四工位专用机床设计说明书.docx

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四工位专用机床设计说明书

课程

设计

目的

掌握四工位机床的运动规律

设计四工位机床的内部机构

课程

设计

要求

刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm后，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

所示），然后快速返回。

回程和进程的平均速度之比为K=2。

刀具的匀速给进速度为2mm/s工作装卸时间不超过10s。

机床生产效率每小时约60件。

执行机构及传动机构能装入机体内。

传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5KW，转速960r/min。

课程

设计

注意

事项

根据设计要求（机床生产率每小时约60件，即1分钟1件，按设计原理，即为1r/min,要求使用960r/min的电动机，整个传动机的比为

，故需要分别引入减速机构来满足工作台间歇运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，

课程

设计

内容

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转动。

（2）安装刀具的主轴箱应按要求进行静止，快进，快给，快退的工艺动作。

（3）刀具转动。

课程

设计

简要

操作

步骤

1.功能分解与运动分析

2.传动机构选型

3.执行机构选型最终方案确定

4.机械运动简图

5.机械运动方案计算

课程

设计

心得

体会

经过两周的努力,我终于将机械设计课程设计做完了.在这次作业过程中, 

尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了四连杆执行机构和带传动以及齿轮,蜗杆传动机构的设计步骤与方法;也不仅仅对制图有了更进一步的掌握;autocad,word这些仅仅是工具软件,熟练掌握也是必需的.对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节.总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美!

课程

设计

评语

及

成绩

评语

成绩

指导

教师

（签名）

日期：

附件：

1.设计任务

1.1工作原理及工艺动作过程

四工位机床是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。

它的执行动作有两个：

一是装有四工位工件的回转运动；二是装有专用电动机带动三把专用的主轴箱的刀具转动和水平往复移动。

1.2原始数据及设计要求

刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm后，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

所示），然后快速返回。

回程和进程的平均速度之比为K=2。

刀具的匀速给进速度为2mm/s工作装卸时间不超过10s。

机床生产效率每小时约60件。

执行机构及传动机构能装入机体内。

传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5KW，转速960r/min。

图

1.3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IT10—11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。

孔加工刀具示意图

2.功能分解与运动分析

2.1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。

（4）安装工作台的间歇转转动。

（5）安装刀具的主轴箱应按要求进行静止，快进，快给，快退的工艺动作。

（6）刀具转动。

画出四工位专用机床的动作要求图。

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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（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。

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

如下表所示根据工艺动作推出其工作图为：

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

同时得到四工位专用机床的树状功能图

四工位专用机床

该机构专用要求机床要求三个动作的协调运行，既刀架给进、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。

2.2运动分析

通过减速机构以及轮系机构，使工作台进行每次旋转90°的间歇运动。

1.电动机为驱动，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。

3.传动机构选型

根据设计要求（机床生产率每小时约60件，即1分钟1件，按设计原理，即为1r/min,要求使用960r/min的电动机，整个传动机的比为

，故需要分别引入减速机构来满足工作台间歇运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，列出常用减速机构。

方案一：

齿轮传动

如图

优点：

结构简单，设计方便。

缺点：

根据本课程设计要求，得到的传动比率为960的齿轮传动装置。

其单个齿轮直径过大，不适合采用。

方案二：

蜗轮蜗杆

优点：

传动比大，一般用作动力传动时,传动比5≤i≤70;结构紧凑；升角较小时可实现“自锁”，制造加工也相对简单；可实现90度的交叉轴传动。

传动比精确。

缺点：

传动效率较低，一般为0.7-0.8，由于效率低，损失的功率较多因此发热严重，传递的圆周速度较小，不适于大功率的传递。

经计算i=960，所以不适合采用。

方案三：

周转轮系

行星齿轮箱如右图所示，特点是体积小、重量轻、传动比大，载荷均布，运转平稳，输入轴与输出轴同心，输出轴的转向不仅与主动轮的转向有关，而且与轮系中各齿轮的齿数有关。

主要缺点是结构复杂，制造精度要求高。

通过计算知齿轮齿数介于29-33之间。

根据综合比对，选用方案三。

行星轮系

4.执行机构选型

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

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

4.1主轴箱方案设计

方案一

连杆机构

优点：

其运动副元素为面接触，压强较小，承载能力大，润滑好，磨损小，加工容易，且一般是几何封闭的，保证工作的可靠性。

缺点：

其必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时降低机械效率。

虽然可以使用连杆机构来满足一些运动规律和一些运动轨迹的需要，但其及过程十分复杂，且一般只能近似的满足要求。

所以不能用于本设计。

方案二

凸轮机构

优点：

可实现高速化，结构紧凑，可靠性高：

缺点：

不能改变运动的角度。

主轴箱主要带动刀具做直线往复运动。

故选用方案二，凸轮机构。

4.2工作台方案设计

方案一

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，有运动循坏图中可知：

于是得：

K>2.2

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°。

棘轮机构

方案二

采用不完全齿轮机构，其结构如下图所示：

不完全齿轮机构

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（1r/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。

5.最终方案确定

根据前文的叙述，最终方案确定为：

行星轮系+槽轮+圆柱凸轮

6.机械运动简图

此方案中，电动机为驱动机构，将动能传递给带轮，带轮将动能传递给周转轮系，周转轮系将960r/min转变为1r/min。

一路通过轴将动能传递给凸轮机构，完成刀具的进退刀动作。

同时另一路通过轴将动能传递给槽轮机构，完成工作台的间歇运动。

两路传动机构相互配合，相互合作，共同完成额定加工功能和加工任务。

7.机械运动方案计算

7.1运动循环图各区间时间的计算

工作行程平均速度V平=240mm／60s=4mm／s

因为回程和进程的平均速度之比K=2。

所以V回=20mm／s

刀具回退时间t回=120mm／20mm／s=6s

刀具快速进给时间t快=60mm／10mm／s=6s

刀具匀速进给时间t匀=60mm／2mm/s=30s

7.2减速器的计算

由于选定电动机的转速为960r/min,而槽轮和凸轮的转速为1r/min。

整个传动机构的传动比为i=960，根据《机械原理》第五章轮系传动的知识，对如图9所示

的行星轮系机构进行详细设计。

其中，各轮齿数拟定为为：

Z1=30，Z2=29，Z2´=32，Z3=33，考虑到其所

占空间模数可取m=4，采用正常齿制。

该机构的传动比

即

齿轮啮合的最大中心距

则在未装外壳时机构的宽或高的最大尺寸为:

行星轮系

7.3槽轮的尺寸计算

槽轮机构的优点是结构简单，制造容易，工作可靠，能准确控制转角，机械效率高。

缺点主要是其在启动和停止时加速度变化大、有冲击，不适合用于高速传动。

结合槽轮自身的特点和本课题的设计需求，对照如图6所示，对其尺寸进行详细设计和拟定。

图6槽轮机构简图

总结

经过两周的努力,我终于将机械设计课程设计做完了.在这次作业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足.刚开始在机构设计时,由于对cad软件的基本操作和编程掌握得还可以,不到半天就将所有需要使用的程序调试好了.可是我从不同的机架位置得出了不同的结果,令我非常苦恼.后来在钱老师的指导下,我找到了问题所在之处,将之解决了.同时我还对四连杆机构的运动分析有了更进一步的了解.在传动系统的设计时,面对功率大,传动比也大的情况,我一时不知道到底该采用何种减速装置.最初我选用带传动和蜗杆齿轮减速器,经过计算,发现蜗轮尺寸过大,所以只能从头再来.这次我吸取了盲目计算的教训,在动笔之前,先征求了钱老师的意见,然后决定采用带传动和二级圆柱齿轮减速器,也就是我的最终设计.至于画装配图和零件图,由于前期计算比较充分,整个过程用时不到一周,在此期间,我还得到了许多同学和老师的帮助.在此我要向他们表示最诚挚的谢意.整个作业过程中,我遇到的最大,最痛苦的事是最后的文档. 

尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了四连杆执行机构和带传动以及齿轮,蜗杆传动机构的设计步骤与方法;也不仅仅对制图有了更进一步的掌握;autocad,word这些仅仅是工具软件,熟练掌握也是必需的.对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节.总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美!

参考文献：

[1]《机械原理课程设计手册》邹慧君主编高等教育出版社

[2]《机械原理教程》（第二版）申永胜主编清华大学出版社

[3]《机械原理辅导与习题》（第二版）申永胜主编清华大学出版社

[4]《C程序设计基础》（第三版）谭浩强主编清华大学出版社

[5]《工业设计机械基础》阮宝湘主编机械工业出版社

[6]《新机构的创造发明》李学荣主编重庆出版社

[7]《工程图学》鲁屏宇主编机械工业出版社

[8]《机械原理》（第八版）主编孙桓陈作模葛文杰