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四工位回转专用组合机床设计【1张图纸】【无明细表】

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关键词：: 四工位回转专用组合机床设计图纸明细表

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四工位回转专用组合机床设计

64页-9100字数+说明书+指导书+任务书+1张CAD图纸

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四工位回转专用组合机床设计说明书.doc

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第1章原始数据及设计要求2

第2章工艺动作分解及机械运动循环圈3

2.1 工艺动作分解3

2.2 机械运动循环圈3

第3章机构选型和机械运动方案的确定4

3.1 机构选型4

3.2 机械运动方案的确定4

第4章机械传动系统速比和变速机构5

第5章机械运动方案简图6

第6章对机械传动系统和各机构的尺度计算7

6.1 计算各级传动效率、转速、功率及转矩7

6.2 带传动设计8

6.3 齿轮传动设计11

6.4 行星轮系传动设计21

6.5 槽轮机构设计25

6.6 圆柱凸轮机构设计27

6.7 各级轴的设计29

6.8 床身及主轴箱设计35

第7章各机构零件的三维建模38

7.1 轴I零件建模38

7.3 轴III零件建模42

7.4 轴IV零件建模43

7.5 轴V零件建模45

7.6 轴VI零件建模46

7.7床身级其他零件建模47

第8章装配50

8.1 轴I装配50

8.2 轴II装配53

8.3 轴III装配54

8.4 轴IV装配54

8.5 轴V装配55

8.6 轴VI装配55

8.7 整体装配56

第9章运动仿真57

9.1 添加连杆57

9.2 添加运动副58

9.3 设置运动59

9.4 运动规律仿真59

第10章仿真结果与分析60

10.1 主轴箱运动分析60

10.2 工作台运动分析62

参考文献64

原始数据及设计要求

　　　(1) 刀具顶端离开工件表面65mm(图1)，快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60 mm(前5mm为刀具接近工件时的切入量，工件孔深45mm，后10mm为刀具切出量)，然后快速返回。回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)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) 生产率为每小时约75件。

　　　(4) 执行机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图1。

(5) 传动电机转速为1000r/min，功率为1.5Kw。

四工位专用机床设计

（一）、工作原理及工艺动作

　　　四工位专用机床的工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置(图1)，工位Ⅰ是装卸工件，Ⅱ是钻孔，Ⅲ是扩孔，Ⅳ是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位Ⅱ的位置装钻头，Ⅲ的位置装扩孔钻，Ⅳ的位置装铰刀。刀具由专用电机带动绕其自身的轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，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。当主轴箱右移(退回)到刀具离开工件后，工作台回转90o，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。

　　　因此，四工位专用机床的执行动作有两个：一是回转台的间歇转动，二是主轴箱的刀具转动和移动。

（二）、原始数据及设计要求

(2) 刀具匀速进给速度为2mm/s；工件装、卸时间不超过10s

(3) 生产率为每小时约75件。

　　(4) 执行机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图1。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 专用机床外形及尺寸

（三）、方案设计提示

回转台的间歇转动可以采用棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动、不完全齿轮机构等，此外，还可采用某些组合机构。

主轴箱的刀具往复移动，可以采用平面连杆机构、圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮—连杆组合机构等。

回转台的间歇转动和主轴箱的刀具往复移动，两套机构均由一个电机带动，故工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。

由生产率可以求出一个运动循环所需的时间T=3600/75 = 48 s，刀具匀速送进60 mm所需时间vt1=60/2=30 s，刀具其余移动时间共需18 s，回转工作台静止时间为36 s，因此足够工件装卸的时间。

工作台回转以后是否有可靠的定位功能，主轴箱往复运动的行程在120mm以上，所选机构是否能在给定空间内完成该运动要求。

机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下，传动链尽可能短，且制造、安装简便。

加工对象的尺寸变更后，是否有可能方便地进行调整或改装。

（四）、设计任务及要求

根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；

进行回转台的间歇转动机构、主轴箱的刀具往复移动机构的选型；

机械运动方案的评定和选择；

根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并画出传动方案图；

对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；

对执行机构进行运动分析，画出运动线图；

画出机械运动方案简图；

垫圈内径检测装置机（5人）

（一）、设计题目及原始数据

　　　设计垫圈内径检测装置，检测钢制垫圈内径是否在公差允许范围内。被检测的工件由推料机构送入后沿一条倾斜的进给滑道连续进给，直到最前边的工件被止动机构控制的止动销挡住而停止。然后，升降机构使装有微动开关的压杆探头下落，检测探头进入工件的内孔。此时，止动销离开进给滑道，以便让工件浮动。

　　　检测的工作过程如图1 所示。当所测工件的内径尺寸符合公差要求时（图1a），微动开关的触头进入压杆的环形槽，微动开关断开，发出信号给控制系统（图中未给出），在压杆离开工件后，把工件送入合格品槽。如工件内径尺寸小于合格的最小直径时（图1b），压杆的探头进入内孔深度不够，微动开关闭合，发出信号给控制系统，使工件进入废品槽。如工件内径尺寸大于允许的最大直径时（图1c），微动开关仍闭合，控制系统将工件送入另一废品槽。

　　　　　　　　　1—工件 2—带探头的压杆 3—微动开关

　　　　　　　　a)内径尺寸合格 b)内径尺寸太小 c)内径尺寸太大

　　　　　　　　　　　　　　　图1 垫圈内径检测过程

　　具体设计要求见下表13。

　　　平垫圈内径检测装置设计数据表

方案号被测钢制平垫圈尺寸电动机转速

r/min每次检测时间

公称尺寸mm内径

mm外径

mm厚度

A1010.520214405

B1213242.514406

C202137314408

D30315649608

E363766596010

（二）、设计方案提示

　　1.由于止动销的动作与压杆升降动作有严格的时间匹配与顺序关系，建议考虑使用凸轮轴解决这个问题。

　　2.推料动作与上述两个动作的时间匹配不特别严格，可以采用平面连杆机构，也可以采用间歇机构。

（三）、设计任务及要求

1.要求设计该检测装置的推料机构、控制止动销的止动机构、压杆升降机构。一般应包括凸轮机构、平面连杆机构以及齿轮机构等常用机构。该装置的微动开关以及控制部分的设计本题不作要求；

2.设计垫圈内径检测装置的传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；

3.画出机器的机构运动方案简图和运动循环图；

4.设计平面连杆机构。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图；

5.设计凸轮机构。确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮廓线值，校核最大压力角与最小曲率半径。绘制凸轮机构设计图；

6.设计计算齿轮机构；　　　

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内容简介：: 重庆理工大学毕业设计（论文）任务书题目四工位专用机床设计（任务起止日期 2010年 11 月日 2011年 6 月日）应用技术学院机械设计制造及其自动化（数控）专业 107214801 班学生姓名周倍羽学号 10721480147 指导教师张晋西系主任二级学院院长课题内容设计一专用机床的机构，完成需要的四个工位。课题任务要求1. 拟机床机构设计方案。2. 在绘制装配图。3. 绘零件图。4. 完成论文等工作。主要参考文献（由指导教师选定）1 典型零件机械加工（工艺与实例）陈家芳顾霞琴主编上海科学技术出版社2 机械制造工艺与装备倪森寿主编化学工业出版社3 机床数控技术与编程于超杨玉梅郭建烨编著国防工业出版社4 SolidWorks及COSMOSMotion机械仿真设计清华大学出版/张晋西等2007年1月。6SolidWorks2005中文版基础及应用教程/陈涉等编著 . 北京：电子工业出版社,2005.7同组设计者注：1、任务书由指导教师填写；2、任务书在第七学期第15周前下达给学生。学生完成毕业设计（论文）工作进度计划表序号毕业设计（论文）工作任务工作进度日程安排周次123456789101112131415161718 1查阅机床机构设计资料2用软件建立模型3机构方案设计4绘制工程图5完成论文写作，准备答辩注：1、此表由指导教师填写；2、此表每个学生一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3、进度安排用“”在相应位置画出。毕业设计（论文）阶段工作情况检查表时间第一阶段（撰写开题报告、外文翻译、文献综述）第二阶段（论文初稿撰写或方案设计）第三阶段（论文终稿或图纸绘制）内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查情况教师签字签字日期签字日期签字日期注：1、此表由指导教师认真填写（要求手写）；2、“组织纪律”一栏根据学生具体执行情况如实填写；3、“完成任务情况”一栏按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写；4、对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出警告或不能参加答辩的建议。重庆理工大学毕业论文四工位专用机床机构设计第1章原始数据及设计要求2第2章工艺动作分解及机械运动循环圈32.1 工艺动作分解32.2 机械运动循环圈3第3章机构选型和机械运动方案的确定43.1 机构选型43.2 机械运动方案的确定4第4章机械传动系统速比和变速机构5第5章机械运动方案简图6第6章对机械传动系统和各机构的尺度计算76.1 计算各级传动效率、转速、功率及转矩76.2 带传动设计86.3 齿轮传动设计116.4 行星轮系传动设计216.5 槽轮机构设计256.6 圆柱凸轮机构设计276.7 各级轴的设计296.8 床身及主轴箱设计35第7章各机构零件的三维建模387.1 轴I零件建模387.3 轴III零件建模427.4 轴IV零件建模437.5 轴V零件建模457.6 轴VI零件建模467.7床身级其他零件建模47第8章装配508.1 轴I装配508.2 轴II装配538.3 轴III装配548.4 轴IV装配548.5 轴V装配558.6 轴VI装配558.7 整体装配56第9章运动仿真579.1 添加连杆579.2 添加运动副589.3 设置运动599.4 运动规律仿真59第10章仿真结果与分析6010.1 主轴箱运动分析6010.2 工作台运动分析62参考文献64第1章原始数据及设计要求(1) 刀具顶端离开工件表面65mm(图1)，快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60 mm(前5mm为刀具接近工件时的切入量，工件孔深45mm，后10mm为刀具切出量)，然后快速返回。回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)K2。(2) 刀具匀速进给速度为2mm/s；工件装、卸时间不超过10s(3) 生产率为每小时约75件。(4) 执行机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图1。 (5) 传动电机转速为1000r/min，功率为1.5Kw。第2章工艺动作分解及机械运动循环圈2.1 工艺动作分解本四工位专用机床主要有两个执行构件回转工作台和主轴箱。回转工作台作间歇转动，主轴箱作来回移动。由生产率可求出一个运动循环所需时间：刀具匀速送进60mm所需时间，刀具其余移动内（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需18s。回转工作台截止时间为36s，因此足够工件的装、卸所需时间。2.2 机械运动循环圈其机械运动循环情况如表所示。表机械运动循环情况执行构件运动情况刀具主轴箱工作行程返回行程刀具在工件外刀具在工件内刀具在工件外回转工作台转位静止转位第3章机构选型和机械运动方案的确定3.1 机构选型四工位专用机床的主轮箱往复移动机构和回传工作台间歇运动机构可由下表所列来选择。表四工位专用机床机构的选择情况刀具（主轴箱）圆柱凸轮机构移动从动件盘形凸轮机构凸轮一连杆机构平面连杆机构工件回转工作台间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构3.2 机械运动方案的确定根据表所列的机构形态矩阵，可以组合成的四工位专用机床的机械运动方案有12种。不完全齿轮机构冲击性大，容易引起振动；凸轮式间歇运动机构不易定位，需要单独设计都能够为机构；槽轮机构结构简单，又实现了工作台的回转定位，其冲击性相对较小，所以工作台的回转机构采用槽轮机构。另外，由于两个执行机构之间有严格的运动关系，并且机床主轴箱有确定的运动规律，所以主轴箱往复移动机构选用圆柱凸轮机构，容易保证主轴箱的运动规律。第4章机械传动系统速比和变速机构主驱动电机功率为1.5KW、转速为1000rmin。由生产率要求，主轴箱移动机构和回转工作台间歇运动机构的主动件转速为1.25rmin。因此机械传动系统的总传动比为：，其传动系统采用四级：第一级V带传动（=4）、第二级用行星轮系传动（=25）、第三级用直齿圆柱齿轮传动（=4）、第四级采用直齿圆柱齿轮传动（）。第5章机械运动方案简图主轴箱移动机构采用圆柱凸轮机构，回转工作台间歇运动机构采用槽轮机构，其机构运动方案简图如下图所示。图四工位机床机构运动方案简图第6章对机械传动系统和各机构的尺度计算6.1 计算各级传动效率、转速、功率及转矩查表可得各种传动的传动效率6：带传动=0.97 齿轮传动=0.98 滚动轴承=0.99 行星轮系=0.9046.1.1 传动效率：第一级传动：第二级传动：第三级传动：第四级传动：6.1.2 各轴转速：轴I：轴II：轴III：轴IV：6.1.3 输出功率：轴I：轴II：轴III：轴IV：6.1.4 输出转矩：轴I：轴II：轴III：轴IV：6.2 带传动设计电机功率P=1.5KW，转速n=1000r/min传动比为=4。6.2.1 确定计算功率查表可得工作情况系数=1.1，故 =P=1.11.5KW=1.65KW6.2.2 选择V带的带型根据、n选取A型。6.2.3 确定带轮的基准直径并验算带速v1) 粗选小带轮的基准直径=75mm。2）计算大带轮的基准直径。6.2.4 确定V带的中心距a和基准长度1）粗定中心距=300mm。2）计算带所需的基准长度选带的基准长度为=1250mm。3)计算实际中心距a6.2.5 验算小带轮上的包角6.2.6 计算带的根数1）计算单根V带的额定功率。由=75和n=1000r/min，查表得到=0.9576KW。根据n=1000r/min，=4和A型带，查表得。查表得包角修正系数及V带的长度系数=1.01，于是2）计算V带的根数z 取2根。6.2.7 计算单根V带的初拉力的最小值查表得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以应使带的实际初拉力。6.2.8 计算压轴力压轴力的最小值为6.2.9 带轮的结构设计大带轮，安装带轮的轴的直径为d=25mm。由，所以大带轮采用孔板式。带轮的宽度通过查手册可得B=2f+e=210+15=35mm。，小带轮直径=100mm，电机轴轴径d=20mm。采用腹板式结构。宽度B=35mm。，6.3 齿轮传动设计6.3.1 高速级齿轮传动设计输入功率,小齿轮转速n=10r/min，传动比为=4。由于轴向力很小，可忽略不计，故采用直齿圆柱齿轮传动。选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）机床对转位要求比较严格，精度较高，故选用6级精度（GB 10095-88）2）材料选择。由手册选小齿轮材料为40Cr（调制）硬度为280HBS，大齿轮选用45钢（调制）硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS 。3）初选小齿轮齿数，大齿轮齿数。按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即（1）确定公式内的各计算值1）试选取载荷系数。2）计算小齿轮传递的转矩。3）查手册选取齿宽系数：由于两支承相对小齿轮做不对称布置，故，查手册选取材料的弹性系数。4）按齿面硬度查手册得小齿轮的接触疲劳强度极限；。5）计算应力循环次数：按照工作寿命15年（设每年工作300天），两班制计算。 6）查手册取接触疲劳寿命系数；。7）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1 。（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2）计算圆周速度v。3）计算齿宽b。 4）计算齿宽与齿高之比。模数齿高 5)计算载荷系数。根据v=0.0057m/s,6级精度，由手册查得动载系数。直齿轮，由手册查得使用系数.50；由手册查得6级精度，小齿轮作悬臂布置，。由b/h=5.370，查手册得6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径（3）计算模数。按齿根弯曲强度设计由弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的各计算值1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限； 2）查手册得弯曲疲劳寿命系数；3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.44）计算载荷系数。5)查取齿形系数6)查取应力校正系数 7）计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮的数值较大。（2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度计算得的模数1.243并就近圆整为标准值（取稍大点的值）m=2mm。几何尺寸计算（1）计算中心距（2）计算分度圆直径（3）计算齿轮宽度取，（4）齿轮的结构尺寸小齿轮采用实心结构大齿轮采用腹板式结构1）小齿轮（齿轮1）的尺寸z=20 =40mm m=2 d=25mm =30mm ha=ha*m=12=2mm hf=( ha*+c*)m=(1+0.25)2=2.5mm h=ha+hf=2+2.5=4.5mm da=d12ha=45.4mm df=d12hf=36.4mm p=m=6.28mms=m/2=3.142/2=3.14mme=m/2=3.142/2=3.14mmc=c*m=0.252=0.5mm2）大齿轮（齿轮2）的尺寸由轴可得 z2=80 m=2 =25mm d=50mmha=ha*m=12=2mm hf=(10.5)2=2.5mm h=ha+hf=2+2.5=4.5mmda=d22ha=164mmdf=d12hf=155mm p=m=6.28mms=m/2=3.142/2=3.14mme=m/2=3.142/2=3.14mmc=c*m=0.252=0.5mm，取C=10mm6.3.2 轴III至轴IV的低速级齿轮传动设计输入功率,小齿轮转速n=2.5r/min，传动比为=2。具体计算过程略。考虑到整体结构尺寸以及轴上零件的互不干涉情况，定中心距为a=180mm，齿轮模数为m=2。所以齿轮的结构尺寸如下图所示：小齿轮（齿轮3）：分度圆直径为d=120mm。大齿轮（齿轮4）：分度圆直径d=240mm。6.3.3 轴III至轴VI的低速级齿轮传动设计输入功率,小齿轮转速n=2.5r/min，传动比为=2。具体计算过程略。考虑到整体结构尺寸以及轴上零件的互不干涉情况，定中心距为a=250mm，齿轮模数为m=2。所以齿轮的结构尺寸如下图所示：小齿轮（齿轮5）：分度圆直径d=169mm。大齿轮（齿轮6）分度圆直径d=338mm。6.3.4 齿轮齿条传动设计齿轮做成双联齿轮（齿轮22-66），模数为m=1，齿数分别为z1=22，z2=66。分度圆直径d1=22mm，d2=66mm。其具体结构尺寸如下所示：齿条一个齿条与圆柱凸轮机构中的小凸轮相连，另外一齿条在主轴箱上，这里就不重复说明了。6.4 行星轮系传动设计输入功率，输入转速，输入转矩，传动比=25。6.4.1 轮系的选择根据传动比要求，选择2K-H行星齿轮传动。其传动比范围为150 ，最佳使用范围为525。其传动效率为0.904其传动比计算公式为。由i=25确定各齿轮齿数为：。取模数m=2，各齿轮的分度圆直径为：6.4.2 结构设计根据齿轮结构设计的标准（当齿顶圆直径时，做成实心结构的齿轮；当齿顶圆直径时，做成腹板式结构）可得：齿轮a分度圆直径为34mm，做成实心结构，材料为40Cr（调制），齿轮宽为B=30mm。结构尺寸如下：齿轮b齿顶圆直径，做成腹板式结构，齿轮材料选用45钢（调制），各参数如下：齿轮c和齿轮d做成双联齿轮，材料为40Cr（调制），具体结构尺寸如下图所示：行星架做成轴与连杆相连的形式，轴径为20mm，其具体结构及尺寸如下图：6.5 槽轮机构设计由机床的整体安装高度为850mm以及其他传动的中心距可得槽轮机构的中心距为a=150mm。由机床的运动要求可知，槽轮的槽数Z=4，主动拨盘的圆销数n=1。其具体结构尺寸如下图所示：6.5.1 拨盘：6.5.2 槽轮：6.6 圆柱凸轮机构设计6.6.1 圆柱凸轮的参数：通常直动滚子从动件的圆柱凸轮的许用压力角=25度-35度。过理论廓曲线上任意一点做法线nn, nn与y轴的夹角即为机构的压力角。因此基圆柱半径必须满足：半径大于等于最大速度比上角速度与许用压力角正弦的积。即公式另外大速度，可减小圆柱凸轮的行程，故在18a/b处两齿轮的齿数比值为3，由此计算得出其半径为95.44mm。由于圆柱凸轮的行程经齿轮齿条机构扩大了3倍，而主轴箱的总位移为120mm，所以圆柱凸轮的行程为40mm。经过考虑取半径为125mm，长度取80mm。6.6.2 主凸轮轮廓线及其运动曲线快进行程045度，五次多项式曲线；工进行程45170度，一次多项式曲线170195度，五次多项式曲线；快回行程195292.5度，正弦加速度曲线；近休292.5360度。位移和轮廓线速度线（上图）加速度线(上图)6.6.3 滚子-齿条6.7 各级轴的设计6.7.1 轴I设计：选择轴的材料及其热处理由于传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理. 估计轴径按功率P=1.44KW,转速为n=240r/min初估轴的直径,查表得=103至126,考虑到安装联轴器的轴段仅受扭矩作用.取=110则: Dmin=轴的最小直径显然是安装行星齿轮的地方，即=20mm。初选轴承轴选轴承为6006型深沟球轴承。根据轴承确定轴安装轴承的直径为:D=30mm即=30mm。结构设计1）各轴直径的确定初估轴径后,句可按轴上零件的安装顺序,从右端开始确定直径.该轴轴段I安装带轮，直径应小于轴承的安装直径，故该段直径为25mm。III段为轴肩，为了便于安装轴承，取=36mm。2）各轴段长度的确定轴段I的长度为带轮的宽度及带轮和轴承之间定位用的套筒的长度之和，=45mm。II、IV段安装轴承，轴承宽度为13mm，考虑到轴承的定位，长度应略小于轴承的宽度，故=11mm。V段安装齿轮和套筒，长度应为齿轮宽度与套筒长度之和，=37mm。III段为轴肩，考虑到轴的总长度，所以定为=83mm。所以轴的总长度为187mm。3）轴上零件的周向固定为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈配合H7/r6。与轴承内圈配合轴选用k6，齿轮与带轮均采用A型普通平键联接，（宽高长）分别为6625 GB1096-1979及键8728 GB1096-1979。4）.轴上倒角与圆角为保证轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为1mm。其他轴肩圆角半径均为1mm。根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为145。轴的强度校核1）做出轴的计算简图图中,。经过计算得，2）画出弯矩图3）画出扭矩图4）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据扭矩图以及周单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力轴的材料为45钢，调质处理，查得，因，故安全。6.7.2 轴II的设计其设计方法同轴I，具体过程不再重复。轴的各个数据如下：轴的最左端通过连杆与行星架H相连,往右依次安装行星轮系中的齿轮b、轴承、高速级齿轮传动中的小齿轮1。轴上零件的周向固定：为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈配合H7/r6。与轴承内圈配合轴选用k6，连杆与齿轮均采用A型普通平键联接，（宽b高h长L）分别为876 GB1096-1979及键8725 GB1096-1979。6.7.3 轴III的设计其具体尺寸如下图所示：轴上零件的轴向固定：从左往右的第一段安装齿轮3，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为8718 GB1096-1979。第三段和第八段安装轴承。第六段安装齿轮2，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为14918 GB1096-1979。最后一段安装齿轮5，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为8725 GB1096-19796.7.4 轴IV的设计轴上零件的周向固定：从左往右第三段安装槽轮机构中的拨盘，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为12840 GB1096-1979。第六段安装齿轮4, 选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为10818 GB1096-1979。6.7.5 轴V的设计轴上零件的周向固定：从左往右第三段安装槽轮，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为12818 GB1096-1979 。6.7.6 轴VI的设计轴上零件的周向固定：从左往右第一段安装齿轮6，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为8718 GB1096-1979。第五段安装圆柱凸轮，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为14970 GB1096-1979。6.8 床身及主轴箱设计6.8.1 床身设计根据各级传动的中心距，配合机床整体的外形尺寸，将其垂直安装在床身上，按照前面的方案简图，布置轴承的支撑位置，其具体机构尺寸如下图所示，这里主要说明一下，导轨为闭式双三角形导轨，俯视图上开的槽为主轴箱上的齿条安装、运动所需，前视图上，导轨下方布置了四个肋板，加强床身的强度及刚度。另外从床身侧壁上引出了一根轴，用以安装好、齿轮齿条机构中的双联齿轮22-66。从床身顶部安装了以滑轨，用以支撑齿条的直线运动。6.8.2 主轴箱设计主轴箱上有专用电机，用以带动刀具旋转。电机带动主轴箱中的一个大齿轮与三个小齿轮啮合，使刀具旋转。主轴箱上还有与导轨相配合的滑槽，滑槽顶部开有一小凹槽，减小摩擦，方便润滑。其具体结构尺寸如下图所示：第7章各机构零件的三维建模7.1 轴I零件建模7.1.1 轴I建模8通过【圆柱】命令，指定矢量（Y轴），指定点为原定，输入直径25mm，高度45mm，创建圆柱体。用同样的方法在前一段圆柱体的顶部圆心位置创建轴I尺寸的圆柱体，得到如下图所示的模型：键槽：在需要创建键槽的地方插入基准平面，然后再基准平面上用【键槽】创建键槽。选择矩形键槽（图a），接下来选择放置的面，即刚刚插入的基准平面，接受默认边，选择一段圆柱作为水平参考，得到图示的键槽参数输入对话框（图b），确定之后，选择第四个【垂直】（图c），用以定位键槽。选择如图所示的Y-Z平面（图d）与键槽竖直中心用以确定键槽的水平位置，选择X-Z平面用以确定键槽的前后位置，最终得到键槽。用同样的方法得到另一个键槽。如下图e所示：图a 图b 图c 图d图e 最后再经过【倒斜角】，得到完整的轴。7.1.2 带轮建模大带轮先按照带轮的宽度创建一个圆柱体，在圆柱的端面上创建草图，按照尺寸画出两个同心圆，进行拉伸求差，得到端面上的凹槽；在凹槽底面插入基准点，用【孔】命令创建孔，再通过【实例特征】中的【圆形阵列】，得到腹板上的孔；V带槽的创建：在Y-Z平面上创建草图，在带轮的圆周面上相应的位置画出带槽的截面形状，退出草图，进行【扫略】，截面图形选择刚刚画的草图，引导线选择带轮圆柱底面的轮廓圆形，定位方式选择矢量方向，指定矢量选择底面圆形，确定后求差得到带槽。经过倒斜角、创建键槽后得到如图所示的带轮。小带轮7.1.3 齿轮a建模9通过专用的齿轮插件进行齿轮的创建。输入具体的参数得到相应的齿轮，再经过腹板、孔及键槽的创建得到完整的齿轮。如图： 7.1.4 键的建模按照键的尺寸在草图上画出其轮廓图，退出草图，进行拉伸，得到键。 7.2 轴II零件建模7.2.1 轴II建模7.2.2 齿轮c-d建模7.2.3 齿轮1建模7.2.4 连杆、行星架建模 7.3 轴III零件建模7.3.1 轴III建模7.3.2 齿轮建模齿轮2 齿轮3 齿轮57.4 轴IV零件建模7.4.1 轴IV建模7.4.2 齿轮建模7.4.3 槽轮拨盘建模7.5 轴V零件建模7.5.1 轴V建模7.5.2 槽轮建模7.6 轴VI零件建模7.6.1 轴VI建模7.6.2 齿轮建模7.6.3 圆柱凸轮建模7.7床身级其他零件建模7.7.1 床身建模7.7.2 主轴箱建模7.7.3 齿轮齿条建模 7.7.4 工作台建模7.7.5 其他零件建模电机 V 带主轴刀具，专用电机等第8章装配8.1 轴I装配8.1.1 带轮及键的装配键的装配打开UGNX 5.0，新建一个装配文件z-zhou 1，一绝对原点的方式添加轴I，然后开始装配轴上的零件。用【添加组件】命令，添加键1，定位方式选择配对，选择键的底面和键槽的底面配对，然后将建的侧面与键槽相对应的侧面以及键的圆柱面与键槽对应的圆柱面进行配对，最后得到键的装配模型如图a所示。图 a带轮的装配以配对的方式添加带轮，配对条件依次为：配对：带轮的轮毂的圆柱面-安装带轮的轴圆柱面配对：带轮键槽的侧面-键上相应的侧面距离：带轮的外端面-轴的端面，距离为2mm如图所示b：图 b8.1.2 齿轮及键的装配一配对的方式添加齿轮及键，键2的装配方法如上所示。齿轮的配对条件如下：配对：齿轮的轴孔圆柱面-轴上相应的圆柱面配对：键槽的侧面-键的侧面距离：齿轮的端面-轴的端面如下图c所示：图 c8.1.3 轴承的装配添加轴承6006，将轴承孔的圆柱面与轴上相应的圆柱面及轴承端面与轴肩的端面进行配对。最终得到轴I的总的装配模型，如图d所示：图 d8.2 轴II装配轴II上的零件有：连杆、行星架、齿轮c-d、齿轮1、2个轴承6007、键8.3 轴III装配轴III上的零件有：齿轮2、齿轮3、齿轮5、两个轴承6008、键3、键10。8.4 轴IV装配轴IV上的零件有：槽轮拨盘、齿轮4、两个轴承6006、键6、键7。8.5 轴V装配轴V上的零件有：槽轮、两个轴承6006、键8。8.6 轴VI装配轴VI上的零件有：齿轮6、圆柱凸轮、两个轴承6007、键4、键9。8.7 整体装配透明显示：第9章运动仿真将装配好的机床模型进行运动仿真。单击【开始】按钮，选择【运动仿真】，进入仿真模块。右击【运动导航器】上的装配文件名，选择【新建仿真】，在弹出的环境对话框中选择【动力学】，单击【确定】。然后再弹出的【机构运动副向导】对话框中单击【否】按钮，自己添加连杆。9.1 添加连杆单击【插入】，选择【连杆】，进行连杆添加。将床身、传动电机、齿轮b、和所有轴承设为固定连杆L001；电机轴、小带轮设为连杆L002；大带轮、轴I及键、齿轮a设为连杆3；将行星架、连杆、轴II及键、齿轮1设为连杆L004；将齿轮c-d设为连杆L005；将轴III及键、齿轮2、齿轮3、齿轮5设为连杆L006；将轴IV及键、槽轮拨盘、齿轮4设为连杆L007；将轴V及键、槽轮、工作台设为连杆L008；将轴VI及键、齿轮6、圆柱凸轮设为连杆L009；将齿条-滚子设为连杆L010；将齿轮22-66设为连杆L011；将主轴箱及专用电机设为连杆L012；将专用电机轴及上的齿轮设为连杆L013；将三组刀具、刀柄及其上的齿轮分别设为连杆L014、L015、L016；9.2 添加运动副9.1.1 旋转副选择【插入】/【运动副】，在L001的电机与电机轴之间加旋转副，第一个连杆选择小带轮轮廓边缘的圆周，这样就完成了“选择连杆”（L002）、“指定原点”（圆心）、“指定方位”（圆所在平面的法线）三个步骤。第二个连杆选择床身，单击【应用】按钮，完成旋转副J002的添加。同样的方法添加后面的旋转副。9.1.2 滑动副选择【插入】/【运动副】，在导轨与主轴箱之间添加滑动副。第一个连杆选择导轨的一个横向棱边，这样就完成了“选择连杆”（导轨）、“指定原点”（鼠标位置点）、“指定方位”（导轨棱边方向）三个步骤。第二个连杆选择主轴箱，单击应用按钮就完成了滑动副的添加。同样的方法在两个齿条与床身之间添加两个滑动副。9.1.3 齿轮副选择【齿轮副】，在带传动及各组齿轮传动上添加齿轮副。选择齿轮传动中的另个齿轮各自的旋转副，输入相应的传动比，单击确定，完成齿轮副的添加。9.1.4 3D接触器在槽轮机构、圆柱凸轮机构之间添加碰撞。右击【运动导航器】上的仿真项目motion-1，选择【新建连接器】/【3D接触】，在弹出的【3D接触】对话框中输入数值（如图）。在【接触体】中分别选择滚子和凸轮，在二者之间添加碰撞。9.3 设置运动右击电机与电机轴的旋转副J002，选择【编辑】，在驱动类型中选择【恒定】，在初速度中填写电机转速6000（）。同样的方法给专用电机设置驱动。9.4 运动规律仿真右击【运动导航器】上的仿真项目motion-1，选择新【建解算方案】，在弹出的对话框中，时间设置为48s，步数设置为100,单击【确定】。右击【运动导航器】上新建立的解算方案Solution-1，选择【求解】，进行仿真计算。计算完成后，选择【动画】，进行动画查看。第10章仿真结果与分析针对仿真结果，主要做以下两方面的分析：10.1 主轴箱运动分析题目对主轴箱的运动要求为：刀具顶端离开工件表面65mm(图1)，快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60 mm(前5mm为刀具接近工件时的切入量，工件孔深45mm，后10mm为刀具切出量)，然后快速返回。回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)K2。刀具匀速进给速度为2mm/s。10.1.1 主轴箱位移图从图中可以看出，主轴箱的位移为120mm。主轴箱从图中标记位置开始快速送进60mm，位移曲线为一段抛物线AB;然后主轴箱匀速送进60mm，位移曲线为一段近似的直线BC；接下来主轴箱快速后退，位移曲线为一段抛物线CDA。从图中结果可以得出，设计结果基本满足要求。10.1.2 主轴箱速度图从图中可以看出，主轴箱从图中标记位置开始，先快速向右移动60mm后以2mm/s的速度向右移动，所以速度曲线如图所示先为近似的一条加速直线，然后逐渐减速，为一条减速直线，当速度减小到2mm/s的时候保持匀速运动，如图中速度波动不大的一条曲线。最后，主轴箱快速后退120mm，速度先升高后降低，速度曲线如图所示。速度基本满足设计要求。10.1.3 主轴箱加速度图10.2 工作台运动分析对工作台的要求是：主轴箱每来回移动一次，工作台回转90。并且工作台的转动与主轴箱的移动不发生干涉。工作台的角度位移图：从图中可以看出，工作台在主轴箱每一个运动周期内，只回转一次90。与主轴箱的位移图进行对比，两者之间并没有发生干涉，满足要求。通过运动仿真及其结果可以看出此次设计基本满足要求。机床的整体及各部分尺寸在给定范围内；通过装配，未发现零件之间有干涉情况；机床的各个机构之间的运动关系达到运动规律的要求。符合设计要求，此次设计是成功的！参考文献1 纪名刚等.机械设计（第八版）.2006年北京高等教育出版社2 冯辛安等.机械制造装备设计.2009年北京机械工业出版社3 张晋西等.机构运动仿真基础及实例.2009年北京清华大学出版社4 孙恒等.机械原理.2006年北京高等教育出版社5 齿轮手册编委会.齿轮手册.2000年北京机械工业出版社6 机械设计手册编委会.机械设计手册.2004年北京机械工业出版社7 曹艳丽.NGW-S行星齿轮减速器CAD系统参数化设计的研究.辽宁工程技术大学学位论文 20038 张勋.基于UG的轴类零件特征建模方法研究.兰州理工大学硕士学位论文 20069 张荣荣.微型齿轮齿廓设计方法研究.南京航空航天大学硕士学位论文 200610 金宛如.基于UG的汽车天窗设计和开发.哈尔滨理工大学硕士学位论文 200511 刘晓洁.齿轮传动系统的快速设计.太原理工大学硕士学位论文 200663机械原理课程设计指导书（一）（设计题目：四工位专用机床）1. 孔的典型加工工艺及刀具孔的加工包括从实体材料上加工孔和对已有孔进行加工两大类。麻花钻是在实体材料上加工孔的常用刀具，加工精度较低。扩孔钻和铰刀是用于对已有孔进行加工的刀具。扩孔钻的外形和麻花钻相类似，只是加工余量小，刀齿数目比麻花钻多，加工后孔的质量较好，一般能达IT1011级精度。铰刀是提高被加工孔质量的半精加工或精加工刀具，切削时加工余量更小，刀齿数目更多，加工后孔的精度最高可达IT8。图1 孔加工刀具示意图2. 四工位专用机床工作原理及外形尺寸专用机床旋转工作台有四个工作位置、（如图2所示），分别对应工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位的位置装钻头，的位置装扩孔钻，的位置装铰刀。刀具由专用电动机驱动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。机床外形可参考图2，外形总体尺寸可用于检查所设计机构能否装入机体内部。图2 专用机床外形及尺寸3. 设计步骤1）执行机构的选型根据专用机床的功能要求，回转工作台做单向间歇运动，主轴箱做往复直线运动。实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、不完全齿轮机构等，实现主轴箱往复直线运动的机构有连杆机构和凸轮机构等。上述机构的结构、工作原理及特点见参考材料1、2 。机构选型应遵循以下原则。表1 选用执行机构的原则与方法2）机械运动方案的评价对上述两执行机构，做其形态学矩阵，可得到为数众多的方案。工作台棘轮槽轮凸轮不完全齿轮主轴箱连杆凸轮凸轮连杆机械运动方案的拟定，最终要求通过分析比较提供最佳方案。一个方案的优劣只有通过系统综合评价来确定。从机构和机械运动方案的选择和评价要求看，主要应满足五个方面的性能指标，具体见表2。表2 机械运动方案的评价指标性能指标具体内容机构的功能1）运动规律的型式；2）传动精度高低机构的工作性能1）应用范围；2）可调性；3）运转速度；4）承载能力机构的动力性能1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性经济性1）制造难易；2）制造误差敏感度；3）调整方便性；4）能耗大小结构紧凑1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性目前常用的评价方法很多，如系统工程评价法、模糊综合评价法等。本次课程设计中机械运动方案的评价采用定性评价法，由指导教师组织学生集体完成。3）机械传动系统的速比和变速机构机械系统通常由原动机、传动装置、执行机构和控制操作部件组成。原动机是机械系统中的驱动部分，其类型及规格已选定，执行机构的机构型式通过上述设计过程也已确定，此时应进行传动系统的设计计算。传动系统是把原动机和执行机构联系起来的装置，四工位专用机床中，传动系统将驱动电机的运动并列传递到两执行机构。传动类型的选择及传动装置总传动比的分配见参考材料4. 3）。4）机械传动系统和执行机构的尺度计算根据机械运动方案示意图，对机械传动系统和执行机构进行尺度计算，具体计算方法见参考材料4. 3）。5）绘制机械运动方案图根据已选定的执行机构型式及传动系统的类型，绘制专用机床机械运动示意图（草图），然后绘制机构运动循环图，有关参数计算完毕后，选取适当的比例用UG绘制机械运动方案三维图。6）

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