桌面小型木工車床DesktopMicroWoodworkingLathe日緒論1.1本課題研究的目的及意義車削加工是利用車床實現對工件的加工，其主要工作方式是采用車刀與工件發(fā)生相對回轉運動，是材料從工件上去除，通常車削加工零件類型為回轉體零件，如軸、套等。車床不僅應用范圍廣，加工精度也相對較高，可以直接獲得的加工精度為IT8～IT7，表面粗糙度Ra為1.6～0.8，因此車床加工在機械加工領域的應用十分廣泛。車床不僅可以進行車削加工，通過更換加工刀具還可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔等作業(yè)，若想用車床加工多軸線的零件或盤形凸輪，需將車床進行適當改裝。普通車床是機械加工中最常見到的一類機床，其結構較為復雜，其中有很多研究的熱點，主要包括主運動傳動系統(tǒng)的機構設計、溜板箱的進給系統(tǒng)設計、床身導軌的設計、夾具的設計等。目前，中國已經成為世界領先的制造業(yè)大國，正朝向制造業(yè)強國邁進，有著完整的制造體制和先進的制造技術?？v觀世界各國，可以發(fā)現我國的制造加工業(yè)發(fā)展平穩(wěn)且快速全方位協(xié)調發(fā)展，逐步縮小與世界頂尖水平制造國家的差距，在某些領域已經達到了同等水平甚至實現了反超。我國在對機床的加工中的各項工藝參數以及設計參數的研究都比較成熟。但大多都是集中在對金屬切削的研究，目前對木材加工的研究較少，對木工機床的研究更少。與金屬相比木材加工對機床的要求較低，因為木質產品通常不需要較高的加工精度，一般是作為藝術品欣賞把玩，并不設計零件之間的裝配等。所以在切削過程中對切削速度的要求也不高，且變速范圍不大；同時對木材進行切削時的切削力與金屬相比要小得多，對主軸電機的功率要求較低，所以當前的金屬加工機床并不適合用來加工木材，所以研究一臺專門用于木材加工的小型機床就非常的有必要。對于木材的車削工藝而言，其對加工的功率要求低。在沒有車床的情況下，有些木工用電鉆作為動力源也可對一些木材進行車削加工，但是用電鉆的進行車削非常不穩(wěn)定，對一些要求較高的工件而言很難達到其加工要求。目前市面上有一些非常簡易的木工車床，其主傳動系是由幾組帶輪組成，對于這些車床而言，變速較為復雜，需要更換不同的帶輪以實現變速。而且床身、導軌、刀架等較為簡易。專用車床與通用車床具有明顯的差別。通常是針對一種或幾種特定的工況而研制的車床，由于只針對一種工況，所以其安裝調試工程極致簡化，達到了剛性生產的標準，極大的提升了生產效率，在現代生產線中具有不可替代的地位。本設計針對木材的球形加工來設計一臺桌面級的專業(yè)木工車床，能夠實現變速方便，而且能夠滿足一定的加工要求，能夠快速高效地加工不同直徑的木球。同時以木工車床為載體，掌握普通車床的設計方法；熟悉車床的整體結構，包括床身、主軸箱、刀架、導軌、花盤、頂尖、尾座、手輪等；熟練運用本科所學知識，掌握車床主傳動系的設計方法；了解車床的各個部件，并能根據需求進行詳細設計。1.2國內外研究現狀機床的改造技術，或者設計技術，是根據實際需求應運而生的。加工精度和生產率的不斷提高興促使先進制造業(yè)不斷的探索加工新方法，開發(fā)加工新設備。針對不同的加工需求，已經開發(fā)了多種多樣的機床。航空發(fā)動機中的壓縮機盤直徑長達1m，厚度僅僅為1mm，是一類典型的難加工零件，加工此類盤型零件是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。華中科技大學研發(fā)了一種用于制造具有非常大的徑厚比的薄壁盤狀零件的直接驅動雙端面車床[1]，該機床允許同時切削。該機床允許兩面同時切削，可提高生產率和減輕加工過程中工件變形及振動?；谥饕鼻邢鲄档母拍钪苯咏７椒ㄌ岢隽艘环N多維顫振穩(wěn)定性分析方法，在設計直接驅動雙端面車床過程時，除了插入幾何結構外，還考慮了工件和兩個刀具的動態(tài)效應。通過對對稱和非對稱車床的比較，對直接驅動車床工藝加工薄壁硬齒面壓縮盤的相對優(yōu)點進行了實驗評價。隨著加工精度要求的提高，對高精度數控車床的需求也急劇增加，熱變形對加工精度有顯著影響。廣大學者對這一問題進行了大量的研究，但在實際應用中取得的成果不多，主要的熱變形研究總結如下。Moriwaki和Shamoto提出了一種利用溫度傳感器進行熱位移估計補償的方法[2]。Brecher和Hirsche根據控制內部數據（例如軸進給和主軸速度）擴展了這項工作[3]。Spuret等人使用非金屬材料（如碳纖維增強塑料）抑制熱位移[4]。Mitsuishi等人應用有限元法（FEM）分析軸承預緊力和鑄件形狀優(yōu)化，以最小化位移[5]。Jedrzejewski通過基于應變計的熱變形反饋控制的鰭/風扇耦合熱執(zhí)行器進行補償[6]。Shimizu等人開發(fā)了一種算法，通過將變形模式與從渦流型位移傳感器獲得的數據相匹配來估算機器的總熱變形[7]。日本名古屋大學提出了一種新的主軸箱設計方法，使其不受隨機溫度偏差引起的熱變形的影響[8]。將Taguchi方法[9]與CAE分析相結合，確定了數控車床主軸結構，并根據設計結果制作了床頭座。對熱變形進行了評價，證明了所提出方法的有效性。制造業(yè)是一種極具競爭性的活動，最微小的優(yōu)勢或劣勢可能會標志著企業(yè)或倒閉之間的差異。為了應對這種情況，機床制造商付出了大量的工程努力來改進當前的制造技術和機床。提高機床運行效率和效率的最新策略之一是增加機床設計的可重構性。AlejandroAguilar[10]介紹了一種可重構機床的設計、改進和實現方法，為車削和銑削提供了一個靈活的平臺。該機床的設計和性能的進步推動了現代工業(yè)的發(fā)展。展示了機床重構過程中模塊化、可積性和可轉換性的優(yōu)勢特點。除了在跳動、定位和表面粗糙度方面的合理結果外，機床還具有很高的生產效率，已被用于墨西哥珠寶制造業(yè)。1.3本文的研究內容木質家具、古玩、首飾、飾品在人們的日常生活中隨處可見，傳統(tǒng)的手工制造工藝已經無法滿足日益增長的需求。本文針對回轉類木質工件，進行桌面級木工專用機床設計。主要結構包括：主軸手輪，數顯，3寸花盤，刀架，后頂尖，尾座，后頂尖手輪，刀架座鎖緊手柄，床身等結構。運用機床運動學、主傳動系設計、機床控制系統(tǒng)設計、主軸部件設計、導軌設計、支承件設計等專業(yè)知識完成機床各部分結構的運動原理設計及強度校核計算等工作。

主傳動系設計木工車床是一類典型的專用車床，其設計方法主要包含三種，有創(chuàng)新設計方法、系列化設計方法以及模塊化設計方法。本文采用創(chuàng)新設計方法，對木工車床進行全新的設計，在設計過程中，借鑒傳統(tǒng)車床結構及運動原理等設計理念。首先對其主傳動系進行設計。2.1木工專用車床的主傳動系設計木工車床不同與傳統(tǒng)的金屬切削機床，由于所切削材料為木質，所以其轉速要求不是很高。由于是桌面級車床，為求結構盡可能的簡單，在滿足加工需求的條件下，其轉速級數也不要求過多。木工專用車床的主傳動系應滿足的要求如下：1、要滿足木質工件切削的性能要求。滿足木工車床的運動特性，其主軸轉速范圍不能超過8，轉速級數3-6級即可。設計布局合理簡單，滿足桌面級要求。操縱靈活，安全可靠。2、要滿足切削木質工件時候所需的動力要求。各個傳動軸及其軸上的傳動件要能傳遞足夠的功率和轉矩，使傳動效率盡可能最大化。3、木工車床主傳動系全部零件要有足夠的剛度和強度，保證切削時的穩(wěn)定性和抗振性。4、要求車床的主傳動喜盡可能設計簡單，提升經濟效益。2.2主傳動系設計的傳動方式主傳動系主要有集中傳動方式和分離傳動方式兩種傳動方式。對于木工車床而言，要求結構尺寸要小，而且對精度要求一般。集中傳動方式的特點是結構緊湊，便于實現集中操作，且安裝調整方便。所以本設計采用集中傳動方式。2.3設計部分的基本技術特性2.3.1車床主參數和基本參數車床的主參數和部分基本參數如表2-1所示。表2-1車床主參數和部分基本參數工件最大回轉直徑工件最大長度最低轉速主軸電機額定轉速公比級數Z150mm200mm112r/min1400r/min1.7862.4運動參數計算主軸各級轉速可直接從《機械制造裝備設計》教材表2-5中的標準轉速數列中查出。由于，首先從表中查找到，隨后每10個數取一個數，共取6個數，即可得到各級轉速為：112，200，355，630，1120，20002.5動力參數計算2.5.1電機功率的確定動力參數的計算首要考慮的問題就是電機功率的計算問題，為使木工車床性能達到要求，滿足生產需要，又不致使電機經常輕載運行而降低功率因數，合理的電機功率是非常重要的。以最大可加工的木球計算，即背吃刀量。為保證加工效率，要求主軸轉速為2000rpm時，加工一個木球的進給時間為4s，可求得進給量。由《機械制造技術基礎》教材公式（2-20）知主切削力經驗公式為（2-1）由于關于木材相關參數并未給出，又為保證加工的可靠性，以鋁材計算。查《機械制造技術基礎》教材表2-3得、、、，取，由公式（1-1）可求得切削功率可由下式計算（2-2）由公式（2-2）可求得2.5.2電機選型估算主電機功率，由《機械制造裝備設計》教材公式（2-7）得機床主電動機的功率估算公式為（2-3）取，則由公式（2-3）得（2-4）為便于木工車床在家用電下使用，所以選用單相異步電動機YL80型，額定功率750W，額定電壓220V，額定轉速1400r/min。2.6確定結構式2.6.1確定變速組順序本課題設計的木工機床共用6級主軸轉速，其傳動副配置組合有如下兩種方式：（1）（2）傳動副的選擇通常遵循“前多后少”的原則。電動機的轉速通常高于主軸的最高轉速，為是主軸獲得多級轉速，需要通過傳動副進行變速。從高速向低速傳動，是直徑小的齒輪向直徑大的齒輪進行轉速傳遞，所以，傳動副較多的變速組放在高速傳動軸上，可使更多的齒輪尺寸減小，節(jié)省材料。綜上所述，遵循前多后少的原則應選取第2方案。2.6.2確定擴大順序為使傳動系獲得更高的變速范圍，變速組中一定包含擴大組，而為使轉速連續(xù)變化，傳動系中又必然含有基本組，基本組和擴大組的順序不同，導致傳動系的設計截然不同，在的組合中，現將不同的方案結構式列舉如下：（3）6=3123（4）6=3221結構網如圖2-1所示圖2-1方案結構網圖在這兩個方案中可根據下面的原則選擇最佳方案：安裝在主軸與主軸前一傳動軸的具有極限或接近極限傳動比的齒輪副承受最大扭矩，理論上是比較理想的結果，這也是最后變速組的傳動副經常為2的另一個重要因素。設計車床主變速傳動系時，通常將箱體的徑向尺寸設計的相對較大以避免從動齒輪尺寸過大，在降速變速中，最小變速比通常為；升速變速中最大轉速比以避免擴大傳動誤差，減少震動噪聲。斜齒圓柱齒輪傳動較平穩(wěn)，可取。根據傳動順序與擴大順序相一致的原則，最終選擇方案（3）。2.7齒輪齒數的確定確定齒輪齒數應注意以下幾點：1）齒輪在嚙合過程中會產生根切現象，這主要是由于小齒輪的齒數過少造成的，一般齒輪的齒數應大于17，通常的取值范圍為18~20；2）基于小齒輪的齒數，大齒輪的齒數是根據齒數比的計算來獲得的。齒輪嚙合過程會造成齒輪的磨損，為保證磨損均勻，延長齒輪的使用壽命，通常將大、小齒輪的齒數互為質數；且齒數和過大，會產生較大的中心距，造成機床的尺寸過大，所以齒數和通常不低于60，不超過100；3）齒輪的中心距的大小決定了齒輪傳遞的轉矩的大小，傳遞的轉矩隨中心距的增大而增大，故越后面的變速組的齒數較多，中心距較大；4）為了同時保證強度并且防止由于熱處理出現較大變形，齒輪設計應參考機械設計手冊進行設計；5）為保證滑移時齒輪外圓不相碰，三聯滑移齒輪的最大齒輪的齒數和次大齒輪齒數的齒數差應不低于5[11]。由于本設計的傳動比是1.78，是標準公比，所以傳動系中每個齒輪的齒數可從《機械制造裝備設計》教材表2-8查得，結果如表2-2所示。表2-2各變速組齒輪齒數傳動比基本組第一擴大組1.78:11:0101:01.81.78:101:03.2齒數和5075代號Z1Z1'Z2Z2'Z3Z3'Z4Z4'Z5Z5'齒數321825251832482718572.8帶傳動設計電機軸和第一傳動軸是采用帶傳動方式進行傳遞的，本節(jié)將介紹帶傳動的有關設計參數說明。已獲得參數如下：輸出功率,主動輪轉速為n1=1400，從動輪轉速為n2=112。2.8.1計算設計功率Pd設計功率可按式（2-5）計算：（2-5）式中：為工況系數，可由《機械設計》教材[12]表8-8查得。根據車削過程中V帶的載荷平穩(wěn)，取兩班工作制，查《機械設計》表8-8，取KA＝1.1。由式2-5計算得設計功率為：2.8.2選擇帶型普通V帶的帶型根據傳動的設計功率和小帶輪的轉速按《機械設計》表8-4選取。根據算出的及小帶輪轉速n1＝1400r/min，查《機械設計》圖8-11得：小帶輪基準直徑，再查《機械設計》表8-4可知應選取Z型V帶。2.8.3確定帶輪的基準直徑并驗證帶速帶傳動的傳動比為初取，則大帶輪直徑為由《機械設計》表8-9查“V帶輪的基準直徑”，取標準值=150mm。誤差傳動比可由下式計算：（2-6）式中：為彈性滑動率，取為2%。由式2-6計算誤差傳動比為誤差為符合要求。帶速可由下式計算得出(2-7)由式2-7算得帶速為滿足的要求，故驗算帶速合適。2.8.4確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角一般初選帶傳動中心距為（2-8）由式2-8，可得：即154.7442，選取。帶長估算（2-9）由式2-9有：查《機械設計》表8-2，取標準值。實際中心距計算小帶輪包角：符合要求。2.8.5確定帶的根數z查機械設計手冊，取P0=0.29KW，△P0=0.03KW；由《機械設計》P156表8-6查得，取Ka=0.91；由《機械設計》P145表8-2查得，取KL＝0.96；則帶的根數。2.8.6確定帶輪的結構和尺寸750W單項異步電動機，電機的主軸直徑為，即小帶輪孔徑為，由《機械設計》P160“V帶輪的結構”判斷：當，可采用孔板式或者腹板式帶輪，選擇腹板式小帶輪。，選用孔板式帶輪，為減?、褫S的結構尺寸所以將大帶輪設計設計為卸荷帶輪。帶輪的材料選用灰鑄鐵，HT200。2.8.7計算壓軸力由《機械設計》表8－3查得，Z型帶的單位長度質量q=0.06kg/m,所以初拉力：上面已得到:，則由于普通V帶兩側面間的夾角是40°，為了適應V帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故按帶的型號及帶輪直徑規(guī)定普通V帶輪槽角為32°、34°、36°、38°[13-15]。2.9繪制轉速圖用轉速圖可以用來設計和分析分級變速主傳動系，從圖中不僅可以清楚的表示出傳動軸的數目以及各傳動軸之間的傳動關系，還可以清晰的表達出主軸的各級轉速及傳動路線，各傳動軸的轉速分級和轉速值，各傳動副的傳動比等，應用十分方便。轉速圖是由一些互相平行和垂直的格線組成的。其中，距離相等的一組豎線代表各軸，軸號寫在上面，從左到右依次標注“電”、I、II、III等，分別表示電動機軸、I軸、II軸、III軸，III軸即為主軸。豎線間的距離不代表各軸間的實際中心距。在轉速圖中，各級轉速用距離相等的一組水平線來表示，各軸的轉速用與各豎線的交點來表示。由于分級變速機構的轉速是按等比級數排列的，如豎線是對數坐標，則相鄰水平線的距離是相等的，表示的轉速之比是等比級數的公比。轉速圖中的小圓圈表示該軸具有的轉速，稱為轉速點。傳動軸格線間轉速點的連線稱為傳動線，用主動齒輪與從動齒輪的齒數比或主動帶輪與從動帶輪的輪徑比表示兩軸間一對傳動副的傳動比u，傳動比u與速比互為倒數關系，即。為減小箱體的徑向尺寸，就需要從動齒輪的尺寸不能太大，故設計機床主變速傳動系時通常限制降速最小傳動比，最后一級下降的格數不能超過4格。一般限制直齒圓柱齒輪的最大升速比，此時可以有效降低傳動誤差，減少振動噪聲，斜齒圓柱齒輪傳動較平穩(wěn)，可?。还首詈笠患壍纳仙駭底畲鬄?格。根據以上各原則繪制本設計中的傳動圖如圖2-2所示：1112200355630112020001400電ⅠⅡⅢ圖2-2傳動圖2.10各軸的計算轉速主軸或各傳動件傳遞全部功率的最低轉速為它們的計算轉速。變速傳動系中的傳動件包括軸和齒輪，它們的計算轉速可根據主軸的計算轉速和轉速圖確定。確定的順序通常是先確定主軸的計算轉速，再按傳動順序由后往前依次確定各傳動軸的計算轉速時，最后再確定齒輪的計算轉速。2.10.1主軸的計算轉速由《機械制造裝備設計》教材表2-9知主軸的計算轉速為主軸第一個三分之一轉速范維內的最高一級轉速。查轉速圖可得主軸計算轉速為。2.10.2各傳動軸的計算轉速由轉速圖可得其他各傳動軸的計算轉速：I 軸：；II 軸：；2.11計算主軸的轉速誤差主軸的轉速誤差可由下式計算（2-10）由式2-10計算主軸的轉速誤差為轉速誤差一般應滿足根據上述計算數據觀察可知實際傳動比與理論傳動比之間的轉速誤差在允許范圍之內。2.12繪制傳動系統(tǒng)圖根據上述計算的數據繪制車床主傳動系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖如圖2-3所示：圖2-3車床主傳動系統(tǒng)圖典型零部件設計3.1車床主軸部件設計主軸部件通常由主軸、主軸軸承、傳動件、密封件及定位原件等組成。主軸部件是車床實現切削命令的執(zhí)行件，它主要是用來支撐并帶動工件旋轉，從而進行切削工作。作為車床重要部件之一，工作工程中主軸部件要同時承受切削力和驅動力等載荷，所以主軸部件的質量及性能不僅影響著切削工件質量還影響著機床生產率。3.1.1主軸部件需滿足的基本要求主軸部件需要滿足5項基本要求，包括：1、旋轉精度，2、剛度，3、抗振性，4、溫升和熱變形，5、精度保持性[16]。齒輪傳動具有主軸部件結構簡單、緊湊，能適應變轉速、變載荷工作的特點，是最符合木工車床而要要求的傳動方式。3.1.2主軸部件結構設計（1）主軸部件支撐數目的確定木工車床在尺寸方面要求尺寸小，結構緊湊，主軸跨距較短，所以主軸采用前、后兩個支撐即可。（2）主軸軸承配置形式該設計木工車床是要求進行木質球類加工，相當于切斷加工，所以軸向力較小，又為了達到結構緊湊，所以本設計不使用推力軸承。但是在尾座夾緊中又一定的軸向力，所以在后支撐軸承采用一對圓錐滾子軸承，來承受一定的軸向力，相當于后端配置。前支撐軸承選用雙列圓柱滾子軸承。（3）主軸主要結構參數的確定由于電動機功率P=0.71kw，參考《金屬切削機床設計》表3-2，初步選取主軸前軸徑D1=45mm。后軸徑的D2=（0.7~0.9）D1，取D2=35mm。主軸內孔平均直徑取。初定懸伸量，參考《金屬切削機床設計》，取最佳跨距。由于結構上的原因，以及支撐剛度因磨損會不斷降低，所以主軸跨度應取較大值，取。初選前支撐軸承為型號NN3009型軸承，后支撐軸承為滾動軸承30207型軸承。3.1.3主軸及各傳動軸的傳動件設計主軸部件傳動方式確定為齒輪傳動，所以需要對各齒輪進行設計。根據《機械制造裝備設計課程設計指導書》表1-18選用7級精度的漸開線圓柱直齒輪；大齒輪用45號鋼（調質處理），硬度為240HBS；小齒輪用40Cr（調質處理），硬度為280HBS。估算模數根據《實用機床設計手冊》表3.4-29齒輪模數估算公式：按齒面接觸強度：（mm）（3-1）按輪齒彎曲強度：（mm）（3-2）式中：—傳動比；—齒輪的計算轉速；—齒寬系數，；P—齒輪傳遞的名義功率，即各個軸的功率；K—載荷系數，通常取1.0～1.2；—許用接觸應力；—許用彎曲應力。根據手冊查表取得載荷系數K=1.1，45號鋼（調質處理）的許用接觸應力為，由于機床主軸可以實現正反轉，所以45號鋼的許用彎曲應力取為；40Cr（調質處理）的許用接觸應力為，許用彎曲應力為，取齒寬系數。根據上述已知條件，估算各對齒輪的模數：Ⅰ-Ⅱ軸齒輪組1) 對于的傳動副：根據齒面接觸強度估算模數：（3-3）根據齒根彎曲強度估算模數：（3-4）2) 對于的傳動副：根據齒面接觸強度估算模數：（3-5）根據齒根彎曲強度估算模數：（3-6）c) 對于的傳動副：根據齒面接觸強度估算模數：（3-7）根據齒根彎曲強度估算模數：（3-8）由于齒輪模數的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑相關，可取由彎曲疲勞強度算得的模數，就近圓整為標準，選取模數m1=2.25mmⅡ-主軸齒輪組對于的傳動副：根據齒面接觸強度估算模數：（3-9）根據齒根彎曲強度估算模數：（3-10）對于的傳動副根據齒面接觸強度估算模數：（3-11）根據齒根彎曲強度估算模數：（3-12）同上，選取模數m2=22.5mm。最終各變速組齒輪的模數如表3-1所示。表3-1模數組號基本組第一擴大組模數mm2.252.253.1.4車床主軸部件設計結果根據車床主軸部件設計的結果繪制成裝配圖如圖3-1所示。圖3-1車床主軸部件的裝配圖3.2支撐件設計3.2.1支撐件的功能支撐件要保證各零部件之間的相對運動精度和位置精度，支撐件的變形和振動也將直接影響車床的加工精度，而車床的支撐件是床身，因此，床身的設計是車床設計重要環(huán)節(jié)之一。3.2.2床身應滿足的基本要求1、剛度高、抗振性好。2、熱變形小、熱穩(wěn)定性好。3、動態(tài)性能好。4、便于排屑，方便搬運，工藝性好。3.2.3床身的結構設計為使用方便，且符合大部分人的操作習慣，本設計采用臥式床身。由于木工車床尺寸較小，所以床身和床腿采用一體鑄造，材料選用HT200。HT200稱為Ⅰ級鑄鐵，抗彎性能好，可制成帶導軌的床身，適合用于制作小型床身。為提高床身的剛度以及節(jié)省材料，床身的主要部分采用中空結構，封閉形狀。為方便排屑，在床身上加工排屑槽，但是任保證其封閉性。木工車床床身在加工過程中主要承受彎矩，所以床身截面形狀選用矩形，以提高其抗彎剛度。床腿部分為開口截面，為提高其剛度，在床腿處設置肋板。床身的截面如圖3-2所示。圖3-2床身的截面床身排屑槽如圖3-3所示。圖3-3床身排屑槽3.3導軌設計導軌的主要是用來導向和支撐的。根據是否可以移動又可以將導軌副分為動導軌和支撐導軌。為確保導向的準確性，動導軌與支撐導軌之間只一個自由度的運動。3.3.1導軌應滿足的要求導軌應滿足如下要求：精度高且精度保持性好、工藝性好、承載能力大、運動平穩(wěn)，結構簡單。1、導向精度，動導軌運動軌跡的準確度，即導軌副實際運動軌跡與給定運動軌跡之間的符合程度，它是保證導軌工作質量的前提。影響導向精度的主要因素有導軌的幾何精度和接觸精度；導軌和基礎件的剛度，導軌和基礎件的熱變形等。直線運動導軌的幾何精度一般包括：導軌在豎直平面內和水平面內的直線度；導軌面之間的平行度。2、承載能力大、剛度好，為使機床有良好的加工精度，應合理選擇導軌的結構以保證導軌具有較好的剛度。3、精度保持性好。精度保持性主要是由導軌的耐磨性決定的，影響耐磨損性的因素主要包括導軌材料、摩擦性質和潤滑條件等。4、低速運動平穩(wěn)，就是要保證動導軌在做低速運動時不出現爬行現象。它與導軌的結構和潤滑，動、靜摩擦系數的差值等條件有關。為保證機床的平穩(wěn)運行，就需要導軌具有較好的運動平穩(wěn)性。5、結構簡單、工藝性好，方便機床的設計、加工和制造。3.3.2導軌的形式直線運動導軌前面的基本形狀主要有4種：三角形、矩形、燕尾形和圓柱形，每種形狀都有各自的優(yōu)缺點，為盡可能的利用各種導軌各自的優(yōu)點，所以機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合而成。要求不同，組合方式也不同，具體如下：1、雙三角形導軌，接觸剛度好，導向性和精度保持性好，多用在精度要求較高的機床中。2、雙矩形導軌，承載能力大制造簡單多用在普通精度機床和重型機床中。3、矩形和三角形導軌的組合，該組合的導向性好、剛度高、制造方便，應用最廣。4、矩形和燕尾形導軌的組合，能承受較大力矩，調整方便，多用在橫梁、立搖臂導軌中。該木工車床中需要導向的部件有尾座和刀架系統(tǒng)。為使結構簡單、緊湊，靜導軌使用同一條導軌，選用矩形和三角形導軌的組合。為方便維修和更換，導軌與床身采用分體式設計，用定位銷定位，螺栓進行連接。材料選用HT200，表面淬火。導軌的截面如圖3-4所示。圖3-4導軌的截面3.4刀架系統(tǒng)設計刀架系統(tǒng)由帶動刀架移動的動導軌、控制軸向運動的大拖板、控制徑向運動的小拖板以及刀架組成。動導軌與前面的設計一致，選用矩形導軌和三角形的組合。刀架系統(tǒng)的軸向運動由大拖板控制，采用齒輪齒條機構來實現。刀架系統(tǒng)的徑向運動由小拖板控制，采用絲杠螺母機構來實現。為了節(jié)省換到時間，采用常用的四方刀架，可同時安裝四把加工不同直徑木球的刀。3.5尾座設計尾座主要由尾座體、尾座套筒、尾座套筒鎖緊機構、尾座手輪等組成，尾座對工件起輔助支承作用。車床尾座套筒結構合理與否、質量的好壞對加工過程、加工精度等有很大的影響，其主要作用是為軸類零件定心，同時具有輔助支撐和夾緊的功能。尾座頂尖的定位精度直接影響機床加工工件的徑向尺寸精度，以及圓度等。而套筒是直接用來裝夾項尖的，因此，尾座套筒的加工質量將直接影響到機床的工作精度和使用壽命。

總體設計總體設計是為了把主軸箱、刀架系統(tǒng)、車床尾座等合理的與車床床身相連接以組合成完整的木工車床。主軸箱與車床床身有一定的位置度要求，所以采用“兩銷兩釘”的定位方式，以保證位置度要求。車床刀架系統(tǒng)和車床尾座與床身通過導軌副相連。靜導軌與車床床身固定相連，為保證導向精度也采用“兩銷兩釘”的定位方式。車床刀架系統(tǒng)的軸向進給運動由齒輪齒條副來實現，齒條安裝在床身上，用螺釘連接。齒輪位于大拖板上，與進給手輪通過鍵連接，手動控制軸向進給。車床的總體尺寸如表4-1所示。表4-1車窗總體尺寸總長總寬總高1207.7401.5420裝配結果如圖4-1所示。圖4-1裝配結果圖圖4-2木工車床正視圖圖4-4尾座裝配圖圖4-3尾座工作示意圖圖4-4刀架系統(tǒng)裝配圖圖4-4刀架工作示意圖

主軸有限元分析根據初步設計的結構和尺寸，對主軸進行三維建模，如圖5-1所示。圖5-1主軸三維建模圖主軸上有兩個齒輪，大齒輪距離前支撐軸承較近，小齒輪位于主軸中部靠近前端支撐。當傳遞扭矩一定時，小齒輪受到的切向力大，且小齒輪遠離支撐，所以小齒輪處是較為薄弱環(huán)節(jié)。所以只對主軸小齒輪嚙合時，進行分析。利用ANSYSYworkbench軟件對主軸進行靜力學分析，過程如下：將建好的主軸模型和齒輪導入軟件，進行裝配，如圖5-2所示。圖5-2裝配圖對主軸進行網格劃分，控制網格大小為3mm，劃分結果如圖5-3所示。圖5-3主軸網格劃分圖3、施加約束和載荷。在兩軸承處施加圓柱面約束，后軸承處對軸向、徑向和切向都進行約束，前軸承對徑向和切向進行約束。根據計算結果，用分量式加載方法在主軸和軸承接觸面施加軸承力；在齒輪上施加壓力。如圖5-4所示，其中A、B為約束，C為齒輪上的壓力，D、E為軸承力。圖5-4施加約束和載荷圖4、結果和后處理。在結果中查看主軸截面形變情況。如圖5-5所示。圖5-5有限元分析結果圖參考《金屬切削機床設計戴曙編寫》在額定載荷下，主軸的最大撓度，l為主軸跨距。木工車床主軸跨距，則允許的最大撓度，由圖5-5可知主軸上形變最大處約為，所以滿足剛度要求。

結論本設計參考金屬切削加工機床的設計方法，設計了一臺可用于木質球類零件加工的桌面級木工車床。可供廣大的木工DIY愛好者使用。該車床結構簡單，使用方便，可在家用電下使用。主要針對木質球類零件的加工，也可以對木棒類零件進行加工。在更換特殊刀架的情況下也可實現其他復雜零件的加工。還可以更換傳統(tǒng)的手工刀架，由木工手持刀具進行加工。主軸箱可以實現6級變速，最大加工直徑120mm。本設計依然存在一些缺陷，如所有的操作（包括軸向進給和徑向進給）都需要人工來實現，不能實現自動走刀，也不能實現快速進刀。本設計主要針對木工車床的結構進行設計，車床的潤滑部分設計，需要在進一步的工作中進行設計

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