四工位专用机床设计.docx

1、江西理工大学应用科学学院毕业设计 目录 一、功能分解和运动分析 3 1. 功能分解 2. 运动分析 二、执行机构选型 6 三、传动机构选型 7 四、机械运动方案的选择 8 五、画出机械运动方案简图 8 1. 机器整体轮廓大小的确定 2. 减速器的传动计算 3. 槽轮的尺寸计算 4. 直动推杆圆柱凸轮的尺寸设计 六、参考文献 11 1 姓名：四工位专用机床 1. 设计任务 1.1 工作原理及工艺动作过程 四工位机床是在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。它的 执行动作有两个：一是装有四工位工件的回转运动；二是装有专用电动机带动三把专用的 主轴箱的刀具转动和移动。 1.2 原始

2、数据和设计要求 (1) 刀具顶端离开工作表面65mm ，快速移动送进60mm 后，再匀速送进60mm （包括 5mm 刀具切入量、 45mm工件孔深、 10mm刀具切入量），然后快速返回，回程和工作行程的平均速 度之比 K=2。 (2) 刀具匀速进给速度为 2mm/s，工件装、卸时间不超过 10s。 (3) 生产率为每小时 75 件。 (4) 执行机构能装入机体内。 1.3 设计方案提示 (1) 回转台的间歇转动可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。 (2) 主轴箱的刀具移动可采用圆柱凸轮机构、移动从动杆盘形凸轮机构、凸轮-连杆机 构、平面连杆机构等。 (3) 由生产率可求出一个

3、运动循环所需时间T=60/(75 60)s=48s, 刀具进送时间 t=60/2s=30s ，刀具其余移动（包括快速送进60mm ，快速返回 120mm ）共需 18s，回转工作 台静止时间为 36s, 因此足够工件装卸所需时间。 2 江西理工大学应用科学学院毕业设计 3 图 1 四工位专用机床动作要求图 四工位专用机床工作台间歇转动 主轴箱进、退刀动作 ( 快进、匀速进给、快退 ) 刀具转动 1. 功能分解和运动分析 1.1 功能分解 通过对设计任务的了解，可以看出，四工位专用机床的加工部分可以分为如下几个 工艺动作： (1) 安装工作台的间歇转动。 (2) 安装刀具的主轴箱应按要求进行静止

4、、快进、进给、快退的工艺动作。 (3) 刀具转动。 画出四工位专用机床的动作要求图。其中4 位置为装卸位置， 1 位置为钻孔位置， 2 位置为扩孔位置， 3 位置为绞孔位置。 如表 1 所示跟据工艺动作推出其工作循环为： 表 1四工位专用机床功能图 该专用要求机床要求三个动作的协调运行，即刀架进给、卡盘旋转和卡盘的定位。要 确保在刀具与工件接触时卡盘固定不动，刀具退出工件到下次工作前完成卡盘旋转动作。 几个动作必须协调一致，并按照一定规律运动。 1.2 运动分析 传动系统电机为交流异步电动机，功率 1.5Kw，转速 960r/min 。通过合适的减速机构 以及轮系机构，使工作台进行每次旋转 9

5、0的间歇运动。 (1) 电动机作为驱动，通过减速器与其他轮系传动将符合要求的转速传递给工作回转台上 姓名：四工位专用机床 4 的间歇机构，使其间歇转动。 (2) 在间歇机构开始一次循环时，安装并夹紧工件，间歇机构从0转至 90。 (3) 间歇机构从 90 转至 180 ，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速送进和快 退）。 (4) 间歇机构从 180 转至 270 ，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速送进和快 退）。 (5) 间歇机构从 270 转至 360 ，主轴箱完成一次工作循环 （快进、刀具匀速和快退） ， 并将加工好的工件取下。 时间/ 秒0 到 1212 到 2424 到 36

6、36到 48 间歇机构运 动情况 匀速旋转 90 度 （0到 12 秒） 静止（ 12 到 48 秒） 主轴箱运动 情况 快进 12秒 匀速送进 60mm （12到 42 秒）快退 （6 秒） 表 2 四工位专用机床执行机构的运动循环 根据专用机床的工作过程可得其运动循环图如下： 图 2 机构运动循环图 江西理工大学应用科学学院毕业设计 5 2. 执行机构选型 根据回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的执行动作和结构特点，可以选择如 表格 4 所示的执行机构： 功能元功能元解（匹配机构） 12345 工作台间 歇运动 圆柱凸轮机 构 蜗杆凸轮间 歇机构 曲柄摇杆棘 轮机构 不完全齿轮 机构

7、槽轮机构 主轴箱移 动 移动推杆圆 柱凸轮 移动推杆盘 形圆柱凸轮 摆动推杆盘 形凸轮与摆 杆滑块机构 曲柄滑块机 构 六杆（带滑 块）机构 表 3执行机构表 由排列组合的原理可以计算得到，共有N=5x5=25种执行机构选择方案。 对于工作台间歇机构的选择， 为了保持传动的平稳和精度， 可以选择槽轮机构和不完 全齿轮机构；而对于主轴箱移动机构的选择，为了保持运动的精度和尽量减少冲击可以选 择移动推杆圆柱凸轮机构和摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。 3. 传动机构选型 选 定 的 电 动 机 转 速n=960r/min ， 而 槽 轮 机 构 以 及 圆 柱 凸 轮 机 构 的 转 速 n=60/

8、48=1.25r/min,整个传动机的传动比为k=768, 故需要分别引入减速机构来满足工作台 间隙运动和主轴箱移动的运动要求 . 根据减速动作的精度和平稳要求，列出常用的减速机构： 功能元解（匹配机构） 功能元 12345 减速器 1带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动 减速器 2带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动 表 4减速机构的形态学矩阵 由排列组合的原理可以计算得到，共有：N=5x5=25种减速机构选择方案。 对于传动机构的选择，考虑到传动的精确性和机构制造工艺的难度高低，减速器常选 带传动、蜗杆传动和齿轮传动。 4. 机械运动方案的选择 四工位专用机床的运动机构组要由三部分组成：驱

9、动机构、传动机构和执行机构。当 姓名：四工位专用机床 6 驱动机构确定的情况下，其机械运动方案类型由传动机构的类型和执行机构的类型决定。 由前面计算的排列组合的原理可得，共有N=25x25=625种运动方案选择。 从这些方案中剔除明显不合理的，再进行综合评价。综合评价的指标为： (1) 是否满足预定的运动要求； (2) 运动链机构的顺序安排是否合理； (3) 运动精确度； (4) 制造难易度； (5) 成本高低； (6) 是否满足环境、动力生产、动力源等限制条件； 根据以上综合评价指标，最后选择蜗杆传动 +涡轮蜗杆减速机构 +槽轮机构 +圆柱凸轮机 构。 5. 画出机械运动方案简图 此方案中，

10、电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮传递给涡轮蜗杆减速 机构，再通过齿轮传递给主轴，主轴分两路传递给执行机构。一路通过齿轮传动将扭矩传 递给槽轮机构，使工作台间歇转动；另一路直接传递给圆柱凸轮机构，带动主轴箱进行静 止、快进、进给、快退的工艺动作。两路传动机构相互配合、相互合作，共同完成额定的 加工功能和加工任务。机构的运动尺寸计算包括机器的整体的轮廓尺寸、各机构的空间相 对位置和各零部件的尺寸大小。对于四工位专用机床，将从整体轮廓、电机选型，减速器 配置，间歇机构、移动控制机构等几个方面对其运动尺寸进行计算和拟定。 5.1 机器整体轮廓大小的确定 根据所学资料初步拟定四工位专用机床

11、的外形尺寸和各机构的大体空间相对位置如 图所示，用以检查并校核其内部执行机构是否能装入机体内，也是作为内部机构尺寸计算 据 图 3机器整体轮廓图 江西理工大学应用科学学院毕业设计 7 5.2 减速器的传动计算 涡轮蜗杆减速机构 z1=1m=5 d=40mm z2=17 z3=1 m=5 d=40mm z4=20 z5=25m=2 z6=45m=2 i16=(z2*z4*z6)/(z1*z3*z5)=765 5.3 槽轮的尺寸计算 图 4 涡轮蜗杆减速机构 槽轮机构的优点是结构简单，制造容易，工作可靠，能准确控制转角，机械效率高。 缺点主要是其在启动和停止时加速度变化大、有冲击，不适合高速转动。

12、结合实际，对槽 轮进行拟定： (1)槽数 z按工位要求选定为4 (2)中心距 a按结构情况确定 a=150mm (3)圆销半径 r 按结构情况确定r=15mm (4)槽轮每次转位时主动件的转角： (5)槽间角： 360 o 2 Z 90 o 2a180（ o 1- 2） z 90 o (6)主 动 件 到 圆 销 中 心 半 径 ： R1asin75 2106mm (7)R1与 a 的比值： R1 sin 2 a2 (8)槽轮外圆R2（acos ）r 2 107mm (9)槽轮槽ha（cos-1） r77.1mm 取 h=80mm图 5槽轮机构简图 (10 ）运动系数：k z-21 2z4 （

13、n=1, n 为圆销数） 2 姓名：四工位专用机床 8 5.4 直动推杆圆柱凸轮的尺寸设计 对于圆柱凸轮的尺寸设计， 其简图如图所示， 由于其轮廓曲线为一空间直线， 不能直 接在平面上表示。但是圆柱面可展开成平面，圆柱凸轮展开后便成为移动凸轮，因此，可 图 6 圆柱凸轮 以用圆盘凸轮轮廓曲线设计的原理和方法，来绘制凸轮轮廓曲线的展开图。 将圆柱外表面展开，得一长度为2r 的平面移动凸轮机构，其移动速度为v=wR，以 -V 方向移动平面凸轮，相对运动不变，滚子反向移动后其中心点的轨迹即为理论轮廓线。 6. 参考文献 1 郑文纬吴克坚. 机械原理（第七版 ).A.北京：高等教育出版社，1997 2邹慧君张青. 机械原理课程设计手册 （第二版 ).A.北京：高等教育出版社， 2000