组合机床多工位回转工作台设计 - 1 - 课 程 设 计 课程名称 机械制造装备项目 题目名称 组合机床多工位回转工作台设计 学生学院 机电工程学院 专业班级 学号姓名 学号姓名 指导教师 成绩评定 教师签名

2012 年 06 月 20 日 目录 0 摘要………………………………………………………………………………4 1 设计概述…………………………………………………………………………4 组合机床多工位回转工作台设计 - 2 - 1.1组合机床应用概述………………………………………………………4 1.2组合机床的发展现状和趋势……………………………………………4 2 总体设计方案……………………………………………………………………5 2.1 加工内容…………………………………………………………………5 2.2 动力设计…………………………………………………………………5 2.3 定位设计…………………………………………………………………5 2.4 夹具设计…………………………………………………………………5 3 工作台组件选型和设计…………………………………………………………6 3.1 回转工作台的循环工作方式设计………………………………………6 3.2 气缸的设计………………………………………………………………7 3.3 行程开关选型……………………………………………………………9 4 回转工作台设计…………………………………………………………………9 4.1 回转工作台概述…………………………………………………………9 4.2 步进电机的选择及运动参数的计算……………………………………10 4.3 计算传动装置的运动和动力参数………………………………………11 4.4 齿轮传动的设计…………………………………………………………11 4.5 蜗杆涡轮传动的设计计算………………………………………………15 4.6 蜗杆轴的设计及计算……………………………………………………19 4.7 轴承校验与计算…………………………………………………………20 4.8 输出轴的设计……………………………………………………………21 4.9 轴承设计与校核…………………………………………………………24 4.10 键的选择 ………………………………………………………………25 5 PLC控制硬软件设计……………………………………………………………26 5.1工艺要求及动作流程……………………………………………………26 5.2 I/O端口分配图…………………………………………………………26 5.3控制部分说明……………………………………………………………27 5.4 PLC梯形图………………………………………………………………27 5.5 系统调试与运行…………………………………………………………27 6 总结………………………………………………………………………………28 参考文献……………………………………………………………………………28 组合机床多工位回转工作台设计 - 3 - 附件1主要部件清单………………………………………………………………29 2 传动结构、爆炸图…………………………………………………………30 3 装配图………………………………………………………………………31 4 总体爆炸图…………………………………………………………………32 5 主要零件工程图……………………………………………………………33

0 摘要：组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少数专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产效率比通用机床高出几倍或几十倍。组合机床具有生产效率高、加工精度高、自动化程度高、成本低、研发周期短、操作简单、组合机床多工位回转工作台设计 - 4 - 维修方便等优点，现在已经广泛使用。 本小组的设计任务是对组合机床多工位回转工作台进行设计，具体包括：分析被加工零件工序要求；观摩测绘已有试验台；拟定回转工作台的循环方式、驱动方式、定位方式；设计回转工作台机械部件；设计工件定位夹紧结构；用PLC控制硬软件系统。使设计出来的组合机床具有六个加工工位，能够加工出满足精度要求和尺寸大小的零件。 关键词：组合机床 回转工作台 定位 PLC 1 设计概述 1.1 组合机床应用概述 在批量生产中为了提高生产率，缩短加工时间和辅助时间，尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位安装多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合机床。 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。 1.2 组合机床的发展现状和趋势 二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低达2.5～0.63微米；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达O.03～O.02微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。 组合机床多工位回转工作台设计 - 5 - 2 总体设计方案 2.1 加工内容 在回转工作台上，工件在一次装夹中可以完成五道工序的加工，加工工序分别是铣端面、钻中心孔、钻盲孔、钻通孔、扩孔。工件规格40*40*60mm，其零件工程图详见附件。

2.2 动力设计 根据工作循环要求及加工工件，设计传动路线，确定电机型号，齿轮，蜗杆蜗轮、蜗杆轴、输出轴的基本参数并对其进行校验及回转工作台的尺寸；根据零部件的结构确定箱体，完成回转工作台的总体设计。最后，对工作台进行建模及渲染。 2.3 定位设计 本项目设计中，采用双重定位。回转工作台转到预定位置后，行程开关与撞块接触，回转工作台停止，此时，蜗杆上的气压缸接收信号，把蜗杆夹紧，防止工作台继续转动。与此同时，工作台上的定位孔正好与气压缸上的推杆对正，装卸工位处的气压缸接收信号，把推杆推进回转工作台上的定位孔，把回转工作台定位住。 2.4 夹具设计 本项目采用单活塞杆双作用气缸来装夹工件，当气体从A管进入气缸时，气缸活塞推动夹具，内部的机械结构使夹具逆时针旋转90度向上升起；当气体从B管流出气缸时，活塞拉下夹具，使其顺时针90度向下压紧。如下图所示，放置工件的工作台规格为40*53，使工件刚好放入工作台，在夹具的作用下仅剩一个沿加工方向的自由度，实现可靠固定。 夹具： 组合机床多工位回转工作台设计 - 6 - 3 工作台组件选型和设计 3.1 回转工作台的循环工作方式设计 多工位回转工作台式机床共有连续全自动工作循环、单机半自动循环和手动调整三种工作方式。 连续全自动和单机半自动循环的控制要求为: 按下启动按钮，上料机械手向前， 将待加工零件送到夹具上，同时进料装置进料，然后上料机械手退回原位， 进料装置放料， 回转工作台自动微抬并转位，接着多个工作滑台向前， 多个动力头同时加工，加工完成后， 各工程滑台退回原位，下料机械手退回原位并取走已加工完的零件，完成一个工作循环， 并开始下一个工作循环，实现全自动工作方式。如果选择预停， 则每个工作循环完成后， 机床自动停止在初始位置、等到再次发出启动命令后，才开始下一个循环 这就是半自动循环工作方式。 手动控制方式主要用于检查和维修。 根据工作循环方式的特点，选择单机半自动循环，即每个工作循环完成后， 机床自动停止在初始位置、等到再次发出启动命令后， 才开始下一个循环。 所设计工作循环图表示如下： 组合机床多工位回转工作台设计

- 7 - 3.2 气缸的设计 3.2.1 气缸概述：气缸是一种引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件，其作用是将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。气缸的种类很多，按结构特征，气缸主要分为活塞式气缸和膜片式气缸两种；按运动形式分为直线运动气缸和摆动气缸两类。 3.2.2 气缸的结构：气缸主要由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成，其内部结构如图所示： 组合机床多工位回转工作台设计

- 8 - 3.2.3 气缸的工作原理：以单活塞杆双作用气缸为例，气缸内部被活塞分成两个腔。有活塞杆腔称为有杆腔，无活塞杆腔称为无杆腔。当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力克服阻力负载推动活塞运动，使活塞杆伸出；当有杆腔进气，无杆腔排气时，使活塞杆缩回。若有杆腔和无杆腔交替进气和排气，活塞实现往复直线运动。 3.2.4 气缸的选择：根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。 3.2.5 确定气缸的类型和参数：确定气缸类型为单活塞杆双作用气缸，结合项目需要，选用北京丰鼎泰克机电经营部内径为50mm的气缸，其规格为62*62*93，尺寸大小符合设计要求；其理论作用力可达500N，在加工状态能实现可靠固定，其参数如下图所示。