四工位機床課程設計說明書

1、機械創(chuàng)新設計（一）課程設計說明書圖紙（30%）說明書（ 30%）答 辯（20%）考 勤（20%）總 評（100%）專業(yè)班級：機械 103學號： 08030511306姓名：王瑞設計題目：四工位專用機床指導老師：唐宏日期：2012.1.6一、設計任務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的裝卸工件、鉆孔、擴孔、鉸孔工作。它的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有四工位工件的回轉運動；二是裝有專用電動機帶動三把專用的主軸箱的刀具轉動和移動。2原始數(shù)據(jù)和設計要求(1) 刀具頂端離開工作表面 65mm，快速移動送進 60mm后，再勻速送進60mm（包括 5mm刀具切入量、 45mm工件孔深、

2、10mm刀具切入量），然后快速返回，回程和工作行程的平均速度之比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 75 件。(4) 執(zhí)行機構能裝入機體內。3設計方案提示(1) 回轉臺的間歇轉動可采用槽輪機構、不完全齒輪機構、凸輪式間歇運動機構。(2) 主軸箱的刀具移動可采用圓柱凸輪機構、移動從動桿盤形凸輪機構、凸輪 - 連桿機構、平面連桿機構等。(3) 由生產(chǎn)率可求出一個運動循環(huán)所需時間T=60/(75 ÷60)s=48s, 刀具進送時間 t=60/2s=30s ，刀具其余移動（包括快速送進 60mm，快速返回 120mm）共需 1

3、8s，回轉工作臺靜止時間為 36s, 因此足夠工件裝卸所需時間。目 錄一、功能分解和運動分析 .- 1 -1.功能分解 .- 1 -2.運動分析 .- 2 -二、執(zhí)行機構選型 .- 3 -三、傳動機構選型 .- 4 -四、機械運動方案的選擇 .- 5 -1方案的設計 .- 5 -2、方案比較 .- 7 -五 . 畫出機械運動方案簡圖 .-10-1.機器整體輪廓大小的確定 .-11-2.減速器的傳動計算 .-11-3.槽輪的尺寸計算 .-13-4.直動推桿圓柱凸輪的尺寸設計.-14-六、課程設計小結 .-14-七、參考文獻 .-14-1-一、功能分解和運動分析1. 功能分解通過對設計任務的了解，

4、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：1) 安裝工作臺的間歇轉動。2) 安裝刀具的主軸箱應按要求進行靜止、快進、進給、快退的工藝動作。3) 刀具轉動。畫出四工位專用機床的動作要求圖。 其中 4 位置為裝卸位置， 1 位置為鉆孔位置， 2 位置為擴孔位置， 3 位置為絞孔位置。 如表 1 所示跟據(jù)工藝動作推出其工作循環(huán)為：圖 1四工位專用機床動作要求圖-1-四工位專用機床工作臺間歇轉動主軸箱進、退刀動作( 快進、勻速進給、快退 )刀具轉動表 1四工位專用機床功能圖該專用要求機床要求三個動作的協(xié)調運行，即刀架進給、卡盤旋轉和卡盤的定位。要確保在刀具與工件接觸時卡盤固定不動，刀

5、具退出工件到下次工作前完成卡盤旋轉動作。幾個動作必須協(xié)調一致，并按照一定規(guī)律運動。2. 運動分析傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率1.5Kw，轉速 960r/min 。通過合適的減速機構以及輪系機構，使工作臺進行每次旋轉90°的間歇運動。1）電動機作為驅動，通過減速器與其他輪系傳動將符合要求的轉速傳遞給工作回轉臺上的間歇機構，使其間歇轉動。2）在間歇機構開始一次循環(huán)時，安裝并夾緊工件，間歇機構從0°轉至 90°。3）間歇機構從 90 °轉至 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）間歇機構從180° 轉至

6、 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）間歇機構從 270 ° 轉至 360 ° ，主軸箱完成一次工作循環(huán) （快進、刀具勻速和快退），并將加工好的工件取下。-2-時間/ 秒0到1212到2424到3636到48間歇機構勻速旋轉靜止（ 12 到 48 秒）90度運動情況（0到12秒）主軸箱運快進勻速送進60mm（12 到 42 秒）快退動情況12 秒（6 秒）表 2 四工位專用機床執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖二、執(zhí)行機構選型根據(jù)回轉臺間歇轉動機構、主軸箱刀具移動機構的執(zhí)行動作和結構特點，可以選擇如表格 4 所示的執(zhí)行機構：功能元功能元解（匹

7、配機構）12345工作臺間圓柱凸輪蝸桿凸輪曲柄搖桿不完全齒槽輪機構歇運動機構間歇機構棘輪機構輪機構主軸箱移移動推桿移動推桿擺動推桿曲柄滑塊六桿（帶動圓柱凸輪盤形圓柱盤形凸輪機構滑塊）機凸輪與擺桿滑構塊機構表 3執(zhí)行機構表由排列組合的原理可以計算得到，共有-3-N=5x5=25種執(zhí)行機構選擇方案。對于工作臺間歇機構的選擇，為了保持傳動的平穩(wěn)和精度，可以選擇槽輪機構和不完全齒輪機構；而對于主軸箱移動機構的選擇，為了保持運動的精度和盡量減少沖擊可以選擇移動推桿圓柱凸輪機構和擺動推桿盤形凸輪與擺動滑塊機構。三、傳動機構選型選定的電動機轉速n=960r/min ，而槽輪機構以及圓柱凸輪機構的轉速n=60

8、/48=1.25r/min,整個傳動機的傳動比為k=768, 故需要分別引入減速機構來滿足工作臺間隙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，列出常用的減速機構：功能元解（匹配機構）功能元12345減速器帶傳動鏈傳動蝸桿傳動齒輪傳動行星傳動1減速器帶傳動鏈傳動蝸桿傳動齒輪傳動行星傳動2表 4 減速機構的形態(tài)學矩陣由排列組合的原理可以計算得到，共有：N=5x5=25種減速機構選擇方案。對于傳動機構的選擇，考慮到傳動的精確性和機構制造工藝的難度高-4-低，減速器常選帶傳動、蝸桿傳動和齒輪傳動。四、機械運動方案的選擇1方案的設計圖 4.20運動循環(huán)圖圖 4.21專用機床方案之一-5-

9、圖 4.22專用機床方案之二圖 4.23 專用機床方案之三回轉工作臺作單向間歇運動，每次轉過 90o；主軸箱往復移動各120 mm，在工作行程中有快進和慢進兩段，回程為快退(急回行程 )。-6-實現(xiàn)工作臺單向間歇運動的機構有棘輪、槽輪、凸輪、不完全齒輪機構等，此外，還可采用某些組合機構；實現(xiàn)主軸箱往復急回運動的機構有連桿機構和凸輪機構等，兩套機構均由一個電機帶動，故工作臺轉位機構和主軸箱往復運動機構按動作時間順序分支并列，組合成一個機構系統(tǒng)。圖 4.21 、4.22 、4.23 所示為其中的三個方案。圖 4.21 、4.22 中，工作臺回轉機構為槽輪機構，圖 4.23 中為不完全齒輪機構其余方

10、案可由設計者自己構思。選擇方案時，特別要注意以下幾個方面：(1) 工作臺回轉以后是否有可靠的定位功能， 主軸箱往復運動的行程在120mm 以上，所選機構是否能在給定空間內完成該運動要求。(2) 機構的運動和動力性能、 精度在滿足要求的前提下， 傳動鏈是否盡可能短，且制造、安裝簡便。(3) 加工對象的尺寸變更后，是否有可能方便地進行調整或改裝。四工位專用機床的運動機構組要由三部分組成：驅動機構、傳動機構和執(zhí)行機構。當驅動機構確定的情況下，其機械運動方案類型由傳動機構的類型和執(zhí)行機構的類型決定。由前面計算的排列組合的原理可得，共有 N=25x25=625種運動方案選擇。2、方案比較、減速機構渦輪蝸

11、桿減速器方案分析：此方案采用最普通的右旋阿基米德蝸桿。采用蝸桿傳動的主要原因有：-7-、傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較?。?、能以單級傳動獲得較大的傳動比，故結構比較緊湊；、機構返行程具有自鎖性；本方案通過較為簡單的渦輪蝸桿機構實現(xiàn)了大的傳動比。滿足了機構要求的性能指標，而且結構緊湊，節(jié)約空間。本方案存在的不足：由于渦輪蝸桿嚙合齒間的相對滑動速度較大，使得摩擦損耗較大，因此傳動效率較低，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高的現(xiàn)象。磨損也較嚴重。解決的辦法是可以采用耐磨的材料（如錫青銅）來制造渦輪，但成本較高。外嚙合行星齒輪減速器方案分析：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齒輪系，采用齒輪

12、機構的原因是其在各種機構中的運用比較廣泛，且制造過程簡單，成本較低，并且具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。方案中齒輪系為復合輪系，實現(xiàn)了大的傳動比。且具有較高的傳動效率。本方案中存在的不足是，齒輪機構結構不夠緊湊，占用空間較大。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，采用該機構的原因是運用廣泛，制造過程簡單，成本較低，并且具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。方案中輪系為定軸輪系，實現(xiàn)了較大的傳動比。本方案中存在的不足是，齒輪機構結構不夠緊湊，占用空間較大。-8-、刀架規(guī)律性運動機

13、構圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：該方案采用圓柱凸輪機構和連桿機構串聯(lián)組成，采用凸輪機構，是因為該機構只要適當?shù)卦O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，而且機構簡單緊湊，但其不足在于凸輪廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。、回轉工作臺回轉機構單銷四槽槽輪機構該方案采用槽輪機構，是因為該機構構造簡單，外形尺寸小，其機械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進行轉位。本方案中的不足在于在槽輪機構的傳動過程中往往存在著柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。此機床中屬于低速旋轉，因此槽輪機構能夠滿足要求。不完全齒輪機構：該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動，此機構結構簡單，加工安裝容易實現(xiàn)，由于其中

14、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。此機構的不足是由于在進入嚙合時有沖擊，會產(chǎn)生噪聲，齒輪在磨損過程中會對精度有一定影響。但是對于低速旋轉機構，此機構能夠滿足使用要求。從這些方案中剔除明顯不合理的，再進行綜合評價。綜合評價的指標為：1) 是否滿足預定的運動要求；-9-2) 運動鏈機構的順序安排是否合理；3) 運動精確度；4) 制造難易度；5) 成本高低；6) 是否滿足環(huán)境、動力生產(chǎn)、動力源等限制條件；根據(jù)以上綜合評價指標，最后選擇帶傳動 +行星傳動 +槽輪機構 +圓柱凸輪機構。五 . 畫出機械運動方案簡圖此方案中，電動機作為驅動機構，將動能傳遞給帶輪，通過帶輪傳

15、遞給行星輪系，再通過齒輪傳遞給主軸，主軸分兩路傳遞給執(zhí)行機構。一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給槽輪機構，使工作臺間歇轉動；另一路直接傳遞給圓柱凸輪機構，帶動主軸箱進行靜止、快進、進給、快退的工藝動作。兩路傳動機構相互配合、相互合作，共同完成額定的加工功能和加工任務。- -10- -圖 2方案圓柱凸輪運動方案機構的運動尺寸計算包括機器的整體的輪廓尺寸、各機構的空間相對位置和各零部件的尺寸大小。對于四工位專用機床，將從整體輪廓、電機選型，減速器配置，間歇機構、移動控制機構等幾個方面對其運動尺寸進行計算和擬定。圖 3四工位專用機床的整體輪廓尺寸1. 機器整體輪廓大小的確定根據(jù)所學資料初步擬定四工位專用機

16、床的外形尺寸和各機構的大體空間相對位置如圖所示，用以檢查并校核其內部執(zhí)行機構是否能裝入機體內，也是作為內部機構尺寸計算和設計的重要參考。2. 減速器的傳動計算- -11- -選定的電動機的轉速n=960r/min ，而槽輪和圓柱凸輪機構的轉速n=1.25r/min ，整個機構的傳動比k=768, 故對于減速器的功能要求其傳動比為 768。小輪直徑 D1 =80mm大輪直徑 D2 =240mmi= D 2 / D1 =240/80=3中心距 a=2402）. 行星輪系傳動12，3456各齒輪數(shù)擬定為： Z =16，Z =17， Z2=16，Z =15，Z =25，Z =25，Z =25Z =25

17、, 除了所算： Z ZZ2Z 齒數(shù)不一樣其他齒輪齒數(shù)均一樣為25，模數(shù) m=471 2， 3考慮到其所占空間模數(shù)可取m=3,采用正常齒制。圖 4行星輪系傳動機構簡圖該機構的傳動比iiHW1WHW1WHZ2Z3255即 i=25613W3WHWHZ1Z2，256H 1111256i1H1i13H(1)2 Z3Z21Z2 Z1，齒輪間最大中心距為a=4(16+17)/2=66mm則在未裝外殼時機構的寬或高的最大尺寸為- -12- -B=2x66mm=132mm上述計算表明，所選齒輪的齒數(shù)是符合傳動比要求的。故符合標準3. 槽輪的尺寸計算槽輪機構的優(yōu)點是結構簡單，制造容易，工作可靠，能準確控制轉角，

18、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，不適合高速轉動。結合實際，對槽輪進行擬定：1）槽數(shù) z按工位要求選定為42）中 心 距a按 結 構 情 況 確 定a=150mm3）圓 銷 半 徑r按 結 構 情 況 確 定r=15mm4）槽輪每次轉位時主動件的轉角：o290o2a 180（1-）z5）槽間角： 2360o90oZ6）主動件到圓銷中心半徑：R1asin752106mm圖 5槽輪機構簡圖7）R1 與 a 的比值：R1sin2a28）槽輪外圓半徑： R2（ acos2r2107mm）9）槽輪槽深： ha（cos - 1） r77.1mm取 h=80mm10）運動系數(shù)：z - 21（n=1, n 為圓銷數(shù)）k42z- -13- -4. 直動推桿圓柱凸輪的尺寸設計對于圓柱凸輪的尺寸設計，其簡圖如圖所示，由于其輪廓曲線為一空間直線，不能直接在平面上表示。但是圓柱面可展開成平面，圓柱凸輪展開后便成為移動凸輪，因此，可以用圓盤凸輪輪廓曲線設計的原理和方法，來繪制凸輪輪廓曲線的展開圖。圖 6 圓柱凸輪簡圖將圓柱外表面展開，得一長度為 2 r 的平面移動凸輪機構，其移動速度為 v=wR，以 -V 方向移動平面凸輪，相對運動不變，滾子反向移動后其中