鄧子豪 CH1小提琴琴柄銑床說明書（18.51）.pdf

本科畢業(yè)設計（論文）說明書 應用 Solidworks 軟件進行“ CH1 型小提琴琴柄銑床設計 ” 學 院 機械工程學院 專業(yè)班級 09 機械 7 班 學生姓名 鄧子豪 學生學號 200930042150 指導教師 梁松堅 顏建 提交日期 2013 年 6 月 3 日 I 摘 要 本文詳細介紹了運用 SolidWorks 軟件 （ 3D 機械設計軟件的 標準） 進行 CH1 型小提琴琴柄銑床的設計。由于 SolidWorks 軟件無論對零件設計，還是對整個機構(gòu)設計都起了一個模擬仿真的作用，在 SolidWorks 軟件中，我們可以直觀，清楚地了解整個設計的外形，運作甚至是材料的分析。 借助 SolidWorks，將產(chǎn)品更快地投入市場。 SolidWorks 提供無與倫比的性能和價值，它是技術(shù)創(chuàng)新的領先者，并且還擁有最大的用戶群。沒有其他 CAD 系統(tǒng)可以幫助您快速準確地完成產(chǎn)品設計工作。 小提琴琴柄（ 音樂專業(yè)領域上稱為琴頭 ） ， 此處 制作的是琴頭上的旋首，琴頭不僅與琴身有一定的 比例，它本身也應勻稱，如果旋首過小或過大，會使琴頭不協(xié)調(diào)，并使整個琴也不美觀。 本文先對 SolidWorks 軟件作出簡介，對此三維軟件作出一系列的說明，而后對小提琴進行各方面的介紹，從而讓讀者通過了解小提琴后，再認識 CH1 型小提琴琴柄銑床，并結(jié)合 SolidWorks 軟件，將二者融會貫通，但求讓一位對小提琴了解 不深 的工程師讀者在讀此說明書后能 清楚地知道此銑床是如何運作，是如何做出一個琴頭，并懂得操作此銑床，高效，完美地制作出一個小提琴琴柄。 通過 SolidWorks 軟件設計，從二維的 AUTOCAD 零件圖紙，到 三維的 SolidWorks 整個模擬機床，大大地提高了設計的效果和效率，避免了工程師們在現(xiàn)實中出現(xiàn)的錯誤，切切實實地展現(xiàn)出三維軟件的強大性能。 關鍵詞 ： SolidWorks；小提琴琴柄銑床；琴頭；旋首 II Abstract This paper describes the use of SolidWorks software (3D mechanical design software standard) the design of the CH1 violin shank milling. SolidWorks software whatever in the part design, or the design of the entire organization, play the role in a simulation. In SolidWorks software, we can intuitive and clear understanding of the shape of the entire design, even analysis of the material. With SolidWorks, products will be marketed faster. SolidWorks offers unmatched performance and value. It is a leader in technological innovation, and also has the largest user base.There is no other CAD system can help your product design to accomplish quickly and accurately. Violin handle (music on specialized areas known as the Wirbel-kasten), In this paper we just research the Schnecke, There is a certain proportion Wirbel-kasten with the violin, which it should also be well-proportioned, if the Schnecke is too small or too big, it will make the Wirbel-kasten uncoordinated, and it is not beautiful for the whole violin. First, it is a brief description of SolidWorks software, and this three-dimensional software a series of instructions, then introducing all aspects of the the violin, so that the reader through the understanding of the violin, and recognize the the CH1 violin p handle milling. And with SolidWorks software, After a engineers readers which not know violin deeply reading this specification, he can clearly know the milling is how to work, how to make a Wirbel-kasten, and know how to operate the milling, and efficient, perfect produce a violin piano handle. With SolidWorks software design, from the two-dimensional AutoCAD part drawings to 3D SolidWorks simulation machine, greatly improve the effectiveness and efficiency of the design, in the other hand, engineers avoid the errors in the real world. In short, it show a three-dimensional software powerful performance. Key words: SolidWorks; the CH1 violin shank milling; Wirbel-kasten; Schneck 目 錄 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 緒 論 . 1 1.1 課題研究的背景 . 1 1.2 課題研究的意義 . 1 1.2.1 小提琴的特點 . 1 1.2.2 業(yè)余制作小提琴 . 1 1.2.3 現(xiàn)今小提琴制作 . 2 1.3 課題研究的內(nèi)容 . 2 1.3.1 SolidWorks 設計基礎 . 3 1.3.2 草圖繪制 . 3 1.3.3 基準特征 -參考幾何體的創(chuàng)建 . 3 1.3.4 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放 樣特征建模 . 3 1.3.5 工程圖設計 . 3 1.3.6 裝配設計 . 3 第 2 章 SolidWorks 的詳細介紹 . 4 2.1 關于 SolidWork . 4 2.2 SolidWorks 的發(fā)展和榮譽 . 4 2.3 Solidworks 軟件特點 . 5 2.4 本章小結(jié) . 5 第 3 章 小提琴制作歷史與發(fā)展 . 7 3.1 小提琴史話 . 7 3.2 著名小提琴制造家 . 7 3.3 小提琴的構(gòu)造 . 8 3.4 小提琴旋首手工制作 . 8 3.4.1 旋首的制作 兩側(cè) . 8 3.4.2 弦首的制作 正面 . 9 3.4.3 旋首的制作 背面 . 9 3.5 本章小結(jié) . 9 第 4 章 琴柄銑床設計 . 11 4.1 琴柄銑床的情況和特點 . 11 4.2 應用 Solidworks 軟件進行琴柄銑床零件圖設計 . 12 4.2.1 關于零件 CH1-6 機座建模 . 12 4.2.2 關于零件 CH1-7-9 軸座建模步驟 . 18 4.2.3 關于凸輪建模的研究 與制作過程 . 22 4.3 應用 Solidworks 軟件進行琴柄銑床工程圖設計 . 25 4.3.1 關于零件 CH1-16 琴頭夾具工程圖設計 . 25 4.4 應用 Solidworks 軟件進行琴柄銑床裝配圖設計 . 26 4.4.1 關于裝配體 CH1-7-0 側(cè)擺機構(gòu)裝配圖設計 . 26 4.5 應用 Solidworks 軟件進行琴柄銑床指定零件受力分析 . 27 4.5.1 CH1-9 支承座零件受力分析過程 . 27 4.5.2 CH1-7-9 軸座零件受力分析 . 33 4.6 本章小結(jié) . 36 第 5 章 三維建模的概述 . 38 5.1 零件圖設計要點（根據(jù)已有 AutocAD 圖紙，出三維圖要點） 38 5.2 零件圖出工程圖要點 . 38 5.3 裝配圖安裝要點 . 39 5.4 受力分析要點 . 39 總 結(jié) . 40 一、三維軟件機械設計總結(jié) . 40 二、設計感言 . 41 參考文獻 . 42 附錄 . 43 致 謝 . 73 第 1 章 緒 論 1 第 1章 緒 論 1.1 課題研究的背景 SolidWorks 軟件作為 現(xiàn)今首屈一指的三維軟件之一，憑借友好的界面、完善地 裝配、仿真等優(yōu)秀性能。 極大地降低了工程師的負擔，使工程師更專注于設計，在機械設計上的應用日趨廣泛，對整個機械行業(yè)的發(fā)展 與成才 有重大 的促進作用。但是要掌握好一個工具，需要理論聯(lián)系實際 ， 不斷摸索才能 ， 不斷發(fā)揮其設計優(yōu)勢。應用 Solidworks 軟件設計“ CH1 型小提琴琴柄銑床設計”正是基于這個考慮進行選題。 小提琴 之所以能夠達到今日的如此完美，我們應該感激數(shù)百年傳統(tǒng)的制琴師傅 。 據(jù)歷史記載，在 17,18 世紀時，意大利的克雷莫納及布萊斯家兩地和奧地利、法國等歐洲國家，陸 陸續(xù) 續(xù) 地出現(xiàn)了許多有名的小提琴制作家。 在諸名家中要 數(shù)意大利的斯特拉迪瓦里 制作家最為著名 ，他 制作的琴價值連城 。而 在中 國 ， 小提琴 的制造也超過 70 多年的歷史。 1.2 課題研究的意義 1.2.1 小提琴的特點 小提琴 是 擦奏弦鳴樂器 的其中之一 。 在 現(xiàn)代管弦樂 隊弦樂組中 擔任至關重要的角色 。 作為現(xiàn)代弦樂器中最小、聲音最高的樂器，小提琴主要的特點在于其 悅耳 的聲音、 高超 的演奏技巧 以及動人 的表現(xiàn)力。 現(xiàn)代的樂器大 部分 都是歷盡 時代 的考驗 ，革新 而幸存下來的。人們從 前 人那里繼承樂器的制作和 演奏 技術(shù)，然后自己 在前人的基礎上 不斷 求變，進步 。中世紀的歐洲，在還 未 出現(xiàn)正式的樂隊 前，對樂器的標準化 幾乎 沒有要求 。 于是人們對自己手里的樂器 作出無數(shù)次的 試驗，一種又 一種新式的 樂器 被 研制 出來 了 。 小提琴的音色具有人聲的特點，演奏靈活，攜帶方便， 表現(xiàn)力十分豐富 。 既能演奏抒情的旋律，也能演奏充滿技巧 性的 華麗樂章 ，也可以作為節(jié)奏樂器來使用。無論是在管弦樂隊中還是在喜愛音樂的人家 中，小提琴都成為一件 無法取代的樂器，被 世人 稱之為樂器中的皇后。 1.2.2 業(yè)余制作小提琴 業(yè)余小提琴制作是非常吸引人的。 許多小提琴愛好者都把業(yè)余制琴作為自己的 愛好。為此音響物理學家和工程技術(shù)人員對小提琴的發(fā)音原理也在孜孜不倦地華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 2 加以研究 和改進 。 工具 業(yè)余制作 工具比較簡單， 1、普通鋸子一把，又來斷料。 2、窄鋸一把，用來鋸出曲線。 3、平口鑿、小圓口 鑿、大圓口鑿各一把的鑿柄可以同廢寬鋼鋸條改制。圓鑿的鑿柄部分要成 鏟形彎曲，以便切削。 4、 粗細砂布 若干 。 5、 木刨子 6、木柄小刀一把 。 7、鋼卷尺一把 。 8、 木棒一根，搗膠時用 。 9、熬膠小鋁碗或鐵碗一個，適用的鍋子一口。 10、 金工用平口鉗一把 。 11 約 6 英分到 1 英寸寬的軟毛油畫筆一支，涂漆用。 13、 1000-1200 號水砂紙若干。主要工具大致這些。 、12、 可封口玻璃瓶一個，制備琴漆用。 木料 小提琴面板用料是云杉，也可以是魚鱗松或工業(yè)上制木模 的東北松（紅松）也是可以。小提琴木材的開料方法是等分料法。與 切西瓜那樣開料 相似 ，所得到的板材在截面方向上看，年輪始終是垂直于木料平面，所以面板的木紋是直線狀的。一般 來說，最適宜的木紋寬度是約每公分 5 到 7 條年輪，超出這個數(shù)字也可以。平時我們 遇到的木料都是平行開料的，這樣就只有穿過圓木木芯的料才符合需要。如果 其他板料上的 年輪線都有傾斜和云紋，不適合應用。面板的木料需要兩塊。 把木料木紋較密的側(cè)面用刨子刨平直，然后膠合起來，這樣就形成了中間木料密度大，邊上木料密度略小，這樣符合振動原理的小提琴面料坯料。 背板木料用楓木或槭木，尺寸比面板長 13 毫米，即長 373寬 105厚 16，也要把一邊“直縫”后膠合，以形成背板坯料。如果木料寬度夠大，用獨塊的背板也可以。 1 1.2.3 現(xiàn) 今小提琴制作 如今，專業(yè)制作小提琴已經(jīng)擁有了完善，自動化，高效的一套設備，而 “ CH1型小提琴琴柄銑床設計”是小提琴琴柄生產(chǎn)的重要設備，對小提琴的音色及減輕工人勞動強度有重要作用。之前的設計都是應用 AutoCAD 等二維軟件進行，本設計應用三維軟件 Solidworks 進行設計，既能保證整機設計中的關聯(lián)性（無論是零件圖與工程圖的關聯(lián)，還是零件圖與裝配圖的關聯(lián)， Solidworks 軟件都能非常好的解決），又能應用相關的應力分析軟件對所設計的設備關鍵零件進行受力分析及優(yōu)化設計，是先進技術(shù)的具體應用。 1.3 課題研究的內(nèi)容 本論文主要研究 運用 SolidWorks 對 CH1 型小提琴琴柄銑床進行設計。在設計過程中， 了解 SolidWorks 的各種功能。 第 1 章 緒 論 3 1.3.1 SolidWorks 設計基礎 熟悉 SolidWorks 的工作環(huán)境； 了解 SolidWorks 的命令， 掌握在 SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存 、導入 等基本操作，掌握三維建模流程。 1.3.2 草圖繪制 掌握點、直線、矩形、弧度圓等基本 圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應用幾何約束；熟練應用 陣列、實體轉(zhuǎn)換等 草圖繪制 工具；能綜合應用各種草圖繪制實體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。 1.3.3 基準特征 -參考幾何體的創(chuàng)建 清楚明白 基于特征的建模方式、參數(shù)化 思想等概念； 靈活運用 各種建立基準點的方法； 靈活運用 各種建立基準軸方法； 靈活運用 各種建立 基準面的 方法； 靈活運用 坐標系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應用各種參考幾何體。 1.3.4 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模 靈活運用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運用 旋轉(zhuǎn)特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法； 靈活運用 放樣特征的概念與建立方法；通過實踐能夠準確分析零件 的特征，靈活運用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應用掃描、放樣 、彎曲、鏡向、陣列等 特征建立各種實體。 1.3.5 工程圖設計 靈活運用 用戶自定義工程圖格式文件的方法； 靈活運用 建立標準三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助 視 圖等方法； 靈活運用 各種注釋的方法。 1.3.6 裝配設計 靈活運用 自底向上的裝配方法； 靈活運用 生成裝配體爆炸圖的方法； 靈活運用 SolidWorks 智能 裝配技術(shù)； 靈活運用 裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控 制，并能夠在裝配體中設計子裝配體； 靈活運用 干涉檢查； 靈活運用 自上向下的裝配 方法；靈活運用 在裝配模型 工程圖中添加零件序號； 靈活運用 生成裝配體材料明細表的方法。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 4 第 2章 SolidWorks 的詳細介紹 2.1 關于 SolidWork SolidWorks 公司成立于 1993 年，由 PTC 公司的技術(shù)副總裁與 CV 公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸州的康克爾郡（ Concord,Massachusetts）內(nèi) 。 當初的目標是希望在每一個工程師的 桌面 上提供一套具有生產(chǎn)力的實體模型設計系統(tǒng)。從 1995年推出第一套 SolidWorks三維機械設計 軟件 至今 已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由 300 家經(jīng)銷商在全球 140 個國家進行銷售與分銷該產(chǎn)品。 1997 年，Solidworks 被 法國 達索（ Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的 主打品牌。 2.2 SolidWorks 的發(fā)展和榮譽 SolidWorks 軟件是世界上第一個基于 Windows 開發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng) 。 由于技術(shù)創(chuàng)新符合 CAD 技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢， SolidWorks 公司于兩年間成為 CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得 SolidWorks 每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在 1995-1999 年獲得全球微機平臺 CAD 系統(tǒng)評比第一名 。 從 1995 年至今，已經(jīng)累計獲得十七項國際大獎 。 其中僅從 1999 年起， 美國 權(quán)威的 CAD 專業(yè)雜志 CADENCE 連續(xù) 4 年授予SolidWorks 最佳編輯獎，以表彰 SolidWorks 的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它， 設計師 大大縮短了設計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場 。 由于 SolidWorks 出色的技術(shù)和市場表現(xiàn)，不僅成為 CAD 行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為 華爾街 青睞的對象。終于在 1997 年由法國 達索公司 以三億一千萬美元的高額市值將 SolidWorks 全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的 風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了 CAD 行業(yè)的世界紀錄。并購后的 SolidWorks 以原來的品牌和管理技術(shù)隊伍繼續(xù)獨立運作，成為 CAD 行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司 。 SolidWorks 三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的 CAD 產(chǎn)品。 由于使用了 Windows OLE 技術(shù)、直觀式設計技術(shù)、先進的 parasolid 內(nèi)核（由劍橋 提供）以及良好的與 第三方軟件 的集成技術(shù) 。 SolidWorks 成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的 SolidWorks 軟件使用許可約第 2 章 SolidWorks 的詳細介紹 5 28 萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品 /消費品、離散制造等分布于全球 100 多個國家的約3 萬 1 千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球 4， 300 所教育機構(gòu)的近 145， 000名學生通過 SolidWorks 的培訓課程。 據(jù)世界上著 名的人才 招聘 網(wǎng)站檢索，與其它 3D CAD 軟件 相比， SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總合還要多， 這一事實 說明了越來越多的工程師 和設計者 使用 SolidWorks 三維軟件 ，越來越多的企業(yè) 需要 SolidWorks 人才。 2.3 Solidworks 軟件特點 Solidworks 軟件功能強大， 易于操作 ，界面人性化， 技術(shù)創(chuàng)新 ， 組件繁多 是SolidWorks的 五 大特點 。 使得 SolidWorks三維軟件 成為 目前全球 領先的 三維 CAD解決方案。 SolidWorks 在設計時 能夠 為用戶 提供不同的設計方案 ，通過方案 的篩選，工程師能從中選擇合適的方案，從而在 設計過程中 降低設計的 錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。 在目前市場上所見到的三維 CAD 解決方案中， SolidWorks 是設計過程比較簡便 又通俗易懂 的軟件之一。 它 不僅提供如此 人性化 的 系統(tǒng) ，同時對每個工程師和設計者 ，乃至整個機械行業(yè)提供了良好的發(fā)展基礎。 2.4 本章小結(jié) SolidWorks 在現(xiàn)今社會階段逐漸廣泛應用，并且 SolidWorks 公司對中國市場重點開發(fā)，日后 SolidWorks 應用將會更加完善，更加普遍。 通過前文對SolidWorks的深入了解后，往后會對 SolidWorks進行個別應用的分析，如建模，裝配，工程圖，力學分析等。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 6 第 3 章 小提琴制作歷史與發(fā)展 7 第 3章 小提琴制作歷史與發(fā)展 3.1 小提琴史話 小提琴有著悠久的歷史。相傳在 2000 多前，埃及有一個叫莫可里的音樂愛好者。 在尼羅河邊散步時，偶爾踢到一個烏龜殼，他拾起 來敲一敲，殼內(nèi)空氣受到振蕩，發(fā)出好聽的音樂聲。 于是他就把這個能發(fā)出 美妙聲音的烏龜殼帶回家里，終日拿在手上沉思默想。后來，他終于發(fā)明 一種既能彈奏又能拉奏的烏龜殼琴。這就是當時的小提琴。也有另一種說法，小提琴是從一 種名為維奧爾（ Viol）的古提琴演變而來，到 16,17 世紀時期，其構(gòu)造就固定下來，和現(xiàn)在的小提琴很相似。 1 當你身在意大利的薩倫諾打教堂，往上看那圓形拱頂 。 你的目光會 被法拉利所畫的壁畫所吸引，這些壁畫 可以追溯到大約 十六世紀 中葉，壁畫上的手持各類樂器的天使們在演繹動人的樂章。 在這些樂器中，有最早被人發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)代弦樂 器家族代表 小提琴。它們看起來有三根弦，但歷史記錄的證據(jù)顯示， 在中世紀 ，已經(jīng) 有 四弦樂器 被人發(fā)現(xiàn)。雖然小提琴家族迅速普及歐洲，但小提琴的發(fā)源地 還是 在意大利。小提琴的發(fā)源 故事源于意大利 的北部，主要地 點在 米蘭地區(qū)和威尼斯。這些 地方在接下來近兩個世紀中保持了在制造小提琴的顯著地位。第一個為世人所知的小提琴制造家是安德烈亞斯阿瑪?shù)伲?Andreas Amati），他是著名的克萊莫納（ Cremona）學校的創(chuàng)始人， 他于 16 世紀初期出生在那個地方。 可是小提琴 也并非是歐陸本土的產(chǎn)物。在回教興盛的 9 世紀，小提琴的前身隨著阿拉伯人闖進歐洲世界，幾百年來，經(jīng)過重重革新 ，直到 16 世紀中葉，加了第四根弦，成為五度定音后，才定性為現(xiàn)今的面貌。在此之前 也曾 出現(xiàn)了幾種與小提琴相似的弓弦樂器，主要為社交場合 營造歡愉的氣氛。 3.2 著名小提琴制造家 阿瑪?shù)偌易?他們在長大兩個多世紀的時間里在意大利制造弦樂器領域保持領先地位。這個家族中最先被記入史冊的是安德烈亞阿瑪?shù)?（ Andreas Amati）（ 1505-1580），他是小提琴史上克里莫納王朝的創(chuàng)始人，或者說弦樂器制造者。他的孫子尼古拉（ 1596-1684）是阿瑪 蒂家族中最著名的一位，他的小提琴因體型較他父親和伯父的琴要大而 不同，而且它們的聲音也更有穿華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 8 透力。 瓜奈里家族 克里莫納第二個小提琴制造王朝的最卓著的人是安德烈亞斯瓜奈里（ Andreaas Guarneri） （ 1625-1690），他受到尼古拉阿瑪?shù)俚慕逃⒃≡谒?，當過他的徒弟。 斯特拉迪瓦里家族 安東尼奧斯特拉迪瓦里 （ Antonio Stradivari） （ 1644-1737）聲稱從1667-1679 年之間是尼古拉阿瑪?shù)俚膶W生。 2 3.3 小提琴的構(gòu)造 雖然自 16 世紀以來，小提琴經(jīng)歷了幾次修正和改造。但它的結(jié)構(gòu)基本上保持不變。用一塊軟木 來對 前端（琴身）、后部和中間部分 進行 支承。琴的 底部、頂部還有琴肋的角都 需要用木塊進行 加固。琴身部分打了兩個形似彎曲的“ f”的洞， 洞 的下面附加了一個低音梁，與低一點的弦平 行，支持弦的琴馬 的一腳決定 位置 。在琴馬另一腳的下面是 音柱，朝樂器背面縱向放置。在琴頸一端特別用硬木制成，。 那是旋首 ，上面有調(diào)音弦軸。弦從這里開始通過指板、在琴頸頂部固定，越過琴馬到尾部的拉弦板，拉弦板被纏繞在底部的小鈕上。指板的起始處是弦枕。在琴身和琴背邊緣的裝飾叫做“花邊”。 3.4 小提琴 旋首 手工制作 3.4.1 旋首的制作 兩側(cè) 旋首的側(cè)面是由 兩條 S 形的琴頭身曲線 和 構(gòu)成 一個螺旋展開線 的。首先 在用 鋸鋸去多余的木料后，大部分工作是用圓鏟來完成的。為了讓成 品顯得生動，制作家們很少 會用正統(tǒng)的螺旋展開線。 他 們 在螺旋展開線中有意識地制造一些偏離。 這種偏離是 將 螺旋線的 一些部分進行 壓縮 ，而另 一些部分拉長 ，于是就出現(xiàn)了千姿百態(tài)的各種表現(xiàn)風格 的旋首。配合螺旋線的另一個重要表現(xiàn)手法是凹面的深淺、 角度和形狀、凹面的制作 也是許多制作家表現(xiàn)自己的個性 的重圖 3-1 旋首兩側(cè)加工 第 3 章 小提琴制作歷史與發(fā)展 9 圖 3-3 旋首背面加工 要手段。 琴頭身的曲線不僅關系到審美和趣味，也關系到琴軸之間的關系，因此需要在不影響弦和弦軸的使用前提下進行設計。 3.4.2 弦首的制作 正面 弦首的正面有弦槽，是安裝弦軸張緊琴弦的地方，為 了美觀而又兼顧到牢固，弦槽的兩壁一般是制作成上薄下厚的。 弦槽的形狀和厚度是很具有表現(xiàn) 力的。形狀可以是 直的，也可以略向外突出，可以較薄來表現(xiàn)輕巧，也可以較厚表現(xiàn)厚重。 除美觀外，弦槽的功能是很重要的。其深度應該是使弦軸上弦時不會摩擦槽底，但槽底又有一定的厚度以保證琴頭的強度。 3.4.3 旋首的制作 背面 琴頭旋首的背面的形狀，仿佛 一滴正在下滴的水珠。 然而 每個學派對旋首的背面形狀，和兩條凹槽的處理都獨具匠心。 用 各種 不同 的藝術(shù) 手法來表現(xiàn)各自的風格 和性格，比如：尼古拉阿馬蒂的琴頭的背面形狀，略呈三角形，不是一個完整的半圓，向上延伸時很快收縮，頂部比較窄小。另外 安斯特拉迪瓦里的琴頭背部的兩側(cè)線 條，有一部分幾乎是平行的，只是到了很高的位置才突然收縮，在收縮出形成折角，他的琴頭背面的尾部是一個略帶方形的半圓弧，這個形 狀又使用在背部下凹的兩條凹槽里，和琴頭正面的弦首凹槽里。 對于手工琴來說，這一種技術(shù)就不是輕易地能做出了，起碼要需要多年的造琴經(jīng)驗，才能達到如此精湛的效果。 這些細節(jié)的設計都體現(xiàn)出那些 獨具慧眼的 藝術(shù)巨匠們在創(chuàng)作時刻意表現(xiàn)的一種個性。他們要求自己的作品的每一個細節(jié)，都與其他人截然不同。 3.5 本章小結(jié) 小提琴由古至今，無論在皇室，還是民間，都是一種 不可或缺 的樂器。圖 3-2 旋首正面加工 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 10 通過時間的推移，技術(shù)的不斷 積累， 師傅對小提琴的不斷改進。從手工到機械生產(chǎn)，從單件到批量生產(chǎn)，小提琴制作業(yè)猶如百花盛開般迅猛發(fā)展。下一章將會講述小提琴琴柄銑床工作原理以及制作過程。 第 4 章 琴柄銑床設計 11 圖 4-1 琴 柄銑床外觀圖 第 4章 琴柄銑床設計 4.1 琴柄銑床的情況和特點 根據(jù)上一章所提到的手工制作旋首， 由于手工制作效率比較低，而且加工精度不夠高，制作出來的旋首 ，人為 偏差比較大。另外，一般的普通機床加工旋首的工序比較復雜，而且由于旋首自身加工難度大，形狀與貝殼的螺旋弧度相似 ， 貝殼 的外形 是流動的，遞進的，哪怕是到了最細小的地方，這個遞進依舊持續(xù)著， 所 以針對琴柄旋首 的精密加工 需要一套專用的機械設備 。通過專用琴柄銑床的加工后，不但提高了出產(chǎn)的效率，而且加工精度穩(wěn)定， 實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。 本琴柄銑床主要通過一個特別的凸輪來決定旋首的形狀， 跟配鑰匙的原理相似， 凸輪的正 面與側(cè)面邊緣在滾動過程中不斷變化，在此變化過程中通過縱進 機 構(gòu)的縱向移動和擺臂機構(gòu)的橫向移動來控制電東機的運動，并通過 2 級的鏈傳動使琴頭夾具實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動 ，在電 動 機和夾具不停運動的過程中， 通過刀具的銑削， 實現(xiàn)對旋首的完美加工。 這就是整個琴柄銑床的 工作原理。 圖 4-2 琴柄旋首數(shù)據(jù) 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 12 4.2 應用 Solidworks 軟 件進行琴柄銑床零件圖 設計 4.2.1 關于零件 CH1-6 機座 建模 （ 1） 以前視面為草繪平面，選擇 【 直線工具 】 進行繪圖 (如圖 4-4)。 （ 2） 選擇 【 拉伸凸臺 】 命令，拉伸深度為 16mm（如圖 4-5）。 圖 4-4 草圖輪廓 圖 4-5 拉伸特征設置 （ 3） 根據(jù)圖紙，以該所在平面為草繪圖面，拉伸出兩筋板，并選擇拉伸切除命令切除成下圖形狀（如圖 4-6）。 （ 4） 在筋板側(cè)面拉伸一長為 315mm，寬為 165mm，深度為 20mm 的凸臺（如圖 4-7）。 圖 4-3零件 CH1-6 機座 第 4 章 琴柄銑床設計 13 圖 4-6 生成筋板 圖 4-7 生成固定板 （ 5） 在凸臺的正面拉伸一個長為 174mm，寬為 84mm，深度為 74.1 的凸臺，并選擇 【 異型孔 】 命令，在其表面打上兩個 M12 的螺紋孔（如圖 4-8）。 圖 4-8 軸承座安裝位 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 14 （ 6） 零件上部分基本完成，之后以第一個拉伸的凸臺作為草繪平面，根據(jù)圖紙畫出該圖形，并拉伸，深度為 8mm（如圖 4-9）。 圖 4-9 側(cè)面支承座安裝板位置 （ 7） 在同一平面上拉伸切除一個直徑為 162mm，圓心位置如圖，深度為完全貫穿的圓柱，并在該平面拉伸切除一個直徑比此圓柱大 8mm，且同心，深度為 4mm 的圓柱。（如圖 4-10、 圖 4-11） 圖 4-10 旋轉(zhuǎn)套安裝位 圖 4-11 局部放大圖 第 4 章 琴柄銑床設計 15 （ 8） 在步驟 6中拉伸的凸臺上，各打上 3個 M12的螺紋孔。（如圖 4-12，圖 4-13） 圖 4-12 側(cè)面支承座安裝孔位置 圖 4-13 側(cè)面支承座安裝孔位置 （ 9） 在步驟 7 的平面上拉伸一薄壁圓柱，深度為 48mm，并將貫通內(nèi)圓（如圖 4-14、圖 4-15）。 圖 4-14 無縫管位置 圖 4-15 通孔切除 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 16 （ 10） 在步驟 7 的平面上拉伸一長為 90mm，寬為 40mm，深度為 6mm 的凸臺，并在該凸臺上打 2 個 M12 的螺紋孔，深度為 20mm（如圖 4-16）。 圖 4-16 擺臂機構(gòu)安裝位 （ 11） 整個零件雛形已出，通過運用 【 鏡向 】 命令 ，將以上所作 的特征，以一個面為中心面，鏡像復制出零件的另一部分（如圖 4-17,圖 4-18）。 圖 4-17 鏡向命令效果 圖 4-18 鏡向面與鏡向特征設置 第 4 章 琴柄銑床設計 17 （ 12） 在步驟 1 中拉伸的凸臺側(cè)面，緊貼步驟 4 中拉伸的凸臺的下方拉伸一凸臺，并打上 4 個 M10 的螺紋孔（如圖 4-19、圖 4-20）。 圖 4-19 縱進機構(gòu)安裝板 圖 4-20 螺紋孔位置 （ 13） 在步驟 1 中拉伸的凸臺另一側(cè)面，拉伸寬為 160mm，并與該邊緣等高的凸臺。深度為 20mm，并在其表面拉伸切除出 8個直徑為 18mm的孔（如圖 4-21）。 圖 4-21 底座安裝孔位置 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 18 4.2.2 關于零件 CH1-7-9 軸座 建模步驟 圖 4-22 零件 CH1-7-9 軸座 （ 1） 以右視面為草繪平面，選擇 【 直線工具 】 進行繪圖，并選擇部分輪廓進行拉伸（如圖 4-23、圖 4-24）。 圖 4-23 輪廓草圖 第 4 章 琴柄銑床設計 19 圖 4-24 拉伸特征設置 （ 2） 選擇【拉伸凸臺】 命令 ，并運用圖 1 草圖，選擇其他部分拉伸凸臺（如圖 4-25） 圖 4-25 拉伸特征設置 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 20 （ 3） 選擇 【 基準面 】 命令，新建一個基準面 1，并以該平面為草繪平面（如圖 4-26）。 圖 4-26 拉伸特征設置 （ 4） 運用 【 轉(zhuǎn)換實體引用 】 命令，將圖 1 的草圖復制到基準面 1，并運用步驟 2 的方法 拉伸實體（如圖 4-27） 圖 4-27 拉伸特征設置 第 4 章 琴柄銑床設計 21 （ 5） 在步驟 1 拉伸的實體平面上，繪出草圖，選擇 【 拉伸切除 】 命令，切除實體，并運用倒角命令做出兩邊倒角（如圖 4-28）。 圖 4-28 拉伸切除草圖及設置 （ 6） 在步驟 2 拉伸的實體的上表面上，繪出四個直徑為 11mm 的圓，選擇 【 拉伸切除 】 命令，切除實體（如圖 4-29）。 圖 4-29 安裝孔位置 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 22 （ 7） 最后選擇 【 筋 】 命令，在基準面 1 上繪出一條直線，做出筋板（如圖 4-30）。 圖 4-30 生成筋板 4.2.3 關于凸輪建模的研究與制作過程 圖 4-31 變距變徑凸輪 凸輪制作目的 在各種機械設計中，當零件存在 一些不規(guī)則的輪廓需要其從動件準確地實現(xiàn)某種預期的運動規(guī)律，而且用到自動機械和自動控制裝置的加工時，可以發(fā)現(xiàn) 這些機械 設計中都會有 使用 到一個凸輪機 構(gòu)，通過凸輪的路徑 變化的過程，實現(xiàn)不規(guī)則的路徑加工。當一個盤狀凸輪的根據(jù)角度而改變半徑，稱為變徑凸輪，另外，一個盤狀凸輪的根據(jù)角度而改變距離，稱之為變距凸輪。此次 ch1 琴柄銑床就是通過一個不規(guī)則的凸輪，實現(xiàn)多變化，復雜的加工 ， 此凸輪是依照 ch1 琴柄旋首去設計，在這凸輪的轉(zhuǎn)動過程中，使到各個機構(gòu)作出相應的機械運動，從而讓縱向和橫向以及旋轉(zhuǎn)同步變化。 如下圖所示，工程圖上 所繪出的就是本次所研究的凸輪，通過觀察分析發(fā)現(xiàn)，下圖為凸輪的正視圖，側(cè)面剖視圖以及展開圖。第一，在正視圖中，可以得出，此凸輪的正面是根據(jù)角度的改變而發(fā)生半徑的變化，所以是變徑凸輪。第二，在凸輪的展開圖可以得出，根據(jù)角度改變而發(fā)生兩端距離第 4 章 琴柄銑床設計 23 的改變，所以是 變 距凸輪。由于要使到縱進機構(gòu)，和側(cè)擺機構(gòu)同時作機械運動，所以此凸輪同時存在變 徑和變 距，稱之為變距變徑凸輪。這一點是整個設計得重中之重，也是整個設計的難點。 下面將闡述凸輪建模的 制作過程。 圖 4-32 凸輪工程圖 此次建模與一般的建模方式不同，此次運用【用 2d 轉(zhuǎn) 3d】命令的方法通過導入 Autocad 圖紙，降低作圖量，提高繪圖效率。 建模步驟 （ 1） 方法 1：在觀察圖之后，通過計算獲得正視圖各點的坐標，運用【樣條曲線】命令，添加同樣數(shù)量的點，并按照所獲的坐標輸入各個點的數(shù)據(jù)，從而繪出一條不規(guī)則的樣條曲線。 方法 2：在分析圖紙后，將圖紙導入到 SolidWorks，之后將多余的線以及所有標注刪除。因為 Autocad 的作圖有誤差，所以有部分輪廓可能會出現(xiàn)開環(huán)情況，運用【修復草圖】命令，將開 環(huán)的草圖修復。由于再此種畫法上，只需要用到正視圖和展開圖，所以側(cè)面剖視圖也可以刪除。 顯然方法 2 比方法 1 的做法更加靈活，簡單，而且節(jié)省時間。因此選用方法 2。 （ 2） 運用【 2d 轉(zhuǎn) 3d】命令，將正視圖投影到前視面，而展開圖則投影到上視面。并運用【對齊草圖】和【移動實體】命令讓兩個草圖關于一點對齊。 （ 3） 由于凸輪裝配時只能運用一個面去配合，所以首先運用工具中的樣條曲線工具的【套合樣條曲線】命令將一段段的曲線合稱為一整條樣條曲線。然后，選擇輪廓進行拉伸實體，拉伸深度為 16mm，終止條件為兩側(cè)對稱。變徑凸輪完成。 圖 4-33 變徑凸輪 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 24 （ 4） 通過運用展開圖的 3 點建立基準面 2，運用【轉(zhuǎn)換實體引用】命令，將展開圖轉(zhuǎn)到基準面 2 上。 （ 5） 運用 【 彎曲命令 】 將展開圖彎曲 360并且將 x 軸位置改為 0。 圖 4-34 曲面彎曲 （ 6） 運用【曲面 -等距】命令，步驟 5 彎曲后的曲面等距。 （ 7） 運用【 3d 草圖】作出兩曲面之間的兩條直線，并通過【邊界 -曲面】命令作 出一小部分的不規(guī)則曲面。 （ 8） 運用【曲面 -放樣】命令，通過選擇上一步的兩條直線作為輪廓，兩個曲面的邊界作為引導線，作出曲面后，運用【曲面 -縫合】命令將部分有縫隙的曲面修復，并運用【曲面 -延伸】命令將此曲面向內(nèi)延伸一定距離。并將此三個步驟鏡向到另一面。 圖 4-35 曲面放樣 （ 9） 運用【曲面 -拉伸】命令，將草圖上半徑為 200mm 的內(nèi)圓拉伸。 （ 10） 運用【曲面 -剪裁】命令，選擇需要剪裁的曲面和選擇需要保留的部分，將前幾 個步驟的部分曲面剪裁之后，最后得到圖紙上凸輪正面。 第 4 章 琴柄銑床設計 25 圖 4-36 曲面剪裁 （ 11） 運用與上一步同樣的方法，作出凸輪與軸裝配的配合面。 （ 12） 由于到上一個步驟為止，凸輪正面所作出的都只曲面，而曲面內(nèi)部是空心的，所以此時運用【加厚】命令，將空心部分填充。變距凸輪完成。隨后并將變徑凸輪和變距凸輪組合在一起，成為一個實體。 （ 13） 運用【切除 -拉伸】命令，切出凸輪的輪輻。并鏡向到另一面 （ 14） 通過【凸臺 -拉伸】和【切除 -拉 伸】，作出凸輪與軸和鍵配合部分，最后倒角。此變徑變距凸輪就完成了。 4.3 應用 Solidworks 軟件進行琴柄銑床工程圖設計 4.3.1 關于零件 CH1-16 琴頭夾具 工程圖設計 圖 4-37 CH1-16 琴頭夾具 （ 1） 選擇一個正視圖方向 ； （ 2） 生成投影視圖，點擊 【 投影視圖 】 命令，在正視圖右側(cè) 單擊左鍵，完成右視圖放置 ； （ 3） 當前兩個視圖還不能完全表達零件特征，所以此時