四工位專用機床運動方案設計

1、一、設計題目：1二、設計條件和要求：11、設計介紹：12、方案設計與選擇23、設計任務與內容2三、原始參考數據3四、機械運動設計方案的擬定31、圓柱凸輪運動方案32、齒輪凸輪運動方案43、凸輪連桿運動方案54、執(zhí)行機構的選型65、機械運動方案選擇7五、機構的組合方式8六、機械運動循環(huán)圖81、運動分析8七、機械運動簡圖9八、主要零部件尺寸的計算91、槽輪機構:92、圓柱凸輪的尺寸設計：113、減速器的傳動計算：11九、課設心得12十、參考文獻13一、設計題目：四工位專用機床運動方案設計二、設計條件和要求：1、設計介紹：四工位專用機床是在四個工位上分別完成相應的裝卸工件、鉆孔、擴孔、鉸孔工作。它的

2、執(zhí)行機構有兩個：一是裝有四工位工件的回轉工作臺，二是裝有由專用電機帶動的三把專用刀具的主軸箱。主軸箱每向左移動送進一次，在四個工位上分別完成相應的裝卸工件、鉆孔、擴孔、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，然后主軸箱再次左移。很明顯，對某一個工件來說要在四次循環(huán)后完成裝、鉆、擴、鉸、卸等工序。但對專戶門機床來說，一個循環(huán)就有一個工件完成上述全部工序。 圖一：四工位專用機床圖2、方案設計與選擇1） 回轉臺的間歇轉動，可采用槽輪機構、不完全齒輪機構、凸輪式間歇運動機構。 2） 主軸箱的往復移動，可采用圓柱凸輪機構、移動從動件盤形凸輪機構、凸輪連桿機構、平面連桿機構等。 3）

3、由生產率可求出一個運動循環(huán)所需時間T=48s，刀具勻速送進60mm所需時間t勻=30s，刀具其余移動（包括快速送進60mm，快速返回120mm）共需18s?；剞D工作臺靜止時間為40s，因此足夠工件裝卸所需時間?；剞D工作臺作單向間歇運動，每次轉過90度。主軸箱作復移動，在工作行程中有快進和慢進兩段，回程具有急回特性。3、設計任務與內容1） 按工藝動作過程擬定運動循環(huán)圖。 2） 進行回轉臺間歇轉動機構、主軸箱刀具移動機構的選型。并進行機械運動方案的評價和選擇。 3） 根據電機參數和執(zhí)行機構運動參數進行傳動方案的擬訂。 4） 畫出機械運動方案圖（CAD、A2），凸輪輪廓圖（手工、A3）。 5） 機械

4、傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構的尺度計算。 6） 編寫設計說明書。（用A4紙張，封面用標準格式）三、原始參考數據1、 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，如右圖所示），然后快速返回?；爻毯瓦M程的平均速度之比K=2。 2、刀具勻速進給速度為2mm/s，工件裝卸時間不超過10s。 3、 機床生產率每小時約75件。 4、執(zhí)行機構及傳動機構能裝入機體內。 5、傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率1.5Kw，轉速960r/min。四、機械運動設計方案的擬定1、圓柱凸輪運動方案電動機作為驅動機構，將動能傳給帶輪，通過帶輪分

5、兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機構，一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給槽輪機構，使工作臺做間歇運動。另一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給移動推桿圓柱凸輪機構，是主軸箱完成進、退刀的動作。兩路傳動機構相互配合，相互作用，共同完成加工任務。 圖二：圓柱凸輪運動方案 電動機作為驅動機構，將動能傳給帶輪，通過帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機構，一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給槽輪機構，使工作臺做間歇運動。另一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給移動推桿圓柱凸輪機構，是主軸箱完成進、退刀的動作。兩路傳動機構相互配合，相互作用，共同完成加工任務。2、齒輪凸輪運動方案輪齒（齒）齒輪上的每一個用于嚙合的凸起部分。一般說來，這些凸起部分呈輻射狀排列。

6、配對齒輪上輪齒互相接觸，導致齒輪的持續(xù)嚙合運轉。 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。 基圓形成漸開線的發(fā)生線在其上作純滾動的圓。 分度圓在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓，對于直齒輪，在分度圓上模數和壓力角均為標準值。 齒面輪齒上位于齒頂圓柱面和齒根圓柱面之間的側表面。 齒廓齒面被一指定曲面（對圓柱齒輪是平面）所截的截線。 齒線齒面與分度圓柱面的交線。 端面齒距pt相鄰兩同側端面齒廓之間的分度圓弧長。 模數m齒距除以圓周率所得到的商，以毫米計。 圖三:

7、齒輪凸輪運動方案 電動機作為驅動機構，將動能傳給帶輪，通過帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機構。一路是經過行星輪系傳遞給工作臺。另一路通過連桿帶動齒輪，齒輪使凸輪工作，進而使主軸箱做進、退刀的動作。3、凸輪連桿運動方案電動機作為驅動機構，將動能傳遞給帶輪，通過帶輪分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機構。一路通過齒輪傳動將扭矩傳遞給不完全齒輪機構，使工作臺做間歇運動。另一路通過行星輪系減速后將扭矩傳遞給擺動推桿盤型凸輪與擺桿滑塊機構，使主軸箱完成進、退刀的動作。兩路傳動機構相互配合，相互合作，共同完成額定的加工功能和加工任務。 圖四：凸輪連桿運動方案4、執(zhí)行機構的選型（1）回轉臺間歇運動機構方案方案一：不完全齒輪

8、機構。它是由齒輪機構演變而得到的一種間歇轉動機構，即在主動輪上制作出一部分齒，并根據運動時間與停歇時間的要求，在從動輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。當從動輪做連續(xù)回轉運動時，從動輪做間歇回轉運動。不完全齒輪的結構簡單，制造容易，工作可靠，設計時從動輪的運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內變化。其缺點是有較大沖擊，故質疑與低速，輕載場合。方案二：槽輪機構。槽輪機構的結構簡單外形尺寸小，機械效率高，并能較平穩(wěn)的、間歇地進行轉位。但因轉動時尚存在柔性沖擊，故常用于速度不高的場合。（2）主軸箱刀具移動機構方案 方案一：凹槽圓柱凸輪機構。當具有凹槽的圓柱凸輪回轉時，其凹槽的側面通過嵌與凹槽中的滾子迫使連

9、接與主軸箱連接的趕一起運動，進刀和退刀的運動規(guī)律則決定于凹槽曲線的形狀凸輪機構的最大優(yōu)點是只要適當的設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，而且響應快速，機構簡單緊湊。凸輪機構的缺點是凸輪廓線與推桿之間為點、線接觸，易磨損，凸輪制造困難。方案二：凸輪連桿機構。是經過電動機帶動傳動帶及齒輪減速后由齒輪推動于主軸箱連接的連桿，從而使主軸箱隨凸輪決定的運動規(guī)律運動，但機構中與主軸箱相連的連桿尺寸過大，不能適合的置于機箱內。方案三：盤形凸輪機構。是經過電動機帶動傳動帶及齒輪減速后由齒輪機構直接帶動及齒輪減速后，有齒輪機構直接帶動的，因而其運動角速度是常量。但因為其凸輪處于機床箱外部，

10、并且其返程機構復雜。（3）傳動機構的選型選定電動機的轉速n=960/min，而槽輪機構的轉速N=60/48=1.25r/min，整個機構的傳動比k=768,故需要分別引入減速機構來滿足工作臺間隙運動和主軸箱移動的運動要求。5、機械運動方案選擇（1）從方案中剔除明顯不合理的，在進行綜合評價。評價指標為：是否滿足預訂的運動要求；運動鏈機構的順序安排是否合理；運動精確度；制造難易；成本高低；是否滿足要求、動力源、生產環(huán)境等限制條件；根據以上評價指標評定，選擇方案1。1、傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率1.5Kw，轉速960r/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

11、構。蝸輪蝸桿的最大優(yōu)點就是能實現大傳動比，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放便，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、卡盤轉動選擇單銷四槽槽輪機構。該機構結構簡單，較之其他機構加工安裝容易實現，有精確的傳動比，所以在工作過程中精度較高。還有使用該機構最大的優(yōu)點是傳動比具有可分性，在中心距發(fā)生變化的情況下傳動比也能保持不變，保證了機床精度。五、機構的組合方式槽輪機構+移動推桿圓柱凸輪機構+帶傳動

12、+行星傳動六、機械運動循環(huán)圖時間（秒）012122424363648間歇機構運動情況勻速旋轉90度靜止主軸箱運動情況快進2秒勻速送進60mm（232秒）快退（16秒）表一：四工位專用機構運動循環(huán)圖1、運動分析傳動系統(tǒng)電機為交流異步電動機，功率1.5Kw，轉速960rmin。則四工位專用機床的一個周期內的詳細運動情況為：電動機作為驅動，通過減速器與其他輪系傳動將符合要求的轉速傳遞給工作回轉臺上的間歇機構，使其做間歇運動。在間歇機構開始一次循環(huán)時，安裝并夾緊工件，間歇機構從轉至。間歇機構從轉至，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具勻速送進和快退）。間歇機構從轉至，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具勻

13、速送進和快退）。間歇機構從轉至，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進、刀具勻速送進和快退）。七、機械運動簡圖 圖五：運動簡圖八、主要零部件尺寸的計算1、槽輪機構:槽輪機構的優(yōu)點是結構簡單，制造容易，工作可靠，能準確控制轉角，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。結合槽輪自身的特點和本課題的設計需求，對照如圖所示，對其尺寸 進行詳細設計和擬定。 圖六：槽輪機構1）槽數z 按工位要求選定為42）中心距a 按結構情況確定a=150mm3）圓銷半徑r 按結構情況確定r=15mm4）槽輪每次轉位時主動件的轉角 2a=180(1-2/Z)=5) 槽間角 2b=360/

14、Z=6）主動件到圓銷中心半徑R1= a sinb=75= 106mm7）R1與a的比值 l=R1/a= sinb=/28）槽輪外圓半徑R2=107mm9）槽輪槽深 h>=a(l+cosb-1)+r=77.1mm 取h=80mm10）運動系數 k=(Z-2)/(2Z)=1/4 (n=1,n為圓銷數)2、圓柱凸輪的尺寸設計：由于其輪廓曲線為一空間曲線， 不能直接在平面上表示。但是圓柱面可展開成平面，圓柱凸輪展開后便成為平面 移動凸輪。因此，可以用盤形凸輪輪廓曲線設計的原理和方法，來繪制圓柱凸輪 輪廓曲線的展開圖。將圓柱外表面展開，得一長度為2pR的平面移動凸輪機構，其移動速度為V=wR,以V

15、 反向移動平面凸輪，相對運動不變，滾子反向移動后其中心點的 軌跡即為理論輪廓線，其內外包絡線為實際輪廓線。 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 其進行設計。 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、減速器的傳動計算：選定電動機的轉速n=960r/min,而槽輪機構和圓柱凸輪機構的轉速n1=60/48=1.25r/min,整個傳動機構的傳動比為K=768,故對于減速器的功能要求為其傳動比為768，其中，各輪齒數擬定為：Z1=32，Z2=13, Z2=24，Z3=59,考慮到其所占空間模數可取m=3,采用正常齒制。 圖九：行星輪系傳動機構圖 該機構的傳動比：iH/13=(W1-WH)/(W3-WH)=(W1-WH)/(-WH)=(Z2Z3)/(Z1Z2)=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=(m/2)(Z1+Z2)=67.5mm則在未安裝外殼時機構