数控车床六角刀架设计
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机械工程学院专业课程设计说明书机械工程学院专业课课程设计说明书设计题目：数控车床六角刀架设计专业：机械设计制造及其制动化班级：姓名：学号指导教师：2010年月日目录1设计任务书 (3)1.1.设计题目 (3)1.2.工作原理与工艺动作过程 (3)1.3.原始参数 (3)1.4.设计要求 (3)2系统运动方案设计 (4)2.1.原动机类型的选择 (4)2.2.减速器类型的选择 (4)2.3.实现单轴六角自动车床刀架进给装置的机构选择 (5)2.4.实现送料动作的机构选择 (6)2.5.系统运动方案的确定 (6)2.6.绘制系统运动循环图 (7)3系统运动方案实现 (7)3.1.凸轮分析 (7)3.1.1.凸轮机构选型 ............................................................... 错误!未定义书签。
3.1.2.凸轮的制作过程 (8)3.2.杆件分析 (10)3.2.1.控制前刀架的杆件 (10)3.2.2.控制后刀架的杆件 (10)3.2.3.控制上刀架的杆件 (11)3.3. 送料装置分析 (11)4具体计算 (12)4.1.列出必要的计算公式 (12)4.2.用表格列出凸轮的计算结果 (12)5收获和体会 (12)6参考文献 (14)7附录 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
图表目录图 1摆动导杆机构 (5)图 2凸轮机构 (5)图 3双摩擦轮机构 (6)图 4前刀架系统运动循环图 (7)图 5单轴六角自动车床凸轮毛坯尺寸 (8)图 6凸轮空行程曲线样板 (8)图 7凸轮工作行程曲线的画法 (8)图 8横刀架凸轮实例 (9)图 9控制前刀架的传动杆件 (10)图 10控制后刀架的传动杆件 (10)图 11控制上刀架的传动杠杆 (11)图 12送料机构简图 (11)图 13单轴六角自动车床刀架进给装置主视图......... 错误!未定义书签。
图 14槽轮运动特性............................... 错误!未定义书签。
表格目录表1系统运动方案 (6)表 2单轴六角自动车床凸轮毛坯尺寸 (7)表 3凸轮的计算结果............................................................ 错误!未定义书签。
1设计任务书1.1.设计题目设计一个单轴六角自动车床刀架进给装置1.2.工作原理与工艺动作过程单轴六角自动车床刀架进给装置的工作原理是利用电机带动分配轴转动，然后由分配轴上的三个凸轮分别控制三个杠杆，再由杠杆控制刀架的运动来进行对工件的切削，三个刀架的结构基本相同，他们都是沿着各自导轨作垂直于主轴轴线方向移动。
工艺动作过程为：首先由送料机构运行提供要加工的工件，然后电机带动分配轴转动，固定在分配轴上的三个安装方向不同的凸轮共同转动。
第一个凸轮先控制前刀架运动：控制前刀架的凸轮带动杠杆比为1:1的杠杆摆动，控制装有车刀的前刀架滑板移动，刀架移动控制车刀分为快速送进、匀速切削、快速退出、静止四个阶段运动，前刀架的刚性较好，用于强力和成形车削。
第二个凸轮控制后刀架运动：控制后刀架的凸轮带动杠杆摆动，由于后刀架装在机床后部，离第二个凸轮的距离较远，且进给方向与前刀架正好相反，所以采用两级杠杆进行传动，也控制车刀完成四个阶段运动。
第三个凸轮控制上刀架运动：控制上刀架的凸轮除了通过两级杠杆外，还经过拉杆带动上部的杠杆，从而带动上刀架滑座沿导轨上下移动，同样也完成四个阶段运动对工件进行切削。
1.3.原始参数➢一个运动循环所需时间T=3600/75=48 s1.4.设计要求1）每种车刀架运动分四个阶段：快速送进、匀速切削、快速退出、静止。
要求三个刀架运动配合协调、时间紧凑、按一定时间程序进行。
2）每小时完成加工工件75件（每件都完成三个切削工序）。
3）刀架进刀装置要求结构简单紧凑、工作可靠。
2系统运动方案设计确定系统的工艺动作之后，需选择适宜的机构型式将其实现，故这一过程也称为机构的选型，它需要考虑多方面的因素，如运动变换要求、尺寸限制、制造成本、动力性能、效率高低、操作方便安全可靠等等。
2.1.原动机类型的选择在机械系统设计过程中，原动机的选择是非常重要的一个环节，因为它直接影响到动力输出的稳定性、系统运行效率和总体结构。
现代机械中，常见的原动机有热机、电动机、液动机和气动机，各自具有不同的特点和应用。
热机包括蒸汽机和内燃机，其应用范围相对单一，主要用于经常变换工作场所的机械设备和运输车辆。
电动机在现代机械中应用最为广泛，尤其是交流异步电动机，其具有结构简单，价格低廉，动力源方便等优点，但功率系数较低，且调速不便，适用于运行环境比较稳定、调速范围窄的场合。
液动机一般调速方便，且传动链较短，但需配备液压站，成本较高。
当只需实现简单的运动变换时，气动机较为方便，其缺点是有一定的噪声。
本设计中对原动机的要求为：运行环境稳定、结构简单、成本较低，综合以上各种原动机的特点，选择交流异步电动机作为单轴六角自动车床刀架进给装置的原动机。
2.2.减速器类型的选择减速器是指原动机与工作机之间独立封锁式传动装置，用来减低转速并相应地增大转矩。
减速器种类繁多，一般可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。
齿轮减速器的优点是结构简单，运转平稳，安装方便，其缺点是传动比的分配比较麻烦；而蜗杆减速器具有结构紧凑，传动比大，噪音低等优点，但容易引起发热、漏油、涡轮磨损等问题。
行星齿轮减速器[3]的主要特点有：结构紧凑、重量轻、体积小、传动比大等优点，但其结构比较复杂，制造和安装较为困难，成本也高。
在本设计中，对减速器要求为：传动比较小，结构尽量简单，成本低廉，制造安装方便。
综合以上各种减速器的优缺点，选择圆柱-圆锥齿轮减速器作为单轴六角自动车床刀架进给装置的减速器。
2.3.实现单轴六角自动车床刀架进给装置的机构选择在单轴六角自动车床刀架进给装置中，刀架的运动为复合运动，即凸轮的间歇运动与具有特定运动规律的左右往返运动。
满足这种要求的机构有很多，在此仅讨论摆动导杆机构和凸轮机构。
1.摆动导杆机构图1摆动导杆机构图1所式为摆动导杆机构，具有结构简单，零件加工容易，易实现所需动作要求等优点，但其结构零件重用性差，比较适合于执行机构不改变的系统。
2.凸轮机构图2凸轮机构凸轮机构的特点是结构简单、紧凑，能精确实现所需的运动轨迹，其缺点是从动件行程不宜过大，且曲面加工成本较高。
适用于传力较小、运动灵活、运动规律复杂的场合。
本设计中，空间要求有限，要求运动简易灵活，所以选择凸轮机构能够满足要求。
2.4.实现送料动作的机构选择工件切削之前要有送料装置，提供要切削的工件。
这个装置可以由很多原理来组合，如可用凸轮连杆和齿轮副符合完成，也可采用机械推拉原理，将工件从其他工件中退出，然后用机械手将其抽走，还可以利用摩擦传动原理，这里采用此原理，利用两个摩擦轮完成。
送料机构简图：图3双摩擦轮机构采用摩擦轮的特点是结构简单，工作可靠，成本低，易加工，要求运动空间小。
所以送料装置选择摩擦轮装置2.5.系统运动方案的确定综合以上的分析，最终确定的系统运动方案见下表:表 1系统运动方案原动机减速器床刀架进给装置的机构送料机构交流异步电动机齿轮减速器摆动导杆机构和凸轮机构双摩擦轮机构2.6.绘制系统运动循环图为了表达单轴六角自动车床刀架进给装置各执行机构在一个运动循环中各动作的协调配合关系，选择送料的双摩擦齿轮、凸轮、杠杆，刀架为对象，以分配轴旋转一周为一个运动周期，画出前刀架系统运动循环图，结果如下：图4前刀架系统运动循环图因为后刀架和上刀架的传动及结构原理与前刀架基本相同。
系统运动循环图原理相同、彼此相似，所以就不一一例举。
3系统运动方案实现3.1.凸轮分析3.1.1.凸轮机构选型在单轴六角自动车床刀架进给装置中，凸轮机构主要为杠杆提供特定的运动规律，完成控制刀架的切削工作。
根据工艺动作的要求，本设计中盘形凸轮作为原动件。
考虑到从动件为低速旋转，为了提高凸轮的耐磨性，采用滚子从动件凸轮机构。
表二：单轴六角自动车床凸轮毛坯尺寸凸轮种类代号D D1* R R1d d1R2b前后刀架凸轮124 142 82.5 65 19 32D 22±0.1 8±0.1 主刀架凸轮124 142 82.5 65 19 40D 26±0.1 8±0.13.1.2.凸轮的制作过程图5：单轴六角自动车床凸轮毛坯尺寸*滚子直径d实际为Φ18，为使滚子和凸轮曲线表面成点接触，铣刀直径取用Φ19。
为分度圆。
*D1图7：凸轮工作行程曲线的画法图6：凸轮空行程曲线样板⑴凸轮曲线设计①工作行程曲线是使杠杆等角速度摆动的曲线，以便使刀架作等速进给运动。
在生产活动中一般为阿基米德螺旋线。
②空行程曲线包括刀架快速接近的上升曲线和刀架快速退回的下降曲线，它是按照空行程曲线样板绘制的，是根据尽可能缩短快进快退时间而又要避免机构中受力过大及发生冲击的要求设计出来的，它通常是近似于等加速曲线的圆弧。
要注意，按照样板画出来的曲线是凸轮的轮廓曲线，不是滚子中心的轨迹曲线。
同时绘制是要使样板与凸轮中心重合。
⑵绘制凸轮曲线的步骤①绘制各段工作行程曲线a．定出各段曲线的滚子中心的起点和终点的位置：找出每段曲线的起点和终点的分度弧线。
此分度弧线与半径（R起+d/2）和（R终+d/2）的交点，就是滚子中心的起点和终点的位置。
通常为制造方便，用铣刀半径（比滚子直径大0.5～1毫米）代替上述的d/2。
b．定出各段工作行程曲线的起点和终点：以滚子中心的起点和终点为圆心，绘出滚刀的外圆，并自滚子中心至凸轮中心做连线，这些连线与滚子外圆的交点即为凸轮工作行程的起点及终点。
c．画出工作行程的滚子中心轨迹线。
d．画出工作行程的凸轮工作行程曲线：按滚子中心轨迹作距离为铣刀半径的等距离线，即为凸轮工作行程曲线。
②绘制各段空行程曲线。
③绘制各段曲线间的连接圆弧：圆弧半径应该大于或等于滚子半径。
图8：横刀架凸轮实例3.2.杆件分析3.2.1.控制前刀架的杆件控制前刀架的杆件是杠杆比为1:1的杠杆，此杠杆一端安装有滚子，与凸轮接触，另一端安装有滑块，组成摆杆滑块机构，带动刀架滑板移动，使车刀对工件进行切削，完成前刀架的切削任务。
图9：控制前刀架的传动杆件3.2.2.控制后刀架的杆件后刀架的传动及结构原理与前刀架相同，后刀架的运动由固定在分配轴上的第二个凸轮控制的，由于后刀架装在机床后部，离凸轮的距离较远，且给进方向与前刀架正好相反，因此采用两级杠杆进行传动。
