四工位專用機床機械原理課程設計

1、目錄1 功能分解和運動分析22 執(zhí)行機構(gòu)選型43 傳動機構(gòu)選型54 機械整體運動方案的選擇75 機械運動方案簡圖106 機械運動方案的計算117 仿真運動及圖表分析158 課程設計小結(jié)179 參考文獻18一、功能分解和運動分析1.功能分解通過對設計任務的了解，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(zhuǎn)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(zhuǎn)動。畫出四工位專用機床的動作要求圖。其中4位置為鉸孔位置，1位置為裝卸工件，2位置為鉆孔位置，3位置為擴孔位置。 如表1所示根據(jù)工藝動作推出其工作循環(huán)為： 四工位專用機床工作臺間

2、歇轉(zhuǎn)動主軸箱進、退刀動作(快進、勻速進給、快退)刀具轉(zhuǎn)動表1 四工位專用機床功能圖同時得到四工位專用機床的樹狀功能圖（如下圖）該專用要求機床要求三個動作的協(xié)調(diào)運行，即刀架進給、卡盤旋轉(zhuǎn)和卡盤的定位。要確保在刀具與工件接觸時卡盤固定不動，刀具退出工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，并按照一定規(guī)律運動。2.運動分析通過合適的減速機構(gòu)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.電動機作為驅(qū)動，通過減速器與其他輪系傳動將符合要求的轉(zhuǎn)速傳遞給工作回轉(zhuǎn)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、76;。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），并將加工好的工件取下。時間（s）0-22-2222-3232-48主軸箱運動情況快速前進60mm勻速前進60mm快速退刀120mm間歇機構(gòu)運動情況靜止順時針轉(zhuǎn)過90°（用時3s）靜止表2 四工位專用機床執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖說明：上圖表明了工作臺

4、和主軸箱配合運動，主軸箱快速進刀60mm用時2s，勻速進刀60mm用時30s，快速回程120mm用時16s。當主軸箱快速退刀時工作臺轉(zhuǎn)動由0°90°這樣保證不會刀具與工件相撞，每轉(zhuǎn)動90°主軸箱往返一次，轉(zhuǎn)動用時12s剩下36s靜止。二、執(zhí)行機構(gòu)選型根據(jù)回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)、主軸箱刀具移動機構(gòu)的執(zhí)行動作和結(jié)構(gòu)特點，可以選擇如表格3所示的執(zhí)行機構(gòu)：匹配機構(gòu)123回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動運動不完全齒輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)主軸箱刀具移動運動凹槽圓柱凸輪移動推桿盤形凸輪凸輪連桿機構(gòu)表3 執(zhí)行機構(gòu)表對于工作臺間歇機構(gòu)的選擇，為了保持傳動的平穩(wěn)和精度，可以選擇槽輪機構(gòu)或不完全齒輪機構(gòu)；而

5、對于主軸箱移動機構(gòu)的選擇，為了保持運動的精度和盡量減少沖擊可以選擇凹槽圓柱凸輪機構(gòu)或移動推桿盤形凸輪與擺動滑塊機構(gòu)。三、傳動機構(gòu)選型由機構(gòu)的運動情況分析得，機構(gòu)的運動要求機構(gòu)平穩(wěn)運行，結(jié)合市場上提供的電動機轉(zhuǎn)速及經(jīng)濟性，本設計用1200r/min的電動機。整個傳動機的傳動比為k=960,故需要分別引入減速機構(gòu)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(gòu)：方案一：帶傳動加復合輪系減速器。方案二：采用外嚙合行星齒輪減速器。 帶傳動加復合輪系傳動系統(tǒng)的優(yōu)勢，更加平穩(wěn)，噪聲小，效率較高；相對于外嚙合行星齒輪傳動，帶傳動效率高，更換簡單，降速較快，不易損壞

6、，而且成本低。四、機械整體運動方案的選擇1.方案的設計匹配機構(gòu)123回轉(zhuǎn)臺間歇運動機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)主軸箱刀具移動機構(gòu)移動推桿圓柱凸輪移動推桿盤形凸輪凸輪連桿機構(gòu)傳動機構(gòu)帶傳動加復合輪系減速器外嚙合行星齒輪減速器從以上方案中進行綜合評價，綜合評價指標為： 1）是否滿足預定的運動要求。 2）運動鏈機構(gòu)的順序安排是否合理； 3）運動精確。 4）制造難易； 5）成本高低。 6）是否滿足環(huán)境，動力源，生產(chǎn)條件等的限制條件； 根據(jù)以上的標準，大致可以選出三種運動方案，依次為：方案一：槽輪機構(gòu)和移動推桿圓柱凸輪，如下圖：槽輪機構(gòu)方案二：不完全齒輪機構(gòu)和移動推桿盤形圓柱凸輪，如下圖方案三：不

7、完全齒輪機構(gòu)和擺動推桿盤形凸輪與擺桿滑塊機構(gòu)，如下圖2.方案的比較綜合評價優(yōu)缺點：缺點： 方案一：圓柱凸輪制造成本高；行程大時，運動靈活性較差； 力的作用點相對導軌產(chǎn)生有害力矩。 方案二：凸輪直接驅(qū)動升程大；凸輪機構(gòu)外露，影響外觀。制造困難。 方案三： 放大行程，力減小，長擺桿剛度差；擺桿端部水平分速度不是勻速；擺動變移動，不易設計計算。優(yōu)點：方案一：可以精準傳動，槽輪運轉(zhuǎn)穩(wěn)定且精確。圓柱凸輪運行平穩(wěn)、精確，可以精確的控制機床主軸箱的往復運動，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊。方案二：容易更換，易改裝及變換尺寸，傳動簡單功率高。方案三；結(jié)構(gòu)簡單，成型后重量輕，凸輪曲線的精確性好。綜合以上所述：選定方案一因為工

8、位位置必須精確，這直接影響工件的質(zhì)量，而方案一可以達到這一要求。根據(jù)以上綜合評價指標，最后選擇出以下較好的方案：槽輪機構(gòu)+凹槽圓柱凸輪機構(gòu)。五、機械運動方案簡圖（此圖由AutoCAD制圖）此方案中，電動機作為驅(qū)動機構(gòu)，將動能傳遞給帶輪，通過帶輪傳動加復合輪系二級減速將速度降到1.25r/min。一路通過凹槽圓柱凸輪將動能傳遞給主軸箱，完成刀具的進、退刀的動作；另一路再通過一個帶輪將動能傳遞給一個不完全齒輪嚙合組，通過加速傳遞給槽輪機構(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，共同和完成額定加工功能和加工任務。六、機械運動方案的計算1.對于電機的選擇主要的參考指標有以下幾點： （1

9、）原動機的啟動、過載、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、調(diào)速和控制等方面是否滿足要求； （2）工作環(huán)境的影響； （3）工作是否可靠，操作是否簡易，維修是否方便； （4）額定功率是否滿足負載需要； （5）工作是否可靠，操作是否簡易，維修是否方便由機構(gòu)的運動情況分析得，機構(gòu)的運動要求機構(gòu)平穩(wěn)運行，結(jié)合市場上提供的電動機轉(zhuǎn)速及經(jīng)濟性，本設計用1200r/min的電動機。2. 減速器的傳動計算 由于選定電動機的轉(zhuǎn)速是1200r/min，而槽輪和圓柱凸輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)速n=60s/48s=1.25r/min。所以整個機構(gòu)傳動比k=1200/1.25=960，故對減速器的功能要求是傳動比為960，為實現(xiàn)這一傳動比選用了帶輪傳動和復合

10、輪系共同作用的減速裝置?；谄椒€(wěn)性的考慮，本減速裝置采用二級逐級遞減的減速系統(tǒng)。第一級減速系統(tǒng)采用帶傳動帶輪1（d=30mm）和帶輪2（d=150mm），傳動比為5；第二級開始采用復合輪系減速，復合輪系共由四級齒輪組組成，即齒輪1（d=40mm，z=20）和2(d=80mm，z=40)、齒輪3(d=30mm，z=15)和4(d=180mm，z=90)、齒輪5(d=40mm,z=20)和6(d=160mm，z=80)、齒輪7(d=40mm，z=20)和8(d=160mm，z=80)，各齒輪組的傳動比分別為2、6、4、4，即從第一級開始，總傳動比為960，轉(zhuǎn)速由電動機的1200r/min變到輸出的

11、1.25r/min。帶輪傳動比為i1=150mm/30mm=5，齒輪傳動比i2=80*80*90*40/（20*20*15*20）=192所以，總傳動比為上述計算表明，所選齒輪的齒數(shù)是符合傳動比要求的，并且傳動機構(gòu)的外形小巧、結(jié)構(gòu)緊湊，有著非常精確的傳遞性能和較高的實用性能及較為簡單的工藝加工性能，符合機械傳動的方案設計要求。3. 槽輪的尺寸計算 結(jié)合本課題的設計的要求，對槽輪各部分尺寸進行計算1. 槽輪槽數(shù)z 按工位要求選擇z=42. 中心距L 選定L=100mm3. 圓銷半徑r 按結(jié)構(gòu)選定為r=10mm4. 槽輪每次轉(zhuǎn)位時主動件的轉(zhuǎn)角 2=90°5. 槽間角 2=90°

12、6. 主動件到圓銷中心半徑 R1=173mm7. 槽輪外圓半徑 R2=174mm8. 槽輪槽深 h=67mm9. 運動系數(shù) k=1/44.部分齒輪尺寸計算1. 根據(jù)槽輪運轉(zhuǎn)情況選定模數(shù)m m=22. 部分齒輪11的半徑R11=40mm z=203.部分齒輪12的半徑R12=160 z=205. 直動圓柱凸輪的尺寸計算如圖即為凹槽凸輪的簡圖，由于次凸輪的輪廓曲線為一空間曲線，不能直接在平面上表示，但圓柱面展開為平面后，次凸輪就成為一平面移動凸輪。此時可以用設計盤形凸輪輪廓曲線的方法做出圓柱凸輪的輪廓曲線展開圖。圓柱凸輪的簡圖將圓柱外表面展開，得一長度為2R的平面移動凸輪機構(gòu)，其移動速度為V ，以

13、反向移動平面凸輪，相對運動不變，滾子反向移動后其中心點的軌跡即為理論輪廓線，其內(nèi)外包絡線為實際輪廓線。V-用AutoCAD擬合出位移線圖如下圖所示，凸輪的位移線擬定圓柱凸輪的最大半徑為Rm=50mm，長度L=120mm，則用AutoCAD作出其尺寸輪廓圖，如圖所示： 圓柱凸輪的輪廓圖七、仿真運動及圖表分析位移圖表（該圖由solidworks的motion分析得出）速度圖表 （該圖由solidworks的motion分析得出）加速度圖表 （該圖由solidworks的motion分析得出）八、課程設計小結(jié)為期10天的課程設計到這也就算結(jié)束了，在這10天中，我感覺收獲頗深，從剛開始接到任務書的迷茫

14、、不知所措，到后來到圖書館、網(wǎng)上、問學長逐漸了解，再到現(xiàn)在的略懂一二，真正的體會到了課程設計的樂趣。通過此次課程設計，我也更加喜歡機械原理這門課，也通過課程設計，更好的應用了理論課上所學的知識，在大腦中形成了更深的印象，我想這對以后的工作都有一定的好處；此次課程設計也培養(yǎng)了我獨立思考，看圖，畫圖，熟練應用AutoCAD，UG等常用的畫圖軟件，為以后工作學習都打下了堅實的基礎；另外，通過課程設計，我也略微了解了一個機構(gòu)從構(gòu)想，到設計，到修改，最后到試驗出成品的過程，對以后工作學習都有一定的幫助；在這10天短短的課程設計中，同學們一起查資料，一起研究方案，選擇機構(gòu)運動方案，更加加深了同學們之間的情誼，也讓我們懂得了團結(jié)合作的重要性，也讓我們學會了團隊協(xié)調(diào)、分工的技能，而且也培養(yǎng)了