四工位專用機床設(shè)計說明書

1、課程設(shè)計目的掌握四工位機床的運動規(guī)律設(shè)計四工位機床的內(nèi)部機構(gòu)課程設(shè)計要求刀具頂端離開工作表面65mm，快速移動送進(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，如圖所示），然后快速返回?；爻毯瓦M(jìn)程的平均速度之比為K=2。刀具的勻速給進(jìn)速度為2mm/s工作裝卸時間不超過10s。機床生產(chǎn)效率每小時約60件。執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率1.5KW，轉(zhuǎn)速960r/min。課程設(shè)計注意事項根據(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

2、i=12=960，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，課程設(shè)計內(nèi)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(jìn)行靜止，快進(jìn)，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)選型最終方案確定4. 機械運動簡圖5. 機械運動方案計算課程設(shè)計心得體會經(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,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)

3、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(jìn)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(rèn)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(jìn).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)5

4、1.1 工作原理及工藝動作過程51.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求51.3 孔的典型加工工藝及刀具62.功能分解與運動分析62.1功能分解62.2 運動分析83.傳動機構(gòu)選型84.執(zhí)行機構(gòu)選型94.1主軸箱方案設(shè)計104.2工作臺方案設(shè)計115.最終方案確定126.機械運動簡圖137.機械運動方案計算137.1 運動循環(huán)圖各區(qū)間時間的計算137.2 減速器的計算147.3 槽輪的尺寸計算14總結(jié)16參考文獻(xiàn)：171.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；二是裝有專用電動機帶動三把專

5、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)計要求刀具頂端離開工作表面65mm，快速移動送進(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，如圖所示），然后快速返回?；爻毯瓦M(jìn)程的平均速度之比為K=2。刀具的勻速給進(jìn)速度為2mm/s工作裝卸時間不超過10s。機床生產(chǎn)效率每小時約60件。執(zhí)行機構(gòu)及傳動機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。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1.3 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對已有孔進(jìn)行加工兩大類。麻花鉆是在實體材料上加工孔的常用刀具，加工精度較低。擴孔鉆和鉸刀是用于對

6、已有孔進(jìn)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(dá)IT1011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(dá)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。（5） 安裝刀具的主軸箱應(yīng)按要求進(jìn)行靜止，快進(jìn)，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、

7、（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)于工位的位置裝鉆頭，的位置裝擴孔鉆，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(jìn)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(dāng)主軸箱右移（退回）到刀具離開工件后，工作臺回轉(zhuǎn)90，然后主軸箱再次左移，這時，對其中每一個工件來說，它進(jìn)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、鉸、卸等工序。由于主軸箱往復(fù)一次，在四個工位上同時進(jìn)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)能否裝入機體內(nèi)部。圖2 專用機

8、床外形及尺寸如下表所示根據(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(jìn)、退刀動作（快進(jìn)、勻速進(jìn)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快進(jìn)工作臺間歇轉(zhuǎn)動勻速給進(jìn)主軸箱進(jìn)、退刀動作快退刀具轉(zhuǎn)動 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(jìn)、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(jìn)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

9、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(jìn)、刀具勻速送進(jìn)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(jìn)、刀具勻速送進(jìn)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(jìn)、刀具勻速和快退），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i=12=960，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。

10、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。方案二：蝸輪蝸桿優(yōu)點：傳動比大，一般用作動力傳動時,傳動比5i70;結(jié)構(gòu)緊湊；升角較小時可實現(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(yán)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。方案三：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

11、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

12、輪槽輪凸輪不完全齒輪主軸箱連桿凸輪凸輪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(biāo)，具體見表2。表2 機械運動方案的評價指標(biāo)性能指標(biāo)具體內(nèi)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)用范圍；2）可調(diào)性；3）運轉(zhuǎn)速度；4）承載能力機構(gòu)的動力性能1）加速度峰值；2）噪聲；3）耐磨性；4）可靠性經(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）尺寸；2）重量；3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜性4.1主軸箱方案設(shè)計方案一連桿機構(gòu)優(yōu)點：其運動副元素

13、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(jìn)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。方案二凸輪機構(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)計方案一采用棘輪機構(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： 于是得：K2.2所以極位夾角大

14、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)方案二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) 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270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（1r/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。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

15、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(jìn)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V平=240mm60s=4mms因為回程和進(jìn)程的平均速度之比K=2。所以V回=20mms刀具回退時間t回=120mm20mms=6s刀具快速進(jìn)給時間t快=60mm10mms=6s刀具勻速進(jìn)給時間t勻=60mm2mm/s=30s7.2 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/m

16、in。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(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。 其中，各輪齒數(shù)擬定為為：Z1 =30，Z2 =29，Z2=32，Z3 =33，考慮到其所占空間模數(shù)可取m=4，采用正常齒制。該機構(gòu)的傳動比 i1H=1-i13H=1-Z2Z3Z1Z2=1-29*3330*321960 即 iH1=1i1H=960齒輪嚙合的最大中心距amax=m2z1+z2=4230+29=118mm則在未裝外殼時機構(gòu)的寬或高的最大尺寸為:bmax=2amax=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(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角，

17、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(jìn)行詳細(xì)設(shè)計和擬定。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,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?？鄲?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

18、析有了更進(jìn)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謝意.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(jìn)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(rèn)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