课程设计---四工位机床.doc

机械原理课程设计 (2008-01-13 08:48:07)
标签：设计 杂谈 

 设计题目：   四工位专用机床的设计

 系：   工程机械系

专业：   机械设计制造及其自动化

班级：   xxxxxx

 设计者：   xxxx

 学号 ：   xxxxxx

 指导教师：   XXX

日期：   xxxxxx

目录

一：设计题目

二：原始数据和设计要求

三：执行机构的选择及要求

四：确定机构设计的有关参数

五：凸轮和槽轮机构的运动分析及其比较

六：整机的运动循环图

七：原动机的选择

机械原理课程设计说明书
一：设计题目
设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构。工作台有1、2、3、4四个工作位置，工位1是装卸工位，2是钻孔，3是扩孔，4是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位2的位置装钻头、3的位置装扩孔钻、4的位置装铰刀。刀具由专用电动机带动绕其自身的轴线转动。主轴箱每向左移送一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台转动90度，然后主轴箱再次左移。这是，对其中每一个工件来说，都进入了下一个工位的加工。依次循环四次，一个工件就完成了安装、钻孔、扩孔、铰孔、卸下等工序。

二：原始数据和设计要求
1、              刀具顶部离开工件表面65mm，快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60mm（前5mm为接近工件时的切入量，工件空深45mm，后10mm为刀具切除量），然后快速返回。回程和工作行程的平均速比（行程速比系数）k=2。
2、              刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间为10s.
3、              生产率为每小时48件
4、              机构系统应装入机体内，机床尺寸见下图。
5、              传动系统电动机为交流异步电动机，功率1.5kw，转速960r/min。

  三:执行机构的选择与比较
1、回转台的运动是间歇运动，机构的选择方案有：棘轮机构、不完全齿轮机构、槽轮机构。
     （1）对于棘轮机构，要想实现回转台的间歇运动，须有一对齿轮传到曲柄，再经过连杆带动摇杆做往复运动；摇杆上装有棘轮爪，从而带动棘轮做单向间歇运动。不过运动精确性差，不宜用于运动精度要求高的场合。
      （2）不完全齿轮机构其从动轮每转一周的时间、运动时间及其每次转动的角度变化范围都较大，设计较灵活。但其加工工艺较复杂，而从动轮在运动的开始及终止时冲击较大，故用于低速、轻载的场合。
      （3）槽轮机构结构简单，工作可靠，在进入和脱离啮合时运动较平稳，能准确控制转动的角度。

  2、主轴箱的运动是平行来回移动，能实现此运动的机构有曲柄滑块机构和凸轮机构。
   （1）曲柄滑块机构简单，设计复杂，只能近似的实现给定的运动规律。
（2）当从动件的位移、速度和加速度必须严格地按照预定变化，尤其当原动件做连续运动而从动间必须做间歇运动是，则采用凸轮机构较简单。其优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意预定运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。
    因此采用凸轮较合适。
3、电动机与凸轮机构转动周期差别很大，需要较大的传动比。可以使用定轴轮系、行星轮系和复合轮系来实现。由于行星轮系可以用少数齿轮便可以得到很大的传动比，故选行星轮系。
四：确定机构设计的有关参数
由于该生产率为48小时，则单个工件的生产时间为3600/48=75s,即凸轮运动周期为75s。则其转速为n4=0.8r/min。
电机有带带轮，假设带轮传动比为1：2，则n1=480r/min。
有上述条件可假设
Z2=99,z3=101,z3’=100,z4=99,z4’=10
由于
    Ih4=1/i4h=-100                      (1)
 I4’5=i/ih4=-5.58                   (2)
Z5=i4’5*z4’=56                    (3)
设z5’=50,z6=50
对于大传动比的齿轮，模数不能太小，也为了轮系的紧凑，我们可将齿轮的标准模数设为1.5.
因此，与（1）（2）（3）可将齿轮参数取为
m=1.5   z2=99      z3=101  n3’=100   z4=99
 z4’=10    z5==56  z5’=50    z6=50  

槽轮尺寸如下：
a= 240mm R=170mm H=170mm h=60mm Rx=134mm r=15mm e=30mm z=4

对于凸轮机构，其周期T=75s，其整个循环过程做如下分析：

快速进刀阶段：此阶段共有2s时间，其行程为60mm。此时槽轮静止。

匀速进入阶段：此阶段为工件加工阶段，刀头进入路程为60mm,进刀速度为2mm/s
共用30s，此阶段槽轮静止。

静止，共有10s的时间进行装卸。

这就是槽轮和凸轮的一个整循环过程。

五：凸轮和槽轮机构的运动分析及其比较
    由于生产效率确定了生产每个工件的时间为75s，即凸轮机构和凸轮机构的主动圆销的运动周期，则转速为n=0.8r/min。
   首先我们先通过齿轮运动传其达到预定周期。我们先采用n1=480r/min，使n4=4.8r/min。齿轮5达到预定转速   ,再采用n5/n6=2，使槽轮的圆柱销达到预定转速。
   我们根据以上所采取的传动比，设定好各齿轮的齿数，并为保证齿轮有足够的强度取m=1.5。
   现在我们来分析怎么来安排凸轮机构和槽轮机构的协调问题。通过运动行程系数k=2，我们可以计算主轴箱的平均进刀速度和平均退刀速度分别用时为50s 和25s，其中在推程的前60mm的过程中用时20s，槽轮必须在这段时间内转过去。由于槽轮转动时间占去了18.75s。则在这20s时间内槽轮1.25s的时间静止，在这段时间内不能完成装卸。那么就要在回程25s内的前15s实现快速退刀。
回程快速退刀是这样安排的，它所占用的时间不超过15s，快速退刀时间越长，则凸轮所受的冲击越小，凸轮寿命就越长。装卸时间不宜太少，我们安排10s来装卸，20s来快速退刀，如果将快速退刀安排在装卸之前，则刀离的太近，不太安全。因此我们将快速退刀安排在最后。
六：整机的运动循环图
 为了将执行机构的动作尽量简单，现将整个工艺动作分解为：
 1、电动机经过带轮传动将运动传给带轮，带轮经过行星轮系和定轴轮系传给凸轮和槽轮主动圆销，凸轮和槽轮机构的圆销做周期的匀速运动。
 2、回转工作台的间歇转动。在每个周期内槽轮将被拨动90度，其运动时间和静止时间的比为1：3。在槽轮运动的时间里，主轴箱主要进行了快速退刀。在静止时间里，主轴箱开始时静止5s，在这段时间里主要进行装卸工作。在其后的20s内进行快速退刀，这就是回转工作台和主轴箱的协调运动过程。
 3、主轴箱的移动：主轴箱的相对移动除了2中的情况外，在主轴箱的右端还有一个电动机，此电动机在整个过程带动钻刀、扩刀、和铰刀的转动。
七：原动机的选择
 我们选择型号为YL100L—6电动机，它的同步转速为1000r/min（6级）50HZ，功率为1.5KW，转速为960r/min。
 我们采V型带轮传动。其直径为40mm，传动比为1：2，中心距为130mm，且为开口传动。

快速退刀及静止阶段：当快速退刀开始时，槽轮机构的主动圆销开始拨动槽轮，到槽轮再次静止时共用17.2s，这时将凸轮设计在空程阶段。在此阶段槽轮和凸轮均

设计步骤 
执行机构的选型 
根据专用机床的功能要求，回转工作台做单向间歇运动，主轴箱做往复直线运动。实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、不完全齿轮机构等，实现主轴箱往复直线运动的机构有连杆机构和凸轮机构等。上述机构的结构、工作原理及特点见参考材料1、2 。机构选型应遵循以下原则。

表1 选用执行机构的原则与方法

机械运动方案的评价 
　　对上述两执行机构，做其形态学矩阵，可得到为数众多的方案。

工作台
 棘轮
 槽轮
 凸轮
 不完全齿轮

主轴箱
 连杆
 凸轮
 凸轮—连杆

机械运动方案的拟定，最终要求通过分析比较提供最佳方案。一个方案的优劣只有通过系统综合评价来确定。从机构和机械运动方案的选择和评价要求看，主要应满足五个方面的性能指标，具体见表2。

表2 机械运动方案的评价指标

性能指标
 具体内容

机构的功能
 1）运动规律的型式；2）传动精度高低

机构的工作性能
 1）应用范围；2）可调性；3）运转速度；4）承载能力

机构的动力性能
 1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性

经济性
 1）制造难易；2）制造误差敏感度；3）调整方便性；4）能耗大小

结构紧凑
 1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性

目前常用的评价方法很多，如系统工程评价法、模糊综合评价法等。本次课程设计中机械运动方案的评价采用定性评价法，由指导教师组织学生集体完成。

机械传动系统的速比和变速机构 
机械系统通常由原动机、传动装置、执行机构和控制操作部件组成。原动机是机械系统中的驱动部分，其类型及规格已选定，执行机构的机构型式通过上述设计过程也已确定，此时应进行传动系统的设计计算。传动系统是把原动机和执行机构联系起来的装置，四工位专用机床中，传动系统将驱动电机的运动并列传递到两执行机构。传动类型的选择及传动装置总传动比的分配见参考材料3。

绘制机械运动方案草图 
根据已选定的执行机构型式及传动系统的类型，绘制专用机床机械运动示意图（草图），然后进行机械运动系统的尺度计算，有关参数计算完毕后，选取适当的比例绘制机械运动方案简图（A1）。

机械传动系统和执行机构的尺度计算 
根据机械运动方案示意图，对机械传动系统和执行机构进行尺度计算，具体计算方法见参考材料3及机械原理课本。计算过程中有无法确定的参数由指导教师给定。

机构运动分析 
用图解法对工作台回转机构或主轴箱往复直线运动机构进行运动分析，绘制从动件位移、速度、加速度曲线图（A3）。该项任务可由方案相同的几位同学合作完成，位置点的分配由组长完成。

编写设计说明书 
课程设计说明书是技术说明书的一种，是对课程设计的总结。主要内容包括：课程设计题目简介（四工位专用机床的功能及设计要求）、执行机构的选型及评价、机械传动系统的设计计算、机械运动方案简图的绘制、机械运动系统尺度计算、机构运动分析。

设计说明书用16K纸张书写，之后按以下顺序纵向装订成册：封面（由指导教师提供统一格式）、课程设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。

注意事项 
每位同学接到课程设计题目后最好准备一个专用笔记本，把在课程设计过程中查阅、摘录的资料，初步的计算以及构思的草图都记录在案，这些材料是整理设计说明书的基本素材。 
课程设计中所需知识可能超出《机械原理》课程课堂讲述的基本内容，同学应通过自学补充有关知识。 
推荐参考资料：《机械原理课程设计手册》邹慧君主编 高等教育出版社。 
建议设计进度 
设计任务
 所需时间（天）

准备及熟悉题目
 1

执行机构选型及评价
 1.5

方案评价
 0.5

传动系统设计计算
 2

机械系统尺度计算
 1.5

机械运动方案图绘制
 0.5

机构运动分析
 1

编写设计说明书
 1.5

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12 四工位专用机床的运动方案设计
12.1 机器的功能和设计要求
四工位专用机床是在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。如图12.1所示，

图12.1四工位专用机床工作示意图
它的执行机构有两个：一是装有四工位工件的回转工作台，二是装有由专用电机带动的三把专用刀具的主轴箱。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转 ，然后主轴箱再次左移。很明显，对某一个工件来说要在四次循环后完成装、钻、扩、铰、卸等工序。但对专户门机床来说，一个循环就有一个工件完成上述全部工序。
此四工位专用机床的设计要求和参数有：
（1）刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件空深、10mm刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的平均速比k=2；
（2）刀具匀速进位速度为2mm/s；工件装卸时间不超过10s；
（3）生产率为每小时约75件；
（4）执行机构能装入机体内。
12.2 工艺动作分解和机械运动循环圈
本四工位专用机床主要有两个执行构件——回转工作台和主轴箱。回转工作台作间歇转动，主轴箱作来回移动。
有生产率可求出一个运动循环所需时间

刀具匀速送进60mm所需时间 ，刀具其余移动内（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需18s。回转工作台截止时间为36s，因此足够工件的装、卸所需时间。其机械运动循环情况如表12.2所示。
表12.2 机械运动循环情况
执行构件 运动情况
刀具
(主轴箱) 工作行程 返回行程
刀具在工件外 刀具在工件内 刀具在工件外
回转工作台 转位 静止 转位
12.3 机构选型和机械运动方案的评定
四工位专用机床的主轮箱往复移动机构和回传工作台间歇运动机构可由表12.3所列来选择。
表12.3 四工位专用机床机构的选择情况
刀具
（主轴箱） 圆柱凸轮机构 移动从动件盘
形凸轮机构 凸轮一连杆机构 平面连杆机构
工件回转工作台
间歇运动机构 槽 轮 机 构 不完全齿轮机构 凸轮式间歇运动机构
根据表12.3所列的机构形态矩阵，可以组合成的四工位专用机床的机械运动方案有12种。我们可以按给定条件、各机构的相容性、结构尽量简单等，可以选择方案。也可以通过评价方法来进行评价选优。
12.4 机械传动系统速比和变速机构
如果选用主驱动电机为Y90L－6，其功率为1.1KW、转速为910r／min。由生产率要求，主轴箱移动机构和回转工作台间歇运动机构的主动件转速为1.25r／min。因此机械传动系统的总传动比 为： ，其传动系统采用三级：第一级皮带传动、第二级用行星轮系、第三级用直齿圆柱齿轮传动。
12.5 画出机械运动方案简图
如果主轴箱移动机构采用圆柱凸轮机构，回转工作台间歇运动机构采用槽轮机构，其机构运动方案简图如图12.4所示。

图12.4 槽轮机构示意图
12.6 对机械传动系统和各机构的尺度计算
对皮带传动、行星齿轮传动、直齿圆柱齿轮传动、圆柱凸轮机构、槽轮机构分别进行几何尺寸计算。

作者： 222.174.179.* 2007-11-16 16:10 　 回复此发言

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13 回复：四工位专用机床 谁有设计书呀？帮帮忙吧7993lei@谢谢
12 四工位专用机床的运动方案设计
12.1 机器的功能和设计要求
四工位专用机床是在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。如图12.1所示，

图12.1四工位专用机床工作示意图
它的执行机构有两个：一是装有四工位工件的回转工作台，二是装有由专用电机带动的三把专用刀具的主轴箱。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转 ，然后主轴箱再次左移。很明显，对某一个工件来说要在四次循环后完成装、钻、扩、铰、卸等工序。但对专户门机床来说，一个循环就有一个工件完成上述全部工序。
此四工位专用机床的设计要求和参数有：
（1）刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件空深、10mm刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的平均速比k=2；
（2）刀具匀速进位速度为2mm/s；工件装卸时间不超过10s；
（3）生产率为每小时约75件；
（4）执行机构能装入机体内。
12.2 工艺动作分解和机械运动循环圈
本四工位专用机床主要有两个执行构件——回转工作台和主轴箱。回转工作台作间歇转动，主轴箱作来回移动。
有生产率可求出一个运动循环所需时间

刀具匀速送进60mm所需时间 ，刀具其余移动内（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需18s。回转工作台截止时间为36s，因此足够工件的装、卸所需时间。其机械运动循环情况如表12.2所示。
表12.2 机械运动循环情况
执行构件 运动情况
刀具
(主轴箱) 工作行程 返回行程
刀具在工件外 刀具在工件内 刀具在工件外
回转工作台 转位 静止 转位
12.3 机构选型和机械运动方案的评定
四工位专用机床的主轮箱往复移动机构和回传工作台间歇运动机构可由表12.3所列来选择。
表12.3 四工位专用机床机构的选择情况
刀具
（主轴箱） 圆柱凸轮机构 移动从动件盘
形凸轮机构 凸轮一连杆机构 平面连杆机构
工件回转工作台
间歇运动机构 槽 轮 机 构 不完全齿轮机构 凸轮式间歇运动机构
根据表12.3所列的机构形态矩阵，可以组合成的四工位专用机床的机械运动方案有12种。我们可以按给定条件、各机构的相容性、结构尽量简单等，可以选择方案。也可以通过评价方法来进行评价选优。
12.4 机械传动系统速比和变速机构
如果选用主驱动电机为Y90L－6，其功率为1.1KW、转速为910r／min。由生产率要求，主轴箱移动机构和回转工作台间歇运动机构的主动件转速为1.25r／min。因此机械传动系统的总传动比 为： ，其传动系统采用三级：第一级皮带传动、第二级用行星轮系、第三级用直齿圆柱齿轮传动。
12.5 画出机械运动方案简图
如果主轴箱移动机构采用圆柱凸轮机构，回转工作台间歇运动机构采用槽轮机构，其机构运动方案简图如图12.4所示。

图12.4 槽轮机构示意图
12.6 对机械传动系统和各机构的尺度计算
对皮带传动、行星齿轮传动、直齿圆柱齿轮传动、圆柱凸轮机构、槽轮机构分别进行几何尺寸计算。