四工位机床课程设计说明书

机械创新设计（一）课程设计说明书图纸（30%）说明书（30%）答辩（20%）考勤（20%）总评（100%）专业班级：机械103学号：08030511306姓名：王瑞设计题目：四工位专用机床指导老师：唐宏日期：2012.1.6一、设计任务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移动。2．原始数据和设计要求(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刀具切入量），然后快速返回，回程和工作行程的平均速度之比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)生产率为每小时75件。(4)执行机构能装入机体内。3．设计方案提示(1)回转台的间歇转动可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。(2)主轴箱的刀具移动可采用圆柱凸轮机构、移动从动杆盘形凸轮机构、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=60/(75÷60)s=48s,刀具进送时间t=60/2s=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36s,因此足够工件装卸所需时间。--1--目录一、功能分解和运动分析........................................................................................................................-1-1.功能分解........................................................................................................................................-1-2.运动分析........................................................................................................................................-2-二、执行机构选型....................................................................................................................................-3-三、传动机构选型....................................................................................................................................-4-四、机械运动方案的选择........................................................................................................................-5-1．方案的设计..................................................................................................................................-5-2、方案比较......................................................................................................................................-7-五.画出机械运动方案简图....................................................................................................................-10-1.机器整体轮廓大小的确定...........................................................................................................-11-2.减速器的传动计算.......................................................................................................................-11-3.槽轮的尺寸计算..........................................................................................................................-13-4.直动推杆圆柱凸轮的尺寸设计..................................................................................................-14-六、课程设计小结..................................................................................................................................-14-七、参考文献..........................................................................................................................................-14---1--一、功能分解和运动分析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：1)安装工作台的间歇转动。2)安装刀具的主轴箱应按要求进行静止、快进、进给、快退的工艺动作。3)刀具转动。画出四工位专用机床的动作要求图。其中4位置为装卸位置，1位置为钻孔位置，2位置为扩孔位置，3位置为绞孔位置。如表1所示跟据工艺动作推出其工作循环为：图1四工位专用机床动作要求图--2--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)刀具转动表1四工位专用机床功能图该专用要求机床要求三个动作的协调运行，即刀架进给、卡盘旋转和卡盘的定位。要确保在刀具与工件接触时卡盘固定不动，刀具退出工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，并按照一定规律运动。2.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。通过合适的减速机构以及轮系机构，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），并将加工好的工件取下。--3--时间/秒0到1212到2424到3636到48间歇机构运动情况匀速旋转90度（0到12秒）静止（12到48秒）主轴箱运动情况快进12秒匀速送进60mm（12到42秒）快退（6秒）表2四工位专用机床执行机构的运动循环图二、执行机构选型根据回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的执行动作和结构特点，可以选择如表格4所示的执行机构：功能元功能元解（匹配机构）12345工作台间歇运动圆柱凸轮机构蜗杆凸轮间歇机构曲柄摇杆棘轮机构不完全齿轮机构槽轮机构主轴箱移动移动推杆圆柱凸轮移动推杆盘形圆柱凸轮摆动推杆盘形凸轮与摆杆滑块机构曲柄滑块机构六杆（带滑块）机构表3执行机构表由排列组合的原理可以计算得到，共有--4--N=5x5=25种执行机构选择方案。对于工作台间歇机构的选择，为了保持传动的平稳和精度，可以选择槽轮机构和不完全齿轮机构；而对于主轴箱移动机构的选择，为了保持运动的精度和尽量减少冲击可以选择移动推杆圆柱凸轮机构和摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。三、传动机构选型选定的电动机转速n=960r/min，而槽轮机构以及圆柱凸轮机构的转速n=60/48=1.25r/min,整个传动机的传动比为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.根据减速动作的精度和平稳要求，列出常用的减速机构：功能元功能元解（匹配机构）12345减速器1带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动减速器2带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动表4减速机构的形态学矩阵由排列组合的原理可以计算得到，共有：N=5x5=25种减速机构选择方案。对于传动机构的选择，考虑到传动的精确性和机构制造工艺的难度高--5--低，减速器常选带传动、蜗杆传动和齿轮传动。四、机械运动方案的选择1．方案的设计图4.20运动循环图图4.21专用机床方案之一--6--图4.22专用机床方案之二图4.23专用机床方案之三回转工作台作单向间歇运动，每次转过90º；主轴箱往复移动各120mm，在工作行程中有快进和慢进两段，回程为快退(急回行程)。--7--实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构等，此外，还可采用某些组合机构；实现主轴箱往复急回运动的机构有连杆机构和凸轮机构等，两套机构均由一个电机带动，故工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。图4.21、4.22、4.23所示为其中的三个方案。图4.21、4.22中，工作台回转机构为槽轮机构，图4.23中为不完全齿轮机构其余方案可由设计者自己构思。选择方案时，特别要注意以下几个方面：(1)工作台回转以后是否有可靠的定位功能，主轴箱往复运动的行程在120mm以上，所选机构是否能在给定空间内完成该运动要求。(2)机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下，传动链是否尽可能短，且制造、安装简便。(3)加工对象的尺寸变更后，是否有可能方便地进行调整或改装。四工位专用机床的运动机构组要由三部分组成：驱动机构、传动机构和执行机构。当驱动机构确定的情况下，其机械运动方案类型由传动机构的类型和执行机构的类型决定。由前面计算的排列组合的原理可得，共有N=25x25=625种运动方案选择。2、方案比较㈠、减速机构①涡轮蜗杆减速器方案分析：此方案采用最普通的右旋阿基米德蜗杆。采用蜗杆传动的主要原因有：--8--⑴、传动平稳，振动、冲击和噪声均较小；⑵、能以单级传动获得较大的传动比，故结构比较紧凑；⑶、机构返行程具有自锁性；本方案通过较为简单的涡轮蜗杆机构实现了大的传动比。满足了机构要求的性能指标，而且结构紧凑，节约空间。本方案存在的不足：由于涡轮蜗杆啮合齿间的相对滑动速度较大，使得摩擦损耗较大，因此传动效率较低，易出现发热和温升过高的现象。磨损也较严重。解决的办法是可以采用耐磨的材料（如锡青铜）来制造涡轮，但成本较高。②外啮合行星齿轮减速器方案分析：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齿轮系，采用齿轮机构的原因是其在各种机构中