn)考查這個(gè)既作公轉(zhuǎn)又作自傳的從動(dòng)行星輪上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡.圖 1? 行星輪系Fig. 1? Planetary gear train1?1? 行星輪圓心與節(jié)圓上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡由于行星輪的圓心點(diǎn) o1, 同樣也是系桿上的一點(diǎn), 因此, 無(wú)需證明, o1點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是以中心輪的圓心點(diǎn) o 為圓心, 以 oo1線段為半徑所畫(huà)的圓. 而行星輪節(jié)圓周上任一點(diǎn)的軌跡, 由于嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相當(dāng)于它在 Z1輪的節(jié)圓上作內(nèi)切純滾動(dòng), 應(yīng)是典型的內(nèi)擺線, 其參數(shù)方程為x = ( R - r )cos ?+ r cos( R - r) ? / r = 2rcos ?y = ( R - r )sin ?- rsin( R - r ) ? / r = 0(1)式中 ? R 為Z1輪節(jié)圓半徑; r 為Z2輪節(jié)圓半徑;?為系桿帶著行星輪公轉(zhuǎn)的角度.從而表明它是過(guò)該點(diǎn)的一條內(nèi)齒中心輪 Z1的節(jié)徑(直線) .1?2? 行星輪上其余各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)a 為行星輪上圓心點(diǎn)o1至節(jié)圓周間的任一點(diǎn), 且令o1a/ o1A = ? , 當(dāng)行星輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), a 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡求解如下:若 Z2輪的節(jié)圓周在 Z1輪的節(jié)圓周上作純滾動(dòng)且系桿轉(zhuǎn)過(guò) ?角, 圓心 o1點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 o?1點(diǎn), 齒輪上的 a 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 a? 點(diǎn)( 其坐標(biāo)為 x、 y), 則由于o1a = o?1a?, 從圖 1 可知x = od + ca? = oo1?cos ?+ o1?a?cos ?=r cos ?+ o1acos ?= r cos ?+ ? rcos ?=r(1+ ? )cos ? y = o1? d- o1?c = oo1?sin ?- o1? a?sin ?=rsin ?- o1asin ?= rsin ?- ? rsin ?=r(1- ? )sin ?(2)將上面二式平方后相加可得x2/ r2( 1+ ? )2+ y2/ r2(1- ? )2=? cos2?+ sin2?= 1(3)顯然, 式(3) 為橢圓方程, 故 a 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一長(zhǎng)軸為r (1+ ? ), 短軸為 r(1- ? ) 值的橢圓.同理可證, 與 a 點(diǎn)對(duì)稱于Z2輪中心點(diǎn) o1的另一點(diǎn)第 25卷 第 5 期2 0 0 3 年 1 0 月沈? 陽(yáng)? 工 ? 業(yè) ? 大 ? 學(xué) ? 學(xué) ? 報(bào)Journal of Shenyang University of TechnologyVol?25No?5Oct. 2 0 0 3b 的運(yùn)動(dòng)軌跡, 是與 a 點(diǎn)軌跡橢圓的長(zhǎng)短軸數(shù)值相等但x 軸與y 軸數(shù)值對(duì)調(diào)、 相互垂直的另一橢圓(見(jiàn)圖 1 中虛線部分), 三等分行星輪同一圓周上的三個(gè)點(diǎn), 可描繪出同一中心、 同樣大小的長(zhǎng)、短半軸, 三等分分布在中心輪內(nèi)的三個(gè)橢圓, 依此類推.這就是說(shuō), 當(dāng)系桿 H 轉(zhuǎn)一周時(shí), 行星輪上除去圓心 o1和圓周上各點(diǎn)外所有點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡, 都是橢圓, 所不同的是隨著描繪橢圓軌跡的點(diǎn) a 位置由行星輪圓心趨近于圓周(即 ?值由0 1), 輪上各點(diǎn)之軌跡橢圓的長(zhǎng)、 短半軸數(shù)值之差亦由0 R.2 ? 車方原理若取式( 2) 中的 ?接近于 1, 則軌跡橢圓的短半軸就比長(zhǎng)半軸小很多, 短半軸處的橢圓曲率就很小( 曲率半徑很大) , 接近于直線. 這樣若把徑向裝有車刀的主軸與行星輪同軸固聯(lián)一起, 則裝一個(gè)車刀頭, 可使在夾具中確保與中心輪同軸之工件的端頭車成對(duì)稱其軸線的兩平行平面, 刀尖點(diǎn)對(duì)稱于軸線徑向裝有兩把車刀, 可車成工件的正四面方頭. 刀尖點(diǎn)三等分主軸圓周裝有三把車刀,可將工件車成正六面的軸頭, 依此類推. 顯然, 這里都是用曲率很小的橢圓曲線代替直線, 必須做到這種替代的原理性誤差小于允差要求的程度.3 ? 車方機(jī)床的設(shè)計(jì)基于上述原理, 設(shè)計(jì)出一臺(tái)用于大批量加工操縱軸( 圖 2) 軸端方頭的專用機(jī)床.機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分配, 采取把實(shí)現(xiàn)切削的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與完成進(jìn)給的直線移動(dòng)分配給刀具, 而工件固定不動(dòng)的方案, 這樣, 機(jī)床上實(shí)現(xiàn)車方的關(guān)鍵設(shè)計(jì), 就集中在車方主軸頭的結(jié)構(gòu)上了.圖 2? 工件簡(jiǎn)圖Fig. 2? Piece drawing3?1? 車方主軸頭的結(jié)構(gòu)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)車方的主軸頭結(jié)構(gòu), 如圖 3所示.徑向?qū)ΨQ安裝兩把車刀 1 的刀桿軸 2、 法蘭盤(pán) 3和主軸 4, 由銷和螺釘固聯(lián)在一起, 經(jīng)滾動(dòng)軸承安裝在裝配式曲軸( 即系桿) 7 上. 軸 7 接動(dòng)力源為主動(dòng)軸, 帶動(dòng)刀桿軸 2 作公轉(zhuǎn). 因與刀桿軸 2 固聯(lián)之主軸4 上的齒輪 Z2( 行星輪 6) 和固定在箱體上的內(nèi)齒輪 Z1( 中心輪 5) 嚙合, 所以刀桿軸 2 在隨著系桿公轉(zhuǎn)的同時(shí), 還與齒輪 Z2一起作自轉(zhuǎn), 這就保證了形成空間的行星運(yùn)動(dòng), 并使刀尖點(diǎn)描繪出滿足工件尺寸要求的橢圓曲線. 曲軸的偏重, 由質(zhì)量相當(dāng)?shù)钠胶鈮K 8 予以平衡. 當(dāng)工件被固定在夾具中, 并調(diào)整到與系桿回轉(zhuǎn)軸線同軸后靜止不動(dòng), 而車刀在回轉(zhuǎn)的同時(shí), 又由滑臺(tái)帶著主軸頭作直移進(jìn)給, 便完成了車方工作.3?2? 車方的原理誤差分析考查圖 1中大曲率半徑處的橢圓曲線 b?b!,它被用于代替平行于 y 軸且與y 軸之距為ob 值的直線段. 顯然替代后的直線度誤差 b?b!由b 的點(diǎn)x坐標(biāo)值 xb與 b?的x 坐標(biāo)值xb?之差確定. 其中,圖 3? 車方機(jī)床車頭結(jié)構(gòu)圖Fig. 3? The spindle s structure of square machine tool? ?xb= ob = oA - o1A - o1b =2r - r - ? r = r(1- ? )而 xb?值的求解, 由于在 b?點(diǎn)處, 剛好 xb?= yb?,代入xb?= r( 1+ ? )cos ?b?yb?= r( 1- ? )sin ?b?362? ?沈? 陽(yáng)? 工? 業(yè)? 大? 學(xué) ? 學(xué) ? 報(bào)第 25 卷解得 ?b?= arctg (1+ ? )/ (1- ? ). 從而得到 xb?=r(1+ ? )cos arctg (1+ ? )/ (1- ? ) , 故可算出b?b!曲線的直線度誤差 b?b!= xb- xb?= r( 1- ? ) -(1+ ? )cos arctg (1+ ? )/ (1- ? ) (4)3?3? 關(guān)鍵尺寸參數(shù)的確定由圖 1 可看出, 工件四方頭的邊長(zhǎng)尺寸h = 2 ob = 2xb= 2r(1- ? )(5)說(shuō)明 h 與式(4) 中的 b?b!一樣都是 r 與 ?的二元函數(shù).專用車方機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí), 通常是工件的方頭尺寸已知, 要求的直線度允差, 按零件圖紙標(biāo)注及其在機(jī)器中的功能給出, 因此可通過(guò)解聯(lián)立方程 b?b!= r( 1- ? ) -(1+ ? )cos arctg ( 1+ ? )/ (1- ? ) h = 2r(1- ? )(6)求得 r 與 ?值. 顯然, r 是確定圖 3 所示主軸頭總體結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)鍵參數(shù), 而 ?是確定裝車刀的刀桿直徑和刀尖準(zhǔn)確位置的關(guān)鍵參數(shù). 這樣求出的r 與 ?值, 直接作為車方主軸頭的結(jié)構(gòu)尺寸, 有時(shí)并不合適, 可據(jù)式 (6) , 通過(guò)減 小( 或適度增大) b?b!值, 作同時(shí)改變 r 與 ?值而保持h 值不變的調(diào)整, 從而取得車方主軸頭結(jié)構(gòu)的合理實(shí)施.參考文獻(xiàn):1 曹龍華. 機(jī)械原理M . 北京: 高等教育出版社, 1989.(Chao L H. Mechanical theory M. Beijing: Higher Ed?ucation Press, 1989. )2 王景海. 行星機(jī)構(gòu)在機(jī)床上應(yīng)用 J . 制造技術(shù)與機(jī)床, 2000(4): 25.(Wang J H. The application of planet in machine tooJ. Manufacture Skill and Machine Tool, 2000( 4):25. )Study of machining square spindle theory and applicationLIU Yu?xian, YU Xue?mei, WANG Quan( School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110023, China)Abstract: Based on the character that the pathways of some points on the planet are ellipses, machiningsquare spindle is demonstrated and the error model of machining square spindle is deduced. At same time,the formula of deciding the key dimensions in designing the spindle s structure and present this spindle sstructure picture are introduced.Key words: planet; pathway; ellipse; machining; square spindle363第 5 期劉裕先等: 車方原理與應(yīng)用的研究? ?