工位專用機床課程方案說明書(詳細(xì))

1、設(shè)計 設(shè)計 四 機械傳動系 目錄 設(shè)計任務(wù)書1 ,機械運動方案 2 ,機械總體結(jié)構(gòu) 3 十二參考文獻18 統(tǒng)設(shè)計及其尺寸設(shè)計計算 五. 減速機構(gòu)設(shè)計5 六. 進刀機構(gòu)設(shè)計8 七. 回轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)設(shè)計 10 A.圓柱凸輪定位銷機機構(gòu)設(shè)計12 九方案比較13 17 十.最后設(shè)計方案和機構(gòu)簡介16 十一課程設(shè)計的感想 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計任務(wù)： 1按工藝動作過程擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖 2進行回轉(zhuǎn)臺間歇機構(gòu)，主軸箱道具移動機構(gòu)的選型，并進行機械運動方案評價和 選擇 3按選定的電動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)進行機械傳動方案的擬定 4對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸設(shè)計 5在3號圖紙上畫出最終方案的機構(gòu)運動簡圖 6編

2、寫設(shè)計計算說明書 設(shè)計要求： 1從刀具頂端離開工件表面65mm位置，快速移動送進60mm接近工件后，勻速送 進60mm前5mm為刀具切入量，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 行程速度變化系數(shù)） K=2 ； 2刀具勻速進給速度2mm/s,工件裝、卸時間不超過10s； 3生產(chǎn)率約每小時75件； 4執(zhí)行機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。 機械運動方案設(shè)計 根據(jù)專用機床的工作過程和規(guī)律可得其運動循環(huán)圖如下: 勻 快 臺 作 銷 位 頭 靜 臺 銷 止 轉(zhuǎn) 凸 A 勺運 環(huán)圖 5.6 335.6 315 該專用機床要求三個動作的協(xié)調(diào)運行，即刀架進給、卡盤旋轉(zhuǎn)和卡盤的定

3、 位。其工作過程如下: 旋轉(zhuǎn)卡盤卡馥固定 力架快進勻*切削刀架快退一 機床工作運動模型 要確保在刀具與工件接觸時卡盤固定不動，刀具退岀工件到下次接觸工件前完成卡 盤旋轉(zhuǎn)動作。幾個動作必須協(xié)調(diào)一致，并按照一定規(guī)律運動。 機械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、原動機構(gòu)： 原動機選擇Y132S-4異步電動機，電動機額定功率P=5. 5KW,滿載轉(zhuǎn)速 n=1440r/mino 二、傳動機構(gòu)： 傳動系統(tǒng)的總傳動比為i=n/n61其中為圓柱凸輪所在軸的轉(zhuǎn)速，即總傳動 比為1152/1。采用蝸輪蝸桿減速機構(gòu)V或外嚙合行星減速輪系）減速。 三、執(zhí)行部分總體部局： 執(zhí)行機構(gòu)主要有旋轉(zhuǎn)工件卡盤和帶鉆頭的移動刀架兩部分，兩個運動在

4、工作 過程中要保持相當(dāng)精度的協(xié)調(diào)。因此，在執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計過程中分為，進刀機構(gòu) 設(shè)計、卡盤旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和減速機構(gòu)設(shè)計。而進刀機構(gòu)設(shè)計歸結(jié)到底主要是圓柱凸輪 廓線的設(shè)計，卡盤的設(shè)計主要是間歇機構(gòu)的選擇。 在執(zhí)行過程中由于要滿足相應(yīng)的運動速度，因此首先應(yīng)該對于原動機 的輸出進行減速。下面先討論減速機構(gòu)傳動比的確定：由于從刀具頂端離 開工件表面65mm位置，快速移動送進了 60mm后，在勻速送進60mm5mm刀具切 入量，工件孔深45mm,后10mm為刀具切出量）,然后快速返回。要求效率是75 件/小時，刀架一個來回 生產(chǎn)1個工件）的時間應(yīng)該是48s,即主軸轉(zhuǎn)動一周需 要48s/60s=0. 8mi n。

5、根據(jù)這個運動規(guī) 律，可以計算出電機和工作凸輪之間的傳動比為1152/1。兩種方案的傳動 比計算，參考主要零部件設(shè)計計算。 下面討論執(zhí)行機構(gòu)的運動協(xié)調(diào)問題：有運動循環(huán)圖可知，裝上工件之 后，進刀機構(gòu)完成快進、加工、退刀工作，退后卡盤必須旋轉(zhuǎn)到下一個工作位置， 且在加工和退刀的前半個過程中卡盤必須固定不動，由于卡盤的工作位置為四個， 還要滿足間歇和固定兩個工作，于是選擇單銷四槽輪機構(gòu) 或棘輪機構(gòu)、不完全 齒輪機構(gòu)與定位銷協(xié)調(diào)）解決協(xié)調(diào)問題，具體實 現(xiàn)步驟參考回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計”。 由于進刀機構(gòu)的運動比較復(fù)雜，因此要滿足工作的幾個狀態(tài)，用凸輪廓線設(shè)計的辦 法比較容易滿足。廓線的設(shè)計參考主要零部件設(shè)計計算

6、。 機械傳動系統(tǒng)設(shè)計 1外嚙合行星齒輪減速器： 采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，實現(xiàn)傳動比: 外嚙合行星輪系減速機構(gòu) 傳動比：n 電機/n 主軸=1440r/min/l. 25r/min=1152 2、定軸輪系減速器: 采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，實現(xiàn): 傳動比：n 電機/n 主軸=1440r/min/l. 25r/min=1152 b定軸輪系減速機構(gòu) 3、蝸輪蝸桿減速器： 采用如圖機構(gòu)，通過蝸輪蝸桿加上一個定軸輪系實現(xiàn)了: 傳動比：n 電機/n 主軸=1440r/min/l. 25r/min=1152 個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用 主要零部件的尺寸設(shè)計計算 一、減速機構(gòu)設(shè)計:

7、 方案一：蝸輪蝸桿減速機構(gòu) 結(jié)構(gòu)圖如下: 1、蝸桿：m=5mm d=40mm Zi=Z3=l m=5mm Z2=16 d2=80mm Z4=36 d4=180inm 3、齒輪：此齒輪機構(gòu)的中心距a=135mm模數(shù)m=5mm,采用標(biāo)準(zhǔn)直 齒圓柱齒輪傳動，z5=15, z6=30, ha*=l. 0, (d=mz, d5=75mm, d6=150mm 4、 傳動比計算: 方案二：外嚙合行星齒輪減速器: 結(jié)構(gòu)圖如下: 又 i78二Zs/Z7二32/12 所以 外嚙合行星輪系減速機構(gòu) 圖示 Zi=10, Z2=36, Z3=18, Zd=21, Zs=20, Z6=17, z?=12, Zs=32 傳

8、動比計算：il8二il2iH6i78 其中 ii2= -Z2 /zi=-36/10 所以 方案三：定軸輪系減速 圖示 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 傳動比計算：im二= 1152 定軸輪系減速機構(gòu) 二、圓柱凸輪進刀機構(gòu)設(shè)計： 1、運動規(guī)律： 刀具運動規(guī)律：刀具快速進給60mm,勻速進給60mmV刀具切入 量5mm, 工件孔深45mm,刀具余量10mm),快速退刀。因為刀具勻速進 給的速度為 2mm/s,由此可得勻速進給的時間為30s,設(shè)快速進給的時 間為x,快速退刀的

9、時間為y,又因為其回程和工作的速比系數(shù)K=2, 所以可得下列方程： x=2y (l30+x+y=48 (2 (1(2兩個方程聯(lián)立可以得出，x=12s , y=6s 因此可以得出如下圖所示的刀架運動規(guī)律圖： 快進 勻速 快退 90315 刀架運動規(guī)律圖 2、凸輪廓線設(shè)計： 進刀機構(gòu)的運動有凸輪的廓線來實現(xiàn)，進刀的方向為安裝凸輪的軸的軸線方 向，根據(jù)運動的特性，凸輪選擇圓柱凸輪，按照運動規(guī)律設(shè)計其廓 線如下: o90315 335.6 360 圓柱凸輪轉(zhuǎn)角 進刀圓柱凸輪廓線 三、回轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)設(shè)計: 回轉(zhuǎn)工作臺的運動規(guī)律：四個工作位置，每個工作位置之間相差90，在工作 過程中，旋轉(zhuǎn)90 ,停止定位

10、，進刀加工，快速退刀后，旋轉(zhuǎn)90 ,進行 下一個循環(huán)。在加工和退刀的前半段即刀具與工件有接觸）時，必須將工 作臺固定，由于卡盤的工作位置為四個，還要滿足間歇和固定兩個工作， 1、采用單銷四槽槽輪機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 單銷四槽槽輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu)中，當(dāng)圓銷沒有進入槽輪的徑向槽時，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外凸鎖 止弧卡住，故槽輪固定不動；當(dāng)圓銷進入徑向槽時，鎖止弧的自鎖段被松開，槽輪 在圓銷作用下旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了間歇運動。因為卡盤每次旋 轉(zhuǎn)90。，所以選擇四槽均布 槽輪，剛好實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)90的要求。 2、采用棘輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu)來作為主動件，有運動循壞圖中可知： 于

11、是得：K2. 15 所以極位夾角大于等于65.7 因此滿足停留時間的于轉(zhuǎn)動時間之間的比例關(guān)系，要求棘輪每次旋轉(zhuǎn) 90 ,因此搖桿的擺角也為90 o 3、采用不完全齒輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示: 不完全齒輪機構(gòu) 1/4上有齒, 不完全齒輪的設(shè)計也是為了滿足間歇運動，不完全齒輪上有 因此在嚙合過程中，有齒的1/4帶動完全齒輪旋轉(zhuǎn)90。，之后的270。由于沒有齒 嚙合，完全齒輪不轉(zhuǎn)動，該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，在低速lr708min) 的轉(zhuǎn)動中可與忽略齒輪嚙合時的沖擊影響。故也能實現(xiàn)運動規(guī)律。四、圓柱凸輪定位銷機構(gòu)設(shè)計： 由機構(gòu)運動循環(huán)圖可以看出，定位銷一共有兩個工作位置，刀具在與工件接觸前必須 將主軸固定住，

12、刀具離開工件后到再次接觸前即卡盤旋轉(zhuǎn)時） 定位銷必須拔出。由于本機床中采用了槽輪機構(gòu)，該機構(gòu)有固定功能，定位銷的主要 作用是輔助定位，起保險作用！其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示 圓柱凸輪定位銷機構(gòu) 位移（mm 335. 6 425. 6定位圓柱凸輪轉(zhuǎn)角 輔助凸輪廓線 執(zhí)行機構(gòu)和傳動部件的機構(gòu)設(shè)計 一、方案設(shè)計 根據(jù)該機床包含兩個執(zhí)行機構(gòu)，即主軸箱移動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)機構(gòu)主軸箱移動機構(gòu)的主 動件是圓柱凸輪，從動件是刀架，行程中有勻速運動段工作段），并具有急回特性。要滿足 這些要求，需要將幾個基本機構(gòu)恰當(dāng)?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。實現(xiàn)上述要求的機構(gòu)組 合方案可以有許多種。 1減速機構(gòu)的方案有： 、外嚙合行

13、星輪系減速機構(gòu) 、定軸輪系減速機構(gòu) （3）、蝸輪蝸桿減速機構(gòu) 2、刀架規(guī)律性運動的方案有： 、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動： 、盤型凸輪一尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動 3、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)方案： 、單銷四槽槽輪機構(gòu) 、不完全齒輪機構(gòu) 、棘輪機構(gòu) 4、定位銷方案：采用圓柱凸輪機構(gòu)實現(xiàn) 二、方案比較 （-）、減速機構(gòu) 1、外嚙合行星齒輪減速器方案分析： 該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，所選輪系為外嚙合行星齒輪系，采用齒輪 機構(gòu)的原因是其在各種機構(gòu)中的運用比較廣泛，且制造過程簡單，成本較低，并且具有功率 范圍大，傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。方案中齒輪系為復(fù) 合輪系，實現(xiàn)了

14、： 傳動比：n 電機/n 主軸=1440r/min/l. 25/min=1152 的大傳動比。且具有較高的傳動效率。本方案中存在的不足是，齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠 緊湊，占用空間較大。 2、定軸輪系減速器方案分析： 該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，所選輪系為定軸輪系，采用該機構(gòu) 的原因是運用廣泛，制造過程簡單，成本較低，并且具有功率范圍大，傳動效率 高，傳動比精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。方案中輪系為定軸輪系，實 現(xiàn)了： 傳動比：n 電機乃主軸=1440r/min/l. 25/min=1152 的大傳動比。本方案中存在的不足是，齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間較大。 3、蝸輪蝸桿減速器方案

15、分析： 此方案采用最普通的右旋阿基M德蝸桿。采用蝸桿傳動的主要原因有： 、傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較??； 、能以單級傳動獲得較大的傳動比，故結(jié)構(gòu)比較緊湊； 、機構(gòu)返行程具有自鎖性； 本方案通過較為簡單的蝸輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)了 ： 傳動比：n 電機乃主軸=1440r/min/l. 25/min=1152 的大傳動比。滿足了機構(gòu)要求的性能指標(biāo)，而且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約空間。本方案 存在的不足：由于蝸輪蝸桿嚙合齒間的相對滑動速度較大，使得摩擦損耗 較大，因此傳動效率較低，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高的現(xiàn)象。磨損也較嚴(yán) 重。解決的辦法是可以采用耐磨的材料 如錫青銅）來制造蝸輪，但成 本較高。 （二）、刀架規(guī)律性運動

16、機構(gòu) 1、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動: 該方案采用圓柱凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成，采用凸輪機構(gòu)，是因為該 機 構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，而 且機構(gòu)簡單緊湊，但其不足在于凸輪廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。 2、盤型凸輪一尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動： 使用盤行凸輪機構(gòu)首先需要加圓錐齒輪等機構(gòu)將軸的傳動方向轉(zhuǎn)變，然后設(shè)計凸輪的廓線。 此方案中凸輪的廓線設(shè)計中，其導(dǎo)程是旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)，在計算中難求得精確導(dǎo) 程，因此凸輪廓線設(shè)計較復(fù)雜。故不考慮此方案。 （三）、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu) 1、單銷四槽槽輪機構(gòu) 該方案采用槽輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)構(gòu)造簡單，外形尺寸小，其

17、機械效率高，并能較平穩(wěn) 地，間歇地進行轉(zhuǎn)位。本方案中的不足在于在槽輪機構(gòu)的傳動過程中往往存在著 柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。此機床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，因此槽輪機構(gòu) 能夠滿足要求。 2、棘輪機構(gòu)： 該方案采用棘輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運動可靠，而且棘輪軸每次轉(zhuǎn) 過的角度可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，與曲柄搖桿機構(gòu)配合使用使其具有急回特 性。本方案中的不足在于棘輪機構(gòu)在工作時有較大的沖擊和噪音，而且運動精度 較差，常用于速度較低和載荷不大的場合。此機床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，沖擊可以忽 略，對于精度要求不是太高，因此該機構(gòu)能夠滿足要求。 3、不完全齒輪機構(gòu)： 該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間

18、歇運動，此機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝容易實現(xiàn)，由 于其中含標(biāo)準(zhǔn)件，有很好的互換性，有精確的傳動比，所以在工作過程中精度較高。此機構(gòu) 的不足是由于在進入嚙合時有沖擊，會產(chǎn)生噪聲，齒輪在磨損過程中會對精度有一定影響。 但是對于低速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，此機構(gòu)能夠滿足使用要求。 （四）、圓柱凸輪定位銷機構(gòu) 該方案采用圓柱凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成，采用凸輪機構(gòu)，是因為該 機構(gòu)只要適 當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)簡單緊 湊。本方案中主要存在的不足在于凸輪廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。 最終設(shè)計方案和機構(gòu)簡介 一、方案選擇： 經(jīng)過方案分析與比較，該機構(gòu)最終選擇如下方案組合： 1、電機選擇Y132S-4型異步電動機。該電動機額定功率P=5. 5KW,滿載 轉(zhuǎn)速 n=1440r/mino扭矩和功率均能滿足工作要求。 2、傳動、減速機構(gòu)采用蝸輪蝸桿減速機構(gòu)。蝸輪蝸桿的最大優(yōu)點就是能實現(xiàn)大傳 動比，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間較小，傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較小，并且反行 程能自鎖。使用該機構(gòu)對于機床的支撐外型和外觀造型設(shè)計有很大優(yōu)勢。 3、進刀方案選擇圓柱凸輪進刀。使用圓柱凸輪的主要原因是設(shè)計方便，通過廓線的 設(shè)計可以完成比較復(fù)雜的進刀動作，圓柱凸輪的廓線較盤形凸 06789 輪簡單，操作方便。