工位专用机床的设计 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院（系、部）第二零一零---二零一一学年第二学期课程名称机械原理课程设计指导教师职称教授学生姓名专业班级学号题目四工位专用机床的设计成绩起止日期2011年7月1日～2011年7月5日目录清单机械原理课程设计设计说明书四工位专用机床的设计起止日期：2011年7月1日至2011年7月5日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2011年7月1日目录0.课程设计任务书 (2)1.设计题目 (3)2.工作原理和工艺动作分解 (4)3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 (5)4.四工位专用机床的功能分析与设计过程 (5)5.间歇转动机构与刀具移动机构等主要机构选型 (7)6.机构运动方案的评价和选择 (11)7.机械传动系统的速比和变速机构 (13)8.执行机构的尺度综合 (14)9.画机构运动简图 (15)10.参考资料 (16)11.设计总结及感悟 (16)湖南工业大学课程设计任务书2010—2011学年第2学期机械工程学院（系、部）机械大类专业班级课程名称：机械原理课程设计设计题目：四工位专用机床的设计完成期限：自2011年7月1日至2011年7月5日共1周指导教师：2011年7月1日系（教研室）主任：2011年7月1日1.设计题目：四工位专用机床的设计设计原理：四工位专用机床是在四个工位上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。
机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。
两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。
设计要求：1）刀具顶端离开工作表面65mm,快速移动送进60mm，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如图1-1），然后快速返回。
行程速比系数K=；2）刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间不超过10s；3）机床生产率60件/h；4）执行机构及传动机构能装入机体内；5）传动系统电机为交流异步电动机，功率，转速960r/min。
图1-1孔加工示意图2. 工作原理和工艺动作分解工作原理根据四工位专用机床的工艺过程，机构应有一个电动机和二个执行构件（刀架进给、卡盘旋转）。
必须严格控制时间顺序，保持协调。
1.装有工件的回转工作台的间歇转动，该机构有四个工作位置，在每次转动90度时实现装卸，钻孔，扩孔和绞孔。
故此在主机构每次行程中工作台只需转动90度，其余保持静止不动，其工作行程图如下：工艺动作分解2.装有三把专用工具刀得主轴箱的往复运动（刀具由专用电动机驱动），该构件整个往复运动的时间t=60s。
需快速移动送进60mm；在以2mm/s的速度送进60mm，最后快速返回120mm。
其运动简图如下：3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。
根据专用机床的工作过程和规律拟定的运动循环图如下图3-1所示：图4-1机床的功能分析图由机床的功能分析图可知，其运动有：装载旋转钻孔、扩孔、铰空卸载，如图4-2所示：图4-2机床的运动示意图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接触工件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。
机床的设计过程：实现四工位专用机床的机构应有下面几种基本功能：①在专用机床的装、卸、钻、扩、铰各个过程中，定位机构要处于停歇状态，故该机构要有五次间歇转动功能。
②要满足定位功能与各个运动功能联动组合③需要主轴箱机构有往复运动④需要回转台有间歇转动⑤我们由生产率求出运动循环时间T=60s,刀具匀速送进60mm需要时间t=30s,刀具其余移动时间30s。
回转工作台静止时间40s,因此足够工件装卸所需时间。
5.回转台间歇转动机构与主轴箱刀具移动机构等主要机构选型回转台间歇转动机构选型回转工作台的运动规律：四个工作位置，每个工作位置之间相差90°，在工过程中，旋转90°，停止定位，进刀加工，快速退刀后，旋转90°，进行下一个循环。
在加工和退刀的前半段（即刀具与工件有接触）时，必须将工作台固定，由于卡盘的工作位置为四个，还要满足间歇和固定两个工作。
有以下三种方案：1、采用单销四槽槽轮机构。
其结构图如下图所示：槽轮机构中，当圆销没有进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸锁止弧卡住，故槽轮固定不动；当圆销进入径向槽时，锁止弧的自锁段被松开，槽轮在圆销作用下旋转，实现了间歇运动。
因为卡盘每次旋转90°，所以选择四槽均布槽轮，刚好实现旋转90°的要求。
2、采用棘轮机构，其结构图如下图所示：机构采用曲柄摇杆机构来作为主动件，由运动循坏图中可知：于是得：K>所以极位夹角大于等于°因此满足停留时间的于转动时间之间的比例关系，要求棘轮每次旋转90°，因此摇杆的摆角也为90°。
3、采用不完全齿轮机构，其结构如下图所示：不完全齿轮的设计也是为了满足间歇运动，不完全齿轮上有1/4上有齿，因此在啮合过程中，有齿的1/4带动完全齿轮旋转90°，之后的270°由于没有齿啮合，完全齿轮不转动，该机构结构简单，在低速（1r/min ）的转动中可与忽略齿轮啮合时的冲击影响。
故也能实现运动规律。
综上所诉三个方案中，可根据实际情况进行合理选择主轴箱刀具移动凸轮机构选型1、运动规律：刀具运动规律：刀具快速进给60mm ，匀速进给60mm （刀具切入量5mm,工件孔深45mm,刀具余量10mm ）,快速退刀。
因为刀具匀速进给的速度为2mm/s ，由此可得匀速进给的时间为30s ，设快速进给的时间为x ，快速退刀的时间为y ，又因为其回程和工作的速比系数K=，所以可得下列方程：30+x=2y(1)30+x+y=60(2)(1)(2)两个方程联立可以得出，x=9s,y=21s60°240° 2、主轴箱刀具凸轮廓线设计：进刀机构的运动有凸轮的廓线来实现，进刀的方向为安装凸轮的轴的轴线方向，根据运动的特性，凸轮选择圆柱凸轮，按照运动规律设计其廓线如下：位移主轴箱刀具运动规律图1、蜗杆：m=5mmd=40mm（机械原理教材，p215,表）2、涡轮：(d=mz)m=5mmz2=20d2=100mmz4=18d4=90mm3、齿轮：此齿轮机构的中心距a=165mm,模数m=5mm，采用标准直齿圆柱齿轮传动，z5=18,z6=48,ha*=,(d=mz,d5=90mm,d6=240mm)4、传动比计算：方案二：外啮合行星齿轮减速器：结构图如下：12345678图示z1=10,z2=24,z3=18,z4=21,z5=20,z6=17,z7=14,z8=40传动比计算：i18=i12iH6i78其中i12=-z2/z1=-24/10iH6=1/i6H所以336017211820182011636=⨯-⨯⨯=-=HH ii又i78=-z8/z7=-40/12涡轮蜗杆减速机构外啮合行星轮系减速机构所以方案三：定轴轮系减速器结构图如下：图示z1=17,z2=51,z3=12,z4=40,z5=12,z6=72,z7=13,z8=52，z9=12,z10=48，z11=48传动比计算：i111= 109753111108642z z z z z z z z z z z z ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=9606.机构运动方案的评价和选择(一)、传动机构1、涡轮蜗杆减速器方案分析：此方案采用最普通的右旋阿基米德蜗杆。
采用蜗杆传动的主要原因有：（1）、传动平稳，振动、冲击和噪声均较小；（2）、能以单级传动获得较大的传动比，故结构比较紧凑；（3）、机构返行程具有自锁性；本方案通过较为简单的涡轮蜗杆机构实现了：=的大传动比。
满足了机构要求的性能指标，而且结构紧凑，节约空间。
本方案存在的不足：由于涡轮蜗杆啮合齿间的相对滑动速度较大，使得摩擦损耗较大，因此传动效率较低，易出现发热和温升过高的现象。
磨损也较严重。
解决的办法是可以采用耐磨的材料（如锡青铜）来制造涡轮，但成本较高。
定轴轮系减速机构2、外啮合行星齿轮减速器方案分析：该方案采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，所选轮系为外啮合行星齿轮系，采用齿轮机构的原因是其在各种机构中的运用比较广泛，且制造过程简单，成本较低，并且具有功率范围大，传动效率高，传动比精确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。
方案中齿轮系为复合轮系，实现了：=的大传动比。
且具有较高的传动效率。
本方案中存在的不足是，齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。
3、定轴轮系减速器方案分析：该方案采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，所选轮系为定轴轮系，采用该机构的原因是运用广泛，制造过程简单，成本较低，并且具有功率范围大，传动效率高，传动比精确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。
方案中轮系为定轴轮系，实现了：=的大传动比。
本方案中存在的不足是，齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。
（二）、回转工作台回转机构1、单销四槽槽轮机构该方案采用槽轮机构，是因为该机构构造简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位。
本方案中的不足在于在槽轮机构的传动过程中往往存在着柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。
此机床中属于低速旋转，因此槽轮机构能够满足要求。
2、棘轮机构该方案采用棘轮机构，是因为该机构的结构简单，制造方便，运动可靠，而且棘轮轴每次转过的角度可以在较大的范围内调节，与曲柄摇杆机构配合使用使其具有急回特性。
本方案中的不足在于棘轮机构在工作时有较大的冲击和噪音，而且运动精度较差，常用于速度较低和载荷不大的场合。
此机床中属于低速旋转，冲击可以忽略，对于精度要求不是太高，因此该机构能够满足要求。
3、不完全齿轮机构：该方案采用不完全齿轮啮合实现间歇运动，此机构结构简单，加工安装容易实现，由于其中含标准件，有很好的互换性，有精确的传动比，所以在工作过程中精度较高。
此机构的不足是由于在进入啮合时有冲击，会产生噪声，齿轮在磨损过程中会对精度有一定影响。
但是对于低速旋转机构，此机构能够满足使用要求。
结果：经过方案分析与比较，该机构最终选择如下方案组合：1、电机选择交流异步电动机。
该电动机额定功率P=,满载转速n=960r/min。
扭矩和功率均能满足工作要求。
2、传动、减速机构采用蜗轮蜗杆减速机构。
蜗轮蜗杆的最大优点就是能实现大传动比，结构紧凑，占用空间较小，传动平稳，振动、冲击和噪声均较小，并且反行程能自锁。