四工位专用机床机械原理课程设计

1、沈阳理工大学课程设计专用纸目录一功能分解和运动分析 2 二执行机构选型 4 三传动机构选型 5 四机械整体运动方案的选择 7 五机械运动方案简图 10 六机械运动方案的计算 11 七仿真运动及图表分析 15 八课程设计小结 17 九参考文献 18沈阳理工大学- 1 -沈阳理工大学课程设计专用纸一、功能分解和运动分析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、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 位置为铰孔位置， 1沈阳

2、理工大学课程设计专用纸位置为装卸工件， 2 位置为钻孔位置， 3位置为扩孔位置。 如表 1所示根据工艺动作推出其工作循环为：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 ）刀具转动表 1 四工位专用机床功能图同时得到四工位专用机床的树状功能图（如下图）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。2. 运动分析沈阳理工大学- 3 -沈阳理工大学课程设计专用纸通过合适的减速机构以及轮系机构， 使工作台进行每

3、次旋转 90 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（s）0-22-2222-3232-48主轴箱运动 情况快速前进60mm匀速前进

4、 60mm快速退刀120mm间歇机构运 动情况静止顺时针转过90（用时 3s）静止表 2 四工位专用机床执行机构的运动循环图说明：上图表明了工作台和主轴箱配合运动，主轴箱快速进刀60mm用时 2s，匀速进刀 60mm用时 30s，快速回程 120mm用时 16s 。当主轴 沈阳理工大学- 4 -沈阳理工大学课程设计专用纸箱快速退刀时工作台转动由 0 90这样保证不会刀具与工件相 撞，每转动 90主轴箱往返一次，转动用时 12s 剩下 36s 静止。二、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 3 所示的执行机构：匹配机构123回转不完槽轮棘轮

5、台间歇转全齿轮机机构机构动运动构主轴凹槽移动凸轮箱刀具移圆柱凸轮推杆盘形连杆机构动运动凸轮表 3 执行机构表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 选择槽轮机构或不完全齿轮机构； 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凹槽圆柱凸轮机构或移 动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。三、传动机构选型由机构的运动情况分析得， 机构的运动要求机构平稳运行， 结合沈阳理工大学- 5 -沈阳理工大学课程设计专用纸市场上提供的电动机转速及经济性，本设计用 1200r/min 的电动机 整个传动机的传动比为 k=960, 故需要分别引入减速机构来满足 工作台间隙运

6、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： 方案一：带传动加复合轮系减速器。方案二：采用外啮合行星齿轮减速器。沈阳理工大学沈阳理工大学课程设计专用纸带传动加复合轮系传动系统的优势，更加平稳，噪声小，效率较 高；相对于外啮合行星齿轮传动，带传动效率高，更换简单，降速较 快，不易损坏，而且成本低。四、机械整体运动方案的选择1. 方案的设计匹配机构123回转台间歇运动机构不完全齿轮机构槽轮机构棘轮机构主轴箱刀具移动推杆圆移动推杆盘凸轮连杆机移动机构柱凸轮形凸轮构传动机构带传动加复合轮系减速器外啮合行星齿轮减速器从以上方案中进行综合评价，综合评价指标为：沈阳理工大学

7、沈阳理工大学课程设计专用纸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。4）制造难易；5）成本高低。6）是否满足环境，动力源，生产条件等的限制条件； 根据以上的标准，大致可以选出三种运动方案，依次为： 方案一：槽轮机构和移动推杆圆柱凸轮，如下图：槽轮机构沈阳理工大学沈阳理工大学课程设计专用纸沈阳理工大学课程设计专用纸2. 方案的比较综合评价优缺点：缺点：方案一：圆柱凸轮制造成本高； 行程大时，运动灵活性较差； 力的作用点相对导轨产生有害力矩。方案二：凸轮直接驱动升程大；凸轮机构外露，影响外观。 制造困难。方案三： 放大行程，力减小，长摆杆刚度差；摆杆端部水 平分速

8、度不是匀速；摆动变移动，不易设计计算。沈阳理工大学- 10 -沈阳理工大学课程设计专用纸优点： 方案一：可以精准传动，槽轮运转稳定且精确。圆柱凸轮运行平 稳、精确，可以精确的控制机床主轴箱的往复运动，噪声小，结构紧 凑。方案二：容易更换，易改装及变换尺寸，传动简单功率高。 方案三；结构简单，成型后重量轻，凸轮曲线的精确性好。 综合以上所述： 选定方案一因为工位位置必须精确， 这直接影响 工件的质量，而方案一可以达到这一要求。根据以上综合评价指标， 最后选择出以下较好的方案： 槽轮机构 +凹槽圆柱凸轮机构。五、机械运动方案简图（此图由 AutoCAD 制图）沈阳理工大学- 11 -沈阳理工大学课

9、程设计专用纸此方案中，电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮 传动加复合轮系二级减速将速度降到 1.25r/min 。一路通过凹槽圆柱 凸轮将动能传递给主轴箱，完成刀具的进、退刀的动作；另一路再通 过一个带轮将动能传递给一个不完全齿轮啮合组， 通过加速传递给槽 轮机构，完成工作台的间歇运动。 两路传动机构相互配合， 相互合作， 共同和完成额定加工功能和加工任务。六、机械运动方案的计算1. 对于电机的选择 主要的参考指标有以下几点：沈阳理工大学- 12 -沈阳理工大学课程设计专用纸(1) 原动机的启动、过载、运转平稳性、调速和控制等方面是 否满足要求；(2) 工作环境的影响；(3) 工作

10、是否可靠，操作是否简易，维修是否方便；(4) 额定功率是否满足负载需要；(5) 工作是否可靠，操作是否简易，维修是否方便由机构的运动情况分析得， 机构的运动要求机构平稳运行， 结合 市场上提供的电动机转速及经济性，本设计用 1200r/min 的电动机。2. 减速器的传动计算由于选定电动机的转速是 1200r/min ，而槽轮和圆柱凸轮机构的 转速 n=60s/48s=1.25r/min 。所以整个机构传动比 k=1200/1.25=960 ， 故对减速器的功能要求是传动比为 960，为实现这一传动比选用了带 轮传动和复合轮系共同作用的减速装置。基于平稳性的考虑，本减速装置采用二级逐级递减的减

11、速系统。 第一级减速系统采用带传动带轮 1(d=30mm)和带轮 2(d=150mm)， 传动比为 5；第二级开始采用复合轮系减速，复合轮系共由四级齿轮 组组成，即齿轮 1(d=40mm，z=20)和 2(d=80mm，z=40) 、齿轮 3(d=30mm， z=15) 和 4(d=180mm，z=90) 、齿轮 5(d=40mm,z=20)和 6(d=160mm， z=80) 、齿轮 7(d=40mm，z=20) 和 8(d=160mm，z=80) ，各齿轮组的传 动比分别为 2、6、4、4，即从第一级开始，总传动比为 960，转速由 电动机的 1200r/min 变到输出的 1.25r/m

12、in 。带 轮 传 动 比 为 i1=150mm/30mm=5 ，齿 轮 传 动 比 i2=80*80*90*40/ (20*20*15*20)=192 所以，总传动比为沈阳理工大学i z8* d2 - 139 -6 0z3 d1沈阳理工大学课程设计专用纸上述计算表明， 所选齿轮的齿数是符合传动比要求的， 并且传动 机构的外形小巧、 结构紧凑， 有着非常精确的传递性能和较高的实用 性能及较为简单的工艺加工性能，符合机械传动的方案设计要求。3. 槽轮的尺寸计算结合本课题的设计的要求，对槽轮各部分尺寸进行计算1. 槽轮槽数 z 按工位要求选择 z=42. 中心距 L 选定 L=100mm3. 圆销

13、半径 r 按结构选定为 r=10mm4. 槽轮每次转位时主动件的转角 2=90 5. 槽间角 2=90 6. 主动件到圆销中心半径R1=173mm7. 槽轮外圆半径 R2=174mm8.槽轮槽深 h=67mm9.运动系数 k=1/44. 部分齿轮尺寸计算1.根据槽轮运转情况选定模数 m m=22.部分齿轮 11的半径 R11=40mm z=203. 部分齿轮 12的半径 R12=160 z=205. 直动圆柱凸轮的尺寸计算如图即为凹槽凸轮的简图，由于次凸轮的轮廓曲线为一空间曲 线，不能直接在平面上表示，但圆柱面展开为平面后，次凸轮就成为 一平面移动凸轮。 此时可以用设计盘形凸轮轮廓曲线的方法做

14、出圆柱 凸轮的轮廓曲线展开图。沈阳理工大学- 14 -沈阳理工大学课程设计专用纸圆柱凸轮的简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 ，以反向移动平面凸轮， 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，其内外包络线为实际轮廓线。 V 用AutoCAD拟合出位移线图如下图所示，凸轮的位移线拟 定 圆 柱 凸 轮 的 最 大 半 径 为 Rm=50m，m 长 度 L=120mm， 则 用AutoCAD作出其尺寸轮廓图，如图所示：沈阳理工大学- 15 -沈阳理工大学课程设计专用纸圆柱凸轮的轮廓图七、仿真运动及图表分析 位移图表该图- 16 -沈

15、阳理工大学沈阳理工大学课程设计专用纸速度图表该图由solidworks 的 motion 分析得出）加速度图表沈阳理工大学- 17 -沈阳理工大学课程设计专用纸图由 solidworks 的 motion 分析得出）八、课程设计小结为期 10 天的课程设计到这也就算结束了，在这 10天中，我感觉 收获颇深， 从刚开始接到任务书的迷茫、 不知所措，到后来到图书馆、 网上、问学长逐渐了解，再到现在的略懂一二，真正的体会到了课程 设计的乐趣。通过此次课程设计， 我也更加喜欢机械原理这门课， 也通过课程 设计，更好的应用了理论课上所学的知识， 在大脑中形成了更深的印 象，我想这对以后的工作都有一定的好处； 此次课程设计也培养了我 独立思考，看图，画图，熟练应用 AutoCAD，UG 等常用的画图软件， 为以后工作学习都打下了坚实的基础；另外，通过课程设计，我也略沈阳理工大学- 18 -沈阳理工大学课程设计专用纸微了解了一个机构从构想，到设计，到修改，最后到试验出成品的过 程，对以后工作学习都有一定的帮助； 在这 10 天短短的课程设计中， 同学们一起查资料，一起研究方案，选择机构运动方案，更加加深了 同学们之间的情谊， 也让我们懂得了团结合作的重要性， 也让我们学 会了团队协调、分工的技能，