西北工业大学机械原理课程设计----眼镜树脂镜片轮廓自动修铣机的设计说明书

西北工业大学机械原理课程设计----眼镜树脂镜片轮廓自动修铣机的设计说明书 机械原理课程设计 设计目 眼镜树脂镜片轮廓自动修铣机的设计 说 明 书 1 / 17 封页 ............................................................................ 1 目录 ............................................................................ 2 设计题目 ..................................................................... 3 机械系统的选择 .................................................. 4 机械系统的方案拟定 .................................................. 6 相关机构的尺寸综合 .................................................. 9 机械系统的运动简图及相关说明 ............................. 13 课程设计体会及建议 ................................................ 16 主要参考文献 ........................................................... 17 2 / 17 (一) 设计题目:眼镜树脂镜片轮廓自动修铣机的设计 眼镜修配行，为适应镜框的形状及尺寸要求，往往需要对镜片轮廓的形状及尺寸作适当的修磨，以便与镜框吻合装配。以前眼镜多采用玻璃镜片，配镜时可以在砂轮上进行修磨，而现在眼镜则多采用树脂镜片，其不可能在砂轮上修磨(因该材料易烧伤，粘堵砂轮)，需改用小铣刀铣削。由于眼镜架框有五花八门的形状和尺寸，所以现欲设计一台可铣削不同形状尺寸树脂镜片的自动修铣装置。 设计技术要求: 1) 该树脂镜片自动修铣装置可以设计为单镜片 铣削或双镜片同时铣削型式，其结构最好设计为桌面 台式结构，并要求完成一个镜片铣削的时间不超过5 分钟。 2) 要求按照顾客所选好的镜框形状及尺寸对所 选配树脂镜片的轮廓形状尺寸能自动完成仿形铣加 工，且一次装夹，便能完成镜片的修铣，避免反复装 夹而导致的镜面损伤。 3) 磨削时对镜架与镜片的装夹操作要简单快 捷，并能保证镜架和镜片免受划伤。 4) 铣削刀具的直径d= 8 mm , 铣刀切削时的刀 =1000r/min，且铣刀可方便更换。 转速一为n刀 5) 整个修铣机除铣削刀具切削运动需独立驱动 外，其余部分全由一个电动机驱动，其转速为n电 =1500r/min。 3 / 17 (二) 机械系统的方案选择 根据题目的设计要求我们构思出了三种可行的方案: 方案一:由于题目要求设计出的俢铣机能够按照顾客所选好的镜框形状及尺寸进行俢铣。我们采用一种凸轮靠模的方法。通过给每一个镜框设计一个凸轮，然后利用靠模法实现铣削。镜片靠吸盘来固定，以保证镜片在铣削过程中免受划伤。被铣削的镜片不动。铣刀一边做自身转动，一边随凸轮做靠模运动。 方案二:采用数控系统进行铣削，先根据顾客选好的镜框在原始镜片上做出轮廓的大致估计，根据对轮廓曲线的编程，只要控制好X坐标和Y坐标，在数控铣床上就可以铣削出需要的形状。 方案三:由于每个镜框都有自己所对应的平光镜，直接利用平光镜来作为凸轮。原始镜片在凸轮的传动下运动并且自身进行转动。铣刀只需要做自身的转动，原始镜片靠吸盘装置固定在工作台上。整个机构通过一个电机带动和一系列的齿轮传动，已达到题目的设计要求。 三种方案的分析:方案一虽然能够实现铣削不同形状的镜片轮廓，但是通过铣刀进行靠模，在铣刀还需自身进行铣削运动的情况下，会造成靠模的精度不高。而且，如果针对每一个镜框都设计一个凸轮，成本太高，造成不必要的浪费。方案二需要对每一个镜框轮廓都进行编程，编程工作本来就比较复杂，所以此方案的可行性并不是很高。方案三只需通过用镜框所对应的平光镜作为凸轮，方便而且节约成本，靠 4 / 17 模装置在一定程度上比较可靠，而且达到了设计要求。 综上分析，我们决定采用第三种方案进行近一步的设计。 5 / 17 (三) 机械系统方案拟定 1) 工作原理确定 通过对通用立式铣床经行改造，将镜片铣削过程分为铣刀的高速旋转运动(主运动)，镜片的往复靠模运动(进给运动)，镜片与模具的同步低速旋转运动(进给运动)。用多级减速装置实现各运动的需求速度的输出，带动刀具和靠模装置运动。将被铣削镜片和模具的仿形运动分成镜片与模具的同步低速旋转运动和镜片往复靠模运动两种不同类型的运动，用凸轮靠模机构和同步旋转机构实现各自的运动过程，在各类运动同时经行的过程中，可实现对模具的仿形加工。 采用双刀头、双夹具的对称装夹设计，可实现同时加工两个镜片或者仅加工单个镜片的能力。 2) 执行构件及其运动设计 铣削部分:由电动机输出运动，通过一级减速装置，将速度降至铣刀额定旋转速度，带动上下两个铣刀同时做旋转铣削运动。采用齿轮传动，提高传动的平稳性。 靠模部分:由电动机输出运动，通过一级减速装置和二级减速装置，将速度降至低速旋转，利用齿轮配合，实现模具和镜片夹具的同步旋转。根据顶尖盘形凸轮机构模型，利用拉伸弹簧的收缩力实现顶尖和模具的接触，模具自身的旋转带动顶尖做往复运动，进而实现装夹部分的往复运动。选用宽齿轮与夹具部 6 / 17 分齿轮啮合，保证运动过程中被加工镜片和模具始终同步旋转。 3) 原动机的选择 整个修铣机包括铣削刀具切削运动和模具与夹具的同步旋转运动，利用两级减速装置实现不同运动的输出，故只选用一个电机，按照题目设计要求，选择转速为n电=1500r/min的电机。 4) 执行构件的运动协调性(运动循环图)设计 机构采用同步启动加工方法，在安装好需加工镜片和对应的模具(平光镜)之后，只需启动装置即可，故无运动协调。 5) 机构选型及组合 考虑到需尽可能提高铣削精度，故要求传动过程的平稳性较高，本设计均采用齿轮啮合传动。选用宽齿轮，实现靠模往复运动过程中齿轮保持啮合的要求。 选用2组等传动比的锥齿轮啮合来实现模具(平光镜)和夹具的同步旋转。 6) 方案评价及优选 方案优点: 1、运用纯机械装置实现镜片铣削，抗干扰能力强 2、机器成本较低，只使用一个电机完成工作 3、利用现有平光镜作为模具，节约制模成本，可制造不同类型镜片轮廓 4、采用吸盘装置装夹镜片，避免镜片损伤 7 / 17 5、机器体积较小，能广泛运用于眼镜行业 6、铣削时间在3分钟，满足题目要求 方案评价: 运动平稳、精确，仿形程度高，能够满足设计要求的所有功能。 8 / 17 (四) 相关机构的尺寸综合 机械系统的简图如下: 相关说明:针对我们的方案。我们采用一个电动机通过一级减速器达到铣刀铣削时所需要的速度(n=1000r/min)。下铣刀的速刀 度是靠圆柱齿轮的传动实现。上铣刀的速度通过两对锥齿轮的啮合一级圆柱齿轮的传动实现，通过对齿轮参数的优化选择使得上下铣刀的速度和运动保持一致。为了实现设计目的，使得模具(即每个镜框所对应的平光镜)与被加工的原始镜片的速度保持一致。我们采用一个二级减速器，圆柱齿轮传动以及锥齿轮啮合实现。被加工原始镜片通过吸盘固定在支撑轴上并与与其相关的几个齿轮组成一个整体。在箱体上有顶尖，通过模具的运动和顶尖 9 / 17 对运动的传递以及固定在箱体上的弹簧实现原始镜片的仿形运动。为达到运动的平稳性，在箱体底部装有轴，箱体下面采用滚轮以减小摩擦。 具体尺寸如下: 直齿圆柱齿轮具体尺寸参数: 齿轮序号 1，3，9，7 16，10 15，12 11 2，8 模数m 2 2 2 2 2 压力角(?) 20 20 20 20 20 分度圆直径(mm) 72 36 200 144 90 齿顶高(mm) 2 2 2 2 2 齿根高(mm) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 齿全高(mm) 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 齿顶圆直径(mm) 76 40 204 148 94 齿根圆直径(mm) 67 31 195 139 85 基圆齿距(mm) 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9 齿厚(mm) 3.14 3.14 3.14 3.14 3.14 齿槽宽(mm) 3.14 3.14 3.14 3.14 3.14 顶隙(mm) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 节圆直径(mm) 72 36 200 144 90 齿距(mm) 6.28 6.28 6.28 6.28 6.28 基圆直径(mm) 67.66 33.83 187.94 135.52 84.57 齿宽(mm) 28 50 26 28.8 32 10 / 17 锥齿轮具体参数: 第一组锥齿轮啮合 齿轮序号 4，6 5 模数 2 齿数 36 100 分锥角(?) 20 70 齿顶高(mm) 2 齿根高(mm) 2.4 分度圆直径(mm) 72 200 齿顶圆直径(mm) 75.76 201..37 齿根圆直径(mm) 67.49 198(36 锥距(mm) 106.28 齿根角(?) 1.294 顶锥角(?) 21.294 71.294 根锥角(?) 18.706 68.706 顶隙(mm) 2.4 分度圆齿厚(mm) 3.14 当量齿数(mm) 38.31 292.38 齿宽(mm) 35 11 / 17 第二组锥齿轮啮合 齿轮序号 13，17 14，18 模数 2 齿数 18 54 分锥角(?) 18.4 71.6 齿顶高(mm) 2 齿根高(mm) 2.4 分度圆直径(mm) 36 108 齿顶圆直径(mm) 39.8 109.3 齿根圆直径(mm) 31.45 106.48 锥距(mm) 56.92 齿根角(?) 2.414 顶锥角(?) 20.814 74.014 根锥角(?) 15.986 69.186 顶隙(mm) 0.4 分度圆齿厚(mm) 3.14 当量齿数(mm) 18.9698 171.0761 齿宽(mm) 18 12 / 17 (五) 机械系统的运动简图绘制及相关说明 镜片铣削机外部造型 整体大小在一个柜台的大小范围内，适合各类眼睛行使用。 13 / 17 镜片铣削机内部结构 内部机构均采用齿轮传动，能够提供更高的平稳性和加工精度。 镜片铣削机吸盘装夹装置 使用带有刻度的吸盘装置进行夹紧，保证镜片不被破坏。 14 / 17 镜片铣削机宽齿轮 采用独特设计的宽齿轮传动，保证靠模部分和夹紧部分能够一直保持啮合状态，提供相同的传动比。 镜片铣削机滚动装置 采用滚轮装置，保证靠模部分能活动灵活。 15 / 17 (六) 课程设计体会及建议 这次课程设计中，我们先在指导老师的带领下系统的对机械系统方案设计的过程进行学习。在老师给定题目后，我们小组进过讨论，选择了眼镜树脂镜片轮廓俢铣机这个题目。通过对题目设计要求的分析，构思出3种可行方案。然后对各个方案进行综合性的分析，确定最终设计方案。通过对传动系统的分析，选择适合的传动部件，最后确定具体零件的参数，进一步优化方案。然后进行相关部件的三维造型。设计中不断地优化方案，也让我们体会一个不断进步的过程。在这一过程中，我们不仅将上学期学习的机械原理课程的相关知识运用到设计中，而且通过设计使得对已学的知识进一步的理解和巩固，通过三个人的共同努力完成设计，也深深的体会到团队合作中每个人团结一致的精神。 16 / 17 (七) 主要参考文献 【1】濮良贵,纪名刚. 机械设计. 8版.北京:高等教育出版社,2006 【2】常旭睿.AutoCAD 2006(中文版)机械设计从入门到精通.北京:兵器工业出版社,2006.7 .北京:机械工业【3】陆凤仪, 钟守炎.机械原理课程设计.2版 出版社,2011.3 【4】张传敏,张恩光,战欣.机械原理课程设计.广州:华南理工大学出版社,2012.8 【5】孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理.7版.北京:高等教育出版社,2006.5 【6】李锦标.Pro/ENGINEER三维造型设计教程与实例精讲.北京:机械工业出版社,2010.1 17 / 17