四工位專用機(jī)床運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

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1、可編輯版 一、設(shè)計(jì)題目：1 二、設(shè)計(jì)條件和要求：1 1、設(shè)計(jì)介紹：1 2、方案設(shè)計(jì)與選擇2 3、設(shè)計(jì)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(dòng)設(shè)計(jì)方案的擬定3 1、圓柱凸輪運(yùn)動(dòng)方案3 2、齒輪——凸輪運(yùn)動(dòng)方案4 3、凸輪——連桿運(yùn)動(dòng)方案5 4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型6 5、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案選擇7 五、機(jī)構(gòu)的組合方式8 六、機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖8 1、運(yùn)動(dòng)分析8 七、機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖9 八、主要零部件尺寸的計(jì)算9 1、槽輪機(jī)構(gòu):9 2、圓柱凸輪的尺寸設(shè)計(jì)：11 3、減速器的傳動(dòng)計(jì)算：11 九、課設(shè)心得12 十、參考文獻(xiàn)13 一、設(shè)計(jì)題目：四工位專用機(jī)床運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

2、二、設(shè)計(jì)條件和要求： 1、設(shè)計(jì)介紹： 四工位專用機(jī)床是在四個(gè)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)行機(jī)構(gòu)有兩個(gè)：一是裝有四工位工件的回轉(zhuǎn)工作臺(tái),二是裝有由專用電機(jī)帶動(dòng)的三把專用刀具的主軸箱。主軸箱每向左移動(dòng)送進(jìn)一次,在四個(gè)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(kāi)工件后,工作臺(tái)回轉(zhuǎn),然后主軸箱再次左移。很明顯,對(duì)某一個(gè)工件來(lái)說(shuō)要在四次循環(huán)后完成裝、鉆、擴(kuò)、鉸、卸等工序。但對(duì)專戶門機(jī)床來(lái)說(shuō),一個(gè)循環(huán)就有一個(gè)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(jì)與選擇 1 回轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng),可采用槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)

3、、凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2 主軸箱的往復(fù)移動(dòng),可采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、移動(dòng)從動(dòng)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 由生產(chǎn)率可求出一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)所需時(shí)間T=48s,刀具勻速送進(jìn)60mm所需時(shí)間t勻=30s,刀具其余移動(dòng)〔包括快速送進(jìn)60mm,快速返回120mm共需18s。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)靜止時(shí)間為40s,因此足夠工件裝卸所需時(shí)間。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作單向間歇運(yùn)動(dòng),每次轉(zhuǎn)過(guò)90度。主軸箱作復(fù)移動(dòng),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(jì)任務(wù)與內(nèi)容 1 按工藝動(dòng)作過(guò)程擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。 2 進(jìn)行回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸箱刀具移動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型。并進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià)和選擇。

4、 3 根據(jù)電機(jī)參數(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行傳動(dòng)方案的擬訂。 4 畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案圖〔CAD、A2,凸輪輪廓圖〔手工、A3。 5 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺度計(jì)算。 6 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書?！灿肁4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(kāi)工作表面65mm,快速移動(dòng)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(shí)間不超過(guò)10s。 3、 機(jī)床生產(chǎn)率每小時(shí)約75件。 4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能裝入機(jī)體內(nèi)。 5、傳

5、動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)為交流異步電動(dòng)機(jī),功率1.5Kw,轉(zhuǎn)速960r/min。 四、機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案的擬定 1、圓柱凸輪運(yùn)動(dòng)方案 電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),將動(dòng)能傳給帶輪,通過(guò)帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu),一路通過(guò)齒輪傳動(dòng)將扭矩傳遞給槽輪機(jī)構(gòu),使工作臺(tái)做間歇運(yùn)動(dòng)。另一路通過(guò)齒輪傳動(dòng)將扭矩傳遞給移動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu),是主軸箱完成進(jìn)、退刀的動(dòng)作。兩路傳動(dòng)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(dòng)方案 電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),將動(dòng)能傳給帶輪,通過(guò)帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu),一路通過(guò)齒輪傳動(dòng)將扭矩傳遞給槽輪機(jī)構(gòu),使工作臺(tái)做間歇運(yùn)動(dòng)。另一路通過(guò)齒輪傳動(dòng)將扭矩傳遞給移動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu),是主

6、軸箱完成進(jìn)、退刀的動(dòng)作。兩路傳動(dòng)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(dòng)方案 　輪齒〔齒──齒輪上的每一個(gè)用于嚙合的凸起部分。一般說(shuō)來(lái),這些凸起部分呈輻射狀排列。配對(duì)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(kāi)線的發(fā)生線在其上作純滾動(dòng)的圓。 分度圓──在端面內(nèi)計(jì)算齒輪幾何尺寸的基準(zhǔn)圓,對(duì)于直齒輪,在分度圓上模數(shù)和壓力

7、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(duì)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(zhǎng)。 模數(shù)m──齒距除以圓周率π所得到的商,以毫米計(jì)。 圖三:齒輪——凸輪運(yùn)動(dòng)方案 電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),將動(dòng)能傳給帶輪,通過(guò)帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一路是經(jīng)過(guò)行星輪系傳遞給工作臺(tái)。另一路通過(guò)連桿帶動(dòng)齒輪,齒輪使凸輪工作,進(jìn)而使主軸箱做進(jìn)、退刀的動(dòng)作。 3、凸輪——連桿運(yùn)動(dòng)方案 電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),將動(dòng)能傳遞給帶輪,通過(guò)帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一

8、路通過(guò)齒輪傳動(dòng)將扭矩傳遞給不完全齒輪機(jī)構(gòu),使工作臺(tái)做間歇運(yùn)動(dòng)。另一路通過(guò)行星輪系減速后將扭矩傳遞給擺動(dòng)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(dòng)作。兩路傳動(dòng)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(dòng)方案 4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型 〔1回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案 方案一：不完全齒輪機(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(dòng)機(jī)構(gòu),即在主動(dòng)輪上制作出一部分齒,并根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間的要求,在從動(dòng)輪上做出與主動(dòng)輪相嚙合的輪齒。當(dāng)從動(dòng)輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),從動(dòng)輪做間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。不完全齒輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,工作可靠,設(shè)計(jì)時(shí)從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間的比

9、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(chǎng)合。 方案二：槽輪機(jī)構(gòu)。槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)時(shí)尚存在柔性沖擊,故常用于速度不高的場(chǎng)合。 〔2主軸箱刀具移動(dòng)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(shí),其凹槽的側(cè)面通過(guò)嵌與凹槽中的滾子迫使連接與主軸箱連接的趕一起運(yùn)動(dòng),進(jìn)刀和退刀的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)是只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)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(dòng)規(guī)律,而且響應(yīng)快速,機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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

10、難。 方案二：凸輪連桿機(jī)構(gòu)。是經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶及齒輪減速后由齒輪推動(dòng)于主軸箱連接的連桿,從而使主軸箱隨凸輪決定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng),但機(jī)構(gòu)中與主軸箱相連的連桿尺寸過(guò)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(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶及齒輪減速后由齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)及齒輪減速后,有齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)的,因而其運(yùn)動(dòng)角速度是常量。但因?yàn)槠渫馆喬幱跈C(jī)床箱外部,并且其返程機(jī)構(gòu)復(fù)雜。 〔3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型 選定電動(dòng)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(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比k=768,故需要分別引入減速機(jī)構(gòu)來(lái)滿足工作臺(tái)間隙運(yùn)動(dòng)和主軸箱移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)要求。 5、機(jī)械運(yùn)動(dòng)

11、方案選擇 〔1從方案中剔除明顯不合理的,在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)為： ①是否滿足預(yù)訂的運(yùn)動(dòng)要求； ②運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)的順序安排是否合理； ③運(yùn)動(dòng)精確度； ④制造難易； ⑤成本高低； ⑥是否滿足要求、動(dòng)力源、生產(chǎn)環(huán)境等限制條件； 根據(jù)以上評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)定,選擇方案1。 1、傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)為交流異步電動(dòng)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(dòng)、減速機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)。蝸輪蝸桿的最大優(yōu)點(diǎn)就是能實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比,結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間較小,傳動(dòng)平穩(wěn),振動(dòng)、沖擊和噪聲均較小,并且反行程能自鎖。使用該機(jī)構(gòu)對(duì)于機(jī)床的支撐外型和外觀造型設(shè)計(jì)有很大優(yōu)勢(shì)。 3、進(jìn)刀

12、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(jì)放便,通過(guò)廓線的設(shè)計(jì)可以完成比較復(fù)雜的進(jìn)刀動(dòng)作,圓柱凸輪的廓線較盤形凸輪簡(jiǎn)單,操作方便。 4、卡盤轉(zhuǎn)動(dòng)選擇單銷四槽槽輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,較之其他機(jī)構(gòu)加工安裝容易實(shí)現(xiàn),有精確的傳動(dòng)比,所以在工作過(guò)程中精度較高。還有使用該機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比具有可分性,在中心距發(fā)生變化的情況下傳動(dòng)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(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+帶傳動(dòng)+行星傳動(dòng) 六、機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 時(shí)間〔秒 0→12 12→24 24→36 36→48 間歇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況 勻速旋轉(zhuǎn)90度 靜止 主軸箱運(yùn)動(dòng)情況 快

13、進(jìn)2秒 勻速送進(jìn)60mm〔2→32秒 快退〔16秒 表一：四工位專用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 1、運(yùn)動(dòng)分析 傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)為交流異步電動(dòng)機(jī),功率1.5Kw,轉(zhuǎn)速960r∕min。則四工位專用機(jī)床的一個(gè)周期內(nèi)的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)情況為： ⑴電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng),通過(guò)減速器與其他輪系傳動(dòng)將符合要求的轉(zhuǎn)速傳遞給工作回轉(zhuǎn)臺(tái)上的間歇機(jī)構(gòu),使其做間歇運(yùn)動(dòng)。 ⑵在間歇機(jī)構(gòu)開(kāi)始一次循環(huán)時(shí),安裝并夾緊工件,間歇機(jī)構(gòu)從轉(zhuǎn)至。 ⑶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。 ⑷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。 ⑸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

14、進(jìn)和快退。 七、機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖五：運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 八、主要零部件尺寸的計(jì)算 1、槽輪機(jī)構(gòu): 槽輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)主要是其在啟動(dòng)和停止時(shí)加速度變化大、有沖擊,不適合用于高速 傳動(dòng)。結(jié)合槽輪自身的特點(diǎn)和本課題的設(shè)計(jì)需求,對(duì)照如圖所示,對(duì)其尺寸 進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和擬定。 圖六：槽輪機(jī)構(gòu) 1槽數(shù)z 按工位要求選定為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(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角 2a=180<1-2/Z>= 5> 槽間角 2b=360/Z= 6主

15、動(dòng)件到圓銷中心半徑 R1= a sinb=75= 106mm 7R1與a的比值 l=R1/a= sinb=/2 8槽輪外圓半徑 R2==107mm 9槽輪槽深 h>=a+r=77.1mm 取h=80mm 10運(yùn)動(dòng)系數(shù) k=/<2Z>=1/4 2、圓柱凸輪的尺寸設(shè)計(jì)： 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(kāi)成平面,圓柱凸輪展開(kāi)后便成為平面 移動(dòng)凸輪。因此,可以用盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的原理和方法,來(lái)繪制圓柱凸輪 輪廓曲線的展開(kāi)圖。將圓柱外表面展開(kāi),得一長(zhǎng)度為2p

16、R的平面移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu),其移動(dòng)速度為V=wR,以—V 反向移動(dòng)平面凸輪,相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變,滾子反向移動(dòng)后其中心點(diǎn)的 軌跡即為理論輪廓線,其內(nèi)外包絡(luò)線為實(shí)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(duì) 其進(jìn)行設(shè)計(jì)。 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(zhǎng)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(dòng)計(jì)算： 選定電動(dòng)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(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為K=768,故對(duì)于減速器的功能要求為其傳動(dòng)比為768

17、,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(dòng)機(jī)構(gòu)圖 該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比： iH/13=/=/<-WH>=/=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==67.5mm 則在未安裝外殼時(shí)機(jī)構(gòu)的寬度或高度的最大尺寸為 b max=2a max=135mm 九、課設(shè)心得 為期一個(gè)星期左右的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束,在這幾天里,我的感觸很多。首先,通過(guò)完成機(jī)械原理課程設(shè)計(jì),使我對(duì)機(jī)械原理這本書的理論知識(shí)又加深了；其次,使我懂得了所學(xué)的專業(yè)在今后所就業(yè)的領(lǐng)域；最后,讓我知道光學(xué)會(huì)課本上的理論知識(shí)是不行的,要在實(shí)踐中去理解所學(xué)的知識(shí),做到融會(huì)貫通。 十、參考文獻(xiàn) 《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版 濮良貴 紀(jì)名剛 主編； 《機(jī)械原理》第七版 鄭文偉 吳克建 主編； 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 鄒慧君 張青 主編。 9 / 9