四工位专用机床运动方案设计

1、一、设计题目： 2.二、设计条件和要求： 2.1、设计介绍： 2.2、方案设计与选择 2.3、设计任务与内容 3.三、原始参考数据 3.四、机械运动设计方案的拟定 4.1、圆柱凸轮运动方案 4.2、齿轮凸轮运动方案 5.3、凸轮连杆运动方案 6.4、执行机构的选型 6.5、机械运动方案选择 8.五、机构的组合方式 8.六、机械运动循环图 9.1、运动分析 9.七、机械运动简图 9.八、主要零部件尺寸的计算 1.0.1、槽轮机构 : 1.0.2、圆柱凸轮的尺寸设计： 1.13、减速器的传动计算： 1.2.九、课设心得 1.3.十、参考文献 1.4.、设计题目： 四工位专用机床运动方案设计、设计条

2、件和要求：1、设计介绍：四工位专用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。它的执行机构有两个：一是装有四工位工件的回转工作台，二是 装有由专用电机带动的三把专用刀具的主轴箱。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、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 90 ，然后主轴箱再次左移。很明显，对某一个工件来说要在四次循环后完成装、钻、扩、铰、卸等工序。但对专户门机床来说，一个循环就有一个工件完成上述全部工序。图一：四工位专用机床图2、方案设计与选择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

3、机2）主轴箱的往复移动，可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、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=48s，刀具匀速送进 60mm所需时 间 t 匀 =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 40s，因此足够工件装卸所需时间。回转工作台作单向间歇运动，每次转过 90 度。主轴箱作复移动，在工作行 程中有快进和慢进两段，回程具有急回特性。3、设计任务与内容1）按工艺动作过程拟定运动循环图。2）进行回转台间歇转动机构、 主轴箱刀具移动机构的选型。 并进行机械运动方 案的评价和选择。3）根据

4、电机参数和执行机构运动参数进行传动方案的拟订。4）画出机械运动方案图（ CAD、A2），凸轮轮廓图（手工、 A3）。5）机械传动系统和执行机构的尺度计算。6）编写设计说明书。（用 A4 纸张，封面用标准格式）三、原始参考数据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刀具切出量，如右图所示） ，然后快速 返回。回程和进程的平均速度之比 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、机床生产率每小时约 75 件。4、执行机构及传动机构能装入机体内。5、传动系统电机为交流异

5、步电动机，功率 1.5Kw，转速 960r/min 。四、机械运动设计方案的拟定1、圆柱凸轮运动方案电动机作为驱动机构， 将动能传给带轮， 通过带轮分两路将扭矩传递给执行 机构，一路通过齿轮传动将扭矩传递给槽轮机构， 使工作台做间歇运动。 另一路 通过齿轮传动将扭矩传递给移动推杆圆柱凸轮机构， 是主轴箱完成进、 退刀的动 作。两路传动机构相互配合，相互作用，共同完成加工任务。图二：圆柱凸轮运动方案 电动机作为驱动机构，将动能传给带轮，通过带轮分两路将扭矩传递给执行 机构，一路通过齿轮传动将扭矩传递给槽轮机构， 使工作台做间歇运动。 另一路 通过齿轮传动将扭矩传递给移动推杆圆柱凸轮机构， 是主轴

6、箱完成进、 退刀的动 作。两路传动机构相互配合，相互作用，共同完成加工任务。2、齿轮凸轮运动方案轮齿（齿）齿轮上的每一个用于啮合的凸起部分。一般说来，这些 凸起部分呈辐射状排列。配对齿轮上轮齿互相接触，导致齿轮的持续啮合 运转。齿槽齿轮上两相邻轮齿之间的空间。 端面在圆柱齿轮或圆柱蜗杆上垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面。 法面在齿轮上，法面指的是垂直于轮齿齿线的平面。 齿顶圆齿顶端所在的圆。齿根圆槽底所在的圆。基圆形成渐开线的发生线在其上作纯滚动的圆。分度圆在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆，对于直齿轮，在分度 圆上模数和压力角 均为标准值。齿面轮齿上位于齿顶圆柱面和齿根圆柱面之间的侧表面。 齿廓齿面

7、被一指定曲面（对圆柱齿轮是平面）所截的截线。 齿线齿面与分度圆柱面的 交线 。端面齿距 pt 相邻两同侧端面齿廓之间的分度圆弧长。模数 m齿距除以圆周率 所得到的商，以毫米计。图三: 齿轮凸轮运动方案电动机作为驱动机构， 将动能传给带轮， 通过带轮分两路将扭矩传递给执行机构。 一路是经过行星轮系传递给工作台。 另一路通过连杆带动齿轮， 齿轮使凸轮工作，进而使主轴箱做进、退刀的动作。3、凸轮连杆运动方案电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮分两路将扭矩传递给 执行机构。 一路通过齿轮传动将扭矩传递给不完全齿轮机构， 使工作台做间歇运 动。另一路通过行星轮系减速后将扭矩传递给摆动推杆盘型凸

8、轮与摆杆滑块机 构，使主轴箱完成进、退刀的动作。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。图四：凸轮连杆运动方案4、执行机构的选型（1）回转台间歇运动机构方案方 案 一 ：不 完 全 齿 轮 机 构 。它 是 由 齿 轮 机 构 演 变 而 得 到 的 一 种 间 歇转动机构，即 在主动轮上制作出一部分齿，并根据运动时间与停歇 时间的要求，在 从动轮上做出与主动轮相啮合的轮齿。当从动轮做连 续回转运动时，从 动轮做间歇回转运动。不完全齿轮的结构简单，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。其缺点是有较大冲击，故质疑与低速，轻

9、载场合。方 案 二 ：槽 轮 机 构 。槽 轮 机 构 的 结 构 简 单 外 形 尺 寸 小 ，机 械 效 率 高 ，并 能 较 平 稳 的 、间 歇 地 进 行 转 位 。但 因 转 动 时 尚 存 在 柔 性 冲 击 ， 故常用于速度不高的场合。（2）主轴箱刀具移动机构方案方案一：凹槽圆柱凸轮机构。当具有凹槽的圆柱凸轮回转时， 其凹槽的侧面通过嵌与凹槽中的滚子迫使连接与主轴箱连接的赶一 起运动，进刀和退刀的运动规律则决定于凹槽曲线的形状凸轮机构的最大优点是只要适当的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 响应 快速 ，机构简单 紧凑。 凸轮机构的

10、缺点是凸轮廓线与推杆之间为点、线 接触，易磨损，凸 轮 制造困难。方案二：凸轮连杆机构。是经过电动机带动传动带及齿轮减速 后由齿 轮推 动于 主轴 箱 连接 的连 杆，从 而使 主轴 箱随 凸轮 决定 的 运动 规律运 动 ，但 机 构中 与主 轴箱 相连 的连 杆 尺寸 过大 ，不能 适合 的 置于 机箱内。方案三：盘形凸轮机构。是经过电动机带动传动带及齿轮减速 后由齿轮机构直接带动及齿轮减速后，有齿轮 机构直接带动的，因而 其运动角速度是常量。但 因为其凸轮处于机床箱外部，并且其返程机 构复杂。（3）传动机构的选型选 定 电 动 机 的 转 速 n=960/min ， 而 槽 轮 机 构

11、的 转 速 N=60/48=1.25r/min ，整 个机构的 传动比 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。5、机械运动方案选择（1）从方案中剔除明显不合理的，在进行综合评价。评价指标为： 是否满足预订的运动要求； 运动链机构的顺序安排是否合理； 运动精确度； 制造难易； 成本高低； 是否满足要求、动力源、生产环境等限制条件； 根据以上评价指标评定，选择方案 1。1、传动系统电机为交流异步电动机，功率 1.5Kw ，转速 960r/min。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，

12、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放便，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轮简单， 操作 方便。4、卡盘转动选择单销四槽槽轮机构。该机构结构简单，较之其他机构加工安装 容易实现， 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。五、机构的组合方式槽轮机构 +移动推杆圆柱凸轮机构 +带传动 +行星传动六、

13、机械运动循环图时间（秒）012122424363648间歇 机构运动情况匀速旋转90度静止主轴 箱运动情 况快进 2 秒匀速送进 60mm（232秒）快退（ 16 秒）表一：四工位专用机构运动循环图1、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。则四工位 专用机床的一个周期内的详细运动情况为：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，使其做间歇运动。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 。 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）。间歇

14、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）。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 送进和快退）。七、机械运动简图图五：运动简图八、主要零部件尺寸的计算1、槽轮机构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计需求，对照如图所示，对其尺寸 进 行详细设计和拟定。10图六：槽轮机构1) 槽数 z 按工位要求选定为 42) 中心距 a 按结构情况确定 a=150mm3) 圆销半径 r按结

15、构情况确定 r=15mm4) 槽轮每次转位时主动件的转角2a=180(1-2/Z)=905) 槽间角 2 =360/Z=906) 主动件到圆销中心半径R1 a sin =75 2 = 106mm7) R1与 a的比值=R1/a= sin = 2 /28) 槽轮外圆半径22R2= acosr2 =107mm9) 槽轮槽深 h>=a( +cos -1)+r=77.1mm取 h=80mm10) 运动系数 k=(Z-2)/(2Z)=1/4 (n=1,n为圆销数 )2、圆柱凸轮的尺寸设计：由于其轮廓曲线为一空间曲线， 不能直接在平面上表示。但是圆柱面可展11 开成平面，圆柱凸轮展开后便成为平面 移

16、动凸轮。因此，可以用盘形凸轮轮廓 曲线设计的原理和方法，来绘制圆柱凸轮 轮廓曲线的展开图。将圆柱外表面展 开，得一长度为 2 R 的平面移动凸轮机构，其移动速度为 V=wR,以 V 反向移 动平面凸轮，相对运动不变， 滚子反向移动后其中心点的 轨迹即为理论轮廓线， 其内外包络线为实际轮廓线。 用 AutoCAD 拟合出位移线图如图所示， 并分 盘形凸轮和圆柱凸轮分别对 其进行设计。表二:圆柱凸轮理论轮廓线拟定圆柱凸轮的最大半径 Rm=50mm,长度 L=200mm,用CAD 画出其尺寸 轮廓图。图八：圆柱凸轮尺寸轮廓图3、减速器的传动计算：选定电 动机的转速 n=960r/min,而槽轮机构和圆 柱凸轮机构的转速 n1=60/48=1.25r/min,整个传动机构的传动比为 K=768,故对于减速器的功能要求 为其传动比为 768，其中，各轮齿数拟定为： Z1=32，Z2=13, Z2'=24，Z3=59,12考虑到其所占空间模数可取 m=3,采用正常齿制。该机构的传动比：iH/13=(W1-WH)/(W3-WH)=(W1-WH)/(-WH)=(Z2Z3)/(Z1Z2 ')=767/768即( W1-WH ) /(-WH)=767/768由此可得： iH1=768齿轮啮合的最大中心距a max=(m/2)(Z1+