四工位專用機(jī)床機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙目錄1 功能分解和運(yùn)動分析22 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型43 傳動機(jī)構(gòu)選型54 機(jī)械整體運(yùn)動方案的選擇75 機(jī)械運(yùn)動方案簡圖106 機(jī)械運(yùn)動方案的計(jì)算117 仿真運(yùn)動及圖表分析158 課程設(shè)計(jì)小結(jié)179 參考文獻(xiàn)18一、功能分解和運(yùn)動分析1.功能分解通過對設(shè)計(jì)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(gè)工藝動作: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。其中4位置為鉸孔位置，1位置為裝卸工件，2位置為鉆孔位置，3位置為擴(kuò)孔位置。 如表1所示根據(jù)工藝動作推出其工作循環(huán)為

2、： 四工位專用機(jī)床工作臺間歇轉(zhuǎn)動主軸箱進(jìn)、退刀動作(快進(jìn)、勻速進(jìn)給、快退)刀具轉(zhuǎn)動表1 四工位專用機(jī)床功能圖同時(shí)得到四工位專用機(jī)床的樹狀功能圖（如下圖）該專用要求機(jī)床要求三個(gè)動作的協(xié)調(diào)運(yùn)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(shí)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(gè)動作必須協(xié)調(diào)一致，并按照一定規(guī)律運(yùn)動。2.運(yùn)動分析通過合適的減速機(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(yùn)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(shí)，安裝并夾緊工件，間歇機(jī)構(gòu)從0轉(zhuǎn)至90。3

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。時(shí)間（s）0-22-2222-3232-48主軸箱運(yùn)動情況快速前進(jìn)60mm勻速前進(jìn)60mm快速退刀120mm間歇機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況靜止順時(shí)針轉(zhuǎn)過90（用時(shí)3s）靜止表2 四工位專用機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)圖說明：上圖表明了工作臺和主軸箱配合運(yùn)動，主軸箱快速進(jìn)刀60mm用時(shí)2s，勻速進(jìn)刀60mm用時(shí)30s，快速回程120m

4、m用時(shí)16s。當(dāng)主軸箱快速退刀時(shí)工作臺轉(zhuǎn)動由090這樣保證不會刀具與工件相撞，每轉(zhuǎn)動90主軸箱往返一次，轉(zhuǎn)動用時(shí)12s剩下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(diǎn)，可以選擇如表格3所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：匹配機(jī)構(gòu)123回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動運(yùn)動不完全齒輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)主軸箱刀具移動運(yùn)動凹槽圓柱凸輪移動推桿盤形凸輪凸輪連桿機(jī)構(gòu)表3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)表對于工作臺間歇機(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)或不完全齒輪機(jī)構(gòu)；而對于主軸箱移動機(jī)構(gòu)的選擇，為了保持運(yùn)動的精度和盡量減少沖擊可以選擇凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu)或移動推桿盤形凸輪與擺動滑塊機(jī)構(gòu)。三、傳動機(jī)構(gòu)選

5、型由機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況分析得，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要求機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行，結(jié)合市場上提供的電動機(jī)轉(zhuǎn)速及經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)用1200r/min的電動機(jī)。整個(gè)傳動機(jī)的傳動比為k=960,故需要分別引入減速機(jī)構(gòu)來滿足工作臺間隙運(yùn)動和主軸箱移動的運(yùn)動要求.根據(jù)減速動作的精度和平穩(wěn)要求，列出常用的減速機(jī)構(gòu)：方案一：帶傳動加復(fù)合輪系減速器。方案二：采用外嚙合行星齒輪減速器。 帶傳動加復(fù)合輪系傳動系統(tǒng)的優(yōu)勢，更加平穩(wěn)，噪聲小，效率較高；相對于外嚙合行星齒輪傳動，帶傳動效率高，更換簡單，降速較快，不易損壞，而且成本低。四、機(jī)械整體運(yùn)動方案的選擇1.方案的設(shè)計(jì)匹配機(jī)構(gòu)123回轉(zhuǎn)臺間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)主軸箱刀具移動

6、機(jī)構(gòu)移動推桿圓柱凸輪移動推桿盤形凸輪凸輪連桿機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)帶傳動加復(fù)合輪系減速器外嚙合行星齒輪減速器從以上方案中進(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)以上的標(biāo)準(zhǔn)，大致可以選出三種運(yùn)動方案，依次為：方案一：槽輪機(jī)構(gòu)和移動推桿圓柱凸輪，如下圖：槽輪機(jī)構(gòu)方案二：不完全齒輪機(jī)構(gòu)和移動推桿盤形圓柱凸輪，如下圖方案三：不完全齒輪機(jī)構(gòu)和擺動推桿盤形凸輪與擺桿滑塊機(jī)構(gòu)，如下圖2.方案的比較綜合評價(jià)優(yōu)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 方案一：圓柱凸輪制造成本高；行程大時(shí)，運(yùn)

7、動靈活性較差； 力的作用點(diǎn)相對導(dǎo)軌產(chǎn)生有害力矩。 方案二：凸輪直接驅(qū)動升程大；凸輪機(jī)構(gòu)外露，影響外觀。制造困難。 方案三： 放大行程，力減小，長擺桿剛度差；擺桿端部水平分速度不是勻速；擺動變移動，不易設(shè)計(jì)計(jì)算。優(yōu)點(diǎn)：方案一：可以精準(zhǔn)傳動，槽輪運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定且精確。圓柱凸輪運(yùn)行平穩(wěn)、精確，可以精確的控制機(jī)床主軸箱的往復(fù)運(yùn)動，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊。方案二：容易更換，易改裝及變換尺寸，傳動簡單功率高。方案三；結(jié)構(gòu)簡單，成型后重量輕，凸輪曲線的精確性好。綜合以上所述：選定方案一因?yàn)楣の晃恢帽仨毦_，這直接影響工件的質(zhì)量，而方案一可以達(dá)到這一要求。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

8、凸輪機(jī)構(gòu)。五、機(jī)械運(yùn)動方案簡圖（此圖由AutoCAD制圖）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，通過帶輪傳動加復(fù)合輪系二級減速將速度降到1.25r/min。一路通過凹槽圓柱凸輪將動能傳遞給主軸箱，完成刀具的進(jìn)、退刀的動作；另一路再通過一個(gè)帶輪將動能傳遞給一個(gè)不完全齒輪嚙合組，通過加速傳遞給槽輪機(jī)構(gòu)，完成工作臺的間歇運(yùn)動。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、機(jī)械運(yùn)動方案的計(jì)算1.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

9、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，維修是否方便由機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況分析得，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要求機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行，結(jié)合市場上提供的電動機(jī)轉(zhuǎn)速及經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)用1200r/min的電動機(jī)。2. 減速器的傳動計(jì)算 由于選定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是1200r/min，而槽輪和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速n=60s/48s=1.25r/min。所以整個(gè)機(jī)構(gòu)傳動比k=1200/1.25=960，故對減速器的功能要求是傳動比為960，為實(shí)現(xiàn)這一傳動比選用了帶輪傳動和復(fù)合輪系共同作用的減速裝置?；谄椒€(wěn)性的考慮，本減速裝置采用二級逐級遞減的減速系統(tǒng)。第一級減速系統(tǒng)采用帶傳動帶輪1（d=30mm）和帶

10、輪2（d=150mm），傳動比為5；第二級開始采用復(fù)合輪系減速，復(fù)合輪系共由四級齒輪組組成，即齒輪1（d=40mm，z=20）和2(d=80mm，z=40)、齒輪3(d=30mm，z=15)和4(d=180mm，z=90)、齒輪5(d=40mm,z=20)和6(d=160mm，z=80)、齒輪7(d=40mm，z=20)和8(d=160mm，z=80)，各齒輪組的傳動比分別為2、6、4、4，即從第一級開始，總傳動比為960，轉(zhuǎn)速由電動機(jī)的1200r/min變到輸出的1.25r/min。帶輪傳動比為i1=150mm/30mm=5，齒輪傳動比i2=80*80*90*40/（20*20*15*20）

11、=192所以，總傳動比為上述計(jì)算表明，所選齒輪的齒數(shù)是符合傳動比要求的，并且傳動機(jī)構(gòu)的外形小巧、結(jié)構(gòu)緊湊，有著非常精確的傳遞性能和較高的實(shí)用性能及較為簡單的工藝加工性能，符合機(jī)械傳動的方案設(shè)計(jì)要求。3. 槽輪的尺寸計(jì)算 結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)的要求，對槽輪各部分尺寸進(jìn)行計(jì)算1. 槽輪槽數(shù)z 按工位要求選擇z=42. 中心距L 選定L=100mm3. 圓銷半徑r 按結(jié)構(gòu)選定為r=10mm4. 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動件的轉(zhuǎn)角 2=905. 槽間角 2=906. 主動件到圓銷中心半徑 R1=173mm7. 槽輪外圓半徑 R2=174mm8. 槽輪槽深 h=67mm9. 運(yùn)動系數(shù) k=1/44.部分齒輪尺寸計(jì)算

12、1. 根據(jù)槽輪運(yùn)轉(zhuǎn)情況選定模數(shù)m m=22. 部分齒輪11的半徑R11=40mm z=203.部分齒輪12的半徑R12=160 z=205. 直動圓柱凸輪的尺寸計(jì)算如圖即為凹槽凸輪的簡圖，由于次凸輪的輪廓曲線為一空間曲線，不能直接在平面上表示，但圓柱面展開為平面后，次凸輪就成為一平面移動凸輪。此時(shí)可以用設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓曲線的方法做出圓柱凸輪的輪廓曲線展開圖。圓柱凸輪的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 ，以反向移動平面凸輪，相對運(yùn)動不變，滾子反向移動后其中心點(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。V-用AutoCAD擬合出位移線圖如下圖所示，凸輪的

13、位移線擬定圓柱凸輪的最大半徑為Rm=50mm，長度L=120mm，則用AutoCAD作出其尺寸輪廓圖，如圖所示： 圓柱凸輪的輪廓圖七、仿真運(yùn)動及圖表分析位移圖表（該圖由solidworks的motion分析得出）速度圖表 （該圖由solidworks的motion分析得出）加速度圖表 （該圖由solidworks的motion分析得出）八、課程設(shè)計(jì)小結(jié)為期10天的課程設(shè)計(jì)到這也就算結(jié)束了，在這10天中，我感覺收獲頗深，從剛開始接到任務(wù)書的迷茫、不知所措，到后來到圖書館、網(wǎng)上、問學(xué)長逐漸了解，再到現(xiàn)在的略懂一二，真正的體會到了課程設(shè)計(jì)的樂趣。通過此次課程設(shè)計(jì)，我也更加喜歡機(jī)械原理這門課，也通過課程設(shè)計(jì)，更好的應(yīng)用了理論課上所學(xué)的知識，在大腦中形成了更深的印象，我想這對以后的工作都有一定的好處；此次課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我獨(dú)立思考，看圖，畫圖，熟練應(yīng)用AutoCAD，UG等常用的畫圖軟件，為以后工作學(xué)習(xí)都打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；另外，通過課程設(shè)計(jì)，我也略微了解了一個(gè)機(jī)構(gòu)從構(gòu)想，到設(shè)計(jì)，到修改，最后到試驗(yàn)出成品的過程，對以后工作學(xué)習(xí)都有一定的幫助；在這10天短短的課程設(shè)計(jì)中，同學(xué)們一起查資料，一起研究方案，選擇機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案，更加加深了同學(xué)們之間的情誼，也讓我們懂得了團(tuán)結(jié)合作的重要性，也讓我們學(xué)會了團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)、分工的技能，而且也培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真思考的良好習(xí)慣。最