四工位專用機床

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1、湖南工業(yè)大學(xué) 課程設(shè)計 資料袋 機械工程 學(xué)院（系、部） 第 二零一零--- 二零一一 學(xué)年第 二 學(xué)期 課程名稱 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)教師 *** 職稱 教授 學(xué)生姓名 ****專業(yè)班級 機械***學(xué)號 0940570**** 題 目 四工位專用機床的設(shè)計 成 績 起止日期 2011年7月1 日?2011 年 7 月 5 曰 目 錄清單 序號 材料名稱 資料數(shù)量 備注 1 課程設(shè)計任務(wù)書 1 2 課程設(shè)計說明書 1 3 課程設(shè)計圖紙 張 4 5 6 -1 - 機械原理課程設(shè)計

2、 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計說明書 四工位專用機床的設(shè)計 起止日期：2011 年7月1 日至2011 年7 月5—日 學(xué) 生 姓 名**** 班 級 機械*** 學(xué) 號 09405700*** 成 績 指導(dǎo)教師（簽字） 機械工程學(xué)院（部） 2011年7月1 日 目錄 0.課程設(shè)計任務(wù)書 2 1 .設(shè)計題目 3 2 .工作原理和工藝動作分解 4 3 .根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 5 4 .四工位專用機床的功能分析與設(shè)計過程 5 5 .間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)與刀具移動機構(gòu)等主要機構(gòu)選型 7 6 .機構(gòu)運動方案的評價和選擇 11 7 .機械

3、傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu) 11 8 .執(zhí)行機構(gòu)的尺度綜合 12 9 .畫機構(gòu)運動簡圖 15 10 .參考資料 16 11 .設(shè)計總結(jié)及感悟 17 -19 - 湖南工業(yè)大學(xué) 課程設(shè)計任務(wù)書 2010 2011 學(xué)年第2 學(xué)期 機械工程 學(xué)院（系、部） 機械類 專業(yè) 091 班級 課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 四工位專用機床的設(shè)計 完成期限：自 2成1 年7 月 1日至2011 年7 月 5 日共 1 周 一、設(shè)計的任務(wù)與主要技術(shù)參數(shù) 四工位專用機床是在四個工位上分別完成工件的裝卸、鉆孔、擴孔、較空的專用加工設(shè) 備。其工藝過程是：主軸箱每

4、向左移動送進一次，在四個工位上分別完成相應(yīng)的裝卸工件、 鉆孔、擴孔和錢孔工作。當(dāng)主軸箱右移（退回）到刀具離開工件后，工作臺回轉(zhuǎn) 90o,然 后主軸箱再次左移，這時，每一個工件進入了下一個工位的加工，依次循環(huán)四次，一個工 件就完成裝、鉆、擴、錢、卸等工序。 其余設(shè)計參數(shù)是： 內(nèi) 容 及 任 務(wù) 1 ）刀具頂端離開工作表面 65mm快速移動送進60mm再勻速 送進60mm（包括5mmZ1具切入量、45mmX件孔深、10mm!!具 切出量，如圖），然后快速返回。行程速比系數(shù) K=1.6; 2）刀具勻速進給速度為 2mm/s,工件裝卸時間不超過 10s； 3）機床生產(chǎn)率 50件/h ;

5、 4）執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體內(nèi)； 5）傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率 1.5Kw,轉(zhuǎn)速960r/min 。 二、設(shè)計工作量 要求：對設(shè)計任務(wù)課題進行工作原理和工藝動作分解，根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運 動循環(huán)圖，進行執(zhí)行機構(gòu)選型，構(gòu)思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運 動的總體方案，根據(jù)任務(wù)書中的技術(shù)參數(shù)，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)，作出 機構(gòu)運動簡圖，對相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)的具體尺度進行分析與設(shè)計。 要求有設(shè)計說明書一份，相關(guān)圖紙一至兩張。 （有條件的要求用三維動畫表述） 進 度 安 排 起止日期 工作內(nèi)容 7.1---7.2 構(gòu)思該機械運動力某 7.

6、3---7.4 運動分析及作圖 7.5 整理說明書與答辯 主要 經(jīng)委 [1] 朱理.機械原理[M] . 2版.北京：高等教育出版社，2010.4. [2] 戴娟.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書[M] .北京：高等教育出版社， 2011.1. 資料 指導(dǎo)教師：二 2011年7 月1 日 系（教研室）主任：王菊槐 2011 年7 月1 日 1 .設(shè)計題目：四工位專用機床的設(shè)計 1.1 設(shè)計原理： 四工位專用機床是在四個工位上分別完成工件的裝卸、 鉆孔、擴孔、銀孔工作 的專用加工設(shè)備。機床的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有工件的回轉(zhuǎn)工作臺的間歇轉(zhuǎn) 動；二

7、是裝有三把專用刀具的主軸箱的往復(fù)移動 （刀具的轉(zhuǎn)動由專用電機驅(qū)動）。 兩個執(zhí)行動作由同一臺電機驅(qū)動，工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)和主軸箱往復(fù)運動機構(gòu)按動作 時間順序分支并列，組合成一個機構(gòu)系統(tǒng)。 1.2 設(shè)計要求： 1）刀具頂端離開工作表面65mm快速移動送進60mm再勻速送進60mm（包括 5mm0具切入量、45mmT件孔深、10mmO具切出量，如圖1-1）,然后快速返回。 行程速比系數(shù)K=1.6; 2）刀具勻速進給速度為2mm/§工件裝卸時間不超過10s； 3）機床生產(chǎn)率50件/h ; 4）執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體內(nèi)； 5）傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率 1.5Kw,轉(zhuǎn)速9

8、60r/min 。 圖1-1 孔加工示意圖 2 .工作原理和工藝動作分解 2.1 工作原理 專用機床旋轉(zhuǎn)工作臺有四個工作位置I、H、m、IV （如圖 2-1所示），分 別對應(yīng)工件的裝卸、鉆孔、擴孔和錢孔。主軸箱上裝有三把刀具，對應(yīng)于工位R 的位置裝鉆頭，田的位置裝擴孔鉆，IV的位置裝較刀。刀具由專用電動機驅(qū)動繞 其自身軸線轉(zhuǎn)動。主軸箱每向左移動送進一次，在四個工位上分別完成相應(yīng)的裝 卸工件、鉆孔、擴孔和錢孔工作。 2.2 工藝動作分解 當(dāng)主軸箱右移（退回）到刀具離開工件后，工作臺回轉(zhuǎn) 90o,然后主軸箱再 次左移，這時，對其中每一個工件來說，它進入

9、了下一個工位的加工，依次循環(huán) 四次，一個工件就完成裝、鉆、擴、錢、卸等工序。由于主軸箱往復(fù)一次，在四 個工位上同時進行工作，所以每次就有一個工件完成上述全部工序。 圖2-1專用機床外廓尺寸示意圖 3 .根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、 相位，以利 于設(shè)計、裝配和調(diào)試。 根據(jù)專用機床的工作過程和規(guī)律擬定的運動循環(huán)圖如下圖 3-1所示： 0 忖7.4 307.4 O O 圖3-1機床的機構(gòu)運動循環(huán)圖 4 .四工位專用機床的功能分析與設(shè)計過程 4.1 機床的功能分析 由上述分析可知，機床的功能分析

10、可作總結(jié)如圖 4-1所示: 圖4-1機床的功能分析圖 由機床的功能分析圖可知，其運動有 ：裝載一 旋轉(zhuǎn)— 鉆孔、擴孔、 錢孔一^卸載，如圖4-2所示： 旋有卡盤 卡盤固定 方架快進 切削 刀架快退 小 圖4-2機床的運動示意圖 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接觸工件前 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。 4.2 機床的設(shè)計過程： 實現(xiàn)四工位專用機床的機構(gòu)應(yīng)有下面幾種基本功能： ① 在專用機床的裝、卸、鉆、擴、較各個過程中，定位機構(gòu)要處于停歇狀態(tài)， 故該機構(gòu)要有五次間歇轉(zhuǎn)動功能。 ②要滿足定位功能與各個運動功能

11、聯(lián)動組合 ③需要主軸箱機構(gòu)有往復(fù)運動 ④需要回轉(zhuǎn)臺有間歇轉(zhuǎn)動 ⑤ 我們由生產(chǎn)率求出運動循環(huán)時間 T=72 s，刀具勻速送進60 mmi要時間t=30 s,刀具其余移動時間42 s ?；剞D(zhuǎn)工作臺靜止時間40 s ,因此足夠工件裝卸 所需時間。 5 .回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)與主軸箱刀具移動機構(gòu)等主要機構(gòu)選型 5.1 主軸箱移動執(zhí)行機構(gòu)選型 由要求可知，主軸箱移動執(zhí)行要滿足以下運動功能： 5.2 加壓機構(gòu)應(yīng)有運動縮小功能 2）機構(gòu)要有運動轉(zhuǎn)換功能 3）沖頭是往復(fù)運動，故機構(gòu)要有運動交替功能。 選出如下圖三種方案作為評選方案。 萬案一 方案二的凸輪機構(gòu)雖能得到理想運

12、動規(guī)律 ，但要是從動件達到設(shè)計行程，凸 輪的向徑比較大，于是其運動空間也比較大。 方案三采用曲柄滑塊機構(gòu)，尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡潔，但不滿足理想運動規(guī)律。 方案一，采用圓柱槽輪機構(gòu)，比較簡單，而且容易控制，運動線路明了，但是 要求槽輪材料能承受沖擊。 綜上所述 選取方案一作為主軸箱執(zhí)行機構(gòu)比較合適。 5.3 回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)選型 回轉(zhuǎn)工作臺的運動規(guī)律：四個工作位置，每個工作位置之間相差 90° ,在 工過程中，旋轉(zhuǎn)90° ,停止定位，進刀加工，快速退刀后，旋轉(zhuǎn) 90° ,進行下 一個循環(huán)。在加工和退刀的前半段（即刀具與工件有接觸）時，必須將工作臺固 定，

13、由于卡盤的工作位置為四個，還要滿足間歇和固定兩個工作。 有以下三種方 案： 1、采用單銷四槽槽輪機構(gòu)。具結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 槽輪機構(gòu)中，當(dāng)圓銷沒有進入槽輪的徑向槽時，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥 盤的外凸鎖止弧卡住，故槽輪固定不動；當(dāng)圓銷進入徑向槽時，鎖止弧的自鎖段 被松開，槽輪在圓銷作用下旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了間歇運動。因為卡盤每次旋轉(zhuǎn) 90° , 所以選擇四槽均布槽輪，剛好實現(xiàn)旋轉(zhuǎn) 90°的要求。 2、采用棘輪機構(gòu)，具結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu)來作為主動件，由運動循壞圖中可知： 1 360 60 一 307 .4 < 1k 36

14、0 于是得：K>2.2 所以極位夾角大于等于67.5° 因此滿足停留時間的于轉(zhuǎn)動時間之間的比例關(guān)系，要求棘輪每次旋轉(zhuǎn) 90° ,因 此搖桿的擺角也為90°。 3、采用不完全齒輪機構(gòu)，具結(jié)構(gòu)如下圖所示: 不完全齒輪的設(shè)計也是為了滿足間歇運動， 不完全齒輪上有1/4上有齒，因 此在嚙合過程中，有齒的1/4帶動完全齒輪旋轉(zhuǎn)90° ,之后的2700由于沒有齒 嚙合，完全齒輪不轉(zhuǎn)動，該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，在低速( 0.83r/min )的轉(zhuǎn)動中可與 忽略齒輪嚙合時的沖擊影響。故也能實現(xiàn)運動規(guī)律。 綜上所訴三個方案中，可根據(jù)實際情況進行合理選

15、擇 5.4 主軸箱刀具移動凸輪機構(gòu)選型 1、運動規(guī)律： 刀具運動規(guī)律：刀具快速進給 60mm勻速進給60mmt刀具切入量5mm工件 孔深45mm刀具余量10mm，快速退刀。因為刀具勻速進給的速度為 2mm/§由 此可得勻速進給的時間為30s,設(shè)快速進給的時間為x,快速退刀的時間為y, 又因為其回程和工作的速比系數(shù) K=1.6 ,所以可得下列方程： 30+x=2y ⑴ 30+x+y=72 ⑵ ⑴(2)兩個方程聯(lián)立可以得出，x=18s , y=24s 因此可以得出如下圖所示的主軸箱刀具運動規(guī)律圖： 快進 勻速 快退 60 240 主軸箱刀具運動規(guī)律圖 2、

16、主軸箱刀具凸輪廓線設(shè)計: 0 60° 進刀機構(gòu)的運動有凸輪的廓線來實現(xiàn)，進刀的方向為安裝凸輪的軸的軸線 方向，根據(jù)運動的特性，凸輪選擇圓柱凸輪，按照運動規(guī)律設(shè)計其廓線如下： 240。 307.4。 360。圓柱凸輪轉(zhuǎn)角 主軸箱刀具圓柱凸輪廓線 6 .機構(gòu)運動方案的評價和選擇 綜上所述主軸箱移動執(zhí)行應(yīng)選取方案一，因為這種設(shè)計比較簡單，而且容易 控制，運動線路非常明了，滿足設(shè)計要求。 回轉(zhuǎn)工作臺應(yīng)選用單銷四槽槽輪機構(gòu)，因為這種設(shè)計簡單，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角， 工作可靠，機械效率高，與棘輪機構(gòu)相比工作平穩(wěn)性好， 但是單輪機構(gòu)行程不可 調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不可太小，從主動關(guān)系不能互換，啟停有

17、沖突。但是在此設(shè)計中相比 其他設(shè)計有很強的可執(zhí)行性，故選擇單銷四槽槽輪機構(gòu)。 7 .機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu) 根據(jù)生產(chǎn)效率每小時生產(chǎn)50個零件，可以求出生產(chǎn)效率 N為每72秒生 產(chǎn)一個工件?？梢运愠隹倐鲃颖龋? 錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 = 1152 (5-1) 由于傳動比較大故選用皮帶傳動作為第一級減速機構(gòu) (因為結(jié)構(gòu)簡單，制 造成本低，維護簡單)用行星齒輪作為第二級減速機構(gòu)，用直齒圓柱齒輪作為第 三級減速機構(gòu)。 8 .執(zhí)行機構(gòu)的尺度綜合 該四工位機床變速機構(gòu)采用的是定軸輪系減速器，采用該機構(gòu)的原因是運 用廣泛，制造過程簡單，成本較低，并且具有功率范圍大

18、，傳動效率高，傳動比 精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。定軸輪系減速機構(gòu)的簡圖如下圖所示: 由圖5-1所示，主動輪1到從動輪8之間的傳動是通過一對對齒輪一次嚙合來實 現(xiàn)的。為此，首先求出該輪系中各對嚙合齒輪傳動比的大小： i 12=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 （a） i34=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 （b） i56=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 （c） i 78=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 （d） 又因為⑴2=3 3,⑴4=3 5,⑴6=3 7,將上式兩邊分別連乘后得： i 12 i34i56i 78=

19、錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。 專昔誤！未找 到引用源。 錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 即： i 18=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找 到引用源。=1152 再根據(jù)以上式子，計算出各個齒輪的齒數(shù)，主動齒輪為齒輪 1、3、5、7,從動 齒輪為2、4、6、8,如下表5-1所示： 表5-1 各齒輪的基本參數(shù)表 齒輪編號 1 2 3 4 5 6 7 8 齒數(shù) 10 45 12 64 9 54 6 48 模數(shù) 2 2 3 3 3 3 2 2 壓力角 20° 20° 20°

20、20° 20° 20° 20° 20° 四工位的機床是采用圓柱凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)主軸箱的往復(fù)運動的。 如圖5-2 （a） 所示為直動從動件的圓柱凸輪機構(gòu)，（b）圖為圓柱凸輪的輪廓曲線圖。對于圓柱 凸輪機構(gòu)的設(shè)計，如下步驟： 1）以2冗R為底邊作為一矩形表示圓柱凸輪展開后的圓柱面， 如圖所示，圓柱面 勻速回轉(zhuǎn)運動就變成了展開面的橫向勻速直線運動，且 v=Rw 2）將展開面底邊沿-v方向分成與從動件唯一曲線對應(yīng)的等分，的反轉(zhuǎn)后從動件 的位置； 3）在這些位置上量取相應(yīng)的唯一量 s,得1,2,3. ??一若干點，將這些點光滑的 連接

21、起來得展開面的理論輪廓曲線。 4）以理論輪廓曲線上各點為圓心，一滾子半徑為半徑，做一系列圓。并作滾子 圓的上下兩條包絡(luò)線即為凸輪的實際輪廓曲線. □ 3 圖5-2圓柱凸輪機構(gòu)簡圖及其輪廓曲線圖 附：齒輪2的零件圖 附：單銷四槽槽輪機構(gòu)pro/e 9

22、.畫機構(gòu)運動簡圖 根據(jù)上述選擇的方案可得如下圖所示的機構(gòu)運動簡圖: 主軸箱 回轉(zhuǎn)工作臺 運動分析：電機以960r/min的轉(zhuǎn)速帶動輪系轉(zhuǎn)動，在通過回轉(zhuǎn)工作臺的槽輪 機構(gòu)的轉(zhuǎn)動；并在同一時間，再由輪系帶動圓柱凸輪機構(gòu)，通過之前設(shè)計好的圓 柱凸輪，來實現(xiàn)主軸箱的快速送進，勻速工作，再快速退回 10 .參考資料 [1] 朱理.機械原理[M] . 2版.北京：高等教育出版社，2010.4. [2] 戴娟.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].北京：高等教育出版社，2011.1. 11.設(shè)計總結(jié)及感悟 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，進行方 案構(gòu)思選擇的能力

23、。在設(shè)計過程中，按照知道老是發(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。對指導(dǎo)老師提出需要注意的地方，也 進行了仔細(xì)的考慮。雖然時間花得比較多，但最終還是完成了設(shè)計。 這次的課程設(shè)計，由于理論知識沒有學(xué)好，再加上平時沒有什么設(shè)計經(jīng)驗， 剛剛開始的時候，有點不知從何下手的感覺。指導(dǎo)老師也知道我們存在一些問 題，特地花時間來指導(dǎo)我們，解決我們在設(shè)計中存在的問題。通過老師的指導(dǎo)， 我們從機床的工作循環(huán)圖出發(fā)，一步一步解決設(shè)計中所需的。在對設(shè)計任務(wù)有 點頭緒之后，回去在自己仔細(xì)想了想自己設(shè)計的步驟， 把思路理清了之后，就 開始慢慢的結(jié)合設(shè)計任務(wù)書一點一點的慢慢弄。再通過和同學(xué)的配合，一起計 算出每一個數(shù)據(jù)，畫出每一個簡圖，雖然當(dāng)中有些困難，但在同學(xué)的幫助下， 都順利完成了。盡管自己已經(jīng)付出了很大的努力了， 但難免還是有些疏忽和遺 漏的地方。盡管這樣，但總的來說，我的收獲還是很大的。 這次課程設(shè)計，雖然困難重重，鍛煉了我做事要仔細(xì)細(xì)心，但我更深切的 體會到人與人之間的那種互相協(xié)調(diào)合作重要性。 另外，在設(shè)計過程中，也學(xué)習(xí) 到了很多以前不知到的東西，或許，我對課本里面的知識有了新的了解了。 通 過設(shè)計之后，才知道自己對書本一點都沒了解，對所學(xué)的知識不能靈活運用。 這次的課程設(shè)計，要感謝我們的銀金光老師，他為我們指點迷津，解決我們設(shè) 計中的盲點，使得我們設(shè)計更加順利。