四工位專用機(jī)床課程設(shè)計(jì)

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1、word 目錄 一，功能原理和設(shè)計(jì)要求....................................................................................1 1〕工作原理 2〕設(shè)計(jì)要求 二，功能分解和運(yùn)動(dòng)分析 1〕功能分解 2〕運(yùn)動(dòng)分析 三，擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 四，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型 五，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型 六，機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇 七，機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 八，尺寸計(jì)算 1〕機(jī)器整體輪廓打消確實(shí)定 2〕電機(jī)的選型 3〕減速器的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4〕槽輪的尺寸計(jì)算 5〕直動(dòng)推桿圓柱凸輪的尺寸設(shè)計(jì) 九，機(jī)械

2、運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià)和改良 一，功能原理和設(shè)計(jì)要求 1. 工作原理 四工位專用機(jī)床是在四個(gè)工位上分別完成相應(yīng)的裝卸工件，鉆孔，擴(kuò)孔，絞孔工作，它執(zhí)行動(dòng)作有兩個(gè)：一時(shí)裝有四工位工件的回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)；二十裝有由專用電動(dòng)機(jī)某某的三把專用刀具的主軸箱的刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。 2. 設(shè)計(jì)要求 1〕頂端離開(kāi)工件外表65mm,快速移動(dòng)送進(jìn)了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〕，然后快速返回，回程和工作行程的平均速度只比K=2.

3、 2〕刀具勻速進(jìn)給速度為2mm/s，工件裝，卸時(shí)間不超過(guò)10s. 3〕生產(chǎn)率為每小時(shí)約75件。 4〕執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)裝入機(jī)體內(nèi)。 二． 功能分解和運(yùn)動(dòng)分析 通過(guò)對(duì)工作原理和設(shè)計(jì)要求的分析可知，四工位專用機(jī)床的回轉(zhuǎn)臺(tái)與主軸箱的功能分為一下幾個(gè)動(dòng)作： 1〕安裝工件的回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。 2〕安裝刀具的主軸箱要完成快進(jìn)，勻速進(jìn)給，快速返回幾個(gè)動(dòng)作。 3〕主軸箱上的刀具轉(zhuǎn)動(dòng)切削工件。 2..運(yùn)動(dòng)分析 設(shè)選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160M2—8，其轉(zhuǎn)速n=720r/min，P=5.5km,如此四工位專用機(jī)床的一個(gè)周期內(nèi)的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)情況為：

4、 1)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速裝和其他齒輪系將符合要求的轉(zhuǎn)速傳遞給回轉(zhuǎn)臺(tái)上的間歇機(jī)構(gòu)，使其做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也將符合要求的轉(zhuǎn)速傳遞給主軸箱下的刀具移動(dòng)機(jī)構(gòu)，使其做符合要求的動(dòng)作。 2〕當(dāng)間歇機(jī)構(gòu)開(kāi)始第一次循環(huán)時(shí)，安裝，并加緊工件，間歇機(jī)構(gòu)從0°轉(zhuǎn)至90° 3〕間歇機(jī)構(gòu)從從90°轉(zhuǎn)至180°，主軸完成一次工作循環(huán)〔快進(jìn)，刀具勻速進(jìn)給，快退〕。 4〕間歇機(jī)構(gòu)從180°轉(zhuǎn)至270°，主軸完成一次工作循環(huán)〔快進(jìn)，刀具勻速進(jìn)給，快退〕。 5〕間歇機(jī)構(gòu)從270°轉(zhuǎn)至360°，主軸完成一次工作循環(huán)〔快進(jìn)，刀具勻速進(jìn)給，快退〕，將加工好的工件取下。 三，依據(jù)運(yùn)動(dòng)分析和協(xié)調(diào)要

5、求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 對(duì)于四工位專用機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖主要是確定回轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和主軸箱進(jìn)，退刀的控制機(jī)構(gòu)的先后動(dòng)作順序，以協(xié)調(diào)各執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)作關(guān)系，便于機(jī)器的設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試。下邊用矩形圖的表示方法對(duì)其運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖進(jìn)展擬定。 如圖： 時(shí)間〔秒〕 0→12 12→24 24→36 36→48 間歇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況 勻速旋轉(zhuǎn)90°〔0到12秒〕 靜止〔12到48秒〕 主軸箱運(yùn)動(dòng)情況 快進(jìn)12秒 勻速送進(jìn)60mm(12到42秒〕 快退6秒 四，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型 根據(jù)前述要求，主軸箱刀具應(yīng)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，行程較大，且有一段時(shí)間內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng)〔進(jìn)

6、給階段〕，并有急回特性；回轉(zhuǎn)臺(tái)做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)要求不一定都等得到滿足，但必須保證當(dāng)?shù)毒咦鲞M(jìn)給切削運(yùn)動(dòng)和回程未離開(kāi)工件外表時(shí)，回轉(zhuǎn)臺(tái)靜止未轉(zhuǎn)動(dòng)，這可在運(yùn)動(dòng)鏈中參加運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，從而使兩者的運(yùn)動(dòng)達(dá)到良好的配合。與此出發(fā)構(gòu)思方案。 1，回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案 方案一:槽輪機(jī)構(gòu)。如圖3—1所示槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單外形尺寸小，機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)的，間歇的進(jìn)展轉(zhuǎn)位。但因傳動(dòng)時(shí)尚存在柔性沖擊，故常用于速度不高的場(chǎng)合。 方案二：不完全齒輪機(jī)構(gòu)。如圖3—2所示，它室友齒輪機(jī)構(gòu)演變而得到的一種間歇欲動(dòng)機(jī)構(gòu)。即在主動(dòng)輪上制作出一局部齒，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間的要求，在從動(dòng)輪上做出與主動(dòng)輪輪齒相

7、嚙合的輪齒。當(dāng)從動(dòng)輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從東輪做間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。不完全齒輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，設(shè)計(jì)時(shí)從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間的比例可在較大X圍內(nèi)變化。其缺點(diǎn)是有較大沖擊，故質(zhì)疑與低速，輕載場(chǎng)合。 圖3—1 圖3—2 方案三：棘輪機(jī)構(gòu)。如圖3—3所示，棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，運(yùn)動(dòng)可靠；而且棘輪機(jī)構(gòu)軸每次轉(zhuǎn)過(guò)角度的大小可以在交大的X圍內(nèi)調(diào)節(jié)，這些都是它的有點(diǎn)。其缺點(diǎn)是工作時(shí)有較大的沖擊和噪聲，而且運(yùn)動(dòng)精度較差。所以，棘輪機(jī)構(gòu)常用于速度較低和載荷不大的場(chǎng)合。 2. 主軸箱刀具移動(dòng)機(jī)構(gòu)方案

8、 方案一：凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。如圖3—4所示，當(dāng)具有凹槽的圓柱凸輪回轉(zhuǎn)時(shí)，其凹槽的側(cè)面通過(guò)嵌于凹槽中的滾子迫使連接與主軸箱相連結(jié)的桿一起運(yùn)動(dòng)，是進(jìn)刀和退刀的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如何，如此決定于凹槽曲線的形狀。 凸輪機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿的到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)，線接觸，易磨損，凸輪制造困難。 圖3—3 圖3—4 方案二：盤形凸輪機(jī)構(gòu)。如圖3—5所示，是經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)帶

9、動(dòng)傳動(dòng)帶與齒輪減速后由齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)與齒輪減速后，有齒輪機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)的，因而其運(yùn)行角速度是常量。但因?yàn)槠渫馆喬幱跈C(jī)床機(jī)箱外部，并且其返程機(jī)構(gòu)復(fù)雜。 方案三：凸輪連桿機(jī)構(gòu)。如圖3—6所示，經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶與齒輪減速后由凸輪推動(dòng)與主軸箱相連接的L行連桿，從而使主軸箱隨凸輪決定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。但此機(jī)構(gòu)本身L型連桿尺寸過(guò)大，不能適合的至于機(jī)箱內(nèi)。 圖3—5 圖3—6 3，減速機(jī)構(gòu)方案 方案一：定軸輪系減速器。如圖：3—7 傳動(dòng)比：N電機(jī)/N主軸=720r/min/

10、1r/min 圖3—7 方案二：采用外嚙合行星齒輪減速器。如圖3—8 傳動(dòng)比：N電機(jī)/N主軸=720r/min/1r/min 圖3—8 四，機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案選型 由表列4—1 功能元 功能元解〔匹配機(jī)構(gòu)〕 1 2 3 回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu) 主軸箱刀具移動(dòng)機(jī)構(gòu) 凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 盤裝凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪連桿機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 定軸輪系減速器 外嚙合行星齒輪減速器 由排列組合原理可以計(jì)算得

11、到，共有： N=3*3*2=18 種方案可供選擇。 從這些方案中剔除明顯不合理的在進(jìn)展綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)為： 1〕是否滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求。 2〕運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)的順序安排是否合理； 3〕運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確。 4〕制造難易； 5〕本錢上下。 6〕是否滿足環(huán)境，動(dòng)力源，生產(chǎn)條件等的限制條件； 根據(jù)以上綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后選擇出以下較好的方案：槽輪機(jī)構(gòu)+凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+外嚙合行星輪減速器。 五，畫(huà)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 根據(jù)上網(wǎng)查詢資料和文件初步擬定四工位外形尺寸，畫(huà)出此方案示意圖 此方

12、案中，電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將動(dòng)能傳遞給帶輪，通過(guò)動(dòng)能傳遞給帶輪，通過(guò)帶輪 分兩路將扭矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一路通過(guò)齒輪傳動(dòng)將扭矩傳遞給槽輪機(jī)構(gòu)，是工作臺(tái)作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)；另一路通過(guò)行星輪系減速夠?qū)⑴ぞ貍鬟f給移動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，使主軸箱完成進(jìn)，退刀的動(dòng)作。兩路傳動(dòng)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，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)展運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算包 括機(jī)器的整體的輪廓尺寸、 各機(jī)構(gòu)的空間相對(duì)位置和各 零部件的尺寸大小。對(duì)于四 工位專用機(jī)床，本文將從整 體輪廓、電機(jī)選型、減速器 配置、間歇機(jī)構(gòu)

13、、移動(dòng)控制 機(jī)構(gòu)等幾個(gè)方面對(duì)其運(yùn)動(dòng)尺 寸進(jìn)展計(jì)算和擬定。考慮到 尺寸計(jì)算的難易程度和機(jī)構(gòu) 的加工精度上下，下面將以 方案Ⅰ為對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)其各 組成機(jī)構(gòu)進(jìn)展運(yùn)動(dòng)尺寸的計(jì) 算。 1．機(jī)器整體輪廓大小確實(shí)定 根據(jù)上網(wǎng)查詢的資料和文件初步擬定四工位專用機(jī)床的外形尺寸和各機(jī)構(gòu) 的大體空間相對(duì)位置如圖8 所示，用以檢查并校核其內(nèi)部執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否能裝入機(jī) 體內(nèi)，也是作為內(nèi)部機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算和設(shè)計(jì)的重要參考。 2．電機(jī)的選型 對(duì)于電機(jī)的選擇，主要的參考指標(biāo)有以下幾點(diǎn)： 1 〕原動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、過(guò)載、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、調(diào)速和控制等方面是否滿足要求；

14、 2 〕工作環(huán)境的影響； 3 〕工作是否可靠，操作是否簡(jiǎn)易，維修是否方便； 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(jiǎn)易，維修是否方便 綜合考慮以上因素，并結(jié)合四工位專用機(jī)床的整體輪廓尺寸，選擇型號(hào)為 Y160M 2-8的三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為5.5kW ，最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之 比為2.0，效率85% ，功率因素0.74，轉(zhuǎn)速n = 720r / min 。 3.減速器的傳動(dòng)計(jì)算 選定電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)速n =720r / min ，而槽輪機(jī)構(gòu)和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速 n1=60/48= 1.25r

15、 / min ，整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為k =576 ，故對(duì)于減速器的功能要 求為其傳動(dòng)比為576，根據(jù)《機(jī)械原理》第五章輪系傳動(dòng)的知識(shí)，對(duì)如圖9 所示 的行星輪系機(jī)構(gòu)進(jìn)展詳細(xì)設(shè)計(jì)。 其中，各齒輪擬定為：z1=24,z2=25，z2'=24，z3'=23.考慮到其所占空間的模數(shù)可取m=3,采用正常齒制。 圖6—1行星輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比： I13=w1-wH/w3-wH=w1-wH/-wH=Z2Z3/Z2=575/576 即得w1-wH/-wH=575/576 由此可得iH1=576 齒輪嚙合最大中心距 a 如此在為裝外殼

16、時(shí)機(jī)構(gòu)的寬度活搞的最大尺寸為 Bmax=2amax=2*7305=147mm 上述計(jì)算明確，所選的齒輪齒數(shù)是比擬符合傳動(dòng)比要求的，并且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外形小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，有著非常準(zhǔn)確的傳遞性能與較為簡(jiǎn)單的工藝性能，符合機(jī)械傳動(dòng)的方案設(shè)計(jì)要求。 4，槽輪的尺寸計(jì)算 結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)的要求，如圖6—3所示，對(duì)槽輪各局部尺寸進(jìn)展計(jì)算。 1〕槽數(shù)z 按工

17、位要求定位4 2〕中心距a 按結(jié)構(gòu)情況確定a=150mm 3〕圓銷半徑r 按結(jié)構(gòu)情況確定r=15mm 4)槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角 2α=180°〔1-2/z)=90° 5)槽間角2β=360°/z=90° 6〕主動(dòng)件到圓銷中心半徑 R1=asinβ=75tan45°=106mm 7)R1與a的比值 λ=R1/a=sinβ= 8)槽輪外圓半徑 R2= 9〕槽輪槽深h≥a(λ+cosβ-1)+r=77.1mm 取h=80mm 10)運(yùn)動(dòng)系數(shù) k=z-2/2z=1/4(n=1,n為圓銷數(shù)〕 5. 直動(dòng)圓柱凸輪的尺寸 如圖即為凹槽凸輪的簡(jiǎn)圖〔如圖6—4〕，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(kāi)為平面后，次凸輪就成為一平面移動(dòng)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(kāi)圖。 圖6—4 圓柱凸輪的簡(jiǎn)圖 9 / 9