指尖陀螺的設(shè)計(jì)與制作

陳康瑋，高媛媛

（江蘇省徐州技師學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

指尖陀螺作為一種玩具，受到了廣大的歡迎。不論大人、小孩都可以在閑暇之余放松一下。技工院校的學(xué)生的喜歡學(xué)習(xí)一些通過(guò)機(jī)械、手工制作的物品，結(jié)合一體化課程改革，本文將從指尖陀螺的設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配等方面介紹整體的過(guò)程。

1 指尖陀螺的結(jié)構(gòu)

圖1 平面圖

圖2 爆炸圖

指尖陀螺結(jié)構(gòu)主要由陀螺本體、軸承、端蓋、螺栓四部分組成，如圖1所示，圖2是裝配后的爆炸圖。

2 主要零件的加工工藝

主要介紹指尖陀螺本體的加工工藝，如圖3所示。

圖中雙點(diǎn)劃線為毛坯，毛坯尺寸為90×90×10mm，從圖形形狀可以看到，第二面的余量去除時(shí)不容易裝夾，那么可以用到“落料”的工藝方法。

2.1 定位基準(zhǔn)的選擇

該零件采用平口鉗裝夾，利用平口鉗鉗口、墊塊及鉗口開口位置的限位塊來(lái)限制工件的6個(gè)自由度，如圖4所示。

圖3 指尖陀螺本體平面圖

圖4 工件裝夾示意圖

2.2 加工階段的劃分

可以分為粗加工、半精加工、精加工、超精加工四部分，本例中只需前面三部分即可。

粗加工主要是快速地去除多余余量，消除毛坯表面的殘留。半精加工主要是進(jìn)一步消除毛坯的誤差復(fù)映的影響，使精加工余量均勻化。精加工主要是為了達(dá)到工件加工精度的要求、配合的要求，還要達(dá)到表面質(zhì)量的要求。

2.3 正面形狀的加工工藝

2.3.1 機(jī)床的選擇

選用三軸加工中心，型號(hào)：VMC600，機(jī)床最高轉(zhuǎn)速8000r/min。X/Y/Z軸行程為600/400/500。

2.3.2 刀具的選用

表1 刀具卡

表2 工步表

2.3.3 軸承的選用與配合

軸承選用深溝球軸承697微型軸承。如圖5所示。外圈直徑17，內(nèi)圈直徑7，厚度5。

圖5 深溝球軸承697

采用基軸制過(guò)度配合，確定陀螺本體軸承孔公差為φ17K7/h6，即上偏差為0.017，下偏差為-0.012。

2.3.4 落料加工工藝

落料工藝通常用在沖壓件上，用壓力機(jī)將材料從母材中分離出來(lái)的一種加工工藝。那么，在數(shù)控銑削加工中如何用的呢？

（1）首先，夾持工件底部毛坯，加工出指尖陀螺內(nèi)外輪廓。如圖6所示。

（2）利用落料原理，加工工件反面余量。見圖7所示。

圖6 指尖陀螺外形加工

圖7 加工反面余量

（3）指尖陀螺實(shí)物圖，見圖8所示。

3 加工質(zhì)量檢驗(yàn)

機(jī)械加工中，零件的幾何參數(shù)的形成取決于工件和刀具在切削過(guò)程中相互位置的關(guān)系，而工件和刀具又安裝在夾具和機(jī)床上面，并受其約束，因此，機(jī)床、夾具、刀具和工件所組成的統(tǒng)一體稱為“工藝系統(tǒng)”。

工藝系統(tǒng)的誤差是“因”，加工誤差是“果”。所以，工藝系統(tǒng)誤差為原始誤差。

原始誤差可分為幾何誤差、受力變形引起的誤差、受熱變形引起的誤差及工件內(nèi)應(yīng)力引起的誤差。

圖8 指尖陀螺實(shí)物圖

3.1 誤差的性質(zhì)

誤差的性質(zhì)可分為系統(tǒng)性誤差、隨機(jī)性誤差兩種。

（1）系統(tǒng)性誤差的特點(diǎn)。系統(tǒng)誤差的主要特點(diǎn)是可重復(fù)性、單向性和可測(cè)性、易減少和消除。如原理誤差，刀具、機(jī)床、量具和夾具的制造誤差，調(diào)整誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形等都屬于常值系統(tǒng)性誤差，與加工時(shí)間（加工順序）沒有關(guān)系。刀具磨損和刀具的受熱變形是隨加工時(shí)間（加工順序）有規(guī)律地變化，屬于變值系統(tǒng)性誤差。

（2）隨機(jī)性誤差的特點(diǎn)。隨機(jī)誤差的主要特點(diǎn)是大小和方向都不固定，其絕對(duì)值不可預(yù)知，也無(wú)法進(jìn)行精確的測(cè)量。但是，隨機(jī)誤差隨著測(cè)定次數(shù)的增加，正負(fù)誤差可以相互抵償，誤差的平均值將逐漸趨向于零，所以具備抵償性和有界性。

3.2 尺寸精度檢驗(yàn)

主要測(cè)量與軸承配合的內(nèi)孔直徑，可以通過(guò)三點(diǎn)內(nèi)徑千分尺進(jìn)行測(cè)量。

3.3 減小表面粗糙度的措施

（1）選擇合理的切削用量：①適當(dāng)減小進(jìn)給量；②選擇適當(dāng)?shù)那邢魉俣?；③選擇適當(dāng)?shù)那邢魃疃取?/p>

（2）選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)。

①增大刃傾角對(duì)減小表面粗糙度值有利。

②減少刀具的主偏角，副偏角，增大刀尖圓弧半徑，可以減少切削殘留面積，使其表面粗糙度值減少。

③改善工件材料的性能。

④選擇合適的切削液。

鋁合金專用切削液分四種：一種純油性叫切削油；三種水性，兌水使用，分別為乳化液，半合成切削液，全合成切削液。

切削油：純油性，直接使用，潤(rùn)滑冷卻防銹性能極佳，但不易清洗。

乳化液：50%的含油量，潤(rùn)滑冷卻防銹性能僅次于切削油，但穩(wěn)定性不好，壽命短易發(fā)臭。

半合成切削液：30%的含油量左右，綜合性能最好。

全合成切削液：不含基礎(chǔ)油，由各種添加劑組合而出，冷卻性能，清洗性能極佳，潤(rùn)滑防銹性一般。

⑤選擇合適的刀具。

⑥防止或減少工藝系統(tǒng)的振動(dòng)。

4 裝配

4.1 深溝球軸承與指尖陀螺的裝配

本例中，軸承的外圈與指尖陀螺本體配合較緊，內(nèi)圈與軸頸的配合較松，所以，應(yīng)先將軸承壓入指尖陀螺孔里。軸承的裝配一般可以用以下幾種方法：

（1）當(dāng)配合過(guò)盈量較小時(shí)，可用壓入法壓入軸承。如套筒壓入法、用銅棒對(duì)稱地在軸承內(nèi)外圈斷面均勻敲入。

（2）當(dāng)配合過(guò)盈量較大時(shí)，可用壓力機(jī)械壓入。如螺旋式或杠桿齒條式壓力機(jī)。如果壓力不能滿足，可以采用油壓機(jī)裝配。

（3）當(dāng)配合過(guò)盈量很大時(shí)，可用溫差法裝配。小型軸承，可以掛在油中加熱；對(duì)于較大的軸承，可以將軸承放在油箱內(nèi)網(wǎng)格上加熱，可以避免軸承局部過(guò)熱。加熱到80～100℃，即可裝配。

本文中的指尖陀螺采用過(guò)度配合，裝配時(shí)，采用錘擊法即可。要注意不要損傷工件表面。裝配完成后，如圖9所示。

圖9 裝配完成后的指尖陀螺