四工位專用機床設(shè)計說明書

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1、課程 設(shè)計 目的 掌握四工位機床的運動規(guī)律 設(shè)計四工位機床的部機構(gòu) ⑴刀具頂端離開工作表面65mm，快速移動送進60mm后，再勻 課程 速送進60mm （包括5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm 設(shè)計 刀具切出量，如圖①所示），然后快速返回?；爻毯瓦M程的平均速 要求 度之比為K=2。 ⑵刀具的勻速給進速度為2mm/s工作裝卸時間不超過10s。 ⑶機床生產(chǎn)效率每小時約60件。 ⑷執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體。 ⑸傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機， 功率1.5KW,轉(zhuǎn)速960r/min。 根據(jù)設(shè)計要求（機床生產(chǎn)率每小時約 60件，即1分鐘

2、1件，按設(shè) 計原理，即為1r/min,要求使用960r/min的電動機，整個傳動機的 課程 設(shè)計 比為 ，故需要分別引入減速機構(gòu)來滿足工作臺間歇 注意 運動和主軸箱移動的運動要求。 事項 根據(jù)減速動作的精度和平穩(wěn)要求， 課程 設(shè)計 容 四工位專用機床的加工部分可以分為如下幾個工藝動作。 （1）安裝工作臺的間歇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。 （2）安裝刀具的主軸箱應(yīng)按要求進行靜止，快進，快給，快退 的工藝動作。 （3）刀具轉(zhuǎn)動。 課程 設(shè)計 簡要 操作 步驟 1. 功能分解與運動分析 2. 傳動機構(gòu)選型 3. 執(zhí)行機構(gòu)選型最終方案確疋 4. 機械運動簡圖 5.

3、機械運動方案計算 課程 經(jīng)過兩周的努力，我終于將機械設(shè)計課程設(shè)計做完了 .在這次作業(yè) 過程中， 設(shè)計 盡管這次作業(yè)的時間是漫長的，過程是曲折的，但我的收獲還是很 心得 大的.不僅僅掌握了四連桿執(zhí)行機構(gòu)和帶傳動以及齒輪，蝸桿傳動 體會 機構(gòu)的設(shè)計步驟與方法；也不僅僅對制圖有了更進一步的掌握； autocad,word這些僅僅是工具軟件，熟練掌握也是必需的.對我來 說，收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力. 在整個過程中，我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗，沒有感 性的認識,空有理論知識，有些東西很可能與實際脫節(jié).總體來說，我 覺得做這種類型的

4、作業(yè)對我們的幫助還是很大的，它需要我們將學(xué) 過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來，從中暴露出自身的不足，以待改 進.有時候，一個人的力量是有限的，合眾人智慧，我相信我們的作品 會更完美！ 課程 設(shè)計 評語 及 成績 評語 成績 指導(dǎo) 教師 （簽名） 日期： 附件: 目錄 1. 設(shè)計任務(wù) 4 1.1工作原理及工藝動作過程 4. 1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 5 1.3孔的典型加工工藝及刀具 .5. .6.. 2. 功能分解與運動分析 2.1 功能分解 6 2.2 運動分析 8 3. 傳動機構(gòu)選型 9 4.執(zhí)行機構(gòu)選型 1..0 4

5、.1 主軸箱方案設(shè)計 1..2.. 7.1 運動循環(huán)圖各區(qū)間時間的計算 1..5.. 4.2 工作臺方案設(shè)計 1..2 5. 最終方案確定 1..4 6. 機械運動簡圖 1..5 1..5.. 7. 機械運動方案計算 7.2 減速器的計算 1..6. 7.3 槽輪的尺寸計算 1..7.. 總結(jié) 1..8.. 參考文獻： 2..0 1.設(shè)計任務(wù) 1.1 工作原理及工藝動作過程 四工位機床是在四個工位上分別完成相應(yīng)的裝卸工件、鉆孔、擴孔、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

6、電 動機帶動三把專用的主軸箱的刀具轉(zhuǎn)動和水平往復(fù)移動。 1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 ⑴刀具頂端離開工作表面 65mm，快速移動送進60mm后，再勻速送進60mm （包括5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量，如圖①所示）， 然后快速返回?；爻毯瓦M程的平均速度之比為 K=2。 ⑵刀具的勻速給進速度為2mm/s工作裝卸時間不超過10s。 ⑶機床生產(chǎn)效率每小時約60件。 ⑷執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體。 ⑸傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率 1.5KW，轉(zhuǎn)速960r/min。 圖① 1.3孔的典型加工工藝及刀具 孔的加工包括從實體材料上加工孔和

7、對已有孔進行加工兩大類。 麻花鉆是在 實體材料上加工孔的常用刀具，加工 鮎幾 FJL 蛇孔 精度較低。 擴孔鉆和鉸刀是用于對已有孔進行加工的刀具。 擴孔鉆的外形和麻花 鉆相類似，只是加工余量小，刀齒數(shù)目比麻花鉆多，加工后孔的質(zhì)量較好，一般 能達 IT10—11 級精度。鉸刀是提高被加工孔質(zhì)量的半精加工或精加工刀具，切 削時加工余量更小，刀齒數(shù)目更多，加工后孔的精度最 高可達 IT8 孔加工刀具示意圖 2.功能分解與運動分析 2.1 功能分解 通過對設(shè)計任務(wù)的了解， 可以看出， 四工位專用機床的加工部分可以分為如下幾 個工藝動作。 （ 4） 安裝工作臺的間歇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。 （

8、5） 安裝刀具的主軸箱應(yīng)按要求進行靜止，快進，快給，快退的工藝動作。 （ 6） 刀具轉(zhuǎn)動。 畫出四工位專用機床的動作要求圖。四工位專用機床工作原理及外形尺 寸專用機床旋轉(zhuǎn)工作臺有四個工作位置I、U、M、W（如圖 2所示），分別 對應(yīng)工件的裝卸、鉆孔、擴孔和鉸孔。主軸箱上裝有三把刀具，對應(yīng)于工位 U的位置裝鉆頭，川的位置裝擴孔鉆，W的位置裝鉸刀。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、擴孔和鉸孔工作。當主軸箱右移（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，它進入了下一

9、個工位的加工，依次循環(huán)四次，一個工件就完成裝、 鉆、擴、鉸、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。 機床外形可參考圖2，外形總體尺寸可用于檢查所設(shè)計機構(gòu)能否裝入機體 如下表所示根據(jù)工藝動作推出其工作圖為: 四工位專用機床 工作臺間歇轉(zhuǎn)動 主軸箱進、退刀動作 （快進、勻速進給、快退） 刀具轉(zhuǎn)動 同時得到四工位專用機床的樹狀功能圖 四 工 位 專 用 機 床 該機構(gòu)專用要求機床要求三個動作的協(xié)調(diào)運行，既刀架給進、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

10、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。 2.2運動分析 通過減速機構(gòu)以及輪系機構(gòu)，使工作臺進行每次旋轉(zhuǎn) 90。的間歇運動。 1?電動機為驅(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 臺上的間歇機構(gòu)，使其間歇轉(zhuǎn)動。 2. 在間歇機構(gòu)開始一次循環(huán)時，安裝并夾緊工件，間歇機構(gòu)從 0°轉(zhuǎn)至90 3. 間歇機構(gòu)從90°轉(zhuǎn)至180°，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具勻速 送進和快退）。 4?間歇機構(gòu)從180 °轉(zhuǎn)至270 °，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具勻 速送進和快退）。 5?間歇機構(gòu)從270 °轉(zhuǎn)至360 °，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具勻

11、速和快退），并將加工好的工件取下 3.傳動機構(gòu)選型 根據(jù)設(shè)計要求（機床生產(chǎn)率每小時約 60件，即1分鐘1件，按設(shè)計原理，即 為1r/min,要求使用960r/min的電動機，整個傳動機的比為 ，故 需要分別引入減速機構(gòu)來滿足工作臺間歇運動和主軸箱移動的運動要求。 根據(jù)減速動作的精度和平穩(wěn)要求，列出常用減速機構(gòu) 方案一: 齒輪傳動 1 如圖 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計方便。 缺點：根據(jù)本課程設(shè)計要求，得到的傳動比率為 960的齒輪傳動裝置。其單個齒輪直徑過大，不適 合采用。 萬案一: 蝸輪蝸桿 優(yōu)點：傳動比大，一般用作動力傳動時，傳動比5< i< 70;結(jié)構(gòu)緊湊；升角較小時 可

12、實現(xiàn)“自鎖”，制造加工也相對簡單；可實現(xiàn)90度的交叉軸傳動。傳動比精確。 缺點：傳動效率較低，一般為 0.7-0.8，由于效率低，損失的功率較多因此發(fā)熱 嚴重，傳遞的圓周速度較小，不適于大功率的傳遞。 經(jīng)計算i=960，所以不適合采用。 周轉(zhuǎn)輪系 行星齒輪箱如右圖所示，特點是體積小、重量輕、 傳動比大，載荷均布，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，輸入軸與輸出 軸同心，輸出軸的轉(zhuǎn)向不僅與主動輪的轉(zhuǎn)向有關(guān)， 而且與輪系中各齒輪的齒數(shù)有關(guān)。主要缺點是結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高。通過計算知齒輪齒數(shù)介于 29-33之間。 根據(jù)綜合比對，選用方案三。 行星輪系 4. 執(zhí)行機構(gòu)選型 根據(jù)專用機床的功能要求，回轉(zhuǎn)工作

13、臺做單向間歇運動，主軸箱做往復(fù)直線 運動。實現(xiàn)工作臺單向間歇運動的機構(gòu)有棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、不完 全齒輪機構(gòu)等，實現(xiàn)主軸箱往復(fù)直線運動的機構(gòu)有連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等。 上述 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點見參考材料 1、2。機構(gòu)選型應(yīng)遵循以下原則。 表1選用執(zhí)行機構(gòu)的原則與方法 序號 1 戰(zhàn)H生廣上.藝鼻 解式君1麻動規(guī)律 1） 博執(zhí)朽肖禪龍騙序丈也用相直的機柿啤式1 2） 矗飢榔酩返動誤亙不劉過Jt件喘奧裁橋況卜■可凰探期肚H1的其羈述酣規(guī)萍皓機峋* 3） 機構(gòu)的抬行恂枠塞工作■殲中的/虔、如連魔的童化應(yīng)符會■索.馭梶遅產(chǎn)尿Jt? 2 度"聖揀體席■上占 的

14、空期小*迭關(guān)爾廉 1）莊■星力拳町塞| 1）曲工功〔?人、科劇從功樣（拎石梅褲 '的的肚創(chuàng)?圧町戦短.它戟衲曲涉和址渤曲載 邙臬齦■購世 * 1）住fllfH值IM的機杵中，棘佛副制直輸單，?停注運為！!元U的配合■度■蓄蜀痢元K制 虜戟而曲.不?倪母配倉MllTi 工、采用常烏14的機K可戲確夕i￡型審戢鄆恂件融?炯壽劇元當厲弒一観較抑盧余，梢遨 較園浚 4 的晤 A 1） 育*C廉耳時倉利用“廿、■壓機拘.以IV化tt曲堵神、■于聲節(jié)速農(nóng)丄 2） 聚用電動和后，扶冇楓輸只要豐揮原站杵為氏序軒即?靑時也芻不少方 S 勒力博性JS蚌 1） ?。? 2） 扶Ar構(gòu)

15、怦時謹度、劌理度奎憂應(yīng)希普?求t 幻第陽:ft丸恂功肅兀量小塔力系戟酌機輯妙減小皿腐抽上的力短 6 n揮純廉腫字產(chǎn) 1） 貳構(gòu)的睛越靜斥■娠； 2） f 少樂RI存魴副0&燙承勒■!屢找生梶鬻星桿忖理錄，井41于產(chǎn)片JQ打理亂h 3） 冊Jtfrt帆勵喊式”可1?厲吃聲敵車1 4＞機構(gòu)的動力特性婷； 5） 執(zhí)卄規(guī)牠的盤鼻聲埒申■購力機的迪型方式.功電、特把股就41卅特性催扌柯丑匹“怫 埶 6） 擾構(gòu)曲賞力特性好.有利于機嶽章宰贊屋 機械運動方案的評價 對上述兩執(zhí)行機構(gòu)，做其形態(tài)學(xué)矩陣，可得到為數(shù)眾多的方案 工作臺 棘輪 槽輪 凸輪 不完全齒 輪 主軸箱

16、 連桿 凸輪 凸輪一連桿 機械運動方案的擬定，最終要求通過分析比較提供最佳方案。一個方案的優(yōu) 劣只有通過系統(tǒng)綜合評價來確定。從機構(gòu)和機械運動方案的選擇和評價要求看, 主要應(yīng)滿足五個方面的性能指標，具體見表 2。 表2機械運動方案的評價指標 性能指標 具體容 機構(gòu)的功能 1）運動規(guī)律的型式；2）傳動精度高低 機構(gòu)的工作性 能 1 ）應(yīng)用圍；2）可調(diào)性；3）運轉(zhuǎn)速度；4）承載能力 機構(gòu)的動力性 1）加速度峰值；2）噪聲；3 ）耐磨性；4）可靠性 臺匕 冃匕 經(jīng)濟性 1）制造難易；2）制造誤差敏感度；3）調(diào)整方便性；4）能 耗大小 結(jié)構(gòu)緊湊 1

17、）尺寸；2）重量；3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜性 4.1主軸箱方案設(shè)計 萬案一 連桿機構(gòu) 優(yōu)點：其運動副元素為面接觸，壓強較小，承載能力大，潤滑好，磨損小，加工 容易，且一般是幾何封閉的，保證工作的可靠性。 缺點：其必須經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞，因而傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積 累，同時降低機械效率。 雖然可以使用連桿機構(gòu)來滿足一些運動規(guī)律和一些運動軌跡的需要， 但其及過程 十分復(fù)雜，且一般只能近似的滿足要求。所以不能用于本設(shè)計。 凸輪機構(gòu) 優(yōu)點：可實現(xiàn)高速化，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高： 缺點：不能改變運動的角度。 主軸箱主要帶動刀具做直線往復(fù)運動。故選用方案二，凸輪機構(gòu) 4.2工作臺方案設(shè)

18、計 萬案一 采用棘輪機構(gòu)，其結(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，有運動循壞圖中可知: 360 60 307.4 1 k 360 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°。 棘輪機構(gòu) 萬案一 采用不完全齒輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 不完全齒輪機構(gòu) 1/4上有 之后的270 ° 1r/min) 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 齒，因此在嚙合過程中，有齒的 1/4帶動完全齒輪旋轉(zhuǎn)90 ° 由于沒有齒嚙合，完全齒輪

19、不轉(zhuǎn)動，該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，在低速( 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。 5. 最終方案確定 根據(jù)前文的敘述，最終方案確定為: 行星輪系+槽輪+圓柱凸輪 6. 機械運動簡圖 此方案中，電動機為驅(qū)動機構(gòu)，將動能傳遞給帶輪，帶輪將動能傳遞給周轉(zhuǎn) 輪系，周轉(zhuǎn)輪系將960r/min轉(zhuǎn)變?yōu)?r/min。一路通過軸將動能傳遞給凸輪機構(gòu)， 完成刀具的進退刀動作。同時另一路通過軸將動能傳遞給槽輪機構(gòu)， 完成工作臺 的間歇運動。兩路傳動機構(gòu)相互配合，相互合作，共同完成額定加工功能和加工 任務(wù)。 7. 機械運動方案計算 7.1運動循環(huán)圖各區(qū)間時間的計算 工作行程平均速度

20、 V平=240mm /60s=4mm /s 因為回程和進程的平均速度之比 K=2。所以V回=20mm /s 刀具回退時間t回=120mm /20mm /s=6s 刀具快速進給時間t 快=60mm / 10mm /s=6s 刀具勻速進給時間t勻=60mm /2mm/s=30s 7.2減速器的計算 由于選定電動機的轉(zhuǎn)速為960r/min,而槽輪和凸輪的轉(zhuǎn)速為1r/min。 整個傳動機構(gòu)的傳動比為i=960，根據(jù)《機械原理》第五章輪系傳動的知識，對 如圖9所示 的行星輪系機構(gòu)進行詳細設(shè)計 其中，各輪齒數(shù)擬定為為： 乙=30，Z2 =29，Z2=32，Za =33，考慮到其所 占空間模

21、數(shù)可取m=4，采用正常齒制。 該機構(gòu)的傳動比 齒輪嚙合的最大中心距 m 4 唏筋=亍5十習(xí)）十」 則在未裝外殼時機構(gòu)的寬或高的最大尺寸為： ^ = 20^^= 236mm 行星輪系 7.3槽輪的尺寸計算 槽輪機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，能準確控制轉(zhuǎn)角，機械 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，不適合用于高速 傳動。結(jié)合槽輪自身的特點和本課題的設(shè)計需求，對照如圖 6所示，對其尺寸 進行詳細設(shè)計和擬定。 1 ＞糟數(shù)二 按工位要求選宅為4 2 )中心跆口 按結(jié)構(gòu)情況確定= 3 ＞岡銷半徑r 按結(jié)枸詁況購丄＞-=1 E犧 4「贈輪禪次轉(zhuǎn)位

22、時主動件鬧轉(zhuǎn)ft 2cr = 18t＞ (1_￡＞ = 90 n 5)槽角 2￡ =型一=90 Z 61主動件別闘銷中心豐徒 =】仆6也朋 7)尺與應(yīng)的比值 A = — = sin/? = a 2 8>僭輪外岡半徑 Ti = ^(ducs /?)" + r'三 107擁丙 9) 椚輪懵裸 fri a(A +wt/?—1 >+ r= 77-Iwjk 取 h = 80/n^rj 10) 運動系數(shù)i=i < 川為惻銷數(shù)) 2r 4 圖6槽輪機構(gòu)簡圖 總結(jié) 經(jīng)過兩周的努力，我終于將機械設(shè)計課程設(shè)計做完了 .在這次作業(yè)過程中，我遇到 了許多困難，一遍又一遍的計算，

23、一次又一次的設(shè)計修改這都暴露出了前期我在這 方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足?剛開始在機構(gòu)設(shè)計時，由于對cad軟件的基本操作和 編程掌握得還可以，不到半天就將所有需要使用的程序調(diào)試好了 ?可是我從不同的 機架位置得出了不同的結(jié)果，令我非常苦惱.后來在錢老師的指導(dǎo)下，我找到了問 題所在之處，將之解決了 .同時我還對四連桿機構(gòu)的運動分析有了更進一步的了解 在傳動系統(tǒng)的設(shè)計時 ,面對功率大 ,傳動比也大的情況 ,我一時不知道到底該采用 何種減速裝置 .最初我選用帶傳動和蝸桿齒輪減速器 ,經(jīng)過計算 ,發(fā)現(xiàn)蝸輪尺寸過 大 ,所以只能從頭再來 .這次我吸取了盲目計算的教訓(xùn) ,在動筆之前 ,先征求了錢老 師的意

24、見 ,然后決定采用帶傳動和二級圓柱齒輪減速器 ,也就是我的最終設(shè)計 .至 于畫裝配圖和零件圖 ,由于前期計算比較充分 ,整個過程用時不到一周 ,在此期間 , 我還得到了許多同學(xué)和老師的幫助 .在此我要向他們表示最誠摯的意 .整個作業(yè)過 程中 ,我遇到的最大 ,最痛苦的事是最后的文檔 . 盡管這次作業(yè)的時間是漫長的 ,過程是曲折的 ,但我的收獲還是很大的 .不僅僅掌 握了四連桿執(zhí)行機構(gòu)和帶傳動以及齒輪 ,蝸桿傳動機構(gòu)的設(shè)計步驟與方法 ;也不僅 僅對制圖有了更進一步的掌握 ; autocad,word 這些僅僅是工具軟件 ,熟練掌握也 是必需的 .對我來說 ,收獲最大的是方法和能力 .那些分析和

25、解決問題的方法與能 力 .在整個過程中 ,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗 ,沒有感性的認識 ,空 有理論知識 ,有些東西很可能與實際脫節(jié) .總體來說 ,我覺得做這種類型的作業(yè)對 我們的幫助還是很大的 ,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來 ,從中暴 露出自身的不足 ,以待改進 .有時候 ,一個人的力量是有限的 ,合眾人智慧 ,我相信我 們的作品會更完美 ! 參考文獻： [1] 《機械原理課程設(shè)計手冊》 鄒慧君 主編 高等教育 [2] 《機械原理教程》（第二版） 申永勝 主編 清華大學(xué) [3] 《機械原理輔導(dǎo)與習(xí)題》 （第二版） 申永勝 主編 清華大學(xué) [4] 《C 程序設(shè)計基礎(chǔ)》（第三版） 譚浩強 主編 清華大學(xué) [5] 《工業(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ)》 阮寶湘 主編 機械工業(yè) [6] 《新機構(gòu)的創(chuàng)造發(fā)明》 學(xué)榮 主編 [7] 《工程圖學(xué)》 魯屏宇 主編 機械工業(yè) [8] 《機械原理》 （第八版） 主編 桓 作模 文杰