成形機床的模具設計論文范文第1篇
磨齒加工是高性能齒輪制造最主要的手段和工藝方法, 其主要特點是可以全面糾正齒輪磨削前的各種誤差, 最終獲得高的加工精度。在目前科學技術支撐條件下, 成形磨齒機可能是目前制造水平下獲得最高精度的高生產率齒輪加工機床, 必將成為未來高端磨齒機產品的主流[1], 而其精度指標是影響工件加工精度的重要因素。提高機床精度和減小加工誤差的主要途徑一方面是提高機床的機械性能, 另一方面是實時地對機床空間誤差進行補償[2,3]。本文主要針對QCYK7332A數控成形砂輪磨齒機, 利用多體系統理論以及4×4Denavit-Hartenberg齊次變換矩陣[4,5,6,7], 分析了機床幾何誤差的來源, 建立了誤差模型, 提出通過函數法來對誤差進行預測進而實時地在線補償誤差。
1 基于多體系統理論的成形磨齒機空間誤差模型及誤差分析
1.1 成形磨齒機結構及拓撲結構描述
QCYK7332A數控成形磨齒機是直徑320mm以下的高精度、大批量生產以及特種齒輪磨削的磨齒設備。磨齒過程中若不考慮砂輪的修整, 則由機床的2根移動軸X、Z和3根旋轉軸A、B、C完成加工。圖1為數控成形磨齒機床及其結構示意圖。
1.床身基座2.砂輪架進刀X軸 (X運動方向) 3.砂輪架走刀軸Z軸 (Z運動方向) 4.刀架旋轉軸A軸5.B旋轉軸6.工件軸 (C旋轉軸)
床身基座1作為B1體, 將磨床系統分為兩個分支:①分支一為床身基座1、砂輪架進刀X軸2、砂輪架走刀軸Z軸3、刀架旋轉軸A軸4、B旋轉軸5;②分支二為床身基座1、工件軸 (C旋轉軸) 6。
對于分支一, 以床身基座B1體為起點, 沿遠離B1的方向, 以自然數增長順序依次標定每個部件的序號:床身基座B1, 砂輪架進刀X軸B2, 砂輪架走刀軸Z軸B3, 刀架旋轉軸A軸B4, B旋轉軸B5, 工件軸 (C旋轉軸) B6。
根據以上數控成形磨齒機的拓撲結構描述, 得到表1和圖2所示的成形磨齒機的低序列體陣列及其拓撲結構示意圖。
1.2 數控成形磨齒機系統相鄰體間變換矩陣的建立
對于數控成形磨齒機QCYK7332A, 其加工過程由2根移動軸X、Z, 3根旋轉軸A、B、C完成。根據機床多體系統理論, 它在加工中總共包括32項空間誤差:線性位移誤差Dx (X) 、Dz (Z) ;垂直直線度誤差Dy (X) 、Dx (Z) ;水平直線度誤差Dz (X) 、Dy (Z) ;滾轉誤差Ax (X) 、Az (Z) ;俯仰角度誤差Ay (X) 、Ax (Z) ;偏擺角度誤差Az (X) 、Ay (Z) ;垂直度誤差SYX、SZY;安裝誤差Dz (C) 、Dx (A) 、Dy (B) ;垂直直線度誤差Dx (C) 、Dy (A) 、Dz (B) ;水平直線度誤差Dy (C) 、Dz (A) 、Dx (B) ;俯仰角誤差Ax (C) 、Ay (A) 、Az (B) ;偏擺角誤差Ay (C) 、Az (A) 、Ax (B) ;轉角誤差Ac (C) 、Aa (A) 、Ab (B) 。
其中, D表示直線位移誤差、A表示旋轉誤差, S表示垂直誤差, 下標表示位移方向、括號內字母表示誤差軸。
1.2.1 理想狀態下各運動副的坐標齊次變換矩陣
(1) 移動副坐標齊次變換矩陣。當機床的砂輪架進刀X軸B2、砂輪架走刀軸Z軸B3移動無誤差時, 其相鄰體之間的齊次變換矩陣為
(2) 轉動副坐標齊次變換矩陣。同理, 當A、B、C軸無旋轉誤差時, 其相鄰體之間的變換矩陣為
式中, φ為A軸繞其x軸的轉角;α為C軸繞其z軸的轉角;β為B軸繞其y軸的轉角。
1.2.2 考慮誤差的成形磨床各運動副坐標齊次變換矩陣
在機床的加工過程中, 如果各種誤差為零, 則砂輪邊緣上點的空間坐標系t與工件的空間坐標系p是重合的;但實際中, 由于各種誤差存在, 砂輪邊緣上點的空間坐標與工件的空間坐標將發生分離, 此時砂輪邊緣上點與工件之間的坐標變換矩陣就是所求的誤差模型矩陣。
1.2.2. 1 移動副坐標齊次變換矩陣
當砂輪架進刀X軸體B2存在沿x軸軸向的線性位移誤差Dx (X) , 在XY平面, 存在沿y、z軸的直線度誤差Dy (X) 、Dz (X) , 繞y、z軸的偏擺角誤差Ay (X) 、Az (X) , 繞x軸滾轉誤差Ax (X) 時, 可得相鄰體之間的坐標變換矩陣為
式中, P為平移變換矩陣;M為旋轉變換矩陣。
其中, x為描述機床導軌沿X軸的設定運動量, x=[x10 0]T;δx為機床導軌沿參考方向移動時在x、y、z方向的位移誤差, δx=[Dx (X) Dy (X) Dz (X) ]T;θx為移動軸與參考軸平面YX、ZX的垂直度誤差, θx=[0 SYXSZX]T。因此可將式 (6) 擴展為
同理可得砂輪架走刀軸Z軸體B3沿z軸運動時, 相對于體B2的坐標變換矩陣:
1.2.2. 2 轉動副坐標齊次變換矩陣
當砂輪B軸體B5存在繞y軸的角位移誤差Ay (B) , 沿x軸、y軸、z軸的直線度誤差Dx (B) 、Dy (B) 、Dz (B) , 沿x軸、z軸的偏擺角誤差Ax (B) 、Ay (B) 、Az (B) 時, 可得砂輪B軸體B5相對于相鄰體B4包含誤差的變換矩陣為
式中, R為旋轉變換矩陣;Q為平移變換矩陣。
可得砂輪B軸體B5相對于相鄰體B4包含誤差的變換矩陣為
同理, 也可得工件C軸體B6相對于相鄰體B1, 以及刀架旋轉軸A軸體B4相對于相鄰體B3包含誤差的變換矩陣分別為
1.3 磨床誤差模型的建立
(1) 在理想 (無誤差) 情況下, 砂輪邊緣上點坐標系t和工件坐標系p在空間重合, 因此砂輪邊緣上點坐標系t相對于機床底座體B1基坐標系的齊次坐標變換等于坐標系p相對于機床底座體B1基坐標系的齊次坐標變換, 即
根據多體系統理論并結合圖1所示磨床的結構, 可以分別得到
可以得出工件主軸坐標系c相對于工件坐標系p的齊次變換矩陣:
(2) 在有誤差的情況下, t與p在空間上產生了分離, t相對p的齊次變換矩陣即為誤差矩陣, 也就是所求的誤差模型:
將式 (15) 代入式 (16) , 運用軟件進行計算, 可得到所要求的誤差模型?；谛≌`差假設的綜合誤差矩陣為
將式 (16) 展開并舍去二次及二次以上的分量, 再結合式 (18) 得到該磨床的2個位置及3個轉角的綜合誤差模型如下:
其中
1.4 砂輪邊緣上點與齒輪幾何誤差規律分析
根據以上模型, 式 (19) ~式 (24) 表示了各運動軸運動過程中的誤差與砂輪邊緣上點的誤差之間的函數關系。由于各軸之間存在運動關系, 最終將各幾何誤差轉化到了砂輪上, 引起砂輪在運動中偏移理想的位置, 從而導致加工出來的齒輪產生齒形誤差。以刀具軸B軸旋轉副的誤差為例, 說明各運動軸加工過程中的誤差, 進而將誤差轉移到了砂輪邊緣上, 引起砂輪偏離原來的位置。圖3為只考慮B軸所引起的誤差并設其他運動軸所引起的誤差為零時, 得到的砂輪尖上誤差與B軸偏角誤差關系圖。圖3a所示為只考慮B軸繞其坐標系y軸旋轉的誤差以及B軸繞x軸的角度誤差時, 砂輪尖繞zT (下標T表示砂輪) 軸的角度誤差;圖3b所示為只考慮B軸繞x軸的角度誤差以及B軸繞z軸的角度誤差時, 砂輪繞xT軸的角度誤差;圖3c所示為只考慮B軸旋轉副的誤差時, 砂輪尖繞yT軸的角度誤差。對比表明, B軸轉動誤差對砂輪尖繞zT軸轉動誤差的影響較大, 而對繞xT軸轉動誤差的影響較小。也說明了B軸繞其x、y、z軸的角度誤差以及旋轉時所引起的角度誤差轉化到了砂輪尖, 引起了砂輪尖繞其xT、yT、zT軸的角度誤差。由加工原理可知, 若在這種情況下加工齒輪, 則會造成工件的齒形誤差、齒向誤差、壓力角誤差等。
2 幾何誤差補償
圖3及式 (19) ~式 (24) 更加清晰地說明了各軸誤差會導致砂輪尖誤差, 進而在加工過程中轉移到工件上, 出現齒形誤差、齒向誤差、接觸線誤差、壓力角誤差等, 而磨齒加工是齒輪加工的精加工, 為了達到預期加工工件的精度, 減小工件的誤差, 應采取恰當的誤差補償方法進行補償。目前誤差補償有兩種方法———硬件補償法和軟件補償法, 考慮到數控硬件誤差補償需要在機床上外加控制器及硬件電路, 成本較高且設計開發周期較長、通用性較差[8], 因此本文選用軟件補償。
2.1 基于函數法的軟件誤差補償
軟件誤差補償[9]主要研究數控機床誤差的影響因素以及計算機軟件誤差補償技術, 從而提高數控機床的加工精度和效率。軟件誤差補償的特點是不需改變加工設備或采用硬件電路等輔助設備即可提高數控機床的加工精度。本文基于多體系統運動學理論建立機床幾何誤差模型, 采用函數法來進行誤差補償, 即用誤差補償程序完成補償任務。我們開發了具有誤差在線分析和補償功能的可內嵌于數控系統內部的補償模塊, 該模塊利用“反饋截取”方式獲取信號, 在模塊內部獨立完成信號的處理和綜合, 實現在線的動態誤差預測和補償量計算, 為齒輪機床數控系統提供修正后的控制量輸出。該函數法誤差預測與補償模塊已用于自主研發的ARM+DSP+FPGA國產齒輪數控系統上, 其原理如圖4所示。其主要的軟件程序包括:①各誤差軸的誤差表達式的數控程序;②砂輪尖誤差表達式程序;③誤差補償程序。
在上層的ARM模塊中編寫以上所需要的各種誤差程序;在加工過程中, 通過底層的DSP控制各軸的運動, 并把各軸位置運動量反饋給ARM;由各誤差軸的誤差表達式的數控程序采集各軸的信息, 并運算出各軸的偏差量以及預測出下一步的誤差量;將各軸的偏差量傳遞給砂輪尖誤差表達式程序, 進而計算出砂輪尖偏離理想位置的量;最后由誤差補償程序輸出砂輪的最終補償后的位置坐標值。
2.2 實例
2.2.1 Renishaw激光干涉測量誤差
針對QCYK7332A數控成形磨齒機存在的誤差值, 本文僅以測量X軸的角度誤差為例說明幾何誤差測量數據處理以及誤差預測與補償的過程。實驗中所采用的測量儀器是Renishaw ML10激光干涉儀。運用Renishaw軟件和控制儀器對每個方向進行3次測量, 一旦安裝位置確定好后, 每一次測量都使用同樣的測量過程。使用軟件記錄每次增量為10mm的總長度為100mm的11個定點測量值。儀器的參數設定之后, 可以使用手動控制輪讓機器對照軟件相同的增量而運行, 其測量時裝置的安裝如圖5所示。
2.2.2 角度誤差 (俯仰角誤差、偏擺誤差)
角度誤差包括俯仰角誤差和偏擺角誤差, 系統會測量出到目標軸的橫向和縱向位置之間的偏轉角作為誤差的大小。由于不能直接測量角度誤差, 故通過間接測量目標軸的橫向和縱向位置, 求其余弦值為俯仰角和偏擺角余弦。圖6a所示為所測量的俯仰角余弦誤差值, 縱坐標表示當前位置相對于目標位置垂直差的余弦值, 也就是要求的俯仰角及偏擺角余弦, 可看出, 三組數據有相同的變化趨勢;圖6b為偏擺余弦誤差圖, 可看出, 三次測量結果的誤差值走勢一致, 也說明了測量的正確性。另外, 當砂輪遠離原點時, 誤差變大, 成為累計誤差。通過坐標值擬合最終得出其誤差曲線的表達式如表2所示。
最終得出的角度誤差余弦曲線表達式為
類似地, 按照以上方法測量出其他軸的直線度誤差、線性誤差等并進行數據擬合, 得出類似于式 (25) 與式 (26) 的誤差曲線函數表達式, 將其存入到系統中, 以便于砂輪邊緣點誤差表達式程序調用;同時根據式 (19) ~式 (24) 編寫砂輪尖誤差關于各軸誤差的補償程序, 計算出砂輪尖含移動副和轉動副誤差的小誤差矩陣并進行相應的誤差補償, 即:當機床各軸運動時, 數控系統根據各軸的誤差函數程序自動計算出各軸的誤差值;砂輪尖誤差表達式程序調用這一數值, 計算出砂輪尖偏離理想點的誤差值;誤差補償程序根據這一誤差值反向進行補償;最終修改砂輪移動量, 使其更加確切地接近理想點, 從而減小齒面誤差。若誤差點坐標比理論點大則下一點進給時理論點減去誤差值, 若誤差點比理論點小則與此相反。
3 結論
通過對數控成形砂輪磨齒機床加工過程的分析, 建立了機床空間幾何誤差模型, 用軟件仿真出B軸運動誤差所引起砂輪尖角度誤差的變化趨勢, 提出了對機床幾何誤差進行預測和實時補償的函數補償方法。以Renishaw激光干涉儀測量機床的角度為例, 說明了實驗數據的處理以及如何進行誤差預測與補償。當機床尺寸改變但機床結構不改變時, 只需要改變各軸誤差擬合曲線的程序就可以進行幾何誤差預測與補償, 因而該方法通用性強, 從而為提高齒輪成形磨削加工精度提供了理論依據。
摘要：以QCYK7332A數控成形砂輪磨齒機為例, 對機床誤差進行了分析。應用多體系統理論以及齊次坐標變換建立了幾何誤差模型, 得到了此模型下砂輪尖的6個自由度誤差表達式, 并在此基礎上以機床B軸為例, 說明了運動軸誤差轉化到磨具上, 從而引起所加工齒輪的齒距、齒形、壓力角等誤差。為了減小誤差, 提出了函數補償法, 并以測量機床的X軸角度誤差為例, 說明機床誤差預測以及實時誤差補償的過程, 為提高數控成形砂輪磨齒機精度、減小機床的幾何誤差提供了理論依據。
關鍵詞：數控成形砂輪磨齒機,幾何誤差模型,函數補償法,誤差預測
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成形機床的模具設計論文范文第2篇
摘要產品設計是將無形的精神態通過有形的物質態表達出來。一個好的設計理念、創意思路,通過恰當載體的設計才有可能轉變為一件精彩的產品。而色彩設計在產品設計中承擔著重要的載體角色。文章通過在產品設計中對色彩功能的分析研究,闡述產品設計中色彩特征的體現與表達,試圖為工業產品中的色彩設計提供參考。
關鍵詞:感知 語義 美學 品質
產品設計是將無形的精神態通過有形的物質態表達出來。而色彩設計在產品設計中承擔著重要的角色。它可以促使產品、環境、人三方面有機聯系,形成一個良好的工作或生活系統。優秀的色彩設計能提高生活品質、文化韻味、工作效率、使用的安全性甚至增加產品的銷量。在產品設計中作為造型以外的另一個設計要素——色彩,是使產品富有吸引力的手段。色彩設計的功能主要表現在一下幾個方面:
一 色彩設計的感知功能表達
工業產品的形式美是由造型、色彩、圖案、材料等多方面因素綜合而成的,但在眾多的因素中,色彩居于舉足輕重的地位,它能最先引起消費者的注意,并給人們留下深刻的印象。色彩是感性的,色彩語言浸透在人們生活中的多種情緒里:激情的、憂傷的、喜悅的、恬靜的等等;滲透在多種性格里:開朗的、活躍的、穩重的、細膩的、自由的等等;滲透在多種感覺里:硬、剛、軟、熱、親切、舒服等;也滲透在多種聯想與象征里:科幻的、高端的、霸氣的等等。因此產品的色彩設計要注重情感方面的表達,根據人物的性格、偏愛、情感、興趣等進行整合,給人以輕松、愉悅、輕松、情趣、幽默、積極等特點的感受。合理恰當地運用色彩設計可以提升產品品質。
第一,色彩的感知可直接反映產品的主要功能。
色彩的這種功能是通過人的生理感知發揮作用的。產品的功能是產品存在的前提,而色彩這一視覺語言可以輔助功能的傳達。所以,我們在進行產品色彩設計時應考慮產品的功能性原則,使產品的色彩情感與功能相一致。
一般我們可根據產品的功能、結構、時代性及使用者的好惡等,在色形一致、以色助形和形色生輝的標準下確定產品的色調。比如:飛機的用途和功能是載客載物,并在高空高速地飛行,所以它的主調色彩一般都處理為高明度高彩度的銀白色,很容易地使人感覺到飛機的輕盈和精細,這就是形色一致,色助于形;相反,如果把飛機涂成黑灰色主調,則很容易使人懷疑它笨重得是否能夠飛得起來,這就是色破壞了形,色調選擇不當。
第二,色彩的感知可豐富產品造型的美感。
色彩在整個產品的形象中,最先作用于人的視覺感受,產品色彩如果處理得好,可以協調造型中的各種元素,豐富它們的變化,使產品更易于識別,更加完美。我們可以在設計規律與審美法則的指導下,進行產品的色彩設計,豐富產品的造型美感。具體來說主要表現在以下幾個方面:
產品色彩設計中的對比與調和。設計色彩的對比是指兩種以上的色彩置于一起時相互影響而顯示出差別的現象。一些產品,為了醒目或增加感人的強度,在色彩設計時常運用注目性較高的色彩對比。色彩的對比可以使兩個要素的質或量被特別強調,使其顯示各自的特質和生命力。設計色彩的調和是產品色彩設計在考慮產品與環境的協調關系下,產品的色調統一性處理,即塑造工業產品中總體的色彩感覺。它可以表現出生動、活潑、精細、莊重、冷漠、沉悶或是親切、明快等感性特征。對比與調和的出發點雖然不同,但最終都必須達到調和的目的。從這個意義上說,調和是色彩設計的最終目標,不協調的色彩只會讓人望而生厭。
產品色彩設計中的均衡與穩定:平衡就是適稱,這里是指感覺和視覺上的平衡,而不是等量平均。色彩的強弱、輕重等感覺左右著顏色面積的直覺大小,所以對于形體結構不對稱、不穩定的產品,可以利用色彩的輕重強弱感,達到視覺上的均衡與穩定。
配色的比例與分割:配色的比例和分割是隨其形狀及組合產生的。利用色彩的對比和調和,配色的比例和分割,以及色彩的功能作用,可以強調造型形式的比例美特征。
配色的節奏與韻律:色彩的節奏就是有秩序地保持連續的均衡間隔,也就是指色彩有規律的層次關系。產品色切忌暗淡懸殊,冷硬過極,鮮灰失調,要注意色彩按層次和節奏的分布。色彩可以按其明暗、冷暖、強弱排列,通過反復、上下、前后的呼應來產生視覺形態中的節奏感。色彩的節奏、韻律與形的變化相結合,可以產生流暢而連續的,或間斷而突變的跳躍式運動效果。利用色彩的節奏與韻律使造型獲得動感,是現代工業產品造型設計的一個重要手段。
色彩設計方案:產品設計的色彩應與環境和諧統一,雖然產品設計的色彩首先要從其本身的性質、功能方面去考慮,輔助產品外觀更具美感的表現力,達到實用功能與美學功能的有機統一。但是,它的放置使用又具有一定空間環境,需考慮產品與環境的協調關系。色彩設計的任務是在產品、環境、人這個整體系統中完成對比與協調。園林是公共休閑或私人聚會的場所,環境色彩主要以植物的綠色為主體。產品的類型是園林公共座椅,主要是用于游客、休閑人群休息、閑談的設施。由于處于園林環境當中,色彩應醒目,容易被發現,便于實現其功能。所以主體色彩選用純度較高的藍色與黃色兩種對比色,并且在萬綠叢中起到點綴作用。此外,金屬色體現時代感與材質的份量感。產品造型是通過音樂符號聯想的創意設計。其主體色彩的藍色與黃色間隔對比表達,利用色彩的節奏與韻律使造型獲得動感,這種活躍的節奏感進一步迎合產品的造型形態,使色彩的運用與造型形態思路整體統一。
二 色彩設計的人機使用功能表達
優秀的色彩設計應使操作者心情愉快,有安全感,不易產生疲勞,有利于產品的方便使用和操作,這樣才能達到操作準確、提高工作效率的目的。
第一,識別功能。
色彩的識別性很強,色彩符號語義可以明確表達部件、操作按鍵等功能性,如我們可以通過色彩分割區分出產品的部件及功能區域,以便于使用者操作解讀,識別產品模塊的組成部分,從而方便地進行維修和拆裝,促進人機互動。
第二,安全功能。
通過色彩設計使產品能給人以信任、穩重感。例如,一般機床設備的底座、床身等,宜采用沉重的顏色,使操作者感到安全。安全色是傳遞安全信息含義的顏色。在我國實施的《安全色國家標準GB50034-2004》中,安全色的顏色表征規定包括了紅、藍、黃、綠四種顏色。如紅色——表示禁止、停止、危險以及消防設備,凡是禁止、停止、消防和有危險的器件或環境均應涂以紅色的標記作為警示的信號,如機器設備上轉動的輪子、消防設施、報警器、應急停止按鈕等。黃色——表示提請人們注意。凡是警告人們注意的器件、設備及環境都應以黃色表示,如大型吊車、交通警告標志、防護欄桿和警告信號旗等。
三 色彩設計的市場功能表達
色彩在市場中扮演著無形的推銷員角色。商家在設計色彩,用戶在消費色彩,色彩是聯系產品與用戶之間的一條紐帶。如果我們能通過色彩促成商品銷售與消費的完美鏈接,那么毋庸置疑,它將成為商家們可以使用的最佳促銷手段。色彩在產品設計中,能夠傳達語意和情感,從本質上擴大了產品的內涵,無形中增加了新的競爭力,這對企業開拓和占領市場具有營銷上的戰略意義。
產品的色彩設計必須考慮企業的標準色,由于企業的PI、VI、CI系統的一致性,我們能夠僅通過產品的造型、色彩,而不必看工藝和標志就可以知道是哪家公司的產品,這也是企業識別系統的一個重要作用。換言之,在企業總的色調環境下,會有多種具有不同個性的產品,而我們往往能夠通過產品的色彩分辨出它的品牌,這也是色彩運用在產品設計上的一個有效技巧。色彩能夠給人以不同心理傾向,這在產品中得到越來越多的應用。它能給人以不同的心理暗示,闡釋不同的設計理念和品牌形象?？梢哉f,形式是設計的靈魂,而顏色是設計的血液,色彩在符合形式特點的基礎上,可以去傳達企業的理念,宣傳產品的品牌。比如在具體的設計中,將產品品牌的專用色賦予產品,能起到增強品牌有效識別性和促進品牌推廣的作用。
四 色彩設計在人因方面的應用功能表達
產品設計的最終服務對象是人,所以色彩設計要緊密結合產品的功能、結構、形態,實現產品的人因設計。在對一個產品進行色彩設計時,首要的問題是要了解這個產品的設計定位,也就是它的目標消費人群,了解產品將要吸引哪些人的眼光等等,這樣,設計師才能有針對性地進行色彩設計。我們要根據消費群體中不同的民俗、性別、年齡、習慣、職業等采用不同的色彩設計來適應他們的需求。
兒童天性活潑率真、無憂無慮、思維單純,他們更喜歡純度、明度高的色彩。所以燦爛明亮的黃色調、青春自然的綠色調、活潑健康的紅色調都適合于兒童用品。青年人思想敏銳、開放、活躍,善于創新,敢于標新立異,他們對色彩的審美價值要求更高。而中年人各方面趨于成熟,審美心理傾向于含蓄,購物顯出一定的習慣性和理智性,他們更傾向于典雅、恬靜、素淡的色彩。老年人更喜歡舒適、莊重、大方的色彩。男性與女性之間的色彩偏好也有很大的差別,女性更喜歡溫馨華美的暖色調,而穩重的冷色系更能體現男性的特征。
在設計中我們要表達的不僅僅是美觀和實用性,更重要的是“人性化”的體現和設計的創意?！叭诵曰钡漠a品不是簡單的個性化,而是必須以人為本位進行設計,色彩設計必須照顧到性別、年齡、功能等因素的差異性,結合人的個性與共性、心理與生理等各種因素,充分發揮色彩的功能與作用,實現產品關懷性設計的目標。
五 色彩設計的精神文化功能表達
人們對色彩的喜歡和禁忌還受國家、地區、政治、民族傳統、宗教信仰、文化、風俗習慣等影響,并存在不同程度的差異。例如,中國人喜歡紅色,認為喜慶,而英國人禁忌紅色,認為不祥。黃色在信仰佛教的國家倍受歡迎,而埃及等國認為黃色是不幸的顏色……因此,色彩設計可以表達民族文化韻味和風格特色。工業產品的色彩設計,要充分尊重民族信仰和傳統習慣,這樣才能使產品受到不同國家、不同民族、不同信仰、不同文化的人們的廣泛喜愛。色彩在文化角度以及精神層面上被當作了人們心靈和感情的投射,并日益深入到了日常生活之中,如中國紅在當代產品設計中顯示出了它越來越重要的地位,這已是不爭的事實,大眾品牌2006年出的一款名為“哪吒”的汽車,運用了中國神話人物的形象及色彩,內部裝飾采用了中國紅色仿綢緞形式,充分展示了中國的文化韻味特色。
此外,色彩設計可以通過客觀的物質形式,深刻表達人們的觀念、信仰,引領人們追求深層次的精神內涵,反映時代特征,引領時尚潮流。通過色彩設計開發、挖掘和滲透一種思想、品味,可以使產品設計滿足一定時期內人們對某種精神文化的需求。比如反映時代特征的流行色的運用,它是某一特定時期內政治、經濟、文化和人們的消費心理等因素的綜合產物。
設計師能運用合理恰當的色彩設計來提升產品的情感和精神文化價值,可以使產品或反映高新技術的高端、太空、科幻、未來等概念,或反映另類、變異、出眾、反叛等個性特征,或反映高貴、華麗、奢華領袖、地位、霸氣、傲氣、獨尊等人類情感上的訴求,使人們對產品的認知超越了直觀的物質層面,進入文化和審美的精神層面。
六 結語
色彩是產品設計這個系統工程中的重要一環,了解產品設計中的色彩功能語義表達,對產品設計至關重要。色彩必須與產品的形態綜合在一起,才能取得有機和諧的整體設計效果。色彩設計對提高產品的檔次和競爭力、對協調操作者的心理要求和提高工作效率、對滿足人們對美的追求和創造舒適的生活環境等方面,都具有重要的現實意義。
參考文獻:
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作者簡介:任成元,男,1978—,河北保定人,碩士,講師,研究方向:產品設計、視覺傳達設計、人機工學,工作單位:天津工業大學機械電子學院。
成形機床的模具設計論文范文第3篇
摘要：數控機床造型設計的重點是機床外觀的人性化設計，人們對機床整體性能的評價由機床外觀的人機性能好壞直接影響。為了方便用戶的實用，數控機床在進行外觀設計時，要著重考慮人機工程學方面的要求，如何設計出外觀符合人機工程學的科學外觀造型設計，是目前機械設計師首要考慮的問題。本文以人對機床操作時經常接觸的外觀部件為關鍵因素，具體闡述了機床門、觀察窗、把手等部件的設計。
關鍵詞：機床造型；人機工程學；設計
1.機床門的人機配合
1.1機床門的寬度尺寸與人機配合
機床門是機床整體造型的重要部件，在機床的操作過程中，與操作人員接觸較多，其尺寸與結構是否合理，對機床操作的易用性有著重要的影響。機床門的設計除了要求其造型要與機床外罩相配合，還需要考慮門的寬度尺寸。門的寬度尺寸不但會對機床整體外觀造成較大影響，而且還會關系到機床使用性能的好壞及工件是否能放入防護內部。因此，在門的造型設計中寬度尺寸是一個不可忽視的要素。機床門的寬度尺寸主要受到工作臺尺寸的限制，為了方便操作人員裝卡零件的需要，門的寬度尺寸在一般情況下要求略大于工作臺的寬度，即把工作臺完全敞開。由于不同型號機床的工作臺尺寸差別較大，因此門的造型也需要作較大的變化，以滿足操作人員的工作要求。對于工作臺較小的機床一般采用單開門的結構，而對一于工作臺較寬的機床則多選用雙開門。因為要把工作臺完全敞開，如果采用單門結構，機床門的體積過大，推拉操作較吃力，不便于使用，所以在大型的加工中心等機床中雙開門的結構較為常見。
圖1.1機床雙門結構 圖1.2 機床單門結構
1.2機床門的高度尺寸與人機配合
在機床門的造型設計中，門的高度尺寸也應適當地考慮。特別是在大型的加工中心的設計中，由于機床體量大，門的高度尺寸要比普通機床大些。機床門是操作者視覺與觸覺頻繁接觸的部件，如果門的高度尺寸過大，會對操作者的心理造成不好的影響。因此要處理好門的比例與尺度的關系，使得門的造型能夠更好地反映了其功能性的要求。
1.3機床門的輪廓與人機配合
門的輪廓與外罩正面輪廓不一致的現象，這種機床門的安裝與外罩不在同一面上，外罩有一部分凹陷，使門能夠正常推拉?，F有的造型大致可按造型感覺分為曲門、直門和折門三種，其造型的變化要隨外罩造型的變化而變化。
2.觀察窗的人性化設計
2.1 觀察窗的操作與人機結構
觀察窗的作用主要是操作者可通過它對一加工工件和機床的運動進行觀察。這種觀察和顯示數據一起構成了機床對個人的重要反饋。操作者對工件的觀察在監視控制中是十分頻繁的，觀察的姿勢受觀察窗的影響很大，因此觀察窗的設計是機床人機工程設計中需要把握的要點。
2.2觀察窗的造型與人機結構
觀察窗作為數控機床正立面的視覺中心，其造型對整體造型風格的表現起著畫龍點睛的作用?，F有數控機床的觀察窗造型變化較多，但要求與整體造型風格相協調。方形觀察窗帶有小圓角常與以直線、平面為主，邊角較硬直的外罩造型相匹配，給人以規整、精確的感覺。而帶有大圓角的觀察窗造型常與以曲面感覺為主的或面與面之間過渡較為圓滑的外罩造型相搭配?，F有數控機床的觀察窗造型已不再以方形為主，尤其是國外的數控機床造型越來越多地采用曲線造型和一些不規則形作為觀察窗的外形，以滿足機床造型風格多樣化的需要。
3.把手的人性化設計
3.1 把手的操作與人機結構
把手是操作人操作機床常接觸的部件，在設計時要考慮到操件人員的舒適度，這直接影響了操作人員的工作效率。把手的設計，考慮的因素較多，作為人手抓握的部件，直徑與長度要與人手的尺寸相適應，使得抓緊舒適，操作方便，國家標準的操縱器一般人類工程學要求手掌把手的截面直徑尺寸為20mm，并且優先選用12-18mm直徑的把手，把手過長、過粗或者過細、過小都不利于人手抓握和施力。另外，不同身高的人使用。手的活動范圍和肘的高度不同確定了最佳把手控制區，相關數據可以通過查閱資料獲得。
3.2把手的外形輪廓與人機結構
把手雖然在數控機床外觀部件中體積較小，但其造型的視覺沖擊力卻不小。把手的造型和安裝的位置都要考慮人機工程學方面的因素，以方便操作者使用。把手的造型主要由把手的截面形狀和外形輪廓線決定?，F有機床的把手截面多以圓形為主，但方形截面把手也有少量的應用?，F有把手的外形輪廓線可歸納為直、曲、折三種，每種造型可分別與不同造型風格的機床造型搭配，但要考慮風格協調的問題，直把手多用于方正的機床造型；曲把手多用于曲面的造型，以體現整體形態的張力感；而折把手多應用于面與面之間轉折變化豐富的機床造型，形成整體風格的統一。
圖3.1機床把手造型
4.小結
數控機床的整體造型是由外觀件所組成，造型風格也是由外觀件的特征來表現，特征部件與機床整體造型是局部與整體的關系，要從整體的需要來處理局部，同時也要處理好局部要素之間的關系，從局部來進一步完善全局。在數控機床造型設計的過程中要處理好特征部件造型與整體的協調關系，以實現機床整體造型的協調統一。
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成形機床的模具設計論文范文第4篇
【摘要】介紹一種利用C8051F020單片機為控制核心的機床數控系統設計方案。敘述了機床改造方案及系統的組成原理，并給出了系統的硬件及軟件設計框圖。普通機床經數控改造后，其加工精度和生產率有較大的提高，而且成本低。這是提高機床企業數控化的一條切實可行的途徑。
【關鍵詞】C8051F020單片機；普通機床；數控系統
The Development of the Machine Tool NC System Based on C8051F020 MCU
Han guiming
（Institute of Information Technology，Guilin University of electronic technology）
Key words：C8051F020 MCU；general-purpose machine tool；NC system
引言
數控機床作為一種高精度的自動化機床，綜合應用了電子、計算機、自動控制和機床制造等領域的先進技術，在我國工業生產中起著極其重要的作用，它很好地解決了現代機械制造中加工對象精密、結構復雜、品種多、批量小等問題。且產品加工質量穩定，生產效率大幅度提高?？紤]到我國國情，價格昂貴的中、高精度的全功能數控機床難以被廣大生產企業所接受，價格相對低廉的經濟型數控系統得到了迅速地發展。經濟型數控系統采用了適合于現場實時控制和數據采集的單片機作為控制器，以控制靈活、可靠性高的步進電機進行驅動。與傳統的中、高精度全功能數控系統相比，經濟型數控系統具有結構簡單、工作性能穩定、性能價格比較高等特點。對于高端的數控機床所要控制的設備和精度要求非常高，它就要用到DSP芯片完成所需要的控制，這樣的數控系統是非常昂貴的，這種對于中底端產品來說是完全不能承受的；因此研制適合對于中底端數控系統是非常有市場前景的。本文給出了基于C8051F020單片機的機床數控系統的具體軟、硬件方案。
1.機床數控系統簡介
中底檔數控系統應能控制主軸轉速、實現其正反轉；控制工作臺實現縱向、橫向和垂直方向的進給運動（車床刀架能實現縱向和橫向的進給運動并自動轉位換刀；加工螺紋時應保證主軸轉1轉，刀架移動1個被加工螺紋的導程）；控制冷卻和潤滑；通過鍵盤輸入加工程序，由顯示器顯示加工狀態等。因此中底檔數控系統主要的組成部分為以下兩個部分：
（1）機械部分 主傳動系統不變；進給傳動系統采用滾珠絲杠螺母副代替原有普通絲杠螺母副（車床應拆掉進給箱、溜板箱、小拖板和刀架，加裝電動刀架；主軸加裝光電編碼器供加工螺紋用）。
（2）數控部分 采用C8051F020單片機組成控制系統，由變頻器來調節主機的轉動速度，由功率步進電機經一級齒輪減速后驅動X、Y、Z三軸（亦可用聯軸器將步進電機與絲杠直接聯結起來，以減小徑向尺寸）。
2.數控系統硬件設計
2.1 C8051F020簡介
C8051F020器件是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，具有64個數字I/O引腳。它的主要特性有以下幾點（由于篇幅原因只列出部分）：
（1）高速、流水線結構的8051，兼容的CIP-51，內核（可達25MIPS）。
（2）真正12位100 ksps的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開關。
（3）真正8位500 ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關。
（4）兩個12位DAC，具有可編程數據更新方式。
（5）64K字節可在系統編程的FLASH存儲器。
（6）5個通用的16位定時器。
（7）具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時器陣列。
（8）片內看門狗定時器、VDD監視器和溫度傳感器。
（9）具有片內VDD監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F020/1/2/3是真正能獨立工作的片上系統。
C8051F020/1/2/3單片機所有模擬和數字外設均可由用戶固件使能/禁止和配置。FLASH存儲器還具有在系統重新編程能力，可用于非易失性數據存儲，并允許現場更新c8051f020MCU固件。片內JTAG調試電路允許使用安裝在最終應用系統上的產品MCU進行非侵入式（不占用片內資源）、全速、在系統調試。該調試系統支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令。在使用JTAG調試時，所有的模擬和數字外設都可全功能運行。
統合以上陳述選用C8051F020單片機作為本系統的主控芯片。
2.2 機床數控系統硬件結構與組成
本機床數控系統的硬件結構框圖如較圖1所示。在硬件系統中為了節省C8051F020單片機為數不多的IO口，鍵盤與鍵盤指示燈采用周立功公司的zlg8279芯片，它與C8051F020單片機只需要4個引腳就可以完成64個按鍵與64顆指示燈的控制。本系統中用zlg8279芯片來管理64個按鍵與按鍵相對于的指示燈。在控制經x，y，z方向上的步進電機使用的是高速光耦，對于主軸，刀位與x，y，z軸的狀態反饋用的是低速光耦，這樣做的目的是既能滿足高速脈沖傳輸要求也在很大程序上節省系統制作成本。在這里變頻器控制的電壓為線性的，所以要用到線性光耦。為了方面工友們的使用我們經過多次考慮還是決定使用320*240這類比較大的LCM來完成所有界面的顯示。
3.機床數控軟件設計
本機床數控系統主要是通過C8051F020單片機對步進電機進行控制和變頻控制器，使機床移動部件（工作臺、床鞍、升降臺、刀架等）沿X、Y、Z三個坐標方向移動，實現刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。本系統軟件框圖如圖2所示。系統軟件由初始化模塊、鍵盤處理模塊、LED顯示模塊、輸入數據處理模塊、輸出控制模塊等組成其中步進電機控制程序由軟件實現脈沖分配，現以三相六拍步進電機為例說明步進電機的控制方法：當電機三相繞組按A-AB-B-BC-C-CA-A的順序通電時，步進電機正轉；若按A-AC-C-BC-B-AB
-A的順序通電，則步進電機反轉。脈沖分配采用查表法，表格固化于flash中。系統程序編制通過定時器定時中斷產生周期性脈沖序列，不使用軟件定時，不占用CPU。
結論
在我國，大批機床的數控改造與升級勢在必行，同時這也是許多企事業不容忽略的課題。本方案是在比較了眾多采用89C51單片機的方案后得出最佳的方案，特點是控制精度高比老式的數控機床精度提高了10%，生產效率提高了45%。同時，在滿足要求的情況下成本控制已經最低。本方案已被國內某機床股份有限公司所采納，產品經過一年多的市場試驗，客戶反應非常良好，這說明這是一個可行的方案。希望本文能起到拋磚引玉的作用。
參考文獻
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作者簡介：韓桂明（1980—），男，廣西蒙山人，研究生，桂林電子科技大學信息科技學院講師，主要研究方向：模式識別、信息與信號處理、控制系統應用。
成形機床的模具設計論文范文第5篇
【摘 要】近年來，隨著我國經濟的飛速發展，機械制造技術得到廣泛發展，而數控機床作為制造業發展的核心裝備，使得機床的設計顯得至關重要。根據數控機床設計、制造以及使用等顯示：人機關系的好壞會影響數控機床性能的發揮，而在數控機床設計過程中人機工程學則應該考慮其中，常見的參數有：數控機床操作面板的設計、把手、加工區域等，本文將以人機工程學為背景，分析數控機床設計過程中如何結合人體生理結構設計數控機床，分析如何將人體工程學運用到數控機床設計中，從而達到良好的人機交換，保障操作人員安全，提高員工工作效率。
【關鍵詞】機械制造技術 數控機床設計 工作效率
引言
近年來，隨著我國經濟的飛速發展，數控機床在機械制造中使用較多，它大大降低了人們的體力勞動，并且也使得人們和數控機床的交流增多。但是，數控機床使用過程中，如果機床設計不合理將會影響其精度，并且影響操作者的舒適度，嚴重者將會危及操作者個人安全。近年來，人機工程學在數控機床設計中使用較多，并取得理想效果，它融入了人體結構學、生理學等，使得人、機床等更加和諧，能夠有效的降低機床使用過程中的人為誤差，提高數控機床的加工精度和穩定性[1]。本文將以人機工程學為背景，分析數控機床設計過程中如何結合人體生理結構設計數控機床，分析如何將人體工程學運用到數控機床設計中，現綜述如下。
1 數控機床的人機系統模型
數控機床近年來使用較多，一方面數控機床能夠保證零件等加工精度，降低加工誤差；另一方面能夠提高加工精度，提高加工效率。從人際工程學角度來說，數控機床使用過程中，人并不是獨立存在的，因此對于人的研究也并不是孤立的，而應該將其放置在人——機床——環境中進行設計。從人機系統的角度來看，操作者和數控機床本身就屬于一個有機的整體，人則成為了數控機床設計過程中的一個有機的整體，在數控機床設計過程中要將人的因素考慮其中，以便能設計出更加人性化的數控機床。
2 數控機床的人機工程分析
2.1 機床整體造型的人機工程分析
對于一臺數控機床而言，機床的整體設計對于機床使用者的使用、操作等有著重要的影響，機床的整體造型對于機床的使用、操作者的操作有著重要的影響。而數控機床而言，其各個部件之間的比例是外觀造型的主要部分之一，現有機床中使用的比例較多，常見的有黃金分割比（1：0.618）、平方根比例（1：）等。機床輪廓線設計過程中除了要注意線形的設計，同時還要注意線的變化[2]。當前，我國機床尺寸主要分為以下幾種，即：長2250mm/2500mm/3000mm/3500mm，寬1370mm，高1690mm。
2.2 機床門的人機工程分析
對于數控機床而言，機床門是數控機床中比較重要的部件，如果機床門設計不合理將會影響機床使用性能以及操作精度。數控機床在設計過程中還要配合機床外罩，同時還要考慮到門的寬度。數控機床設計時，門的寬度不但會影響機床的外觀造型，同時還會影響機床的使用性能、加工精度等。在數控機床設計過程中不可避免的要重視對于機床門的設計。數控機床使用過程中，為了保證操作者能夠裝夾零件方便，門的尺寸設計過程中要略大于工作臺的寬度。
根據筆者經驗，由于機械制造過程中，數控機床類型較多，不同型號的數控機床工作臺寬度也不盡相同，數控機床門設計過程中可以使用單開門的結構；而對于較寬的工作臺而言，可以設計雙開門。
2.3 觀察窗的人機工程分析
在數控機床設計過程中，觀察窗也是其重要部件，它主要用來讓操作者觀察零件的加工進程，從而對加工的工件和機床等運動觀察。這個部位的設計更加有利于對機床加工進度的反饋。這個部位的設計對于操作者的姿勢等關系密切，設計過程中要從人機工程學角度出發，并且對觀察窗的設計有一個重點把握[3]。
根據筆者經驗，數控機床觀察窗設計時要根據操作者的高度、視高等為主。并且不同類型的數控機床在功能上、精度上等差異不顯著。通常而言，對于數控機床觀察窗的設計主要選取第50百分位的人體視高進行設計，這樣能夠保證數控機床適合不同身高的操作者。從人體結構來說，人的水平最佳視線在水平線15°效果最好，而在豎直方向而言，應該控制在25°。
2.4 把手的人機工程分析
對于數控機床而言，手把對于其加工精度、加工效率至關重要，同時手把還會影響操作者的舒適度。在對數控機床進行設計時必須將手把等考慮其中，手把設計過程中必須和直徑、人手的尺寸等相適應，保證操作者能夠比較方便的進行操作。根據相關標準顯示，對于數控機床手把設計時，手握直徑應該控制在10mm—20mm，并且以12mm—18mm為宜。
此外，數控機床設計過程中，還應該注意數控機床長度的設計，并且設計過程中，要主要數控機床整體造型，同時還有保證數控機床設計后滿足不同身高操作者使用。直徑的把手。把手的長度在設計中也需要重視?，F有的數控機床的把手造型多采用長把手的設計，一方面是為了造型的需要，另一方面也可以適合不同身高操作者。但是，在現有數控機床中，很多機床使用短把手，并沒有考慮到高度較高者，使得其設計不合理。根據相關規定：數控機床設計時，要控制好手把的長度，將其控制在75mm以上。此外，設計時要考慮到機床的安裝位置、安裝后達到的精度等。
通過圖1可以看出，對于數控機床設計時，把手設計過程中應該先確定其按照高度，并將50百分位身高操作者作為依據。當手把的高度確定之后，以圖2方式對把手的操作范圍進行計算，這樣設計出的把手既能夠保證其舒適度，同時還能夠提高操作精度，保持操作者手腕保持自然狀態，保證手與小臂在操作過程中保持在直線上。
3 數控機床的人機工程設計
數控機床在設計過程中必須綜合考慮人機工程學等相關要求，在操作者經常觸摸的部位，如機床門、觀察窗、把手等部位應該盡可能使用圓潤、流暢等曲線進行，讓操作者更加親切。而整個數控機床在設計過程中要注意總體的協調，盡可能保證統一。在人機工程學中，如設計觀察窗時要將其放在最佳位置處；設計把手時要和機床區別開，盡可能將其設計成折線形。在色彩上，可以使用淺色或黃色等顏色，這樣既不沉悶，又十分醒目[4]。
結語
近年來，隨著我國經濟飛速發展，數控機床使用較多，并占據重要地位。當前，數控機床在設計過程中要以人為本，更多地考慮人機協調方面問題，這樣既能夠有效的提高操作者工作效率，還能夠保持操作者良好的心情。
參考文獻
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成形機床的模具設計論文范文第6篇
1 設計的內容和要求
原始條件:零件上的凹槽形狀如圖1工件廓形所示, 工件材料為45鋼, 齒形公差為0.15 mm, 設計此零件的鏟齒成形銑刀。
2 鏟齒成型銑刀結構主要參數的確定
2.1 鏟齒成形銑刀廓形深度h和寬度B
銑刀廓形深度h可取比工件廓形最大深度hw大1~2 mm。
銑刀寬度B可取略大于工件廓形寬度 (Bw) 1~5 mm, 因為此工件廓形寬度Bw=12.12 mm, 故可取左右側各大1 mm, 即B=Bw+2=12.12+2=14.12 mm。取B=15 mm。
2.2 鏟齒成形銑刀的設計參數
1) 銑刀孔徑d的確定。銑刀孔徑d應根據銑削寬度和工作條件, 可通過查表取標準值得到, 表1是根據生產經驗推薦的數值[1]。
由于銑削寬度B=15 mm, 設工作條件為一般切削, 所以由表1可選取銑刀孔徑d=22mm。
2) 銑刀外徑d0的確定。在保證銑刀孔徑足夠大和銑刀刀體強度足夠的條件下, 應選取較小的銑刀外徑。
銑刀的外徑應符合
式中:d為銑刀外徑;m為銑刀刀體壁厚, 一般取m= (0.3~0.5) d;H容屑槽高度。
由于H的計算又需根據外徑d0, 因此, 在設計銑刀時, 可首先用下式估算外徑, 待確定了其他有關參數后, 再按上式校驗銑刀強度。
按式d0= (2~2.2) d+2.2h+ (2~6) mm, 計算并經圓整后銑刀直徑的推薦值可參閱《刀具設計手冊》。
由于銑刀齒形高度h=3.801 mm, 已選的銑刀孔徑d=22 mm, 因此可初選銑刀外徑d0=60 mm。
3) 銑刀的齒數Zk的確定。為了測量方便, 一般宜將齒數取為偶數。對于鏟磨銑刀來說, 齒數可適當減少。經過修正后可初選齒數為Zk=14。
2.3 鏟齒成形銑刀的幾何角度及相關參數
由于設計制造上的需要及結構上的限制, 鏟齒成形銑刀規定只給出頂刃的進給前角γf和后角αf, 銑刀的前刀面為與軸線平行的平面———即切深前角γv=0°, 切削刃上各點的主偏角Krx由各點的刃形而定。
1) 前角γf的選取。為了制造方便及保證加工精度, 常取γf=0°, 既便于刀具制造, 又能增強切削刃的剛性和容熱性能, 可顯著提高刀具壽命。
2) 后角αf的選取。鏟齒成形銑刀通常給出進給方向的后角αf, 刀具的后角主要應滿足減小后刀面與已加工表面摩擦的要求。常取αf=10°~21°, 由題意知可選取銑刀后角αf=15°;αf由鏟削量K來實現:
查資料得, 鏟齒機床凸輪升高量接近值為3.5 mm, 取K=3.5 mm, 即修正后選取K=3.5 mm。
3) 鏟削量的確定。當一次鏟齒時, K'=K;雙重鏟齒時, 雙重鏟削量的確定。
對于精度要求高的鏟齒銑刀, 其齒背除用鏟齒車刀鏟削外, 還需用砂輪進行鏟磨。由于砂輪行程的限制, 刀齒齒背的后段刃磨不能到位, 需要在鏟磨之前將后段即BC段預先多鏟削一定的量, 免得在鏟磨后在B點以后形成后段凸臺。這樣就形成了雙重鏟齒, 見圖2[2]。
當采用Ⅰ型時, K1需要更換鏟齒車床上的凸輪來實現。K值和K1值根據銑刀槽底形式查表得到。
K1= (1.3~1.5) K, K'= (K+K1) /2.
計算出K與K1后, 應按表所列的鏟床凸輪的升距 (即鏟削量) 選取相近的數值。當采用Ⅱ型時, 不需要更換鏟齒凸輪, 只需在鏟齒時將銑刀刀齒背后段多鏟K2量, K2可通過查表得到。
因加工后表面表面粗糙度要求較高, 因此銑刀齒背應進行鏟磨。采用雙重鏟齒Ⅱ型齒背, 可查附表取K2=0.6 mm。所以修正后的鏟削量K=3.5 mm, K2=0.6 mm。最終確定K'=K+K2=3.5+0.6=4.1 mm。
3 容屑槽端面槽形尺寸的確定
3.1 齒槽角θ
齒槽角θ即槽背直線過鏟削終點M與前刀面的夾角, 容屑槽角θ與鏟床凸輪回程角、銑刀齒數以及加工容屑槽的角度、銑刀的角度有關,
式中:ψ為排屑角, 一般取15°~20°, 選取ψ=18°。此外ε退=6.4°, ε1+ε3=2°, 由于零前角鏟齒成形銑刀, γf=0°。因此齒槽角θ=6.4°+2°+18°-0°=26.4°。
計算出齒槽角θ以后, 必須修正到符合標準銑刀的角度 (θ常取18°, 22°, 25°, 30°) , 修正后選取標準值25°。
3.2 槽底圓角半徑r
當銑刀前角γf=0°時, 槽底可作單圓弧, 槽底圓角半徑r由公式得
采用雙重鏟齒Ⅱ型, 式中, K'=K+K2=3.5+0.6=4.1 mm。由此可得槽底圓角半徑
取r=2 mm (r圓整為0.5mm的整數倍) 。
3.3 齒槽深度H
容屑槽深應保證鏟齒或砂輪不致碰到容屑槽底, 對于平底式容屑槽成形銑刀需鏟磨。為了不削弱刀齒強度, 齒槽深度H值應按下式計算
其中:h=3.801 mm;K'=4.1 mm;ε2/ε=17.2°/25.7°;r=2 mm, 可得H≈8.545 mm, 所以可取H=9 mm。
4 鏟齒成形銑刀廓形設計
由于γf=0°, 在這種情況下, 銑 (下轉第68頁) 刀的軸向剖面及前刀面廓形與工件廓形完全相同, 即工件剖面截形就是銑刀的齒形。
5 確定內孔空刀尺寸及鍵槽尺寸
6 結束語
文中從結構上詳細闡述了鏟齒成形銑刀的設計計算過程。對該公司其他成形刀具的設計計算具有一定的參考價值, 對于年產變速箱百萬臺的大齒公司而言, 輪軸生產效率的提高對企業效益的貢獻尤為突出。
參考文獻
[1]袁哲俊, 劉華明.刀具設計手冊[M].北京:機械工業出版社, 1999.