新疆大学机械原理课程设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构设计Word文档下载推荐.docx
《新疆大学机械原理课程设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新疆大学机械原理课程设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构设计Word文档下载推荐.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
设计说明书一份（主要包括:
运动方案设计、方案的决策与尺度综合、必要的机构运动分析和相关的机构运动简图）
发题日期:
2012年6月24日
完成日期:
2012年7月2日
指导教师:
穆塔里夫
机械原理课程设计说明书
一、设计题目：
四工位专用机床。
二、四工位专用机床的功能和设计要求：
1、功能：
所谓四工位即四个工位能够同时做相应的工作，四工位专用机床在小型制造车间里可完成工件的连续生产，提高了生产效率。
在这里，四工位机床要求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，一个工件经过在四个工位上的依次作业，即完成了这个工件的加工，循环进行，加快了工件的生产速度，提高了工件的加工效率。
2、设计要求：
1）四工位专用机床中，回转台的旋转运动与刀具的进给运动之间一下要配合后，时间上的要求极其严格。
从而速度要求也要合理。
如果刀具在工件加工时，回转台已开始转动，必发生折刀。
相反，如果刀具尚未到达工件，即工件未加工之前，回转台已开始转动，则刀具来不及对工件进行加工，而且刀具在工件加工时，进给速度，运动方向一定要稳定，不然的话，也极容易出现折刀，毁坏工件之类现象。
2）从执行动作上来分，四工位机床共分为三个执行机构，即回转台的回转运动，主轴箱的水平移动，及刀具的旋转运动。
3）考虑到四工位机床应用于小型制造车间，其特点为简洁易维修使用，拆卸，更换零件方便，故采用了手工安装零件，而不采用机器手来安装，后者一般在大规模生产车间采用，而且后者的安装时间相应来说比手工安装应短许多，但会增加成本，在这里有足够的时间（36s），可供手工安装零件，故无需用机器手。
4）四工位专用机床的性能要求和原始数据：
（1）刀具匀速进给加工速度2mm/s。
（2）生产率为每小时约74件。
（3）刀具顶端离开工件表面65mm。
（4）回转及工件行程的平均速度之比为k≥2。
三、功能分析：
四工位专用机床与传统相比提高了工件的加工效率。
它利用四个工位可以在不同的工位上分别完成不同的工序加工，从而增加了单位时间的工件加工数目。
对于本题目，要求在三个工位上完成工件的加工动作，即钻孔，扩孔，铰孔，而在另一个工位上则完成工件的装卸工作，它利用回转台使三个加工工序配合起来，从而完成了一个工件的加工，在回转台转动时，装有刀具的主轴箱进行快进，快退，一旦当回转台停止了转动，处于静止状态时，则主轴箱进行匀速进给加工。
所以它的执行动作实际上分为三个：
（一）是装有四工位工件的回转台的转动。
（二）是装有由专用电动机带动的三把专用刀具的转动。
（三）是装有内置专用电动机的主轴箱的水平移动。
而最关键的问题是回转台转动和主轴箱水平移动两个执行动作的时序配合。
四工位专用机床的总功能是实现工件的钻孔，绞孔，扩孔，并且在不同的工位上同时进行，提高了加工生产率。
对于一个机械系统来讲，总的功能又是由各功能单元各自的功能共同配合组成，在时间上要协调配合，在空间上要协调配合，在速度上也要协调配合，而在它们共同完成某一个功能时，各功能单元的对应机构的运动也要协调配合，这些都是我们所要考虑的问题。
四、运动转换的基本功能：
四工位机床的工作动力由两个电机驱动，专用电机驱动刀具进行工件加工，动力电机驱动回转台及主轴箱的运动及中间的传动机构，由电机的旋转运动来得到主轴箱的往复移动，故可选择旋转转动的机构来实现，从而将这一分支的运动实现，同时，用该电机的旋转运动又可通过转动转动间隙转动的机构来实现回转台这一分支功能，这样，两个分支的运动由一个共同的驱动出发，为正确的时序，正确的加工顺序提供了方便性和可能性。
四工位机床的三个执行动作分别是：
旋转运动，间隙转动，水平移动。
主轴箱要实现水平移动，并且这个水平移动要有速度的变化，相对来说运动转换要复杂一点。
至于刀具只需要将专用电动电动机的旋转运动降速，而回转台则经减速后加一间隙机构即可实现。
综合考虑以上各功能，最后得到以下的运动转换示意图：
五、机构选型：
对于四工位机床的传动机构来说，两分支功能的时间配合是问题的关键，故而可首先用挂轮架混合轮系来对电机输出的转速进行转换，从转换得到的转速为一齿轮的旋转运动，对回转台而言，可从这一齿轮得到的转速转换成槽轮间隙运动，回转台也可采用不完全齿轮来实现回转台的间隙运动，但我们考虑到不完全齿轮对特殊的间隙运动要进行特殊的生产，不具有现实性，实际性，故我们采用了槽轮机构来实现回转台的间隙转动。
对于主轴箱的往复进给运动，我们采用了凸轮机构，用柱状凸轮省却了很多机构，简单易行，对于盘式凸轮，则另外需要搭配摆动滑块机构，增加了不稳定度。
具体所选机构及比较如下：
1．执行机构的选型
进行机构的选型，就是采用何种机构来完成某种工艺动作过程和功能，在四工位机床中，执行机构要实现间隙转动及往复移动。
对要求实现间隙转动的回转台，拟采用以下三种机构：
1）连杆棘轮机构：
由图所示，此机构由八杆机构和棘轮机构组成，曲柄摇杆机构O1ABO3摇杆上的C点分别铰接两个Ⅱ级杆组CDO8和CEO8组成了八杆机构。
D，E铰链上的棘爪9，10，与棘轮8组成双棘爪机构。
工作原理和特点：
主动曲柄1转动时通过摇杆3和连杆4，6带动摆杆5，7作相反的摆动。
当杆5顺时针摆动时，棘爪9推动棘轮8顺时针摆动，而杆7逆时针摆动带动爪10在棘轮齿背上滑过，实现了从动棘轮的间隙转动。
。
2）槽轮机构：
机构说明：
如图所示，槽轮机构由具有圆柱销A和凸圆弧的销轮1以及具有径向直槽和凹圆弧的槽轮2组成。
主动销轮1做等速连续转动，圆销A还未进入径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被销轮的外凸圆弧锁住而静止，当圆销A开始进入径向槽时锁止弧脱开，槽轮在A圆销的驱使下做反向转动。
当圆销A开始脱出径向槽时，槽轮因另一锁止弧又被锁住而静止，从而实现间隙运动。
槽轮机构的结构简单，制造容易且工作可靠，机械效率高，但槽轮的运动角大小不能调节，且在槽轮转动的始末位置有冲击，不宜做高速。
为避免刚性冲击，在圆销A进入和退出径向槽的两个位置时要求径向槽中心线切于圆销中心的运动圆周。
为保证正常运转，要求槽轮槽数z不小于2，圆销数k应小于（2z/z-2）。
当k=1时，槽轮运动时间少于静止时间，当k=1，z=4时且槽、销都均步时，动、停时间相等，k再增加，运动时间则大于静止时间。
3）不完全齿轮机构
结构说明：
不完全齿轮机构是从渐开线齿轮机构演变过来的。
如图所示，主动轮1上有1个或几个轮齿，其余部分为外凸圆弧，从动轮2上有部分和内凹锁止弧。
啮合型式也有内、外啮合和齿轮齿条。
如图所示的为外啮合。
主动齿轮作连续匀速转动，当轮1上的轮齿进入啮合时，轮2转动；
轮1上的轮齿退出啮合后，由于两轮的凸、凹锁止弧的作用，轮2保持可靠停歇，从而实现从动轮的间歇转动。
不完全齿轮机构从动轮运动角的范围大，不像槽轮机构那么受限制。
能灵活设计，很容易实现一周中的多次不同动、停时间的间歇运动。
但在进入啮合和退出啮合时速度有突变，产生冲击，不宜用于高速传动。
为改善传动性能、减少冲击，可装置瞬心线附加板L和K，在首齿啮合前，K、L板先啮合，使从动轮从静止状态逐渐加速至w2；
末齿脱离啮合后，又借助另一对K、L板逐渐减速。
对要求往复移动的主轴箱，拟采用以下几种机构。
1）曲柄滑块机构：
根据曲柄回转中心与滑块导路相对位置分为对心曲柄滑块机构与偏置曲柄滑块机构，其偏距为e。
当曲柄整周回转时，滑块往复移动。
对心曲柄滑块机构的滑块最大行程s为曲柄长度a的两倍，若增加曲柄长度，可以增大行程。
偏置的曲柄滑块机构具有急回运动特性，当曲柄长度a或偏距e加大时，急回特性显著，而连杆长度b减小时，急回特性减缓。
2）齿轮连杆机构
机构为由圆锥齿轮机构、连杆机构及齿轮齿条机构组成，圆锥齿轮为主动件，通过齿轮及与其固接的曲柄、连杆推动装有齿轮的推扳沿固定齿条往复移动，实现传送动作，该机构可以实现较大行程。
2．传动机构的选型：
减速装置
四工位机床对运动的同步要求，并要有精确的传动比要求，它还需要很大的传动比，考虑这些因素，在设计减速装置时，采用了齿轮传动和带传动相配合的方式来实现。
图示的是最初设想的两种方案：
比较两种方案，对于带传动，为减小其传动的外廓尺寸并发挥其过载保护和缓冲吸振的作用，一般应安排在运动链的起始端和电机直接相连，故而我们采用了下面的方案2
六、机械系统运动方案的拟定与比较
1）对于机械系统的方案拟定，我们采用了形态学矩阵法进行（方案的设计），把与功能元匹配的机构列为横坐标，把功能元即基本运动转换功能框图列为纵坐标构成形态学矩阵，如图所示：
功能元
功能元解（匹配机构）
1
2
3
4
5
减速A
带传动
链传动
蜗杆传动
齿轮传动
摆线针轮传动
减速B
行星传动
工作台间歇传动C
圆柱凸轮间歇机构
蜗杆凸轮间歇机构
曲柄摇杆棘轮机构
不完全齿轮机构
糟轮机构
主轴箱移动D
移动推杆圆术凸轮机构
移动推杆盘形凸轮机构
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
列出所有可用方案：
N=5x5x5x5=625
从这些方案中进行筛选，去除明显不合理的，在四工位机床中，要求从电动机出来的旋转运动平衡，适当控制噪声，故而在减速中，选择了带传动，而在另一个减速功能元中，利用齿轮传动稳定上，精度容易控制的优点进行变速，最后，回转台的间隙转动选择了不完全齿轮和槽轮机构两类，而主轴箱移动选择了移动推杆柱凸轮机构，和摆动推杆盘形凸轮与摆杆滑块机构两类，从而拼装得到下面所示的两个机械运动方案示意图。
但是这两个机械运动方案都有其自身的缺点，对于方案1来说，缺点是密度三角被拨杆往下压的过程中，由于拨杆的钢性，不能往上回弹。
织针在编织过程中，由于有峰针板槽有积垢，使相应槽内的织针在运动过程中产生窜动，因此会对密度三角产生一个瞬间往上的作用力，在反作用力的作用下，密度三角对针踵瞬问有一个往下的作用力，因此，织针会低于压针工作面一小段距离，这种现象，在编织速度越快。
粗针种阻力越大的情况下越明显。
因此对强力低的毛纱就易产生断裂。
出现针织物的破洞、断头等庇病。
这种机构对编织物密度均匀性要求不高或者织物密度比较紧密的针织机械设备上被广泛应用，而对于方案2来说，它的执行机构存在较大缺陷，滚子及支点处受力极大，容易发生损坏，造成主轴箱失常，我们优化了两种方案，得到了方案3，如下图所示。
2）然后，我们采用了模糊综合评价法来对三种运动方案作了评价选优。
三种机构型式的性能，特点及评价：
根据三种机构的工作特点，性能要求和应用场合，由设计人员对各项性能指标进行评价。
列表如下：
三种机械运动方案各项指标的评价
性能指标
具体项目
方案1
方案2
方案3
UA功能
S1运动规律
S2运动精度
相当精确
较高
比较精确
一般
高
UB工作性能
S3应用范围
S4可调性
S5加工速度
S6承载能力
较差
不高
较大
较好
UC动力性能
S7加速度
S8耐磨性
S9可靠性
大
UD经济性
S10制造难易
S11调整方便性
S12能耗大小
较烦
较难
方便
UE结构紧凑
S13尺寸
S14重量
S15结构复杂性
较小
简单
较重
复杂
故选第三种方案。
动画如下：
四工位.avi
我的心得体会
从课程设计的开始，就感觉课程设计需要综合各方面的知识，是对我们以前各方面学习知识的一个综合考察，从程序设计到制图知识，从CAD软件到三维建模，从力学基础到机械专业知识，都需要我们仔细去把握，权衡。
我们小组做的是四工位机床，在完成课程设计的过程中，大家也是群策群力，在不断讨论中改进了设计。
最后整个过程结束，我感觉收益很大，不仅在知识面上得到了新的拓宽，而且在思想方面也有不少的收获，大家一起做事，一起探讨，这种团队合作的意识也得到了加强。
记得刚开始机构选型的时候，大家一起讨论分析盘式凸轮和圆柱式凸轮的优缺点，当时大家虽然都学过，但对最本质的东西还没有完全理请，但在大家一起的讨论中，大家对凸轮分析的越来越投入，我感觉这样的学习，这样地解决问题确实很开心。
我个人在这次设计中主要负责了程序的设计及三维建模及动画处理。
最让我难以忘记的是在程序设计中遇到得一个问题。
当时编写程序代码，调试一切通过，但就是不出现正确结果，所有变量的值统统为零，我反复调试，更换参数。
但统统地不行。
这个程序当初是引用了一个我自己定义的数据文件，在反复失败后，我突然想到重新编写代码，重设数据文件，重新调试，结果一切OK！
我感觉很惊奇，为什么，仔细查过后，发现第一次的数据文件比第二次的数据文件的存放目录更高一级，呵呵，当时心情真得特别开心，一口气又些了些代码，果然符合上面的规律。
我感觉特别开心，发现并认识规律的开心。
升级会员 