四工位專用機床課程設計說明書(超詳細)

1、設計任務書設計任務:1 按工藝動作過程擬定機構運動循環(huán)圖2 進行回轉臺間歇機構, 主軸箱道具移動機構的選型, 并進行機械運動方案 評價和選擇3 按選定的電動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)進行機械傳動方案的擬定4 對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸設計5 在 2號圖紙上畫出最終方案的機構運動簡圖6 編寫設計計算說明書設計要求:1 從刀具頂端離開工件表面 65mm 位置, 快速移動送進了 60mm 后, 在勻速 送進 60mm (5mm 刀具切入量, 45mm 工件孔深, 10mm 刀具切出量 ,然后快 速返回?；爻毯凸ぷ餍谐痰乃俦认禂?shù) K=2。2 生產(chǎn)率約每小時 60件。3 刀具勻速進給速度 2mm/s,

2、工件裝、卸時間不超過 10s 。4 執(zhí)行機構能裝入機體內。機械運動方案設計根據(jù)專用機床的工作過程和規(guī)律可得其運動循環(huán)圖如下:該專用機床要求三個動作的協(xié)調運行, 即刀架進給、 卡盤旋轉和卡盤的定位。 其工作過程如下: 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 完成卡盤旋轉動作。幾個動作必須協(xié)調一致,并按照一定規(guī)律運動。機床工作運動模型機械總體結構設計一、原動機構:原動機選擇 Y132S-4異步電動機,電動機額定功率 P=5.5KW,滿載轉速 n=1440r/min。二、傳動機構:傳動系統(tǒng)的總傳動比為 i=n/n6, 其中 n 6為圓柱凸輪所在軸的轉速,即總 傳動比為

3、1440/1。 采用渦輪蝸桿減速機構 (或 外嚙合行星減速輪系 減速 。 三、執(zhí)行部分總體部局:執(zhí)行機構主要有旋轉工件卡盤和帶鉆頭的移動刀架兩部分,兩個運動 在工作過程中要保持相當精度的協(xié)調。因此,在執(zhí)行機構的設計過程中分 為,進刀機構設計、卡盤旋轉機構和減速機構設計。而進刀機構設計歸結 到底主要是圓柱凸輪廓線的設計,卡盤的設計主要是間歇機構的選擇。 在執(zhí)行過程中由于要滿足相應的運動速度,因此首先應該對于原動機 的輸出進行減速。下面先討論減速機構傳動比的確定:由于從刀具頂端離 開工件表面 65mm 位置, 快速移動送進了 60mm 后, 在勻速送進 60mm (5mm 刀具切入量, 45mm

4、工件孔深, 10mm 刀具切出量 ,然后快速返回。要求 效率是60件/小時,刀架一個來回(生產(chǎn)1個工件的時間應該是1分 鐘。 根據(jù)這個運動規(guī)律, 可以計算出電機和工作凸輪之間的傳動比為 1440/1。 兩種方案的傳動比計算,參考主要零部件設計計算。下面討論執(zhí)行機構的運動協(xié)調問題:有運動循環(huán)圖可知,裝上工件之 后,進刀機構完成快進、加工、退刀工作,退后卡盤必須旋轉到下一個工作位置,且在加工和退刀的前半個過程中卡盤必須固定不動,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,于是選擇單銷四槽輪機 構(或棘輪機構、不完全齒輪機構與定位銷協(xié)調解決協(xié)調問題,具體實 現(xiàn)步驟參考“回轉工作臺設計”

5、。由于進刀機構的運動比較復雜,因此要滿 足工作的幾個狀態(tài),用凸輪廓線設計的辦法比較容易滿足。廓線的設計參 考主要零部件設計計算。機械傳動系統(tǒng)設計1、渦輪蝸桿減速器:采用如圖機構,通過渦輪蝸桿加上一個定軸輪系實現(xiàn)了: 2、外嚙合行星齒輪減速器:采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動,實現(xiàn)傳動比: 渦輪蝸桿減速機構機械原理課程設計說明書 3、定軸輪系減速器:采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動,實現(xiàn): 定軸輪系減速機構主要零部件的設計計算一、 減速機構設計:方案一:渦輪蝸桿減速機構 結構圖如下: 1、蝸桿:m=5mm d=40mm(機械原理, p346, 表 10-72、渦輪:(d=mz m=5

6、mm z 2=20 d 2=100mm z 4=36 d 4=180mm 3、齒輪:此齒輪機構的中心距 a=135mm,模數(shù) m=5mm,采用標準直 齒圓柱齒輪傳動, z 5=18,z6=36,ha*=1.0,(d=mz,d5=90mm,d6=180mm 4、傳動比計算:144018=i i i i方案二:外嚙合行星齒輪減速器: 結構圖如下:渦輪蝸桿減速機構圖示 z 1=10, z2=36, z3=18, z4=21, z5=20, z6=17, z7=14, z8=40 傳動比計算:i 18=i12i H6i 78 其中 i 12= -z2 /z1=-36/10i H6=1/i6H18201

7、7211113564636-=-=-=z z z z ii H H所以 3360176=-=-=HH i i又 i 78=-z8/z7=-40/12 所以 14401240336010367861218=-=i i i i H方案三:定軸輪系減速器12345678外嚙合行星輪系減速機構圖示 z 1=17, z 2=51, z 3=12, z 4=60, z 5=12, z 6=72, z 7=13, z 8=52, z 9=12, z 10=48, z 11=48 傳動比計算:i 111=109753111108642z z z z z z z z z z z z =1440 二、圓柱凸輪進刀

8、機構設計:1、運動規(guī)律:刀具運動規(guī)律:刀具快速進給 60mm ,勻速進給 60mm (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/s,由此可得勻速進給的時間為 30s ,設快速進給的時間為 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=2, 所以可得 下列方程:定軸輪系減速機構30+x=2y (1 30+x+y=60 (2(1(2兩個方程聯(lián)立可以得出, x=10s , y=20s 因此可以得出如下圖所示的刀架運動規(guī)律圖: 60° 240°2、凸輪廓線設計:進刀機構的運動有凸輪的廓線

9、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)律設計其 廓線如下: 三、 回轉工作臺機構設計:回轉工作臺的運動規(guī)律:四個工作位置,每個工作位置之間相差 90°,在工作過程中,旋轉 90°,停止定位,進刀加工,快速退刀后,旋轉 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,必須凸 輪 轉 角位 移 刀架運動規(guī)律圖進刀圓柱凸輪廓線將工作臺固定, 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,1、采用單銷四槽槽輪機構。其結構圖如下圖所示: 槽輪機構中,當圓銷沒有進入槽輪的徑向槽時,由于槽輪的

10、內凹鎖止弧被撥盤的外凸鎖止弧卡住, 故槽輪固定不動; 當圓銷進入徑向槽時,鎖止弧 的自鎖段被松開,槽輪在圓銷作用下旋轉,實現(xiàn)了間歇運動。因為卡盤每次 旋轉 90°,所以選擇四槽均布槽輪,剛好實現(xiàn)旋轉 90°的要求。2、采用棘輪機構,其結構圖如下圖所示:機構采用曲柄搖桿機構來作為主動件,有運動循壞圖中可知:3604. 3076036011-+<+k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動時間之間的比例關系,要求棘輪每次旋轉90°,因此搖桿的擺角也為 90°。3、采用不完全齒輪機構,其結構如下圖所示:

11、不完全齒輪的設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 90°,之后的 270°由于 沒有齒嚙合,完全齒輪不轉動,該機構結構簡單,在低速(1r/min的轉動 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。不完全齒輪機構四、 圓柱凸輪定位銷機構設計:由機構運動循環(huán)圖可以看出, 定位銷一共有兩個工作位置, 刀具在與工件接 觸前必須將主軸固定住, 刀具離開工件后到再次接觸前(即卡盤旋轉時定 位銷必須拔出。 由于本機床中采用了槽輪機構,該機構有固定功能, 定位銷 的主要作用是輔助定位,起保險作用!其結構圖如下圖

12、所示 307.4°397.4°定 位 圓 柱 凸 輪 轉 角位 移輔助凸輪廓線執(zhí)行機構和傳動部件的機構設計一、方案設計根據(jù)該機床包含兩個執(zhí)行機構, 即主軸箱移動機構和回轉臺的回轉機構。 主 軸箱移動機構的主動件是圓柱凸輪,從動件是刀架,行程中有勻速運動段 (稱工 作段 ,并具有急回特性。要滿足這些要求,需要將幾個基本機構恰當?shù)亟M合在 一起來滿足上述要求。實現(xiàn)上述要求的機構組合方案可以有許多種。1、減速機構的方案有:、渦輪蝸桿減速機構、外嚙合行星輪系減速機構、定軸輪系減速機構2、刀架規(guī)律性運動的方案有:、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動:、盤型凸輪尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動3、回轉工作

13、臺回轉機構方案:、單銷四槽槽輪機構、棘輪機構、不完全齒輪機構4、定位銷方案:采用圓柱凸輪機構實現(xiàn)二、方案比較 、減速機構1、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。采用蝸桿傳動的主要原因有:、傳動平穩(wěn),振動、沖擊和噪聲均較小;、能以單級傳動獲得較大的傳動比,故結構比較緊湊;、機構返行程具有自鎖性;本方案通過較為簡單的渦輪蝸桿機構實現(xiàn)了:min /1r min /1440r n =主軸 電機n的大傳動比。滿足了機構要求的性能指標,而且結構緊湊,節(jié)約空間。本方案存 在的不足:由于渦輪蝸桿嚙合齒間的相對滑動速度較大,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

14、。磨損也較嚴重。 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。2、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, 采用齒輪機構的原因是其在各種機構中的運用比較廣泛, 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。方案中齒輪系為復合輪系,實現(xiàn)了:min /1r min /1440r n =主軸 電機n的大傳動比。 且具有較高的傳動效率。 本方案中存在的不足是,齒輪機構結構不 夠緊湊,占用空間較大。3、 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,

15、 所選輪系為定軸輪系, 采用該機 構的原因是運用廣泛,制造過程簡單,成本較低, 并且具有功率范圍大, 傳動效機械原理課程設計說明書 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： n 電機 n 主軸 = 1440r / min 1r / min 的大傳動比。本方案中存在的不足是，齒輪機構結構不夠緊湊，占用空間較大。 、刀架規(guī)律性運動機構 1、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動： 該方案采用圓柱凸輪機構和連桿機構串聯(lián)組成，采用凸輪機構，是因為該機 構只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律， 而且機構簡單緊湊，但其不足在于凸輪廓線與推

16、桿之間為點，線接觸，易磨損。 2、盤型凸輪尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動： 使用盤行凸輪機構首先需要加圓錐齒輪等機構將軸的傳動方向轉變， 然后設 計凸輪的廓線。此方案中凸輪的廓線設計中，其導程是旋轉角度的函數(shù)，在計算 中難求得精確導程，因此凸輪廓線設計較復雜。故不考慮此方案。 、回轉工作臺回轉機構 1、單銷四槽槽輪機構 該方案采用槽輪機構， 是因為該機構構造簡單， 外形尺寸小， 其機械效率高， 并能較平穩(wěn)地，間歇地進行轉位。本方案中的不足在于在槽輪機構的傳動過程中 往往存在著柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。此機床中屬于低速旋轉，因 此槽輪機構能夠滿足要求。 2、棘輪機構 該方案采用棘輪機構，是因為

17、該機構的結構簡單，制造方便，運動可靠，而 - 16 - 機械原理課程設計說明書 且棘輪軸每次轉過的角度可以在較大的范圍內調節(jié)， 與曲柄搖桿機構配合使用使 其具有急回特性。本方案中的不足在于棘輪機構在工作時有較大的沖擊和噪音， 而且運動精度較差， 常用于速度較低和載荷不大的場合。 此機床中屬于低速旋轉， 沖擊可以忽略，對于精度要求不是太高，因此該機構能夠滿足要求。 3、不完全齒輪機構： 該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動，此機構結構簡單，加工安裝容易 實現(xiàn)，由于其中含標準件，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。此機構的不足是由于在進入嚙合時有沖擊，會產(chǎn)生噪聲，齒輪在磨

18、損過程中會對精度有一定影響。但是對于低速旋轉機構，此機構能夠滿足使用要 求。 、圓柱凸輪定位銷機構 該方案采用圓柱凸輪機構和連桿機構串聯(lián)組成，采用凸輪機構，是因為該機 構只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律， 而且機構簡單緊湊。本方案中主要存在的不足在于凸輪廓線與推桿之間為點，線 接觸，易磨損。 - 17 - 機械原理課程設計說明書 最終設計方案和機構簡介 一、 方案選擇： 經(jīng)過方案分析與比較，該機構最終選擇如下方案組合： 1、 電機選擇 Y132S-4 型異步電動機。 該電動機額定功率 P=5.5KW,滿載轉 速 n=1440r/min。扭矩和功率均能滿足工作要求。 2、傳動、減速機構采用蝸輪蝸桿減速機構。蝸輪蝸桿的最大優(yōu)點就是能 實現(xiàn)大傳動比，結構緊湊，占用空間較小，傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲 均較小， 并且反行程能自鎖。 使用該機構對于機床的支撐外型和外觀造型 設計有很大優(yōu)勢。 3、進刀方案選擇圓柱凸輪進刀。使用圓柱凸輪的主要原因是設計方便， 通過廓線的設計可以完成比較復雜的進刀動作， 圓柱凸輪的廓線較盤形凸 輪簡單，操作方便。 4、卡盤轉動選擇不完全齒輪機構。該機構結構