四工位专用机床.doc

湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 机械工程 学院（系、部） 第 二零一零 - 二零一一 学年第 二 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 * 职称 教授 学生姓名 * 专业班级 机械*学号 0940570* 题 目 四工位专用机床的设计 成 绩 起止日期 2011年 7 月 1 日 2011 年 7 月 5 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸若干张456 - 17 - 机械原理课程设计机 械 原 理 课程设计设计说明书四工位专用机床的设计起止日期： 2011 年 7 月 1 日 至 2011 年 7 月 5 日学生姓名*班级机械 *学号09405700*成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2011年 7月1 日目录0.课程设计任务书21.设计题目32.工作原理和工艺动作分解43.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图54.四工位专用机床的功能分析与设计过程55.间歇转动机构与刀具移动机构等主要机构选型76.机构运动方案的评价和选择117.机械传动系统的速比和变速机构118. 执行机构的尺度综合129. 画机构运动简图1510.参考资料1611.设计总结及感悟17湖南工业大学课程设计任务书2010 2011 学年第 2 学期 机械工程 学院（系、部） 机械类 专业 091 班级课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 四工位专用机床的设计 完成期限：自 2011 年 7 月 1 日至 2011 年 7 月 5 日共 1 周内容及任务一、设计的任务与主要技术参数四工位专用机床是在四个工位上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰空的专用加工设备。 其工艺过程是：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，每一个工件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。其余设计参数是： 1）刀具顶端离开工作表面65mm,快速移动送进60mm，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如图），然后快速返回。行程速比系数K=1.6；2）刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间不超过10s；3）机床生产率50件/h；4）执行机构及传动机构能装入机体内；5）传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。二、设计工作量要求：对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。（有条件的要求用三维动画表述）。进度安排起止日期工作内容7.1-7.2构思该机械运动方案7.3-7.4运动分析及作图7.5整理说明书与答辩主要参考资料1 朱理机械原理2版. 北京：高等教育出版社，2010.4.2 戴娟机械原理课程设计指导书北京：高等教育出版社，2011.1.指导教师： * 2011 年7 月1 日系（教研室）主任： 王菊槐 2011 年7 月 1 日1.设计题目：四工位专用机床的设计1.1设计原理：四工位专用机床是在四个工位上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，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。1.2设计要求：1）刀具顶端离开工作表面65mm,快速移动送进60mm，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如图1-1），然后快速返回。行程速比系数K=1.6；2）刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间不超过10s；3）机床生产率50件/h；4）执行机构及传动机构能装入机体内；5）传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。 图1-1 孔加工示意图2.工作原理和工艺动作分解2.1工作原理专用机床旋转工作台有四个工作位置、（如图2-1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。2.2 工艺动作分解 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。图2-1 专用机床外廓尺寸示意图3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。根据专用机床的工作过程和规律拟定的运动循环图如下图3-1所示：钻头头进匀速60快钻0240进钻头快退工作台转动307.4位销插入定定位销拔出工作台静止凸轮钻397.4图3-1机床的机构运动循环图4.四工位专用机床的功能分析与设计过程4.1机床的功能分析由上述分析可知，机床的功能分析可作总结如图4-1所示：四工位机床功能分解装载好工件，工作台旋转90度主轴箱左移开始钻孔，钻好后主轴箱退回，工作台继续转90度主轴箱再左移扩孔，后退回，工作台转90度工件加工完成，工件卸载主轴箱左移铰孔，后退回，工作台再转90度图4-1机床的功能分析图由机床的功能分析图可知，其运动有 ：装载 旋转 钻孔、扩孔、铰孔 卸载 ，如图4-2所示：图5-3图4-2 机床的运动示意图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接触工件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。4.2机床的设计过程：实现四工位专用机床的机构应有下面几种基本功能： 在专用机床的装、卸、钻、扩、铰各个过程中，定位机构要处于停歇状态，故该机构要有五次间歇转动功能。 要满足定位功能与各个运动功能联动组合 需要主轴箱机构有往复运动 需要回转台有间歇转动 我们由生产率求出运动循环时间T=72 s ,刀具匀速送进60 mm需要时间t=30 s,刀具其余移动时间42 s 。回转工作台静止时间40 s ,因此足够工件装卸所需时间。5.回转台间歇转动机构与主轴箱刀具移动机构等主要机构选型5.1主轴箱移动执行机构选型由要求可知，主轴箱移动执行要满足以下运动功能：1） 主加压机构应有运动缩小功能2） 机构要有运动转换功能3） 冲头是往复运动，故机构要有运动交替功能。选出如下图三种方案作为评选方案。 方案一 方案二 方案三方案二的凸轮机构虽能得到理想运动规律 ，但要是从动件达到设计行程，凸轮的向径比较大，于是其运动空间也比较大。方案三采用曲柄滑块机构，尺寸较小，结构简洁，但不满足理想运动规律。方案一，采用圆柱槽轮机构，比较简单，而且容易控制，运动线路明了，但是要求槽轮材料能承受冲击。综上所述 选取方案一作为主轴箱执行机构比较合适。5.2回转台间歇转动机构选型回转工作台的运动规律：四个工作位置，每个工作位置之间相差90，在工过程中，旋转90，停止定位，进刀加工，快速退刀后，旋转90，进行下一个循环。在加工和退刀的前半段（即刀具与工件有接触）时，必须将工作台固定，由于卡盘的工作位置为四个，还要满足间歇和固定两个工作。有以下三种方案：1、采用单销四槽槽轮机构。其结构图如下图所示：槽轮机构中，当圆销没有进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸锁止弧卡住，故槽轮固定不动；当圆销进入径向槽时，锁止弧的自锁段被松开，槽轮在圆销作用下旋转，实现了间歇运动。因为卡盘每次旋转90，所以选择四槽均布槽轮，刚好实现旋转90的要求。2、采用棘轮机构，其结构图如下图所示：机构采用曲柄摇杆机构来作为主动件，由运动循坏图中可知： 于是得：K2.2所以极位夹角大于等于67.5因此满足停留时间的于转动时间之间的比例关系，要求棘轮每次旋转90，因此摇杆的摆角也为90。3、采用不完全齿轮机构，其结构如下图所示：不完全齿轮的设计也是为了满足间歇运动，不完全齿轮上有1/4上有齿，因此在啮合过程中，有齿的1/4带动完全齿轮旋转90，之后的270由于没有齿啮合，完全齿轮不转动，该机构结构简单，在低速（0.83r/min）的转动中可与忽略齿轮啮合时的冲击影响。故也能实现运动规律。综上所诉三个方案中，可根据实际情况进行合理选择5.3主轴箱刀具移动凸轮机构选型1、运动规律：刀具运动规律：刀具快速进给60mm，匀速进给60mm（刀具切入量5mm,工件孔深45mm,刀具余量10mm）,快速退刀。因为刀具匀速进给的速度为2mm/s，由此可得匀速进给的时间为30s，设快速进给的时间为x，快速退刀的时间为y，又因为其回程和工作的速比系数K=1.6 ，所以可得下列方程： 30+x=2y (1) 30+x+y=72 (2)(1)(2)两个方程联立可以得出，x=18s , y=24s因此可以得出如下图所示的主轴箱刀具运动规律图：快进匀速快退主轴箱刀具运动规律图 60 2402、主轴箱刀具凸轮廓线设计： 进刀机构的运动有凸轮的廓线来实现，进刀的方向为安装凸轮的轴的轴线方向，根据运动的特性，凸轮选择圆柱凸轮，按照运动规律设计其廓线如下：60240360601200圆柱凸轮转角位移(mm)307.465主轴箱刀具圆柱凸轮廓线 6. 机构运动方案的评价和选择 综上所述主轴箱移动执行应选取方案一，因为这种设计比较简单，而且容易控制，运动线路非常明了，满足设计要求。 回转工作台应选用单销四槽槽轮机构，因为这种设计简单，能准确控制转角，工作可靠，机械效率高，与棘轮机构相比工作平稳性好，但是草轮机构行程不可调节，转角不可太小，从主动关系不能互换，启停有冲突。但是在此设计中相比其他设计有很强的可执行性，故选择单销四槽槽轮机构。7. 机械传动系统的速比和变速机构根据生产效率每小时生产50个零件，可以求出生产效率N为每72秒生产一个工件。可以算出总传动比：=1152 （5-1）由于传动比较大故选用皮带传动作为第一级减速机构（因为结构简单，制造成本低，维护简单）用行星齿轮作为第二级减速机构，用直齿圆柱齿轮作为第三级减速机构。8.执行机构的尺度综合 该四工位机床变速机构采用的是定轴轮系减速器，采用该机构的原因是运用广泛，制造过程简单，成本较低，并且具有功率范围大，传动效率高，传动比精确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。定轴轮系减速机构的简图如下图所示： 图5-1 定轴轮系减速机构简图由图5-1所示，主动轮1到从动轮8之间的传动是通过一对对齿轮一次啮合来实现的。为此，首先求出该轮系中各对啮合齿轮传动比的大小：i12= （a） i34= （b）i56= （c） i78= （d）又因为2=3，4=5，6=7，将上式两边分别连乘后得：i12 i34i56i78= =即：i18=1152再根据以上式子，计算出各个齿轮的齿数，主动齿轮为齿轮1、3、5、7，从动齿轮为2、4、6、8，如下表5-1所示：表5-1 各齿轮的基本参数表齿轮编号12345678齿数10451264954648模数22333322压力角2020202020202020四工位的机床是采用圆柱凸轮机构来实现主轴箱的往复运动的。如图5-2（a）所示为直动从动件的圆柱凸轮机构，（b）图为圆柱凸轮的轮廓曲线图。对于圆柱凸轮机构的设计，如下步骤：1） 以2R为底边作为一矩形表示圆柱凸轮展开后的圆柱面，如图所示，圆柱面匀速回转运动就变成了展开面的横向匀速直线运动，且v=Rw；2） 将展开面底边沿-v方向分成与从动件唯一曲线对应的等分，的反转后从动件的位置；3） 在这些位置上量取相应的唯一量s，得1,2,3.若干点，将这些点光滑的连接起来得展开面的理论轮廓曲线。4） 以理论轮廓曲线上各点为圆心，一滚子半径为半径，做一系列圆。并作滚子圆的上下两条包络线即为凸轮的实际轮廓曲线. 图5-2 圆柱凸轮机构简图及其轮廓曲线图 附：齿轮2的零件图附：单销四槽槽轮机构pro/e9. 画机构运动简图根据上述选择的方案可得如下图所示的机构运动简图： 运动分析：电机以960r/min的转速带动轮系转动，在通过回转工作台的槽轮机构的转动；并在同一时间，再由轮系带动圆柱凸轮机构，通过之前设计好的圆柱凸轮，来实现主轴箱的快速送进，匀速工作，再快速退回10.参考资料1朱理机械原理2版.北京：高等教育出版社，2010.4.2戴娟机械原理课程设计指导书北京：高等教育出版社，2011.1.11.设计总结及感悟经过几天的努力，终于把课程