課程設(shè)計--四工位加工系統(tǒng)的刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)和工作臺轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)設(shè)計

1、<p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　四工位加工系統(tǒng)的刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)和工作臺轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　四工位加工系統(tǒng)由安裝工件的回轉(zhuǎn)工作臺和裝有刀具的主軸箱及回轉(zhuǎn)部分組成。工作臺有四個工位，能繞自身回轉(zhuǎn)軸線作間歇轉(zhuǎn)動。主軸箱上有三把刀具。刀具

2、的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由主軸箱系統(tǒng)提供，主軸箱能實現(xiàn)靜止、快進(jìn)、進(jìn)給、快退的工藝運(yùn)動。主軸箱完成一次靜止、快進(jìn)、進(jìn)給、快退的循環(huán)運(yùn)動，在四個工位上分別完成相應(yīng)的裝卸、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔工作，在刀具退出工件期間，工作臺完成一次回轉(zhuǎn)90度的轉(zhuǎn)動。依次循環(huán)四次，一個工件就完成了裝、鉆、擴(kuò)、鉸等工序。 原始數(shù)據(jù)和設(shè)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析</b></p><p>　　要求工作臺可以間歇轉(zhuǎn)動。可以采用槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)、蝸桿凸輪間歇機(jī)構(gòu)、圓柱凸輪間歇機(jī)構(gòu)等。要求主軸箱的靜止、快進(jìn)、進(jìn)給、快退運(yùn)動采用移動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、移動推桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)、擺動盤型凸輪與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、帶滑塊的六桿機(jī)構(gòu)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(jī)床的工作過程和規(guī)律可得期運(yùn)動規(guī)律圖如下：</p><p><b>　　機(jī)械總體機(jī)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　原動機(jī)選擇Y801-2異步電動機(jī)。電機(jī)額定功率P=0.75W，滿載轉(zhuǎn)速n=2825r/min。</p><p><b&g

6、t;　　傳動機(jī)構(gòu)：</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(zhuǎn)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(jī)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(yùn)動在工作過程中藥保持相當(dāng)精度的協(xié)調(diào)。因

7、此，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程中分為，進(jìn)刀機(jī)構(gòu)設(shè)計、卡盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)設(shè)計。而進(jìn)刀機(jī)構(gòu)設(shè)計歸根結(jié)底主要是盤型凸輪廓線的設(shè)計。卡盤的設(shè)計主要是間歇機(jī)構(gòu)的選擇。</p><p>　　主要零部件的設(shè)計計算</p><p><b>　　減速機(jī)構(gòu)設(shè)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(jī)構(gòu)的中心距a=135mm,模數(shù)m=5mm,采用標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jìn)刀機(jī)構(gòu)設(shè)計：</p><p><b>　　運(yùn)動規(guī)律:</b></p><p>　　刀具運(yùn)動規(guī)律：刀具快速進(jìn)給60mm，勻速進(jìn)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(jìn)給的速度為2mm/s，由此可得勻

12、速進(jìn)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(zhuǎn)一圈的時間為48s。</p><p><b>　　凸輪廓線設(shè)計：</b></p><p>　　進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的運(yùn)動由凸輪的廓線來實現(xiàn)，進(jìn)刀的方向為安裝凸輪的軸的軸線方向，根據(jù)運(yùn)動的特性，凸輪選擇盤型凸輪，按照運(yùn)動規(guī)律設(shè)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(zhuǎn)動運(yùn)動方案1：不完全齒輪機(jī)構(gòu)</p><p>　　運(yùn)用不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由齒輪機(jī)構(gòu)演變而得的一種間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。即在主動輪上做出一部分齒，并根據(jù)運(yùn)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(dāng)主動輪作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，從動輪作間歇運(yùn)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(zhuǎn)動1圈是，從動輪只轉(zhuǎn)動1/4圈。不完全齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，設(shè)計時從動輪的運(yùn)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(jī)構(gòu)在傳動過程中，從動輪開始運(yùn)動和終止運(yùn)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(jī)構(gòu)中，為了保證主動輪的首齒能順利的進(jìn)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(dāng)?shù)南鳒p。同時，為了保證從動輪停歇在預(yù)訂位置，主動輪的末齒高也要適當(dāng)?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(jī)構(gòu)中，工作臺轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動時間由12秒減為6秒。</p><p>　　工作臺轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)方案二：使用槽輪機(jī)構(gòu)</p><p>　　槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小

19、，機(jī)械效率高，并能平穩(wěn)的間歇的進(jìn)行轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)有外槽輪機(jī)構(gòu)也有內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)。它們均用于平行軸間的間歇運(yùn)動，但前者槽輪與與撥盤轉(zhuǎn)向相反，而后者則轉(zhuǎn)向相同。外槽輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。當(dāng)槽輪機(jī)構(gòu)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(dāng)圓銷開始進(jìn)入和退出進(jìn)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的動力性能比外槽輪機(jī)構(gòu)好的多。</p><p>　　工作臺間歇運(yùn)動方案三：凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。</p><p>　　凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)由主動凸輪1和從動輪盤2組成，主動凸輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動輪作間歇分度運(yùn)動只要適當(dāng)設(shè)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(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)要求。同

21、時，它本身具有高的定位精度，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊是當(dāng)前被公認(rèn)的一種較理想的高速高精度的分度機(jī)構(gòu)。其缺點是加工精度要求高，對裝配、調(diào)整要求嚴(yán)格。其常用的有三種：圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)、蝸桿式凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)、共軛式凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的特點是其在輕載的情況下間歇運(yùn)動的頻率很高，可達(dá)到每分鐘1500次左右。蝸桿式凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)位機(jī)械應(yīng)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(dá)30微度。共軛式凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)、機(jī)床的換刀機(jī)構(gòu)、機(jī)械手的工作機(jī)構(gòu)等中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　4、圓柱凸輪定位銷機(jī)構(gòu)設(shè)計：</p><p>　　由機(jī)構(gòu)運(yùn)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(zhuǎn)時）定位

23、銷必須拔出。</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動部件的機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　方案設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)該機(jī)床包含兩個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即主軸箱移動機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。主軸箱移動機(jī)構(gòu)的主動件是圓柱凸輪。從動件是刀架，行程中有勻速運(yùn)

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(jī)構(gòu)恰當(dāng)?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。實現(xiàn)上述要求的機(jī)構(gòu)的組合方案可以有許多種。</p><p><b>　　減速機(jī)構(gòu)的方案：</b></p><p>　　、渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu) </p><p>　　、外嚙合行星輪系減速機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　

25、、定軸輪系減速機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　刀架規(guī)律性運(yùn)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(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案：</p><p><b>　　、單銷槽輪機(jī)構(gòu)</b></p&g

26、t;<p>　　、凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　、不完全齒輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　定位銷方案：圓柱凸輪機(jī)構(gòu)</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(jié)構(gòu)比較緊湊。</p><p>　　、機(jī)構(gòu)返程具有自鎖性。</p><p><b>　　缺點是：</b></p><p>　　、該機(jī)構(gòu)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(yán)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(jī)構(gòu)中的運(yùn)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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間相比渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間很大（當(dāng)要實現(xiàn)大傳動比時）。</p><p><b>　　刀架規(guī)律性移動

31、機(jī)構(gòu)</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(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成。該機(jī)構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以死推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)傳動特點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，可實現(xiàn)從動件任意預(yù)期運(yùn)動，最適用于要求從動件作間歇運(yùn)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(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　槽輪機(jī)構(gòu)構(gòu)件簡單，外形尺寸小，其機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)的，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)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(jī)床中要求工作臺的轉(zhuǎn)動有較大的速度，所以不太合適。</p><p><b>　　不完全齒輪機(jī)構(gòu)：</b></p><p>　　該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝容易實現(xiàn)，由于其中含有標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)能夠滿足使用要求。</p><p>　　凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。</p><p>　　該機(jī)構(gòu)無剛性沖擊和柔性沖擊，能適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)要求。同時，它本身具有高的定位精度，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊是當(dāng)前被公認(rèn)的一種較理想的高速高精度的分度機(jī)構(gòu)。其缺點是加工精度要求高，對裝配、調(diào)整要求嚴(yán)格。</p><p>　　圓柱凸輪定位銷機(jī)構(gòu) 該方案采用凸輪機(jī)

35、構(gòu)，是因為該機(jī) 構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律， 而且機(jī)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(shè)計方案和機(jī)構(gòu)簡介</p><p>　　機(jī)械原理課程設(shè)計說明書 一、 方案選擇： 經(jīng)過方案分析與比較，該機(jī)構(gòu)最終選擇如下方案組合： </p><p>　　電機(jī)選擇 Y8

36、01-2 型異步電動機(jī)。 該電動機(jī)額定功率 P=0.75KW,滿載轉(zhuǎn) 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(jī)構(gòu)中的運(yùn)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(jìn)刀方案選擇盤型凸輪進(jìn)刀。原因是其結(jié)構(gòu)簡

37、單、緊湊、設(shè)計方便，可實現(xiàn)從動件任意預(yù)期運(yùn)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(zhuǎn)動選擇不完全齒輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，較之其他機(jī)構(gòu)加工 安裝容易實現(xiàn)，由于其中含標(biāo)準(zhǔn)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(jī)構(gòu)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(jī)床精

38、度。 5、定位主要采用圓柱凸輪定位銷機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成， 采用凸輪機(jī)構(gòu)，是因為該機(jī)構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以 使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊，更便于設(shè)計。</p><p>　　根據(jù)上述選擇的方案可得如下圖所示的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 </p><p>　　電機(jī)；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(jī)1輸出2828~3000r/min的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動由凸輪廓線的特性帶動滾子從動件和主軸箱完成快進(jìn)、 勻速、 快退的運(yùn)動過程。同時鏈輪4和不完全齒輪使工作臺48秒轉(zhuǎn)動90°再通過圓柱凸輪9