0057-機械式測刀儀設計

0057-機械式測刀儀設計,機械式,測刀儀,設計 開題報告 姓 名： 翟林虎 設計題目： 機械式測刀儀設計 一、 選題背景、研究意義及文獻綜述 1選題背景 三軸聯動加工中心類機床作為現代化的機械加工設備，已廣泛應用于機械加工的各個領域，包括機床、模具、汽車、航空航天等等。作為加工中心的主要輔助設備———測刀儀已廣泛地與加工中心配套使用。其作用是測量加工中心類機床所用刀具的切削刃跳動與刀具分別裝在刀柄上后，各把刀具的長短差值等，以提高零件的加工精度，節(jié)約機床的加工時間。目前國內外普遍采用的是數控光學測刀儀，精度高、價格貴。作為一般精度的加工，機械式測刀儀也有一定的應用。 我校在先進制造技術實驗室建設中，購進了美國HAAS公司的VF-3立式加工中心，目前尚未配備數控光學測刀儀，鑒于以教學為主、滿足一般精度零件的加工的需要，及原理展示的教學需要，擬定此題目。 2研究意義 （1）通過機械式測刀儀的設計，使我們綜合運用已學到的知識，結合實踐培養(yǎng)自己的設計構思和創(chuàng)新能力，對所掌握的專業(yè)知識進行一次綜合性的實用鍛煉。 （2）通過這個實用工程的設計的訓練，初步掌握工程設計的基本步驟和方法，為將來從事相關工作打下堅實的基礎。 （3）通過結構設計，熟悉產品機械零件的設計過程和參考書的應用。 3文獻綜述 關于測刀儀方面的文獻，多為制造廠家的內部設計圖紙以及一些產品樣本上的圖片和規(guī)格參數。 本設計題目涉及的機械式測刀儀與光學測刀儀原理相同，較為詳細具體的資料僅有機械測刀儀生產廠家有，其中蘇州怡信光電科技有限公司機械測刀儀產品樣本上面的一些參數、圖片如圖1和表1所示。另據資料介紹，機械式側刀儀測刀儀原理如圖2所示。 功能主要如下： （1）測量刀具的徑向值和長度；（2）設置零位坐標；（3）設置線性補償或非線性補償；（4）設置數軸方向；（5）數軸可清零或中分；（6） 可在30、40、50刀具之間切換。 圖1：怡信 ET-300H對刀儀 表1 ET-300H機械式對刀儀參數 ET-300H機械式對刀儀 · 長軸測量范圍： 0-300mm · 測量半徑： 0-150mm · 重復測量精度： ±0.003mm · 設置精度： ≤4u · 顯示精度： 0.001mm · 同心度： 0.004mm · 標準刀柄： ISO： 30 40 50 BT： 30 40 50 · 錐孔錐度 7：24 儀器特點：1.結構簡單，維護方便。 2.性能穩(wěn)定，精度高，經濟性好。 3.適用于只測量直徑和高度的用戶，即完成X軸、Y軸兩個方向的測量；4.在X軸方向上測量刀具的徑向值，在Y軸方向上檢測刀具的長度，是一種方便的檢測工具；5.測量觸頭與刀尖接觸壓力小，有效保護切削刃。 圖2 測刀儀原理圖： 1 滑塊 2 立柱 3 滑臺 4 底座 5 水平導軌座 6 水平導軌 7 主軸壓蓋 8 蝸桿 9 蝸輪 10 擋圈 11 軸承 12 刀柄套 13 刀柄 1 4 刀具 15 千分表 二、 研究的基本內容，擬解決的主要問題 1設計內容： （1） 主參數的確定 （2） 結構方案的確定； （3） 裝配圖、零件圖的繪制； （4） 設計說明書的編寫； 2．擬解決的主要問題： 完成機械式側刀儀的結構設計，達到一般精度零件加工對刀測量和教學演示的目的。具體指標如下： 要求設計的測刀儀能夠測量直徑Φ4—Φ160銑刀的切削刃徑向和端向跳動及長度與直徑差，滿足基本測量精度的要求。 三、 研究步驟、方法、工作進度 4月3日—4月10日 準備階段：熟悉課題內容，準備相關資料，收集產品樣本。 4月11日—4月23日 設計階段：完成主參數的確定、結構方案的確定、零件的結構分析、繪制裝配圖，設計零件。 4 月24日—5月21日 修改階段：修改設計、零件裝配的技術要求、裝配工藝、文件目錄等。 5月22日—6月10日 答辯準備階段：編寫設計說明書、準備答辯資料、答辯。 四、 要參考文獻 1 《機械零件設計手冊》 機械工業(yè)出版社 2 《數控刀具產品樣本》 成都英格或其它廠家 3 《機床夾具設計圖冊》 4 《機械工藝師手冊》 5 《機械制圖》 國家標準 6 《公差與配合》國家標準 7 《現代精密儀器設計》 清華大學出版社 8 《機械工程材料》。許德珠。第二版。 北京：高等教育出版社，2001 9 《機械設計基礎》。鄧昭銘。第二版。 北京：高等教育出版社，2000 10 《數控技術》。中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編北京：機械工業(yè)出版社，2001 11 有關2D、3D設計資料，如AutoCAD、ProEngineer，機械設計、機械制造、機械制圖、公差配合與測量、數控加工方面的教材。 指導教師意見 簽名 年 月 日 論文指導委員會意見 簽名 年 月 日 6 畢業(yè)設計說明書 畢 業(yè) 設 計 題 目： 機械式測刀儀設計 系 別： 機械電子工程系 目 錄 一、課題名稱……………………………………………………………3 二、本課題設計來源及目的與要求……………………………………3 三、設計內容……………………………………………………………3 1、確定主參數………………………………………………………3 2、確定機械測刀儀方案，進行結構設計…………………………5 3、垂直導軌的比較設計及方案確定………………………………6 4、具體的零件設計…………………………………………………6 四、機械測刀儀安裝工藝………………………………………………12 五、總結…………………………………………………………………13 摘要： 加工中心等多軸聯動的數控加工機床已廣泛地應用于機械加工的各個領域，作為加工中心的主要輔助設備——測刀儀已廣泛地與加工中心配套使用。本文論述了機械式測刀儀設計過程中零部件設計方案的比較和零件設計計算的過程。 關鍵詞：機械式側刀儀 設計 裝配 Summary : Machining center,etc. numerical control that many axle link process lathe apply machined all field to widely already, as the main auxiliary equipment of the machining center - -Examine one one hundred sheets of appearances to already widely use with the machining center together. This text expound the fact machinery type examine one hundred sheetses of appearance design process spare part comparison and part of design plan design the course calculated. Keyword: Machinery type side knife appearance Design Assembly 機械測刀儀設計說明書 一、課題名稱： 機械式測刀儀的設計 二、本課題設計來源及目的與要求 1、任務來源： 三軸聯動加工中心類機床作為現代化的機械加工設備，已廣泛應用于機械加工的各個領域，包括機床、模具、汽車、航空航天等等。作為加工中心的主要輔助設備———測刀儀已廣泛地與加工中心配套使用。其作用是測量加工中心類機床所用刀具的切削刃跳動與刀具分別裝在刀柄上后，各把刀具的長短差值等，以提高零件的加工精度，節(jié)約機床的加工時間。目前國內外普遍采用的是數控光學測刀儀，精度高、價格貴。作為一般精度的加工，機械式測刀儀也有一定的應用。 我校在先進制造技術實驗室建設中，購進了美國HAAS公司的VF-3立式加工中心，目前尚未配備數控光學測刀儀，鑒于以教學為主、滿足一般精度零件的加工的需要，及原理展示的教學需要，擬定此題目。 2、目的： 畢業(yè)設計是我們對大學三年所學知識的綜合練習，通過畢業(yè)設計使我們綜合運用已學到的知識，結合實踐培養(yǎng)自己的設計構思和創(chuàng)新能力。通過該題目的設計，使我們運用已學過的高等數學、工程力學、機械制圖、計算機基礎知識、計算機輔助設計與分析，先進設計與制造方法等專業(yè)技術知識，利用AutoCAD/PROENGINEER等軟件與手工繪圖相結合，完成我校先進制造技術實驗室調整數控刀具用的機械式測刀儀的設計。 通過實用工程的設計使我們掌握工程設計的基本步驟和方法，為將來從事相關工作打下堅實的基礎。 3、要求： 設計繪制了機械測刀儀的給定的的七套圖紙，一套裝配圖、六套零件圖、以及零件和裝配的技術要求、裝配工藝、文件目錄等。 三、設計內容： 1、確定主參數 我校購進的美國HAAS公司的VF-3立式加工中心，其行程（1016x508x635mm），工作臺（1219x457mm），定位精度-0.0051~+0.0051mm，重復精度-0.0025~+0.0025mm，使用標準的BT40錐度的刀柄，提供20刀位刀庫，這里采用BT40xSOM6-60，其標準配置最大刀具直徑為全裝D=160mm. L=152.4.mix=60mm,max=250mm,最大高度行程H=60~250mm,所以可以確定滑臺的水平行程為d=0~80mm+(5~10)mm和滑塊的高度行程 h=60-(5~10)mm~250+(5~10)mm.見圖2, 刀柄尺寸圖見圖1: 圖1 刀柄尺寸圖 Dmin=4mm、Dmax=160mm、Hmin=60mm、Hmax=250mm 圖2 2、確定機械測刀儀方案，進行結構設計 機械測刀儀器底座的作用是安裝主軸，再在主軸上安裝刀柄和刀具。當測刀儀在測量刀具時由于刀尖部位與千分表指針（垂直和水平方向）并不會時刻在同一水平線上，所以必須設計主軸的轉動，（主軸的轉動可以與滾動軸承配合）從而帶動刀柄（刀尖）的轉動，使其在同一水平線上。手輪跟蝸桿連接，并使蝸桿隨著手輪的轉動而轉動，同時設計一個蝸輪，與蝸桿配合，使其隨著蝸桿轉動，并把主軸安裝在蝸輪上，在蝸輪上設計一個鍵槽與主軸配合。所以，主軸的轉動就可以全靠手輪的搖動。 刀尖可以隨著手輪的轉動而轉動，所以我們總能使刀尖定位在某一固定的水平方向線上，（該方向線與水平千分尺指針在同一垂直面上，并通過主軸圓心）； 在垂直方向線上，千分表指針只要對準這一固定的水平方向線就行了；我們設計的時候只要保證垂直滑座只可以在垂直方向上上下移動，在Y軸其他方向上限制就行了，只保留一個自由度。 同時，由于刀具直徑都不一樣，所以在固定的水平方向線上，必須保證千分表指針能移動，其移動范圍為（d=0~80+(5~10)mm）；所以必須設計一個能橫向移動的水平導軌座帶動（水平滑座，垂直導軌，垂直滑座）來保證指針的移動。 這樣，測量刀具刀尖的時候就可以在兩個方向上進行調節(jié)，從而有效的進行測量。 具體結構參考圖3。 圖3 1 滑塊 2 立柱 3 滑臺 4 底座 5 水平導軌座 6 水平導軌 7 主軸壓蓋 8 蝸桿 9 蝸輪 10 擋圈 11 軸承 12 刀柄套 13 刀柄 1 4 刀具 15 千分表 3、垂直導軌的比較設計及方案確定： 在設計垂直導軌機構時所考慮到的有下面三種方案： 方案一： 如圖4所示，1所示部分為扁平形狀，其它形狀均為圓形，其側面圖見2部分，1部分將與水平滑座配合，它的形狀決定了該垂直導軌將不會轉動。但因為其形狀的特殊性，決定了水平滑座內孔的特殊性。 方案二： 如圖5所示，固定塊通過開曹防脫螺釘與該垂直導軌在3部分相連接，3部分為正方形，見側面圖4部分，該設計同樣考慮到其他部分均為圓形的情況下，保證了該垂直導軌不會因此而轉動。同樣的，固定塊內孔也必須設計成與3部分配合的正方形。 方案三： 如圖6所示，5所示部分為扁形，其側面圖見圖6部分，其它部分均為圓形，6部分的形狀同樣具有上面兩種方案的功能，保證垂直導軌不會轉動。 最后我們選擇了方案三，方案二和三與水平滑座的連接是一樣的，雖然其1部分都是圓形，但都有其它措施保證了設計要求，即保證垂直導軌不轉動。不同的是兩者與固定塊的連接方法，方案二中的垂直導軌加工復雜，不及方案三簡單；方案一和三，其1部分和5部分不一樣，從節(jié)省材料方面來看，方案三更節(jié)省。同時方案一對水平滑座的內孔有要求，須與方案一配套，這樣對水平滑座的設計加工要求更復雜；而方案三只要求與之配合的垂直導軌和水平導軌的內孔為圓形就行了；另一方面，方案中的5部分必須與滾花螺釘反復緊固，這樣一來，5部分就會產生變形，垂直導軌與垂直滑座的配合就出現了問題，保證不了精度?？偟膩碚f，方案三材料節(jié)省，設計加工簡單，并且符合要求，保證精度。 4、具體的零件設計： 首先，我們先對機械測刀儀的結構進行了大致的了解。其基本結構，包括底座，水平導軌座，水平導軌，水平滑座，垂直滑座，垂直導軌，主軸壓蓋，固定塊，側壓蓋，手輪，手輪柄，鎖緊螺母，防松墊圈，主軸，蝸輪，蝸桿。 1）底座： 在設計之初，我對我校VF-3B立式加工中心所用各種常用刀具的規(guī)格和刀柄尺寸進行了分析，確定了測刀儀的測量范圍，如測量高度行程、測量直徑行程、最大跳動行程、最小跳動，并對數據進行了記錄，比較。并最終確定了現在的方案，它既符合了設計的要求，實現了機械測刀儀的測量刀具的要求?，F在我對底座進行了一些數據上的說明，來說明設計底座時的思路。 底座的設計不僅要保證支撐穩(wěn)定，而且要保證各個零件與之配合的合理性，即保證配合的穩(wěn)固程度。 1．底座的支撐采用螺母和調平螺釘來調整整個機械測刀儀的水平平衡。 2．該底座的長度必須大于主軸壓蓋直徑150mm+壁厚+水平導軌長度之和，底座的寬度大于主軸壓蓋直徑150mm+壁厚，底座的高度應保證空間合理，以使主軸、渦輪、蝸桿等零件保持合理的體積，同時要大于刀柄高度。 設計底座時，底座上面必須保證可以合理安裝主軸壓蓋，主軸壓蓋直徑為150<152，主軸內孔直徑必須大于主軸壓蓋最大直徑65>63，各留2mm作為裝配空隙。同時在底座側面必須設計一個可以安裝蝸桿的側壓蓋。同時配合各零件的安裝尺寸，從整體上勾畫出底座的尺寸，經過不斷的修改，從而得出了我較為滿意的底座方案。 具體的尺寸見圖7，圖8。 圖7 圖8 2）蝸桿，蝸輪： 蝸桿，蝸輪是機械測刀儀整體框架中的重要部分，蝸桿保證著蝸輪的運動，同時確定與蝸輪緊固聯接的主軸的運動，從而帶動刀具（刀尖）的運動，實現測量。利用手輪對鍵的鈕矩，產生軸向的力，作用于蝸桿，從而使蝸桿發(fā)生轉動。 1 .采用標準標注: 8b GB/T 10089-1998，確定 模數m=2.5, 直徑系數q=11.2 蝸桿頭數z=1，蝸輪齒數Z2=36， 傳動筆i=1：36 齒頂高系數1，齒根高系數0.2 壓力角α=20度 所以： 蝸桿分度圓直徑d1=mq=28 蝸輪分度圓直徑d2=mz=90 中心距a=m/2(q+Z2)=59 蝸桿螺紋部分長度b1=(11+0.06Z2)m=60 蝸桿齒頂圓直徑da1=m(q+2)=33 蝸桿齒根圓直徑df1=m(q-2.4)=22 Sx=3.927 Px=7.854 頂隙C=0.2m=0.5 蝸輪齒頂圓直徑da2=m(z2+2)=95 蝸輪最大外圓直徑de2=da2+2m=99 蝸輪齒根圓直徑Df2=m(z2-2.4)=84 b=20 Rg2=11.5 2．因為底座寬度為180mm，所以蝸桿的長度必須大于180+15+空隙+螺紋長度，便于一側安裝手輪，同時在一側設計一個鍵槽使其與手輪緊固連接。這里L蝸桿=227mm。見圖9 圖9 蝸桿 3．因為該蝸輪要與主軸相配合，而與之配合的主軸直徑為50mm，所以設計蝸輪的內孔直徑為50mm，為了實現主軸隨蝸輪轉動而轉動，所以必須在兩者之間設計一個鍵槽，把鍵放進去的時候就可以實現兩者的緊固連接，蝸輪轉動，通過鈕矩，帶動主軸轉動，實現該功能。 見圖10 圖10 蝸輪 3）固定塊： 固定塊的主要目的是固定住兩根垂直導軌，使其不移動，提高測量精度。固定塊的設計與垂直導軌，垂直滑座互相聯系，兩根垂直導軌的距離決定了固定塊兩孔的距離，孔的直徑也由垂直導軌的直徑決定，同時在兩孔上方設計開槽防脫螺釘孔。見圖11 圖11 4）垂直導軌： 垂直滑座可以在垂直導軌上上下移動，而安裝在垂直滑座上的千分尺隨著垂直滑座的移動而上下移動，垂直導軌的作用是便于安裝在垂直滑座上的千分尺可以上下移動，垂直導軌的直徑設計為20mm，為了保證垂直導軌不產生旋轉，所以設計主體部分采用扁圓形，其下方尺寸較小并與水平滑座緊固連接，用螺冒緊密配合，防止松脫；上方與固定塊連接，配合開槽防脫螺釘。 見圖12 圖12 5）垂直滑座： 垂直滑座是機械測刀儀中的重要的部分，千分尺就安裝在上面，其兩內孔與垂直導軌配合，兩旁分別安裝滾花螺釘使其穩(wěn)固，。其延長部分主要是用來安裝千分尺，分別在水平和垂直方向，千分尺通過在延長部分上的內孔2向下探出表頭，其中滾花螺釘穿過1產生拉力使千分尺在2處固定，3部分是工藝要求，保證拉力產生的變形作用在3部分上。 見圖13 圖14 圖15 圖16 圖13 圖14 圖15 圖16 設計小結：螺釘在聯接中起著重要的作用，對零件的緊固和防松起著重要作用，其它各部分的聯結也必須保持著相對的穩(wěn)定，該機械測刀儀缺少潤滑裝置，大多在聯接上采用最原始的磨擦緊固，.對整個機械測刀儀的壽命影響會很大，所以在使用當中須多用潤滑劑。 五、機械測刀儀安裝工藝： 在機械測刀儀器的所有零件制造完成后，就要開始把散件安裝組成一個完整的整體了，安裝機械測刀儀器的步驟：（見裝配圖） 1） 水平滑座6與垂直導軌9安裝在一起配裝，用彈簧墊圈3和螺母2固定。 2） 把安裝在一起的水平滑座6與垂直導軌9，通過水平滑座6 與水平導軌5相聯結。 3） 把按照（2）步驟聯結在一起的組合與水平導軌座4一起安裝在底座1上。 4） 把水平導軌座4通過四個圓柱頭螺釘27和兩個內螺紋圓錐銷18固定在底座1上。 5） 將緊定螺釘29安裝在水平導軌座4上。 6） 圓錐滾子軸承19裝入底座1。 7） 深溝球軸承26裝入底座1。 8） 將主軸壓蓋10安裝在底座1上面，并用四個圓柱頭螺釘27固定。 9） 將鍵22與蝸輪24配合在一起 10） 裝入主軸23并通過套33，接著通過配合在一起的普通平鍵22與蝸輪24。 11） 接著通過防松墊圈21和鎖緊螺母20，將鎖緊螺母20擰緊。 12） 將手輪柄17裝入手輪16。 13） 把側滑蓋14裝入底座1，并用四個圓柱頭螺釘27固定。 14） 將套32裝入蝸桿25。 15） 裝入蝸桿25并與蝸輪24吻合。 16） 裝入普通平鍵15在蝸桿25上，并把手輪16，同時安裝上去，墊上彈簧墊 圈，用螺母2將其擰緊。 17） 將垂直滑座8套入垂直導軌9上。 18） 將滾花螺釘28裝入垂直滑座8上。 19） 用固定塊12將垂直導軌9固定住，并用開槽防脫螺釘11固定。 20） 將水平千分尺13套入垂直滑座上，并用滾花螺釘7固定。 21） 將螺母30和調平螺釘31裝入底座。 六、總結： 這次設計是我們對大學三年所學知識的綜合練習。在設計時我們綜合運用已學到的知識，如機械制圖、計算機基礎知識、計算機輔助設計與分析，先進設計與制造方法等專業(yè)技術知識，利用AutoCAD等軟件，在實踐中培養(yǎng)自己的設計構思和創(chuàng)新能力。在這次設計中，我學到了很多東西。設計過程中，我碰到了很多難題，許多以前沒有掌握的知識也在本次設計中重新掌握，同時也對新的知識有了一定的認識，它使我明白了自己所欠缺的，以及在以后工作中要注意學習的地方。 本次畢業(yè)設計讓受益匪淺，最后要感謝各位老師的悉心指導。 參考資料： 1 《機械零件設計手冊》 機械工業(yè)出版社 2 《數控刀具產品樣本》 成都英格或其它廠家 3 《機床夾具設計圖冊》 4 《機械工藝師手冊》 5 《機械制圖》 國家標準 6 《公差與配合》國家標準 7 《現代精密儀器設計》 清華大學出版社 8 《機械工程材料》。許德珠。第二版。 北京：高等教育出版社，2001 9 《機械設計基礎》。鄧昭銘，張瑩。第二版。 北京：高等教育出版社，2000 10 《數控技術》。中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編。 北京：機械工業(yè)出版社，2001 11 有關2D、3D設計資料，如AutoCAD、ProEngineer，機械設計、機械制造、機械制圖、公差配合與測量、數控加工方面的教材。 15