四工位专用机床设计说明书9236

1、课程设计目的掌握四工位机床的运动规律 设计四工位机床的内部机构课程刀具顶端离开工作表面65mm快速移动送进60mn后，再匀速送 进60mm包括5mm刀具切入量，45mn工件孔深，10mm刀具切出量， 如图所示），然后快速返回。回程和进程的平均速度之比为 K=2 刀具的匀速给进速度为2mm/s工作装卸时间不超过10s。设计机床生产效率每小时约60件。 执行机构及传动机构能装入机体内。要求传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5KW转速960r/min。根据设计要求（机床生产率每小时约 60件，即1分钟1件，按设 计原理，即为1r/min,要求使用960r/min的电动机，整个传动机课程的比为96

2、0，故需要分别引入减速机构来满足工作台间歇运动和主轴箱移动的运动要求。设计根据减速动作的精度和平稳要求，注意事项四工位专用机床的加工部分可以分为如下几个工艺动作。课程（1）安装工作台的间歇转转动。（2）安装刀具的主轴箱应按要求进行静止，快进，快给，快退的工艺动作。设计（3）刀具转动。内容课程 设计 简要 操作 步骤1. 功能分解与运动分析2. 传动机构选型3. 执行机构选型最终方案确疋4. 机械运动简图5. 机械运动方案计算课程设计 心得 体会经过两周的努力，我终于将机械设计课程设计做完了 .在这次作业 过程中，尽管这次作业的时间是漫长的，过程是曲折的，但我的收获还是很 大的.不仅仅掌握了四连

3、杆执行机构和带传动以及齿轮，蜗杆传动 机构的设计步骤与方法；也不仅仅对制图有了更进一步的掌握； autocad,word这些仅仅是工具软件,熟练掌握也是必需的.对我来 说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能 力.在整个过程中，我发现像我们这些学生最最缺少的是经验，没 有感性的认识，空有理论知识，有些东西很可能与实际脱节.总体 来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来，从中暴露出自身的不 足,以待改进.有时候,一个人的力量是有限的，合众人智慧，我相 信我们的作品会更完美！课程设计 评语及 成绩评语成绩指导教师（签名）日期：附

4、件:目录1. 设计任务 41.1 工作原理及工艺动作过程 41.2 原始数据及设计要求 41.3 孔的典型加工工艺及刀具 42. 功能分解与运动分析 52.1 功能分解 52.2 运动分析 73. 传动机构选型 74. 执行机构选型 84.1 主轴箱方案设计 . 94.2 工作台方案设计 . 95. 最终方案确定 116. 机械运动简图 127. 机械运动方案计算 127.1 运动循环图各区间时间的计算 127.2 减速器的计算 127.3 槽轮的尺寸计算 13总结 15参考文献： 161.设计任务1.1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

5、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水平往复移动。1.2原始数据及设计要求刀具顶端离开工作表面65mn，快速移动送进60mn后，再匀速送进60m（包括 5mm刀具切入量，45mn工件孔深，10mm刀具切出量，如图所示），然后快速返 回。回程和进程的平均速度之比为 K=2刀具的匀速给进速度为2mm/s工作装卸时间不超过10s。机床生产效率每小时约60件。执行机构及传动机构能装入机体内。传动系统电机为交流异步电动机，功率 1.5KW转速960r/min。1st_a图1.3孔的典型加工工艺及刀具孔的加工包括从实体材料上加工 孔和

6、对已有孔进行加工两大类。麻花 钻是在实体材料上加工孔的常用刀具, 加工精度较低。 扩孔钻和铰刀是用于对已有孔进行加工的刀具。 扩孔钻的外形和 麻花钻相类似，只是加工余量小，刀齿数目比麻花钻多，加工后孔的质量较好， 一般能达 IT1011 级精度。铰刀是提高被加工孔质量的半精加工或精加工刀具， 切削时加工余量更小，刀齿数目更多，加工后孔的精度最 高可达 IT8 。 孔加工刀具示意图2. 功能分解与运动分析2.1 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。（ 4） 安装工作台的间歇转转动。（ 5） 安装刀具的主轴箱应按要求进行静止，快进，快给，

7、快退的工艺动作。（ 6） 刀具转动。画出四工位专用机床的动作要求图。四工位专用机床工作原理及外形尺寸专用机床旋转工作台有四个工作位置I、U、M、W（如图 2所示），分别 对应工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位 U的位置装钻头，川的位置装扩孔钻，W的位置装铰刀。刀具由专用电动机 驱动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完 成相应的装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具 离开工件后，工作台回转 90o,然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个 工件来说，它进入了下一个工位的加工， 依次循环四次， 一个工件就完成装、 钻、扩、铰、

8、卸等工序。 由于主轴箱往复一次， 在四个工位上同时进行工作， 所以每次就有一个工件完成上述全部工序。机床外形可参考图 2，外形总体尺寸可用于检查所设计机构能否装入机体内四 工 位 专 用 机 床如下表所示根据工艺动作推出其工作图为:四工位专用机床工作台间歇转动主轴箱进、退刀动作（快进、匀速进给、快退）刀具转动同时得到四工位专用机床的树状功能图*工作台间歇转动快进该机构专用要求机床要求三个动作的协调运行，既刀架给要确保在刀具与工件退刀动时卡盘固定不动，刀具退出工进、卡盘旋转和卡盘的定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，并按照定 规律运动也。快退刀具转动2.2运动分析通过减速机构

9、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 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

10、取下。3. 传动机构选型根据设计要求（机床生产率每小时约 60件，即1分钟1件，按设计原理，即 为1r/min,要求使用960r/min的电动机，整个传动机的比为：，故需 要分别引入减速机构来满足工作台间歇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，列出常用减速机构 齿轮传动 如图优点：结构简单，设计方便。缺点：根据本课程设计要求，得到的传动比率为960的齿轮传动装置。其单个齿轮直径过大，不适 合采用。蜗轮蜗杆 优点：传动比大，一般用作动力传动时，传动比5< i < 70;结构紧凑；升角较小时可实现“自锁”， 制造加工也相对简单；可实现90度的交叉轴传动。 传动比精确

11、。缺点：传动效率较低，一般为0.7-0.8，由于效率低，损失的功率较多因此发热 严重，传递的圆周速度较小，不适于大功率的传递。经计算i=960，所以不适合采用周转轮系行星齿轮箱如右图所示，特点是体积小、重量轻、 传动比大，载荷均布，运转平 稳，输入轴与输出轴同心，输出轴的转向不仅与主动轮的转向有关， 而且与轮系 中各齿轮的齿数有关。主要缺点是结构复杂，制造精度要求高。通过计算知齿轮 齿数介于29-33之间。根据综合比对，选用方案三。行星轮系4. 执行机构选型根据专用机床的功能要求，回转工作台做单向间歇运动，主轴箱做往复直线 运动。实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、不完

12、 全齿轮机构等，实现主轴箱往复直线运动的机构有连杆机构和凸轮机构等。上述机构的结构、工作原理及特点见参考材料 1、2。机构选型应遵循以下原则。表1选用执行机构的原则与方法i I机构选蛋滋列依關生产工茗豊 求.选择惜当的机构1）按披行枸怦运动形式迭用相应的机构型式*2）在机构的运动僵建不翅过允昇Ift度的AT况下可山采增班靱的实JK运动规童的机曲t3）机构的执行拘件在工作備秤中的連直、Ml逾J*的变化燧特含整戎*以保圧产品血董2度住整悴布畫上占 的亞刮小，达俱布同1）在構足摇事的飾雄下机构的结枸力求悔单、可学？2）曲主动（输人】件到从动杵（轨仔构件）尙的运话琏長尽可黠粗*它也站梅昨和垢功站数少3

13、)»1）在畢用低斟的机构中，转动副洌花前单、易握征远謝副元事的IE倉料度，蓉功K元事制 逋龜困难.乔易保证配合捕度匸2）采用帶离®1的机构”町以被少适动餌數和构件數*蝕高剖元廉解状一駆较为复棗"制ift4老虐动力那的奉 式1）有乜、潅獗时常利用气动、液压机枸*以粧化机构蜡构®于満芳3!度；2）采用电励机后"执疔机构又興君啻原动艸期连划转功，春时也:fr不少方便之灶5功力脅性妤1）#«««的平费，啟动承瘠罩小12）淡斤构件的趙度.加置度变化应箝合聲求；3）采用J»丸倩动角和最小增力系數的机构以凍小原动轴上的

14、力矩6t 將有粒离的生产敦車与机械爺率1）机构的传利堆摩烟；2）耀星少厚用移动副（这类运动劃島蛍生撫匹壶自戡现銀，并島于产生鹿彳了现象】；3合适的机构酗式町提畜生产收耶；4）机抑的创力特性好*5）执齐机构的迓择豪考感到动力机的运动方式、功率、转炬矗其製祈特性佃詹相互肛配询 W;3机榔的桂力铮t*好*育利于机械救率椽高机械运动方案的评价对上述两执行机构，做其形态学矩阵，可得到为数众多的方案。工作台棘轮槽轮凸轮主轴箱 连杆 凸轮 凸轮一连杆机械运动方案的拟定，最终要求通过分析比较提供最佳方案。一个方案的优 劣只有通过系统综合评价来确定。从机构和机械运动方案的选择和评价要求看， 主要应满足五个方面的

15、性能指标，具体见表 2。表2机械运动方案的评价指标性能指标具体内容机构的功能1）运动规律的型式；2）传动精度高低机构的工作性 能1）应用范围；2）可调性；3）运转速度；4）承载能力机构的动力性 能1）加速度峰值；2）噪声；3 ）耐磨性；4）可靠性经济性1）制造难易；2）制造误差敏感度；3）调整方便性；4）能 耗大小结构紧凑1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性4.1主轴箱方案设计万案一 连杆机构 优点：其运动副元素为面接触，压强较小，承载能力大，润滑好，磨损小，加工 容易，且一般是几何封闭的，保证工作的可靠性。缺点：其必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积 累，同时降低机械

16、效率。虽然可以使用连杆机构来满足一些运动规律和一些运动轨迹的需要，但其及过程十分复杂，且一般只能近似的满足要求。所以不能用于本设计。凸轮机构 优点：可实现高速化，结构紧凑，可靠性高： 缺点：不能改变运动的角度。主轴箱主要带动刀具做直线往复运动。故选用方案二，凸轮机构4.2工作台方案设计万案一采用棘轮机构，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: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&

17、#176;。棘轮机构万案一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为了满足间歇运动， 不完全齿轮上有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（ 1r/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。5. 最终方案确定根据前文的叙述，最终方案确定为:行星轮系+ 槽轮+圆柱凸轮6. 机械运动简图此方案中，电动机为驱动机构，将动能传递给带轮，带轮将动能传递给周转 轮系，周转轮系将960r/min转变为1r/min。一路通过轴将动能

18、传递给凸轮机构， 完成刀具的进退刀动作。同时另一路通过轴将动能传递给槽轮机构， 完成工作台 的间歇运动。两路传动机构相互配合，相互合作，共同完成额定加工功能和加工 任务。7. 机械运动方案计算7.1运动循环图各区间时间的计算工作行程平均速度V平=240mi%60s=4mmKs因为回程和进程的平均速度之比 K=2o所以V回=20miXs刀具回退时间t回=120mi%20mm7s=6s刀具快速进给时间t快=60miX 10mm7s=6s刀具匀速进给时间t匀=60m72mm/s=30s7.2减速器的计算由于选定电动机的转速为960r/min,而槽轮和凸轮的转速为1r/min整个传动机构的传动比为i=

19、960，根据机械原理第五章轮系传动的知识，对如图9所示的行星轮系机构进行详细设计。其中，各轮齿数拟定为为：Zi =30, Z2 =29，Z2=32, Za =33，考虑到其所 占空间模数可取m=4采用正常齿制。该机构的传动比Z2Z3齿轮啮合的最大中心距 = y(2i + z2)=|(30 + 29) =则在未装外壳时机构的宽或高的最大尺寸为= 23677177129 * 3330 * 32 =行星轮系7.3槽轮的尺寸计算槽轮机构的优点是结构简单，制造容易，工作可靠，能准确控制转角，机械 效率高。缺点主要是其在启动和停止时加速度变化大、有冲击，不适合用于高速 传动。结合槽轮自身的特点和本课题的设

20、计需求，对照如图6所示，对其尺寸进行详细设计和拟定。1）憎数二按工位要求选定为42）中心岀按结构情况确定a = l5Qmm3 ） U3销半栓 按納构情况确定t1 = 15/»tn4）槽轮每次转位时主动件的转角22a =180（1 一二=905）槽间角 2/? = = 906）主动件到圆销中心半径R = u s iii /? = 7 5/2 = 17 ）尽与a的比值丄= sin p = a28）懵轮外圆半径/?、=cos /?） + r = 10?也唐9） 權轮槽深 h>+ co&/?-!）+ r = 77.取 h = 3dm m10）运动系数=i（"1/为関销

21、数）2 二 4图6槽轮机构简图总结经过两周的努力 ,我终于将机械设计课程设计做完了 .在这次作业过程中 , 我遇到 了许多困难 , 一遍又一遍的计算 , 一次又一次的设计修改这都暴露出了前期我在 这方面的知识欠缺和经验不足 . 刚开始在机构设计时 ,由于对 cad 软件的基本操 作和编程掌握得还可以 , 不到半天就将所有需要使用的程序调试好了 . 可是我从 不同的机架位置得出了不同的结果 ,令我非常苦恼 .后来在钱老师的指导下 ,我找 到了问题所在之处 ,将之解决了 .同时我还对四连杆机构的运动分析有了更进一 步的了解 .在传动系统的设计时 ,面对功率大 ,传动比也大的情况 ,我一时不知道 到底该采用何种减速装置 .最初我选用带传动和蜗杆齿轮减速器 , 经过计算 , 发现 蜗轮尺寸过大 ,所以只能从头再来 .这次我吸取了盲目计算的教训 ,在动笔之前 , 先征求了钱老师的意