水嘴止口自動(dòng)車床設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真

南雷寧 關(guān)志剛

摘 要：本次設(shè)計(jì)是水嘴止口自動(dòng)車床設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真，水嘴止口自動(dòng)車床是制作水嘴寶塔的中間環(huán)節(jié)，機(jī)床流程簡(jiǎn)單，只需要將工件進(jìn)行車削，這一道工序就可以完成。該車床是由機(jī)架，電機(jī)，主軸，凸輪軸，夾具，皮帶，送料機(jī)構(gòu)等制作完成。可以整體分為送料機(jī)構(gòu)和主機(jī)兩部分。送料機(jī)構(gòu)主要是振動(dòng)盤和導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，主機(jī)主要是電動(dòng)機(jī)的選擇，主軸和凸輪軸設(shè)計(jì)，夾具設(shè)計(jì)，傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，刀具與刀架設(shè)計(jì)以及蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)。在仿真過(guò)程中，需要進(jìn)行三維實(shí)體的建模，虛擬裝配，再進(jìn)行仿真。其中，需要運(yùn)用到SOLIDWORKS等三維軟件，這無(wú)疑加強(qiáng)了對(duì)軟件的應(yīng)用能力，并且相對(duì)于傳統(tǒng)古老的車床，此次設(shè)計(jì)中的車床無(wú)疑提高了在工作中的安全性，提高了生產(chǎn)效率并且大大降低了勞強(qiáng)度，在工廠中具有很大的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：凸輪軸;主軸 ;裝配;電機(jī)

一、車床總體設(shè)計(jì)

（一）車床的總體設(shè)計(jì)方案

1車床的運(yùn)動(dòng)方式。如圖所示，可以通過(guò)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖確定車床的運(yùn)動(dòng)方式。

電動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)力有兩個(gè)方向：（1）電動(dòng)機(jī)→主軸，通過(guò)V帶傳遞。（2）電動(dòng)機(jī)→凸輪軸，一開(kāi)始通過(guò)V帶傳遞，后來(lái)通過(guò)鏈條傳遞，在通過(guò)一級(jí)V 帶傳動(dòng)后，再通過(guò)變速箱改變力的方向，變速箱使用圓柱直齒輪傳動(dòng)，輸出部分由鏈條傳動(dòng)到中間軸，再由蝸輪蝸桿減速傳動(dòng)到凸輪軸，凸輪軸上分別有控制刀架運(yùn)動(dòng)、控制夾緊裝置、控制自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的三個(gè)凸輪， 并且凸輪是采用彈簧力鎖合的方式，所以在從動(dòng)件上都設(shè)有回位彈簧。

2確定傳動(dòng)路線。到凸輪軸：電動(dòng)機(jī)→帶傳動(dòng)→變速箱→鏈傳動(dòng)→蝸輪蝸桿傳動(dòng)→凸輪軸到主軸：電動(dòng)機(jī)→一級(jí)帶傳動(dòng)→二級(jí)帶傳動(dòng)→主軸。

（二）車床加工的方案設(shè)計(jì)。工件的材料為鉛黃銅，硬度是 78HBS。工件是由鋸床鋸斷后進(jìn)行加工，鋸斷后的工件長(zhǎng)度最長(zhǎng)為35mm，我們加工后的零件如下圖所示。

零件長(zhǎng)度為 31mm，上下偏差均為1mm，，外徑為 13mm，內(nèi)孔直徑為 9mm，止口一端外直徑加工為 12mm，上偏差為+0.00，下偏差為-0，01.加工長(zhǎng)度為 5mm 。

所以，刀架上應(yīng)安裝兩把車刀，一把控制零件的長(zhǎng)度，一把對(duì)零件進(jìn)行車削。

二、自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（一）導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方面的要求。導(dǎo)軌是為工件的送料進(jìn)行設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)時(shí)，導(dǎo)向精度必須足夠才能滿足機(jī)床的要求。導(dǎo)軌將工件送至機(jī)械手處，在送料過(guò)程中，必須滿足將工件平穩(wěn)，準(zhǔn)確的送達(dá)。并且設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)應(yīng)該比較簡(jiǎn)單 ，以便于進(jìn)行調(diào)整。再者，導(dǎo)軌應(yīng)具有足夠的潤(rùn)滑作用，可以將工件運(yùn)送時(shí)盡可能的減少摩擦。

（二）導(dǎo)軌的選擇。根據(jù)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡我們可以看出應(yīng)該選擇設(shè)計(jì)直線導(dǎo)軌，車床只需要將工件進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)送，送料的方式并不復(fù)雜，只需要依靠動(dòng)力，工件可以從振動(dòng)盤由于自身的重力到達(dá)送料口。不需要進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)。但是要考慮到工件滑落時(shí)會(huì)受到摩擦力，綜合考慮，應(yīng)該選擇滑動(dòng)導(dǎo)軌最佳。并且這種導(dǎo)軌是屬于普通導(dǎo)軌之一適用于各類的車床。

（三）導(dǎo)軌截面形狀的選擇與間隙的調(diào)整?；瑒?dòng)導(dǎo)軌具有非常大的優(yōu)點(diǎn)，例如滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單且接觸剛度足夠大。但缺點(diǎn)也很明顯，例如摩擦阻力較大，磨損也很快。但是由于在這次車床運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，送料速度較低，且并不容易積累切削過(guò)程中留下的殘留物。并且可以看出被加工工件為圓柱體，所以應(yīng)選擇導(dǎo)軌截面為圓形導(dǎo)軌的滑動(dòng)導(dǎo)軌，從而可以使送料過(guò)程非常順利。并且圓形的導(dǎo)軌制造非常簡(jiǎn)單，很容易獲得較高的精度，但是在工作很長(zhǎng)時(shí)間后很容易造成磨損，并且在磨損后并不容易去進(jìn)行維修。同時(shí)為了防止導(dǎo)軌發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，可以在導(dǎo)軌的圓柱表面處開(kāi)一個(gè)矩形的凹槽，這樣可以將滑動(dòng)導(dǎo)軌與振動(dòng)盤緊密連接起來(lái)。

因?yàn)樵诖舜卧O(shè)計(jì)中選擇的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，而滑動(dòng)導(dǎo)軌最基本的要求就是應(yīng)該具有良好的耐磨性，并且具有較小的摩擦因素。同時(shí)，滑動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)該具有良好的加工和熱處理性質(zhì)。但是因?yàn)檫@次的設(shè)計(jì)是能滿足批量加工的，所以應(yīng)選擇導(dǎo)軌的材料本身應(yīng)該具有良好的硬度和耐磨性。因此，經(jīng)過(guò)查閱資料可知，材料應(yīng)選擇淬火鋼。

三、振動(dòng)盤上的導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

振動(dòng)盤導(dǎo)軌的作用是使工件在振動(dòng)盤工作時(shí)，可以將工件運(yùn)送至滑動(dòng)導(dǎo)軌的開(kāi)始端，為了防止在送料過(guò)程中工件發(fā)生掉落，應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)將振動(dòng)盤上的導(dǎo)軌與振動(dòng)盤壁固定在一起。

振動(dòng)盤上導(dǎo)軌的選擇：振動(dòng)盤上的導(dǎo)軌與滑動(dòng)導(dǎo)軌不同，工件在振動(dòng)盤上做的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且可以明顯的看出轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的導(dǎo)軌是進(jìn)行環(huán)形送料的，所以它具有一定的離心力，因此，振動(dòng)盤上應(yīng)該選擇環(huán)形導(dǎo)軌。

振動(dòng)盤導(dǎo)軌上回轉(zhuǎn)截面的選擇與導(dǎo)軌間隙的調(diào)整：環(huán)形導(dǎo)軌按照截面的形狀可以分為三類，如平面環(huán)形導(dǎo)軌，錐面環(huán)形導(dǎo)軌和V形環(huán)面導(dǎo)軌。第一種導(dǎo)軌，即平面環(huán)形導(dǎo)軌的特點(diǎn)是能承受較大的載荷，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作精度較高。但是缺點(diǎn)是只能夠承受軸向載荷，必須和主軸聯(lián)系在一起才能夠使用，由主軸來(lái)承受導(dǎo)軌承受不了的徑向載荷，這種導(dǎo)軌適用于主軸定心的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌的車床。第二種導(dǎo)軌，即錐面環(huán)形導(dǎo)軌的特點(diǎn)是，可以同時(shí)承受軸向載荷與承受徑向載荷，但缺點(diǎn)是不能夠承受較大的振動(dòng)力。同時(shí)，錐面環(huán)形導(dǎo)軌一方面要保證能夠和導(dǎo)軌的表面進(jìn)行接觸，另一方面還要保證導(dǎo)軌面是與主軸在同一個(gè)水平面上，這可以看出是相當(dāng)困難的。因此，錐面環(huán)形導(dǎo)軌適用于振動(dòng)盤的直徑大于3m的立式車床。綜上所述，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該選擇第二種導(dǎo)軌，即錐面環(huán)形導(dǎo)軌。

四、建模與仿真

（一）裝配。將機(jī)床的各個(gè)零件設(shè)計(jì)好之后，對(duì)機(jī)床進(jìn)行裝配。如，對(duì)凸輪軸進(jìn)行裝配，在裝配過(guò)程中對(duì)凸輪與凸輪軸使用同軸裝配，確定好距離在進(jìn)行固定，則凸輪軸裝配完成。

（二）仿真。對(duì)機(jī)床裝配完成后，進(jìn)行仿真操作。進(jìn)入軟件后，點(diǎn)擊插入——新建運(yùn)動(dòng)算例，就可以進(jìn)入仿真頁(yè)面。首先進(jìn)行添加馬達(dá)操作。在電機(jī)模型圓柱面上進(jìn)行點(diǎn)擊，選取旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。

馬達(dá)添加完成后，在最開(kāi)始處添加建碼，對(duì)裝配體中的各個(gè)子裝配體進(jìn)行面約束，對(duì)機(jī)床進(jìn)行仿真。并且在9s處，將視角轉(zhuǎn)移至減速箱。并且采用漸變處理，對(duì)減速箱進(jìn)行消隱處理?？梢苑奖愕目闯隼锩娴倪\(yùn)動(dòng)情況。

同理，在15s處將視角轉(zhuǎn)移至刀架，同樣對(duì)其采用消隱處理進(jìn)行仿真演示，在20s處仿真結(jié)束。

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作者簡(jiǎn)介：南雷寧（1998年2月15日），男，漢族，籍貫：河北邢臺(tái)，本科，研究方向：水嘴止口的設(shè)計(jì)。