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四工位
专用
机床
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四工位专用机床设计 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。 ├─任务书.doc ├─四工位回转工作台的设计.jpg ├─四工位组合机床总图.dwg ├─指导书.doc ├─自动回转刀架装配图.dwg ├─说明书.doc └─题目.doc
- 内容简介：
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毕业设计（论文）任务书 题目 四 工 位专用机床设计 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、翻译、文献综述等工作。 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 清华大学出版 /张晋西等2007 年 1 月 。 6 文版基础及应用教程 /陈涉等编著 . 北京 ：电子工业出版社 ,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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 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。 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 1 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 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 制机械运动方案 三维 图。 6） 机构运动 仿真 用 动仿真学 对工作台回转机构或主轴箱往复直线运动机构进行运动分析，绘制从动件位移、速度、加速度曲线图。 7） 编写设计说明书 课程设计说明书是技术说明书的一种，是对课程设计的总结。主要内容包括：课程设计题目简介（四工位专用机床的功能及设计要求）、执行机构的选型及评价、机械传动系统的设计计算、机械运动方案简图的绘制、机械运动系统尺度计算、机构运动 仿真分析图片、设计感想等 。 设计说明书用 张 打印 ，之后按以下顺序纵向装订成册：封面（由指导教师提供统一格式）、课程设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。 4. 注意事项 1） 每位同学接到课程设计题目后最好准备一个专用笔记本，把在课程设计过程中查阅、摘录的资料，初步的计算以及构思的草图都记录在案，这些材料是整理设计说明书的基本素材。 2） 课程设计中所需知识可能超出机械原理课程课堂讲述的基本内容，同学应通过自学补充有关知识。 3） 推荐参考资料： （ 1） .机械原理课程设计 指导书 裘建新 主编 高等教育出版社。 （ 2） .机械原理课程设计 手册 牛鸣岐等主编 重庆大学出版社。 （ 3） .机械基础综合课程设计 孔凌嘉等主编 北京理工大学出版社。 （ 4） .机械原理 课本 张春林主编 高等教育出版社。 （ 5） .机械设计课本 谭庆昌 赵洪志主编 高等教育出版社。 4） 建议 设计进度 设计任务 所需时间（天） 准备及熟悉题目 2 执行机构选型及评价 2 方案评价 1 传动系统设计计算 2 机械系统尺度计算 3 机械运动方案图绘制 5 机构运动 仿真 2 编写设计说明书 3 合计 20 机械 原理课程设计任务书 （一） 1. 设计题目：四工位专用机床 2. 工作原理及工艺动作过程 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。 3. 原始数据及设计要求 1） 刀具顶端离开工作表面 65速移动送进 60，再匀速送进 60括 、 45件孔深、 10具切出量，如右图所示），然后快速返回。回程和进程的平均速度之比 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） 机床生产率每小时约 60 件。 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 速 960r/ 4. 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） 主轴箱的往复移动，可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮连杆机构、平面连杆机构等。 3） 由生产率可求出一个运动循环所需时间 T=60s，刀具匀速送进 60t 匀 =30s，刀具其余移动（包括快速送进 60速返回 120需 30s。回转工作台静止时间为 40s，因此足够工件装卸所需时间。 5. 设计任务 1） 按工艺动作过程拟定运动循环图 ； 2） 进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的选型。并进行机械运动方案的评价和选择 ； 3） 根据电机参数和执行机构运动参数进行传动方案的拟订 ； 4） 机械传动系统和执行机构的尺度计算 ； 5） 画出机械运动方案图 并进行运动仿真； 6） 编写设计说明书。（用 张，封面用标准格式） 设计说明书应包括以下内容： 1. 功 能分解； 2. 原始数据及计算； 3. 简述方案设计思路及讨论、改进； 4. 执行机构设计步骤或分析计算过程。 5. 对所设计的结果分析讨论 6. 感想与建议。 四工位专用机床机构设计 1 1 原始数据及设计要求 (1) 刀具顶端离开工件表面 65 1)，快速移动送进 60速送进 60 5件孔深 45 10，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/率为 四工位专用机床机构设计 2 2 工艺动作分解及机械运动循环圈 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 60t 30s匀 ，刀具其余移动内（包括快速送进 60速返回 120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。 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 四工位专用机床机构设计 3 3 机构选型和机械运动方案的 确 定 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 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。 四工位专用机床机构设计 4 4 机械传动系统速比和变速机构 11 主驱动电机功率为 速为 1000r 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 此机械传动系统的总传动比 ： 1000i 8 0 总，其传动系统采用四级：第一级 V 带传动（1i=4）、第二级用行星轮系传动（2i=25）、第三级用直齿圆柱齿轮传动（3i=4）、第四级采用直齿圆柱齿轮 传动（4。 四工位专用机床机构设计 5 5 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 四工位专用机床机构设计 6 6 对机械传动系统和各机构的尺度计算 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 1 = 齿轮传动 2 = 滚动轴承 3 = 行星轮系 4 = 传动效率： 第一级传动：1 2 1 3 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 9 6 第二级传动：2 3 4 3 0 . 9 0 4 0 . 9 9 0 . 8 9 5 第三级传动：3 4 2 3 0 . 9 8 0 . 9 9 0 . 9 7 第四级传动：4 5 4 5 0 . 9 8 0 . 9 9 0 . 9 7 轴转速： 轴 I：1/ i 2 5 0 / m i n r轴 250n 1 0 / m i 轴 10n 2 . 5 / m i 轴 V 32 . 5n 1 . 2 5 / m i 出功率： 轴 I：13 1 . 5 0 . 9 7 0 . 9 9 1 . 4 4 K W 轴 4 1 . 4 4 0 . 9 0 4 0 . 9 9 1 . 2 8 9I I K W 轴 3 1 . 2 8 9 0 . 9 8 0 . 9 9 1 . 2 5 1I I I I K W 轴 V 2 3 1 . 2 5 1 0 . 9 8 0 . 9 9 1 . 2 1 4 K W 出转矩： 轴 I： 1 . 4 49 5 5 0 9 5 5 0 5 5250 四工位专用机床机构设计 7 轴 1 . 2 8 99 5 5 0 9 5 5 0 1 2 3 0 . 9 9 510 轴 1 . 2 5 19 5 5 0 9 5 5 0 4 7 7 52 . 5 轴 2 1 49 5 5 0 9 5 5 0 9 2 7 4 . 9 61 . 2 5 传动设计 1 电机功率 P=速 n=1000r/。 定计算功率 K P= 选择 V 带的带型 根据n 选取 A 型。 定带轮的基准直径v 1) 粗选小带轮的基准直径5 2）计算大带轮的基准直径。 d 2 d 1d i d 4 7 5 3 0 0 m m 定 V 带的中心距 a 和基准长度定中心距0a=300 2）计算带所需的基准长度 d 2 d 1d 0 0 d d d - d2 a d 2120（ ）（ + ） +4 2 3 0 0 1 2 3 12 3 0 0 m m m m 2（ 300（ 75+300 ） + 4 选带的基准长度为250 四工位专用机床机构设计 8 3)计算实际中心距 a 00 1 2 5 0 1 2 3 1( 3 0 0 ) 3 2 022a m m m m 算小带轮上的包角10 0 0 01 d 0 d d 1 8 0 1 4 0 9 0a 0021 5 7 . 3 5 7 . 3（ - ） （ 300 320 算带的根数 1） 计算单根 V 带的额 定功率 由5 和 n=1000r/表得到0P= 根据 n=1000r/i=4 和 A 型带，查表得0 0 1 6P K W。 查表得包角修正系数 及 V 带的长度系数是 r . ( 0 . 9 5 7 6 0 . 1 1 1 6 ) 0 . 9 1 1 . 0 1 0 . 9 8 3 W 00（ P + P ） 计算 z 6 5z 1 . 6 80 . 9 8 3 取 2根。 算单根 F）查表得 q=m，所以 22i n 2 . 5 0 . 9 1 1 . 6 55 0 0 q v 5 0 0 0 . 1 5 . 0 3 1 4 6z v 0 . 9 1 2 5 . 0 3 N 0（ P （ ）（ F ） K 应使带的实际初拉力 F）。 算压轴力01m i n 0 m i ) 2 ( ) s i n 2 2 1 4 6 s i n 5 5 722pF z F N N 轮的结构设计 大带轮 0 0 m m，安装带轮的轴的直径为 d=25 0 0 m m = 3 0 0 m m，四工位专用机床机构设计 9 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=2 10+15=35 1 (1 . 8 2 ) 5 0d d m m， 2 3 0 0 2 3 3 0 6a d ad d h m m (1 . 5 2 ) 4 0L d m m， 11( ) 774C B m m 0d d m m 11（ 0 . 2 0 . 3 ） （ =30，0 0 . 5 d m 11（ D+ ） =150小带轮直径100机轴轴径 d=20用腹板式结构。宽度 B=35 (1 . 5 2 ) 3 5L d m m， 2 7 5 2 3 8 1a d ad d h m m 1 (1 . 8 2 ) 4 0d d m m， 11( ) 774C B m m四工位专用机床机构设计 10 轮传动设计 1 速级齿轮传动设计 输入功率 1 9 W,小齿轮转速 n=10r/动比为3i=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（ 0095 2） 材料选择。由手册选小齿轮材料为 40制）硬度为 280齿轮 选用 45钢（调制）硬度为 240者硬度差为 40 3） 初选小齿轮齿数1 20Z ，大齿轮齿数2 3 1i 8 0。 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算，即 2131 12 . 3 2 ( ) （ 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。 1 . 2 8 99 5 5 0 9 5 5 0 1 2 3 0 . 9 9 510 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 001 ；502 。 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。7116 0 6 0 5 1 ( 2 8 3 0 0 1 5 ) 2 . 1 6 1 0hN n j L 612 5 . 4 1 04 6） 查手册取接触疲劳寿命系数1 ；2 。 四工位专用机床机构设计 11 7）计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 1%，安全系数 S=1 。 1 l i m 112 l i m 22 6 0 0 6 6 0 P P （ 2） 计算 1） 试算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值。 2 21 3311 1 . 5 1 2 3 0 . 9 9 5 5 1 8 9 . 82 . 3 2 2 . 3 2 2 1 . 8 5 0 . 6 4 6 0 0t ud m m m 2） 计算圆周速度 v。 11 2 1 . 8 5 5 / 0 . 0 0 5 7 /6 0 1 0 0 0 6 0 0 0 0m s m s 3） 计算齿宽 b。 1 0 . 6 2 1 . 8 5 1 3 . 2 0d m m m m 4）计算齿宽与齿高之比 模数 111 2 5tt dm z 齿高 2 . 2 5 2 . 2 5 1 . 0 3 7 5 2 . 4 5 8 1 3 . 2 0 5 . 3 7 02 . 4 5 85)计算载荷系数。 根据 v=s,6级精度，由手册查得动载系数 。 直齿轮， 1由手册查得使用系数 150； 由手册查得 6级精度，小齿轮作悬臂布置， 。由 b/h= 查手册得 1 . 5 0 1 . 1 0 1 1 . 3 3 7 2 . 2 1A V H K K K 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 四工位专用机床机构设计 12 3311 2 . 2 12 1 . 8 5 2 4 . 8 61 . 5d m （ 3） 计算模数 111 3n dm z 按齿根 弯曲强度设计 由弯曲强度的设计公式为 13212F a s （ 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1 5 0 0 P ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限2 3 8 0 P ； 2） 查手册得弯曲疲劳寿命系数1 ；2 3） 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S= 1112223 2 1 . 4 32 7 1 . 4 3F N F F P P 4） 计算载荷系数 。 1 . 5 0 1 . 1 1 1 . 1 7 5 1 . 9 3 9A V F K K K 5)查取齿形系数122 . 8 0 2 . 2 26)查取应力校正系数121 . 5 5 1 . 7 7s a s 7） 计算大、小齿轮的 加以比较。 111 2 . 8 0 1 . 5 5 0 . 0 1 3 5 0 23 2 1 . 4 3F a S 四工位专用机床机构设计 13 22 2 . 2 2 1 . 7 7 0 . 0 1 4 4 7 72 7 1 . 4 3F a S 大齿轮的数值较大。 （ 2） 设计计算 3 22 1 . 9 3 9 1 2 3 0 . 9 9 5 0 . 0 1 4 4 7 7 0 . 8 70 . 6 2 0m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数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 稍大点的值） m=2 几何尺寸计算 （ 1）计算中心距 12() 1 0 0 m m2 nz z （ 2）计算分度圆直径 1122m 2 0 2 4 0 m 0 2 1 6 0 m （ 3） 计算齿轮宽度 1 0 . 6 4 0 2 4db d m m 取2 25B 1 30B 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 1d=40m=2 d=251B=30ha=ha*m=1 2=2mm c*)m=(1+ 2=h=ha+da=2工位专用机床机构设计 14 df=2p= m=s= m/2=2/2=e= m/2=2/2=c=c*m=2=） 大 齿轮 （齿轮 2） 的尺寸 由轴可 得2d 160m m0 m=2 2B=25 d=50mm ha=ha*m=1 2=2 1 2= h=ha+da=264mm df=255 p= m=s= m/2=2/2=e= m/2=2/2=c=c*m=2=21 . 6 d 1 . 6 5 0 8 0 m 0 a nd m 1 6 4 2 4 1 4 0 m （ 1 0 1 4 ）1 03（ D + D ） /2= （ 140+80 ） /2=1102D 03（ 0 . 2 5 0 . 3 5 ） ( D - D ） = ( 0 . 2 5 0 . 3 5 ) 6 0 = 1 8 m m( 0 . 2 0 . 3 ) ( 0 . 2 0 . 3 ) 2 5 7 . 5 1 0C B m m m m ，取 C=10 轴 V 的 低速级齿轮 传动 设计 输入功率 1 1 W,小齿轮转速 n=动比为3i=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=180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=120 四工位专用机床机构设计 15 大齿轮（齿轮 4）： 分度圆直径 d=240 四工位专用机床机构设计 16 I 的低速级齿轮传动设计 输入功率 1 1 W,小齿轮转速 n=动比为3i=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=250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=169 四工位专用机床机构设计 17 大齿轮（齿轮 6）分度圆直径 d=338 四工位专用机床机构设计 18 轮齿条传动设计 齿轮做成双联齿轮（ 齿轮 22 模数为 m=1，齿数分别为 2， 6。分度圆直径 26具体结构尺寸如下所示： 四工位专用机床机构设计 19 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。 星轮系传动设计 5/7 输入功率 1 W，输入转速 2 5 0 / m i 输入转矩 55 m，传动比2i=25。 系的选择 根据传动比要求，选择 2星齿轮传动。其传动比范围为 1 50 ，最佳使用范围为 5 25。其传动效率为 工位专用机床机构设计 20 其传动比计算公式为b 。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： 7 2 3 4 m 0 2 2 2 0 4 m 8 2 1 3 6 m 7 2 3 4 m m 构设计 根据齿轮结构设计的标准（当齿顶圆直径60，做成实心结构的齿轮；当齿顶圆直径00m m时，做成腹板式结构）可得： 齿轮 a 分度圆直径为 34成实心结构， 材料为 40制）， 齿轮宽为 B=30结构尺寸如下： 四工位专用机床机构设计 21 齿轮 b 齿顶圆直径160成腹板式结构， 齿轮材料选用 45钢（调制），各参数如下： 四工位专用机床机构设计 22 齿轮 c 和齿轮 d 做成双联齿轮，材料为 40制）， 具体结构尺寸如下图所示： 四工位专用机床机构设计 23 行星架做成轴与连杆相连的形式，轴径为 20具体结构及尺寸如下图： 轮机构设计 4 由机床的 整体安装高度为 850及其他传动的中心距可得槽轮机构的中心距为 a=150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： 盘： 四工位专用机床机构设计 24 轮： 四工位专用机床机构设计 25 柱凸轮机构设计 4 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 。过理论廓曲线上任意一点做法线 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 m 另外大速度，可减小圆柱凸轮的行程，故在 18a/，由此计算得出其半径为 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 120以圆柱凸轮的行程为 40 经过考虑取半径为 125度取 80 凸轮轮廓线及其运动曲线 快进行程 0 45度，五次多项式曲线； 3 4 52 3 42 2 2 2 33 6 3 . 2 8 1 6 7 8 . 0 4 8 3 4 1 . 3 1 13 3 6 3 . 2 8 1 4 6 7 8 . 0 4 8 5 3 4 1 . 3 1 16 3 6 3 . 2 8 1 1 2 6 7 8 . 0 4 8 2 0 3 4 1 . 3 1 1 工进行程 45 170度，一次多项式曲 线 1 4 2 4 /2 4 /0170 195度，五次多项式曲线； 2 3 4 52 3 42 2 2 2 2 38 0 8 4 . 7 7 9 3 9 1 . 6 2 3 7 5 7 . 1 5 4 8 7 . 6 9 4 3 3 . 3 6 9 3 8 . 9 8 3 399 3 9 1 . 6 2 2 3 7 5 7 . 1 5 3 4 8 7 . 6 9 4 4 3 3 . 3 6 9 3 5 8 . 9 8 3 3 92 3 7 5 7 . 1 5 6 4 8 7 . 6 9 4 1 2 3 3 . 3 6 9 3 2 0 8 . 9 8 3 3 9 快回行程 195 弦加速度曲线； 24 0 1 ( 1 3 / 1 2 ) / ( 1 3 / 2 4 ) s i n 2 ( 1 3 / 1 2 ) / ( 1 3 / 2 4 ) / 2 4 0 c o s 2 ( 1 3 / 1 2 ) / ( 1 3 / 2 4 ) / ( 1 3 / 2 4 )2 4 0 s i n 2 ( 1 3 / 1 2 ) / ( 1 3 / 2 4 ) / ( 1 3 / 2 4 ) 近休 360度。 四工位专用机床机构设计 26 位移和轮廓线 速度线（上图） 四工位专用机床机构设计 27 加速度线 (上图 ) 子 级轴的设计 1 四工位专用机床机构设计 28 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=速为 n=240r/查表得0A=103至 126,考虑到安装联轴器的轴段仅受扭矩作用 10 则 : 11030 1 2 0 m 轴的最小直径显然是安装行星齿轮的地方，即0 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=3030 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 安装带轮，直径应小于轴承的安装直径，故该段直径为 25了便于安装轴承，取6 四工位专用机床机构设计 29 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，5承宽度为 13虑到轴承的定位，长度应略小于轴承的宽度，故11度应为齿轮宽度与套筒长度之和，7为轴肩，考虑到轴的总长度，所以定为3以轴的总长 度为 187 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/轴承内圈配合轴选用轮与带轮均采用 A 型普通平键联接，（宽高长）分别为 6 6 25 7 28 4） 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 1他轴肩圆角半径均为 1据标准 的左右端倒角均为 1 45 。 轴的强度 校核 1） 做出轴的计算简图 图中1 2 T 2 5 5F = 3 6 6 . 6 7 . 3,2 12 T 2 5 5F = 2 7 5 0 . 0 2。经过计算 得R 1 R 2F = 3 0 6 N , F = - 3 1 7 8 N，N 1 N 2F = - 4 5 4 N , F = 1 0 8 30 2） 画出弯矩图 3）画出扭矩图 四工位专用机床机构设计 31 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 22 2213M ( T ) 5 0 0 ( 0 . 6 5 5 )= = 5 . 5 7 M . 1 3 0 轴的材料为 45 钢，调质处理，查得 1 60M P ，因 ，故安全。 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 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/轴承内圈配合轴选用 杆与齿轮均采用 宽 b高 h长 L）分别为 8 7 6 7 25 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 （宽 b高 h长 L）分别为 8 7 18 三段和第八段安装轴承。第六段安装齿轮 2， 选用普通 （宽 b高 h长 L）分别为 14 9 18 后一段安装齿轮 5， 选用普通 （宽 b高 h长 L）分别为 8 7 25 工位专用机床机构设计 32 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 （宽 b高 h长 L）分别为 12 8 40 六段安装齿轮 4, 选用普通 （宽 b高 h长 L）分别为 10 8 18 轴上零件的周向固定：从左往右第三段安装槽轮，选用普通 （宽 b高 h长 L）分别为 12 8 18 四工位专用机床机构设计 33 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 8 7 18 五段安装圆柱凸轮， 选用普通 （宽 b高 h长 L）分别为 14 9 70 身及主轴箱设计 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。另外从床身侧壁四工位专用机床机构设计 34 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床身顶部 安装了以滑轨，用以支撑齿条的直线运动。 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： 四工位专用机床机构设计 35 四工位专用机床机构设计 36 7 各机构零件的三维建模 I 零件 建模 8 通过【圆柱】命令，指定矢量（ 指定点为原定，输入直径 25度 45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 面 （图 d） 与键槽竖直中心 用以确定键槽的水平位置， 选择 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 图 a 图 b 四工位专用机床机构设计 37 图 c 图 d 图 e 最后再经过【倒斜角】，得到完整的轴。 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； 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。 四工位专用机床机构设计 38 小带轮 轮 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： 四工位专用机床机构设计 39 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。 件 建模 轮 模 四工位专用机床机构设计 40 轮 1建模 杆、行星架建模 件 建模 轮建模 四工位专用机床机构设计 41 齿轮 2 齿轮 3 齿轮 5 件 建模 模 四工位专用机床机构设计 42 轮建模 轮拨盘建模 四工位专用机床机构设计 43 V 零件 建模 V 建模 轮建模 四工位专用机床机构设计 44 件 建模 模 轮建模 柱凸轮建模 四工位专用机床机构设计 45 身级其他零件建模 身建模 轴箱建模 四工位专用机床机构设计 46 轮齿条建模 作台建模 四工位专用机床机构设计 47 他零件建模 电机 V 带 主轴刀具，专用电机等 四工位专用机床机构设计 48 8 装配 I 装配 轮及键的装配 键的装配 打开 建一个装配文件 ，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 四工位专用机床机构设计 49 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 2图所示 b： 图 b 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 四工位专用机床机构设计 50 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 图 c 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 图 d 所示： 四工位专用机床机构设计 51 图 d 配 轴 杆、行星架、齿轮 轮 1、 2个轴承 6007、键 四工位专用机床机构设计 52 配 轴 轮 2、齿轮 3、齿轮 5、两个轴承 6008、键 3、键 10。 配 轴 轮拨盘、齿轮 4、两个轴承 6006、键 6、键 7。 四工位专用机床机构设计 53 V 装配 轴 轮、两个轴承 6006、键 8。 配 轴 轮 6、圆柱凸轮、 两个轴承 6007、键 4、键 9。 四工位专用机床机构设计 54 体装配 透明显示 ： 四工位专用机床机构设计 55 9 运动仿真 3 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。 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 机轴、小带轮设为连杆 带轮、轴 I 及键 、齿轮 a 设为连杆 3；将行星架、连杆、轴 键、齿轮 1 设为连杆 齿轮 005；将轴 键、齿轮 2、齿轮 3、齿轮 5 设为连杆 轴 键、槽轮拨盘、齿轮 4 设为连杆 轴 V 及键、槽轮、工作台设为连杆 轴 键、齿轮 6、圆柱凸轮设为连杆 齿条 010；将齿轮 22为连杆 主轴箱及专用电
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