工位专用机床课程方案说明书(详细)

1、设计 设计 四 机械传动系 目录 设计任务书1 ,机械运动方案 2 ,机械总体结构 3 十二参考文献18 统设计及其尺寸设计计算 五. 减速机构设计5 六. 进刀机构设计8 七. 回转工作台机构设计 10 A.圆柱凸轮定位销机机构设计12 九方案比较13 17 十.最后设计方案和机构简介16 十一课程设计的感想 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3号图纸上画出最终方案的机构运动简图 6编

2、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60mm接近工件后，匀速送 进60mm前5mm为刀具切入量，工件孔深45mm,后10mm刀具 切出量）,然后快速返 回。回程和工作行程的平均速比 行程速度变化系数） K=2 ； 2刀具匀速进给速度2mm/s,工件装、卸时间不超过10s； 3生产率约每小时75件； 4执行机构能装入机体内。 机械运动方案设计 根据专用机床的工作过程和规律可得其运动循环图如下: 匀 快 台 作 销 位 头 静 台 销 止 转 凸 A 勺运 环图 5.6 335.6 315 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

3、 位。其工作过程如下: 旋转卡盘卡馥固定 力架快进匀*切削刀架快退一 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，刀具退岀工件到下次接触工件前完成卡 盘旋转动作。几个动作必须协调一致，并按照一定规律运动。 机械总体结构设计 一、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/mino 二、传动机构： 传动系统的总传动比为i=n/n61其中为圆柱凸轮所在轴的转速，即总传动 比为1152/1。采用蜗轮蜗杆减速机构V或外啮合行星减速轮系）减速。 三、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

4、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计。而进刀机构设计归结到底主要是圆柱凸轮 廓线的设计，卡盘的设计主要是间歇机构的选择。 在执行过程中由于要满足相应的运动速度，因此首先应该对于原动机 的输出进行减速。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60mm5mm刀具切 入量，工件孔深45mm,后10mm为刀具切出量）,然后快速返回。要求效率是75 件/小时，刀架一个来回 生产1个工件）的时间应该是48s,即主轴转动一周需 要48s/60s=0. 8mi n。

5、根据这个运动规 律，可以计算出电机和工作凸轮之间的传动比为1152/1。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，由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”。 由于进刀机构的运动比较复杂，因此要满足工作的几个状态，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

6、。 机械传动系统设计 1外啮合行星齿轮减速器： 采用如图采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，实现传动比: 外啮合行星轮系减速机构 传动比：n 电机/n 主轴=1440r/min/l. 25r/min=1152 2、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: 传动比：n 电机/n 主轴=1440r/min/l. 25r/min=1152 b定轴轮系减速机构 3、蜗轮蜗杆减速器： 采用如图机构，通过蜗轮蜗杆加上一个定轴轮系实现了: 传动比：n 电机/n 主轴=1440r/min/l. 25r/min=1152 个人资料整理仅限学习使用 主要零部件的尺寸设计计算 一、减速机构设计:

7、 方案一：蜗轮蜗杆减速机构 结构图如下: 1、蜗杆：m=5mm d=40mm Zi=Z3=l m=5mm Z2=16 d2=80mm Z4=36 d4=180inm 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=15, z6=30, ha*=l. 0, (d=mz, d5=75mm, d6=150mm 4、 传动比计算: 方案二：外啮合行星齿轮减速器: 结构图如下: 又 i78二Zs/Z7二32/12 所以 外啮合行星轮系减速机构 图示 Zi=10, Z2=36, Z3=18, Zd=21, Zs=20, Z6=17, z?=12, Zs=32 传

8、动比计算：il8二il2iH6i78 其中 ii2= -Z2 /zi=-36/10 所以 方案三：定轴轮系减速 图示 zi = 17, Z2=51, Z3=12, Z4二4& Z5二 12, Zg=72, Z7=13, Zg=52, Zg=12, Zio二4& Zii=48 传动比计算：im二= 1152 定轴轮系减速机构 二、圆柱凸轮进刀机构设计： 1、运动规律： 刀具运动规律：刀具快速进给60mm,匀速进给60mmV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,由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

9、时间为y,又因为其回程和工作的速比系数K=2, 所以可得下列方程： x=2y (l30+x+y=48 (2 (1(2两个方程联立可以得出，x=12s , y=6s 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 90315 刀架运动规律图 2、凸轮廓线设计： 进刀机构的运动有凸轮的廓线来实现，进刀的方向为安装凸轮的轴的轴线方 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: o90315 335.6 360 圆柱凸轮转角 进刀圆柱凸轮廓线 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

10、，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，由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、采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，由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： 机构采用曲柄摇杆机构来作为主动件，有运动循坏图中可知： 于

11、是得：K2. 15 所以极位夹角大于等于65.7 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 1/4上有齿, 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 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lr708min) 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。四、圆柱凸轮定位销机构设计： 由机构运动循环图可以看出，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，

12、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 圆柱凸轮定位销机构 位移（mm 335. 6 425. 6定位圆柱凸轮转角 辅助凸轮廓线 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工作段），并具有急回特性。要满足 这些要求，需要将几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： 、外啮合行

13、星轮系减速机构 、定轴轮系减速机构 （3）、蜗轮蜗杆减速机构 2、刀架规律性运动的方案有： 、圆柱凸轮实现刀架规律性移动： 、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： 、单销四槽槽轮机构 、不完全齿轮机构 、棘轮机构 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、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，工作安全可靠等特点。方案中齿轮系为复 合轮系，实现了

14、： 传动比：n 电机/n 主轴=1440r/min/l. 25/min=1152 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。 2、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： 传动比：n 电机乃主轴=1440r/min/l. 25/min=1152 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。 3、蜗轮蜗杆减速器方案

15、分析： 此方案采用最普通的右旋阿基M德蜗杆。采用蜗杆传动的主要原因有： 、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； 本方案通过较为简单的蜗轮蜗杆机构实现了 ： 传动比：n 电机乃主轴=1440r/min/l. 25/min=1152 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：由于蜗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）来制造蜗轮，但成 本较高。 （二）、刀架规律性运动

16、机构 1、圆柱凸轮实现刀架规律性移动: 该方案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，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，然后设计凸轮的廓线。 此方案中凸轮的廓线设计中，其导程是旋转角度的函数，在计算中难求得精确导 程，因此凸轮廓线设计较复杂。故不考虑此方案。 （三）、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

17、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： 该方案采用棘轮机构，是因为该机构的结构简单，制造方便，运动可靠，而且棘轮轴每次转 过的角度可以在较大的范围内调节，与曲柄摇杆机构配合使用使其具有急回特 性。本方案中的不足在于棘轮机构在工作时有较大的冲击和噪音，而且运动精度 较差，常用于速度较低和载荷不大的场合。此机床中属于低速旋转，冲击可以忽 略，对于精度要求不是太高，因此该机构能够满足要求。 3、不完全齿轮机构： 该方案采用不完全齿轮啮合实现间

18、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。此机构 的不足是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。 （四）、圆柱凸轮定位销机构 该方案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。本方案中主要存在的不足在于凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损。 最终设计方案和机构简介 一、方案选择： 经过方案分析与比较，该机构最终选择如下方案组合： 1、电机选择Y132S-4型异步电动机。该电动机额定功率P=5. 5KW,满载 转速 n=1440r/mino扭矩和功率均能满足工作要求。 2、传动、减速机构采用蜗轮蜗杆减速机构。蜗轮蜗杆的最大优点就是能实现大传 动比，结构紧凑，占用空间较小，传动平稳，振动、冲击和噪声均较小，并且反行 程能自锁。使用该机构对于机床的支撑外型和外观造型设计有很大优势。 3、进刀方案选择圆柱凸轮进刀。使用圆柱凸轮的主要原因是设计方便，通过廓线的 设计可以完成比较复杂的进刀动作，圆柱凸轮的廓线较盘形凸 06789 轮简单，操作方便。