四工位專用機(jī)床機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

1、目錄1 .功能分解和運(yùn)動(dòng)分析22 .執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型43 .傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型54 .機(jī)械整體運(yùn)動(dòng)方案的選擇75 .機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖106 .機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的計(jì)算117 .仿真運(yùn)動(dòng)及圖表分析158 .課程設(shè)計(jì)小結(jié)179 .參考文獻(xiàn)18一、功能分解和運(yùn)動(dòng)分析1 .功能分解通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的了解，可以看出，四工位專用機(jī)床的加工部分可以分為如下幾個(gè)工藝動(dòng)作：1）安裝工作臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。2）安裝刀具的主軸箱應(yīng)按要求進(jìn)行靜止、快進(jìn)、進(jìn)給、快退的工藝動(dòng)作。3）刀具轉(zhuǎn)動(dòng)。畫出四工位專用機(jī)床的動(dòng)作要求圖。其中4位置為錢孔位置，1位置為裝卸工件，2位置為鉆孔位置，3位置為擴(kuò)孔位置。如表1所示根據(jù)工藝動(dòng)作推出其工作循環(huán)為：四工位

2、專用機(jī)床工作臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)主軸箱進(jìn)、退刀動(dòng)作（快進(jìn)、勻速進(jìn)給、快退）刀具轉(zhuǎn)動(dòng)表1四工位專用機(jī)床功能圖同時(shí)得到四工位專用機(jī)床的樹(shù)狀功能圖（如下圖）該專用要求機(jī)床要求三個(gè)動(dòng)作的協(xié)調(diào)運(yùn)行，即刀架進(jìn)給、卡盤旋轉(zhuǎn)和卡盤的定位。要確保在刀具與工件接觸時(shí)卡盤固定不動(dòng)，刀具退出工件到下次工作前完成卡盤旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。幾個(gè)動(dòng)作必須協(xié)調(diào)一致，并按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。2 .運(yùn)動(dòng)分析通過(guò)合適的減速機(jī)構(gòu)以及輪系機(jī)構(gòu)，使工作臺(tái)進(jìn)行每次旋轉(zhuǎn)90°的間歇運(yùn)動(dòng)。1 .電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速器與其他輪系傳動(dòng)將符合要求的轉(zhuǎn)速傳遞給工作回轉(zhuǎn)臺(tái)上的間歇機(jī)構(gòu)，使其間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。2 .在間歇機(jī)構(gòu)開(kāi)始一次循環(huán)時(shí)，安裝并夾緊工件，間歇機(jī)構(gòu)從0

3、76;轉(zhuǎn)至90，3 .間歇機(jī)構(gòu)從90。轉(zhuǎn)至180°,主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)、刀具勻速送進(jìn)和快退）。4 .間歇機(jī)構(gòu)從180轉(zhuǎn)至270，主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)、刀具勻速送進(jìn)和快退）。5 .間歇機(jī)構(gòu)從270轉(zhuǎn)至360,主軸箱完成一次工作循環(huán)（快進(jìn)、刀具勻速和快退），并將加工好的工件取下。時(shí)間（s）0-22-2222-3232-48主軸箱運(yùn)動(dòng)情況快速前進(jìn)60mm勻速前進(jìn)60mm快速退刀120mm間歇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況靜止順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90（用時(shí)3s）靜止表2四工位專用機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖說(shuō)明：上圖表明了工作臺(tái)和主軸箱配合運(yùn)動(dòng)，主軸箱快速進(jìn)刀60mnffi時(shí)2s,勻速進(jìn)刀60mnfflB

4、t30s,快速回程120mmfflBt16s。當(dāng)主軸箱快速退刀時(shí)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)由0900這樣保證不會(huì)刀具與工件相撞，每轉(zhuǎn)動(dòng)90主軸箱往返一次，轉(zhuǎn)動(dòng)用時(shí)12s剩下36s靜止。二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型根據(jù)回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸箱刀具移動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行動(dòng)作和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以選擇如表格3所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：匹配機(jī)構(gòu)123回轉(zhuǎn)不完梢輪棘輪臺(tái)間歇轉(zhuǎn)全齒輪機(jī)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)動(dòng)運(yùn)動(dòng)構(gòu)主軸凹梢移動(dòng)凸輪箱刀具移圓柱凸輪推桿盤形連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)運(yùn)動(dòng)凸輪表3執(zhí)行機(jī)構(gòu)表對(duì)于工作臺(tái)間歇機(jī)構(gòu)的選擇，為了保持傳動(dòng)的平穩(wěn)和精度，可以選擇梢輪機(jī)構(gòu)或不完全齒輪機(jī)構(gòu)；而對(duì)于主軸箱移動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇，為了保持運(yùn)動(dòng)的精度和盡量減少?zèng)_擊可以選擇凹梢圓柱凸輪機(jī)構(gòu)或移動(dòng)推桿盤形凸

5、輪與擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)。三、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型由機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況分析得，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行，結(jié)合市場(chǎng)上提供的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)用1200r/min的電動(dòng)機(jī)。整個(gè)傳動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比為k=960,故需要分別引入減速機(jī)構(gòu)來(lái)滿足工作臺(tái)間隙運(yùn)動(dòng)和主軸箱移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)要求.根據(jù)減速動(dòng)作的精度和平穩(wěn)要求，列出常用的減速機(jī)構(gòu):方案一：帶傳動(dòng)加復(fù)合輪系減速器。U-1irn-V_L-JLU_rnj-F二n方案二：采用外嚙合行星齒輪減速器。帶傳動(dòng)加復(fù)合輪系傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，更加平穩(wěn)，噪聲小，效率較高；相對(duì)于外嚙合行星齒輪傳動(dòng)，帶傳動(dòng)效率高，更換簡(jiǎn)單，降速較快，不易損壞，而且成本低。四、機(jī)械整體運(yùn)動(dòng)方案的選擇1.方案的設(shè)計(jì)匹

6、配機(jī)構(gòu)123回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)梢輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)主軸箱刀具移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)推桿圓柱凸輪移動(dòng)推桿盤形凸輪凸輪連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)加復(fù)合輪系減速器外嚙合行星齒輪減速器從以上方案中進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)為：1）是否滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求。2）運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)的順序安排是否合理；3）運(yùn)動(dòng)精確。4）制造難易；5）成本高低。6）是否滿足環(huán)境，動(dòng)力源，生產(chǎn)條件等的限制條件;根據(jù)以上的標(biāo)準(zhǔn)，大致可以選出三種運(yùn)動(dòng)方案，依次為：方案一：梢輪機(jī)構(gòu)和移動(dòng)推桿圓柱凸輪，如下圖:梢輪機(jī)構(gòu)方案二：不完全齒輪機(jī)構(gòu)和移動(dòng)推桿盤形圓柱凸輪，如下圖T1方案三:不完全齒輪機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)推桿盤形凸輪與擺桿滑塊機(jī)構(gòu)，如下圖2.方案的比較

7、綜合評(píng)價(jià)優(yōu)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：方案一：圓柱凸輪制造成本高；行程大時(shí)，運(yùn)動(dòng)靈活性較差；力的作用點(diǎn)相對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生有害力矩。方案二：凸輪直接驅(qū)動(dòng)升程大；凸輪機(jī)構(gòu)外露，影響外觀。制造困難。方案三：放大行程，力減小，長(zhǎng)擺桿剛度差；擺桿端部水平分速度不是勻速；擺動(dòng)變移動(dòng)，不易設(shè)計(jì)計(jì)算。優(yōu)點(diǎn)：方案一：可以精準(zhǔn)傳動(dòng)，梢輪運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定且精確。圓柱凸輪運(yùn)行平穩(wěn)、精確，可以精確的控制機(jī)床主軸箱的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊。方案二：容易更換，易改裝及變換尺寸，傳動(dòng)簡(jiǎn)單功率高。方案三；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成型后重量輕，凸輪曲線的精確性好。綜合以上所述：選定方案一因?yàn)楣の晃恢帽仨毦_，這直接影響工件的質(zhì)量，而方案一可以達(dá)到這一要求。根據(jù)以上綜合

8、評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后選擇出以下較好的方案：梢輪機(jī)構(gòu)+凹梢圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。五、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖（此圖由AutoCAD制圖）此方案中，電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將動(dòng)能傳遞給帶輪，通過(guò)帶輪傳動(dòng)加復(fù)合輪系二級(jí)減速將速度降到1.25r/min。一路通過(guò)凹梢圓柱凸輪將動(dòng)能傳遞給主軸箱，完成刀具的進(jìn)、退刀的動(dòng)作；另一路再通過(guò)一個(gè)帶輪將動(dòng)能傳遞給一個(gè)不完全齒輪嚙合組，通過(guò)加速傳遞給梢輪機(jī)構(gòu)，完成工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)。兩路傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相互配合，相互合作，共同和完成額定加工功能和加工任務(wù)。六、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的計(jì)算1.對(duì)于電機(jī)的選擇主要的參考指標(biāo)有以下幾點(diǎn):(1)原動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、過(guò)載、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、調(diào)速和控制等方面是否滿足要求；(2)工作環(huán)境

9、的影響；(3)工作是否可靠，操作是否簡(jiǎn)易，維修是否方便；(4)額定功率是否滿足負(fù)載需要；(5)工作是否可靠，操作是否簡(jiǎn)易，維修是否方便由機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況分析得，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行，結(jié)合市場(chǎng)上提供的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)用1200r/min的電動(dòng)機(jī)。2.減速器的傳動(dòng)計(jì)算由于選定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是1200r/min,而梢輪和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速n=60s/48s=1.25r/min。所以整個(gè)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比k=1200/1.25=960,故對(duì)減速器的功能要求是傳動(dòng)比為960,為實(shí)現(xiàn)這一傳動(dòng)比選用了帶輪傳動(dòng)和復(fù)合輪系共同作用的減速裝置?；谄椒€(wěn)性的考慮，本減速裝置采用二級(jí)逐級(jí)遞減的減速系統(tǒng)。第一級(jí)減速

10、系統(tǒng)采用帶傳動(dòng)帶輪1(d=30mm和帶輪2(d=150mm,傳動(dòng)比為5;第二級(jí)開(kāi)始采用復(fù)合輪系減速，復(fù)合輪系共由四級(jí)齒輪組組成，即齒輪1(d=40miyE=20)和2(d=80mmz=40)、齒輪3(d=30mmz=15)和4(d=180mmz=90)、齒輪5(d=40mm,z=20)和6(d=160mmz=80)、齒輪7(d=40mmz=20)和8(d=160mmz=80),各齒輪組的傳動(dòng)比分別為2、6、4、4,即從第一級(jí)開(kāi)始，總傳動(dòng)比為960,轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)的1200r/min變到輸出的1.25r/min。帶輪傳動(dòng)比為i1=150mm/30mm=5,齒輪傳動(dòng)比i2=80*80*90*40/(

11、20*20*15*20)=192所以，總傳動(dòng)比為沈陽(yáng)理工大學(xué)i=a4-卷0z3d1上述計(jì)算表明，所選齒輪的齒數(shù)是符合傳動(dòng)比要求的，并且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的外形小巧、結(jié)構(gòu)緊湊，有著非常精確的傳遞性能和較高的實(shí)用性能及較為簡(jiǎn)單的工藝加工性能，符合機(jī)械傳動(dòng)的方案設(shè)計(jì)要求。3.梢輪的尺寸計(jì)算結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)的要求，對(duì)梢輪各部分尺寸進(jìn)行計(jì)算1 .梢輪梢數(shù)z按工位要求選擇z=42 .中心距L選定L=100mm3 .圓銷半徑r按結(jié)構(gòu)選定為r=10mm4 .梢輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角2a=905 .梢間角2片90°6 .主動(dòng)件到圓銷中心半徑Ri=173mm7 .梢輪外圓半徑R2=174mm8 .梢輪梢深h=6

12、7mm9 .運(yùn)動(dòng)系數(shù)k=1/44.部分齒輪尺寸計(jì)算1 .根據(jù)梢輪運(yùn)轉(zhuǎn)情況選定模數(shù)mm=22 .部分齒輪11的半徑R11=40mmz=203 .部分齒輪12的半徑R12=160z=205.直動(dòng)圓柱凸輪的尺寸計(jì)算如圖即為凹梢凸輪的簡(jiǎn)圖，由于次凸輪的輪廓曲線為一空間曲線，不能直接在平面上表示，但圓柱面展開(kāi)為平面后，次凸輪就成為一平面移動(dòng)凸輪。此時(shí)可以用設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓曲線的方法做出圓柱凸輪的輪廓曲線展開(kāi)圖。圓柱凸輪的簡(jiǎn)圖將圓柱外表面展開(kāi)，得一長(zhǎng)度為2R的平面移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)，其移動(dòng)速度為V,以反向移動(dòng)平面凸輪，相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，滾子反向移動(dòng)后其中心點(diǎn)的軌跡即為理論輪廓線，其內(nèi)外包絡(luò)線為實(shí)際輪廓線。V用Aut

13、oCAD擬合出位移線圖如下圖所示，凸輪的位移線擬定圓柱凸輪的最大半徑為Rm=50mm長(zhǎng)度L=120mm則用AutoCAD作出其尺寸輪廓圖，如圖所示：圓柱凸輪的輪廓圖七、仿真運(yùn)動(dòng)及圖表分析位移圖表由solidworks的motion分析得出）速度圖表丁一丁一下_廠丁一一廠F一丁一一Ib410,pI"I-'IpIIIIIIIIIII|iIki4I45"1-iji1-1yL-i-L._i._.Lj._.LiIIIIIIIIIIIisj-pjj+I-«n+ii)I(III-11-15*JiirI-301f-ir-nr-n-r14ftI_j111"-11r

14、*iiiiiliI4bal|t4>kbi04。8X2Ql»02042402«0330340OWJ/*（該圖由solidworks的motion分析得出)加速度圖表，一L_iL_即UOIMN。（該圖由solidworks的motion分析得出）八、課程設(shè)計(jì)小結(jié)為期10天的課程設(shè)計(jì)到這也就算結(jié)束了，在這10天中，我感覺(jué)收獲頗深，從剛開(kāi)始接到任務(wù)書的迷茫、不知所措，到后來(lái)到圖書館、網(wǎng)上、問(wèn)學(xué)長(zhǎng)逐漸了解，再到現(xiàn)在的略懂一二，真正的體會(huì)到了課程設(shè)計(jì)的樂(lè)趣。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我也更加喜歡機(jī)械原理這門課，也通過(guò)課程設(shè)計(jì)，更好的應(yīng)用了理論課上所學(xué)的知識(shí)，在大腦中形成了更深的印象，我想這對(duì)以后的工作都有一定的好處；此次課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我獨(dú)立思考，看圖，畫圖，熟練應(yīng)用AutoCAD,UG等常用的畫圖軟件，為以后工作學(xué)習(xí)都打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；另外，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我也略微了解了一個(gè)機(jī)構(gòu)從構(gòu)想，到設(shè)計(jì)，到修改，最后到試驗(yàn)出成品的過(guò)程，對(duì)以后工作學(xué)習(xí)都有一定的幫助；在這10天短短的課程設(shè)計(jì)中，同學(xué)們一起查資料，一起研究方案，選擇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，更加加深了同學(xué)們之間的情誼，也讓我們懂得了團(tuán)結(jié)合作的重要性，也讓我們學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)、分工的技能，而且也