课程设计--四工位加工系统的刀具进给机构和工作台转位机构设计

1、.桂林电子科技大学机械原理课程设计 ; 设计题目四工位加工系统的刀具进给机构和工作台转位机构设计设计任务 四工位加工系统由安装工件的回转工作台和装有刀具的主轴箱及回转部分组成。工作台有四个工位，能绕自身回转轴线作间歇转动。主轴箱上有三把刀具。刀具的旋转运动由主轴箱系统提供，主轴箱能实现静止、快进、进给、快退的工艺运动。主轴箱完成一次静止、快进、进给、快退的循环运动，在四个工位上分别完成相应的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作，在刀具退出工件期间，工作台完成一次回转90度的转动。依次循环四次，一个工件就完成了装、钻、扩、铰等工序。 原始数据和设计要求 1、刀具顶端离开工件表面65mm开始动作，快速移动6

2、0mm距工件5mm时匀速送进60mm，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、刀具匀速进给速度为2mm/s;工件装卸时间不超过10s。3、生产率为每小时74件。4、四工位加工系统外形长*宽*高为1500*1200*1000对原始数据进行分析 要求工作台可以间歇转动。可以采用槽轮机构、不完全齿轮机构、曲柄摇杆棘轮机构、蜗杆凸轮间歇机构、圆柱凸轮间歇机构等。要求主轴箱的静止、快进、进给、快退运动采用移动推杆圆柱凸轮机构、移动推杆盘型凸轮机构、摆动盘型凸轮与摇杆滑块机构、曲柄滑块机构、带滑块的六杆机构等。传动部分的二级减速可采用带、链、蜗杆、齿轮、行星和摆线针轮传动等。

3、根据机床的工作过程和规律可得期运动规律图如下：机械总体机构设计1、 原动机选择Y801-2异步电动机。电机额定功率P=0.75W，满载转速n=2825r/min。2、 传动机构： 传动系统的总传动比为i=n/n1。其中n1为盘型凸轮所在轴的转速，即总传动比为2260。采用外行星减速轮系减速。3、 执行部分总体布局：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药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。而进刀机构设计归根结底主要是盘型凸轮廓线的设计。卡盘的设计主要是间歇机构的选择。主要零部件的设计计算减速机构设计：

4、方案一：1、 蜗杆：m=5mm d=40mm2、 蜗杆：m=5mm Z2=32 d2=160mm Z4=36 d4=180mm3、 齿轮：齿轮机构的中心距a=135mm,模数m=5mm,采用标准直齿轮圆柱齿轮传动，Z5=18，Z6=364、 传动比计算：i16=i12*i34*i56=2304方案二;外啮合行星齿轮减速器：结构图如下;如图示，传动比为：i=1-66*70/68*68=1156再带一个传动比为二的齿轮系就可以了。方案三：定轴轮系减速器结构图如下图示Z1=17，Z2=51，Z3=12，Z4=90，Z5=12，Z6=77，Z7=13，Z8=52，Z9=12，Z10=48，Z11=48

5、传动比计算：i1,11=2310。2、 盘型凸轮进刀机构设计：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，由此可得匀速进给时间为30s，又因为生产效率为每小时约74件，可得凸轮转一圈的时间为48s。2、 凸轮廓线设计： 进刀机构的运动由凸轮的廓线来实现，进刀的方向为安装凸轮的轴的轴线方向，根据运动的特性，凸轮选择盘型凸轮，按照运动规律设计其廓线如下：由此可得凸轮理论廓线的方程为：第一段推程曲线方程：0°t37.5°X=130-30*cos(180

6、/37.5*t)sin(t)+cos(t);Y=130-30*cos(180/37.5*t)cos(t)-sin(t);第二段推程曲线方程：37.5°t262.5°X=160+60/225*(t-37.5)*sin(t)+cos(t);Y=160+60/225*(t-37.5)*cos(t)-sin(t);第三段回程曲线方程：262.5°t300°X=160+60*cos(180/37.5*(t-262.5)*sin(t)+cos(t);Y=160+60*cos(180/37.5*(t-262.5)*cos(t)-sin(t);第四段停止：300

7、6;t360°X=100*sin(t);Y=100*cos(t);3工作台的间歇转动运动方案1：不完全齿轮机构1、 运用不完全齿轮机构是由齿轮机构演变而得的一种间歇运动机构。即在主动轮上做出一部分齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上做出于主动轮轮齿相啮合的轮齿。当主动轮作连续回转运动时，从动轮作间歇运动。在从动轮停歇期内，两轮轮缘各有锁止弧起定位作用，以防止从动轮的游动。如图其主动轮上只有10个齿，而与其啮合的从动轮有40个齿故主动轮转动1圈是，从动轮只转动1/4圈。不完全齿轮机构的结构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。缺点

8、是有较大的冲击，故只宜用于低速、轻载场合。不完全齿轮机构在传动过程中，从动轮开始运动和终止运动的瞬时都存在刚性冲击，故不适用于高速传动。要注意的是，在不完全齿轮机构中，为了保证主动轮的首齿能顺利的进入啮合状态而不与从动轮的齿顶先相碰，需要将首齿齿顶高作适当的削减。同时，为了保证从动轮停歇在预订位置，主动轮的末齿高也要适当的修正。不完全齿轮还有一个优点，可以实现不同的传动比，例如本机构中，工作台转动的理论时间只有十几秒，但为了争取更多的装载时间，可使主动轮的直径为从动轮的两倍，从而工作台的转动时间由12秒减为6秒。 工作台转向机构方案二：使用槽轮机构槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并

9、能平稳的间歇的进行转位。但因同时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。普通槽轮机构有外槽轮机构也有内槽轮机构。它们均用于平行轴间的间歇运动，但前者槽轮与与拨盘转向相反，而后者则转向相同。外槽轮机构应用比较广泛。当槽轮机构的拨盘的角速度一定时，槽轮的角速度及角加速度变化取决于槽轮的槽数其最大值随槽数的减小而增大。此外当圆销开始进入和退出进向槽时，由于角加速度有突变，故在此两瞬间时有柔性冲击。而且槽轮的槽数越少，柔性冲击愈大。内槽轮和外槽轮机构一样也有角加速度突变，但其加速度数值迅速下降并趋于零，因此内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构好的多。工作台间歇运动方案三：凸轮式间歇运动机构。凸轮式间歇运动

10、机构由主动凸轮1和从动轮盘2组成，主动凸轮作连续转动，从动轮作间歇分度运动只要适当设计出主动凸轮的轮廓，就可使从动盘的动载荷小，无刚性冲击和柔性冲击，能适应高速运转要求。同时，它本身具有高的定位精度，机构结构紧凑是当前被公认的一种较理想的高速高精度的分度机构。其缺点是加工精度要求高，对装配、调整要求严格。其常用的有三种：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆式凸轮间歇运动机构、共轭式凸轮间歇运动机构。圆柱凸轮间歇运动机构的特点是其在轻载的情况下间歇运动的频率很高，可达到每分钟1500次左右。蜗杆式凸轮间歇运动机构的特点是可在高速下承受较大的载荷，在高速、高精度的分度转位机械应用日益广泛。它能实现每分钟12

11、00次左右的间歇动作，而分度精度可达30微度。共轭式凸轮间歇运动机构的特点是具有较好的动力特性，较高的分度精度及较低的加工成本，因而在自动分度机构、机床的换刀机构、机械手的工作机构等中得到广泛的应用。4、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，刀具离开工件后再次接触前（即卡盘旋转时）定位销必须拔出。如图：执行机构和传动部件的机构设计1、 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），并有急回特性。要满足这些要求，就要将

12、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的组合方案可以有许多种。1、 减速机构的方案：（1） 、涡轮蜗杆减速机构 （2） 、外啮合行星轮系减速机构（3） 、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） 、盘型凸轮实现刀架规律性移动3、 回转工作台回转机构方案：（1） 、单销槽轮机构（2） 、凸轮式间歇运动机构（3） 、不完全齿轮机构4、 定位销方案：圆柱凸轮机构二、方案比较1、涡轮蜗杆减速方案分析此方案采用最普通的右旋阿基米德蜗杆。其优点主要有：（1） 、传动平稳，震动、冲击和噪声均较小。（2） 、能以单级传动获得较大的传动比，

13、结构比较紧凑。（3） 、机构返程具有自锁性。缺点是：（1） 、该机构摩擦损耗较大，传动效率较低。（2） 、容易出现发热和温升过高现象。（3） 、磨损较严重，制造成本高。2、 外啮合行星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，所选轮系为外啮合行星轮系，其在各种机构中的运用比较广泛，其优点是：（1） 、制造过程简单，成本较低，功率范围大，可实现很大的传动比。（2） 、传动效率高，传动比精确，使用寿命长，工作可靠。不足之处是：齿轮机构结构不够紧凑，占用空间相比涡轮蜗杆减速机构较大。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，其优点是;(1

14、) 、制造过程简单，成本较低。(2) 、功率范围大，传动效率高，可实现大传动比。(3) 、传动比精确，使用寿命长，工作可靠。缺点是：齿轮机构结构不够紧凑，占用空间很大（当要实现大传动比时）。2、 刀架规律性移动机构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。该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以死推杆得到各种预期的运动规律，机构简单紧凑，但其不足在于轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损。2、 盘型凸轮实现刀架规律性移动：盘型凸轮机构传动特点是结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。而如果采用滚子从动件优点是滚

15、子与凸轮轮廓间为滚动摩擦，磨损较小，可用于传递较大的动力。3、 回转工作台回转机构1、 槽轮机构构件简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳的，间歇地进行转位，但其在传动过程中往往存在柔性冲击，适用速度低的场合。但本机床中要求工作台的转动有较大的速度，所以不太合适。2、 不完全齿轮机构：该方案采用不完全齿轮啮合实现间歇运动，其结构简单，加工安装容易实现，由于其中含有标准件，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。不足是其在进入啮合时有冲劲，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。3、 凸轮式间歇运动机构。该机构无刚性冲击

16、和柔性冲击，能适应高速运转要求。同时，它本身具有高的定位精度，机构结构紧凑是当前被公认的一种较理想的高速高精度的分度机构。其缺点是加工精度要求高，对装配、调整要求严格。4、 圆柱凸轮定位销机构 该方案采用凸轮机构，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 机械原理课程设计说明书 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 Y801-2 型异步电动机。 该电动机额定功率 P=0.75KW,满载转 速 n=2

17、825r/min。扭矩和功率均能满足工作要求。2、传动系统方案选择外啮合行星轮系减速器方案原因是其在各种机构中的运用比较广泛，制造过程简单，成本较低，功率范围大，可实现很大的传动比。传动效率高，传动比精确，使用寿命长，工作可靠。3、 进刀方案选择盘型凸轮进刀。原因是其结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动。特别是使用滚子从动件时滚子与凸轮轮廓间为滚动摩擦，磨损较小，可用于传递较大的动力。 4、卡盘转动选择不完全齿轮机构。该机构结构简单，较之其他机构加工 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。 还有使用该机构最大的优点是传动比具有可 分性， 在中心距发生变化的情况下传动比也能保持不变， 保证了机床精度。 5、定位主要采用圆柱凸轮定位销机构。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，更便于设计。根据上述选择的方案可得如下图所示的机构运动简图 1、 电机；2、带传动系；3、行星轮减速系；4、链轮传动系；5、 锥齿轮副