包装机械中变螺距螺杆设计与加工

攀枝花学院本科毕业设计包装机械中变螺距螺杆的设计与加工学生姓名： 魏 杰 学生学号： 201210601152 院 （系）： 机械工程学院 年级专业： 2012 级机制二班 指导教师： 周 丹 二一六年六月攀枝花学院本科毕业设计 摘要 摘 要在现代包装机械中，输送设备的螺旋输送机系统起着非常重要的作用，它对不同种类散装物体或容器，如瓶、罐、盒等呈现连续或不连续的运输方式，为按照指定的要求或工艺路线，逐个的、准确的运送到包装工位发挥了重要作用。在国内，变螺距螺杆的加工一直是一个比较难的问题，大部分变螺距螺杆的加工都是根据加工师傅的经验制造出来的，并且加工效率非常低。本文研究了三段组合式分件供送螺杆（等速度段、变加速段、等加速段） ，并建立构建螺旋槽的接触线，用于研究供送圆柱形物体的三段组合式变螺距螺杆的形成过程。其次紧接着运用所得到的接触线的数学模型，再运用计算机辅助设计（使用了 Pro / ENGINEER5.0 与 creo2.0 软件）创建一个供送圆柱形物体三段组合式变螺距螺杆的接触线，并根据接触线最终建立一个三维参数化实体模型。本文在加工工艺过程上面做了很大的改变，突破了传统加工方法的束缚，运用三维软件的自动编程功能，在四轴联动的铣削加工中心上模拟出了变螺距螺杆的加工过程。关键词：变螺距螺杆；Pro/E；Creo；三维参数化实体模型 攀枝花学院本科毕业设计 ABSTRACTABSTRACTClassified feeding screw is a modern packaging machinery in conveying system of a main conveying device, it will show a regular or irregular arrangement of the batches of objects or containers such as bottles, cans, boxes, according to the process requirements, one by one, stably supplied to the packaging station plays a key role in. In order to adapt to the supply container shape diversification, this paper studies the three section combined type feeding screw feeding elliptic cylindrical and rectangular objects, screw spiral groove of the respective forming principle, built form the respective spiral groove of the contact line, spiral line intersection and tank bottom spiral line mathematical model, and construct two a feeding screw in Pro / E three-dimensional parametric model. This paper firstly studies the commonly used three section combined type feeding screw feeding cylindrical object screw spiral groove forming process, and the establishment of form a spiral groove contact line, spiral line intersection and tank bottom spiral line mathematical model. Followed by the use of the contact line, the intersection of line and the bottom of the groove spiral helix mathematical model, studied by means of computer aided design ( using Pro / Engineer software 5 ) establish feeding cylindrical object in the three section combined type feeding screw three-dimensional parametric entity model method, and eventually established the 3D parametric solid model. Application of Pro / Engineer generated by the software part carrying spiral for 3D parametric entity model, through rapid prototyping and CNC machining center of advanced manufacturing means, directly make the feeding screw, changed the traditional manufacturing of part carrying spiral for complex modes.Key words: feeding screw；Pro/E；Creo；three-dimensional parametric model攀枝花学院本科毕业设计 目录- 1 -目录摘 要 .ABSTRACT.1 绪论 .11.1 概述.11.2 变距螺杆的研究与发展状况.21.2.1 变距螺杆在国外的发展状况.21.2.2 我国变距螺杆的发展状况.31.3 课题研究思路与内容、意义.41.3.1 课题研究的思路.41.3.2 课题研究的内容.41.3.3 课题的意义.52 建立供送圆柱形物体的变螺距螺杆数学模型 .62.1 变螺距螺杆的螺旋线组成分析.62.2 变螺距螺杆螺旋线形式的确定.62.3 变螺距螺旋线相关公式的推导.72.3.1 螺杆变加速度段运动规律.82.3.3 螺杆等加速度段运动规律.92.3.3 螺杆各组成段运动规律小结.103 供送圆柱形物体螺杆 CAD 辅助设计 .123.1 供送圆柱形物体螺杆建模软件的选择.123.2 供送圆柱形物体螺杆螺旋槽面数学模型.123.3 参数的设置.123.4 螺旋线的生成.133.4.1 等速度段接触螺旋线的生成.133.4.2 变加速段接触螺旋线的生成.143.4.3 等加速段螺旋线的生成.143.4.4 三段式螺旋曲面的生成.154 分件供送螺杆的加工 .184.1 变螺距螺杆的加工方法.184.2 变螺距螺杆加工方法的特点.204.3 装夹方法.214.3.1 变螺距螺杆在加工中心上的装夹方法.214.3.2 变螺距螺杆的普通铣床专用夹具设计.224.3.3 变螺距螺杆最终装夹方法的确定.274.4 设备及刀具选择选择.284.5 选择毛坯，确定毛坯尺寸.284.6 选择加工方法，制定工艺路线.294.7 工序设计.294.8 确定切削用量及基本时间及数控工序卡与刀具卡.305 基于 Pro/E 变螺距螺杆的模拟加工 .35攀枝花学院本科毕业设计 目录- 2 -5.1 Proe/ CAM 的功能和特点.355.2 数控程序的编制方法.365.3 Pro/E 自动编程总体方案的确定.365.4 Pro/E 自动编程的具体步骤.375.51 工件模型的建立.375.52 工件的加工参数设置.395.53 演示刀具轨迹.445.54 数据后置处理.45结论 .46参 考 文 献 .47附录 (数控加工程序部分代码) .48附录 (变螺距螺杆模型样品图) .52致谢 .53攀枝花学院本科毕业设计 1 绪论11 绪论1.1 概述分件供送螺杆（简称变螺距螺杆）是一个现代化的包装机械最核心的一部分，一个输送系统重要的输送装置，它会显示出瓶，罐，盒等散装物体或容器的定期或不定期的安排等，根据一个给定的进程发送包装领先的关键构件，人们常常生动地形容其是自动生产线的咽喉部位 1。如图 1.1 所示就是一种很有代表性的包含分件供送螺杆的包装输送装置，它可以用来分件供送主体部分为圆柱形物体或某些异形的物体的包装容器。总的输送装置主要由进口缓冲板 1、分件供送螺杆 2、固定弧形导板 3、输送链带 4、星形拨轮 5 和平动感应导板 6 等组成 2。输送装置，分进料螺杆主机的工作，定期发送集装箱或其他分立刚性项目（主要是集装箱，软，硬质材料盒等）的主要功能，所以，集装箱运输的只要给定，根据到一定的间距，并安排到一个队列，进入主机操作系统领域所需的状态和速度。螺杆传输服务，定期，经常化，高速地面运输到灌装机，以便到主机，从无序到有序的容器，按照一定的时间间隔，定期明星拨轮运输容器经营面积，在此过程中，发挥分进料螺杆排序的作用，必须变螺距设计，所以我们有部分发送称为可变螺距螺旋螺杆如图 1.1 所示 3。图 1.1 变螺距螺杆分件示意图1-进口缓冲板；2-分件供送螺杆 ； 3-固定弧形导板 ；4-输送链带； 5-星形拨轮； 6-平动感应导板 攀枝花学院本科毕业设计 1 绪论2图 1.2 变螺距螺杆随着高速包装机械的过程，以适应迅速变化中的容器，在发展过程中继续不断发展，分件螺杆设备的实际使用发送不断移动中的高速性，多样性，普遍性和准确性以及稳定性的更高的要求。同时，与快速发展的制造业和先进的数控加工技术，加工和制造子供送螺丝也比较方便。因此，为了提高包装产品的竞争力，扩大在包装机械和该领域的项目包装的关键环子送料螺杆送螺旋输送机设备仍然是我们一起研究的重点计算机技术的发展，研究将越来越多，越来越广泛 4。1.2 变距螺杆的研究与发展状况1.2.1 变距螺杆在国外的发展状况国外有关变距螺杆设计和加工方法的报告很少见，以德国，日本，美国和其他国家为代表，有为数不多的几家公司展开了这方面的研究工作，目前日本，美国在变距螺杆的理论，加工制造及其应用方面的研究处于世界领先水平 5。在螺杆螺旋设计方面国外已获得用计算机辅助设计可变螺距螺旋的先进 CAD 技术，包装机械系列产品生产的一个很好的学习例子是在单头螺旋螺杆，双头螺旋和阿基米德螺旋双梯螺旋式供送螺杆制造过程中，国外使用精密数控加工变距螺杆，大大提高加工螺杆的效率，并不断降低成本，提高经营实力，加工精度也是有保证的，并改善制造企业的管理水平和信息化建设，利用计算机仿真技术，减少了螺杆和新产品开发周期并缩短了其设计周期;同时提高了螺距螺杆的通用性，以适应产品变化，设计具有良好的柔韧性，以满足生产的需要，最大限度地分析攀枝花学院本科毕业设计 1 绪论3螺杆的受力，使物品发送过程是稳定的，以避免传输碰撞的损害，并提高了螺杆的使用寿命。这些都为间距发送螺杆技术的发展和应用作出了重大贡献 6。1.2.2 我国变距螺杆的发展状况中国在变距螺杆方面的研究水平与国外相比，还有一定的差距。目前，中国螺杆输送装置以下几个方面：（1）中国的大国外产品螺距螺杆设计和加工技术的差距已取得了很大成绩，但与国外产品相比，仍然有一个大的技术差距。（2）技术水平低主要表现在可靠性方面是差，技术更新缓慢，新技术，新工艺，新材料的应用较少。（3）现状：我们的包装机械制造企业绝大多数是中小企业，基本上不具备研发能力，产业研究和开发能力，主要技术依赖于国外产品的自主知识产权 7。近些年来,由于技术的发展,出现了一些新的加工变螺距螺杆的方法,比较典型的有四坐标联动数控铣床加工法。四坐标联动数控铣床可以减少夹具使用量、降低刀具成本和提高加工精度,因此国内越来越多的机械加工企业开始采用四坐标联动铣床。四坐标数控铣床是在三坐标数控铣床上增加一个数控回转工作台。另外,还有车削中心加工法。车削中心是一种以车削加工模式为主、添加铣削动力刀头后又可进行铣削加工模式的车、铣合一的切削加工机床。这种方法可以相对容易地加工出变螺距螺杆,其优点是可以保证加工精度、减少工件在制品和提高加工效率等 8。中国变螺距螺杆研究起步较晚，近年来因为分件供送螺杆在包装行业的重要地位，国内许多院校，科研机构和学术研究者已经投入到变螺距螺旋线的研究工作中，为我们的变螺距的高速发展做出了巨大的发展贡献，实践表明，这些研究成果的学术突破性，创新性和实用性，已促成中国包装工业的发展 9。然而，螺距螺杆的数学模型是完美的，不同形状的设计方法供送的螺旋形瓶有待提高，因此，在此基础上，还应扩大螺距螺杆的研究 10。1.2.2 变螺距螺杆加工方法的发展趋势随着计算机的迅猛发展,将会极大地推进数控机床的前进步伐,用四坐标数控铣床和车削中心等多种多坐标数控机床来加工变螺距螺杆,将会逐步取代传统加工方法,成为主流的加工方法 11。攀枝花学院本科毕业设计 1 绪论41.3 课题研究思路与内容、意义1.3.1 课题研究的思路课题的研究思路如图 1-3 所示，利用模拟加工与实际测量结果相结合的方法，从变距分件供送螺杆的设计与加工技术两方面展开研究。图 1.3 课题研究思路1.3.2 课题研究的内容（1）根据供送对象和物体的形状（包括椭圆形，矩形对象的原则） ，进料螺杆螺旋槽形成，而引进的三段组合式，在最常用的基础上，采用模块化螺旋线（等速度段、变加速段、等加速段）建立参数模型合适的供送螺杆三维的接触线的段相结合，通过计算机辅助设计，以创建一个螺旋槽底部接触螺旋线的数学公式 12。（2）根据建立的接触螺旋线的数学公式，通过计算机计算机辅助设计（主要是使用 Pro / E 软件）分别相结合三段接触线，并建立供送螺杆的三维参数化实体模型。（3）使用 CAD 软件生成的分件螺杆螺杆的三维参数化实体模型直接通过快速原型攀枝花学院本科毕业设