四工位機(jī)床課程設(shè)計說明書

1、課程設(shè)計任務(wù)書1. 工作原理及工藝動作過程四工位機(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。它的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有四工位工件的回轉(zhuǎn)運動；二是裝有專用電動機(jī)帶動三把專用的主軸箱的刀具轉(zhuǎn)動和移動（刀具的轉(zhuǎn)動由專用電機(jī)驅(qū)動）。兩個執(zhí)行動作由同一臺電機(jī)驅(qū)動，工作臺轉(zhuǎn)為機(jī)構(gòu)和主軸箱往復(fù)運動機(jī)構(gòu)按動作時間順序分支并列，組成一個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。2. 原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求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刀具切入量，如圖1所示），然后快速返回，回程和工作行程的平均速度之比k=2。 圖1  孔

2、加工示意圖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75件。4)執(zhí)行機(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。3. 設(shè)計方案提示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)、凸輪式間歇運動機(jī)構(gòu)。 2)主軸箱的刀具移動可采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、移動從動桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪-連桿機(jī)構(gòu)、平面連桿機(jī)構(gòu)等。 3)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(jìn)送時間t=60/2s=30s，刀具其余移動（包括快速送進(jìn)60mm，快速返回120mm）共需18s，回轉(zhuǎn)工作臺靜止時間為36s

3、,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.功能分解- 1 -2.運動分析- 2 -二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型- 3 -三、傳動機(jī)構(gòu)選型- 3 -四、機(jī)械運動方案的選擇- 4 -1方案的設(shè)計- 4 -2、方案比較- 6 -五.畫出機(jī)械運動方案簡圖- 9-1.機(jī)器整體輪廓大小的確定- 9 -2.減速器的傳動計算- 10 -3.槽輪的尺寸計算- 11 -4.直動推桿圓柱凸輪的尺寸設(shè)計- 12 -六、仿真運動及圖表分析. -13-七、課程設(shè)計小結(jié)- 14 -八、參考文獻(xiàn)- 15 -一、功能分解和運動分析1.功能分解通過對設(shè)計任務(wù)的了解，可以看出，四工位專用機(jī)床的加工部分可以分為如下幾個工藝動作

4、：1)安裝工作臺的間歇轉(zhuǎn)動。2)安裝刀具的主軸箱應(yīng)按要求進(jìn)行靜止、快進(jìn)、進(jìn)給、快退的工藝動作。3)刀具轉(zhuǎn)動。畫出四工位專用機(jī)床的動作要求圖(如圖2所示)。其中4位置為裝卸位置，1位置為鉆孔位置，2位置為擴(kuò)孔位置，3位置為絞孔位置。 如圖3所示跟據(jù)工藝動作推出其工作循環(huán)為： 圖2 四工位專用機(jī)床動作要求圖 圖3 四工位專用機(jī)床功能圖 該專用要求機(jī)床要求三個動作的協(xié)調(diào)運行，即刀架進(jìn)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/

5、min。通過合適的減速機(jī)構(gòu)以及輪系機(jī)構(gòu)，使工作臺進(jìn)行每次旋轉(zhuǎn)90°的間歇運動。1） 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)，使其間歇轉(zhuǎn)動。2） 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0°轉(zhuǎn)至90。3） 間歇機(jī)構(gòu)從 90轉(zhuǎn)至 180，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）。4） 間歇機(jī)構(gòu)從180轉(zhuǎn)至 270，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）。5） 間歇機(jī)構(gòu)從 270轉(zhuǎn)至 360，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)、刀具勻速和快退），并將加工好的工件取下。 圖4 四工位專用機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動循環(huán)

6、圖說明：上圖表明工作臺和主軸箱配合運動，主軸箱快速進(jìn)刀60mm用時2s，勻速進(jìn)刀60mm用時30s，快速回程用時16s。當(dāng)主軸箱快速退刀時工作臺轉(zhuǎn)動090這樣保證刀具與工件不會相撞，每轉(zhuǎn)動90主軸箱往返一次，轉(zhuǎn)動用時12s剩36s靜止。二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型 根據(jù)回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、主軸箱刀具移動機(jī)構(gòu)的執(zhí)行動作和結(jié)構(gòu)特點，可以選擇如表格1所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：功能元功能元解（匹配機(jī)構(gòu)）12345工作臺間歇運動圓柱凸輪機(jī)構(gòu)蝸桿凸輪間歇機(jī)構(gòu)曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu)主軸箱移動移動推桿圓柱凸輪移動推桿盤形圓柱凸輪擺動推桿盤形凸輪與擺桿滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 六桿（帶滑塊）機(jī)構(gòu) 表1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)表由排

7、列組合的原理可以計算得到，共有：n=5x5=25種執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇方案。對于工作臺間歇機(jī)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(jī)構(gòu)和不完全齒輪機(jī)構(gòu)；而對于主軸箱移動機(jī)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移動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)和擺動推桿盤形凸輪與擺動滑塊機(jī)構(gòu)。三、傳動機(jī)構(gòu)選型由機(jī)構(gòu)的運動情況分析得，機(jī)構(gòu)的運動要求機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運行，結(jié)合市場上提供的電動機(jī)轉(zhuǎn)速及經(jīng)濟(jì)性選定轉(zhuǎn)速n=960r/min的電動機(jī)，槽輪機(jī)構(gòu)以及圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速n=60/48=1.25r/min,整個傳動機(jī)的傳動比為k=768,故需要分別引入減速機(jī)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

8、平穩(wěn)要求，表2列出常用的減速機(jī)構(gòu)：功能元功能元解（匹配機(jī)構(gòu)）12345減速器1帶傳動鏈傳動蝸桿傳動齒輪傳動行星傳動減速器2帶傳動鏈傳動蝸桿傳動齒輪傳動行星傳動 表2 減速機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)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(jī)構(gòu)選擇方案。對于傳動機(jī)構(gòu)的選擇，考慮到傳動的精確性和機(jī)構(gòu)制造工藝的難度高低，減速器常選帶傳動、蝸桿傳動和齒輪傳動。四、機(jī)械運動方案的選擇1方案的設(shè)計圖5 運動循環(huán)圖圖6 專用機(jī)床方案之一圖7 專用機(jī)床方案之二圖8 專用機(jī)床方案之三回轉(zhuǎn)工作臺作單向間歇運動，每次轉(zhuǎn)過90º；主軸箱往復(fù)移動各120mm，在工作行程中有快進(jìn)和慢進(jìn)兩段，回程為快退(急

9、回行程)。實現(xiàn)工作臺單向間歇運動的機(jī)構(gòu)有棘輪、槽輪、凸輪、不完全齒輪機(jī)構(gòu)等，此外，還可采用某些組合機(jī)構(gòu)；實現(xiàn)主軸箱往復(fù)急回運動的機(jī)構(gòu)有連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等，兩套機(jī)構(gòu)均由一個電機(jī)帶動，故工作臺轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和主軸箱往復(fù)運動機(jī)構(gòu)按動作時間順序分支并列，組合成一個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。圖6、7、8所示為其中的三個方案。圖6、7中，工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為槽輪機(jī)構(gòu)，圖8中為不完全齒輪機(jī)構(gòu)。選擇方案時，特別要注意以下幾個方面：1)工作臺回轉(zhuǎn)以后是否有可靠的定位功能，主軸箱往復(fù)運動的行程在120mm以上，所選機(jī)構(gòu)是否能在給定空間內(nèi)完成該運動要求。2)機(jī)構(gòu)的運動和動力性能、精度在滿足要求的前提下，傳動鏈?zhǔn)欠癖M可能短，且制造、安裝簡便

10、。3)加工對象的尺寸變更后，是否有可能方便地進(jìn)行調(diào)整或改裝。四工位專用機(jī)床的運動機(jī)構(gòu)組要由三部分組成：驅(qū)動機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)確定的情況下，其機(jī)械運動方案類型由傳動機(jī)構(gòu)的類型和執(zhí)行機(jī)構(gòu)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1)減速機(jī)構(gòu)渦輪蝸桿減速器方案分析：此方案采用最普通的右旋阿基米德蝸桿。優(yōu)點：傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較?。荒芤詥渭墏鲃荧@得較大的傳動比，故結(jié)構(gòu)比較緊湊；機(jī)構(gòu)返行程具有自鎖性；通過較為簡單的渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了大的傳動比；滿足了機(jī)構(gòu)要求的性能指標(biāo)，而且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約空間。缺點：由于渦輪蝸桿嚙合齒間的相

11、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(yán)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。優(yōu)點：在各種機(jī)構(gòu)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(fù)合輪系，實現(xiàn)了大的傳動比；且具有較高的傳動效率。缺點：齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)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。優(yōu)點：運用廣泛，制造

12、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。缺點：齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間較大。2)刀架規(guī)律性運動機(jī)構(gòu)圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：優(yōu)點：采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，采用凸輪機(jī)構(gòu)，是因為該機(jī)構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊。缺點：凸輪廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。3)回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)單銷四槽槽輪機(jī)構(gòu) 優(yōu)點：采用槽輪機(jī)構(gòu)，是因為該機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡單，外形尺寸小，其機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。缺點：在槽輪機(jī)構(gòu)的傳動過程中往往

13、存在著柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。此機(jī)床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，因此槽輪機(jī)構(gòu)能夠滿足要求。 不完全齒輪機(jī)構(gòu)： 優(yōu)點：采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動，此機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝容易實現(xiàn)，由于其中含標(biāo)準(zhǔn)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。缺點：由于在進(jìn)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)能夠滿足使用要求。從這些方案中剔除明顯不合理的，再進(jìn)行綜合評價。綜合評價的指標(biāo)為：1)是否滿足預(yù)定的運動要求；2)運動鏈機(jī)構(gòu)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；

14、根據(jù)以上綜合評價指標(biāo)，最后選擇：帶傳動+行星傳動+槽輪機(jī)構(gòu)+圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。五、畫出機(jī)械運動方案簡圖圓柱凸輪運動方案，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，通過帶輪傳遞給行星輪系，再通過齒輪傳遞給主軸，主軸分兩路傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給槽輪機(jī)構(gòu)，使工作臺間歇轉(zhuǎn)動；另一路直接傳遞給圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，帶動主軸箱進(jìn)行靜止、快進(jìn)、進(jìn)給、快退的工藝動作。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 9 方案一圓柱凸輪運動方案 機(jī)構(gòu)的運動尺寸計算包括機(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，將從整體輪廓、電機(jī)選型，

15、減速器配置，間歇機(jī)構(gòu)、移動控制機(jī)構(gòu)等幾個方面對其運動尺寸進(jìn)行計算和擬定。1.機(jī)器整體輪廓大小的確定 圖10 四工位專用機(jī)床的整體輪廓尺寸 根據(jù)所學(xué)資料初步擬定四工位專用機(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)尺寸計算和設(shè)計的重要參考。2.減速器的傳動計算選定的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=960r/min，而槽輪和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速n=1.25r/min，整個機(jī)構(gòu)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=80mm 大輪直徑=240mmi=/=240/80=3 中心距a=240行星輪系傳動各齒輪數(shù)擬定為：z1=

16、16，z2=17，=16，z3=15，z4=25，z5=25，z6=25z7=25,除了所算：z1z2z3齒數(shù)不一樣其他齒輪齒數(shù)均一樣為25，模數(shù)m=4考慮到其所占空間模數(shù)可取m=3,采用正常齒制。 圖11 行星輪系傳動機(jī)構(gòu)簡圖該機(jī)構(gòu)的傳動比即i=256齒輪間最大中心距為a=4(16+17)/2=66mm則在未裝外殼時機(jī)構(gòu)的寬或高的最大尺寸為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(biāo)準(zhǔn)3.槽輪的尺寸計算槽輪機(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，不適合高速轉(zhuǎn)動。結(jié)合實際，對槽

17、輪進(jìn)行擬定：1） 槽數(shù) z z=42） 中心距a a=100mm3） 圓銷半徑r r=10mm=4） 槽輪每次轉(zhuǎn)位時主動件的轉(zhuǎn)角：5） 槽間角：6） 主動件到圓銷中心半徑： 圖12 槽輪機(jī)構(gòu)簡圖 r=asin= 173mm 7） r與 a 的比值：8）槽輪外圓半徑：r=174mm9）槽輪槽深：h a(+cos-1)+r=67mm     10）運動系數(shù)： （n=1, n為圓銷數(shù)）4.直動推桿圓柱凸輪的尺寸設(shè)計對于圓柱凸輪的尺寸設(shè)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

18、，可以用圓盤凸輪輪廓曲線設(shè)計的原理和方法，來繪制凸輪輪廓曲線的展開圖。 圖13 圓柱凸輪簡圖將圓柱外表面展開，得一長度為2r的平面移動凸輪機(jī)構(gòu)，其移動速度為v=wr，以反方向移動平面凸輪，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(luò)線為實際輪廓線。用autocad擬合出位移線圖如圖14所示 圖14 凸輪的位移線圖擬定圓柱凸輪的最大半徑為r=50mm長度，長度l=200mm。用autocad繪出其輪廓圖，如圖15所示。 圖15 圓柱凸輪的輪廓圖六、仿真運動及圖表分析 位移圖表速度圖表加速度圖表七、課程設(shè)計小結(jié)經(jīng)過幾天的努力，終于把課程設(shè)計做完了。它鍛煉了我查閱資料，進(jìn)行方案構(gòu)思選擇的能力。在設(shè)計過程中，按照指導(dǎo)老師發(fā)給我們的資料以及設(shè)計要求，一步一步的設(shè)計并完善我們的方案。對指