水嘴止口自動車床設(shè)計與運動仿真

南雷寧 關(guān)志剛

摘 要：本次設(shè)計是水嘴止口自動車床設(shè)計與運動仿真，水嘴止口自動車床是制作水嘴寶塔的中間環(huán)節(jié)，機床流程簡單，只需要將工件進行車削，這一道工序就可以完成。該車床是由機架，電機，主軸，凸輪軸，夾具，皮帶，送料機構(gòu)等制作完成。可以整體分為送料機構(gòu)和主機兩部分。送料機構(gòu)主要是振動盤和導(dǎo)軌的設(shè)計，主機主要是電動機的選擇，主軸和凸輪軸設(shè)計，夾具設(shè)計，傳動裝置設(shè)計，刀具與刀架設(shè)計以及蝸輪蝸桿設(shè)計。在仿真過程中，需要進行三維實體的建模，虛擬裝配，再進行仿真。其中，需要運用到SOLIDWORKS等三維軟件，這無疑加強了對軟件的應(yīng)用能力，并且相對于傳統(tǒng)古老的車床，此次設(shè)計中的車床無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度，在工廠中具有很大的實用性。

關(guān)鍵詞：凸輪軸;主軸 ;裝配;電機

一、車床總體設(shè)計

（一）車床的總體設(shè)計方案

1車床的運動方式。如圖所示，可以通過機床的運動簡圖確定車床的運動方式。

電動機傳遞動力有兩個方向：（1）電動機→主軸，通過V帶傳遞。（2）電動機→凸輪軸，一開始通過V帶傳遞，后來通過鏈條傳遞，在通過一級V 帶傳動后，再通過變速箱改變力的方向，變速箱使用圓柱直齒輪傳動，輸出部分由鏈條傳動到中間軸，再由蝸輪蝸桿減速傳動到凸輪軸，凸輪軸上分別有控制刀架運動、控制夾緊裝置、控制自動送料機構(gòu)的三個凸輪， 并且凸輪是采用彈簧力鎖合的方式，所以在從動件上都設(shè)有回位彈簧。

2確定傳動路線。到凸輪軸：電動機→帶傳動→變速箱→鏈傳動→蝸輪蝸桿傳動→凸輪軸到主軸：電動機→一級帶傳動→二級帶傳動→主軸。

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

零件長度為 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.加工長度為 5mm 。

所以，刀架上應(yīng)安裝兩把車刀，一把控制零件的長度，一把對零件進行車削。

二、自動送料機構(gòu)的設(shè)計

（一）導(dǎo)軌設(shè)計方面的要求。導(dǎo)軌是為工件的送料進行設(shè)計的，設(shè)計時，導(dǎo)向精度必須足夠才能滿足機床的要求。導(dǎo)軌將工件送至機械手處，在送料過程中，必須滿足將工件平穩(wěn)，準確的送達。并且設(shè)計的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)應(yīng)該比較簡單 ，以便于進行調(diào)整。再者，導(dǎo)軌應(yīng)具有足夠的潤滑作用，可以將工件運送時盡可能的減少摩擦。

（二）導(dǎo)軌的選擇。根據(jù)工件的運動軌跡我們可以看出應(yīng)該選擇設(shè)計直線導(dǎo)軌，車床只需要將工件進行簡單的運送，送料的方式并不復(fù)雜，只需要依靠動力，工件可以從振動盤由于自身的重力到達送料口。不需要進行復(fù)雜的設(shè)計。但是要考慮到工件滑落時會受到摩擦力，綜合考慮，應(yīng)該選擇滑動導(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。滑動導(dǎo)軌具有非常大的優(yōu)點，例如滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)比較簡單且接觸剛度足夠大。但缺點也很明顯，例如摩擦阻力較大，磨損也很快。但是由于在這次車床運動過程中，送料速度較低，且并不容易積累切削過程中留下的殘留物。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)軌的滑動導(dǎo)軌，從而可以使送料過程非常順利。并且圓形的導(dǎo)軌制造非常簡單，很容易獲得較高的精度，但是在工作很長時間后很容易造成磨損，并且在磨損后并不容易去進行維修。同時為了防止導(dǎo)軌發(fā)生轉(zhuǎn)動，可以在導(dǎo)軌的圓柱表面處開一個矩形的凹槽，這樣可以將滑動導(dǎo)軌與振動盤緊密連接起來。

因為在此次設(shè)計中選擇的是滑動導(dǎo)軌，而滑動導(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，滑動導(dǎo)軌應(yīng)該具有良好的加工和熱處理性質(zhì)。但是因為這次的設(shè)計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)過查閱資料可知，材料應(yīng)選擇淬火鋼。

三、振動盤上的導(dǎo)軌的設(shè)計

振動盤導(dǎo)軌的作用是使工件在振動盤工作時，可以將工件運送至滑動導(dǎo)軌的開始端，為了防止在送料過程中工件發(fā)生掉落，應(yīng)該在設(shè)計時將振動盤上的導(dǎo)軌與振動盤壁固定在一起。

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

振動盤導(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)軌的特點是能承受較大的載荷，并且結(jié)構(gòu)簡單，工作精度較高。但是缺點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)軌的特點是，可以同時承受軸向載荷與承受徑向載荷，但缺點是不能夠承受較大的振動力。同時，錐面環(huán)形導(dǎo)軌一方面要保證能夠和導(dǎo)軌的表面進行接觸，另一方面還要保證導(dǎo)軌面是與主軸在同一個水平面上，這可以看出是相當困難的。因此，錐面環(huán)形導(dǎo)軌適用于振動盤的直徑大于3m的立式車床。綜上所述，在這次設(shè)計過程中，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。將機床的各個零件設(shè)計好之后，對機床進行裝配。如，對凸輪軸進行裝配，在裝配過程中對凸輪與凸輪軸使用同軸裝配，確定好距離在進行固定，則凸輪軸裝配完成。

（二）仿真。對機床裝配完成后，進行仿真操作。進入軟件后，點擊插入——新建運動算例，就可以進入仿真頁面。首先進行添加馬達操作。在電機模型圓柱面上進行點擊，選取旋轉(zhuǎn)馬達。

馬達添加完成后，在最開始處添加建碼，對裝配體中的各個子裝配體進行面約束，對機床進行仿真。并且在9s處，將視角轉(zhuǎn)移至減速箱。并且采用漸變處理，對減速箱進行消隱處理。可以方便的看出里面的運動情況。

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

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