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1、毕业设计说明书数控车床六角刀架设计 班 级： 学号： 软件学院姓 名： 软件工程学 院： 专 业： 指导教师： 数控车床六角刀架设计摘 要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
2、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。关键词：数控车床，六角刀架，凸轮CNC lathe turret design AbstractThe working principle of single ax
3、is six angle automatic lathe feeding device is driven by the motor distribution shaft to rotate,and then by three on the camshaft control respectively the three lever,the lever tool movement of the workpiece cutting tool,structure three is basically the same,they are all along the respective guide f
4、or vertical movement in the direction of the spindle axis.Technological action process: first by the feeding mechanism operation to provide the workpiece to be processed,and then the motor drives the distribution shaft,fixed on the distribution on the axis of the three different installation directi
5、ons cam rotates together.The first cam to control tool movement: cam control front rest drive lever ratio for swing lever 1:1, control a tool before sliding carriage mobile, mobile control tool holder are divided into fast feeding, uniform cutting, rapid retreat, rest four stages before the motion,
6、the rigidity of the knife is better, for strength and forming turning. The second cam control tool movement: control tool driven cam swing lever, the turret mounted on the machine back, far away from the second cam distance, and feed direction and the front tool rest is just the opposite, so the two
7、 lever drive, also control tool complete four stage movement. The third cam control tool movement: control tool CAM except through two levels of leverage, but also through the draw rod drives the upper lever, which drives the tool slide along the guide rail to move up and down, also completed the fo
8、ur stages of movement of the workpiece cutting.Keywords:Numerical control lathe,Turret ,CAM.目 录1 引言11.1 国内外数控机床的发展情况11.1.1 国内外数控机床的现状11.1.2 数控机床发展趋势41.2 数控机床的组成51.3 数控机床的工作机理51.4 数控机床的分类51.5 本设计主要研究的意义71.6 本设计的主要内容82 系统运动方案设计92.1 设计题目92.2 工作原理与工艺动作过程92.3 原始参数92.4 设计要求92.5 原动机类型的选择92.6 减速器类型的选择102.7
9、实现单轴六角自动车床刀架进给装置的机构选择112.8 实现送料动作的机构选择132.9 系统运动方案的确定132.10 绘制系统运动循环图133 系统运动方案实现153.1 凸轮分析153.1.1 凸轮机构选型153.1.2 凸轮的制作过程163.2 杆件分析183.2.1 控制前刀架的杆件183.2.2 控制后刀架的杆件193.2.3 控制上刀架的杆件193.3 送料装置分析194 具体计算214.1 列出必要的计算公式214.2 用表格列出凸轮的计算结果：21参考文献22致谢231 引言制造是人类经济活动的重要基石，也是人类历史发展和文明进步的动力。制造业水平的高低是衡量一个国家工业发达程
10、度的重要标志。以传统机电工业为代表的制造业，正经历着深刻的变革。现代科学技术，特别是微电子、计算机、信息等科学技术的迅速发展及其在各行各业中的广泛应用，给机械制造业带来了深刻的变化。随着科学技术的迅速发展，社会对产品多样化的要求愈来愈强烈，从而要求产品更新换代的周期越来越短，使多品种、小批量生产的比重明显增加；同时，随着航空航天、造船、军工、汽车、农业机械等行业对产品性能要求的不断提高，产品中形状复杂的零件越来越多，加工质量要求也不断提高。采用传统的普通加工设备已难以适应这种多样化、柔性化及复杂形状零件的高效率高质量加工的要求。为解决上述问题，一种高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备数控机床
11、就应运而生了。1.1. 国内外数控机床的发展情况随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业中起着愈来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工。自动换刀系统一般由刀库、机械手和驱动装置组成。刀库容量可大可小，其装刀数在20-180把之间。刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀臂，总称为机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱动
12、装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀(新刀)与主轴上的刀(旧刀)的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。1.1.1. 国内外数控机床的现状当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激
13、烈竞争，己形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早己成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展1956年，日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期研制成功了“APT，(刀具程序控制装置
14、)的加工中心。1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。1967年出现了FMS，1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置。可实现多工序加工的机床步入了机床发展的黄金时代。数控机床出现至今的 50 年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。数控机床的电气控制技术作为数控机床的重要组成部分也得到了迅速的发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。美国的特点是，政府重视机床工业，美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究效率和创
15、新，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如 1952 年研制出世界第一台数控机床、1958 年创制出加工中心、70 年代初研制成 FMS、1987 年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床，也为中小企业生产廉价实用的数控机床（如 Haas、Fadal公司等）。其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪 80 代政府一度放松了引导，
16、致使数控机床产量增加缓慢，于 1982 年被后进的日本超过，并大量进口。从 90 年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。特别讲究实际，与实效，坚持以人为本，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上，于 1956 年研制出第一台数控机床后，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对用户产品、加工工艺、机床布局结构、数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能
17、良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统Heidenhain 公司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规（如机振法、机电法、机信法等）引导发展。在重视人才的培养，在机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。日本也和美、德两国相似，充分发展大量大批生产自动化，继而全力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。自 1958年研制出第一台数控机
18、床后，1978 年产量（7,342 台）超过美国（5,688 台），至今产量、出口量一直居世界首位（2001 年产量 46,604 台，出口 27,409 台，占 59%）。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80 年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。在策略上，首先通过学习美国全面质量管理（TQC），变为职工自觉群体活动，保产品质量。进而加速发展电子、计算机技术，进入世界前列，为发展机电一体化的数控机床开道。日本在发展数控机床的过程中，狠抓关键，突出发展数控系统。日本 FANUC 公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数
19、控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。中国1958年研制出第一台数控机床以来，发展过程大致可分为两大阶段。在1958-1979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从美、日、德等引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面:培训了一批设计、制造、
20、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距;通过利用国外先进零部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作;零部件和数控系统不配套:企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。1.1.2. 数控机床
21、发展趋势1.高速化、高精度化、高可靠性质量、效率是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。高速化:(1)提高进给速度:采用直线滚珠式导轨等；(2)提高主轴转速:采用直线电机技术，直接将电机与主轴连接成一体后，装入主轴部件，可以在1.8秒从0到15000r/min。高精度化:精密化是为了适应高新技术发展的需要，随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。数控机床的加工精度提高了一倍，达到巧微米。高可靠性:一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上。2.复合化数控机
22、床的功能复合化的发展，以其复合加工实现了一次装夹后完成各种复杂零件的全部加工，从而减少了不创造价值的辅助时间，提高了机床的效率和加工精度，降低了生产制造成本，提高了生产的柔性。复合功能的机床是近年来发展很快的机种，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、锉、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。3.智能化智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量的智能化:如自适应控制、工艺参数自动生成等;为提高驱动性能的智能化，如:前馈控制、电机参数的自适用运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化;还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，及智能诊断、智能监控
23、方面的内容，方便系统的诊断及维修等。4.柔性化、集成化为适应制造自动化的发展，向FMC、FMS、CIMS提供基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，而且还能够具备自动测量自动上、下料，自动换刀，自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能，依据用户的不同的要求，可方便地灵活配置及集成。1.2. 数控机床的组成数字控制（Numerical Control，简称 NC）技术是指采用数字化信息进行控制的技术。用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，称作数控机床，它是数字控制技术与机床相结合的产物。数控机床是典型的机电一体化产品，是集现代机械制造技术、自动控制技术、检测技术、计算机信息技
24、术于一体的高效率、高精度、高柔性和高自动化的现代机械加工设备。它同其它机电一体化产品一样，也是由机械本体、动力源、电子控制单元、检测传感部分和执行机器（伺服系统）组成。1.机械本体：为数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。2动力源：为数控机床提供动力的部分，主要使用电能。3电子控制单元：其核心是计算机数控（Computer Numerical Control，简称 CNC）装置，它把接收到的各种数字信息经过译码、运算和逻辑处理，生成各种指令信息输出给伺服系统，使机床按规定的动作进行加工。这部分还包括相应的外围设备，如显示器、打印机等。4检测传感部分：主要对工作台的直线位移和回转工作
25、台的角位移进行检测，检测结果送入计算机，或用于位置显示，或用于反馈控制。5执行器（伺服系统）：用来驱动机床上的移动部件作相应的运动，并对其定位精度和速度进行控制。如许多数控机床的走刀运动就是利用伺服电机驱动滚珠丝杠来完成的。1.3. 数控机床的工作机理在普通机床上加工零件，是由操作者根据零件图纸的要求，不断改变刀具与工件之间相对运动轨迹，由刀具对工件进行切削而加工出要求的零件。而在数控机床上加工零件时，则是将被加工零件的加工顺序、工艺参数和机床运动要求用数控语言编制出加工程序，然后输入到 CNC 装置，CNC 装置对加工程序进行一系列处理后，向伺服系统发出执行指令，由伺服系统驱动机床移动部件运
26、动，从而自动完成零件的加工。1.4. 数控机床的分类按数控机床的工艺用途分类：1.一般数控机床：是与普通机床工艺可行性相似的各种数控机床，其种类与普通机床一样，如数控车床、数控铣床、数控刨床、数控磨床、数控钻床等。2.加工中心：是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。3.特种数控机床：是装备了数控装置的特种加工机床，如数控线切割机床、数控激光加工机床等。按数控机床的运动轨迹分类1.点位控制数控机床：其数控装置只控制机床移动部件从一个位置（点）移动到另一个位置（点），而不控制点到点之间的运动轨迹，刀具在移动过程中不进行切削加工。如数控钻床、数控冲床等。2.直线控制数控机床：其数控装置除了要控制机床移
27、动部件的起点和终点的准确位置外，还要控制移动部件以适当速度沿平行于某一机床坐标轴方向或与机床坐标轴成450的方向进行直线切削加工。如简易数控车床、简易数控磨床等。3.轮廓控制数控机床：其数控装置能够同时对两个或两个以上坐标轴进行联动控制，从而实现曲线轮廓和曲面的加工。如具有两坐标或两坐标以上联动的数控铣床、数控车床等。按伺服系统的控制方式分类1.开环控制系统：指不带反馈的控制系统，即系统没有位置反馈元件，通常以功率步进电机或电液伺服电机作为执行机构。2.位置间接闭环控制系统：位置间接闭环控制系统是在开环系统的丝杠上装有角位移检测装置，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，然后反馈给数控装
28、置。3.位置直接闭环控制系统：是在机床移动部件上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入的指令位移进行比较，用偏差进行控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。按控制的坐标轴数分类1.两坐标数控机床：指可以同时控制两个坐标轴联动而能加工曲线轮廓零件的机床，如数控车床。2.三坐标数控机床：指可以联动控制的坐标轴为三轴的数控机床，可以用于加工不太复杂的空间曲面，如三坐标数控铣床。3.两个半坐标数控机床：这类机床本身有三个坐标轴，能作三个方向运动，但控制装置只能同时联动控制两个坐标轴，第三个坐标轴仅能作等距的周期移动，如经济型数控铣床。4.多坐标数控机床：指可以联动
29、控制的坐标轴为四轴和四轴以上的机床，其机床结构复杂、控制精度较高、加工程序复杂，主要用于加工形状复杂的零件，如五坐标数控铣床。1.5. 本设计主要研究的意义当前，机械产品正沿着两个方向发展:一是大型化、自动化、精密化、高速化和成套化;二是小型化、多功能、结构简单、使用可靠、成本低廉。为了满足各种运动和工作性能要求，设计时可采用各种不同的机械装置，但若要求实现复杂的运动，则回转机构(如齿轮)和挠性传动(如皮带、链条)就不能达到此目的，大多数是在凸轮机构和连杆机构中进行挑选。凸轮机构是一种高副机构，由具有曲线轮廓和凹槽的构件通过高副接触带动从动件实现预期运动规律，可广泛应用于各种机械，特别是自动机
30、械、自动控制装置和生产线中。凸轮机构兼有传动、导向及控制机构的各种功能。凸轮机构用作传动机构时，可以产生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，乃至暂时停留或各种步进运动。凸轮机构也适用于导向机构，使工作机构产生复杂的运动轨迹。当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环或作为函数发生器。凸轮机构作为机械式运动传递与信息储存的基本元件时，具有构件数少和空间体积小等固有特点。由于以上功能，以凸轮为核心，已发展出成千上万种高效、小型、精密、价廉的机械，例如内燃机配气系统、自动包装机、自动成型机、自动装配机、自动机床、纺织机械、农业机械、印刷机械、自动办公设备、自动售货机、电子元件
31、的自动加工机械、服装加工机械等。凸轮机构的研究和开发涉及到众多的学科，例如系统工程学与设计学、材料科学、摩擦学、机械加工工艺学、机构学、计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)、控制工程和计算机技术等，随着这些相关学科的发展，凸轮机构的设计与制造己变得十分方便与准确，机构的使用寿命大幅延长，制造成本不断下降、工作性能将明显提高，从而更好的促进了机械行业的发展，加快了人类工业文明进程。目前，制造业正朝着多品钟、小批量、高质量的生产方向前进。随着计算机技术的迅速发展，CAD/CAM技术在生产领域得到了广泛的运用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式，对于推动现有企业的技术改造、促进经济
32、增长有重要意义。我国把开展“CAD应用工程”作为发展核心技术和高新技术产业的重要组成部分。将计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)技术应用于凸轮、连杆机构研究领域，研制系统、通用、界面友好的凸轮、连杆设计软件是当务之急的工作，而这项工作不是一毗而就的，将随着机构理论研究和相关学科的发展而逐渐完善起来。随着计算机技术的发展，以计算机作为媒体的计算机辅助教学CAI(Computer Aided Instruction)得到了越来越广泛的应用，运用CAI，教师能够通过语言、音乐、动画等方式大信息量地优化组合教学内容，充分调动学生的听觉、视觉、想象力，取得直观、生动、深刻的教学效果。学生通过
33、与计算机的交互对话进行学习，将教师从大量重复性劳动中解放出来，使教师有更多的精力去研究教材和教学内容，进行教学方法的改革。研制、开发适应不同教学内容，紧跟当前学科发展形势的CAI课件，是各学校纷纷开展的工作。1.6. 本设计的主要内容完成数控车床六角刀架设计，对系统运动方案设计（包括原动机类型的选择、减速器类型的选择、实现单轴六角自动车床刀架进给装置的机构选择、实现送料动作的机构选择、系统运动方案的确定、绘制系统运动循环图），完成系统运动方案实现（凸轮分析、凸轮分析），最后完成相关的具体计算。2. 系统运动方案设计2.1. 设计题目设计一个单轴六角自动车床刀架进给装置2.2. 工作原理与工艺动
34、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
35、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。2.3. 原始参数一个运动循环所需时间T=3600/75=48s2.4. 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
36、凑、工作可靠。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。2.5. 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
37、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。2.6. 减速器类型的选择减速器是原动机和工作机或执行机构之间的独立的闭式传动装置，是机械传动系统中应用最为广泛的传动部件之一，主要用来降低转速和增大转矩。我国自 20 世纪 60 年代开始对减速器进行了标准化系列化，目前，减速器生产多数已实现了专业
38、化、标准化、系列化。在标准系列化的减速器中，规定了主要的尺寸、参数值和适用条件，用户可根据减速器工作条件和参数进行选择，绝大部分情况下可不必自行设计，从而大大减少了制造周期和成本，且提高了产品的可靠性和稳定性。选用减速器时应从工作机的选用条件，动力机的性能，技术参数以及经济性因素等方面考虑；比较不同类型、品种的减速器外型尺寸，承载能力，减速比，传动效率，价格等参数隶属用户需求的程度，进而选择较为合适的减速器型号。根据用户实际的需要，尽量选用接近理想公称输入功率、输入转速、减速比等参数的减速器型号，通常情况这个过程依靠人为的查询机械设计手册先初选减速器型号，然后验算选取的减速器的型号是否符合初选
39、要求，往往初选减速器的时候会多考虑几种型号作为对比，而这种情况导致的结果就是加大了查询手册和计算的工作量，人为操作起来难度较大，效率也较低，而且人工计算选型选择的减速器型号可能不是最优结果，这主要是因为减速器产品更新的速度越来越快，用户面对如此多的减速器产品，判断和选取的准则具有随意性，而这也是为什么用户在减速器选型时经常面对的问题从那种减速器产品出发开始选择。基于减速器人工计算选型的现实问题，依靠经验丰富的人为选择减速器已经不符合高速发展的技术要求；随着计算机的广泛应用和高速发展，出现了减速器选型软件，它是建立在减速器参数数据库基础之上的。从数据库参数中选取符合要求的减速器类型，但减速器数据
40、库的数据不能完整的描述减速器的性能，这也使评判减速器选型的合适程度复杂化。随着我国制造业的高速发展，减速器的种类和型号日益增多，面对如此多的减速器产品，用户要挑选出所需的产品是一件很复杂的事情。如何方便、快捷地进行减速器选型以满足用户的需要就显得十分重要。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
41、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。2.7. 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。摆动导杆机构是一种应用比较广泛的平面连杆机构,它将曲柄的旋转运动转换成为导杆的往复摆动。为了分析摆动导杆机构是否能够满足特定
42、的运动要求,需要对该机构的运动规律进行研究,常用的方法有图解法和解析法。确定从动件运动规律后，需选择从动系统类型、进行机构尺寸综合并设计凸轮轮廓，这是凸轮运动学分析比较困难的一个课题。早期的工程技术人员多采用作图法绘制凸轮轮廓，这种方式简易直观，但效率低、精度差，很难精确的得到压力角和曲率半径等设计参数。与此同时，许多学者在研究解析法，就某些简单的运动规律和特定的凸轮从动件系统提出不同的解析公式和专业数表。克鲁莫克等人分析了凸轮压力角;卡弗等对曲率半径进行了探讨。随着电子计算机的使用，传统的图解法和解析法都得到了新的发展。图解法中渗进图形软件的运用，使凸轮廓绘制更精确，主要设计方法为以CAD软
43、件为设计平台，基于图解法(反转法)的设计原理，用交互式作图方法设计凸轮廓线。1. 摆动导杆机构图 2.1 摆动导杆机构图2.1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 2.2 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。2.8. 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
44、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 2.3 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2.9. 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表2.1:表 2.1 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2.10. 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
45、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2.4：图2.4 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. 凸轮机构选型凸轮的使用，最早可上溯到东汉时期杰出的科学家张衡发明的水力天文仪中，至本世纪初，资本主义工业化的进展要求人们设计出高速自动机械，以提高飞机、汽车运用内燃机配气机构进行工作的性能，凸轮机构的系统研究随之展开。20年代，弗尔曼(F.D.Furman)等人出版了
46、早期的凸轮专著。30年代，机械研究人员开始对内燃机配气机构所用凸轮从动件系统的振动作初步研究。40年代以后，由于内燃机转速增加，引起故障增多，开始对配气凸轮机构以及自动机械方面运用的高速凸轮机构的振动进行深入研究，从而由对凸轮机构的经验设计过渡到有理论根据的运动学和动力学分析。在此期间，人们注意到刚度对凸轮机构动力学响应有明显的影响。50年代，米切尔首先开始对凸轮机构进行实验研究，记录了三种基本运动规律的从动件动力学响应，随着仪表机械的发展，不少学者用高速摄影机，加速度分析仪和动态应变仪的等仪表，对高速凸轮机构的动力学响应进行了测量，获得了许多重要成果。凸轮种类代号DD1RR1dd1R2b前后
47、刀架凸轮12414282.5651932D220.180.1主刀架凸轮12414282.5651940D260.180.1凸轮机构作为机械式运动传递与信息储存的基本元件时，具有构件数少和空间体积小等固有特点。由于以上功能，以凸轮为核心，已发展出成千上万种高效、小型、精密、价廉的机械，例如内燃机配气系统、自动包装机、自动成型机、自动装配机、自动机床、纺织机械、农业机械、印刷机械、自动办公设备、自动售货机、电子元件的自动加工机械、服装加工机械等1一4。近期一些学者又提出一些用样条函数设计出的凸轮机构运动规律，这些运动规律具有较好的适应性，特别适合于进行动力分析，因曲线生成较复杂，还在进一步研究中7-8。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。
