四工位專用機(jī)床運(yùn)動方案設(shè)計

1、一、設(shè)計題目：1二、設(shè)計條件和要求：11、設(shè)計介紹：12、方案設(shè)計與選擇23、設(shè)計任務(wù)與內(nèi)容2三、原始參考數(shù)據(jù)3四、機(jī)械運(yùn)動設(shè)計方案的擬定31、圓柱凸輪運(yùn)動方案32、齒輪凸輪運(yùn)動方案43、凸輪連桿運(yùn)動方案54、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型65、機(jī)械運(yùn)動方案選擇7五、機(jī)構(gòu)的組合方式8六、機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖81、運(yùn)動分析8七、機(jī)械運(yùn)動簡圖9八、主要零部件尺寸的計算91、槽輪機(jī)構(gòu):92、圓柱凸輪的尺寸設(shè)計：113、減速器的傳動計算：11九、課設(shè)心得12十、參考文獻(xiàn)13一、設(shè)計題目：四工位專用機(jī)床運(yùn)動方案設(shè)計二、設(shè)計條件和要求：1、設(shè)計介紹：四工位專用機(jī)床是在四個工位上分別完成相應(yīng)的裝卸工件、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔工作。它的

2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩個：一是裝有四工位工件的回轉(zhuǎn)工作臺，二是裝有由專用電機(jī)帶動的三把專用刀具的主軸箱。主軸箱每向左移動送進(jìn)一次，在四個工位上分別完成相應(yīng)的裝卸工件、鉆孔、擴(kuò)孔、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)，然后主軸箱再次左移。很明顯，對某一個工件來說要在四次循環(huán)后完成裝、鉆、擴(kuò)、鉸、卸等工序。但對專戶門機(jī)床來說，一個循環(huán)就有一個工件完成上述全部工序。 圖一：四工位專用機(jī)床圖2、方案設(shè)計與選擇1） 回轉(zhuǎn)臺的間歇轉(zhuǎn)動，可采用槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 2） 主軸箱的往復(fù)移動，可采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪連桿機(jī)構(gòu)、平面連桿機(jī)構(gòu)等。 3）

3、由生產(chǎn)率可求出一個運(yùn)動循環(huán)所需時間T=48s，刀具勻速送進(jìn)60mm所需時間t勻=30s，刀具其余移動（包括快速送進(jìn)60mm，快速返回120mm）共需18s?；剞D(zhuǎn)工作臺靜止時間為40s，因此足夠工件裝卸所需時間。回轉(zhuǎn)工作臺作單向間歇運(yùn)動，每次轉(zhuǎn)過90度。主軸箱作復(fù)移動，在工作行程中有快進(jìn)和慢進(jìn)兩段，回程具有急回特性。3、設(shè)計任務(wù)與內(nèi)容1） 按工藝動作過程擬定運(yùn)動循環(huán)圖。 2） 進(jìn)行回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、主軸箱刀具移動機(jī)構(gòu)的選型。并進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動方案的評價和選擇。 3） 根據(jù)電機(jī)參數(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行傳動方案的擬訂。 4） 畫出機(jī)械運(yùn)動方案圖（CAD、A2），凸輪輪廓圖（手工、A3）。 5） 機(jī)械

4、傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺度計算。 6） 編寫設(shè)計說明書。（用A4紙張，封面用標(biāo)準(zhǔn)格式）三、原始參考數(shù)據(jù)1、 刀具頂端離開工作表面65mm，快速移動送進(jìn)60mm后，再勻速送進(jìn)60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如右圖所示），然后快速返回?；爻毯瓦M(jìn)程的平均速度之比K=2。 2、刀具勻速進(jìn)給速度為2mm/s，工件裝卸時間不超過10s。 3、 機(jī)床生產(chǎn)率每小時約75件。 4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動機(jī)構(gòu)能裝入機(jī)體內(nèi)。 5、傳動系統(tǒng)電機(jī)為交流異步電動機(jī)，功率1.5Kw，轉(zhuǎn)速960r/min。四、機(jī)械運(yùn)動設(shè)計方案的擬定1、圓柱凸輪運(yùn)動方案電動機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，將動能傳給帶輪，通過帶輪分

5、兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給槽輪機(jī)構(gòu)，使工作臺做間歇運(yùn)動。另一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給移動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，是主軸箱完成進(jìn)、退刀的動作。兩路傳動機(jī)構(gòu)相互配合，相互作用，共同完成加工任務(wù)。 圖二：圓柱凸輪運(yùn)動方案 電動機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，將動能傳給帶輪，通過帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給槽輪機(jī)構(gòu)，使工作臺做間歇運(yùn)動。另一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給移動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，是主軸箱完成進(jìn)、退刀的動作。兩路傳動機(jī)構(gòu)相互配合，相互作用，共同完成加工任務(wù)。2、齒輪凸輪運(yùn)動方案輪齒（齒）齒輪上的每一個用于嚙合的凸起部分。一般說來，這些凸起部分呈輻射狀排列。

6、配對齒輪上輪齒互相接觸，導(dǎo)致齒輪的持續(xù)嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。 齒槽齒輪上兩相鄰輪齒之間的空間。端面在圓柱齒輪或圓柱蝸桿上垂直于齒輪或蝸桿軸線的平面。 法面在齒輪上，法面指的是垂直于輪齒齒線的平面。 齒頂圓齒頂端所在的圓。 齒根圓槽底所在的圓。 基圓形成漸開線的發(fā)生線在其上作純滾動的圓。 分度圓在端面內(nèi)計算齒輪幾何尺寸的基準(zhǔn)圓，對于直齒輪，在分度圓上模數(shù)和壓力角均為標(biāo)準(zhǔn)值。 齒面輪齒上位于齒頂圓柱面和齒根圓柱面之間的側(cè)表面。 齒廓齒面被一指定曲面（對圓柱齒輪是平面）所截的截線。 齒線齒面與分度圓柱面的交線。 端面齒距pt相鄰兩同側(cè)端面齒廓之間的分度圓弧長。 模數(shù)m齒距除以圓周率所得到的商，以毫米計。 圖三:

7、齒輪凸輪運(yùn)動方案 電動機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，將動能傳給帶輪，通過帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一路是經(jīng)過行星輪系傳遞給工作臺。另一路通過連桿帶動齒輪，齒輪使凸輪工作，進(jìn)而使主軸箱做進(jìn)、退刀的動作。3、凸輪連桿運(yùn)動方案電動機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，將動能傳遞給帶輪，通過帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給不完全齒輪機(jī)構(gòu)，使工作臺做間歇運(yùn)動。另一路通過行星輪系減速后將扭矩傳遞給擺動推桿盤型凸輪與擺桿滑塊機(jī)構(gòu)，使主軸箱完成進(jìn)、退刀的動作。兩路傳動機(jī)構(gòu)相互配合，相互合作，共同完成額定的加工功能和加工任務(wù)。 圖四：凸輪連桿運(yùn)動方案4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型（1）回轉(zhuǎn)臺間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)方案方案一：不完全齒輪

8、機(jī)構(gòu)。它是由齒輪機(jī)構(gòu)演變而得到的一種間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，即在主動輪上制作出一部分齒，并根據(jù)運(yùn)動時間與停歇時間的要求，在從動輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。當(dāng)從動輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，從動輪做間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動。不完全齒輪的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，設(shè)計時從動輪的運(yùn)動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。其缺點是有較大沖擊，故質(zhì)疑與低速，輕載場合。方案二：槽輪機(jī)構(gòu)。槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單外形尺寸小，機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)的、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。但因轉(zhuǎn)動時尚存在柔性沖擊，故常用于速度不高的場合。（2）主軸箱刀具移動機(jī)構(gòu)方案 方案一：凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)具有凹槽的圓柱凸輪回轉(zhuǎn)時，其凹槽的側(cè)面通過嵌與凹槽中的滾子迫使連

9、接與主軸箱連接的趕一起運(yùn)動，進(jìn)刀和退刀的運(yùn)動規(guī)律則決定于凹槽曲線的形狀凸輪機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點是只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡單緊湊。凸輪機(jī)構(gòu)的缺點是凸輪廓線與推桿之間為點、線接觸，易磨損，凸輪制造困難。方案二：凸輪連桿機(jī)構(gòu)。是經(jīng)過電動機(jī)帶動傳動帶及齒輪減速后由齒輪推動于主軸箱連接的連桿，從而使主軸箱隨凸輪決定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，但機(jī)構(gòu)中與主軸箱相連的連桿尺寸過大，不能適合的置于機(jī)箱內(nèi)。方案三：盤形凸輪機(jī)構(gòu)。是經(jīng)過電動機(jī)帶動傳動帶及齒輪減速后由齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動及齒輪減速后，有齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動的，因而其運(yùn)動角速度是常量。但因為其凸輪處于機(jī)床箱外部，

10、并且其返程機(jī)構(gòu)復(fù)雜。（3）傳動機(jī)構(gòu)的選型選定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=960/min，而槽輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速N=60/48=1.25r/min，整個機(jī)構(gòu)的傳動比k=768,故需要分別引入減速機(jī)構(gòu)來滿足工作臺間隙運(yùn)動和主軸箱移動的運(yùn)動要求。5、機(jī)械運(yùn)動方案選擇（1）從方案中剔除明顯不合理的，在進(jìn)行綜合評價。評價指標(biāo)為：是否滿足預(yù)訂的運(yùn)動要求；運(yùn)動鏈機(jī)構(gòu)的順序安排是否合理；運(yùn)動精確度；制造難易；成本高低；是否滿足要求、動力源、生產(chǎn)環(huán)境等限制條件；根據(jù)以上評價指標(biāo)評定，選擇方案1。1、傳動系統(tǒng)電機(jī)為交流異步電動機(jī)，功率1.5Kw，轉(zhuǎn)速960r/min。扭矩和功率均能滿足工作要求。2、傳動、減速機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿減速機(jī)

11、構(gòu)。蝸輪蝸桿的最大優(yōu)點就是能實現(xiàn)大傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間較小，傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較小，并且反行程能自鎖。使用該機(jī)構(gòu)對于機(jī)床的支撐外型和外觀造型設(shè)計有很大優(yōu)勢。3、進(jìn)刀方案選擇圓柱凸輪進(jìn)刀。使用圓柱凸輪的主要原因是設(shè)計放便，通過廓線的設(shè)計可以完成比較復(fù)雜的進(jìn)刀動作，圓柱凸輪的廓線較盤形凸輪簡單，操作方便。4、卡盤轉(zhuǎn)動選擇單銷四槽槽輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，較之其他機(jī)構(gòu)加工安裝容易實現(xiàn)，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(jī)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(jī)床精度。五、機(jī)構(gòu)的組合方式槽輪機(jī)構(gòu)+移動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+帶傳動

12、+行星傳動六、機(jī)械運(yùn)動循環(huán)圖時間（秒）012122424363648間歇機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況勻速旋轉(zhuǎn)90度靜止主軸箱運(yùn)動情況快進(jìn)2秒勻速送進(jìn)60mm（232秒）快退（16秒）表一：四工位專用機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖1、運(yùn)動分析傳動系統(tǒng)電機(jī)為交流異步電動機(jī)，功率1.5Kw，轉(zhuǎn)速960rmin。則四工位專用機(jī)床的一個周期內(nèi)的詳細(xì)運(yùn)動情況為：電動機(jī)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(jī)構(gòu)，使其做間歇運(yùn)動。在間歇機(jī)構(gòu)開始一次循環(huán)時，安裝并夾緊工件，間歇機(jī)構(gòu)從轉(zhuǎn)至。間歇機(jī)構(gòu)從轉(zhuǎn)至，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)、刀具勻速送進(jìn)和快退）。間歇機(jī)構(gòu)從轉(zhuǎn)至，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)、刀具勻

13、速送進(jìn)和快退）。間歇機(jī)構(gòu)從轉(zhuǎn)至，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)、刀具勻速送進(jìn)和快退）。七、機(jī)械運(yùn)動簡圖 圖五：運(yùn)動簡圖八、主要零部件尺寸的計算1、槽輪機(jī)構(gòu):槽輪機(jī)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(jī)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)計需求，對照如圖所示，對其尺寸 進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計和擬定。 圖六：槽輪機(jī)構(gòu)1）槽數(shù)z 按工位要求選定為42）中心距a 按結(jié)構(gòu)情況確定a=150mm3）圓銷半徑r 按結(jié)構(gòu)情況確定r=15mm4）槽輪每次轉(zhuǎn)位時主動件的轉(zhuǎn)角 2a=180(1-2/Z)=5) 槽間角 2b=360/

14、Z=6）主動件到圓銷中心半徑R1= a sinb=75= 106mm7）R1與a的比值 l=R1/a= sinb=/28）槽輪外圓半徑R2=107mm9）槽輪槽深 h=a(l+cosb-1)+r=77.1mm 取h=80mm10）運(yùn)動系數(shù) k=(Z-2)/(2Z)=1/4 (n=1,n為圓銷數(shù))2、圓柱凸輪的尺寸設(shè)計：由于其輪廓曲線為一空間曲線， 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平面 移動凸輪。因此，可以用盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計的原理和方法，來繪制圓柱凸輪 輪廓曲線的展開圖。將圓柱外表面展開，得一長度為2pR的平面移動凸輪機(jī)構(gòu)，其移動速度為V=wR,以V 反向移

15、動平面凸輪，相對運(yùn)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(luò)線為實際輪廓線。 用 AutoCAD 擬合出位移線圖如圖所示， 并分盤形凸輪和圓柱凸輪分別對 其進(jìn)行設(shè)計。 表二:圓柱凸輪理論輪廓線 擬定圓柱凸輪的最大半徑Rm=50mm,長度L=200mm,用CAD畫出其尺寸輪廓圖。 圖八：圓柱凸輪尺寸輪廓圖3、減速器的傳動計算：選定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=960r/min,而槽輪機(jī)構(gòu)和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速n1=60/48=1.25r/min,整個傳動機(jī)構(gòu)的傳動比為K=768,故對于減速器的功能要求為其傳動比為768，其中，各輪齒數(shù)擬定為：Z1=32，Z2=13, Z2=24，Z3=59,考慮到其所占空間模數(shù)可取m=3,采用正常齒制。 圖九：行星輪系傳動機(jī)構(gòu)圖 該機(jī)構(gòu)的傳動比：iH/13=(W1-WH)/(W3-WH)=(W1-WH)/(-WH)=(Z2Z3)/(Z1Z2)=767/768即（W1-WH）/(-WH)=767/768由此可得：iH1=768齒輪嚙合的最大中心距 a max=(m/2)(Z1+Z2)=67.5mm則在未安裝外殼時