水嘴止口自动车床设计与运动仿真

南雷宁 关志刚

摘 要：本次设计是水嘴止口自动车床设计与运动仿真，水嘴止口自动车床是制作水嘴宝塔的中间环节，机床流程简单，只需要将工件进行车削，这一道工序就可以完成。该车床是由机架，电机，主轴，凸轮轴，夹具，皮带，送料机构等制作完成。可以整体分为送料机构和主机两部分。送料机构主要是振动盘和导轨的设计，主机主要是电动机的选择，主轴和凸轮轴设计，夹具设计，传动装置设计，刀具与刀架设计以及蜗轮蜗杆设计。在仿真过程中，需要进行三维实体的建模，虚拟装配，再进行仿真。其中，需要运用到SOLIDWORKS等三维软件，这无疑加强了对软件的应用能力，并且相对于传统古老的车床，此次设计中的车床无疑提高了在工作中的安全性，提高了生产效率并且大大降低了劳强度，在工厂中具有很大的实用性。

关键词：凸轮轴;主轴 ;装配;电机

一、车床总体设计

（一）车床的总体设计方案

1车床的运动方式。如图所示，可以通过机床的运动简图确定车床的运动方式。

电动机传递动力有两个方向：（1）电动机→主轴，通过V带传递。（2）电动机→凸轮轴，一开始通过V带传递，后来通过链条传递，在通过一级V 带传动后，再通过变速箱改变力的方向，变速箱使用圆柱直齿轮传动，输出部分由链条传动到中间轴，再由蜗轮蜗杆减速传动到凸轮轴，凸轮轴上分别有控制刀架运动、控制夹紧装置、控制自动送料机构的三个凸轮， 并且凸轮是采用弹簧力锁合的方式，所以在从动件上都设有回位弹簧。

2确定传动路线。到凸轮轴：电动机→带传动→变速箱→链传动→蜗轮蜗杆传动→凸轮轴到主轴：电动机→一级带传动→二级带传动→主轴。

（二）车床加工的方案设计。工件的材料为铅黄铜，硬度是 78HBS。工件是由锯床锯断后进行加工，锯断后的工件长度最长为35mm，我们加工后的零件如下图所示。

零件长度为 31mm，上下偏差均为1mm，，外径为 13mm，内孔直径为 9mm，止口一端外直径加工为 12mm，上偏差为+0.00，下偏差为-0，01.加工长度为 5mm 。

所以，刀架上应安装两把车刀，一把控制零件的长度，一把对零件进行车削。

二、自动送料机构的设计

（一）导轨设计方面的要求。导轨是为工件的送料进行设计的，设计时，导向精度必须足够才能满足机床的要求。导轨将工件送至机械手处，在送料过程中，必须满足将工件平稳，准确的送达。并且设计的导轨结构应该比较简单 ，以便于进行调整。再者，导轨应具有足够的润滑作用，可以将工件运送时尽可能的减少摩擦。

（二）导轨的选择。根据工件的运动轨迹我们可以看出应该选择设计直线导轨，车床只需要将工件进行简单的运送，送料的方式并不复杂，只需要依靠动力，工件可以从振动盘由于自身的重力到达送料口。不需要进行复杂的设计。但是要考虑到工件滑落时会受到摩擦力，综合考虑，应该选择滑动导轨最佳。并且这种导轨是属于普通导轨之一适用于各类的车床。

（三）导轨截面形状的选择与间隙的调整。滑动导轨具有非常大的优点，例如滑动导轨的结构比较简单且接触刚度足够大。但缺点也很明显，例如摩擦阻力较大，磨损也很快。但是由于在这次车床运动过程中，送料速度较低，且并不容易积累切削过程中留下的残留物。并且可以看出被加工工件为圆柱体，所以应选择导轨截面为圆形导轨的滑动导轨，从而可以使送料过程非常顺利。并且圆形的导轨制造非常简单，很容易获得较高的精度，但是在工作很长时间后很容易造成磨损，并且在磨损后并不容易去进行维修。同时为了防止导轨发生转动，可以在导轨的圆柱表面处开一个矩形的凹槽，这样可以将滑动导轨与振动盘紧密连接起来。

因为在此次设计中选择的是滑动导轨，而滑动导轨最基本的要求就是应该具有良好的耐磨性，并且具有较小的摩擦因素。同时，滑动导轨应该具有良好的加工和热处理性质。但是因为这次的设计是能满足批量加工的，所以应选择导轨的材料本身应该具有良好的硬度和耐磨性。因此，经过查阅资料可知，材料应选择淬火钢。

三、振动盘上的导轨的设计

振动盘导轨的作用是使工件在振动盘工作时，可以将工件运送至滑动导轨的开始端，为了防止在送料过程中工件发生掉落，应该在设计时将振动盘上的导轨与振动盘壁固定在一起。

振动盘上导轨的选择：振动盘上的导轨与滑动导轨不同，工件在振动盘上做的是回转运动，并且可以明显的看出转动盘上的导轨是进行环形送料的，所以它具有一定的离心力，因此，振动盘上应该选择环形导轨。

振动盘导轨上回转截面的选择与导轨间隙的调整：环形导轨按照截面的形状可以分为三类，如平面环形导轨，锥面环形导轨和V形环面导轨。第一种导轨，即平面环形导轨的特点是能承受较大的载荷，并且结构简单，工作精度较高。但是缺点是只能够承受轴向载荷，必须和主轴联系在一起才能够使用，由主轴来承受导轨承受不了的径向载荷，这种导轨适用于主轴定心的回转导轨的车床。第二种导轨，即锥面环形导轨的特点是，可以同时承受轴向载荷与承受径向载荷，但缺点是不能够承受较大的振动力。同时，锥面环形导轨一方面要保证能够和导轨的表面进行接触，另一方面还要保证导轨面是与主轴在同一个水平面上，这可以看出是相当困难的。因此，锥面环形导轨适用于振动盘的直径大于3m的立式车床。综上所述，在这次设计过程中，应该选择第二种导轨，即锥面环形导轨。

四、建模与仿真

（一）装配。将机床的各个零件设计好之后，对机床进行装配。如，对凸轮轴进行装配，在装配过程中对凸轮与凸轮轴使用同轴装配，确定好距离在进行固定，则凸轮轴装配完成。

（二）仿真。对机床装配完成后，进行仿真操作。进入软件后，点击插入——新建运动算例，就可以进入仿真页面。首先进行添加馬达操作。在电机模型圆柱面上进行点击，选取旋转马达。

马达添加完成后，在最开始处添加建码，对装配体中的各个子装配体进行面约束，对机床进行仿真。并且在9s处，将视角转移至减速箱。并且采用渐变处理，对减速箱进行消隐处理。可以方便的看出里面的运动情况。

同理，在15s处将视角转移至刀架，同样对其采用消隐处理进行仿真演示，在20s处仿真结束。

参考文献

[1] 尹成湖.机械制造技术基础[A].高等教育出版社，2008（8）

[2] 殷玉枫.机械设计课程设计[A].机械工业出版社，2006（1）

[3] 于惠力.机械设计手册[A].化学工业出版社，2004

[4] 席伟光，杨光，李波.机械设计课程设计[A].高等教育出版社，2003（6）

作者简介：南雷宁（1998年2月15日），男，汉族，籍贯：河北邢台，本科，研究方向：水嘴止口的设计。