四工位專用機床設計說明書

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1、 課程 設計 目的 掌握四工位機床的運動規(guī)律 設計四工位機床的部機構 課程 設計 要求 ⑴刀具頂端離開工作外表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)行機構及傳動機構能裝入機體。 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。 課程 設計 注意 事項 根據(jù)設計要求〔機床生產(chǎn)率每小時約60件

2、，即1分鐘1件，按設計原理，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 設計 容 四工位專用機床的加工局部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按要求進展靜止，快進，快給，快退的工藝動作。 （3） 刀具轉(zhuǎn)動。 課程 設計 簡要 操作 步驟 1. 功能分解與運動分析 2. 傳動機構選型 3. 執(zhí)行機構選型最終方案確定 4. 機械運動簡圖 5. 機械運動方案計算

3、 課程 設計 心得 體會 經(jīng)過兩周的努力,我終于將機械設計課程設計做完了.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)行機構和帶傳動以及齒輪,蝸桿傳動機構的設計步驟與方法;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)像我們這些學生最最缺少的是經(jīng)歷,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,它需要我們將學過的

4、相關知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的缺乏,以待改良.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 設計 評語 及 成績 評語 成績 指導 教師 〔簽名〕 日期： ： 目錄 1.設計任務3 1.1 工作原理及工藝動作過程3 1.2 原始數(shù)據(jù)及設計要求3 1.3 孔的典型加工工藝及刀具3 2.功能分解與運動分析3 2.1功能分解3 2.2 運動分析3 3.傳動機構選型3 4.執(zhí)行機構選型3 4.1主軸箱方案設計3 4.2工作臺方案設計3 5.最終方案確定3 6.機械運動簡圖3

5、 7.機械運動方案計算3 7.1 運動循環(huán)圖各區(qū)間時間的計算3 7.2 減速器的計算3 7.3 槽輪的尺寸計算3 總結3 參考文獻：3 1.設計任務 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用的主軸箱的刀具轉(zhuǎn)動和水平往復移動。 1.2 原始數(shù)據(jù)及設計要求 ⑴刀具頂端離開工作外表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

6、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)行機構及傳動機構能裝入機體。 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對已有孔進展加工兩大類。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已有孔進展加工的刀具。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，

7、刀齒數(shù)目更多，加工后孔的精度最高可達IT8?？准庸さ毒呤疽鈭D 2.功能分解與運動分析 2.1功能分解 通過對設計任務的了解，可以看出，四工位專用機床的加工局部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按要求進展靜止，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、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ〔如圖2所示〕，分別對應工件的裝卸、鉆孔、擴孔和鉸孔。主軸箱上裝有三把刀具，對應于工位Ⅱ的位置裝鉆頭，Ⅲ的位置裝擴孔鉆，Ⅳ的位置裝鉸刀。刀具由專用電動機驅(qū)動繞其自身

8、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。由于主軸箱往復一次，在四個工位上同時進展工作，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計機構能否裝入機體部。 圖2 專用機床外形及尺寸 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、退刀動作 〔快進、勻速進給、快退〕 刀具轉(zhuǎn)

9、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 工作臺間歇轉(zhuǎn)動 勻速給進 主軸箱進、退刀動作 快退 刀具轉(zhuǎn)動 該機構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 通過減速機構以及輪系機構，使工作臺進展每次旋轉(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，使其間歇轉(zhuǎn)動。 2.在間歇機構開場一次循環(huán)時，安裝并夾緊工件，間歇機構從0°轉(zhuǎn)

10、至90°。 3.間歇機構從 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.間歇機構從 270°轉(zhuǎn)至 360°，主軸箱完成一次工作循環(huán)〔快進、刀具勻速和快退〕，并將加工好的工件取下。 3.傳動機構選型 根據(jù)設計要求〔機床生產(chǎn)率每小時約60件，即1分鐘1件，按設計原理，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。 方案一

11、： 齒輪傳動 如圖 優(yōu)點：構造簡單，設計方便。 缺點：根據(jù)本課程設計要求，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5≤i≤70;構造緊湊；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度的穿插軸傳動。傳動比準確。 缺點：傳動效率較低，一般為，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。 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)，輸入軸與輸出軸同心

12、，輸出軸的轉(zhuǎn)向不僅與主動輪的轉(zhuǎn)向有關，而且與輪系中各齒輪的齒數(shù)有關。主要缺點是構造復雜，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，主軸箱做往復直線運動。實現(xiàn)工作臺單向間歇運動的機構有棘輪機構、槽輪機構、凸輪機構、不完全齒輪機構等，實現(xiàn)主軸箱往復直線運動的機構有連桿機構和凸輪機構等。上述機構的構造、工作原理及特點見參考材料1、2。機構選型應遵循以下原則。 表1 選用執(zhí)行機構的原則與方法 機械運動方案的評價 對上述兩執(zhí)行機構，做其形態(tài)學矩陣，可得到為數(shù)眾多的方案。

13、 工作臺 棘輪 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擬提供最正確方案。一個方案的優(yōu)劣只有通過系統(tǒng)綜合評價來確定。從機構和機械運動方案的選擇和評價要求看，主要應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 機構的功能 1〕運動規(guī)律的型式；2〕傳動精度上下 機構的工作性能 1〕應用圍；2〕可調(diào)性；3〕運轉(zhuǎn)速度；4〕承載能力 機構的動力性能 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

14、 構造緊湊 1〕尺寸；2〕重量；3〕構造復雜性 4.1主軸箱方案設計 方案一 連桿機構 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)過中間構件進展傳遞，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，但其及過程十分復雜，且一般只能近似的滿足要求。所以不能用于本設計。 方案二 凸輪機構 優(yōu)點：可實現(xiàn)高速化，構造緊湊，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運動。應選用方案二，凸輪機構。

15、4.2工作臺方案設計 方案一 采用棘輪機構，其構造圖如下列圖所示： 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： 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 方案二 采用不完全齒輪機構，其構造如下列圖所示： 不完全齒輪機構 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(zhuǎn)90°，之后的270°由于沒有齒嚙合，完全齒輪不轉(zhuǎn)動，該機構構造簡單，在低速〔1r/min〕的轉(zhuǎn)動中可與忽略齒

16、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)前文的表達，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，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，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，完成工作臺的間歇運動。兩路傳動機構相互配合，相互合作，共同完成額定加工功能和加工任務。 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=240mm／60s=4mm／s 因為回程和進程的平均速度之比K=2

17、。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 的行星輪系機構進展詳細設計。 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。 該機構的傳動比 即 齒輪嚙合的最大中心距 則在未裝

18、外殼時機構的寬或高的最大尺寸為: 行星輪系 7.3 槽輪的尺寸計算 槽輪機構的優(yōu)點是構造簡單，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頓時加速度變化大、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 6 所示，對其尺寸進展詳細設計和擬定。 圖6槽輪機構簡圖 總結 經(jīng)過兩周的努力,我終于將機械設計課程設計做完了.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,一次又一次的設計修改這都暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)歷缺乏.剛開場在機構設計時,由于對cad軟件的根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

19、調(diào)試好了.可是我從不同的機架位置得出了不同的結果,令我非?？鄲?后來在錢教師的指導下,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的運動分析有了更進一步的了解.在傳動系統(tǒng)的設計時,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,在動筆之前,先征求了錢教師的意見,然后決定采用帶傳動和二級圓柱齒輪減速器,也就是我的最終設計.至于畫裝配圖和零件圖,由于前期計算比擬充分,整個過程用時不到一周,在此期間,我還得到了許多同學和教師的幫助.在此我要向他們表示最誠摯的意.整個

20、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)行機構和帶傳動以及齒輪,蝸桿傳動機構的設計步驟與方法;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)像我們這些學生最最缺少的是經(jīng)歷,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,它需要我們將學過的相關知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的缺乏,以待改良.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 [3]"機械原理輔導與習題"〔第二版〕申永勝主編清華大學 [4]"C程序設計根底"〔第三版〕譚浩強主編清華大學 [5]"工業(yè)設計機械根底"阮寶湘主編機械工業(yè) [6]"新機構的創(chuàng)造創(chuàng)造"學榮主編 [7]"工程圖學"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