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1、河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：车床用球面切削装置的设计学生姓名： 所在院系： 机电学院所学专业： 机械设计制造及其自动化导师姓名： 完成时间：摘 要球面零件广泛的应用于机械行业以及其他与机械相关的行业，但是球面零件的加工往往被生产厂家视为难题。能够完成球面零件加工的车床普遍价格昂贵，结构复杂，维修困难，这使得生产效率低下。生产厂家普遍采取改装通用车床的方法来加工球面，但受原始设备的条件限制，以及对车床改装的不合理，加工出来的球面在尺寸精度上和表面质量上都达不到要求。本文对现有的车床用球面切削装置进行分析，总结其优缺点，进而整理出装置的工作原理和可行的技术方案，进行装置的设
2、计以及三维建模等工作。力求让所设计的装置能够达到结构简单、拆装迅速，使用方便、通用性强，能够加工各种规格的球形零件并满足尺寸精度及表面质量的要求，生产成本低并易于制造。关键词：车床，球面，切削Cutting Installment for Spherical Surface by latheAbstractSpherical surface components widespread application in mechanical profession as well as other with machinery related profession, but the spherical
3、 surface components processing often regards as a difficult problem by the Manufacturer. Can complete the spherical surface components processing the lathe universal price to be expensive, the structure is complex, the service difficulty, this causes the production efficiency to be low. The Manufact
4、urer adopts the re-equipping general lathes method to process the spherical surface generally, but original equipments condition limit, as well as re-equips to the lathe unreasonable, processes the spherical surface cannot meet the requirements in the size precision and the surface quality.This arti
5、cle carries on the analysis to the existing lathe with the spherical surface cutting installment, summarizes its good and bad points, then reorganizes the installment the principle of work and the feasible technical program, carries on work and so on installment design as well as three dimensional m
6、odeling. Makes every effort the equipment which lets design to be able to achieve the structure to be simple, disassembling is rapid, the easy to operate, versatile, can process each kind of specification the bulb and satisfy the size precision and the surface quality request, the production cost lo
7、w and easy to makeKeywords: Lathe, Spherical Surface, Cutting目 录1 绪论11.1 研究背景11.2 常见的球面车削加工方法及其不足11.3 本文的主要研究内容及意义42 球面车削装置的加工原理及技术方案42.1 球面车削装置的加工原理42.2 球面车削装置的技术方案52.21 立式车床用球面车削装置的技术方案实例52.22 卧式车床用球面车削装置的技术方案实例62.3 本文技术方案的确定73 球面车削装置的设计及三维建模73.1 三维建模所用到的软件73.11 SolidWorks 软件平台73.12 GearTrax73.13
8、Pro/E83.2 车床CD6140A简介93.3 齿轮的设计及三维建模93.31 直齿轮的设计93.32 直齿轮的三维建模93.4 蜗轮蜗杆的设计及三维建模123.41 蜗轮蜗杆的设计123.42 蜗轮蜗杆的三维建模163.5 其他零件的设计及三维建模173.6 各零部件之间的装配223.7 装置的安装及工作原理的简单介绍24结论及展望25结论25今后的工作方向25致谢26参考文献1 绪论1.1 研究背景在机械加工行业中，球形零件广泛应用于汽车、化工、航天、航空等领域，所以经常会遇到球形表面的加工。但加工方法比较复杂，而且各种球面零件的规格也不尽相同，给生产加工带来许多不便，是车削生产中长期
9、没有解决的技术难题。1.2 常见的球面车削加工方法及其不足加工外球面零件多采用车削的方法，此前国内尚无专用设备，车削外球面时一般采用数控车床和液压仿形车床。由于这类车床结构复杂、维修困难、效率低和价格昂贵等缺点，外球面零件生产厂家很少采用。为应付生产急需，各厂普遍采用在通用机床上改装的办法。因力量分散，各厂的基础也不尽相同， 改装所采用的原理五花八门，对各种原理的优缺点缺乏系统地对比和分析。再者受原设备条件的限制，改装的机床往往结构不尽合理，刚性较差，车削精度和效率均较低， 增加了外球面磨削工序的困难。外球面磨削工序采用切入磨削时，要求外球面车削工序产生的球形误差尽可能小。但是， 因为外球面的
10、球形误差没有简单的测量方法，无法采取随时测量零件加工精度。然后根据测量结果调整机床的方法来保证球形精度， 因而只能依靠合理的工艺方法来保证球形精度。下面介绍几种典型的外球面车削工艺方法，并对他们的优缺点进行简单的分析。1）双手控制法，数量较少时或单件球面零件，可以采用双手控制法进行车削。就是用双手同时摇动中、小拖板，通过双手的合成运动，车出所要求的球面。双手控制车削球面的优点是：不需要其它特殊工具就能加工出球面。缺点是：加工的零件精度不高，操作者必须具有熟练的技巧，而且生产效率较低。2）机械靠模法，靠模法车削原理如图1-1所示。 它是依靠车刀根据靠模的形状平行移动车出所需表面形状的一种方法。该
11、方法的最大优点就是更换加工品种容易，特别适合小批量、多品种和型面复杂零件的车削加工。但是，由其原理所决定，车削精度较底，车削外球面时所产生的球形误差较大，这可从以下几个方面来分析。（1）刀尖圆弧形状对球形误差的影响由图1-1可以看出，在球面车削过程中， 由于车刀平行移动， 车刀与工件的接触点将随着车刀平移而变化。开始车削是在A点接触，然后逐渐过渡到B点， 最后在C点退出车削。因此，要使车出的表面形状为一球形，必须保证车刀刀尖图 1-1 靠模法车削原理轮廓是一个好的圆弧。我国的车刀绝大部分还是手工磨制，刀尖圆弧很难保证。况且即使磨刀时保证了，车削时也会被破坏，所以此项误差是不可避免的。（2）尺寸
12、调整对球形误差的影响靠模法车削工件时，靠模滚子中心所走的轨迹半径为R0与车刀刀尖圆弧中心行走的轨迹半径r0相同。即R0=r0=R1+R2=r1+r2所以r1=R1+R2-r2式中r1工件球面半径R1靠模圆弧半径R2靠模滚子半径r2车刀刀尖圆弧半径其中R1、R2和r2都是在车削前确定的，车削过程中很难改变。当套圈直径超出公差时，若调整尺寸就必然破坏球面形状，使2 r0=。（3）用液压作为靠模压紧力时，液压特性对球形误差的影响实验表明，油缸中油的压力与活塞杆的运动速度的关系曲线如图1-2所示。由图1-2可以看出，当活塞杆的速度在零值附近变化时，油腔中油的压力变化剧烈。由图1-3可以看出， 在车削过
13、程中，当滚子由a点向b点运动时，活塞杆以速度为V(V为变量)向上运动。当滚子过b点向c点运动时，活塞杆就改变运动方向，以速度S(S为变量)向下运动。由于这一改变，引起压紧油缸中油压的剧烈变化。因径向切削力的变化，引起切削深度变化，从而造成车削表面的形状误差，严重时甚至无法连续车削。某厂改装的车床就因发生此类情况而失败5。图 1-2 活塞速度V与油腔压力P的关系图 1-3 活塞速度变化示意图3) 成形车刀法，采用成形刀车削外球面时，此方法对精密球体加工采用先车加工然后磨削成型，以切入式方法加工工件， 要求成形刀刃口与被加工表面母线形状一致。车刀刃口的缺陷直接影响被车表面的精度，要想车出高精度的外
14、球面就必须首先加工出高精度的车刀。这就需要有专用的刀具刃磨设备，成本高。而且这种车削方法切削抗力大容易产生振纹，难以车削尺寸较大的零件。4) 旋风车削法，如图1-4所示，此方法若要保证加工精度必须保证刀具的运行轨迹和球面任何瞬时都重合，这样会使机构复杂化，刀具在切削过程的磨损也会产生加工误差，并且旋风切削装置需拆除中滑板不易于安装。图 1-4 旋风车削法加工带柄圆球1.刀盘 2.电动机 3三角架5) 用数控机床加工，用数控车床加工球面，虽然能达到图样设计的尺寸要求，但数控机床价格昂贵使成本增加。1.3 本文的主要研究内容及意义对现有可行的车床用球面切削装置的优缺点进行比较，设计一种在普通车床上
15、加工球面的工装，技术指标为所加工的球面最大直径为200mm，力求能达到如下要求：1）能够保证精度及表面质量要求。2）结构简单，拆装迅速。3）使用方便，通用性强，适用于多规格，单件、批量生产，稳定性高，提高生产效率。4）装置生产成本低且易于制造。2 球面车削装置的加工原理及技术方案2.1 球面车削装置的加工原理工件绕自身轴线高速旋转，刀具绕圆心点做低速圆周运动，刀尖对工件端面进行切削，使工件段部成为球面。其中圆心点在工件轴线上，刀尖始终与工件轴线在同一平面内。2.2 球面车削装置的技术方案2.21 立式车床用球面车削装置的技术方案实例图2-1是基于C5235双柱立式车床设计制造的球面加工装置。这种工装的工作原理及使用方法如下：加工时，将工件装在立车的工作台上，刀架体3装夹在立车左刀架上，滑板2装在刀架的燕尾导轨上，在水平方向可以自由滑动。装有车刀的刀杆1，则固定在滑板2上，支架4装在立车的右刀架
