四工位专用机床课程设计说明书超详细.docx

1、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1

2、0s。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=55KW,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 14

3、40/1 o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

4、后快速返回。要求效率是6 0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

5、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/min n 主轴 lr/min2、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/min n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/min n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:

6、HiuM-vniiii 讥wv不理，p346,表 10-7)2、 涡轮：(d=mz) m=5mm Z2=20 d2= 100mm Z4=36 d4= 180mm3、 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=40 il8=il2iH6i78ii2=Z2 /zj=-36/10iH6=l/i6H. 1所

7、以切6 _ _瑁 20x18-21x17 3又 i78=-Zs/Z7=-40/l 2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= 1440Z，2 X Z4 X X Zg X Z（）X Zj）Zi X X X Z7 X Z9 X Z（）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。

8、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 2402、凸：进丿J1HT旬心 3倜 口牝屮J/艸级木沃砂h XJI7JUV/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

9、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

10、用曲柄摇杆机构来作为主动件，有运动循坏图中可知：1 360 + 60-307.4 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 o3、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c j 丫咧心人心今j 9 xi、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

11、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：、涡轮蜗杆减

12、速机构、外啮合行星轮系减速机构、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、棘轮机构、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、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；、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 _ 144017 minn主轴 lmin的大

13、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 _ 144017 minn主轴 l

14、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/ minn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。.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

15、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。、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