四工位專用機(jī)床機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

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1、目錄 1． 功能分解和運(yùn)動(dòng)分析……………………………………………………2 2． 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型……………………………………………………………4 3． 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型……………………………………………………………5 4． 機(jī)械整體運(yùn)動(dòng)方案的選擇………………………………………………7 5． 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖………………………………………………………10 6． 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的計(jì)算……………………………………………………11 7． 仿真運(yùn)動(dòng)及圖表分析……………………………………………………15 8． 課程設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………………………17 9． 參考文獻(xiàn)…

2、………………………………………………………………18 一、功能分解和運(yùn)動(dòng)分析 1.功能分解 通過對(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位置為鉸孔位置，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

3、 (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)開始一次循環(huán)時(shí)，安裝并夾緊工件，間歇機(jī)構(gòu)從0轉(zhuǎn)至90。 3

4、.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） 0-2 2-22 22-32 32-48 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 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 說明： 上圖表明了工作臺(tái)和主軸箱配合運(yùn)動(dòng)

5、，主軸箱快速進(jìn)刀60mm用時(shí)2s，勻速進(jìn)刀60mm用時(shí)30s，快速回程120mm用時(shí)16s。當(dāng)主軸箱快速退刀時(shí)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)由0～90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) 1 2 3 回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu) 主軸箱刀具移動(dòng)運(yùn)動(dòng) 凹槽圓柱凸輪 移動(dòng)推桿盤形凸輪 凸輪連桿機(jī)構(gòu) 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，可以選擇槽輪機(jī)

6、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)_擊可以選擇凹槽圓柱凸輪機(jī)構(gòu)或移動(dòng)推桿盤形凸輪與擺動(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。 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

7、；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) 匹配機(jī)構(gòu) 1 2 3 回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(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。

8、 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： 槽輪機(jī)構(gòu)和移動(dòng)推桿圓柱凸輪，如下圖： 槽輪機(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 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 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

9、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)，槽輪運(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)以上綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后選擇出以下較好的方案：槽輪機(jī)構(gòu)+凹槽圓柱凸輪機(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，通過帶輪傳動(dòng)加復(fù)合輪

10、系二級(jí)減速將速度降到1.25r/min。一路通過凹槽圓柱凸輪將動(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，通過加速傳遞給槽輪機(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

11、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，而槽輪和圓柱凸輪機(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。 基于平穩(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)開始采用復(fù)合輪系減速，復(fù)合輪系共由四

12、級(jí)齒輪組組成，即齒輪1（d=40mm，z=20）和2(d=80mm，z=40)、齒輪3(d=30mm，z=15)和4(d=180mm，z=90)、齒輪5(d=40mm,z=20)和6(d=160mm，z=80)、齒輪7(d=40mm，z=20)和8(d=160mm，z=80)，各齒輪組的傳動(dòng)比分別為2、6、4、4，即從第一級(jí)開始，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/（20*20*15*20）=192 所以，總傳動(dòng)比為 上述計(jì)算表明，所選齒輪的齒數(shù)是符合傳動(dòng)比要

13、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. 槽輪的尺寸計(jì)算 結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)的要求，對(duì)槽輪各部分尺寸進(jìn)行計(jì)算 1. 槽輪槽數(shù)z 按工位要求選擇z=4 2. 中心距L 選定L=100mm 3. 圓銷半徑r 按結(jié)構(gòu)選定為r=10mm 4. 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)角 2α=90 5. 槽間角 2β=90 6. 主動(dòng)件到圓銷中心半徑 R1=173mm 7. 槽輪外圓半徑 R2=174mm 8. 槽輪槽深 h=67mm 9. 運(yùn)動(dòng)系數(shù) k=1/4 4

14、.部分齒輪尺寸計(jì)算 1. 根據(jù)槽輪運(yùn)轉(zhuǎn)情況選定模數(shù)m m=2 2. 部分齒輪11的半徑R11=40mm z=20 3.部分齒輪12的半徑R12=160 z=20 5. 直動(dòng)圓柱凸輪的尺寸計(jì)算 如圖即為凹槽凸輪的簡(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圖。 圓柱凸輪的簡(jiǎn)圖 將圓柱外表面展開，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

15、。V- 用AutoCAD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 （該圖由solidworks的motion分析得出） 速度圖表 （該圖由solidworks的motion分析得出） 加速度圖表 （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

16、就算結(jié)束了，在這10天中，我感覺收獲頗深，從剛開始接到任務(wù)書的迷茫、不知所措，到后來到圖書館、網(wǎng)上、問學(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)的樂趣。 通過此次課程設(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)

17、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，而且也培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真思考的良好習(xí)慣。 最后，首先感謝老師們對(duì)此次課程設(shè)計(jì)的大力支持和悉心指導(dǎo)，還有要感謝和我一起戰(zhàn)斗過的同學(xué)們的積極配合和協(xié)作。這10天時(shí)間，雖然辛苦但有的是歡樂；雖然乏味，但也有成就感。相信這次課程設(shè)計(jì)會(huì)成為我大學(xué)時(shí)段一次美好的回憶！ 九、參考文獻(xiàn) 1.《機(jī)械原理》孫恒等主編 2.《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》王淑仁主編 3.working model教程（電子版） 4. 《工程制圖AutoCAD實(shí)訓(xùn)教程》 5. 《solidworks2012從入門到精通》 6. 《工程圖學(xué)》