四工位机床课程设计说明书

课程设计任务书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移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转为机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组成一个机构系统。2. 原始数据和设计要求1)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刀具切入量，如图1所示），然后快速返回，回程和工作行程的平均速度之比K=2。 图1  孔加工示意图2)刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装、卸时间不超过10s。3)生产率为每小时75件。4)执行机构能装入机体内。5)传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。3. 设计方案提示1)回转台的间歇转动可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。 2)主轴箱的刀具移动可采用圆柱凸轮机构、移动从动杆盘形凸轮机构、凸轮-连杆机构、平面连杆机构等。 3)由生产率可求出一个运动循环所需时间T=60/(75÷60)s=48s,刀具进送时间t=60/2s=30s，刀具其余移动（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需18s，回转工作台静止时间为36s,因此足够工件装卸所需时间。- 2 -< > 目 录一、功能分解和运动分析1.功能分解- 1 -2.运动分析- 2 -二、执行机构选型- 3 -三、传动机构选型- 3 -四、机械运动方案的选择- 4 -1方案的设计- 4 -2、方案比较- 6 -五.画出机械运动方案简图- 9-1.机器整体轮廓大小的确定- 9 -2.减速器的传动计算- 10 -3.槽轮的尺寸计算- 11 -4.直动推杆圆柱凸轮的尺寸设计- 12 -六、仿真运动及图表分析. -13-七、课程设计小结- 14 -八、参考文献- 15 - 2 -< > - - 2 - -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(如图2所示)。其中4位置为装卸位置，1位置为钻孔位置，2位置为扩孔位置，3位置为绞孔位置。 如图3所示跟据工艺动作推出其工作循环为： 图2 四工位专用机床动作要求图 图3 四工位专用机床功能图 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.运动分析传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。通过合适的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。 图4 四工位专用机床执行机构的运动循环图说明：上图表明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，快速回程用时16s。当主轴箱快速退刀时工作台转动090这样保证刀具与工件不会相撞，每转动90主轴箱往返一次，转动用时12s剩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1所示的执行机构：功能元功能元解（匹配机构）12345工作台间歇运动圆柱凸轮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 槽轮机构主轴箱移动移动推杆圆柱凸轮移动推杆盘形圆柱凸轮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 表1 执行机构表由排列组合的原理可以计算得到，共有：N=5x5=25种执行机构选择方案。对于工作台间歇机构的选择，为了保持传动的平稳和精度，可以选择槽轮机构和不完全齿轮机构；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移动推杆圆柱凸轮机构和摆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，结合市场上提供的电动机转速及经济性选定转速n=960r/min的电动机，槽轮机构以及圆柱凸轮机构的转速n=60/48=1.25r/min,整个传动机的传动比为k=768,故需要分别引入减速机构来满足工作台间隙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，表2列出常用的减速机构：功能元功能元解（匹配机构）12345减速器1带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动减速器2带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动 表2 减速机构的形态学矩阵由排列组合的原理可以计算得到，共有：N=5x5=25种减速机构选择方案。对于传动机构的选择，考虑到传动的精确性和机构制造工艺的难度高低，减速器常选带传动、蜗杆传动和齿轮传动。四、机械运动方案的选择1方案的设计图5 运动循环图图6 专用机床方案之一图7 专用机床方案之二图8 专用机床方案之三回转工作台作单向间歇运动，每次转过90º；主轴箱往复移动各120mm，在工作行程中有快进和慢进两段，回程为快退(急回行程)。实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构等，此外，还可采用某些组合机构；实现主轴箱往复急回运动的机构有连杆机构和凸轮机构等，两套机构均由一个电机带动，故工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。图6、7、8所示为其中的三个方案。图6、7中，工作台回转机构为槽轮机构，图8中为不完全齿轮机构。选择方案时，特别要注意以下几个方面：1)工作台回转以后是否有可靠的定位功能，主轴箱往复运动的行程在120mm以上，所选机构是否能在给定空间内完成该运动要求。2)机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下，传动链是否尽可能短，且制造、安装简便。3)加工对象的尺寸变更后，是否有可能方便地进行调整或改装。四工位专用机床的运动机构组要由三部分组成：驱动机构、传动机构和执行机构。当驱动机构确定的情况下，其机械运动方案类型由传动机构的类型和执行机构的类型决定。由前面计算的排列组合的原理可得，共有N=25x25=625种运动方案选择。2方案比较1)减速机构涡轮蜗杆减速器方案分析：此方案采用最普通的右旋阿基米德蜗杆。优点：传动平稳，振动、冲击和噪声均较小；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；通过较为简单的涡轮蜗杆机构实现了大的传动比；满足了机构要求的性能指标，而且结构紧凑，节约空间。缺点：由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。解决的办法是可以采用耐磨的材料（如锡青铜）来制造涡轮，但成本较高。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。优点：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，工作安全可靠等特点；方案中齿轮系为复合轮系，实现了大的传动比；且具有较高的传动效率。缺点：齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。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。优点：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，实现了较大的传动比。缺点：齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。2)刀架规律性运动机构圆柱凸轮实现刀架规律性移动：优点：采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。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损。3)回转工作台回转机构单销四槽槽轮机构 优点：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。缺点：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。 不完全齿轮机构： 优点：采用不完全齿轮啮合实现间歇运动，此机构结构简单，加工安装容易实现，由于其中含标准件，有很好的互换性，有精确的传动比，所以在工作过程中精度较高。缺点：由于在进入啮合时有冲击，会产生噪声，齿轮在磨损过程中会对精度有一定影响。但是对于低速旋转机构，此机构能够满足使用要求。从这些方案中剔除明显不合理的，再进行综合评价。综合评价的指标为：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)运动精确度；4)制造难易度；5)成本高低；6)是否满足环境、动力生产、动力源等限制条件；根据以上综合评价指标，最后选择：带传动+行星传动+槽轮机构+圆柱凸轮机构。五、画出机械运动方案简图圆柱凸轮运动方案，此方案中，电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮传递给行星轮系，再通过齿轮传递给主轴，主轴分两路传递给执行机构。一路通过齿轮传动将扭矩传递给槽轮机构，使工作台间歇转动；另一路直接传递给圆柱凸轮机构，带动主轴箱进行静止、快进、进给、快退的工艺动作。两路传动机构相互配合、相互合作，共同完成额定的加工功能和加工任务。 图 9 方案一圆柱凸轮运动方案 机构的运动尺寸计算包括机器的整体的轮廓尺寸、各机构的空间相对位置和各零部件的尺寸大小。对于四工位专用机床，将从整体轮廓、电机选型，减速器配置，间歇机构、移动控制机构等几个方面对其运动尺寸进行计算