工位专用机床机械原理课程设计.docx

目录

一． 功能分解和运动分析……………………………………………………2
二． 执行机构选型……………………………………………………………4
三． 传动机构选型……………………………………………………………5
四． 机械整体运动方案的选择………………………………………………7
五． 机械运动方案简图………………………………………………………10
六． 机械运动方案的计算……………………………………………………11
七． 仿真运动及图表分析……………………………………………………15
八． 课程设计小结……………………………………………………………17
九． 参考文献…………………………………………………………………18

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位置为铰孔位置，1位置为装卸工件，2位置为钻孔位置，3位置为扩孔位置。 如表1所示根据工艺动作推出其工作循环为：

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
同时得到四工位专用机床的树状功能图（如下图）

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
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。
时间（s）
0-2
2-22
22-32
32-48
主轴箱运动情况
快速前进60mm
匀速前进60mm
快速退刀120mm
间歇机构运动情况
静止
顺时针转过
90°（用时3s）
静止
表2 四工位专用机床执行机构的运动循环图
说明：
上图表明了工作台和主轴箱配合运动，主轴箱快速进刀60mm用时2s，匀速进刀60mm用时30s，快速回程120mm用时16s。当主轴箱快速退刀时工作台转动由0°～90°这样保证不会刀具与工件相撞，每转动90°主轴箱往返一次，转动用时12s剩下36s静止。
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3所示的执行机构：

匹配机构
1
2
3
回转台间歇转动运动
不完全齿轮机构
槽轮机构
棘轮机构
主轴箱刀具移动运动
凹槽圆柱凸轮
移动推杆盘形凸轮
凸轮连杆机构
表3 执行机构表
对于工作台间歇机构的选择，为了保持传动的平稳和精度，可以选择槽轮机构或不完全齿轮机构；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凹槽圆柱凸轮机构或移动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。
三、传动机构选型
由机构的运动情况分析得，机构的运动要求机构平稳运行，结合市场上提供的电动机转速及经济性，本设计用1200r/min的电动机。
整个传动机的传动比为k=960,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：
方案一：
带传动加复合轮系减速器。

方案二：
采用外啮合行星齿轮减速器。

带传动加复合轮系传动系统的优势，更加平稳，噪声小，效率较高；相对于外啮合行星齿轮传动，带传动效率高，更换简单，降速较快，不易损坏，而且成本低。
四、机械整体运动方案的选择
1.方案的设计

匹配机构
1
2
3
回转台间歇运动机构
不完全齿轮机构
槽轮机构
棘轮机构
主轴箱刀具移动机构
移动推杆圆柱凸轮
移动推杆盘形凸轮
凸轮连杆机构
传动机构
带传动加复合轮系减速器
外啮合行星齿轮减速器

从以上方案中进行综合评价，综合评价指标为：
1）是否满足预定的运动要求。
2）运动链机构的顺序安排是否合理；
3）运动精确。
4）制造难易；
5）成本高低。
6）是否满足环境，动力源，生产条件等的限制条件；
根据以上的标准，大致可以选出三种运动方案，依次为：
方案一：
槽轮机构和移动推杆圆柱凸轮，如下图：
槽轮机构
方案二：
不完全齿轮机构和移动推杆盘形圆柱凸轮，如下图

方案三：
不完全齿轮机构和摆动推杆盘形凸轮与摆杆滑块机构，如下图

2.方案的比较
综合评价优缺点：
缺点：
方案一：圆柱凸轮制造成本高；行程大时，运动灵活性较差； 力的作用点相对导轨产生有害力矩。
方案二：凸轮直接驱动升程大；凸轮机构外露，影响外观。制造困难。
方案三： 放大行程，力减小，长摆杆刚度差；摆杆端部水平分速度不是匀速；摆动变移动，不易设计计算。
优点：
方案一：可以精准传动，槽轮运转稳定且精确。圆柱凸轮运行平稳、精确，可以精确的控制机床主轴箱的往复运动，噪声小，结构紧凑。
方案二：容易更换，易改装及变换尺寸，传动简单功率高。
方案三；结构简单，成型后重量轻，凸轮曲线的精确性好。
综合以上所述：选定方案一因为工位位置必须精确，这直接影响工件的质量，而方案一可以达到这一要求。
根据以上综合评价指标，最后选择出以下较好的方案：槽轮机构+凹槽圆柱凸轮机构。
五、机械运动方案简图（此图由AutoCAD制图）

此方案中，电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮传动加复合轮系二级减速将速度降到1.25r/min。一路通过凹槽圆柱凸轮将动能传递给主轴箱，完成刀具的进、退刀的动作；另一路再通过一个带轮将动能传递给一个不完全齿轮啮合组，通过加速传递给槽轮机构，完成工作台的间歇运动。两路传动机构相互配合，相互合作，共同和完成额定加工功能和加工任务。
六、机械运动方案的计算
1.对于电机的选择
主要的参考指标有以下几点：
（1）原动机的启动、过载、运转平稳性、调速和控制等方面是否满足要求；
（2）工作环境的影响；
（3）工作是否可靠，操作是否简易，维修是否方便；
（4）额定功率是否满足负载需要；
（5）工作是否可靠，操作是否简易，维修是否方便
由机构的运动情况分析得，机构的运动要求机构平稳运行，结合市场上提供的电动机转速及经济性，本设计用1200r/min的电动机。
2. 减速器的传动计算
由于选定电动机的转速是1200r/min，而槽轮和圆柱凸轮机构的转速n=60s/48s=1.25r/min。所以整个机构传动比k=1200/1.25=960，故对减速器的功能要求是传动比为960，为实现这一传动比选用了带轮传动和复合轮系共同作用的减速装置。
基于平稳性的考虑，本减速装置采用二级逐级递减的减速系统。第一级减速系统采用带传动带轮1（d=30mm）和带轮2（d=150mm），传动比为5；第二级开始采用复合轮系减速，复合轮系共由四级齿轮组组成，即齿轮1（d=40mm，z=20）和2(d=80mm，z=40)、齿轮3(d=30mm，z=15)和4(d=180mm，z=90)、齿轮5(d=40mm,z=20)和6(d=160mm，z=80)、齿轮7(d=40mm，z=20)和8(d=160mm，z=80)，各齿轮组的传动比分别为2、6、4、4，即从第一级开始，总传动比为960，转速由电动机的1200r/min变到输出的1.25r/min。
带轮传动比为i1=150mm/30mm=5，齿轮传动比i2=80*80*90*40/（20*20*15*20）=192
所以，总传动比为
上述计算表明，所选齿轮的齿数是符合传动比要求的，并且传动机构的外形小巧、结构紧凑，有着非常精确的传递性能和较高的实用性能及较为简单的工艺加工性能，符合机械传动的方案设计要求。
3. 槽轮的尺寸计算
结合本课题的设计的要求，对槽轮各部分尺寸进行计算
1. 槽轮槽数z 按工位要求选择z=4
2. 中心距L 选定L=100mm
3. 圆销半径r 按结构选定为r=10mm
4. 槽轮每次转位时主动件的转角 2α=90°
5. 槽间角 2β=90°
6. 主动件到圆销中心半径 R1=173mm
7. 槽轮外圆半径 R2=174mm
8. 槽轮槽深 h=67mm
9. 运动系数 k=1/4
4.部分齿轮尺寸计算
1. 根据槽轮运转情况选定模数m m=2
2. 部分齿轮11的半径R11=40mm z=20
3.部分齿轮12的半径R12=160 z=20
5. 直动圆柱凸轮的尺寸计算
如图即为凹槽凸轮的简图，由于次凸轮的轮廓曲线为一空间曲线，不能直接在平面上表示，但圆柱面展开为平面后，次凸轮就成为一平面移动凸轮。此时可以用设计盘形凸轮轮廓曲线的方法做出圆柱凸轮的轮廓曲线展开图。

圆柱凸轮的简图
将圆柱外表面展开，得一长度为2R的平面移动凸轮机构，其移动速度为V ，以反向移动平面凸轮，相对运动不变，滚子反向移动后其中心点的轨迹即为理论轮廓线，其内外包络线为实际轮廓线。V-
用AutoCAD拟合出位移线图如下图所示，

凸轮的位移线
拟定圆柱凸轮的最大半径为Rm=50mm，长度L=120mm，则用AutoCAD作出其尺寸轮廓图，如图所示：

圆柱凸轮的轮廓图
七、仿真运动及图表分析
位移图表
（该图由solidworks的motion分析得出）
速度图表
（该图由solidworks的motion分析得出）
加速度图表
（该图由solidworks的motion分析得出）
八、课程设计小结
为期10天的课程设计到这也就算结束了，在这10天中，我感觉收获颇深，从刚开始接到任务书的迷茫、不知所措，到后来到图书馆、网上、问学长逐渐了解，再到现在的略懂一二，真正的体会到了课程设计的乐趣。
通过此次课程设计，我也更加喜欢机械原理这门课，也通过课程设计，更好的应用了理论课上所学的知识，在大脑中形成了更深的印象，我想这对以后的工作都有一定的好处；此次课程设计也培养了我独立思考，看图，画图，熟练应用AutoCAD，UG等常用的画图软件，为以后工作学习都打下了坚实的基础；另外，通过课程设计，我也略微了解了一个机构从构想，到设计，到修改，最后到试验出成品的过程，对以后工作学习都有一定的帮助；在这10天短短的课程设计中，同学们一起查资料，一起研究方案，选择机构运动方案，更加加深了同学们之间的情谊，也让我们懂得了团结合作的重要性，也让我们学会了团队协调、分工的技能，而且也培养了我严谨，认真思考的良好习惯。
最后，首先感谢老师们对此次课程设计的大力支持和悉心指导，还有要感谢和我一起战斗过的同学们的积极配合和协作。这10天时间，虽然辛苦但有的是欢乐；虽然乏味，但也有成就感。相信这次课程设计会成为我大学时段一次美好的回忆！
九、参考文献
1.《机械原理》孙恒等主编
2.《机械原理课程设计》王淑仁主编
3.working model教程（电子版）
4. 《工程制图AutoCAD实训教程》
5. 《solidworks2012从入门到精通》
6. 《工程图学》