四工位專用機床設(shè)計說明書9236

1、課程設(shè)計目的掌握四工位機床的運動規(guī)律 設(shè)計四工位機床的內(nèi)部機構(gòu)課程刀具頂端離開工作表面65mm快速移動送進60mn后，再勻速送 進60mm包括5mm刀具切入量，45mn工件孔深，10mm刀具切出量， 如圖所示），然后快速返回?；爻毯瓦M程的平均速度之比為 K=2 刀具的勻速給進速度為2mm/s工作裝卸時間不超過10s。設(shè)計機床生產(chǎn)效率每小時約60件。 執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。要求傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率1.5KW轉(zhuǎn)速960r/min。根據(jù)設(shè)計要求（機床生產(chǎn)率每小時約 60件，即1分鐘1件，按設(shè) 計原理，即為1r/min,要求使用960r/min的電動機，整個傳動機課程的比為96

2、0，故需要分別引入減速機構(gòu)來滿足工作臺間歇運動和主軸箱移動的運動要求。設(shè)計根據(jù)減速動作的精度和平穩(wěn)要求，注意事項四工位專用機床的加工部分可以分為如下幾個工藝動作。課程（1）安裝工作臺的間歇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。（2）安裝刀具的主軸箱應(yīng)按要求進行靜止，快進，快給，快退的工藝動作。設(shè)計（3）刀具轉(zhuǎn)動。內(nèi)容課程 設(shè)計 簡要 操作 步驟1. 功能分解與運動分析2. 傳動機構(gòu)選型3. 執(zhí)行機構(gòu)選型最終方案確疋4. 機械運動簡圖5. 機械運動方案計算課程設(shè)計 心得 體會經(jīng)過兩周的努力，我終于將機械設(shè)計課程設(shè)計做完了 .在這次作業(yè) 過程中，盡管這次作業(yè)的時間是漫長的，過程是曲折的，但我的收獲還是很 大的.不僅僅掌握了四連

3、桿執(zhí)行機構(gòu)和帶傳動以及齒輪，蝸桿傳動 機構(gòu)的設(shè)計步驟與方法；也不僅僅對制圖有了更進一步的掌握； autocad,word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.對我來 說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能 力.在整個過程中，我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗，沒 有感性的認識，空有理論知識，有些東西很可能與實際脫節(jié).總體 來說,我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的，它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來，從中暴露出自身的不 足,以待改進.有時候,一個人的力量是有限的，合眾人智慧，我相 信我們的作品會更完美！課程設(shè)計 評語及 成績評語成績指導(dǎo)教師（簽名）日期：附

4、件:目錄1. 設(shè)計任務(wù) 41.1 工作原理及工藝動作過程 41.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 41.3 孔的典型加工工藝及刀具 42. 功能分解與運動分析 52.1 功能分解 52.2 運動分析 73. 傳動機構(gòu)選型 74. 執(zhí)行機構(gòu)選型 84.1 主軸箱方案設(shè)計 . 94.2 工作臺方案設(shè)計 . 95. 最終方案確定 116. 機械運動簡圖 127. 機械運動方案計算 127.1 運動循環(huán)圖各區(qū)間時間的計算 127.2 減速器的計算 127.3 槽輪的尺寸計算 13總結(jié) 15參考文獻： 161.設(shè)計任務(wù)1.1工作原理及工藝動作過程四工位機床是在四個工位上分別完成相應(yīng)的裝卸工件、鉆孔、擴孔、鉸孔 工

5、作。它的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有四工位工件的回轉(zhuǎn)運動； 二是裝有專用電 動機帶動三把專用的主軸箱的刀具轉(zhuǎn)動和水平往復(fù)移動。1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求刀具頂端離開工作表面65mn，快速移動送進60mn后，再勻速送進60m（包括 5mm刀具切入量，45mn工件孔深，10mm刀具切出量，如圖所示），然后快速返 回?；爻毯瓦M程的平均速度之比為 K=2刀具的勻速給進速度為2mm/s工作裝卸時間不超過10s。機床生產(chǎn)效率每小時約60件。執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率 1.5KW轉(zhuǎn)速960r/min。1st_a圖1.3孔的典型加工工藝及刀具孔的加工包括從實體材料上加工 孔和

6、對已有孔進行加工兩大類。麻花 鉆是在實體材料上加工孔的常用刀具, 加工精度較低。 擴孔鉆和鉸刀是用于對已有孔進行加工的刀具。 擴孔鉆的外形和 麻花鉆相類似，只是加工余量小，刀齒數(shù)目比麻花鉆多，加工后孔的質(zhì)量較好， 一般能達 IT1011 級精度。鉸刀是提高被加工孔質(zhì)量的半精加工或精加工刀具， 切削時加工余量更小，刀齒數(shù)目更多，加工后孔的精度最 高可達 IT8 。 孔加工刀具示意圖2. 功能分解與運動分析2.1 功能分解通過對設(shè)計任務(wù)的了解， 可以看出， 四工位專用機床的加工部分可以分為如下幾 個工藝動作。（ 4） 安裝工作臺的間歇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。（ 5） 安裝刀具的主軸箱應(yīng)按要求進行靜止，快進，快給，

7、快退的工藝動作。（ 6） 刀具轉(zhuǎn)動。畫出四工位專用機床的動作要求圖。四工位專用機床工作原理及外形尺寸專用機床旋轉(zhuǎn)工作臺有四個工作位置I、U、M、W（如圖 2所示），分別 對應(yīng)工件的裝卸、鉆孔、擴孔和鉸孔。主軸箱上裝有三把刀具，對應(yīng)于工位 U的位置裝鉆頭，川的位置裝擴孔鉆，W的位置裝鉸刀。刀具由專用電動機 驅(qū)動繞其自身軸線轉(zhuǎn)動。主軸箱每向左移動送進一次，在四個工位上分別完 成相應(yīng)的裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔工作。當(dāng)主軸箱右移（退回）到刀具 離開工件后，工作臺回轉(zhuǎn) 90o,然后主軸箱再次左移，這時，對其中每一個 工件來說，它進入了下一個工位的加工， 依次循環(huán)四次， 一個工件就完成裝、 鉆、擴、鉸、

8、卸等工序。 由于主軸箱往復(fù)一次， 在四個工位上同時進行工作， 所以每次就有一個工件完成上述全部工序。機床外形可參考圖 2，外形總體尺寸可用于檢查所設(shè)計機構(gòu)能否裝入機體內(nèi)四 工 位 專 用 機 床如下表所示根據(jù)工藝動作推出其工作圖為:四工位專用機床工作臺間歇轉(zhuǎn)動主軸箱進、退刀動作（快進、勻速進給、快退）刀具轉(zhuǎn)動同時得到四工位專用機床的樹狀功能圖*工作臺間歇轉(zhuǎn)動快進該機構(gòu)專用要求機床要求三個動作的協(xié)調(diào)運行，既刀架給要確保在刀具與工件退刀動時卡盤固定不動，刀具退出工進、卡盤旋轉(zhuǎn)和卡盤的定件到下次工作前完成卡盤旋轉(zhuǎn)動作。幾個動作必須協(xié)調(diào)一致，并按照定 規(guī)律運動也?？焱说毒咿D(zhuǎn)動2.2運動分析通過減速機構(gòu)

9、以及輪系機構(gòu)，使工作臺進行每次旋轉(zhuǎn)90°的間歇運動。1. 電動機為驅(qū)動，通過減速器與其他輪系傳動將符合要求的轉(zhuǎn)速傳遞給工作 臺上的間歇機構(gòu)，使其間歇轉(zhuǎn)動。2. 在間歇機構(gòu)開始一次循環(huán)時，安裝并夾緊工件，間歇機構(gòu)從0°轉(zhuǎn)至90°。3. 間歇機構(gòu)從90。轉(zhuǎn)至180 ° ，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具勻 速送進和快退）。4間歇機構(gòu)從180°轉(zhuǎn)至270 ° ，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具 勻速送進和快退）。5間歇機構(gòu)從270 °轉(zhuǎn)至360 ° ，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具 勻速和快退），并將加工好的工件

10、取下。3. 傳動機構(gòu)選型根據(jù)設(shè)計要求（機床生產(chǎn)率每小時約 60件，即1分鐘1件，按設(shè)計原理，即 為1r/min,要求使用960r/min的電動機，整個傳動機的比為：，故需 要分別引入減速機構(gòu)來滿足工作臺間歇運動和主軸箱移動的運動要求 根據(jù)減速動作的精度和平穩(wěn)要求，列出常用減速機構(gòu) 齒輪傳動 如圖優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計方便。缺點：根據(jù)本課程設(shè)計要求，得到的傳動比率為960的齒輪傳動裝置。其單個齒輪直徑過大，不適 合采用。蝸輪蝸桿 優(yōu)點：傳動比大，一般用作動力傳動時，傳動比5< i < 70;結(jié)構(gòu)緊湊；升角較小時可實現(xiàn)“自鎖”， 制造加工也相對簡單；可實現(xiàn)90度的交叉軸傳動。 傳動比精確

11、。缺點：傳動效率較低，一般為0.7-0.8，由于效率低，損失的功率較多因此發(fā)熱 嚴(yán)重，傳遞的圓周速度較小，不適于大功率的傳遞。經(jīng)計算i=960，所以不適合采用周轉(zhuǎn)輪系行星齒輪箱如右圖所示，特點是體積小、重量輕、 傳動比大，載荷均布，運轉(zhuǎn)平 穩(wěn)，輸入軸與輸出軸同心，輸出軸的轉(zhuǎn)向不僅與主動輪的轉(zhuǎn)向有關(guān)， 而且與輪系 中各齒輪的齒數(shù)有關(guān)。主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高。通過計算知齒輪 齒數(shù)介于29-33之間。根據(jù)綜合比對，選用方案三。行星輪系4. 執(zhí)行機構(gòu)選型根據(jù)專用機床的功能要求，回轉(zhuǎn)工作臺做單向間歇運動，主軸箱做往復(fù)直線 運動。實現(xiàn)工作臺單向間歇運動的機構(gòu)有棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、不完

12、 全齒輪機構(gòu)等，實現(xiàn)主軸箱往復(fù)直線運動的機構(gòu)有連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等。上述機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點見參考材料 1、2。機構(gòu)選型應(yīng)遵循以下原則。表1選用執(zhí)行機構(gòu)的原則與方法i I機構(gòu)選蛋滋列依關(guān)生產(chǎn)工茗豊 求.選擇惜當(dāng)?shù)臋C構(gòu)1）按披行枸怦運動形式迭用相應(yīng)的機構(gòu)型式*2）在機構(gòu)的運動僵建不翅過允昇Ift度的AT況下可山采增班靱的實JK運動規(guī)童的機曲t3）機構(gòu)的執(zhí)行拘件在工作備秤中的連直、Ml逾J*的變化燧特含整戎*以保圧產(chǎn)品血董2度住整悴布畫上占 的亞刮小，達俱布同1）在構(gòu)足搖事的飾雄下機構(gòu)的結(jié)枸力求悔單、可學(xué)？2）曲主動（輸人】件到從動杵（軌仔構(gòu)件）尙的運話璉長盡可黠粗*它也站梅昨和垢功站數(shù)少3

13、)»1）在畢用低斟的機構(gòu)中，轉(zhuǎn)動副?；ㄇ皢?、易握征遠謝副元事的IE倉料度，蓉功K元事制 逋龜困難.喬易保證配合捕度匸2）采用帶離®1的機構(gòu)”町以被少適動餌數(shù)和構(gòu)件數(shù)*蝕高剖元廉解狀一駆較為復(fù)棗"制ift4老虐動力那的奉 式1）有乜、潅獗時常利用氣動、液壓機枸*以粧化機構(gòu)蠟構(gòu)®于満芳3!度；2）采用電勵機后"執(zhí)疔機構(gòu)又興君啻原動艸期連劃轉(zhuǎn)功，春時也:fr不少方便之灶5功力脅性妤1）#«««的平費，啟動承瘠罩小12）淡斤構(gòu)件的趙度.加置度變化應(yīng)箝合聲求；3）采用J»丸倩動角和最小增力系數(shù)的機構(gòu)以凍小原動軸上的

14、力矩6t 將有粒離的生產(chǎn)敦車與機械爺率1）機構(gòu)的傳利堆摩煙；2）耀星少厚用移動副（這類運動劃島蛍生撫匹壺自戡現(xiàn)銀，并島于產(chǎn)生鹿彳了現(xiàn)象】；3合適的機構(gòu)酗式町提畜生產(chǎn)收耶；4）機抑的創(chuàng)力特性好*5）執(zhí)齊機構(gòu)的迓?lián)窈揽几械絼恿C的運動方式、功率、轉(zhuǎn)炬矗其製祈特性佃詹相互肛配詢 W;3機榔的桂力錚t*好*育利于機械救率椽高機械運動方案的評價對上述兩執(zhí)行機構(gòu)，做其形態(tài)學(xué)矩陣，可得到為數(shù)眾多的方案。工作臺棘輪槽輪凸輪主軸箱 連桿 凸輪 凸輪一連桿機械運動方案的擬定，最終要求通過分析比較提供最佳方案。一個方案的優(yōu) 劣只有通過系統(tǒng)綜合評價來確定。從機構(gòu)和機械運動方案的選擇和評價要求看， 主要應(yīng)滿足五個方面的

15、性能指標(biāo)，具體見表 2。表2機械運動方案的評價指標(biāo)性能指標(biāo)具體內(nèi)容機構(gòu)的功能1）運動規(guī)律的型式；2）傳動精度高低機構(gòu)的工作性 能1）應(yīng)用范圍；2）可調(diào)性；3）運轉(zhuǎn)速度；4）承載能力機構(gòu)的動力性 能1）加速度峰值；2）噪聲；3 ）耐磨性；4）可靠性經(jīng)濟性1）制造難易；2）制造誤差敏感度；3）調(diào)整方便性；4）能 耗大小結(jié)構(gòu)緊湊1）尺寸；2）重量；3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜性4.1主軸箱方案設(shè)計萬案一 連桿機構(gòu) 優(yōu)點：其運動副元素為面接觸，壓強較小，承載能力大，潤滑好，磨損小，加工 容易，且一般是幾何封閉的，保證工作的可靠性。缺點：其必須經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞，因而傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積 累，同時降低機械

16、效率。雖然可以使用連桿機構(gòu)來滿足一些運動規(guī)律和一些運動軌跡的需要，但其及過程十分復(fù)雜，且一般只能近似的滿足要求。所以不能用于本設(shè)計。凸輪機構(gòu) 優(yōu)點：可實現(xiàn)高速化，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高： 缺點：不能改變運動的角度。主軸箱主要帶動刀具做直線往復(fù)運動。故選用方案二，凸輪機構(gòu)4.2工作臺方案設(shè)計萬案一采用棘輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu)來作為主動件，有運動循壞圖中可知:1360 60 - 307.4<1 k360于是得：K>2.2所以極位夾角大于等于67.5 °因此滿足停留時間的于轉(zhuǎn)動時間之間的比例關(guān)系，要求棘輪每次旋轉(zhuǎn) 90°,因此搖桿的擺角也為90&

17、#176;。棘輪機構(gòu)萬案一采用不完全齒輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示不完全齒輪機構(gòu)不完全齒輪的設(shè)計也是為了滿足間歇運動， 不完全齒輪上有1/4上有齒, 因此在嚙合過程中，有齒的1/4帶動完全齒輪旋轉(zhuǎn)90°,之后的270°由 于沒有齒嚙合，完全齒輪不轉(zhuǎn)動，該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，在低速（ 1r/min ）的 轉(zhuǎn)動中可與忽略齒輪嚙合時的沖擊影響。故也能實現(xiàn)運動規(guī)律。5. 最終方案確定根據(jù)前文的敘述，最終方案確定為:行星輪系+ 槽輪+圓柱凸輪6. 機械運動簡圖此方案中，電動機為驅(qū)動機構(gòu)，將動能傳遞給帶輪，帶輪將動能傳遞給周轉(zhuǎn) 輪系，周轉(zhuǎn)輪系將960r/min轉(zhuǎn)變?yōu)?r/min。一路通過軸將動能

18、傳遞給凸輪機構(gòu)， 完成刀具的進退刀動作。同時另一路通過軸將動能傳遞給槽輪機構(gòu)， 完成工作臺 的間歇運動。兩路傳動機構(gòu)相互配合，相互合作，共同完成額定加工功能和加工 任務(wù)。7. 機械運動方案計算7.1運動循環(huán)圖各區(qū)間時間的計算工作行程平均速度V平=240mi%60s=4mmKs因為回程和進程的平均速度之比 K=2o所以V回=20miXs刀具回退時間t回=120mi%20mm7s=6s刀具快速進給時間t快=60miX 10mm7s=6s刀具勻速進給時間t勻=60m72mm/s=30s7.2減速器的計算由于選定電動機的轉(zhuǎn)速為960r/min,而槽輪和凸輪的轉(zhuǎn)速為1r/min整個傳動機構(gòu)的傳動比為i=

19、960，根據(jù)機械原理第五章輪系傳動的知識，對如圖9所示的行星輪系機構(gòu)進行詳細設(shè)計。其中，各輪齒數(shù)擬定為為：Zi =30, Z2 =29，Z2=32, Za =33，考慮到其所 占空間模數(shù)可取m=4采用正常齒制。該機構(gòu)的傳動比Z2Z3齒輪嚙合的最大中心距 = y(2i + z2)=|(30 + 29) =則在未裝外殼時機構(gòu)的寬或高的最大尺寸為= 23677177129 * 3330 * 32 =行星輪系7.3槽輪的尺寸計算槽輪機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角，機械 效率高。缺點主要是其在啟動和停止時加速度變化大、有沖擊，不適合用于高速 傳動。結(jié)合槽輪自身的特點和本課題的設(shè)

20、計需求，對照如圖6所示，對其尺寸進行詳細設(shè)計和擬定。1）憎數(shù)二按工位要求選定為42）中心岀按結(jié)構(gòu)情況確定a = l5Qmm3 ） U3銷半栓 按納構(gòu)情況確定t1 = 15/»tn4）槽輪每次轉(zhuǎn)位時主動件的轉(zhuǎn)角22a =180（1 一二=905）槽間角 2/? = = 906）主動件到圓銷中心半徑R = u s iii /? = 7 5/2 = 17 ）盡與a的比值丄= sin p = a28）懵輪外圓半徑/?、=cos /?） + r = 10?也唐9） 權(quán)輪槽深 h>+ co&/?-!）+ r = 77.取 h = 3dm m10）運動系數(shù)=i（"1/為関銷

21、數(shù)）2 二 4圖6槽輪機構(gòu)簡圖總結(jié)經(jīng)過兩周的努力 ,我終于將機械設(shè)計課程設(shè)計做完了 .在這次作業(yè)過程中 , 我遇到 了許多困難 , 一遍又一遍的計算 , 一次又一次的設(shè)計修改這都暴露出了前期我在 這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足 . 剛開始在機構(gòu)設(shè)計時 ,由于對 cad 軟件的基本操 作和編程掌握得還可以 , 不到半天就將所有需要使用的程序調(diào)試好了 . 可是我從 不同的機架位置得出了不同的結(jié)果 ,令我非?？鄲?.后來在錢老師的指導(dǎo)下 ,我找 到了問題所在之處 ,將之解決了 .同時我還對四連桿機構(gòu)的運動分析有了更進一 步的了解 .在傳動系統(tǒng)的設(shè)計時 ,面對功率大 ,傳動比也大的情況 ,我一時不知道 到底該采用何種減速裝置 .最初我選用帶傳動和蝸桿齒輪減速器 , 經(jīng)過計算 , 發(fā)現(xiàn) 蝸輪尺寸過大 ,所以只能從頭再來 .這次我吸取了盲目計算的教訓(xùn) ,在動筆之前 , 先征求了錢老師的意