毕业设计铣床变速机构的原理及主要零件设计

1、毕业设计（论文）评语：毕业设计（论文）总成绩：毕业设计（论文）答辩负责人签字： 年 月 日摘要本机构组要由操纵件、传动件和执行件组成。由操纵件手轮控制传动件从而带动执行件中的拨叉和滑块的运动，拨叉和滑块则能带动主轴箱中的双联齿轮和三联齿轮与相应的齿轮啮合，使机构得到六级的转速。虽然，操纵机构不直接参加机床的工作运动，与机床的精度和刚度等也无直接影响，但是它将影响机床三维工作性能的发挥和工人的劳动强度。因此，设计时也应足够重视。本次设计是根据操纵机构的工作原理和要求对结构中的主要零件进行设计，知道各零件的结构和作用。 本文对主轴箱操纵机构的设计主要有以下内容：1.根据毕业设计任务书中的要求和已知

2、条件分析机构的工作原理进行。2.查询相关资料对机构中各零件的尺寸进行必要的设计。3.画出机构装配的工程图和重要零件的工程图。关键词：凸轮、杠杆、滑块、摆杆、拨叉、变速、传动比、连杆、运动副目录摘要iii目录iv1.引言12.操纵机构的分析12.1操纵机构的简介12.2操纵机构的发展及发展趋势12.3操纵机构的作用32.4本课题研究的重点和意义42.5本课题研究的内容与目的43.操纵机构的设计53.1操纵机构的设计准则53.2操纵机构的组成63.3操纵机构的分类63.4本课题中操纵机构的工作原理73.5 组成操纵机构的零件与各自的作用93.6 机构中零件尺寸的设计104.设计的总结195.致谢1

3、96.参考文献201.引言 机械制造业是国民经济的基础产业，它为国民经济各部门的发展提供所需的机械、仪器、工具等机械装备。据统计，美国68%的社会财富来源于制造业，日本国民总产值的49%来自于制造业，中国的制造业也在工业产业中占有40%多的比例。可说没，有发达的制造业，就不可能有国家的繁荣与富强。因此机械制造业的发展规模和水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志之一。而机床的发展水平是机械制造业是否发达的重要标志，是反映机械制造水平高低的根本。我国机床中的代表就有ca6140普通车床。 ca6140普通车床属于通用机床，是升降台型卧式铣床，ca6140车床主要用于单件小批生产和工具修

4、理，也可用于成批生产中，是四川长征机床厂的传统产品。该机床基础铸件刚性好，精度保持性好，主轴传动和进给传动均采用18级齿轮变速，具有较宽的变速范围，因而机床具有很宽的加工范围。该铣床可以利用圆柱铣刀、端铣刀、片铣刀、角度铣沟槽刀及成形铣刀加工各种平面等，ca6140若使用万能铣头圆工作台、分度头等附件时，可以扩大机床加工范围；利用插头，还可以完成插削工作。该机床具有如此优良的性能，是因为组成机床的各部件与结构在机床工作过程中发挥着重要的作用。车床主轴箱操作机构是机床最主要的部件之一，它直接影响着机床主轴是否能正确的完成启动与停止、加速与减速。因此，需对机构中各零件进行相应的设计。为了能使设计的

5、零部件满足要求，还要对各零件进行装配与运动仿真，看机构在运动的过程中是否有干涉和其他影响变速的情况出现。2.操纵机构的分析2.1操纵机构的简介变速操纵机构是车床的重要机构之一。它被广泛地应用在c620、c620-1、ca6140等各种机床上。它的主要作用是控制床头相中滑动齿轮的不同位置，从而使车床主轴得到各种不同的转速，以适应加工不同零件的需要.车床主轴转速一般是用床头箱上三个手柄来控制,操作十分简单方便。2.2操纵机构的发展及趋势 因为机床操纵机构是机床的重要部件，所以它的发展的紧跟着机床的发展。 最原始的机床是木制的，所有的劳动力都是有人力或畜力驱动的，主要用于加工木料、石头和陶瓷制品的泥

6、坯。现代意义上用于金属加工的机床，是在18世纪中叶才发展起来的。当时，欧美一些工业发达的国家开始了从工厂手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的机器，这就推动了机床的迅速发展。随着蒸汽机的问世，1770年前后创制了镗削蒸汽机内孔用的镗床，1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了由机械代替人手的先声，不仅解放了人的双手还使机床的加工精度和生产效率产生了质的飞跃。初步形成了现代机床的雏形，也就是金属切削机床的开始。继车床之后，随着机械制造业的发展，其他机床也被陆续创造出来，到19世纪末，车床，钻床，镗床、铣床、磨床等基本类型的机床也向后形成。我国的机床工业是在1949年新中国成立

7、后才建立起来的。解放前，由于长期的封建统治和19世纪中叶后帝国主义的侵略和剥削，我国工业生产非常落后，没有独立的机械制造业，根本谈不上机床的制造，只有一些规模很小的机械厂，制造少量得皮带机床，牛头刨床和砂轮机等；1949年后全国机床产量仅1000台左右，品种不到10个。解放后，党和国家非常重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把以前的一些机械修配厂，改建为专业机床厂。在随后开展的几个五年计划期间，又陆续开建和新建了一系列机床厂，同时还先后成立了各种综合的和专业的机床研究所，开展机床设计和研究工作。 金属切削机床是一种用金属切削的方法将金属毛坯加工成零件的机器。在现代化机械制造工业

8、中，切削加工是将零件毛坯切除多余材料的方法加工成一定尺寸、形状和精度零件的主要加工方法。本世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料的出现，刀具性能不断提高和加工零件的日趋复杂，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率、增强结构刚度和主轴具有多级变速的方向发展。于此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电器、液压等技术的发展。使机床的结构、变速传动和结构得到了相应的改进。加工精度和生产效率显著提高，机床以及机床中的结构有了迅猛的发展。 科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。为了能满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床及其机构的发展也日益剧增，例如各种高效半自

9、动化机床、仿真机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊材料需要的特种机床相继问世。采用这些高度自动化和高效率的设备，尽管需要很大的初始投资以及较长的生产准备时间，但在大批大量的生产条件下，由于分摊到每个工件上的费用很少，经济效益也使非常显著的。 但是，在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件月占机械加工总量的80%以上。尤其是造船、航空、航天、机床、重型机械以及国防部门，其生产特点是批量小、改型频繁、零件的形状复杂而且精度要求高。采用专用化程度很高的自动化机床加工这类零件就显得很不合理。因为需要经常改装和调整设备，对于专用生产线来说，这种改装与调整是不可能实

10、现的。近几年来，由于市场竞争日趋激烈，为在竞争中求得生存与发展，各企业不仅要提高质量的产品，而且必须频繁的改型、缩短生产周期，一满足市场不断发展的需求。因此，即使是大批量生产，也改变不了产品长期一成不变的做法。频繁的开发新产品，使“刚性”的自动化设备在大批量生产中也日益暴露其缺点。 已经使用了的各类仿形加工机床部分的解决了小批量、曲面轮廓组成的复杂零件的加工，但在更换零件时，必须制造靠模和调整机床，不但要要耗费大量的手工劳力，还延长了生产准备周期。而且由于靠模误差的影响，加工零件的精度很难达到要求。 为了解决这些问题，来满足多品种、小批量的自动化生产。迫切需要一种灵活的通用的、能够适应产品日益

11、变化的柔性自动化机床。 数字控制机床在这样的背景下诞生于发展起来。它极其有效的解决了以上的问题，为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工的手段。由于数控技术综合运用了计算机、自动控制、精密检测等方面的技术成果。具有高柔性、高精度和高自动化的特点。因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件小批量，特别是复杂型面零件自动化加工的问题。应用数控技术是机械制造业得一次技术革命，它将引导机床及其机构继续沿着数控化方向发展。2.3操纵机构的作用 由于商家的要求和零件加工的经济效益，机床在零件加工的过程中不得不考虑零件的精度、表面粗糙度、和机床、刀具的耐用度。合理

12、的改变机床的转速可以有效的提高零件的精度和机床、刀具的耐用度。 例如，在一定的切削速度和保持连续切削的情况下，加工塑性材料时，在刀具前刀面常常粘结一块刨面呈三角形的硬块叫做积屑瘤。它的存在虽然可以增大刀具的前角，让刀具变得锋利，但是它及不稳定经常会破裂，破裂的部分随切削排除另一部分粘在加工表面上，影响工件的表面粗糙度，并且它在脱落的时候还会带走刀具表面的金属，从而加大了刀具的磨损。又如，机床在功率一定的条件下，提高转速还可以减小切削力，使机床的使用寿命延长。并且零件在粗、精加工的时候机床主轴的转速也不一样。可见，改变机床主轴的转速在零件加工的过程中有着多么重要的地位。 操纵机构是工人有效控制机

13、床主轴转速的重要部件，它的驱动是由人的手臂带动手轮的旋转。在手轮的旋转过程中，机构中的凸轮和摆杆也随之运动，凸轮和摆杆则可带动拨叉的摆动，从而拨动主轴箱中相应齿轮的啮合。当手轮运到不同的位置和圈数时，主轴将有对应的转速输出。它不当结构简单而且操作方便，在机床部件中有着举足轻重的地位，对准确控制机床转速有着重要的作用。2.4本课题研究的重点和意义 本课题研究的重点是对机构进行分析推断出该结构的工作原理，在机构的工作原理明白的情况下，就能很自然的知道机构中各零件的作用。进而就需对机构中的零件进行设计，由于要满足机构的功能，所以在零件设计时必须以此为依据对零件的重要尺寸进行设计。具体内容如下：1、查

14、找有关操纵机构工作原理和过程的资料，了解和熟悉操纵机构的各个组成部件在其工作过程中所起的作用。2、根据各零件在机构中的作用对零件的尺寸进行设计。3、绘制机构的工程图。 机构零件的设计可以使我们对机械设计有近一步的认识，明白在设计过程中的准则与要求。在机械行业的应用的理解，通过亲自实践，增强我们大学生对实践操作的进一步的了解，为今后的学习和发展打下坚实的基础。因此本课题的研究对我们来说有着极其深远的意义。2.5本课题研究的内容与目的本次设计包含三个大内容：机构工作原理的分析、零件的设计、应用软件画出只要零件图。1、机构的分析是将机构的工作原理，结构特点等分析清楚。在明白机构工作原理的前提条件下对

15、机构中各零件的作用要有所了解，以便更好的理解操纵机构的工作过程及其结构特点、运动情况。2、 零件的设计是将将机构中各零件的尺寸进行必要的设计。 3、绘制工程图明白机构中各零件之间的配合。 本次设计的目的：可以很熟练的查阅相关手册与资料，并对操纵机构有一定的分析能力与设计能力，能够运用软件画出相应的零件图，进而能够对绘图软件用了更好的认识，让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础。3.操纵机构的设计3.1操纵机构的设计准则1.操纵安全可靠在设计操纵机构是，首先应充分保证操纵人员的安全。为此，必须考虑

16、：（1）各操纵件之间及操纵件与机床壁之间应保持一定的距离和一定的空间，以免碰伤操作工人的手，或者因误碰其他元件而造成事故。（2）对转速高的快速传动或尺寸大的手轮，应在机床运转时自动地与运动件脱离开。这种手轮不能带手把，以免在高速转动时打伤工人。（3）为保证工人的安全，停止按钮必须安置在最方便的位置，并凸出在机床外表面，使工人很易摸到。（4）为保证机床能安全生产，互相干涉的运动，必须互锁，操纵机构的定位必须可靠，不得自动松开。2.操纵轻便、省力为了减轻操作人员的劳动强度，操纵手柄必须灵活轻便。按照标准gc1-60中规定：用于台式精密机床的位移手轮，操纵力应小于2kg；普通机床的精密位移手轮，操纵

17、力应小于4kg；中小型普通机床的一般手轮，操纵力应小于8kg；大型机床的手柄，操纵力不应超过15kg。为此，可采取以下措施：（1）选择合理的传动比，适当地加长操纵手柄或加大手轮直径等。（2）应合理布置操纵机构，将常用的操纵件布置在便于操纵的区域，不过高、过低或过远。（3）设计时，还可以根据具体情况采用气动、液压、电气的控制方案。这样即轻便省力，又易实现遥控或自动化。3.操纵方便，易于记忆为减少操纵时产生差错和防止事故，可以采取以下措施：（1）可采取手柄集中操纵措施，以减少操纵机构数量。（2）操纵件与运动件的运动方向应一致，如纵、横进给操纵手柄的扳动方向应与刀架移动方向一致；或符合一般生活习惯，

18、即顺时针方向回转时，移动件的移动方向应为离开操作者或向右。（3）根据多数人习惯，常用的操纵手柄应放在便于操纵的位置；完成不同控制作用的手柄，最好采取不同颜色或形状，以便区分。（4）操纵手柄或捏手的尺寸应与人手向称，不宜过大或过小。通常球柄的球径约为40-50mm圆柱型手柄的直径约30mm，长度不小于70mm。设计时应参考国家规定的标准形式和尺寸。4.操纵要准确对不同的运动，其操纵准确度要求也不相同。例如，精密微量进给运动，其唯一要求很高（一般是0.01mm，有的是0.001mm），可利用增大操纵机构的降速比或提高传动精度的办法，如采取星型机构或蜗杆蜗轮降速，或采用精密丝杆等。3.2操纵机构的组

19、成操纵机构一般由三个部分组成，即：（1）操纵件包括手柄、手轮、捏手。按钮等。（2）传动件有机械、液压、电气、气动等类型。在机械传动中，常用的又杠杆、摆杆、齿轮-齿条、丝杆-螺母及凸轮等。（3）执行件如拨叉、滑块等。不过在有些操纵机构中，还可能有控制元件（如孔盘、凸轮或液压预选阀等）来完成操纵工作。3.3操纵机构的分类操纵机构的类型很多，一般按一个操纵件所能控制的操纵件（如滑移齿轮、离合器等）的多少划分，可分为两大类。1.单独操纵机构单独操纵机构也称为多手柄操纵或分散操纵；也就是一个操纵件只控制一个被操控件的称为单独操纵。它的特点是机构简单，易于实现。这在那些被操控件数不多，或操控动作不太频繁的

20、机床上应用还是很广泛的。它的缺点是，机床上被操纵件较多时，操纵手柄也会相应增多，使用就不方便，而且操纵辅助时间长。2.集中操纵机构集中操纵机构就是一个操纵件控制两个或两个以上的被操纵件的称为集中操纵机构。这种形式的操纵，结构复杂，制造较困难，成本也较高，但使用方便，可以缩短辅助时间，提高机床生产率，故在现代机床中得到广泛的运用。如x62w铣床的变速操纵机构，ca6140车床的溜板箱四向操纵手柄都属于这类。此外，还有综合性应用这两类操纵，即将单独操纵机构和集中操纵机构综合运用。换句话说，使一部分被操纵件采用单独操纵的方式，另一部分采用集中操纵的方式。例如c620-1车床的主轴箱变速操纵机构就属于

21、这类情况。这样可使机构不太复杂，而又便于操纵。3.4本课题中操纵机构的工作原理由于机床主轴箱是一个零件高度密集的地方，所以操纵机构应尽量的选择占用的空间小、操纵要简单的集中操纵机构，其具体的工作原理如下：图3-1图中各零件的名称可以查看机构的总装配图，图中有详细介绍。 （a） (b) (c) (d) (e) (f)图3-2表3-1 操纵机构六级变速组合的情况杠杆与摆杆在图中的位置abcdef三联滑移齿轮的位置左中右右中左双联滑移齿轮的位置左左左右右右齿轮的工作情况39/4956/3822/58 56/3830/5058/3830/5051/4322/5851/4339/4151/43主轴箱内轴

22、2可通过轴1-2间双联滑移齿轮机构及轴2-3间的三联滑移齿轮机构得到六级转速。控制这两个滑移齿轮机构的是一个单手柄六级变速操纵机构，如图3-1，转动机构中的手臂可通过链轮、链条带动装在轴上的盘形凸轮和摆杆一起转动，又因为摆杆和滑块轴是用螺母连接在一起的，所以也随着摆动。手臂和轴的传递比是1:1，因而手柄旋转一周，盘形凸轮和摆杆也均转过一周。盘形凸轮上的封闭曲线槽由半径不同的两段圆弧和过度直线组成，而且两段圆弧的圆心角都为120度。杠杆上端有销子与滚子，滚子则直接插入凸轮的曲线槽内，下端也有一滑块轴用螺母与之相连，并且杠杆和摆杆上的滑块轴都与大、小拨叉上的滑块连接。当盘形凸轮上大半径圆弧的曲线槽

23、转动至杠杆上端的销子处时，销子往下移动（见图3-2 a、b、c），带动杠杆顺时针摆动，从而带动小拨叉拨动双联滑移齿轮移动到左边，与轴1上齿数为56的齿轮啮合；当盘形凸轮上小半径圆弧曲线槽转至销子处时，销子往上移动（见图3-2 d、e、f），从而使滑移齿轮移动到右边。摆杆上的滑块轴可以在大拨叉上的滑块中旋转，在轴带动摆杆转动时，带动大拨叉拨动三联滑移齿轮在左、中、右三个位置来回移动，并与相应的齿轮啮合。每次转动手柄一个角度，就可以通过双联滑移齿轮左右不同的位置与三联滑移齿轮左、中、右三个不同位置的组合，而使轴3得到六种不同的转速。单手柄操纵六级变速的组合情况见表3-1.3.5 组成操纵机构的零件

24、与各自的作用1、小拨叉：左右来回拨动双联滑移齿轮的移动。2、杠杆：将凸轮的运动传递给拨叉。3、支撑钉：使杠杆能绕支点旋转。4、挡板：保证滑块在拨叉中运动是不滑出来。5、槽型凸轮：使杠杆周期性的转动。6、轴：凸轮与摆杆转动的动力来源。7、销：将凸轮的力传递给杠杆。8、键614：保证凸轮旋转与轴的旋转同步。9、滚子型滑块：让销与凸轮之间的滑动摩擦变为滚动摩擦。10、螺母：将滑块轴与杠杆和摆杆连接起来。11、摆杆：摆动大拨叉的部件。12、滑块轴：将摆杆与杠杆的力传递到滑块上。并且走上面得阶梯可以使机构在工作的过程中滑块轴不会往滑块中脱离。13、键510：保证摆杆的旋转与轴一致。14、大拨叉：拨动三联

25、滑移齿轮左右摆动。15、滑块：将摆杆与杠杆的力传递给大拨叉与小拨叉。16、垫片：让滑块轴与摆杆和杠杆固定得更紧。17、螺钉：连接挡板与拨叉。图3-3 机构的爆炸图3.6 机构中零件尺寸的设计 1.摆杆的设计图3-4由于摆杆的运动与轴的运动一致，所以在摆杆摆动时，其端部滑块的运动轨迹是半径为r的圆弧，如图3-4所示。图中的圆弧半径及是摆杆的长度，而摆杆在运动是需要拨动拨叉的运动，拨动的距离及时图中的l。由机床的结构可知，滑移齿轮在一边与相应的齿轮啮合过后再移动到另一边与齿轮啮合的距离l/2=51mm。说以有：rsin60=51则r=64而另一段距离，及a=r-l/2这段距离时用于机构在变速的过程

26、中缓冲时用的。图 3-5 摆杆与滑块轴连接处的凸缘半径和摆杆的厚度可以参考经验公式d=（2-2.5）d，l1=（1.2-1.5）d ，其中，d为摆杆与滑块轴连接处的孔径，l1为摆杆的厚度，d为摆杆凸缘的直径。2.杠杆的设计图 3-6 由于杠杆在旋转的时候是绕支点旋转的，所以图中的角1与角2相等。又因为图中的两三角形式等腰三角形，即有两三角形相似。则 a1/a2=b1/b2（公式1）b1是凸轮大圆弧与小圆弧的半径差15mm。h为杠杆在旋转过程中上升的高度，c是杠杆在工作时待动拨叉运动的距离，由勾股定理可以确定b2的尺寸，所以当a1确定后，在公式1的四个数据中知道三个数据则可以算出a2。因此杠杆两

27、段长度可以确定。而杠杆在旋转时，是绕支点在旋转。所以它在支点（支撑钉）处的受力最大，杠杆厚度的确定要以此问为依据。杠杆厚度的确定同样可以参照经验公式l1=（1.2-1.5）d，支撑钉的直径是已知的，因此可以算出杠杆的厚度。3.滑块的设计 滑块的长、宽高、等尺寸的确定同样可以参考经验公式，在知道滑块轴直径的情况下便可确定。由于要防止滑块轴在滑块中转动的时候因为震动使其脱落，所以滑块的孔应设计为阶梯的形式。又因为滑块在工作时需要在拨叉的曹内滑动，所以他们之间为间隙配合，选用的配合公差为h9/e6。4.轴的设计由于本机构需要满足一般人的使用条件，所以必须对人体形态的一些尺寸有所了解。 在机械结构设计

28、准则与事例中查表得到，一般人手臂的上臂长约为313mm，前臂长约为237mm，即可知人的手臂长为550mm。考虑到人手臂在旋转时，要倾斜一定的角度，所以人手臂的旋转直径不能达到1100mm。而一般人手臂的旋转直径为1030mm。为使手轮的可操作性强，选择手轮的旋转直径为200，而在经常反复实施力的场合，操纵力常取50-120n之间（最大为50-180n），取操纵力为180n。所以有：p=fvv=pdn/60000d=c根据上面的数据可以确定d=13.5mm。考虑到轴上面有键槽，所以需将轴的尺寸增大5%，则d=13.5（1+5%）=14.175mm，为使轴上的附件与之连接方便，因此取轴的尺寸为1

29、5mm。 确定轴各段直径和长度：第2段得轮毂倒角c=1mm，轴肩高h=1+1.5=2.5mm，故d2=d+2h=20mm，同理可得d3=25mm。而轴各段的长度则需根据机床上的具体尺寸确定。5.标准件的选用1) gb/t701-2000 内六角圆柱头螺钉2) gb/t1191-2000 圆柱销3)gb/t 97.3-2000 平垫圈4）gb/t 6170-2000 六角螺母3.7 机构的部分零件图1、挡板： 2、槽型凸轮： 3、键614： 4、螺母： 5、键510： 6、垫片： 7、螺钉：3.8.运动副及运动副的选择运动副的作用就是将机构中的连杆连接在一起，成为一个有机的整体运动，而不是表面上

30、的静态连接。运动副的种类：1）旋转副：可以实现两个杆件绕同意轴做相对运动。2）滑动副：使两个杆件互相接触并保持相对滑动。3）圆柱副：实现一个部件绕另一个部件的相对转动和轴向位移。4）球面副：实现一个部件绕另一个部件作相对的各种自由度的运动。5）万向节：实现两个部件之间可以绕互相垂直的两根轴做相对运动，它只有一种形式必须是两个连杆相连。6）平面副：平面连接可以实现两部件之间以平面接触，相互约束。平面副不能定义驱动，只能作为从动运动副。7）旋转副：实现一个部件绕另一个部件作相对的螺旋运动。8）固定副：该连接可以阻止连杆的运动，单击具有固定副的连杆自由度为零。运动副的创建步骤如下：1）选择当前运动副所需要的连杆，如果不是连杆就不能被选中。2）指定运动副的原点、方位。设置完运动副的第一个连杆上的相关参数据后，如果还需要和其他连杆关联的运动，可以选择第二个连杆进行咬合。3）设置运动副的驱动。本机构