四工位專用機床

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1、湖南工業(yè)大學 課程設計 資料袋 機械工程 學院（系、部） 第 二零一零--- 二零一一 學年第 二 學期 課程名稱 機械原理課程設計 指導教師 *** 職稱 教授 學生姓名 ****專業(yè)班級 機械***學號 0940570**** 題 目 四工位專用機床的設計 成 績 起止日期 2011年7月1 日?2011 年 7 月 5 曰 目 錄清單 序號 材料名稱 資料數量 備注 1 課程設計任務書 1 2 課程設計說明書 1 3 課程設計圖紙 張 4 5 6 -1 - 機械原理課程設計

2、 機械原理課程設計 設計說明書 四工位專用機床的設計 起止日期：2011 年7月1 日至2011 年7 月5—日 學 生 姓 名**** 班 級 機械*** 學 號 09405700*** 成 績 指導教師（簽字） 機械工程學院（部） 2011年7月1 日 目錄 0.課程設計任務書 2 1 .設計題目 3 2 .工作原理和工藝動作分解 4 3 .根據工藝動作和協調要求擬定運動循環(huán)圖 5 4 .四工位專用機床的功能分析與設計過程 5 5 .間歇轉動機構與刀具移動機構等主要機構選型 7 6 .機構運動方案的評價和選擇 11 7 .機械

3、傳動系統的速比和變速機構 11 8 .執(zhí)行機構的尺度綜合 12 9 .畫機構運動簡圖 15 10 .參考資料 16 11 .設計總結及感悟 17 -19 - 湖南工業(yè)大學 課程設計任務書 2010 2011 學年第2 學期 機械工程 學院（系、部） 機械類 專業(yè) 091 班級 課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 四工位專用機床的設計 完成期限：自 2成1 年7 月 1日至2011 年7 月 5 日共 1 周 一、設計的任務與主要技術參數 四工位專用機床是在四個工位上分別完成工件的裝卸、鉆孔、擴孔、較空的專用加工設 備。其工藝過程是：主軸箱每

4、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、擴孔和錢孔工作。當主軸箱右移（退回）到刀具離開工件后，工作臺回轉 90o,然 后主軸箱再次左移，這時，每一個工件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、錢、卸等工序。 其余設計參數是： 內 容 及 任 務 1 ）刀具頂端離開工作表面 65mm快速移動送進60mm再勻速 送進60mm（包括5mmZ1具切入量、45mmX件孔深、10mm!!具 切出量，如圖），然后快速返回。行程速比系數 K=1.6; 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 50件/h ;

5、 4）執(zhí)行機構及傳動機構能裝入機體內； 5）傳動系統電機為交流異步電動機，功率 1.5Kw,轉速960r/min 。 二、設計工作量 要求：對設計任務課題進行工作原理和工藝動作分解，根據工藝動作和協調要求擬定運 動循環(huán)圖，進行執(zhí)行機構選型，構思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運 動的總體方案，根據任務書中的技術參數，確定該機械傳動系統的速比和變速機構，作出 機構運動簡圖，對相關執(zhí)行機構的具體尺度進行分析與設計。 要求有設計說明書一份，相關圖紙一至兩張。 （有條件的要求用三維動畫表述） 進 度 安 排 起止日期 工作內容 7.1---7.2 構思該機械運動力某 7.

6、3---7.4 運動分析及作圖 7.5 整理說明書與答辯 主要 經委 [1] 朱理.機械原理[M] . 2版.北京：高等教育出版社，2010.4. [2] 戴娟.機械原理課程設計指導書[M] .北京：高等教育出版社， 2011.1. 資料 指導教師：二 2011年7 月1 日 系（教研室）主任：王菊槐 2011 年7 月1 日 1 .設計題目：四工位專用機床的設計 1.1 設計原理： 四工位專用機床是在四個工位上分別完成工件的裝卸、 鉆孔、擴孔、銀孔工作 的專用加工設備。機床的執(zhí)行動作有兩個：一是裝有工件的回轉工作臺的間歇轉 動；二

7、是裝有三把專用刀具的主軸箱的往復移動 （刀具的轉動由專用電機驅動）。 兩個執(zhí)行動作由同一臺電機驅動，工作臺轉位機構和主軸箱往復運動機構按動作 時間順序分支并列，組合成一個機構系統。 1.2 設計要求： 1）刀具頂端離開工作表面65mm快速移動送進60mm再勻速送進60mm（包括 5mm0具切入量、45mmT件孔深、10mmO具切出量，如圖1-1）,然后快速返回。 行程速比系數K=1.6; 2）刀具勻速進給速度為2mm/§工件裝卸時間不超過10s； 3）機床生產率50件/h ; 4）執(zhí)行機構及傳動機構能裝入機體內； 5）傳動系統電機為交流異步電動機，功率 1.5Kw,轉速9

8、60r/min 。 圖1-1 孔加工示意圖 2 .工作原理和工藝動作分解 2.1 工作原理 專用機床旋轉工作臺有四個工作位置I、H、m、IV （如圖 2-1所示），分 別對應工件的裝卸、鉆孔、擴孔和錢孔。主軸箱上裝有三把刀具，對應于工位R 的位置裝鉆頭，田的位置裝擴孔鉆，IV的位置裝較刀。刀具由專用電動機驅動繞 其自身軸線轉動。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、擴孔和錢孔工作。 2.2 工藝動作分解 當主軸箱右移（退回）到刀具離開工件后，工作臺回轉 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

9、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、錢、卸等工序。由于主軸箱往復一次，在四 個工位上同時進行工作，所以每次就有一個工件完成上述全部工序。 圖2-1專用機床外廓尺寸示意圖 3 .根據工藝動作和協調要求擬定運動循環(huán)圖 擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構執(zhí)行構件動作的先后順序、 相位，以利 于設計、裝配和調試。 根據專用機床的工作過程和規(guī)律擬定的運動循環(huán)圖如下圖 3-1所示： 0 忖7.4 307.4 O O 圖3-1機床的機構運動循環(huán)圖 4 .四工位專用機床的功能分析與設計過程 4.1 機床的功能分析 由上述分析可知，機床的功能分析

10、可作總結如圖 4-1所示: 圖4-1機床的功能分析圖 由機床的功能分析圖可知，其運動有 ：裝載一 旋轉— 鉆孔、擴孔、 錢孔一^卸載，如圖4-2所示： 旋有卡盤 卡盤固定 方架快進 切削 刀架快退 小 圖4-2機床的運動示意圖 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。幾個動作必須協調一致，并按照一定規(guī)律運動。 4.2 機床的設計過程： 實現四工位專用機床的機構應有下面幾種基本功能： ① 在專用機床的裝、卸、鉆、擴、較各個過程中，定位機構要處于停歇狀態(tài)， 故該機構要有五次間歇轉動功能。 ②要滿足定位功能與各個運動功能

11、聯動組合 ③需要主軸箱機構有往復運動 ④需要回轉臺有間歇轉動 ⑤ 我們由生產率求出運動循環(huán)時間 T=72 s，刀具勻速送進60 mmi要時間t=30 s,刀具其余移動時間42 s ?；剞D工作臺靜止時間40 s ,因此足夠工件裝卸 所需時間。 5 .回轉臺間歇轉動機構與主軸箱刀具移動機構等主要機構選型 5.1 主軸箱移動執(zhí)行機構選型 由要求可知，主軸箱移動執(zhí)行要滿足以下運動功能： 5.2 加壓機構應有運動縮小功能 2）機構要有運動轉換功能 3）沖頭是往復運動，故機構要有運動交替功能。 選出如下圖三種方案作為評選方案。 萬案一 方案二的凸輪機構雖能得到理想運

12、動規(guī)律 ，但要是從動件達到設計行程，凸 輪的向徑比較大，于是其運動空間也比較大。 方案三采用曲柄滑塊機構，尺寸較小，結構簡潔，但不滿足理想運動規(guī)律。 方案一，采用圓柱槽輪機構，比較簡單，而且容易控制，運動線路明了，但是 要求槽輪材料能承受沖擊。 綜上所述 選取方案一作為主軸箱執(zhí)行機構比較合適。 5.3 回轉臺間歇轉動機構選型 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，必須將工作臺固 定，

13、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。 有以下三種方 案： 1、采用單銷四槽槽輪機構。具結構圖如下圖所示： 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，剛好實現旋轉 90°的要求。 2、采用棘輪機構，具結構圖如下圖所示： 機構采用曲柄搖桿機構來作為主動件，由運動循壞圖中可知： 1 360 60 一 307 .4 < 1k 36

14、0 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，具結構如下圖所示: 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2700由于沒有齒 嚙合，完全齒輪不轉動，該機構結構簡單，在低速( 0.83r/min )的轉動中可與 忽略齒輪嚙合時的沖擊影響。故也能實現運動規(guī)律。 綜上所訴三個方案中，可根據實際情況進行合理選

15、擇 5.4 主軸箱刀具移動凸輪機構選型 1、運動規(guī)律： 刀具運動規(guī)律：刀具快速進給 60mm勻速進給60mmt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/§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 K=1.6 ,所以可得下列方程： 30+x=2y ⑴ 30+x+y=72 ⑵ ⑴(2)兩個方程聯立可以得出，x=18s , y=24s 因此可以得出如下圖所示的主軸箱刀具運動規(guī)律圖： 快進 勻速 快退 60 240 主軸箱刀具運動規(guī)律圖 2、

16、主軸箱刀具凸輪廓線設計: 0 60° 進刀機構的運動有凸輪的廓線來實現，進刀的方向為安裝凸輪的軸的軸線 方向，根據運動的特性，凸輪選擇圓柱凸輪，按照運動規(guī)律設計其廓線如下： 240。 307.4。 360。圓柱凸輪轉角 主軸箱刀具圓柱凸輪廓線 6 .機構運動方案的評價和選擇 綜上所述主軸箱移動執(zhí)行應選取方案一，因為這種設計比較簡單，而且容易 控制，運動線路非常明了，滿足設計要求。 回轉工作臺應選用單銷四槽槽輪機構，因為這種設計簡單，能準確控制轉角， 工作可靠，機械效率高，與棘輪機構相比工作平穩(wěn)性好， 但是單輪機構行程不可 調節(jié)，轉角不可太小，從主動關系不能互換，啟停有

17、沖突。但是在此設計中相比 其他設計有很強的可執(zhí)行性，故選擇單銷四槽槽輪機構。 7 .機械傳動系統的速比和變速機構 根據生產效率每小時生產50個零件，可以求出生產效率 N為每72秒生 產一個工件?？梢运愠隹倐鲃颖龋? 錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 = 1152 (5-1) 由于傳動比較大故選用皮帶傳動作為第一級減速機構 (因為結構簡單，制 造成本低，維護簡單)用行星齒輪作為第二級減速機構，用直齒圓柱齒輪作為第 三級減速機構。 8 .執(zhí)行機構的尺度綜合 該四工位機床變速機構采用的是定軸輪系減速器，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

18、，傳動效率高，傳動比 精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。定軸輪系減速機構的簡圖如下圖所示: 由圖5-1所示，主動輪1到從動輪8之間的傳動是通過一對對齒輪一次嚙合來實 現的。為此，首先求出該輪系中各對嚙合齒輪傳動比的大?。? i 12=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 （a） i34=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 （b） i56=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 （c） i 78=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 （d） 又因為⑴2=3 3,⑴4=3 5,⑴6=3 7,將上式兩邊分別連乘后得： i 12 i34i56i 78=

19、錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。 專昔誤！未找 到引用源。 錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。 即： i 18=錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找 到引用源。=1152 再根據以上式子，計算出各個齒輪的齒數，主動齒輪為齒輪 1、3、5、7,從動 齒輪為2、4、6、8,如下表5-1所示： 表5-1 各齒輪的基本參數表 齒輪編號 1 2 3 4 5 6 7 8 齒數 10 45 12 64 9 54 6 48 模數 2 2 3 3 3 3 2 2 壓力角 20° 20° 20°

20、20° 20° 20° 20° 20° 四工位的機床是采用圓柱凸輪機構來實現主軸箱的往復運動的。 如圖5-2 （a） 所示為直動從動件的圓柱凸輪機構，（b）圖為圓柱凸輪的輪廓曲線圖。對于圓柱 凸輪機構的設計，如下步驟： 1）以2冗R為底邊作為一矩形表示圓柱凸輪展開后的圓柱面， 如圖所示，圓柱面 勻速回轉運動就變成了展開面的橫向勻速直線運動，且 v=Rw 2）將展開面底邊沿-v方向分成與從動件唯一曲線對應的等分，的反轉后從動件 的位置； 3）在這些位置上量取相應的唯一量 s,得1,2,3. ??一若干點，將這些點光滑的 連接

21、起來得展開面的理論輪廓曲線。 4）以理論輪廓曲線上各點為圓心，一滾子半徑為半徑，做一系列圓。并作滾子 圓的上下兩條包絡線即為凸輪的實際輪廓曲線. □ 3 圖5-2圓柱凸輪機構簡圖及其輪廓曲線圖 附：齒輪2的零件圖 附：單銷四槽槽輪機構pro/e 9

22、.畫機構運動簡圖 根據上述選擇的方案可得如下圖所示的機構運動簡圖: 主軸箱 回轉工作臺 運動分析：電機以960r/min的轉速帶動輪系轉動，在通過回轉工作臺的槽輪 機構的轉動；并在同一時間，再由輪系帶動圓柱凸輪機構，通過之前設計好的圓 柱凸輪，來實現主軸箱的快速送進，勻速工作，再快速退回 10 .參考資料 [1] 朱理.機械原理[M] . 2版.北京：高等教育出版社，2010.4. [2] 戴娟.機械原理課程設計指導書[M].北京：高等教育出版社，2011.1. 11.設計總結及感悟 經過幾天的努力，終于把課程設計做完了。它鍛煉了我查閱資料，進行方 案構思選擇的能力

23、。在設計過程中，按照知道老是發(fā)給我們的資料以及設計要 求，一步一步的設計并完善我們的方案。對指導老師提出需要注意的地方，也 進行了仔細的考慮。雖然時間花得比較多，但最終還是完成了設計。 這次的課程設計，由于理論知識沒有學好，再加上平時沒有什么設計經驗， 剛剛開始的時候，有點不知從何下手的感覺。指導老師也知道我們存在一些問 題，特地花時間來指導我們，解決我們在設計中存在的問題。通過老師的指導， 我們從機床的工作循環(huán)圖出發(fā)，一步一步解決設計中所需的。在對設計任務有 點頭緒之后，回去在自己仔細想了想自己設計的步驟， 把思路理清了之后，就 開始慢慢的結合設計任務書一點一點的慢慢弄。再通過和同學的配合，一起計 算出每一個數據，畫出每一個簡圖，雖然當中有些困難，但在同學的幫助下， 都順利完成了。盡管自己已經付出了很大的努力了， 但難免還是有些疏忽和遺 漏的地方。盡管這樣，但總的來說，我的收獲還是很大的。 這次課程設計，雖然困難重重，鍛煉了我做事要仔細細心，但我更深切的 體會到人與人之間的那種互相協調合作重要性。 另外，在設計過程中，也學習 到了很多以前不知到的東西，或許，我對課本里面的知識有了新的了解了。 通 過設計之后，才知道自己對書本一點都沒了解，對所學的知識不能靈活運用。 這次的課程設計，要感謝我們的銀金光老師，他為我們指點迷津，解決我們設 計中的盲點，使得我們設計更加順利。