平尺刻线机设计.pdf

1 1 绪 绪 论论 1.1 选题的意义和目的 人们在认识我们所生活的大自然到改造我们生活的大自然，由表及里，逐一深入，从外 及内，颜色、形状、大小、尺寸以及内部结构长度测量就显现出它的重要性，长度的测 量是最基本的测量，最常用的工具是刻度尺可是在最开始是不存在刻度尺的，最早 有记载的人为标准来自古埃及 埃及人曾用质地坚硬的花岗岩制作了一根长度标尺， 它的长 度是法老的小臂（肘到中指）的距离，因此又叫“腕尺”虽然这个标准确定得 相当随意， 却解决了重要问题，比如：金字塔的准确施工得到了保证 随意定义长度标准的并不仅限于国外，中国的情况也基本类似史书记载，在远古时 期，中国人便“布手知尺”、“身高为丈”、“迈步定亩”古人中指中节之长被定义为“一寸”，直 到现在，中医的针灸还沿用这个标准中国最早的长度标尺是安阳殷墟出土的商尺这把骨 尺由兽骨磨成，长 17 厘米，上面标刻着等长的 10 个单位到了春秋战国时期，各国诸侯 各自定义自己领土内的长度标准这个王的手掌，那个王的小腿，都纷纷派上用场，使得长 度标准极为混乱，给国与国之间的交流造成了极大不便到秦始皇统一度量衡时，王侯的身 体部位才退出历史舞台。

从而我们是很迫切的需要一种有准确刻度线的丈量仪器， 而刻线又 成了一个问题人工的误差是很大的，在工业和科技日新月异的最近一个世纪，人们就设计 出了刻线机，并且不断改进 本课题通过机械化刻线，可以达到准确度高、精确度高减少了劳动力，提高了生产 效率，降低成本，本课题在研究时遇到的一些技术问题，通过认真分析以解决，在今后的设 计类的工作中也有一定的经验可循 1.2 本课题的研究现状 平尺刻线机国内研究现状： 随著科学技术的发展， 有的刻线机上采用了激光刻线机由光刻代替机械刻划， 可在工作 台移动的情况下完成动态刻线， 刻线精度大为提高， 国内比较成熟的激光刻线机厂家例如北 京博奥嘉华激光科技有限公司生产的 BVD50 系列激光刻线机 平尺刻线机国外研究现状： 国外现在有的刻线机大部分是电脑中控下的激光刻线机例如 OK­KX50A 激光刻线机 采用光刻代替机械刻划， 可在工作台移动的情况下完成动态刻线， 刻线精度大为提高 克服了传统“照相­腐蚀”工艺费时，费力的缺点，高速、高效，一次完成刻线、字符、 商标等内容全程电脑控制，精度高、速度快，最大限度的降低了产品不合格率使 用灵活方便，即可成批量生产，又可满足少量加工等多种需求。

绝对环保，无任何污 染，是现代化生产工艺的主流支持单公制、单英制、双公制、双英制、公英制、英 公制等标新型支持丁字型、拐角型、圆型等各种特殊量具类型支持用户自定义的 其它非标类的平面或圆柱面的量具速度快,刻线清晰、精度高、永不磨损制图方便 快捷，可根据需要随意制作各种尺寸、形状、图标的量具三维数控，除主运动外其 它两维运动也是自动调整，可以快速准备的对焦，定位对已生产过的型号，电脑自 动记忆位置及其刻线参数，以后生产可直接调用，不必再调焦，定位 1.3 本课题需重点研究的关键问题 本课题需要重点研究的关键的问题是刻线部分的抬刀机构和刻线机构， 还有平尺的进给 机构解决刻线不准确、不方便，保证刻线刀的工作效果，结合目前的研究条件，此平尺刻 线机采用类似立式铣床的结构来实现刻线与抬刀动作，这种结构简单，易于设计，传动效率高同时容易理解，本课题的主要动力来源刻刀，由主电动机通过减速器带动整体，完成刻 线 然后由抬刀电动机通过减速器连接到齿轮齿条副， 在通过立柱上的丝杠螺纹副完成抬刀 下刀动作 最后由进料电动机通过减速器连接到不完全齿轮连到摩擦轮轴， 由摩擦轮带动平 尺前进完成进料动作。

进行下一周期的刻线工序 1.4 方案的确定 在翻阅和查找国内外的相关资料和信息， 经过调查分析， 我们发现刻线方式有以下几种： 1、 工作间歇进给机构 首先，间歇性进给机构大致有： a）、槽轮机构 b）、不完全齿轮机构 c）、棘轮机构 d）、组合机构 首先，槽轮机构外形尺寸小，机械效率高，能平稳地间歇地进行转位，但是相对于不完 全齿 实现进给时结构稍显复杂；而且制造及装配的精度要求高，其传动时尚存在柔性冲击，只能 用于速度不太高的场合，且转角大小不能调节 不完全齿轮机构可设计的参数较多，易满足 不同停歇要求 但是， 不完全齿轮机构和普通齿轮机构的区别， 不仅在从齿轮的分布上， 而且在啮合传动中，当首齿进入啮合及末齿退出过程中，齿轮并非在实际啮合线上啮合，因 此在此过程中不能确保定传动比传动由于从动轮每次转动开始和终止时，角速度有突变， 故存在刚性冲击 若将不完全齿轮直接和调节进给的下层工作台相连， 则会造成较大的进给 误差 棘轮机构结构简单、 制造方便和运动可靠， 并且棘轮转角可以根据需要进行调节等优点 但其缺点是传动动力小、工作时有冲击和噪声不仅如此，传动力不足则会对工作台的进给 产生影响，从而影响整个工序。

基于以上机构的优点，故考虑组合机构——不完全齿轮与螺旋机构此机构简单、进给 精度高传动力较大，易于制造加工 不完全齿轮机构 槽轮机构 棘轮机构 图 1­12、 刻线机构 常见的王府机构有： a） 、凸轮推杆机构 b） 、四杆机构 c） 、不完全齿轮与环形齿条 凸轮推杆机构中，能通过凸轮的轮廓曲线实现推程、休止、回程推程与回程使刀具沿 直线运动，休止能起到间接性的作用，从而机构亦能达到刀具的间歇性往复运动但凸轮与 推杆的接触为先接触，而刻线是刀具收的力比较大，凸轮压力大，易磨损 由于不完全齿轮能实现所需的间歇性运动， 而环形齿条能实现往复运动， 不完全齿轮与 环形齿条配合也为实现刀具的间歇性往复运动提供另一条途径 搭载计算过程中因为齿数等 参数比较难于计算，无法做到恰到好处的啮合，且也无法实现抬刀运动，只能保证刀在一个 方向上运动 刻线的直线行程，四杆机构选择性相对较大，是的四杆机构不能被忽略考虑在对一些 常用的四杆机构的分析过程中，我们发现四杆机构普遍类似，且功能单一 基于以上考虑， 采用凸轮推杆机构组合螺旋上升机构完成刻线和抬刀动作 此机构结构 简单，易于实现。

2 2 总体设计总体设计 2.1 机型 该机器属于专用型小型机器，借鉴立式铣床的原理进行设计 虽然定位为小型机器，但其结构尺寸还要根据具体的配套电动机来定 2.2 工作原理 工作过程：刻线机主要由压刀机构、刻线机构以及进给机构三部分组成压刀机构用于 刻线时将刀具压下，刻线完成之后，通过齿条齿轮副和丝杠螺纹副使刀具自动起落，避免平 尺磨损；刻线机构用于控制刻线及刻线长度；进给机构用于控制刻线间隔 2.3 总体配置 经过多次的讨论和研究，确定平尺刻线机的总体结构，包括台刀机构、刻线机构和平尺 进给机构等组成 图 2­1 刻线机主要部件示意图 1.工作台 2.端盖螺钉 3.水平轴 4.定尺条 5.螺纹筒 6.刀架轴 7.固定螺母 8 键9.立轴（丝杆、齿轮轴） 10.刀体 11.定位螺母 12.垫片 13.压紧弹簧 14.摩擦轮 机器主要由工作台、电动机、凸轮、水平轴、定尺条、立柱、螺纹筒、刀体、以及不挖 版权齿轮、压紧装置和摩擦轮构成 2.4 基本设计参数 刻线深度 （mm） 0.5 刻线时间 (s) 1 刻单线力 （N） 1000 2.5 进料槽 平尺为 1040*30（mm） 平尺刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求为每隔 1 毫米刻一条线，刻线长度有 10 毫米、13 毫米、18 毫米三种类型。

前四次刻线每次刻线长度为 10 毫米，第五次刻线长度 为 13 毫米， 第六至第九次刻线长度为 10 毫米， 第十次刻线长度为 18 毫米， 以后依此类推 刻线机主要由压刀机构、 刻线机构以及进给机构三部分组成 压刀机构用于刻线时将刀 具压下，刻线完成之后，通过齿条齿轮机构和丝杠螺纹副使刀具自动抬起，避免平尺磨损； 刻线机构用于控制刻线及刻线长度；进给机构用于控制刻线间隔 2.6 抬刀机构 抬刀机构是由如图 2­1 所示，定尺条 4 与齿轮轴 9 上的齿轮啮合使传动方向改变，然后 通过丝杠 9 到螺纹筒 5 到刀架轴 6 完成抬刀下刀动作， 刻线完成后水平轴在回位弹簧的作用 下回位，从而齿轮齿条副以及上面的丝杠螺纹副反向运动完成回程运动 3 3 动力性能计算 动力性能计算 3.1 主工作动力的选择 基于设计是从最末端的工作部位开始的，所以从工作部位的零件开始校核计算 动力的配套适应性应符合拖拉机的额定功率大于机具在作业中所消耗的功率这一原则 图 3­1 减速机的型号与标记图 3­2 减速机的安装形式 图 3­3 减速机的电机接线盒位置 ⑴ 机具在作业中要消耗的功率 P1 作业中机具消耗的功率主要刻线刀在受牵引破开平尺消耗的功率 P 组成。

刻线消耗的功率 P 刻 ： 刻线刀克服平尺阻力所消耗的功率 P 刻 按下式计算： 3 =1000 10 18 10 =180 pFvW − =×××× 刻 刻 刻 （3.1.1） υ行­机具行进速度(mm/s)可按 18mm/s 就是按照每秒完成刻线动作一次 刻线刀所受工作阻力为 ==1000 1010000 FFnNN ××= 刻 单线 （3.1.2） 式中： n—每次刻线的条数 F 单线 —刻每条线所需要的力 ⑵ 相应于作业功率，拖拉机发动机应具有的功率 P 开 ： 拖拉机发动机的额定功率应较作业消耗功率大一些， 有所贮备， 另外再考虑到动力传输 的机械效率，因此减速机应具有的功率为： 3 =F=10000 18 100.9=162W Pv µ − ××××× 刻 刻 刻实 （3.1.3） 式中：μ—减速机滚动阻力系数，这里取 0.12η—机组总的机械效率，现在按 0.9 计 将各有关值代入公式 考虑到回位弹簧所消耗的功率，参考图 3­1、3­2、3­3 可选择 F AZ 32 Y − 11 1.0450 PMC −−−− 4 4 主要工作部件的设计计算 主要工作部件的设计计算 4.1 设计要求 刻线力： 1000N/每条线 行走速度： s mm 18 = v平尺长度：L=1040mm 每行走 11mm 就是要刻线 10mm，所需时间约为 4 秒钟 所以每 分约刻线 150mm. 4.2 刀架轴的尺寸设计以及校核 图 4­1 刀架轴 水平面支撑反力： 12 HH FF = 10 1000=10000 t FN =× （4.2.1） 1 5000 2 t H F FN == （4.2.2） 水平面的弯矩： 1 0.075 5000187.5 22 aHH L MFNm =×=×=• （4.2.3） 转矩： 2 0.270 100001350 22 t d TFmNm =×=×=• （4.2.4） 22 () eaH MMT α =+ （4.2.5） 22 (187.5)(0.6 1350) =+× 190Nm =• 最小直径： 3 1 0.1[] e b M d σ − ≥ 3 3 190 10 30.5 0.1 60 d × ≥= × （4.2.6） 考虑到键槽对轴的削弱，将d 值增大 5%，故 1.05 30.532 dmmmm =×= （4.2.7） 刀架轴的受力分析：图 4­2 4.3 立轴的设计 图 4­3 立轴（齿轮轴、丝杠轴） 立轴的受力计算： 转矩 500 2 1666 0.3 t F TNm l ===• (4.3.1) (1) 按强度要求，应使 3 [ ] 0.2 T TT Wd ττ ==≤ (4.3.2) 故轴的直径3 3 3 1666 10 27 0.2[ ]0.2 60 T dmmmm τ × ≥== × (4.3.3) (2) 按扭转刚度。