專用自動機床課程設計說明書

1、<p><b>　　設計任務書</b></p><p><b>　　設計任務：</b></p><p>　　1 按工藝動作過程擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖</p><p>　　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</p><p>　　3 按選定的電動機和執(zhí)行

2、機構(gòu)的運動參數(shù)進行機械傳動方案的擬定</p><p>　　4 對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸設計</p><p>　　5 在2號圖紙上畫出最終方案的機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　6 編寫設計計算說明書</p><p><b>　　設計要求：</b></p><p>　　1 從刀具頂端離開工件

3、表面65mm位置，快速移動送進了60mm后，在勻速送進60mm（5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回?；爻毯凸ぷ餍谐痰乃俦认禂?shù)K=2。</p><p>　　2 生產(chǎn)率約每小時60件。</p><p>　　3 刀具勻速進給速度2mm/s，工件裝、卸時間不超過10s。</p><p>　　4 執(zhí)行機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。</p>

4、<p><b>　　機械運動方案設計</b></p><p>　　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：</p><p>　　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)和卡盤的定位。其工作過程如下： </p><p>　　要確保在刀具與工件接觸時卡盤固定不動，刀具退出工件到下次接觸工件前完成卡盤旋轉(zhuǎn)動作。幾個

5、動作必須協(xié)調(diào)一致，并按照一定規(guī)律運動。</p><p><b>　　機械總體結(jié)構(gòu)設計</b></p><p><b>　　一、原動機構(gòu)：</b></p><p>　　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/min。</p><p><b>

6、　　二、傳動機構(gòu)：</b></p><p>　　傳動系統(tǒng)的總傳動比為i=n/n6,其中n6為圓柱凸輪所在軸的轉(zhuǎn)速，即總傳動比為1440/1。采用渦輪蝸桿減速機構(gòu)（或外嚙合行星減速輪系）減速。</p><p>　　三、執(zhí)行部分總體部局：</p><p>　　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，兩個運動在工作過程中要保持相當精度的協(xié)調(diào)。因此，

7、在執(zhí)行機構(gòu)的設計過程中分為，進刀機構(gòu)設計、卡盤旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和減速機構(gòu)設計。而進刀機構(gòu)設計歸結(jié)到底主要是圓柱凸輪廓線的設計，卡盤的設計主要是間歇機構(gòu)的選擇。</p><p>　　在執(zhí)行過程中由于要滿足相應的運動速度，因此首先應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60mm（5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切

8、出量），然后快速返回。要求效率是６０件／小時，刀架一個來回（生產(chǎn)１個工件）的時間應該是１分鐘。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1440/1。兩種方案的傳動比計算，參考主要零部件設計計算。</p><p>　　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

9、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)工作臺設計”。由于進刀機構(gòu)的運動比較復雜，因此要滿足工作的幾個狀態(tài)，用凸輪廓線設計的辦法比較容易滿足。廓線的設計參考主要零部件設計計算。</p><p><b>　　機械傳動系統(tǒng)設計</b></p><p>　　1、渦輪蝸

10、桿減速器：</p><p>　　采用如圖機構(gòu)，通過渦輪蝸桿加上一個定軸輪系實現(xiàn)了：</p><p>　　2、外嚙合行星齒輪減速器：</p><p>　　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：</p><p>　　3、定軸輪系減速器：</p><p>　　采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，實現(xiàn)：<

11、;/p><p>　　主要零部件的設計計算</p><p><b>　　減速機構(gòu)設計：</b></p><p>　　方案一：渦輪蝸桿減速機構(gòu)</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　1、蝸桿：m=5mm d=40mm（機械原理，p346,表10-7）

12、</p><p>　　2、渦輪：(d=mz) m=5mm z2=20 d2=100mm z4=36 d4=180mm</p><p>　　3、齒輪：此齒輪機構(gòu)的中心距a=135mm,模數(shù)m=5mm，采用標準直齒圓柱齒輪傳動，z5=18,z6=36,ha*=1.0,(d=mz,d5=90mm,d6=180mm)</p><p><b>　　4、傳動

13、比計算：</b></p><p>　　方案二：外嚙合行星齒輪減速器：</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖示z1=10, z2=36, z3=18, z4=21, z5=20, z6=17, z7=14, z8=40</p><p>　　傳動比計算：i18=i12iH6i7

14、8</p><p>　　其中i12= -z2 /z1=-36/10</p><p><b>　　iH6=1/i6H</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　又i78=-z8/z7=-40/12</p><p><b>　　所以<

15、;/b></p><p>　　方案三：定軸輪系減速器</p><p>　　圖示z1=17, z2=51, z3=12, z4=60, z5=12, z6=72, z7=13, z8=52，z9=12, z10=48，z11=48</p><p>　　傳動比計算：i111==1440</p><p>　　二、圓柱凸輪進刀機構(gòu)設計：<

16、/p><p><b>　　1、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，由此可得勻速進給的時間為30s，設快速進給的時間為x，快速退刀的時間為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：</p>

17、<p>　　30+x=2y (1)</p><p>　　30+x+y=60 (2)</p><p>　　(1)(2)兩個方程聯(lián)立可以得出，x=10s , y=20s</p><p>　　因此可以得出如下圖所示的刀架運動規(guī)律圖：</p><p>　　60°

18、 240°</p><p><b>　　2、凸輪廓線設計：</b></p><p>　　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)律設計其廓線如下：</p><p>　　回轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)設計：</p><p>　　回轉(zhuǎn)工作臺的運動規(guī)律：

19、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，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：</p><p>　　槽輪機構(gòu)中，當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

20、凸鎖止弧卡住，故槽輪固定不動；當圓銷進入徑向槽時，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。</p><p>　　2、采用棘輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：</p><p>　　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：</p><p><b&

21、gt;　　于是得：K>2.2</b></p><p>　　所以極位夾角大于等于67.5°</p><p>　　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°。</p><p>　　3、采用不完全齒輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　不完全

22、齒輪的設計也是為了滿足間歇運動，不完全齒輪上有1/4上有齒，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（1r/min）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。</p><p>　　圓柱凸輪定位銷機構(gòu)設計：</p><p>　　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

23、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</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)和傳動部件的機構(gòu)設計</p><p><b>　　一、方案設計</b></p><p>　　根據(jù)該機床包含兩個執(zhí)行

24、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（稱工作段），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?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。</p><p>　　1、減速機構(gòu)的方案有：</p><p>　?、?、渦輪蝸桿減速機構(gòu)</p><p>　?、?、外嚙合行星輪

25、系減速機構(gòu)</p><p>　?、?、定軸輪系減速機構(gòu)</p><p>　　2、刀架規(guī)律性運動的方案有：</p><p>　?、拧A柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：</p><p>　?、啤⒈P型凸輪—尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動</p><p>　　3、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)方案：</p><p>　　⑴、單銷四

26、槽槽輪機構(gòu)</p><p><b>　?、啤⒓啓C構(gòu)</b></p><p><b>　?、?、不完全齒輪機構(gòu)</b></p><p>　　4、定位銷方案：采用圓柱凸輪機構(gòu)實現(xiàn)</p><p><b>　　二、方案比較</b></p><p><b&

27、gt;　　㈠、減速機構(gòu)</b></p><p>　　1、渦輪蝸桿減速器方案分析：</p><p>　　此方案采用最普通的右旋阿基米德蝸桿。采用蝸桿傳動的主要原因有：</p><p>　　⑴、傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較小；</p><p>　?、?、能以單級傳動獲得較大的傳動比，故結(jié)構(gòu)比較緊湊；</p><p&

28、gt;　?、?、機構(gòu)返行程具有自鎖性；</p><p>　　本方案通過較為簡單的渦輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)了：</p><p>　　的大傳動比。滿足了機構(gòu)要求的性能指標，而且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約空間。本方案存在的不足：由于渦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。磨損也較嚴重。解決的辦法是可以采用耐磨的材料（如錫青銅）來制造渦輪，但成本較高。<

29、/p><p>　　2、外嚙合行星齒輪減速器方案分析：</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。方案中齒輪系為復合輪系，實現(xiàn)了：</p><p>　　的大傳動比。且具有較高的傳

30、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。</p><p>　　3、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，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：</p><p&g

31、t;　　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。</p><p>　?、?、刀架規(guī)律性運動機構(gòu)</p><p>　　1、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(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?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(gòu)簡單緊湊，但其不足在于凸輪

32、廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。</p><p>　　2、盤型凸輪—尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：</p><p>　　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，然后設計凸輪的廓線。此方案中凸輪的廓線設計中，其導程是旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)，在計算中難求得精確導程，因此凸輪廓線設計較復雜。故不考慮此方案。</p><p>　?、?、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)</p

33、><p>　　1、單銷四槽槽輪機構(gòu)</p><p>　　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。</p><p><b>　　2、棘輪機構(gòu)</b></p

34、><p>　　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。</p><p>　　3、不完全齒輪機構(gòu)：&

35、lt;/p><p>　　該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動，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。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。</p><p>　?、琛A柱凸輪定位銷機構(gòu)</p><p>　　該

36、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?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(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。</p><p>　　最終設計方案和機構(gòu)簡介</p><p><b>　　方案選擇：</b></p><p>　　經(jīng)過方案分析與

37、比較，該機構(gòu)最終選擇如下方案組合：</p><p>　　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/min。扭矩和功率均能滿足工作要求。</p><p>　　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

38、和外觀造型設計有很大優(yōu)勢。</p><p>　　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計方便，通過廓線的設計可以完成比較復雜的進刀動作，圓柱凸輪的廓線較盤形凸輪簡單，操作方便。</p><p>　　4、卡盤轉(zhuǎn)動選擇不完全齒輪機構(gòu)。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，較之其他機構(gòu)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(gòu)最大的優(yōu)

39、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，保證了機床精度。</p><p>　　5、定位主要采用圓柱凸輪定位銷機構(gòu)。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?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(gòu)簡單緊湊，更便于設計。</p><p>　　二、方案簡介及運動分析：</p><p>　　根據(jù)上述

40、選擇的方案可得如下圖所示的機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　工作過程：電機12輸出1440r/min的轉(zhuǎn)速，由蝸輪蝸桿減速機構(gòu)將速度減為1r/min帶動凸輪10轉(zhuǎn)動，由凸輪廓線的特性帶動主軸箱完成快進、勻速、快退的運動過程。同時定位齒輪1將運動傳導不完全齒輪4和凸輪2，使工件每分鐘旋轉(zhuǎn)90°（15秒旋轉(zhuǎn)，45秒間歇），通過2的廓線設計，使得旋轉(zhuǎn)完間歇期間由定位銷定住，在旋轉(zhuǎn)的期間定位銷松開。這樣就滿足了

41、機床的工作要求。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　1、孫桓，陳作模等主編.機械原理.第六版.北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　2、王三民主編.機械原理與設計課程設計.機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　3、王三民主編.機械原理課程設計.西北工業(yè)大學講義，200