CN205104140U - 一种凸轮教学铣床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种凸轮教学铣床，属于教学辅助设备领域，支撑架包括两块大挡板及其中间的肋板，大挡板侧边有小挡板；传动装置包括与主电机连接的齿轮减速机构；齿轮减速机构连接悬臂杆；悬臂杆通过锥齿轮传动机构连接坯料轴；坯料轴通过同步带轮连接从动轴；从动轴上有模具板架齿轮；切削装置包括坯料轴顶端的坯料安装夹具；坯料安装夹具上端设有切削电机；切削电机通过电机板连接滑杆；滑杆连接立杆；立杆下端卡在模具板上；模具板设在模具板架上；模具板架设在横杆上；模具板架侧边设有齿条；齿条与模具板架齿轮啮合。它能直观展现凸轮加工过程及各种机械传动机构原理，运行稳定，加工精度高，提高学生对凸轮加工的认识，提高教学质量。

Description

一种凸轮教学铣床

技术领域

本发明涉及到教学辅助设备技术领域，尤其涉及到一种凸轮教学铣床。

背景技术

凸轮机构结构简单、紧凑,在自动机床进刀机构、上料机构,内燃机配气机构、制动机构及印刷机,纺织机和各种电器开关中都有广泛的应用。凸轮则是凸轮机构中的主要组成部分,合理设计凸轮轮廓曲线,能实现从动件预定的运动规律。

通常用来加工凸轮轮廓的方法有仿形、拉削、数控加工等。仿形铣床加工凸轮的不足是加工节拍长,加工精度比较低。拉削加工法是针对加工单一凸轮品种,且大批量生产而采用的一种工艺方法。它不适合小批量生产,而且加工精度比较低,拉刀制造费用却很高。数控加工虽然是目前机械行业中加工零件的先进工艺,但也有它的不足。采用数控加工对称凸轮价格高,加工节拍也较长；另外利用数控加工对于凸轮为标准曲线(如渐开线)的加工有很大优势,而对于凸轮轮廓没有确定表达式的许多曲线(如有许多点通过光滑连接而形成的曲线),数控加工就显得无能为力。因而对学生凸轮机构的教学及凸轮加工的认识引导有很重要的意义。

随着计算机的发展，教师虽然可以通过动画演示凸轮加工的过程，但是由于动画视角的问题，很多机械结构无法真实观察到，仍然不能使学生真实深刻体验凸轮加工的过程和加工原理，且长期注视着投影屏幕容易产生疲倦，导致学生对于凸轮加工原理的认识很不足，很难在以后工作当中实际应用。

通过专利检索，存在以下已知的现有技术方案：

专利1：

申请号：201420287189.2，申请日：2014-05-30，公开公告日：2014-10-01，该发明属于教学用具技术领域，公开了一种多自由度凸轮教学装置，包括底板、支架、输入轴，通过多个特定齿轮间的传动组成了多自由度凸轮教学装置，可实际演示尖顶推杆、平底推杆、摆杆作用于凸轮上生成行程曲线的过程。通过手动方式可随时中止绘制行程曲线并进行曲线分析；可改变偏心距对比多条曲线的差异及产生原因，操作自由、灵活；本装置还能通过行程曲线绘制凸轮，了解凸轮的生成过程，使学生能更直观理解反转法设计凸轮的原理。本装置既能作为课堂教学演示又能作为学生实验设备；不仅能提高学生动手操作能力，还能随时分析凸轮和行程曲线的对应关系，提高学生学习兴趣。

专利2：

申请号：201420195809.X，申请日：2014-04-21，公开公告日：2014-10-29，该发明提供一种凸轮教学装置，包括基板、执行模块以及加速度模块。执行模块包括固定板、第一传动件、画板、凸轮、光杆、推动件以及第一画笔。固定板可活动式固定于基板。第一传动件带动凸轮以及画板运动，凸轮和画板运动过程中与推动件相接触带动推动件上下运动，推动件的运动带动第一画笔运动，从而绘制出凸轮的运动曲线。相反的，根据凸轮的运动曲线，推动件在画板上绘制凸轮的轮廓线。加速度模块包括平板、控制电路、第二传动件、第二画笔架以及第二画笔。平板可活动式固定于基板。控制电路实时检测光杆的运动速度，并将该检测控制第二传动件，从而带动第二画笔绘制出凸轮的加速度曲线。

通过以上检索发现，以上技术方案不能影响本发明的新颖性；并且以上专利文件的相互组合不能破坏本发明的创造性。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供了一种凸轮教学铣床，它克服了普通铣床需要画线，手动操作，精度低的缺点，同时满足数控铣床精度高，自动控制的优点，但避免了其结构复杂，成本高的缺陷，它能展现如何直接通过凸轮从动件的位移线图，加工出凸轮的过程，使得凸轮加工不仅仅出现在生产中，更使其出现在课堂上，更直观深刻的让学生学习凸轮加工的知识，大大提高学生对凸轮加工的兴趣。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种凸轮教学铣床，它包括设置在支撑架上的传动装置和切削装置；

所述支撑架包括相互对称设置的两块大挡板(1)；所述大挡板(1)之间通过肋板(2)连接固定，一侧的大挡板(1)侧边设置有小挡板(3)；所述小挡板(3)通过其四个角上的固定杆(4)与大挡板(1)连接；

所述传动装置包括与主电机(8)连接的齿轮减速机构(9)；所述主电机(8)设置在大挡板(1)内侧；所述齿轮减速机构(9)设置在小挡板(3)与大挡板(1)之间；所述齿轮减速机构(9)的末级减速齿轮连接有悬臂杆(91)；所述悬臂杆(91)通过锥齿轮传动机构(10)与坯料轴(11)连接；所述坯料轴(11)竖直设置在肋板(2)上；所述坯料轴(11)通过同步带轮机构(14)与从动轴(6)连接；所述从动轴(6)上设置有模具板架齿轮(15)。

所述切削装置包括坯料轴(11)顶端设置的坯料安装夹具(12)；所述坯料安装夹具(12)上夹持有坯料(13)；所述坯料安装夹具(12)上端垂直设置有切削电机(22)；所述切削电机(22)通过电机板(21)固定；所述电机板(21)反面设置有滑杆(20)；所述滑杆(20)末端竖直设置有立杆(19)；所述立杆(19)下端卡设在模具板(17)上的凸轮位移线槽(171)内；所述模具板(17)设置在模具板架(16)上；所述模具板架(16)底部通过直线轴承(165)设置在横杆(18)上；所述横杆(18)设置在大挡板(1)之间；所述模具板架(16)一侧边设置有齿条(161)；所述齿条(161)与模具板架齿轮(15)啮合。

进一步的，所述肋板(2)包括滑杆固定肋板(201)、坯料轴固定肋板(202)、从动轴固定肋板(203)；所述大挡板(1)上端之间设置有四根矩阵排列的滑杆固定肋板(201)，其中心均设置有直线轴承(165)；所述滑杆(20)套接在直线轴承(165)上；所述滑杆固定肋板(201)底端沿竖直方向设置有两根从动轴固定肋板(203)；所述从动轴(6)竖直设置在从动轴固定肋板(203)之间；所述大挡板(1)前端沿竖直方向设置有两根坯料轴固定肋板(202)；所述坯料轴(11)竖直设置在坯料轴固定肋板(202)之间；所述大挡板(1)后端底部之间设置有主电机安装板(5)；所述主电机(8)固定在主电机安装板(5)上。

进一步的，所述坯料轴固定肋板(202)之间还设置有支撑肋板(7)；所述悬臂杆(91)套接在支撑肋板(7)中间。

进一步的，所述大挡板(1)、小挡板(3)、主电机安装板(5)均为有机玻璃；所述肋板(2)为铝合金材料。所述固定杆(4)为不锈钢材料。

进一步的，所述模具板架(16)两侧均匀设置有挡块(162)；所述挡块(162)上设置有夹紧螺钉(163)；所述模具板(17)通过夹紧螺钉(163)固定在模具板架(16)上；所述模具板架(16)底面中心设置有轴承安装块(164)；所述轴承安装块(164)上设置有直线轴承(165)。

进一步的，所述坯料轴(11)与坯料轴固定肋板(202)之间，从动轴(6)与从动轴固定肋板(203)之间均设置有深沟球轴承和推力球轴承。

进一步的，所述电机板(21)反面设置沿竖直方向阵列设置有两根滑杆(20)；所述横杆(18)沿水平面阵列设置有两根。

进一步的，所述大挡板(1)为倒T字形；所述小挡板(3)为矩形；所述大挡板(1)上连接肋板(2)、主电机安装板(5)、滑杆(20)的安装孔为腰型孔。

进一步的，所述齿轮减速机构(9)为四级直齿圆柱齿轮减速机构。

进一步的，所述立杆(19)末端设置有微型轴承与凸轮位移线槽(171)配合滑动。

本发明的有益效果：

1、本发明克服了普通铣床需要画线，手动操作，精度低的缺点，同时满足数控铣床精度高，自动控制的优点，但避免了其结构复杂，成本高的缺陷，它能直观的展现如何直接通过凸轮从动件的位移线图，加工出凸轮的过程，使得凸轮加工不仅仅出现在生产中，更使其出现在课堂上，更直观深刻的让学生学习凸轮加工的知识，大大提高学生对凸轮加工的兴趣，提高学生的学习兴趣和学习效率。

2、本发明中采用了直齿圆柱齿轮机构，锥齿轮机构，同步带轮传动，凸轮机构等多种机械传动机构，结合有机透明玻璃的挡板，直观的体现多种机械传动原理，提高学生对机械传动原理的学习兴趣和学习效率。

3、本发明采用的结构简单，运行稳定可靠，凸轮加工精度高，生产成本低，适合大批量加工，且质量轻，搬运轻松，使用方便。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图3为本发明中切削装置的结构示意图。

图4为本发明的后部结构示意图。

图5为图1中A-A剖视结构示意图。

图6为本发明中模具板架的结构示意图。

图7为本发明中模具板架的结构示意图。

图8为本发明中模具板安装在模具板架上的结构示意图。

图中所示数字标注表示为：1、大挡板，2、肋板，3、小挡板，4、固定杆，5、主电机安装板，6、从动轴，7、支撑肋板，8、主电机，9、齿轮减速机构，10、锥齿轮传动机构，11、坯料轴，12、坯料安装夹具，13、坯料，14、同步带轮机构，15、模具板架齿轮，16、模具板架，17、模具板，18、横杆，19、立杆，20、滑杆，21、电机板，22、切削电机，23、腰形孔，91、悬臂杆，141、同步带轮，161、齿条，162、挡块，163、夹紧螺钉，164、轴承安装块，165、直线轴承，171、凸轮位移线槽，201、滑杆固定肋板，202、坯料轴固定肋板，203、从动轴固定肋板。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-8所示，本发明的结构连接关系为：一种凸轮教学铣床，它包括设置在支撑架上的传动装置和切削装置；

所述支撑架包括相互对称设置的两块大挡板1；所述大挡板1之间通过肋板2连接固定，一侧的大挡板1侧边设置有小挡板3；所述小挡板3通过其四个角上的固定杆4与大挡板1连接；

所述传动装置包括与主电机8连接的齿轮减速机构9；所述主电机8设置在大挡板1内侧；所述齿轮减速机构9设置在小挡板3与大挡板1之间；所述齿轮减速机构9的末级减速齿轮连接有悬臂杆91；所述悬臂杆91通过锥齿轮传动机构10与坯料轴11连接；所述坯料轴11竖直设置在肋板2上；所述坯料轴11通过同步带轮机构14与从动轴6连接；所述从动轴6上设置有模具板架齿轮15。

所述切削装置包括坯料轴11顶端设置的坯料安装夹具12；所述坯料安装夹具12上夹持有坯料13；所述坯料安装夹具12上端垂直设置有切削电机22；所述切削电机22通过电机板21固定；所述电机板21反面设置有滑杆20；所述滑杆20末端竖直设置有立杆19；所述立杆19下端卡设在模具板17上的凸轮位移线槽171内；所述模具板17设置在模具板架16上；所述模具板架16底部通过直线轴承165设置在横杆18上；所述横杆18设置在大挡板1之间；所述模具板架16一侧边设置有齿条161；所述齿条161与模具板架齿轮15啮合。

优选的，所述肋板2包括滑杆固定肋板201、坯料轴固定肋板202、从动轴固定肋板203；所述大挡板1上端之间设置有四根矩阵排列的滑杆固定肋板201，其中心均设置有直线轴承165；所述滑杆20套接在直线轴承165上；所述滑杆固定肋板201底端沿竖直方向设置有两根从动轴固定肋板203；所述从动轴6竖直设置在从动轴固定肋板203之间；所述大挡板1前端沿竖直方向设置有两根坯料轴固定肋板202；所述坯料轴11竖直设置在坯料轴固定肋板202之间；所述大挡板1后端底部之间设置有主电机安装板5；所述主电机8固定在主电机安装板5上。

优选的，所述坯料轴固定肋板202之间还设置有支撑肋板7；所述悬臂杆91套接在支撑肋板7中间。

优选的，所述大挡板1、小挡板3、主电机安装板5均为有机玻璃；所述肋板2为铝合金材料。所述固定杆4为不锈钢材料。

优选的，所述模具板架16两侧均匀设置有挡块162；所述挡块162上设置有夹紧螺钉163；所述模具板17通过夹紧螺钉163固定在模具板架16上；所述模具板架16底面中心设置有轴承安装块164；所述轴承安装块164上设置有直线轴承165。

优选的，所述坯料轴11与坯料轴固定肋板202之间，从动轴6与从动轴固定肋板203之间均设置有深沟球轴承和推力球轴承。

优选的，所述电机板21反面设置沿竖直方向阵列设置有两根滑杆20；所述横杆18沿水平面阵列设置有两根。

优选的，所述大挡板1为倒T字形；所述小挡板3为矩形；所述大挡板1上连接肋板2、主电机安装板5、滑杆20的安装孔为腰型孔。

优选的，所述齿轮减速机构9为四级直齿圆柱齿轮减速机构。

优选的，所述立杆19末端设置有微型轴承与凸轮位移线槽171配合滑动。

本发明原理如下：

传动装置的设计：

凸轮教学铣床所需转速很低，市场上已有的小型电机由于转速较高，不太适合本装置，所以我们自行设计减速部分。综合考虑，主电机8采用单相电容运转电机，型号为JX5624，额定功率120W，额定转速1400r/min；主电机8通过联轴器将动力输入减速箱，并连接齿轮减速机构，齿轮减速机构采用1.5模16齿配84齿的直齿圆柱齿轮减速，共4级，均采用键连接，其中小齿轮是直接配合在轴上的，用E型卡环轴向定位，大齿轮是通过轴套配合在轴上的，轴套通过螺栓“钉”在轴上防止相对转动，螺栓同时还对大齿轮起轴向固定作用，经此减速装置转速降至1.84r/min输出,再通过悬臂杆91传至坯料轴11，由传动比为1:3的锥齿轮减至0.61r/min带动坯料自转，为防止悬臂杆91过长，我们在坯料轴固定肋板202之间加了一块支撑肋板7。为了使坯料和模具板17同步，我们采用了1:1的同步带轮机构远距离传动，采用齿轮齿条机构，其中齿轮安装在从动轴6上，齿条横着安装在模具板架16上，主电机8通过齿轮减速机构带动悬臂杆91旋转，悬臂杆91通过锥齿轮传动机构10带动坯料轴11旋转，坯料轴11上的坯料安装夹具12跟着旋转，继而带动坯料13旋转；坯料轴11上还设置有同步带轮141，坯料轴11通过同步带轮机构14带动从动轴6旋转，从动轴6上的模具板架齿轮15带动模具板架16上的齿条161移动，从而带动模具板架16上的模具板17移动，模具板架17上的凸轮位移线槽171带动卡设在其内的立杆19移动，立杆19带动滑杆20前后移动，从而带动切削电机22前后移动，切削电机22带动铣刀部分前后移动对坯料13进行加工。

支撑架的设计：

支撑架设计成挡板加肋板的形式，挡板为有机玻璃材质。架在两块大挡板1中间的八根肋板2为铝合金材质，下方的一块主电机安装板5为有机玻璃材质，都是用螺栓固定在两板间的，肋板2作用是支撑起切削装置和传动装置，主电机安装板5的作用是固定主电机8，为方便微调，大挡板1、小挡板3上的安装孔全为腰形孔。在两大挡板的后端还有两根横杆18，它也是通过螺栓固定在上面的，其作用是支撑起模具板架16，并使之在上面滑动，模具板架16上钻了八个沉头孔，通螺栓链接了四个轴承安装块164，每个轴承安装块上装有一个直线轴承165，直线轴承165和横杆18配合；右侧大挡板和小挡板中间设有齿轮减速机构9，大挡板和小挡板中间除了五根齿轮减速机构9的传动轴外还有四根固定杆4，其分布在小挡板3四只角位置，且和传动轴一样均为不锈钢材质，通过螺栓固定在上面。由于坯料轴11和从动轴6是竖直放置的且坯料轴11上还有锥齿轮的轴向分力，所以我们采用了深沟球轴承和推力球轴承配合使用的形式，使之传动更加平稳。这样设计不仅能合理利用空间，又能最大限度地减轻重量，使机构轻便，而且能够满足强度和刚度的要求。让我们的教学演示更直观。

切削装置的设计：

切削装置是通过模具板17在水平方向上左右移动，从而带动铣刀部分前后移动的。模具板17装夹在模具板架16上，可以前后调节改变所加工凸轮的基圆直径，具体为模具板架16的两端设置了六个挡块，他们是通过螺钉直接固定在模具板架16上，露出半截朝上，再在上半截拧一颗夹紧螺钉163，将模具板17装上去后，拧紧夹紧螺钉163即可将模具板17固定，六颗夹紧螺钉163可全部使用，也可使用四颗，但不能太少而且要成对使用，否则夹不紧。铣刀是通过联轴器直接连接到切削电机22输出轴上的，切削电机22固定在电机板21上，电机板21固定在两根滑杆20的一端，另一端为一根立杆19，三根杆组成“F”的形式，支撑着铣刀部分前后滑动，与滑杆配合的滑杆固定肋板201上装有直线轴承165以减小滑杆滑动时的阻力，立杆19则是插入模具板17上的凸轮位移线槽171内随模具板17的移动将预加工凸轮的径向位移传递给滑杆以带动铣刀前后移动对坯料13进行铣削加工，为使其推动平稳，在立杆19和凸轮位移线槽171配合处加了一个内径2外径5的微型轴承。

总体尺寸设计：

本发明最大特点在于能够把凸轮加工带到课堂上，使得凸轮加工教学更加轻松，为了使凸轮制作能出现在课堂上，铣床不宜过大，整合各部位装置，初始整体尺寸为：长600mm×宽540mm×高490mm

设计原理：利用反转法，利用事先设计好的凸轮从动件位移曲线，带动铣刀做类似凸轮从动件的运动加工出凸轮轮廓曲线，用这种方法加工凸轮使同学们能理解图解法，以及凸轮的成型过程。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种凸轮教学铣床，它包括设置在支撑架上的传动装置和切削装置，其特征在于，

所述支撑架包括相互对称设置的两块大挡板(1)；所述大挡板(1)之间通过肋板(2)连接固定，一侧的大挡板(1)侧边设置有小挡板(3)；所述小挡板(3)通过其四个角上的固定杆(4)与大挡板(1)连接；

所述传动装置包括与主电机(8)连接的齿轮减速机构(9)；所述主电机(8)设置在大挡板(1)内侧；所述齿轮减速机构(9)设置在小挡板(3)与大挡板(1)之间；所述齿轮减速机构(9)的末级减速齿轮连接有悬臂杆(91)；所述悬臂杆(91)通过锥齿轮传动机构(10)与坯料轴(11)连接；所述坯料轴(11)竖直设置在肋板(2)上；所述坯料轴(11)通过同步带轮机构(14)与从动轴(6)连接；所述从动轴(6)上设置有模具板架齿轮(15)；

所述切削装置包括坯料轴(11)顶端设置的坯料安装夹具(12)；所述坯料安装夹具(12)上夹持有坯料(13)；所述坯料安装夹具(12)上端垂直设置有切削电机(22)；所述切削电机(22)通过电机板(21)固定；所述电机板(21)反面设置有滑杆(20)；所述滑杆(20)末端竖直设置有立杆(19)；所述立杆(19)下端卡设在模具板(17)上的凸轮位移线槽(171)内；所述模具板(17)设置在模具板架(16)上；所述模具板架(16)底部通过直线轴承(165)设置在横杆(18)上；所述横杆(18)设置在大挡板(1)之间；所述模具板架(16)一侧边设置有齿条(161)；所述齿条(161)与模具板架齿轮(15)啮合。

2.如权利要求1所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述肋板(2)包括滑杆固定肋板(201)、坯料轴固定肋板(202)、从动轴固定肋板(203)；所述大挡板(1)上端之间设置有四根矩阵排列的滑杆固定肋板(201)，其中心均设置有直线轴承(165)；所述滑杆(20)套接在直线轴承(165)上；所述滑杆固定肋板(201)底端沿竖直方向设置有两根从动轴固定肋板(203)；所述从动轴(6)竖直设置在从动轴固定肋板(203)之间；所述大挡板(1)前端沿竖直方向设置有两根坯料轴固定肋板(202)；所述坯料轴(11)竖直设置在坯料轴固定肋板(202)之间；所述大挡板(1)后端底部之间设置有主电机安装板(5)；所述主电机(8)固定在主电机安装板(5)上。

3.如权利要求2所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述坯料轴固定肋板(202)之间还设置有支撑肋板(7)；所述悬臂杆(91)套接在支撑肋板(7)中间。

4.如权利要求2所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述大挡板(1)、小挡板(3)、主电机安装板(5)均为有机玻璃；所述肋板(2)为铝合金材料；所述固定杆(4)为不锈钢材料。

5.如权利要求1所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述模具板架(16)两侧均匀设置有挡块(162)；所述挡块(162)上设置有夹紧螺钉(163)；所述模具板(17)通过夹紧螺钉(163)固定在模具板架(16)上；所述模具板架(16)底面中心设置有轴承安装块(164)；所述轴承安装块(164)上设置有直线轴承(165)。

6.如权利要求1所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述坯料轴(11)与坯料轴固定肋板(202)之间，从动轴(6)与从动轴固定肋板(203)之间均设置有深沟球轴承和推力球轴承。

7.如权利要求1所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述电机板(21)反面设置沿竖直方向阵列设置有两根滑杆(20)；所述横杆(18)沿水平面阵列设置有两根。

8.如权利要求1所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述大挡板(1)为倒T字形；所述小挡板(3)为矩形；所述大挡板(1)上连接肋板(2)、主电机安装板(5)、滑杆(20)的安装孔为腰型孔。

9.如权利要求1所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述齿轮减速机构(9)为四级直齿圆柱齿轮减速机构。

10.如权利要求1所述的一种凸轮教学铣床，其特征在于，所述立杆(19)末端设置有微型轴承与凸轮位移线槽(171)配合滑动。