四工位专用机床课程设计说明书超详细.docx

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四工位专用机床课程设计说明书超详细

设计任务书

设计任务：

1按工艺动作过程拟定机构运动循环图

2进行回转台间歇机构，主轴箱道具移动机构的选型，并进行机械运动方案评价和选择

3按选定的电动机和执行机构的运动参数进行机械传动方案的拟定

4对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计

5在2号图纸上画出最终方案的机构运动简图

6编写设计计算说明书

设计要求：

1从刀具顶端离开工件表面65mm位置，快速移动送进了60mm后，在匀速送进60mm（5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回。

回程和工作行程的速比系数K=2。

2生产率约每小时60件。

3刀具匀速进给速度2mm/s,工件装、卸时间不超过10s。

4执行机构能装入机体内。

机械运动方案设计

根据专用机床的丄作过程和规律可得其运动循环图如下:

该专用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。

其工作过程如下：

簾转卡龙卡卷固定

力架快进匀*切剤刀架快退一

/卜

机床工作运动模型

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。

儿个动作必须协调一致，并按照一定规律运动。

机械总体结构设计

1.原动机构：

原动机选择Y132S-4异步电动机，电动机额定功率P=5・5KW,满载转速n=1440r/min。

2.传动机构：

传动系统的总传动比为i=ii/n6.其中％为圆柱凸轮所在轴的转速，即总传动比为1440/1o采用涡轮蜗杆减速机构（或外啮合行星减速轮系）减速。

3.执行部分总体部局：

执行机构主要有旋转工件卡盘和带钻头的移动刀架两部分，两个运动在工作过程中要保持相当精度的协调。

因此，在执行机构的设计过程中分为，进刀机构设计、卡盘旋转机构和减速机构设讣。

而进刀机构设计归结到底主要是圆柱凸轮廓线的设计，卡盘

的设讣主要是间歇机构的选择。

在执行过程中曲于要满足相应的运动速度，因此首先应该对于原动机的输岀进行减速。

下面先讨论减速机构传动比的确定：

由于从刀具顶端离开工件表面65mm位置，快速移动送进了60mm后，在匀速送进60mm（5mm刀具切入量,45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回。

要求效率是60件/小时，刀架一个来回（生产1个工件）的时间应该是1分钟。

根据这个运动规律，可以讣算出电机和工作凸轮之间的传动比为1440/1。

两种方案的传动比计算，参考主要零部件设计计算。

下面讨论执行机构的运动协调问题：

有运动循环图可知，装上工件之后，进刀机构完成快进、加工、退刀工作，退后卡盘必须旋转到下一个工作位置，且在加工和退刀的前半个过程中卡盘必须固定不动，山于卡盘的工作位置为四个，还要满足间歇和固定两个工作，于是选择单销四槽轮机构（或棘轮机构、不完全齿轮机构与定位销协调）解决协调问题，具体实现步骤参考“回转工作台设计曲于进刀机构的运动比较复杂，因此要满足工作的儿个状态，用凸轮廓线设计的办法比较容易满足。

廓线的设计参考主要零部件设计计算。

机械传动系统设计

1、涡轮蜗杆减速器：

釆用如图机构，通过涡轮蜗杆加上一个定轴轮系实现了:

比电机_1440r/minn主轴lr/min

2、外啮合行星齿轮P汽8盘坷0血却血

釆用如图釆用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，实现传动比:

斤电机_1440r/minn主轴"/min

外啮合行星轮系减速机构

3、定轴轮系减速器：

采用如图采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，实现：

斤电机_1440r/minn主轴"/min

定轴轮系减速机构

主要零部件的设计计算

一、减速机构设计：

方案一：

涡轮蜗杆减速机构

结构图如下：

1、蜗杆:

Hi—u—M-vniiii\讥wv不理，p346,表10-7）

2、涡轮：

（d=mz）m=5mmZ2=20d2=100mmZ4=36d4=180mm

3、齿轮：

此齿轮机构的中心距a=135mm,模数m=5mm,采用标准直齿圆柱齿轮

传动，Z5=1&Z6=365ha*=1.0Xd=mz,d5=90mm,d6=180mm）

4、传动比计算：

方案二：

外啮合行星齿轮减速器:

结构图如下:

传动比计算:

im

Z2=36,Z3=18,Z4=21,Z5=20,Z6=17,Z7=14,zs=40il8=il2iH6i78

ii2=・Z2/zj=-36/10

iH6=l/i6H

.1

所以切6_］_瑁20x18-21x173

又i78=-Zs/Z7=-40/l2

所以人8=b•认•G二书•¥•书i440

方案三：

定轴轮系减速器图示zi=17,Z2=51,Z3=12,Z4=60,Z5=12,z6=72,z?

=13,zs=52,Z9=12,zio=48,zn=48

=1440

Z，2XZ4X{XZgXZ］（）XZj）

ZiXXXZ7XZ9XZ］（）

定轴轮系减速机杓

二、圆柱凸轮进"4儿忸1）01：

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,山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,乂因为其回程和工作的速比系数K=2,所以可得下列方程：

30+x=2y

（1）

30+x+y=60

（2）

（1）

（2）两个方程联立可以得出，x=10s,y=20s

因此可以得出如下图所示的刀架运动规律图：

快进

匀速

快退

60°240°

2、凸：

进丿J1HT旬心3倜口牝屮J/艸级木沃砂hXJI7JUV/J冋八处板口牝ITJ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：

£T7H1址nf妊

三、回转工作台机构设计：

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。

在工作过程中，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，山于卡盘的工作位置为四个，还要满足间歇和固定两个工作，1、釆用单销四槽槽轮机构。

其结构图如下图所示:

单销四槽槽轮机构

槽轮机构中，当圆销没有进入槽轮的径向槽时，山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：

机构釆用曲柄摇杆机构来作为主动件，有运动循坏图中可知：

1360+60-307.4

<

1+k360

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°o

3、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cj丫咧心人心今j9xi、兀土凶彳匕丄®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（lr/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。

4.圆柱凸轮定位销机构设计：

山机构运动循环图可以看岀，定位销一共有两个工作位置，刀具在与工件接触前必须将主轴固定住，刀具离开工件后到再次接触前（即卡盘旋转时）定位销必须拔出。

由于本机床中采用了槽轮机构，该机构有固定功能，定位销的主要作用是辅助定位，起保险作用！

其结构图如下图所示

圓柱凸轮定位销机构

执行机构和传动部件的机构设计

一、方案设计

根据该机床包含两个执行机构，即主轴箱移动机构和回转台的回转机构。

主轴箱移动机构的主动件是圆柱凸轮，从动件是刀架，行程中有匀速运动段（称工作段），并具有急回特性。

要满足这些要求，需要将儿个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。

实现上述要求的机构组合方案可以有许多种。

1、减速机构的方案有：

⑴、涡轮蜗杆减速机构

⑵、外啮合行星轮系减速机构

⑶、定轴轮系减速机构

2、刀架规律性运动的方案有：

（1）、圆柱凸轮实现刀架规律性移动：

（2）、盘型凸轮一尺条实现刀架规律性移动

3、回转工作台回转机构方案：

（1）、单销四槽槽轮机构

⑵、棘轮机构

⑶、不完全齿轮机构

4、定位销方案：

采用圆柱凸轮机构实现

二、方案比较

㈠、减速机构

1、涡轮蜗杆减速器方案分析：

此方案釆用最普通的右旋阿基米徳蜗杆。

采用蜗杆传动的主要原因有：

（1）.传动平稳，振动.冲击和噪声均较小；

（2）.能以单级传动获得较大的传动比，故结构比较紧凑；

⑶、机构返行程具有自锁性；

本方案通过较为简单的涡轮蜗杆机构实现了：

巾电机_144017min

n主轴l"min

的大传动比。

满足了机构要求的性能指标，而且结构紧凑，节约空间。

本方案存在的不足：

山于涡轮蜗杆啮合齿间的相对滑动速度较大，使得摩擦损耗较大，因此传动效率较低，易出现发热和温升过高的现象。

磨损也较严重。

解决的办法是可以釆用耐磨的材料（如锡青铜）来制造涡轮，但成本较高。

2、外啮合行星齿轮减速器方案分析：

该方案采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，所选轮系为外啮合行星齿轮系，采用齿轮机构的原因是其在各种机构中的运用比较广泛，且制造过程简单，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，工作安全可黑等特点。

方案中齿轮系为复合轮系，实现了：

巾电机_144017min

n主轴l"min

的大传动比。

且具有较高的传动效率。

本方案中存在的不足是，齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。

3、定轴轮系减速器方案分析：

该方案采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，所选轮系为定轴轮系，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。

方案中轮系为定轴轮系，实现了：

农电机_1440r/min

n主轴"/min

的大传动比。

本方案中存在的不足是，齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。

㈡.刀架规律性运动机构

1、圆柱凸轮实现刀架规律性移动：

该方案釆用圆柱凸轮机构和连杆机构串联组成，采用凸轮机构，是因为该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑，但其不足在于凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损。

2、盘型凸轮一尺条实现刀架规律性移动：

使用盘行凸轮机构首先需要加圆锥齿轮等机构将轴的传动方向转变，然后设讣凸轮的廓线。

此方案中凸轮的廓线设讣中，其导程是旋转角度的函数，在讣算中难求得精确导程，因此凸

轮廓线设计较复杂。

故不考虑此方案。

㈢、回转工作台回转机构

1、单销四槽槽轮机构

该方案采用槽轮机构，是因为该机构构造简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位。

本方案中的不足在于在槽轮机构的传动过程中往往存在着柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。

此机床中属于低速旋转，因此槽轮机构能够满足要求。

2、棘轮机构

该方案釆用棘轮机构，是因为该机构的结构简单，制造方便，运动可幕，而且棘轮轴每次转过的角度可以在较大的范圉内调节，与曲柄摇杆机构配合使用使其具有急