机械式测刀仪设计.docx

机械式测刀仪设计.docx

《机械式测刀仪设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械式测刀仪设计.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机械式测刀仪设计

摘要

加工中心等多轴联动的数控加工机床已广泛地应用于机械加工的各个领域，作为加工中心的主要辅助设备——测刀仪已广泛地与加工中心配套使用。

本文论述了机械式测刀仪设计过程中零部件设计方案的比较和零件设计计算的过程。

关键词：

机械式侧刀仪设计装配

Abstravt

Machiningcenter,etc.numericalcontrolthatmanyaxlelinkprocesslatheapplymachinedallfieldtowidelyalready,asthemainauxiliaryequipmentofthemachiningcenter--Examineoneonehundredsheetsofappearancestoalreadywidelyusewiththemachiningcentertogether.Thistextexpoundthefactmachinerytypeexamineonehundredsheetsesofappearancedesignprocesssparepartcomparisonandpartofdesignplandesignthecoursecalculated.

Keyword:

MachinerytypesideknifeappearanceDesignAssembly

目录

一、课题名称……………………………………………………………3

二、本课题设计来源及目的与要求……………………………………3

三、设计内容……………………………………………………………3

1、确定主参数………………………………………………………32、确定机械测刀仪方案，进行结构设计…………………………5

3、垂直导轨的比较设计及方案确定………………………………6

4、具体的零件设计…………………………………………………6

四、机械测刀仪安装工艺………………………………………………12

五、总结…………………………………………………………………13

机械测刀仪设计说明书

一、课题名称：

机械式测刀仪的设计

二、本课题设计来源及目的与要求

1、任务来源：

三轴联动加工中心类机床作为现代化的机械加工设备，已广泛应用于机械加工的各个领域，包括机床、模具、汽车、航空航天等等。

作为加工中心的主要辅助设备———测刀仪已广泛地与加工中心配套使用。

其作用是测量加工中心类机床所用刀具的切削刃跳动与刀具分别装在刀柄上后，各把刀具的长短差值等，以提高零件的加工精度，节约机床的加工时间。

目前国内外普遍采用的是数控光学测刀仪，精度高、价格贵。

作为一般精度的加工，机械式测刀仪也有一定的应用。

我校在先进制造技术实验室建设中，购进了美国HAAS公司的VF-3立式加工中心，目前尚未配备数控光学测刀仪，鉴于以教学为主、满足一般精度零件的加工的需要，及原理展示的教学需要，拟定此题目。

2、目的：

毕业设计是我们对大学三年所学知识的综合练习，通过毕业设计使我们综合运用已学到的知识，结合实践培养自己的设计构思和创新能力。

通过该题目的设计，使我们运用已学过的高等数学、工程力学、机械制图、计算机基础知识、计算机辅助设计与分析，先进设计与制造方法等专业技术知识，利用AutoCAD/PROENGINEER等软件与手工绘图相结合，完成我校先进制造技术实验室调整数控刀具用的机械式测刀仪的设计。

通过实用工程的设计使我们掌握工程设计的基本步骤和方法，为将来从事相关工作打下坚实的基础。

3、要求：

设计绘制了机械测刀仪的给定的的七套图纸，一套装配图、六套零件图、以及零件和装配的技术要求、装配工艺、文件目录等。

三、设计内容：

1、确定主参数

我校购进的美国HAAS公司的VF-3立式加工中心，其行程（1016x508x635mm），工作台（1219x457mm），定位精度-0.0051~+0.0051mm，重复精度-0.0025~+0.0025mm，使用标准的BT40锥度的刀柄，提供20刀位刀库，这里采用BT40xSOM6-60，其标准配置最大刀具直径为全装D=160mm.L=152.4.mix=60mm,max=250mm,最大高度行程H=60~250mm,所以可以确定滑台的水平行程为d=0~80mm+（5~10）mm和滑块的高度行程h=60-（5~10）mm~250+（5~10）mm.见图2,刀柄尺寸图见图1:

图1刀柄尺寸图

Dmin=4mm、Dmax=160mm、Hmin=60mm、Hmax=250mm

图2

2、确定机械测刀仪方案，进行结构设计

机械测刀仪器底座的作用是安装主轴，再在主轴上安装刀柄和刀具。

当测刀仪在测量刀具时由于刀尖部位与千分表指针（垂直和水平方向）并不会时刻在同一水平线上，所以必须设计主轴的转动，（主轴的转动可以与滚动轴承配合）从而带动刀柄（刀尖）的转动，使其在同一水平线上。

手轮跟蜗杆连接，并使蜗杆随着手轮的转动而转动，同时设计一个蜗轮，与蜗杆配合，使其随着蜗杆转动，并把主轴安装在蜗轮上，在蜗轮上设计一个键槽与主轴配合。

所以，主轴的转动就可以全靠手轮的摇动。

刀尖可以随着手轮的转动而转动，所以我们总能使刀尖定位在某一固定的水平方向线上，（该方向线与水平千分尺指针在同一垂直面上，并通过主轴圆心）；在垂直方向线上，千分表指针只要对准这一固定的水平方向线就行了；我们设计的时候只要保证垂直滑座只可以在垂直方向上上下移动，在Y轴其他方向上限制就行了，只保留一个自由度。

同时，由于刀具直径都不一样，所以在固定的水平方向线上，必须保证千分表指针能移动，其移动范围为（d=0~80+（5~10）mm）；所以必须设计一个能横向移动的水平导轨座带动（水平滑座，垂直导轨，垂直滑座）来保证指针的移动。

这样，测量刀具刀尖的时候就可以在两个方向上进行调节，从而有效的进行测量。

具体结构参考图3。

图3

1滑块2立柱3滑台4底座5水平导轨座6水平导轨7主轴压盖

8蜗杆9蜗轮10挡圈11轴承12刀柄套13刀柄14刀具15千分表

3、垂直导轨的比较设计及方案确定：

在设计垂直导轨机构时所考虑到的有下面三种方案：

方案一：

如图4所示，1所示部分为扁平形状，其它形状均为圆形，其侧面图见2部分，1部分将与水平滑座配合，它的形状决定了该垂直导轨将不会转动。

但因为其形状的特殊性，决定了水平滑座内孔的特殊性。

方案二：

如图5所示，固定块通过开曹防脱螺钉与该垂直导轨在3部分相连接，3部分为正方形，见侧面图4部分，该设计同样考虑到其他部分均为圆形的情况下，保证了该垂直导轨不会因此而转动。

同样的，固定块内孔也必须设计成与3部分配合的正方形。

方案三：

如图6所示，5所示部分为扁形，其侧面图见图6部分，其它部分均为圆形，6部分的形状同样具有上面两种方案的功能，保证垂直导轨不会转动。

最后我们选择了方案三，方案二和三与水平滑座的连接是一样的，虽然其1部分都是圆形，但都有其它措施保证了设计要求，即保证垂直导轨不转动。

不同的是两者与固定块的连接方法，方案二中的垂直导轨加工复杂，不及方案三简单；方案一和三，其1部分和5部分不一样，从节省材料方面来看，方案三更节省。

同时方案一对水平滑座的内孔有要求，须与方案一配套，这样对水平滑座的设计加工要求更复杂；而方案三只要求与之配合的垂直导轨和水平导轨的内孔为圆形就行了；另一方面，方案中的5部分必须与滚花螺钉反复紧固，这样一来，5部分就会产生变形，垂直导轨与垂直滑座的配合就出现了问题，保证不了精度。

总的来说，方案三材料节省，设计加工简单，并且符合要求，保证精度。

4、具体的零件设计：

首先，我们先对机械测刀仪的结构进行了大致的了解。

其基本结构，包括底座，水平导轨座，水平导轨，水平滑座，垂直滑座，垂直导轨，主轴压盖，固定块，侧压盖，手轮，手轮柄，锁紧螺母，防松垫圈，主轴，蜗轮，蜗杆。

1）底座：

在设计之初，我对我校VF-3B立式加工中心所用各种常用刀具的规格和刀柄尺寸进行了分析，确定了测刀仪的测量范围，如测量高度行程、测量直径行程、最大跳动行程、最小跳动，并对数据进行了记录，比较。

并最终确定了现在的方案，它既符合了设计的要求，实现了机械测刀仪的测量刀具的要求。

现在我对底座进行了一些数据上的说明，来说明设计底座时的思路。

底座的设计不仅要保证支撑稳定，而且要保证各个零件与之配合的合理性，即保证配合的稳固程度。

1．底座的支撑采用螺母和调平螺钉来调整整个机械测刀仪的水平平衡。

2．该底座的长度必须大于主轴压盖直径150mm+壁厚+水平导轨长度之和，底座的宽度大于主轴压盖直径150mm+壁厚，底座的高度应保证空间合理，以使主轴、涡轮、蜗杆等零件保持合理的体积，同时要大于刀柄高度。

设计底座时，底座上面必须保证可以合理安装主轴压盖，主轴压盖直径为150<152，主轴内孔直径必须大于主轴压盖最大直径65>63，各留2mm作为装配空隙。

同时在底座侧面必须设计一个可以安装蜗杆的侧压盖。

同时配合各零件的安装尺寸，从整体上勾画出底座的尺寸，经过不断的修改，从而得出了我较为满意的底座方案。

具体的尺寸见图7，图8。

图7

图8

2）蜗杆，蜗轮：

蜗杆，蜗轮是机械测刀仪整体框架中的重要部分，蜗杆保证着蜗轮的运动，同时确定与蜗轮紧固联接的主轴的运动，从而带动刀具（刀尖）的运动，实现测量。

利用手轮对键的钮矩，产生轴向的力，作用于蜗杆，从而使蜗杆发生转动。

1.采用标准标注:

8bGB/T10089-1998，确定

模数m=2.5,直径系数q=11.2

蜗杆头数z=1，蜗轮齿数Z2=36，传动笔i=1：

36

齿顶高系数1，齿根高系数0.2

压力角α=20度

所以：

蜗杆分度圆直径d1=mq=28

蜗轮分度圆直径d2=mz=90

中心距a=m/2（q+Z2）=59

蜗杆螺纹部分长度b1=（11+0.06Z2）m=60

蜗杆齿顶圆直径da1=m（q+2）=33

蜗杆齿根圆直径df1=m（q-2.4）=22

Sx=3.927

Px=7.854

顶隙C=0.2m=0.5

蜗轮齿顶圆直径da2=m（z2+2）=95

蜗轮最大外圆直径de2=da2+2m=99

蜗轮齿根圆直径Df2=m（z2-2.4）=84

b=20

Rg2=11.5

2．因为底座宽度为180mm，所以蜗杆的长度必须大于180+15+空隙+螺纹长度，便于一侧安装手轮，同时在一侧设计一个键槽使其与手轮紧固连接。

这里L蜗杆=227mm。

见图9

图9蜗杆

3．因为该蜗轮要与主轴相配合，而与之配合的主轴直径为50mm，所以设计蜗轮的内孔直径为50mm，为了实现主轴随蜗轮转动而转动，所以必须在两者之间设计一个键槽，把键放进去的时候就可以实现两者的紧固连接，蜗轮转动，通过钮矩，带动主轴转动，实现该功能。

见图10

图10蜗轮

3）固定块：

固定块的主要目的是固定住两根垂直导轨，使其不移动，提高测量精度。

固定块的设计与垂直导轨，垂直滑座互相联系，两根垂直导轨的距离决定了固定块两孔的距离，孔的直径也由垂直导轨的直径决定，同时在两孔上方设计开槽防脱螺钉孔。

见图11

图11

4）垂直导轨：

垂直滑座可以在垂直导轨上上下移动，而安装在垂直滑座上的千分尺随着垂直滑座的移动而上下移动，垂直导轨的作用是便于安装在垂直滑座上的千分尺可以上下移动，垂直导轨的直径设计为20mm，为了保证垂直导轨不产生旋转，所以设计主体部分采用扁圆形，其下方尺寸较小并与水平滑座紧固连接，用螺冒紧密配合，防止松脱；上方与固定块连接，配合开槽防脱螺钉。

见图12

图12

5）垂直滑座：

垂直滑座是机械测刀仪中的重要的部分，千分尺就安装在上面，其两内孔与垂直导轨配合，两旁分别安装滚花螺钉使其稳固，。

其延长部分主要是用来安装千分尺，分别在水平和垂直方向，千分尺通过在延长部分上的内孔2向下探出表头，其中滚花螺钉穿过1产生拉力使千分尺在2处固定，3部分是工艺要求，保证拉力产生的变形作用在3部分上。

见图13图14图15图16

图13

图14

图15

图16

设计小结：

螺钉在联接中起着重要的作用，对零件的紧固和防松起着重要作用，其它各部分的联结也必须保持着相对的稳定，该机械测刀仪缺少润滑装置，大多在联接上采用最原始的磨擦紧固，.对整个机械测刀仪的寿命影响会很大，所以在使用当中须多用润滑剂。

五、机械测刀仪安装工艺：

在机械测刀仪器的所有零件制造完成后，就要开始把散件安装组成一个完整的整体了，安装机械测刀仪器的步骤：

（见装配图）

1）水平滑座6与垂直导轨9安装在一起配装，用弹簧垫圈3和螺母2固定。

2）把安装在一起的水平滑座6与垂直导轨9，通过水平滑座6与水平导轨5相联结。

3）把按照

（2）步骤联结在一起的组合与水平导轨座4一起安装在底座1上。

4）把水平导轨座4通过四个圆柱头螺钉27和两个内螺纹圆锥销18固定在底座1上。

5）将紧定螺钉29安装在水平导轨座4上。

6）圆锥滚子轴承19装入底座1。

7）深沟球轴承26装入底座1。

8）将主轴压盖10安装在底座1上面，并用四个圆柱头螺钉27固定。

9）将键22与蜗轮24配合在一起

10）装入主轴23并通过套33，接着通过配合在一起的普通平键22与蜗轮24。

11）接着通过防松垫圈21和锁紧螺母20，将锁紧螺母20拧紧。

12）将手轮柄17装入手轮16。

13）把侧滑盖14装入底座1，并用四个圆柱头螺钉27固定。

14）将套32装入蜗杆25。

15）装入蜗杆25并与蜗轮24吻合。

16）装入普通平键15在蜗杆25上，并把手轮16，同时安装上去，垫上弹簧垫

圈，用螺母2将其拧紧。

17）将垂直滑座8套入垂直导轨9上。

18）将滚花螺钉28装入垂直滑座8上。

19）用固定块12将垂直导轨9固定住，并用开槽防脱螺钉11固定。

20）将水平千分尺13套入垂直滑座上，并用滚花螺钉7固定。

21）将螺母30和调平螺钉31装入底座。

六、总结：

这次设计是我们对大学三年所学知识的综合练习。

在设计时我们综合运用已学到的知识，如机械制图、计算机基础知识、计算机辅助设计与分析，先进设计与制造方法等专业技术知识，利用AutoCAD等软件，在实践中培养自己的设计构思和创新能力。

在这次设计中，我学到了很多东西。

设计过程中，我碰到了很多难题，许多以前没有掌握的知识也在本次设计中重新掌握，同时也对新的知识有了一定的认识，它使我明白了自己所欠缺的，以及在以后工作中要注意学习的地方。

本次毕业设计让受益匪浅，最后要感谢各位老师的悉心指导。

参考资料：

1《机械零件设计手册》机械工业出版社

2《数控刀具产品样本》成都英格或其它厂家

3《机床夹具设计图册》

4《机械工艺师手册》

5《机械制图》国家标准

6《公差与配合》国家标准

7《现代精密仪器设计》清华大学出版社

8《机械工程材料》。

许德珠。

第二版。

北京：

高等教育出版社，2001

9《机械设计基础》。

邓昭铭，张莹。

第二版。

北京：

高等教育出版社，2000

10《数控技术》。

中国机械工业教育协会组编。

北京：

机械工业出版社，2001

11有关2D、3D设计资料，如AutoCAD、ProEngineer，机械设计、机械制造、机械制图、公差配合与测量、数控加工方面的教材。

致谢

在本论文的完成过程中，我的导师---教授给予了我悉心指导和热情鼓励，使我顺利完成了论文工作。

他严谨的治学态度、渊博的知识和执着的敬业精神给我留下了深刻印象。

激励我克服困难，广泛涉猎新思想、新理论，不断地探求新的科学发展。

同时，也让我懂得如何去踏踏实实地工作、勤勤恳恳地做人。

论文工作量十分大，没有试验条件，加之我的模具设计实践操作知识很少，在做课题的过程中遇到了很多困难，论文在孙老师的热心帮助下才得以顺利完成，在此，谨向孙老师表示衷心的感谢和诚挚的敬意。

同时，感谢在做课题过程中为我提供便利和帮助的老师和同学们。

感谢班的所有同学们，感谢我们在一起度过的这段忙碌又偷快的时光。

在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意!

衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!