四工位專用機(jī)床課程設(shè)計(jì)_第1頁
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文檔簡介

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=

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