課程設(shè)計--四工位加工系統(tǒng)的刀具進給機構(gòu)和工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)設(shè)計

1、；.桂林電子科技大學機械原理課程設(shè)計 . 設(shè)計題目四工位加工系統(tǒng)的刀具進給機構(gòu)和工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)設(shè)計設(shè)計任務(wù) 四工位加工系統(tǒng)由安裝工件的回轉(zhuǎn)工作臺和裝有刀具的主軸箱及回轉(zhuǎn)部分組成。工作臺有四個工位，能繞自身回轉(zhuǎn)軸線作間歇轉(zhuǎn)動。主軸箱上有三把刀具。刀具的旋轉(zhuǎn)運動由主軸箱系統(tǒng)提供，主軸箱能實現(xiàn)靜止、快進、進給、快退的工藝運動。主軸箱完成一次靜止、快進、進給、快退的循環(huán)運動，在四個工位上分別完成相應(yīng)的裝卸、鉆孔、擴孔、鉸孔工作，在刀具退出工件期間，工作臺完成一次回轉(zhuǎn)90度的轉(zhuǎn)動。依次循環(huán)四次，一個工件就完成了裝、鉆、擴、鉸等工序。 原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求 1、刀具頂端離開工件表面65mm開始動作，快速移動

2、60mm距工件5mm時勻速送進60mm，然后快速返回，回程和工作行程的平均速比（行程速度變化系數(shù)）K=2。2、刀具勻速進給速度為2mm/s;工件裝卸時間不超過10s。3、生產(chǎn)率為每小時74件。4、四工位加工系統(tǒng)外形長*寬*高為1500*1200*1000對原始數(shù)據(jù)進行分析 要求工作臺可以間歇轉(zhuǎn)動。可以采用槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)、曲柄搖桿棘輪機構(gòu)、蝸桿凸輪間歇機構(gòu)、圓柱凸輪間歇機構(gòu)等。要求主軸箱的靜止、快進、進給、快退運動采用移動推桿圓柱凸輪機構(gòu)、移動推桿盤型凸輪機構(gòu)、擺動盤型凸輪與搖桿滑塊機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、帶滑塊的六桿機構(gòu)等。傳動部分的二級減速可采用帶、鏈、蝸桿、齒輪、行星和擺線針輪傳動等

3、。根據(jù)機床的工作過程和規(guī)律可得期運動規(guī)律圖如下：機械總體機構(gòu)設(shè)計1、 原動機選擇Y801-2異步電動機。電機額定功率P=0.75W，滿載轉(zhuǎn)速n=2825r/min。2、 傳動機構(gòu)： 傳動系統(tǒng)的總傳動比為i=n/n1。其中n1為盤型凸輪所在軸的轉(zhuǎn)速，即總傳動比為2260。采用外行星減速輪系減速。3、 執(zhí)行部分總體布局：執(zhí)行機構(gòu)主要有旋轉(zhuǎn)工件卡盤和帶鉆頭的移動刀架兩部分，兩個運動在工作過程中藥保持相當精度的協(xié)調(diào)。因此，在執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計過程中分為，進刀機構(gòu)設(shè)計、卡盤旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和減速機構(gòu)設(shè)計。而進刀機構(gòu)設(shè)計歸根結(jié)底主要是盤型凸輪廓線的設(shè)計?？ūP的設(shè)計主要是間歇機構(gòu)的選擇。主要零部件的設(shè)計計算減速機構(gòu)設(shè)計

4、：方案一：1、 蝸桿：m=5mm d=40mm2、 蝸桿：m=5mm Z2=32 d2=160mm Z4=36 d4=180mm3、 齒輪：齒輪機構(gòu)的中心距a=135mm,模數(shù)m=5mm,采用標準直齒輪圓柱齒輪傳動，Z5=18，Z6=364、 傳動比計算：i16=i12*i34*i56=2304方案二;外嚙合行星齒輪減速器：結(jié)構(gòu)圖如下;如圖示，傳動比為：i=1-66*70/68*68=1156再帶一個傳動比為二的齒輪系就可以了。方案三：定軸輪系減速器結(jié)構(gòu)圖如下圖示Z1=17，Z2=51，Z3=12，Z4=90，Z5=12，Z6=77，Z7=13，Z8=52，Z9=12，Z10=48，Z11=4

5、8傳動比計算：i1,11=2310。2、 盤型凸輪進刀機構(gòu)設(shè)計：1、 運動規(guī)律: 刀具運動規(guī)律：刀具快速進給60mm，勻速進給60mm（刀具切入量5mm，工件孔深45mm，刀具余量10mm），快速退刀。因為刀具勻速進給的速度為2mm/s，由此可得勻速進給時間為30s，又因為生產(chǎn)效率為每小時約74件，可得凸輪轉(zhuǎn)一圈的時間為48s。2、 凸輪廓線設(shè)計： 進刀機構(gòu)的運動由凸輪的廓線來實現(xiàn)，進刀的方向為安裝凸輪的軸的軸線方向，根據(jù)運動的特性，凸輪選擇盤型凸輪，按照運動規(guī)律設(shè)計其廓線如下：由此可得凸輪理論廓線的方程為：第一段推程曲線方程：0t37.5X=130-30*cos(180/37.5*t)sin

6、(t)+cos(t);Y=130-30*cos(180/37.5*t)cos(t)-sin(t);第二段推程曲線方程：37.5t262.5X=160+60/225*(t-37.5)*sin(t)+cos(t);Y=160+60/225*(t-37.5)*cos(t)-sin(t);第三段回程曲線方程：262.5t300X=160+60*cos(180/37.5*(t-262.5)*sin(t)+cos(t);Y=160+60*cos(180/37.5*(t-262.5)*cos(t)-sin(t);第四段停止：300t360X=100*sin(t);Y=100*cos(t);3工作臺的間歇轉(zhuǎn)動

7、運動方案1：不完全齒輪機構(gòu)1、 運用不完全齒輪機構(gòu)是由齒輪機構(gòu)演變而得的一種間歇運動機構(gòu)。即在主動輪上做出一部分齒，并根據(jù)運動時間與停歇時間的要求，在從動輪上做出于主動輪輪齒相嚙合的輪齒。當主動輪作連續(xù)回轉(zhuǎn)運動時，從動輪作間歇運動。在從動輪停歇期內(nèi)，兩輪輪緣各有鎖止弧起定位作用，以防止從動輪的游動。如圖其主動輪上只有10個齒，而與其嚙合的從動輪有40個齒故主動輪轉(zhuǎn)動1圈是，從動輪只轉(zhuǎn)動1/4圈。不完全齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，設(shè)計時從動輪的運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。缺點是有較大的沖擊，故只宜用于低速、輕載場合。不完全齒輪機構(gòu)在傳動過程中，從動輪開始運動和終止運動

8、的瞬時都存在剛性沖擊，故不適用于高速傳動。要注意的是，在不完全齒輪機構(gòu)中，為了保證主動輪的首齒能順利的進入嚙合狀態(tài)而不與從動輪的齒頂先相碰，需要將首齒齒頂高作適當?shù)南鳒p。同時，為了保證從動輪停歇在預訂位置，主動輪的末齒高也要適當?shù)男拚２煌耆X輪還有一個優(yōu)點，可以實現(xiàn)不同的傳動比，例如本機構(gòu)中，工作臺轉(zhuǎn)動的理論時間只有十幾秒，但為了爭取更多的裝載時間，可使主動輪的直徑為從動輪的兩倍，從而工作臺的轉(zhuǎn)動時間由12秒減為6秒。 工作臺轉(zhuǎn)向機構(gòu)方案二：使用槽輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，機械效率高，并能平穩(wěn)的間歇的進行轉(zhuǎn)位。但因同時存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。普通槽輪機構(gòu)有外槽輪機

9、構(gòu)也有內(nèi)槽輪機構(gòu)。它們均用于平行軸間的間歇運動，但前者槽輪與與撥盤轉(zhuǎn)向相反，而后者則轉(zhuǎn)向相同。外槽輪機構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。當槽輪機構(gòu)的撥盤的角速度一定時，槽輪的角速度及角加速度變化取決于槽輪的槽數(shù)其最大值隨槽數(shù)的減小而增大。此外當圓銷開始進入和退出進向槽時，由于角加速度有突變，故在此兩瞬間時有柔性沖擊。而且槽輪的槽數(shù)越少，柔性沖擊愈大。內(nèi)槽輪和外槽輪機構(gòu)一樣也有角加速度突變，但其加速度數(shù)值迅速下降并趨于零，因此內(nèi)槽輪機構(gòu)的動力性能比外槽輪機構(gòu)好的多。工作臺間歇運動方案三：凸輪式間歇運動機構(gòu)。凸輪式間歇運動機構(gòu)由主動凸輪1和從動輪盤2組成，主動凸輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動輪作間歇分度運動只要適當設(shè)計出主動凸

10、輪的輪廓，就可使從動盤的動載荷小，無剛性沖擊和柔性沖擊，能適應(yīng)高速運轉(zhuǎn)要求。同時，它本身具有高的定位精度，機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊是當前被公認的一種較理想的高速高精度的分度機構(gòu)。其缺點是加工精度要求高，對裝配、調(diào)整要求嚴格。其常用的有三種：圓柱凸輪間歇運動機構(gòu)、蝸桿式凸輪間歇運動機構(gòu)、共軛式凸輪間歇運動機構(gòu)。圓柱凸輪間歇運動機構(gòu)的特點是其在輕載的情況下間歇運動的頻率很高，可達到每分鐘1500次左右。蝸桿式凸輪間歇運動機構(gòu)的特點是可在高速下承受較大的載荷，在高速、高精度的分度轉(zhuǎn)位機械應(yīng)用日益廣泛。它能實現(xiàn)每分鐘1200次左右的間歇動作，而分度精度可達30微度。共軛式凸輪間歇運動機構(gòu)的特點是具有較好的動力特性

11、，較高的分度精度及較低的加工成本，因而在自動分度機構(gòu)、機床的換刀機構(gòu)、機械手的工作機構(gòu)等中得到廣泛的應(yīng)用。4、圓柱凸輪定位銷機構(gòu)設(shè)計：由機構(gòu)運動循環(huán)圖可以看出，定位銷一共有兩個工作位置，刀具在與工件接觸前必須將主軸固定住，刀具離開工件后再次接觸前（即卡盤旋轉(zhuǎn)時）定位銷必須拔出。如圖：執(zhí)行機構(gòu)和傳動部件的機構(gòu)設(shè)計1、 方案設(shè)計根據(jù)該機床包含兩個執(zhí)行機構(gòu)，即主軸箱移動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。主軸箱移動機構(gòu)的主動件是圓柱凸輪。從動件是刀架，行程中有勻速運動段（稱工作段），并有急回特性。要滿足這些要求，就要將幾個基本機構(gòu)恰當?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。實現(xiàn)上述要求的機構(gòu)的組合方案可以有許多種。1、 減

12、速機構(gòu)的方案：（1） 、渦輪蝸桿減速機構(gòu) （2） 、外嚙合行星輪系減速機構(gòu)（3） 、定軸輪系減速機構(gòu)2、 刀架規(guī)律性運動的方案有：（1） 、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動（2） 、盤型凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動3、 回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)方案：（1） 、單銷槽輪機構(gòu)（2） 、凸輪式間歇運動機構(gòu)（3） 、不完全齒輪機構(gòu)4、 定位銷方案：圓柱凸輪機構(gòu)二、方案比較1、渦輪蝸桿減速方案分析此方案采用最普通的右旋阿基米德蝸桿。其優(yōu)點主要有：（1） 、傳動平穩(wěn)，震動、沖擊和噪聲均較小。（2） 、能以單級傳動獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)比較緊湊。（3） 、機構(gòu)返程具有自鎖性。缺點是：（1） 、該機構(gòu)摩擦損耗較大，傳動效率較低

13、。（2） 、容易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高現(xiàn)象。（3） 、磨損較嚴重，制造成本高。2、 外嚙合行星輪系減速器方案分析：該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，所選輪系為外嚙合行星輪系，其在各種機構(gòu)中的運用比較廣泛，其優(yōu)點是：（1） 、制造過程簡單，成本較低，功率范圍大，可實現(xiàn)很大的傳動比。（2） 、傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作可靠。不足之處是：齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間相比渦輪蝸桿減速機構(gòu)較大。3、 定軸輪系減速器方案分析：該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，所選輪系為定軸輪系，其優(yōu)點是;(1) 、制造過程簡單，成本較低。(2) 、功率范圍大，傳動效率高，可實現(xiàn)大傳動比。(3) 、傳動

14、比精確，使用壽命長，工作可靠。缺點是：齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間很大（當要實現(xiàn)大傳動比時）。2、 刀架規(guī)律性移動機構(gòu)1、 圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：該方案采用圓柱凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成。該機構(gòu)只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以死推桿得到各種預期的運動規(guī)律，機構(gòu)簡單緊湊，但其不足在于輪廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。2、 盤型凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：盤型凸輪機構(gòu)傳動特點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，可實現(xiàn)從動件任意預期運動，最適用于要求從動件作間歇運動的場合。而如果采用滾子從動件優(yōu)點是滾子與凸輪輪廓間為滾動摩擦，磨損較小，可用于傳遞較大的動力。3、 回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)1、 槽輪機

15、構(gòu)構(gòu)件簡單，外形尺寸小，其機械效率高，并能較平穩(wěn)的，間歇地進行轉(zhuǎn)位，但其在傳動過程中往往存在柔性沖擊，適用速度低的場合。但本機床中要求工作臺的轉(zhuǎn)動有較大的速度，所以不太合適。2、 不完全齒輪機構(gòu)：該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動，其結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝容易實現(xiàn)，由于其中含有標準件，有很好的互換性，有精確的傳動比，所以在工作過程中精度較高。不足是其在進入嚙合時有沖勁，產(chǎn)生噪聲，齒輪在磨 損過程中會對精度有一定影響。但是對于低速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，此機構(gòu)能夠滿足使用要求。3、 凸輪式間歇運動機構(gòu)。該機構(gòu)無剛性沖擊和柔性沖擊，能適應(yīng)高速運轉(zhuǎn)要求。同時，它本身具有高的定位精度，機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊是當前被公認的一種較

16、理想的高速高精度的分度機構(gòu)。其缺點是加工精度要求高，對裝配、調(diào)整要求嚴格。4、 圓柱凸輪定位銷機構(gòu) 該方案采用凸輪機構(gòu)，是因為該機 構(gòu)只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律， 而且機構(gòu)簡單緊湊。本方案中主要存在的不足在于凸輪廓線與推桿之間為點，線 接觸，易磨損。最終設(shè)計方案和機構(gòu)簡介 機械原理課程設(shè)計說明書 一、 方案選擇： 經(jīng)過方案分析與比較，該機構(gòu)最終選擇如下方案組合： 1、 電機選擇 Y801-2 型異步電動機。 該電動機額定功率 P=0.75KW,滿載轉(zhuǎn) 速 n=2825r/min。扭矩和功率均能滿足工作要求。2、傳動系統(tǒng)方案選擇外嚙合行星輪系減速器方案原因

17、是其在各種機構(gòu)中的運用比較廣泛，制造過程簡單，成本較低，功率范圍大，可實現(xiàn)很大的傳動比。傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作可靠。3、 進刀方案選擇盤型凸輪進刀。原因是其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，可實現(xiàn)從動件任意預期運動。特別是使用滾子從動件時滾子與凸輪輪廓間為滾動摩擦，磨損較小，可用于傳遞較大的動力。 4、卡盤轉(zhuǎn)動選擇不完全齒輪機構(gòu)。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，較之其他機構(gòu)加工 安裝容易實現(xiàn)，由于其中含標準件，有很好的互換性，有精確的傳動比， 所以在工作過程中精度較高。 還有使用該機構(gòu)最大的優(yōu)點是傳動比具有可 分性， 在中心距發(fā)生變化的情況下傳動比也能保持不變， 保證了機床精度。 5、定位主要采用圓柱凸輪定位銷機構(gòu)。凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成， 采用凸輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以 使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)簡單緊湊，更便于設(shè)計。根據(jù)上述選擇的方案可得如下圖所示的機構(gòu)運動簡圖 1、 電機；2、帶傳動系；3、行星輪減速系；4、鏈輪傳動系；5、