案例4：压缩机内孔螺旋槽加工专机中机构的应用及剖析 前言 主轴承是空调压缩机中的一个重要零件，其内孔有一个螺旋槽。主轴承爆旋槽加工 专机是为加工这一螺旋槽而设计和制造的，其机床的运动及各运动间的衔接多由一些比 较典型的机构来实现。本文从机械设计基础机构分析的角度对这一设备进行剖析。 (一)设备的功能： 这一专机所加工的零件如图1所示。 5 图1主轴承零件图 零件为铸铁HT200材料。在65长，中22的孔内有一R2.5圆形螺旋槽，槽深2.5。 螺旋槽加工专机是专为加工这一圈槽而设计。为满足超大批量生产的需要，该机采 用双加工头，每20秒钟加工两个工件（包括上下料时间）. (二)设备总体简介 图2为该设备外观图。 1
案例 44：压缩机内孔螺旋槽加工专机中机构的应用及剖析 前 言 主轴承是空调压缩机中的一个重要零件，其内孔有一个螺旋槽。主轴承螺旋槽加工 专机是为加工这一螺旋槽而设计和制造的，其机床的运动及各运动间的衔接多由一些比 较典型的机构来实现。本文从机械设计基础机构分析的角度对这一设备进行剖析。 （一）设备的功能： 这一专机所加工的零件如图 1 所示。 图 1 主轴承零件图 零件为铸铁 HT200 材料，在 65 长，φ22 的孔内有一 R2.5 圆形螺旋槽，槽深 2.5。 螺旋槽加工专机是专为加工这一圆槽而设计。为满足超大批量生产的需要，该机采 用双加工头，每 20 秒钟加工两个工件（包括上下料时间）。 （二）设备总体简介 图 2 为该设备外观图。 1
图2螺旋槽加工专机外观照片 2
图 2 螺旋槽加工专机外观照片 2
图3为设备简图： 导轨 电动机 推杆 动力头 工件压紧机构 带有齿条的压杆 工件 可旋转工作台 阁3螺旋槽加工专机简图 机床用细长端铣刀铣削出螺旋槽，刀具倾斜12度，为完成加工，需要有铁刀旋转、 进刀、退刀、在工作进给同时，工作台按一定速度旋转、等运动， 下面对各主要部件和机构进行剖析。 (三)主轴构件： 刀具主轴由电动机通过一级V形皮带传动来带动，转速为2000转/分，图4为其机 构简图。 其结构特点是： 1、为使加工完成后，机床复位时刀具不会碰伤工件，主轴沿轴向有20mm的进刀， 3
图 3 为设备简图： 图 3 螺旋槽加工专机简图 机床用细长端铣刀铣削出螺旋槽，刀具倾斜 12 度。为完成加工，需要有铣刀旋转、 进刀、退刀、在工作进给同时，工作台按一定速度旋转、等运动。 下面对各主要部件和机构进行剖析。 （三）主轴构件： 刀具主轴由电动机通过一级 V 形皮带传动来带动，转速为 2000 转/分。图 4 为其机 构简图。 其结构特点是： 1、为使加工完成后，机床复位时刀具不会碰伤工件，主轴沿轴向有 20mm 的进刀， 3
推刀运动。这由一个活塞在油压的推动下完成。 2,皮带轮轴由一对轴承6008与动力主体连接，因为主轴有20mm的进刀退刀运动， 皮带轮轴和主轴由花键轴连接。 3、由于主轴为细长轴，加工时受径向力和轴向力都较大，用了两对轴承固定（一 对7006,3008和3006). 4、小行程油缸和主轴构件一体化，使结构紧凑。 图5是主轴构件结构图， V形皮带传动 花键 油缸◆90×20 8 油缸活塞 刀具主轴 图4主轴部件机构简图 4
推刀运动。这由一个活塞在油压的推动下完成。 2、皮带轮轴由一对轴承 6008 与动力主体连接，因为主轴有 20mm 的进刀退刀运动， 皮带轮轴和主轴由花键轴连接。 3、由于主轴为细长轴，加工时受径向力和轴向力都较大，用了两对轴承固定（一 对 7006，3008 和 3006）。 4、小行程油缸和主轴构件一体化，使结构紧凑。 图 5 是主轴构件结构图。 图 4 主轴部件机构简图 4
皮轮 花健哦保 抽缸内胆 2轴承600g 活塞 2轴承7006 轴承3006 5轴承3008 图5主轴构件结构图 (四)动力主体部分： 包括刀具主轴的动力主体部分，可沿着一垂直导轨上下运动，其由一个p90250的 油缸推动，完成快进和工进的进给运动。图6为机构简图
图 5 主轴构件结构图 （四）动力主体部分： 包括刀具主轴的动力主体部分，可沿着一垂直导轨上下运动，其由一个 φ90×250 的 油缸推动，完成快进和工进的进给运动。图 6 为机构简图。 5
图6动力主体部分机构简图 (五)旋转工件台： 该专机的进给运动由油缸推动，如何使工件台做必要的精确的旋转，是设计者要解 决的问恩。该机器使用了带齿条的压杆，齿条齿轮传动，及锥齿轮传动等机构巧妙地解 决了这一问题。图7为旋转工件台机构简图。 图7旋转工件台机构简图 6
图 6 动力主体部分机构简图 （五）旋转工件台： 该专机的进给运动由油缸推动，如何使工件台做必要的精确的旋转，是设计者要解 决的问题。该机器使用了带齿条的压杆，齿条齿轮传动，及锥齿轮传动等机构巧妙地解 决了这一问题。图 7 为旋转工件台机构简图。 图 7 旋转工件台机构简图 6
当动力主体快进结束，工进即将开始时，动力主体上的推杆和带齿条的压杆接触， 开始排动压杆向下运动，齿轮旋转，再通过一对锥齿轮传动，使工件台旋转。只要通过 计算，合理选择传动机构的模数和齿数，健可以使工件台的旋转运动和刀具工作进给运 动准确对应，加工出符合爱求的螺旋情。 当加工结束，各部分复位时，由一个3565的油缸排动齿条上行，使工件台和带 齿条的压杆复位。 (六)工件压紧机构： 工人把工件安装在有定位功能的工件台后，按启动按钮，首先压繁机构要把工件压 景，然后才开始执行其他动作。该专机是由一个40×48油缸提供压紧动力，面临的间 题是压紧后工件要旋转，为此，该机构安装了一个6010向心推力轴承。图8为压繁机 构简图。 图8工件压暴机构简图 保证压紧面接触可靠，该机构增加了一个较链，使压紧部件可在一个范围内摆动。 一般情况。向心推力轴承应成对使用，但在这里，由于1)只有单向推力，2)要 求结构紧凑，3)对安装后精度，对径向轴向跳动无要求，可以只使用一个6010轴承。 图9为压紧机构的结构图。 7
当动力主体快进结束，工进即将开始时，动力主体上的推杆和带齿条的压杆接触， 开始推动压杆向下运动，齿轮旋转，再通过一对锥齿轮传动，使工件台旋转。只要通过 计算，合理选择传动机构的模数和齿数，就可以使工件台的旋转运动和刀具工作进给运 动准确对应，加工出符合要求的螺旋槽。 当加工结束，各部分复位时，由一个 φ35×65 的油缸推动齿条上行，使工件台和带 齿条的压杆复位。 （六）工件压紧机构： 工人把工件安装在有定位功能的工件台后，按启动按钮，首先压紧机构要把工件压 紧，然后才开始执行其他动作。该专机是由一个 φ40×48 油缸提供压紧动力，面临的问 题是压紧后工件要旋转，为此，该机构安装了一个 6010 向心推力轴承。图 8 为压紧机 构简图。 图 8 工件压紧机构简图 保证压紧面接触可靠，该机构增加了一个铰链，使压紧部件可在一个范围内摆动。 一般情况，向心推力轴承应成对使用，但在这里，由于 1）只有单向推力，2）要 求结构紧凑，3）对安装后精度，对径向轴向跳动无要求，可以只使用一个 6010 轴承。 图 9 为压紧机构的结构图。 7
56Z89 2 1、工件2、旋转工件台3、轴承60104、油缸5、压紧部件 6、压杆7、油缸活塞杆8、连杆9、机架支撑杆 图9工件压紧机构结构图 (七)螺旋槽总体动作分析： 图10为专机主要机构简图：（图中未册出工件压紧机构） 电 角缸1，+90×20 油缸3◆90×250 油缸3◆5×6码 图10油袖机主要机构简图
1、工件 2、旋转工件台 3、轴承 6010 4、油缸 5、压紧部件 6、压杆 7、油缸活塞杆 8、连杆 9、机架支撑杆 图 9 工件压紧机构结构图 （七）螺旋槽总体动作分析： 图 10 为专机主要机构简图：（图中未画出工件压紧机构） 图 10 油槽机主要机构简图 8
每一个工作循环，机床执行动作如下： 1,工人把待加工工作安置在工作台工装之上，压启动按钮。工件压紧装置将工件 压紧 2、电机启动，刀具旋转，油红1推动刀具主轴前伸(20mm). 3、油虹2推动动力主体快进，刀具迅速接近工件。 4、油缸2推动动力主体工作进给，同时动力主体下方的推杆接触工作台上的压杆， 压杆向下运动，齿条带动齿轮旋转，再通过一对斜齿轮使旋转工作台旋转，刀具加工螺 旋槽. 5、动力主体停止运动，工作行程结束，油缸1使刀具主轴沿轴向后思20mm(退 刀)：电机及刀具主轴停止旋转。 6、油虹2推动动力主体快速复位：油缸3推动带齿条的压杆上升，使旋转工作台 复位。 T、工件压紧机构上升，工作循环结束，工人拿下加工好的工件及安装待加工工件， 图11是专机在加工零件时的局部照片。 图11专机在加工零针
每一个工作循环，机床执行动作如下： 1、工人把待加工工件安置在工作台工装之上，压启动按钮。工件压紧装置将工件 压紧。 2、电机启动，刀具旋转，油缸 1 推动刀具主轴前伸（20mm）。 3、油缸 2 推动动力主体快进，刀具迅速接近工件。 4、油缸 2 推动动力主体工作进给，同时动力主体下方的推杆接触工作台上的压杆， 压杆向下运动，齿条带动齿轮旋转，再通过一对斜齿轮使旋转工作台旋转，刀具加工螺 旋槽。 5、动力主体停止运动，工作行程结束，油缸 1 使刀具主轴沿轴向后退 20mm（退 刀）；电机及刀具主轴停止旋转。 6、油缸 2 推动动力主体快速复位；油缸 3 推动带齿条的压杆上升，使旋转工作台 复位。 7、工件压紧机构上升，工作循环结束，工人拿下加工好的工件及安装待加工工件。 图 11 是专机在加工零件时的局部照片。 图 11 专机在加工零件 9
(八)螺旋槽加工专机特点小结： 要实现螺旋槽加工必要的运动方法很多，本机器基本上是用传统方法，通过机构 的巧妙组合来实现的，简单，可靠，效率高而故障率很低。结构特点小结如下： 1、除主轴旋转外，其余机床运动都由液压油缸推动，没有用传统的传动及丝杆螺 母来实现运动的连接和转化，结构简单， 2,在机床工作进给时，由压杆的齿条和一个齿轮及一对锥齿轮实现工件台准确的 能转，构思巧妙，简单可靠。 3、齿条复位油缸及主轴退刀进刀油缸没有采用外购油红，而是与相关部件为一个 整体。使结构更为紧凑。 4、工件压紧机构中采用了单个向心推力轴承，为旋转工件的压紧提供了解决方案。 10
（八）螺旋槽加工专机特点小结： 要实现螺旋槽加工必要的运动方法很多，本机器基本上是用传统方法，通过机构 的巧妙组合来实现的，简单，可靠，效率高而故障率很低。结构特点小结如下： 1、除主轴旋转外，其余机床运动都由液压油缸推动，没有用传统的传动及丝杆螺 母来实现运动的连接和转化，结构简单。 2、在机床工作进给时，由压杆的齿条和一个齿轮及一对锥齿轮实现工件台准确的 旋转，构思巧妙，简单可靠。 3、齿条复位油缸及主轴退刀进刀油缸没有采用外购油缸，而是与相关部件为一个 整体，使结构更为紧凑。 4、工件压紧机构中采用了单个向心推力轴承，为旋转工件的压紧提供了解决方案。 10