无碳重力势能小车设计全套 CAD图纸+说明书 1271

摘 要通过对第二届全国大学生工程训练参赛作品“无碳重力势能小车”的分析。发现小车在设计方面存在不足。为了改进小车的不足之处，对小车的结构部分进行重新设计。通过每一阶段的深入分析把设计尽可能向最优设计靠拢。根据小车功能要求，把小车分为车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个模块，进行模块化设计。首先针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。确定的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮、转向机构采用曲柄摇杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母。然后对方案进行理论分析，综合考虑零件材料性能、加工工艺等，进而得出了小车的具体参数和运动规律。关键字：工程训练；参赛作品；重力势能小车； Abstract Based on the second national college engineering training entries carbon-free gravitational potential energy car analysis. Find cart in the design deficiencies. In order to improve the deficiency of the trolley car, a portion of the structure redesign. Through each phase of the in-depth analysis of the design as possible to move closer to optimal design. According to the functional requirements of the trolley car, divided into frame, driving mechanism, a transmission mechanism, a steering mechanism, a walking mechanism, a fine adjustment mechanism of six modules, modular design. First, for each module performs multiple design, through comprehensive comparison and choose the optimal scheme of combination. Determining the scheme are: frame with triangular bottom plate type, motive mechanism adopts a conical shaft, the drive mechanism adopts gear, steering mechanism with crank rocker, walking mechanism driven by a single wheel to achieve differential, fine tuning mechanism by fine adjustment nut. Then the scheme theory analysis, considering the parts and materials properties, processing technology, and then the specific parameters, and movement rules.Keywords:engineering training; entries; gravitational potential energy;目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1小车功能设计要求11.2小车的设计方法1第2章 方案设计22.1重块支架32.2原动机构32.3传动机构42.4转向机构52.5行走机构62.6微调机构7第3章 技术设计83.1影响小车性能主要因素的分析83.1.1能耗规律分析83.1.2运动学分析103.1.3动力学分析14第4章 典型零件的设计及强度校核164.1 主动齿轮的设计164.2 主动齿轮的强度校核174.2.1齿轮的设计计算17第五章 典型零件加工工艺的分析及编写205.1驱动轴加工工艺分析205.1.1零件结构及其工艺性分析205.1.2零件技术要求分析205.2 驱动轴加工工艺编写21结论22致谢23附录24参考文献299CatalogChinese abstractIAbstractIIFirst chapter Introduction41.1 Car functional design repuirements41.2 Car design method4The second chapter Scheme design22.1 A heavy block bracket32.2 Driving mechanism32.3 Transmission mechansim42.4 Steering mechansim52.5 Walking mechansim6The third chapter Technical design73.1 Analysis of the factors affecting the performance car83.1.1 Energy dissipation analysis83.1.2 Kinematic analysis83.1.3 Dynamics analysis14The fourth chapter Typical part desgin and strength check16 4.1 Driving gear desgin16 4.2 Driving gear strength173.1.3 Dynamics analysis17The fifth chapter Typical part machining analysis preparationof20 5.1 Drive shaft processing technology analysis205.1.1 Parts of the structure and process analysis205.1.2 Technical requirements of205.2 Drive axle processingpreparation21Conclusion22Thank23Appendix24Reference29 第1章 绪论1.1小车功能设计要求给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差5002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：小车上面要装载一件外形尺寸为6020 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。转向轮最大外径应不小于30mm。1.2小车的设计方法小车的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析得到了比较清晰开阔的设计思路。设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上考虑优化设计 、系统设计等现代设计理论方法。第2章 方案设计 通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计（车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构）。为了得到令人满意方案，采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案和构思。设计图框如图2-1图2-1 设计步骤在选择方案时应综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同时尽量避免直接决策，减少决策时的主观因素，使得选择的方案能够综合最优。图2-2 方案选择2.1重块支架车架不用承受很大的力，精度要求低。但考虑到重量以及小车转弯时产生的离心力造成重块晃动从而使小车不稳定等，重块支架采用铝合金制作成三角底板式。2.2原动机构原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。1. 驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。2. 到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。3. 由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4. 机构简单，效率高。图2-1-1 绕线轴基于以上分析我们提出了输出驱动力可调的锥形螺旋槽原动机构。如上图可以通过改变绳子绕在绕线轴上不同位置来改变其输出的动力。2.3传动机构传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。1. 不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此种方式效率最高、结构最简单。在不考虑其它条件时这是最优的方式。2. 带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点，但其效率及传动精度并不高。不适合本小车设计。3. 齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。因此在第一种方式不能够满足要求的情况下优先考虑使用齿轮传动。2.4转向机构转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的周期回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄滑块等等。凸轮：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：凸轮轮廓加工比较困难。在本小车设计中由于：凸轮轮廓加工比较困难、尺寸不能够可逆的改变、精度也很难保证、重量较大、效率低能量损失大（滑动摩擦）因此不采用曲柄连杆+摇杆 优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。在小车设计中由于小车转向频率和传递的力不大，故机构可以做的比较轻，可以忽略惯性力，机构并不复杂。对于安装误差的敏感性问题我们可以增加微调机构来解决。曲柄摇杆结构较为简单，但和凸轮一样有一个滑动的摩擦副，其效率低且急回特性导致难以设计出较好的机构。综合上面分析我们选择曲柄连杆+摇杆作为小车转向机构的方案。2.5行走机构 行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为 文献7对于相同的材料为一定值，滚动摩擦阻力 文献7所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。对于后轮可以采用双轮同步驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，可以通过差速器或单向轴承来实现差速。差速器涉及到最小能耗原理，能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现满足要运动。单向轴承实现差速的原理是其中一个轮子速度较大时便成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，这样交替变换着。但由于单向轴承存在侧隙，在主动轮从动轮切换过程中出现误差导致运动不准确，但影响有多大会不会影响小车的功能还需进一步分析。单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为主动轮，另一个为从动轮。就如一辆自行车外加一个车轮一样。从动轮与主动轮间的差速依靠与地面的运动约束确定的。其效率比利用差速器高，但前进速度不如差速器稳定，传动精度比利用单向轴承高。综上所述行走机构的轮子应有恰当的尺寸，采用单轮驱动。2.6微调机构一台完整的机器包括：原动机、传动机、执行机构、控制部分、辅助设备。微调机构就属于小车的控制部分。由于前面确定了转向采用曲柄连杆+滑块方案，并且曲柄连杆机构对于加工误差和装配误差很敏感，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。这是采用微调机构的原因之一，其二是为了调整小车的轨迹（幅值，周期，方向等），使小车走一条最优的轨迹。微调机构可以采用微调螺母式如图2-6-1图2-6-1 转向机构第3章 技术设计技术设计阶段的目标是完成详细设计确定个零部件的的尺寸。设计的同时综合考虑材料加工成本等各因素。3.1影响小车性能主要因素的分析通过对小车的能耗规律、运动学、动力学进行分析，可以实现小车的优化设计，提高设计的效率和得到较优的设计方案。3.1.1能耗规律分析为了简化分析，先不考虑小车内部的能耗机理。设小车内部的能耗系数为，即小车能量的传递效率为。小车轮与地面的摩阻系数为，理想情况下认为重块的重力势能都用在小车克服阻力前进上。则有 文献1式中 为第i个轮子对地面的压力 为第i个轮子的半径 为第i个轮子行走的距离 为小车总质量为了更全面的理解小车的各个参数变化对小车前进距离的变化下面分别从1.轮子与地面的滚动摩阻系数、2.轮子的半径、3.小车的重量、4.小车能量转换效率。四方面考虑。由文献10知道一般材料的滚动摩阻系数为0.1-0.8间。图3-1-1为当车轮半径分别为（222mm，70mm）摩阻系数分别为0.3，0.4，0.5.mm时小车行走的距离与小车内部转换效率的坐标图。由图3-1-1可知滚动摩阻系数对小车的运动影响非常显著，因此在设计小车时也特别注意考虑轮子的材料，轮子的刚度尽可能大，与地面的摩阻系数尽可能小。同时可看到小车为轮子提供能量的效率提高一倍小车前进的距离也提高一倍。因此应尽可能减少小车内部的摩擦损耗，简化机构，充分润滑。图3-1-2为当摩阻系数为0.5mm，车轮半径依次增加10mm时的小车行走的距离与小车内部转换效率的坐标图。图3-1-1图3-1-2由图3-1-2可知当小车的半径每增加1cm小车便可多前进1m到2m。因此在设计时应考虑尽可能增大轮子的半径。图3-1-33.1.2运动学分析涉及的物理量：驱动轮半径齿轮传动比驱动轮A与转向轮横向偏距驱动轮B与转向轮横向偏距驱动轴（轴2）与转向轮中心距离曲柄轴（轴1）与转向轮中心距离曲柄的旋转半径摇杆长连杆长绕线轴的半径图3-1-4a、驱动：当重物下降dh时，驱动轴（轴2）转过的角度为d，则有 文献1则曲柄轴（轴1）转过的角度 文献1小车移动的距离为（以A轮为参考） 文献1b、转向： 当转向杆与驱动轴间的夹角为时，曲柄转过的角度为则与满足以下关： 文献1解上述方程可得与的函数关系式 文献1c、小车行走轨迹只有A轮为驱动轮，当转向轮转过角度时，则小车转弯的曲率半径为 文献1小车行走ds过程中，小车整体转过的角度 文献1当小车转过的角度为时，有d、小车其他轮的轨迹以轮A为参考，则在小车的运动坐标系中，B的坐标、C的坐标 在地面坐标系中，有 整理上述表达式有： 求解方程，把上述微分方程改成差分方程求解，通过设定合理的参数的到了小车运动轨迹如图图3-1-53.1.3动力学分析a、驱动重物以加速度向下加速运动，绳子拉力为，有 文献11产生的扭矩 文献11式中 考虑到摩擦产生的影响而设置的系数。驱动轮受到的力矩，曲柄轮受到的扭矩，为驱动轮A受到的压力，为驱动轮A提供的动力，有 文献11式中 考虑到摩擦产生的影响而设置的系数 文献11b、转向假设小车在转向过程中转向轮受到的阻力矩恒为，其大小可由赫兹公式求得 文献9由于b比较小，故对于连杆的拉力，有c、小车行走受力分析设小车惯量为，质心在则此时对于旋转中心的惯量为 文献11 小车的加速度为：整理上述表达式得：第4章 典型零件的设计及强度校核4.1 主动齿轮的设计主动齿轮设计如图4-1-1图4-1-14.2 主动齿轮的强度校核4.2.1齿轮的设计计算1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案，选用直齿圆柱齿轮（2）选用7级精度（3）材料选择。由参考文献9表101选择大齿轮材料为LD6061铝合金，硬度为280HBS，小齿轮材料为黄铜，硬度为280HBS（4）选大齿轮齿数z1=120，小齿轮的齿数为z2=302 按齿面强度设计(1) 确定各式计算数字试选载荷系数。1） 计算小齿轮传递的转矩。大齿轮传递的转矩 2） 由参考文献10查得，大齿轮做悬臂布置，选取齿宽系数。3） 由参考文献10查得，铝合金的弹性影响系数4） 由参考文献10查得，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限；大齿轮的接触疲劳极限。5） 计算应力循环次数6） 由参考文献10查得，接触疲劳寿命系数；7） 计算接触疲劳需用应力取失效概率为1%，安全系数S=1 （2）计算1）试算大齿轮分度圆直径d1t，代入中较小的值。2）计算圆周速度v 3）计算齿宽4）计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5）计算载荷系数。根据，7级精度，查得动载系数，直齿轮；由参考文献9查得使用系数；由参考文献9用插值法查得7级精度，大齿轮相对支撑为悬臂布置 。由 ，由参考文献10查得；故载荷系数 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径7）计算模数3几何尺寸计算。表3直齿圆柱齿轮传动计算结果名称符号计算公式小齿轮大齿轮模数m0.75齿数z变位系数x啮合角 分度圆直径d中心距a齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿轮宽度BB1=10B2=4第5章 典型零件加工工艺的分析及编写5.1驱动轴加工工艺分析驱动轴是无碳小车的一个典型零件，它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。该轴按给定的生产纲领600件/年，则生产批量为50件/月，生产类型属于中批生产。而生产类型的不同，则其工艺特征也不同，则该驱动轴的工艺应结合中批生产的工艺特征来考虑。5.1.1零件结构及其工艺性分析该轴为细长小台阶轴，由外圆柱面、螺纹和键槽组成，结构比较简单，但长径比L/d12属挠性轴，刚性差，工艺性差，加工时极易造成弯曲变形，但可以使用中心架来防止其变形，能够保证以高生产率和低成本制造。5.1.2零件技术要求分析1. 尺寸精度该轴的主要尺寸精度要求在几处台阶轴处，即安装轴承和安装齿轮的部位，精度较高，均是6级精度，过渡配合。可通过在MG1320E高精度磨床上磨削加工，均能保证其要求。2. 形状与位置精度分析该轴没有形状精度要求，只有3处阶梯轴段对两处基准的径向圆跳动的要求，属位置精度要求，精度较高，最高值为0.008mm，且该轴长径比比较大，属细长轴类零件，该径向圆跳动要求属于加工关键，加工时应优先考虑基准统一的原则，可通过以两端中心孔为工艺基准（精基准）和中心架来保证其圆跳动的位置精度要求；两处键槽的对称度要求较高，为0.01mm，在普通铣床上很难保证，应使用数控铣床来完成，但必须以两端中心孔为工艺基准再辅以千斤顶做辅助支撑。3. 表面粗糙度分析 表面粗糙度最低值为Ra 1.6m，要求不高，通过磨削可以保证。4. 零件选材及热处理分析 该轴虽属台阶轴，但外圆直径尺寸相差不大，且强度要求不高，毛坯选用棒料即可。该轴选用了比较常用的45圆钢，切削性能良好，加工时不需采取特殊工艺措施，刀具材料选择范围较大，高速钢或YT类硬质合金均可。选材合理。热处理调质硬度170-230HBS，容易达到。5.2 驱动轴加工工艺编写驱动轴加工工艺卡片详见附录结论从对试制的样品小车进行反复实验来看小车的优点：（1）小车机构简单，单级齿轮传动，损耗能量少。（2）多处采用微调机构，便于纠正轨迹，避开障碍物。（3）采用大的驱动轮，滚阻系数小，行走距离远。（4）采用磁阻尼，小车稳定性提高，不致使车速过快。小车的缺点： （1） 小车精度要求高，使得加工零件成本高。（2） 微调各个机构都很费时，避障稳定性差，时而偏左，时而偏右。 小车需要的改进方向：（1） 小车最大的缺点是精度要求非常高，改进小车的精度要求。（2） 使调整简单，小车便能达到很好的行走效果。致谢为期近四个月的毕业设计，将近尾声，大学生活也即将结束，毕业前的这次毕业设计，是对四年来所学知识的一次系统复习和综合运用。这次毕业设计，复习并运用了以前所学过的知识，是在老师的带指导下接触和学习新知识的过程，更是将所学知识运用到生产生活具体实践的一次练习。其实知识并不难学，也并不是最重要的；重要的是知识的运用，也就是说学会运用知识远比知识本身更重要。只有通过不断的练习，通过老师的指点和同学的帮助，才能将课本知识熟练的运用到生产生活实践中，为人类社会造福。在这一过程中，老师的指导非常重要，没有老师的细心指导我不可能顺利完成设计。尤其是李光辉导师的科学研究精神，惜时如金的工作态度深深地影响了我，使学生受益匪浅。在此表示衷心感谢，并致以崇高的敬意。同时也感谢所有关心、支持和帮助过我的各级领导、老师、同学。由于学生水平有限，论文难免有不足和错误之处，恳请各位专家、教授批评、指正，再次表示感谢。附录后轴加工工艺卡参考文献1 同济大学数学系.高等数学M.北京：高等教育出版社，2007.2 何铭新，钱可强.机械制图.第五版M.北京：高等教育出社，1993.3 梁正强.机械零件设计计算实例M.北京：中国铁道出版社出版，1989.4 刘曹茹，吴志军，高政一，等. 机械制图M.北京：高等教育出版社, 2000.5 刘品.机械精度设计与检测基础M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 2009.6罗圣国，龚溎义.机械设计课程设计指导书M.北京：高等教育出版 社，1990.7 席慧智，谷万里，高玉芳.机械工程材料M.哈尔滨：哈尔滨工程大学 出版社，2001.8 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2005.9 濮良贵，纪名刚等.机械设计M.北京：高等教育出版社，2005.10 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2008.11 杨建华，戴兵，秦玉明.大学物理M.苏州：苏州大学出版社，2009.附录翻译部分车床和车削车床及它的结构车床是一个主要用来生产旋转表面和端面的机床。 基于他们的目的，结构，能同时装夹刀具的数量，自动化的程度，车床， 或更正确的说， 车床类型的机床依下列各项被分类为:(1) 普通车床 (2) 刀剖车床(3) 六角转塔车床 (4) 立式的车削和镗铣机床 (5) 自动化车床 (6) 专用车床尽管车床类型机床的多种多样，他们结构和工作的原则都有很大程度上的相似性。通过具有代表性的普通车床这些特征能最好地被说明。 床身 车床的床身是主要的框架，包括在二个垂直支撑架上的水平横梁。它通常由铸铁或者球墨铸铁通过铸造加工而成的用于减少振动。车床上的导轨让床鞍容易地沿纵长滑动。车床床身的高度应该适中，这样使操作人员能够容易地而且舒适地做他或她的工作。主轴箱 主轴箱安装在车床床身的左手边位置而且主轴与导轨(床的滑动表面)平行。 主轴由齿轮箱驱动，齿轮箱安装在主轴箱中。齿轮箱的功能将提供一些不同的主轴转速(通常由6到 18 速度)。一些现代的车床具有无级调速的功能，由摩擦力、电或液压来驱动。主轴箱通常为中空的，举个例子而言，它在整个长度方向上是空的。如果采取连续生产杆状坯料可以通过这个洞进给。当然，这个洞有一个锥形表面用于安装车床顶尖。这个外部表面由螺纹连接吸盘，尖盘以及类似的东西。 尾座 尾座基本上三个部份组成，下部分的基础，一个中间的部份和套筒。下部份的基础是沿着机床床身导轨上滑动的铸件，而且它有一个夹紧装置使其锁定在整个尾座的任何需要的位置，根据工件的长度。中间部分是一个能沿着横向移动用的铸件。第三个部份套筒，是一个淬火处理的钢管，它可以根据需要滑进滑出中间部分。它可以通过手轮实现，在它的周围螺母固定在套筒上，在套筒开放一端的洞中能够固定车床中心线或者其他的像麻花钻镗杆一类的东西，通过夹紧装置套筒能够加紧在任何位置。 刀架 刀架的主要功能是用在刀具的安装和纵向和横向的进给。当被机床V形导轨引导的时候，它实际上是在主轴箱和尾座之间滑动的一个 H 形块。刀架可以用手动或机械方式通过托板箱和丝杠或光杠移动。 当用于加工螺纹的时候，动力是由托板箱的齿轮箱提供的。在所有的其他车削操作方面，它是由光杠提供动力驱动刀架的。丝杠通过一对半合螺母固定。这个螺母安装在托板箱的后面，当操作特定的杠杆时两个半螺钉一起被夹紧而且与旋转的丝杠构成一个完整的螺钉，当进给时沿床身和刀架一起。当杠杆脱离的时候，这两个半螺钉离开并且刀架停止运动。另一方面，当使用光杠的时候，它经过蜗轮提供力量给托板箱。后者对于光杠和沿着光杠移动的丝杠是关键的，它在整个长度是关键的一部分。一个现代的车床通常在主轴箱之下位于一个快速变速的齿轮箱和经过一列齿轮传动的主轴。刀架被连接到丝杠和光杠而且能够通过操作杠杆迅速简单地选择一系列的进给，变速齿轮箱应用于普通的车削、平面和螺纹的切削操作。因为那齿轮箱被连接到主轴上的，对于托板箱移动的距离可以被控制。车刀车刀的形状和几何尺寸根据车床应用的目的而决定。车削刀具可以分为两种主要的类型即外部的切削刀具和内部的切削刀具，每一个这些小组包括刀具的有下列类型:车刀 车刀能用于精加工或者粗加工的工具。粗加工的车刀具有小的刀尖圆弧半径用于大的切削用量。另一方面精加工的车刀具有大的刀尖圆弧半径用于获得最终需要的尺寸这个尺寸通过小的切削深度获得高的表面质量。粗车刀具有用右手或左手的两种类型，根据进给的方向而定。它们能有直的，弯的，或偏置的刀柄。端面刀 端面车刀用于待加工的表面或者端面的平面加工。这些刀具有用左手边操作加工表面的和用右手边操作加工表面的。这些表面通过刀具的横向进给实现，和车削刀具相反的是，纵向进给通常被应用。切断刀 切断刀具，有时叫做分离刀具，可用于切断工件以及/或以机器制造外的凹槽。螺纹车刀 螺纹车具有三角形的，正方形，或梯形的刃口，取决于需要的螺纹的横截面的样式。同时，这些刀具的面角度总是和那些螺纹现状相同的。螺纹切削刀具的直刀柄用于外部的螺纹切削而偏置刀具用于外部螺纹的切削 。成形车刀 成形车刀是特别用于加工特殊形式截面的加工刀具，与被加工的工件的形状相反。高速钢刀具通常是做成单独的一块整体，和硬质合金刀具或陶瓷刀具相反的是 ， 它们是做成刀尖的形式。后者是由焊接的或者机械方式夹紧与刀柄构成一个整体。图一指出了一系列后者的类型，这些包括碳化物顶尖、断屑器、刀片，紧固螺丝钉 (一个垫圈和一个螺钉 ) 和刀柄。当做名字所说的那样，断屑器的功能是时不时的切断切屑，如此避免长的带状切屑形成这些带状切屑在操作时可能会带来问题。 碳化物顶尖 ( 或陶瓷的顶尖 ) 可以有不同的形状，根据他们应用的机床操作。顶尖可以是一个整体或者是中央有一个洞，根据这个顶尖是焊接还是用机械夹紧方式使其安装在刀柄上。车床操作在下列的部分中，我们将讨论能在传统的车床上被运行的各种不同的机床操作。 这个必须铭记于心，然而，现代的数控车床具有更多的功能 并且能做其他的操作，举例来说，比如曲面仿型。下列各项是普通的车床操作。外圆车削 外圆车削是最简单的和最通常的车床操作。工件每旋转一周就在工件上产生一个圆心在车身轴线上的轨道; 这个动作的多次产生才能实现切削加工。 加工的结果是一个具有很小螺距的螺旋线。结果，已加工表面是圆形的。轴向进给是由刀架或者是小刀架提供，可用手动或自动化方式实现，然而削减的深度由横向进给实现。在粗车加工时，一般推荐大的切削深度 (从 0.25 到 6 毫米左右，取决于工件的材料) 并且会采取较小的进给量。 另一方面，非常小的进给量，非常小切削深度 (小于 0.05 或 0.4 毫米)，和高的切削速度应用于精加工。平面车削 平面加工的结果是一平表面这个表面既可以是整个端面或或者是轴间处的一个环形表面 。 在平面车削过程中，进给量是由横向进给提供的，然而削减的深度是有刀架或者小刀架提供的。平面车削可以从工件的外圆向中心也可以从工件的中心向外圆。很明显这两种加工都产生螺旋形的加工轨迹。通常，在平面加工过程中最好要夹紧刀架，因为切削力容易推动刀具 ( 当然 ， 整个的刀架 ) 远离工件。在大多数平面加工过程中，工件被夹紧在吸盘上或者工作台上。凹槽切削 在切断和切槽的加工中，只应用刀具的横向进给。那切断和切槽工具，在先前已经讨论过了，用过了。钻孔和内表面车削 钻孔和内表面车削是在工件内表面上有钻杆或者是适当的内表面切削刀具， 如果最初的工件是实心的，必须先进行钻孔加工。 钻孔刀具安装在刀架上， 而后刀架相对于工件进行进给。圆锥面车削 圆锥面车削是通过驱动刀具沿着与车床轴线方向不平行而是与轴线倾斜方向即想得到的圆锥角。下列各项是用圆锥面车削的不同的方法:（1）旋转小刀架上的刀盘使其达到半顶角的度数。进给是通过手动方式旋转小刀架上的手柄方式完成的。这一个方法大多数应用于较大的内圆锥角和角大的外圆锥角切削。（2）采用专用成形刀具 对非常短的锥形表面加工。工件的宽度一定要比刀具的稍微小一点，而且工件通常被安装在吸盘上或者在工作台上。在这种情形下，只有横向进给应用于这种加工过程中而且刀架被夹紧到机器床身上。（3）偏置尾座中心 这一个方法应用于较长的和锥角较小（小于8度）的外圆锥面车削。工件被装在两个顶尖之间 ; 然后尾座在垂直于车床主轴线移动距离 S。（4）采用锥面切削装置 这一个方法应用于车削较长的工件。当长度比小刀架长度还要大时 在如此的情况横向进给机构和刀架完全脱离，然后横向进给由附加装置提供。 在这一个过程中，自动的轴向进给能像往常一样使用。这一个方法是为非常长的工件以及比较小的圆锥体角度，比如8 度到10度。车削螺纹 当进行螺纹切削的时候，轴向进给必须保持恒定的速度，速度大小取决于工件工件转速(转/每分)。两者之間的关系主要有切削螺纹的螺距决定。 正如先前提到的那样，通过丝杠切削螺纹自动产生的，轴向进给驱动刀架 。当丝杠旋转一周时刀架运动距离等于丝杠的螺距，因此，如果丝杠旋转速度等于主轴旋转速度（工件主轴）切削结果工件螺距等于丝杠螺距 = = 主轴和刀架的传动比 这个等式对于车床主轴和丝杠的传动链的决定很有用具体的说也就是对传动链中齿轮的选择很有帮助 。在螺纹切削加工过程中 相对较长的工件安装在吸盘上或者在车床两顶尖之间 。 使用的刀具的形状必须与要切削螺纹轮廓非常精确，比如三角形的车刀必须用于切削三角形螺纹，以此类推。滚花加工 滚花加工主要是一种成形加工方式，这种加工没有切屑的产生。这种加工方法是用两个有粗銼式的表面的硬化滚轴压在滚动工件上在工件表面上产生塑性变形。滚花加工应用于比较粗糙的外圆柱面 ( 或者圆锥面)，通常用来做手柄。有时候，表面仅仅用来做装饰用; 而且有不同式样滚花可供选择。切削速度和进给量切削速度 通常由每分钟表面的进给量(SFM)表示，是在一分钟内在工件的表面 (正在削减 )沿切削方向移动的数量。表面的切削速度和转/每分之间的关系根据下列等式有 :SMF=DN在这里： D = 工件的直径N = 转/每分表面的切削速度主要取决于加工工件的材料，刀具的材料，和通过手册获得的关于切削刀具的信息。通常，SFM 指的是 100 当切削冷压钢或低碳钢时，当较强硬的金属时取50，当较软材料取200。对于铝而言，通常要达到400 或更多。也有其他的变量影响表面切削速度的最佳值。这些包括刀具几何现状、润滑物的类型或制冷剂，进给量和削减深度 。 只要切削速度被选定，主轴的转速度 (转/每分) 能依下列等式获得 :N = 适当进给量的选择取决于许多因素，像是最后加工的表面，削减深度和使用刀具的几何形式。小的进给量能产生好的加工表面质量，然而较高的进给量能减少切削加工时间。 因此，它通常进给加工通常使用大的进给量精加工使用小的进给两。 再进给的最佳值可以从手册和刀具生产商提供的信息中查取。在这里我介绍一下钻削加工:钻削是使用刀具生产通孔，或者盲孔，相对于工件刀具沿着主轴旋转。结果，沿着主轴切削的范围和需要的孔的半径相等。在实际加工过程中，两个对称的切削刃绕着同一个轴线切削。钻削可以通过手钻或者钻床来执行。钻床在尺寸和构造上和手钻不一样。然而，当工件被完全夹紧的时候，刀具总是在它的轴向旋转。这个与车床上是相反的。用于钻削加工的切削刀具在进行钻削加工时，一圆筒形的端面旋转切削刀具被应用，这个刀具叫做钻头。钻头有一个或者较多的刃口和对应的容屑槽，可以是直或螺旋状的。容屑槽的功能是在钻削过程中将提供出口通道给切屑而且让润滑剂和制冷剂到达切削刃口和被加工表面。下列各项是普通钻头的一个调查。麻花钻 麻花钻是那最常用类型的钻头。它有二个切削刃口和二个沿着整个钻头长度的螺旋状的容屑槽，钻头由颈部和直线形或锥形的柄部组成。在后者情况而言，被作为鍥块安装在鍥形孔中和一个柄角，进入主轴的狭槽中，在传输旋转的时候作为一个完整的部件。另一方面，直柄被直接安装在钻床吸盘上，依次，作为锥柄钻以同样的方式安装在主轴的槽中。正如上面说的，这二个刃口被称为唇，而且一起被称为楔子，是像凿子一样的切削刃 。 麻花钻有二个刃带，在操作时能够真确的引导和定位钻头。刀具头角度 (TPA) 由两个唇形成而且选择要基于切割的材料。通常的顶角是 118度，这种适合钻削的低碳钢和铸铁。对于硬的和更强硬的金属，像是热处理的钢，黄铜和青铜选取比较大的刀具头角度(130 度或 140度) 提供较好的加工性能。普通的麻花钻的容屑槽螺旋角度在 24度和 30度之间。当钻削铜或软的塑料的时候，较高螺旋角度值被推荐 (在 35度和 45和之间)。麻花钻通常是用高速钢做成的，虽然碳素钢钻头也经常被使用。被用于工业的范围的麻花钻的大小从 0.01到3.25 英寸。(也就是 0.25 到 80 毫米 )。扩孔钻。扩孔钻由斜面、主体、颈部和柄组成。这类型的钻头有三个或者四个容屑槽和相等数量的刃带，确定好的指导，如此有高的准确性。那样扩孔钻有一个平的端面。这个斜面上有三或者四个刃口和唇，而且唇角度可能在 90和 120之间改变。扩孔钻应用于扩大先钻的洞而且不是开始钻孔。这类型的钻孔机有较大的生产力，高的加工准确性和高质量的加工表面等特点。 枪钻 枪钻用来钻削较深的孔。所有的枪钻都是直的容屑槽，而且每个都有一个刃口。在主体上的洞担任一个导管的作用在可以支持的压力下传递冷却液。这里有两种类型的枪钻，有时被称为中心切削枪钻用于钻削盲洞和套筒钻。套筒钻的中心有一个圆柱孔，钻孔时可在工件上形成一个芯子，当钻头连续进给进行钻孔时，芯子对钻头起导向作用。扁钻 扁钻用来钻削大的孔 如3.5英寸 (90 毫米 ) 或更多。这种设计造成它的成本显著降低并且使其质量降低，有利于刀具的管理。而且，这种类型的钻头很容易刃磨。Lathe and TurningThe Lathe and Its ConstructionA lathe is a machine tool used primarily for producing surfaces of revolution flat edges. Based on their purpose ,construction , number of tools that can simultaneously be mounted , and degree of automation ,lathes or, more accurately, lathe-type machine tools can be classified as follows: (1) Engine lathes (2) Toolroom lathes (3) Turret lathes (4) Vertical turning and boring mills (5) Automatic lathes (6) Special-purpose lathes In spite of that diversity of lathe-type machine tools, they all have all have common features with respect to construction and principle of operation .These features can best be illustrated by considering the commonly used representative type, the engine lathe. Following is a description of each of the main elements of an engine lathe , which is shown in Fig.11.1. Lathe bed . The lathe bed is the main frame , involving a horizontal beam on two vertical supporis. It is usually made of grey or nodular cast iron to damp vibrations and is made by casting . It has guideways to allow the carriage to slide easily lengthwise. The height of the lathe bed should be appropriate to enable the technician to do his or her jib easily and comfortably. Headstock. The headstock is fixed at the left hand side of the lathe bed and includes the spindle whose axis is parallel to the guideways (the silde surface of the bed) . The spindle is driven through the gearbox , which is housed within the headstock. The function of the gearbox is to provide a number of different spindle speeds (usually 6 up to 18 speeds) . Some modern lathes have headstocks with infinitely variable spindle speeds, which employ frictional , electrical , or hydraulic drives. The spindle is always hollow , I .e ,it has a through hole extending lengthwise. Bar stocks can be fed througth that hole if continous production is adopted . A lso , that hole has a tapered surface to allow mounting a plain lathe center . The outer surface of the spindle is threaded to allow mounting of a chuck , a face plate , or the like . Tailstock . The tailstock assembly consists basically of three parts , its lower base, an intermediate part, and the quill . The lower base is a casting that can slide on the lathe bed along the guidewayes , and it has a clamping device to enable locking the entire tailstock at any desired location , depending upon the length of the workpiece . The intermediate parte is a casti