四工位專用機(jī)床課程設(shè)計(jì)

1、目錄一，功能原理和設(shè)計(jì)要求.11）工作原理2）設(shè)計(jì)要求二，功能分解和運(yùn)動分析1）功能分解2）運(yùn)動分析三，擬定運(yùn)動循環(huán)圖四，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型五，傳動機(jī)構(gòu)選型六，機(jī)械運(yùn)動方案的選擇七，機(jī)械運(yùn)動方案簡圖八，尺寸計(jì)算 1）機(jī)器整體輪廓打消的確定 2）電機(jī)的選型 3）減速器的傳動設(shè)計(jì) 4）槽輪的尺寸計(jì)算 5）直動推桿圓柱凸輪的尺寸設(shè)計(jì)九，機(jī)械運(yùn)動方案的評價(jià)和改進(jìn)一，功能原理和設(shè)計(jì)要求1. 工作原理 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，絞孔工作，它執(zhí)行動作有兩個：一時裝有四工位工件的回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動；二十裝有由專用電動機(jī)丹東的三把專用刀具的主軸箱的刀具的轉(zhuǎn)動和移動。2. 設(shè)計(jì)要求 1）頂

2、端離開工件表面65mm,快速移動送進(jìn)了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），然后快速返回，回程和工作行程的平均速度只比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）生產(chǎn)率為每小時約75件。 4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)裝入機(jī)體內(nèi)。2 功能分解和運(yùn)動分析 1.功能分解 通過對工作原理和設(shè)計(jì)要求的分析可知，四工位專用機(jī)床的回轉(zhuǎn)臺與主軸箱的功能分為一下幾個動作：1）安裝工件的回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動。2）安裝刀具的主軸箱要完成快進(jìn)，勻速進(jìn)給，快速返回幾個動作。3）主軸箱上的刀具轉(zhuǎn)動切削工件。 2.運(yùn)動分析 設(shè)選定電動機(jī)型號為Y160

3、M28，其轉(zhuǎn)速n=720r/min，P=5.5km,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： 1)電動機(jī)作為驅(qū)動，通過減速裝和其他齒輪系將符合要求的轉(zhuǎn)速傳遞給回轉(zhuǎn)臺上的間歇機(jī)構(gòu)，使其做間歇轉(zhuǎn)動，同時也將符合要求的轉(zhuǎn)速傳遞給主軸箱下的刀具移動機(jī)構(gòu)，使其做符合要求的動作。 2）當(dāng)間歇機(jī)構(gòu)開始第一次循環(huán)時，安裝，并加緊工件，間歇機(jī)構(gòu)從0°轉(zhuǎn)至90° 3）間歇機(jī)構(gòu)從從90°轉(zhuǎn)至180°，主軸完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)，刀具勻速進(jìn)給，快退）。 4）間歇機(jī)構(gòu)從180°轉(zhuǎn)至270°，主軸完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)，刀具勻速進(jìn)給，快退）。 5）間歇機(jī)構(gòu)

4、從270°轉(zhuǎn)至360°，主軸完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)，刀具勻速進(jìn)給，快退），將加工好的工件取下。三，依據(jù)運(yùn)動分析和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖 對于四工位專用機(jī)床，其運(yùn)動循環(huán)圖主要是確定回轉(zhuǎn)臺的間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和主軸箱進(jìn)，退刀的控制機(jī)構(gòu)的先后動作順序，以協(xié)調(diào)各執(zhí)行構(gòu)件的動作關(guān)系，便于機(jī)器的設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試。下邊用矩形圖的表示方法對其運(yùn)動循環(huán)圖進(jìn)行擬定。如圖：時間（秒）012122424363648間歇機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況勻速旋轉(zhuǎn)90°（0到12秒）靜止（12到48秒）主軸箱運(yùn)動情況快進(jìn)12秒勻速送進(jìn)60mm(12到42秒）快退6秒四，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)選型 根據(jù)前述要求，主軸箱刀具應(yīng)

5、做往復(fù)運(yùn)動，行程較大，且有一段時間內(nèi)做勻速運(yùn)動（進(jìn)給階段），并有急回特性；回轉(zhuǎn)臺做間歇轉(zhuǎn)動。這些運(yùn)動要求不一定都等得到滿足，但必須保證當(dāng)?shù)毒咦鲞M(jìn)給切削運(yùn)動和回程未離開工件表面時，回轉(zhuǎn)臺靜止未轉(zhuǎn)動，這可在運(yùn)動鏈中加入運(yùn)動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，從而使兩者的運(yùn)動達(dá)到良好的配合。與此出發(fā)構(gòu)思方案。1，回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)方案 方案一:槽輪機(jī)構(gòu)。如圖31所示槽輪機(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，間歇的進(jìn)行轉(zhuǎn)位。但因傳動時尚存在柔性沖擊，故常用于速度不高的場合。方案二：不完全齒輪機(jī)構(gòu)。如圖32所示，它室友齒輪機(jī)構(gòu)演變而得到的一種間歇欲動機(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，

6、在從動輪上做出與主動輪輪齒相嚙合的輪齒。當(dāng)從動輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，從東輪做間歇回轉(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(jì)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(diǎn)是有較大沖擊，故質(zhì)疑與低速，輕載場合。 圖31 圖32方案三：棘輪機(jī)構(gòu)。如圖33所示，棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運(yùn)動可靠；而且棘輪機(jī)構(gòu)軸每次轉(zhuǎn)過角度的大小可以在交大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，這些都是它的有點(diǎn)。其缺點(diǎn)是工作時有較大的沖擊和噪聲，而且運(yùn)動精度較差。所以，棘輪機(jī)構(gòu)常用于速度較低和載荷不大的場合。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)。如圖34所示，當(dāng)具有凹槽的圓柱凸輪回轉(zhuǎn)時，其凹槽的側(cè)

7、面通過嵌于凹槽中的滾子迫使連接與主軸箱相連結(jié)的桿一起運(yùn)動，是進(jìn)刀和退刀的運(yùn)動規(guī)律如何，則決定于凹槽曲線的形狀。 凸輪機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿的到各種預(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(diǎn)是凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)，線接觸，易磨損，凸輪制造困難。 圖33 圖34 方案二：盤形凸輪機(jī)構(gòu)。如圖35所示，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)行角速度是常量。但因?yàn)槠渫馆喬幱跈C(jī)床機(jī)箱外部，并且其返程機(jī)構(gòu)復(fù)雜。 方案三：凸輪連桿機(jī)構(gòu)。如圖36所示，經(jīng)過電動機(jī)帶動傳動帶及齒輪減速后由凸輪推動與主軸

8、箱相連接的L行連桿，從而使主軸箱隨凸輪決定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動。但此機(jī)構(gòu)本身L型連桿尺寸過大，不能適合的至于機(jī)箱內(nèi)。 圖35 圖363，減速機(jī)構(gòu)方案 方案一：定軸輪系減速器。 如圖：37傳動比：N電機(jī)/N主軸=720r/min/1r/min 圖37方案二：采用外嚙合行星齒輪減速器。如圖38 傳動比：N電機(jī)/N主軸=720r/min/1r/min 圖38四，機(jī)械運(yùn)動方案選型 由表列41功能元功能元解（匹配機(jī)構(gòu)）123回轉(zhuǎn)臺間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)主軸箱刀具移動機(jī)構(gòu)凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu)盤裝凸輪機(jī)構(gòu)凸輪連桿機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)定軸輪系減速器外嚙合行星齒輪減速器由排列組合原理可以計(jì)算得到，共有： N=

9、3*3*2=18種方案可供選擇。 從這些方案中剔除明顯不合理的在進(jìn)行綜合評價(jià)，綜合評價(jià)指標(biāo)為： 1）是否滿足預(yù)定的運(yùn)動要求。 2）運(yùn)動鏈機(jī)構(gòu)的順序安排是否合理； 3）運(yùn)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)以上綜合評價(jià)指標(biāo)，最后選擇出以下較好的方案：槽輪機(jī)構(gòu)+凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+外嚙合行星輪減速器。五，畫出機(jī)械運(yùn)動方案簡圖根據(jù)上網(wǎng)查詢資料和文件初步擬定四工位外形尺寸，畫出此方案示意圖 此方案中，電動機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，將動能傳遞給帶輪，通過動能傳遞給帶輪，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槽輪機(jī)構(gòu)，是工作臺作間

10、歇轉(zhuǎn)動；另一路通過行星輪系減速夠?qū)⑴ぞ貍鬟f給移動推桿圓柱凸輪機(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，共同和完成額定加工功能和加工任務(wù)。六，對傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸計(jì)算 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸計(jì)算包 括機(jī)器的整體的輪廓尺寸、 各機(jī)構(gòu)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(jī)床，本文將從整 體輪廓、電機(jī)選型、減速器 配置、間歇機(jī)構(gòu)、移動控制 機(jī)構(gòu)等幾個方面對其運(yùn)動尺 寸進(jìn)行計(jì)算和擬定?？紤]到 尺寸計(jì)算的難易程度和機(jī)構(gòu) 的加工精度高低，下面將以 方案為對象，重點(diǎn)對其各 組成機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸的計(jì) 算。 1機(jī)器整體輪廓大小的確定 根據(jù)上網(wǎng)查詢的資料和文件初步擬定四

11、工位專用機(jī)床的外形尺寸和各機(jī)構(gòu) 的大體空間相對位置如圖8 所示，用以檢查并校核其內(nèi)部執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否能裝入機(jī) 體內(nèi)，也是作為內(nèi)部機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算和設(shè)計(jì)的重要參考。 2電機(jī)的選型 對于電機(jī)的選擇，主要的參考指標(biāo)有以下幾點(diǎn)： 1 ）原動機(jī)的啟動、過載、運(yùn)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(fù)載需要； 5 ）工作是否可靠，操作是否簡易，維修是否方便 綜合考慮以上因素，并結(jié)合四工位專用機(jī)床的整體輪廓尺寸，選擇型號為 Y160M 2-8的三相異步電動機(jī)，其額定功率為5.5kW ，最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之 比為2.0

12、，效率85% ，功率因素0.74，轉(zhuǎn)速n = 720r / min 。3.減速器的傳動計(jì)算 選定電動機(jī)的的轉(zhuǎn)速n =720r / 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 =576 ，故對于減速器的功能要 求為其傳動比為576，根據(jù)機(jī)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(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 其中，各齒輪擬定為：z1=24,z2=25，z2'=24，z3'=23.考慮到其所占空間的模數(shù)可取m=3,采用正常齒制。 圖61行星輪系傳動機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)的傳動比：I13=w1-wH/w3-wH=w1-wH/

13、-wH=Z2Z3/Z2=575/576即得w1-wH/-wH=575/576由此可得iH1=576齒輪嚙合最大中心距 amax=m/2(z1+z2)=3/2(24+25)=73.5mm則在為裝外殼時機(jī)構(gòu)的寬度活搞的最大尺寸為 Bmax=2amax=2*7305=147mm 上述計(jì)算表明，所選的齒輪齒數(shù)是比較符合傳動比要求的，并且傳動機(jī)構(gòu)外形小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，有著非常精確的傳遞性能及較為簡單的工藝性能，符合機(jī)械傳動的方案設(shè)計(jì)要求。4，槽輪的尺寸計(jì)算 結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)的要求，如圖63所示，對槽輪各部分尺寸進(jìn)行計(jì)算。 1）槽數(shù)z 按工位要求定位4 2）中心距a 按結(jié)構(gòu)情況確定a=150mm 3）圓銷半徑r 按結(jié)構(gòu)情況確定r=15mm 4)槽輪每次轉(zhuǎn)位時主動件的轉(zhuǎn)角 2=180°（1-2/z)=90° 5)槽間角2=360°/z=90° 6）主動件到圓銷中心半徑 R1=asin=75tan45°=106mm 7)R1與a的比值 =R1/a=