課程設計--四工位加工系統(tǒng)的刀具進給機構和工作臺轉位機構設計

1、<p><b>　　設計題目</b></p><p>　　四工位加工系統(tǒng)的刀具進給機構和工作臺轉位機構設計</p><p><b>　　設計任務</b></p><p>　　四工位加工系統(tǒng)由安裝工件的回轉工作臺和裝有刀具的主軸箱及回轉部分組成。工作臺有四個工位，能繞自身回轉軸線作間歇轉動。主軸箱上有三把刀具。刀具

2、的旋轉運動由主軸箱系統(tǒng)提供，主軸箱能實現(xiàn)靜止、快進、進給、快退的工藝運動。主軸箱完成一次靜止、快進、進給、快退的循環(huán)運動，在四個工位上分別完成相應的裝卸、鉆孔、擴孔、鉸孔工作，在刀具退出工件期間，工作臺完成一次回轉90度的轉動。依次循環(huán)四次，一個工件就完成了裝、鉆、擴、鉸等工序。 原始數(shù)據(jù)和設計要求</p><

3、p>　　1、刀具頂端離開工件表面65mm開始動作，快速移動60mm距工件5mm時勻速送進60mm，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。</p><p>　　2、刀具勻速進給速度為2mm/s;工件裝卸時間不超過10s。</p><p>　　3、生產(chǎn)率為每小時74件。</p><p>　　4、四工位加工系統(tǒng)外形長*寬*高為1500*1

4、200*1000</p><p><b>　　對原始數(shù)據(jù)進行分析</b></p><p>　　要求工作臺可以間歇轉動?？梢圆捎貌圯啓C構、不完全齒輪機構、曲柄搖桿棘輪機構、蝸桿凸輪間歇機構、圓柱凸輪間歇機構等。要求主軸箱的靜止、快進、進給、快退運動采用移動推桿圓柱凸輪機構、移動推桿盤型凸輪機構、擺動盤型凸輪與搖桿滑塊機構、曲柄滑塊機構、帶滑塊的六桿機構等。傳動部分的二級

5、減速可采用帶、鏈、蝸桿、齒輪、行星和擺線針輪傳動等。</p><p>　　根據(jù)機床的工作過程和規(guī)律可得期運動規(guī)律圖如下：</p><p><b>　　機械總體機構設計</b></p><p>　　原動機選擇Y801-2異步電動機。電機額定功率P=0.75W，滿載轉速n=2825r/min。</p><p><b&g

6、t;　　傳動機構：</b></p><p>　　傳動系統(tǒng)的總傳動比為i=n/n1。其中n1為盤型凸輪所在軸的轉速，即總傳動比為2260。采用外行星減速輪系減速。</p><p><b>　　執(zhí)行部分總體布局：</b></p><p>　　執(zhí)行機構主要有旋轉工件卡盤和帶鉆頭的移動刀架兩部分，兩個運動在工作過程中藥保持相當精度的協(xié)調。因

7、此，在執(zhí)行機構的設計過程中分為，進刀機構設計、卡盤旋轉機構和減速機構設計。而進刀機構設計歸根結底主要是盤型凸輪廓線的設計?？ūP的設計主要是間歇機構的選擇。</p><p>　　主要零部件的設計計算</p><p><b>　　減速機構設計：</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><

8、;p>　　蝸桿：m=5mm d=40mm</p><p>　　蝸桿：m=5mm Z2=32 d2=160mm Z4=36 d4=180mm</p><p>　　齒輪：齒輪機構的中心距a=135mm,模數(shù)m=5mm,采用標準直齒輪圓柱齒輪傳動，Z5=18，Z6=36</p><p><b>　　傳動比計算：</b><

9、/p><p>　　i16=i12*i34*i56=2304</p><p><b>　　方案二;</b></p><p>　　外嚙合行星齒輪減速器：</p><p><b>　　結構圖如下;</b></p><p>　　如圖示，傳動比為：i=1-66*70/68*68=1156&

10、lt;/p><p>　　再帶一個傳動比為二的齒輪系就可以了。</p><p>　　方案三：定軸輪系減速器</p><p><b>　　結構圖如下</b></p><p>　　圖示Z1=17，Z2=51，Z3=12，Z4=90，Z5=12，Z6=77，Z7=13，Z8=52，Z9=12，Z10=48，Z11=48</p&

11、gt;<p>　　傳動比計算：i1,11=2310。</p><p>　　盤型凸輪進刀機構設計：</p><p><b>　　運動規(guī)律:</b></p><p>　　刀具運動規(guī)律：刀具快速進給60mm，勻速進給60mm（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

12、速進給時間為30s，又因為生產(chǎn)效率為每小時約74件，可得凸輪轉一圈的時間為48s。</p><p><b>　　凸輪廓線設計：</b></p><p>　　進刀機構的運動由凸輪的廓線來實現(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，凸輪選擇盤型凸輪，按照運動規(guī)律設計其廓線如下：</p><p>　　由此可得凸輪理論廓線的方程為：<

13、;/p><p>　　第一段推程曲線方程：0°＜t＜37.5°</p><p>　　X=[130-30*cos(180/37.5*t)]sin(t)+cos(t);</p><p>　　Y=[130-30*cos(180/37.5*t)]cos(t)-sin(t);</p><p>　　第二段推程曲線方程：37.5°＜

14、t＜262.5°</p><p>　　X=[160+60/225*(t-37.5)]*sin(t)+cos(t);</p><p>　　Y=[160+60/225*(t-37.5)]*cos(t)-sin(t);</p><p>　　第三段回程曲線方程：262.5°＜t＜300°</p><p>　　X=[160

15、+60**cos(180/37.5*(t-262.5))]*sin(t)+cos(t);</p><p>　　Y=[160+60*cos(180/37.5*(t-262.5))]*cos(t)-sin(t);</p><p>　　第四段停止：300°＜t＜360°</p><p>　　X=100*sin(t);</p><p&

16、gt;　　Y=100*cos(t);</p><p>　　3工作臺的間歇轉動運動方案1：不完全齒輪機構</p><p>　　運用不完全齒輪機構是由齒輪機構演變而得的一種間歇運動機構。即在主動輪上做出一部分齒，并根據(jù)運動時間與停歇時間的要求，在從動輪上做出于主動輪輪齒相嚙合的輪齒。當主動輪作連續(xù)回轉運動時，從動輪作間歇運動。在從動輪停歇期內(nèi)，兩輪輪緣各有鎖止弧起定位作用，以防止從動輪的游動。

17、如圖其主動輪上只有10個齒，而與其嚙合的從動輪有40個齒故主動輪轉動1圈是，從動輪只轉動1/4圈。不完全齒輪機構的結構簡單，制造容易，工作可靠，設計時從動輪的運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。缺點是有較大的沖擊，故只宜用于低速、輕載場合。不完全齒輪機構在傳動過程中，從動輪開始運動和終止運動的瞬時都存在剛性沖擊，故不適用于高速傳動。要注意的是，在不完全齒輪機構中，為了保證主動輪的首齒能順利的進入嚙合狀態(tài)而不與從動輪的齒頂先相碰，

18、需要將首齒齒頂高作適當?shù)南鳒p。同時，為了保證從動輪停歇在預訂位置，主動輪的末齒高也要適當?shù)男拚?。不完全齒輪還有一個優(yōu)點，可以實現(xiàn)不同的傳動比，例如本機構中，工作臺轉動的理論時間只有十幾秒，但為了爭取更多的裝載時間，可使主動輪的直徑為從動輪的兩倍，從而工作臺的轉動時間由12秒減為6秒。</p><p>　　工作臺轉向機構方案二：使用槽輪機構</p><p>　　槽輪機構的結構簡單，外形尺寸小

19、，機械效率高，并能平穩(wěn)的間歇的進行轉位。但因同時存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。普通槽輪機構有外槽輪機構也有內(nèi)槽輪機構。它們均用于平行軸間的間歇運動，但前者槽輪與與撥盤轉向相反，而后者則轉向相同。外槽輪機構應用比較廣泛。當槽輪機構的撥盤的角速度一定時，槽輪的角速度及角加速度變化取決于槽輪的槽數(shù)其最大值隨槽數(shù)的減小而增大。此外當圓銷開始進入和退出進向槽時，由于角加速度有突變，故在此兩瞬間時有柔性沖擊。而且槽輪的槽數(shù)越少，柔性沖擊愈

20、大。內(nèi)槽輪和外槽輪機構一樣也有角加速度突變，但其加速度數(shù)值迅速下降并趨于零，因此內(nèi)槽輪機構的動力性能比外槽輪機構好的多。</p><p>　　工作臺間歇運動方案三：凸輪式間歇運動機構。</p><p>　　凸輪式間歇運動機構由主動凸輪1和從動輪盤2組成，主動凸輪作連續(xù)轉動，從動輪作間歇分度運動只要適當設計出主動凸輪的輪廓，就可使從動盤的動載荷小，無剛性沖擊和柔性沖擊，能適應高速運轉要求。同

21、時，它本身具有高的定位精度，機構結構緊湊是當前被公認的一種較理想的高速高精度的分度機構。其缺點是加工精度要求高，對裝配、調整要求嚴格。其常用的有三種：圓柱凸輪間歇運動機構、蝸桿式凸輪間歇運動機構、共軛式凸輪間歇運動機構。圓柱凸輪間歇運動機構的特點是其在輕載的情況下間歇運動的頻率很高，可達到每分鐘1500次左右。蝸桿式凸輪間歇運動機構的特點是可在高速下承受較大的載荷，在高速、高精度的分度轉位機械應用日益廣泛。它能實現(xiàn)每分鐘1200次左右的

22、間歇動作，而分度精度可達30微度。共軛式凸輪間歇運動機構的特點是具有較好的動力特性，較高的分度精度及較低的加工成本，因而在自動分度機構、機床的換刀機構、機械手的工作機構等中得到廣泛的應用。</p><p>　　4、圓柱凸輪定位銷機構設計：</p><p>　　由機構運動循環(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，刀具離開工件后再次接觸前（即卡盤旋轉時）定位

23、銷必須拔出。</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　執(zhí)行機構和傳動部件的機構設計</p><p><b>　　方案設計</b></p><p>　　根據(jù)該機床包含兩個執(zhí)行機構，即主軸箱移動機構和回轉臺的回轉機構。主軸箱移動機構的主動件是圓柱凸輪。從動件是刀架，行程中有勻速運

24、動段（稱工作段），并有急回特性。要滿足這些要求，就要將幾個基本機構恰當?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。實現(xiàn)上述要求的機構的組合方案可以有許多種。</p><p><b>　　減速機構的方案：</b></p><p>　　、渦輪蝸桿減速機構 </p><p>　　、外嚙合行星輪系減速機構</p><p><b>　　

25、、定軸輪系減速機構</b></p><p>　　刀架規(guī)律性運動的方案有：</p><p>　　、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動</p><p>　　、盤型凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動</p><p>　　回轉工作臺回轉機構方案：</p><p><b>　　、單銷槽輪機構</b></p&g

26、t;<p>　　、凸輪式間歇運動機構</p><p><b>　　、不完全齒輪機構</b></p><p>　　定位銷方案：圓柱凸輪機構</p><p><b>　　二、方案比較</b></p><p>　　1、渦輪蝸桿減速方案分析</p><p>　　此方案采

27、用最普通的右旋阿基米德蝸桿。其優(yōu)點主要有：</p><p>　　、傳動平穩(wěn)，震動、沖擊和噪聲均較小。</p><p>　　、能以單級傳動獲得較大的傳動比，結構比較緊湊。</p><p>　　、機構返程具有自鎖性。</p><p><b>　　缺點是：</b></p><p>　　、該機構摩擦損耗較

28、大，傳動效率較低。</p><p>　　、容易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高現(xiàn)象。</p><p>　　、磨損較嚴重，制造成本高。</p><p>　　外嚙合行星輪系減速器方案分析：</p><p>　　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輪系，其在各種機構中的運用比較廣泛，其優(yōu)點是：</p><p>　　、

29、制造過程簡單，成本較低，功率范圍大，可實現(xiàn)很大的傳動比。</p><p>　　、傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作可靠。</p><p>　　不足之處是：齒輪機構結構不夠緊湊，占用空間相比渦輪蝸桿減速機構較大。</p><p>　　定軸輪系減速器方案分析：</p><p>　　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，其

30、優(yōu)點是;</p><p>　　、制造過程簡單，成本較低。</p><p>　　、功率范圍大，傳動效率高，可實現(xiàn)大傳動比。</p><p>　　、傳動比精確，使用壽命長，工作可靠。</p><p>　　缺點是：齒輪機構結構不夠緊湊，占用空間很大（當要實現(xiàn)大傳動比時）。</p><p><b>　　刀架規(guī)律性移動

31、機構</b></p><p>　　圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：</p><p>　　該方案采用圓柱凸輪機構和連桿機構串聯(lián)組成。該機構只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以死推桿得到各種預期的運動規(guī)律，機構簡單緊湊，但其不足在于輪廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。</p><p>　　盤型凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：</p><p>

32、　　盤型凸輪機構傳動特點是結構簡單、緊湊、設計方便，可實現(xiàn)從動件任意預期運動，最適用于要求從動件作間歇運動的場合。而如果采用滾子從動件優(yōu)點是滾子與凸輪輪廓間為滾動摩擦，磨損較小，可用于傳遞較大的動力。</p><p><b>　　回轉工作臺回轉機構</b></p><p>　　槽輪機構構件簡單，外形尺寸小，其機械效率高，并能較平穩(wěn)的，間歇地進行轉位，但其在傳動過程中往

33、往存在柔性沖擊，適用速度低的場合。但本機床中要求工作臺的轉動有較大的速度，所以不太合適。</p><p><b>　　不完全齒輪機構：</b></p><p>　　該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動，其結構簡單，加工安裝容易實現(xiàn)，由于其中含有標準件，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。不足是其在進入嚙合時有沖勁，產(chǎn)生噪聲，齒輪在磨 損過程中會對

34、精度有一定影響。但是對于低速旋轉機構，此機構能夠滿足使用要求。</p><p>　　凸輪式間歇運動機構。</p><p>　　該機構無剛性沖擊和柔性沖擊，能適應高速運轉要求。同時，它本身具有高的定位精度，機構結構緊湊是當前被公認的一種較理想的高速高精度的分度機構。其缺點是加工精度要求高，對裝配、調整要求嚴格。</p><p>　　圓柱凸輪定位銷機構 該方案采用凸輪機

35、構，是因為該機 構只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律， 而且機構簡單緊湊。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。</p><p>　　最終設計方案和機構簡介</p><p>　　機械原理課程設計說明書 一、 方案選擇： 經(jīng)過方案分析與比較，該機構最終選擇如下方案組合： </p><p>　　電機選擇 Y8

36、01-2 型異步電動機。 該電動機額定功率 P=0.75KW,滿載轉 速 n=2825r/min。扭矩和功率均能滿足工作要求。</p><p>　　2、傳動系統(tǒng)方案選擇外嚙合行星輪系減速器方案原因是其在各種機構中的運用比較廣泛，制造過程簡單，成本較低，功率范圍大，可實現(xiàn)很大的傳動比。傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作可靠。</p><p>　　進刀方案選擇盤型凸輪進刀。原因是其結構簡

37、單、緊湊、設計方便，可實現(xiàn)從動件任意預期運動。特別是使用滾子從動件時滾子與凸輪輪廓間為滾動摩擦，磨損較小，可用于傳遞較大的動力。</p><p>　　4、卡盤轉動選擇不完全齒輪機構。該機構結構簡單，較之其他機構加工 安裝容易實現(xiàn)，由于其中含標準件，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。 還有使用該機構最大的優(yōu)點是傳動比具有可 分性， 在中心距發(fā)生變化的情況下傳動比也能保持不變， 保證了機床精

38、度。 5、定位主要采用圓柱凸輪定位銷機構。凸輪機構和連桿機構串聯(lián)組成， 采用凸輪機構，是因為該機構只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以 使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構簡單緊湊，更便于設計。</p><p>　　根據(jù)上述選擇的方案可得如下圖所示的機構運動簡圖 </p><p>　　電機；2、帶傳動系；3、行星輪減速系；4、鏈輪傳動系；</p><p>　　錐

39、齒輪副；6、凸輪；7、滾子從動件；8、不完全齒輪副；</p><p>　　圓柱凸輪；10、插銷；</p><p>　　工作過程：電機1輸出2828~3000r/min的轉速，由帶傳動輪和行星輪減速為大約1.25r/min，再由錐齒輪5使凸輪6轉動由凸輪廓線的特性帶動滾子從動件和主軸箱完成快進、 勻速、 快退的運動過程。同時鏈輪4和不完全齒輪使工作臺48秒轉動90°再通過圓柱凸輪9