四工位专用机床课设

  机械原理   课程设计说明书

设  计  题  目：   四工位专用机床设计                                                                                                                  

专          业：   机械设计制造及其自动化           

班          级：   09机制（1）班          　    　  

姓          名： 唐希强学  号　0900110115     

指  导  教  师：       黄美发  老师                 

                              2012年1月 12日

目录

课设题目                                  2

设计任务和注意事项                        5

方案构思和对比                            6

机械运动方案设计                          8

机械总体结构设计                          9

机械传动系统设计                          18

课设体会                                       19

一．课设题目

四工位专用机床

专用机床旋转工作台有四个工作位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（如上图所示），分别对应工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位Ⅱ的位置装钻头，Ⅲ的位置装扩孔钻，Ⅳ的位置装铰刀。刀具由专用电动机驱动绕其自身轴线转动。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、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90º，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。

2.系统功能图

3原始数据及设计要求

1）刀具顶端离开工作表面55mm，快速移动送进50mm后，再匀速送进45mm（包括５mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如右图所示），然后快速返回。回程和进程的平均速度之比K=2.2。

2）刀具匀速进给速度为2.2mm/s，工件装卸时间不超过8s。

3）机床生产率每小时约70件。

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5.5Kw，转速1440r/min。

二．设计任务

1.按工艺动作过程拟定机构运动循环图

2.进行回转台间歇机构，主轴箱刀具移动机构的选型，并进行机械运动方案评价和选择。

3.按选定的电动机和执行机构的运动参数进行机械运动方案的拟定。

4.对传动机构和运动机构进行运动尺寸设计。

5.在1号纸上画出最终方案的机构运动简图。

6.编写设计计算说明书。

1.注意事项

1）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。

2）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。

3）推荐参考资料：

（1）.《机械原理课程设计指导书》 裘建新主编  高等教育出版社。

（2）.《机械原理课程设计手册》 牛鸣岐等主编  重庆大学出版社。

（3）.《机械基础综合课程设计》 孔凌嘉等主编  北京理工大学出版社。

（4）.《机械原理》课本  张春林主编  高等教育出版社。

6）

二 方案构思和对比

根据设计要求，为了达到进给要求，适宜用凸轮机构来控制钻头的运动。考虑到加工的精密稳定性，本机床的传动机构宜多采用齿轮。并且凸轮的运动中不应出现刚性冲击，要选择合适的运动规律，如等加速等减速运动规律修正。为实现工作台的间歇运动，可以选择槽轮机构。构思了如下三个方案

方案1

此方案中，圆柱凸轮制造成本高，设计较复杂，行程大时，运动灵活性差，力的作用点相对导轨产生有害力矩，锁合性好，冲击较小,并且有较好的承载能力。

方案2

此方案凸轮直接驱动升程大，凸轮机构外露，影响外观，有一定的危险性。但是容易更换，容易改装和变换尺寸。

方案三

此方案放大行程，力减小，长摆杆的刚度差，摆杆端部水平分速度不是匀速，摆动变移动，不易设计和计算。

综上所述，对比各方案的优缺点和自身的设计能力，决定选用方案2。

机械运动方案设计

根据专用机床的工作过程和规律可得气运动循环图如下：

该专用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。其工作过程如下：

机械总体结构设计

电机选择Y132S-4异步电动机，电动机额定功率P=5.5KW，满载转速n=1440r/min。

由题目要求机床生产率每小时约70件，故生产一个工件要51.42s，也就是刀架一个来回的时间。根据这个运动规律，可以计算出电机和工作凸轮之间的的传动比为

1440/1.167=1233.93

凸轴廓线设计

  进刀机构的运动由凸轮的廓线来实现，进刀的方向为安装凸轮的周的轴线方向，根据运动的特性，选择圆盘凸轮，其设计如下：

由于机构有急回运动要求，所以在设计时，应先确定行程速度变化系数    K，又课设数据要求已知K=2.2

θ=180°（K-1）/(k+1)

由于K=2.2

所以θ=67.5°

凸轮运动分成4段

第一段经计算

a段,即快进阶段

s=h1[(δ/δ1)-sin(πδ/δ1)/π

v=h1ω[1-cos(πδ/δ1)]/ δ1  代入数据求得

A(1-cos（101°*π/θ0）)=50                    ①

A*π/θ0*sin（101°*π/θ0）=0.314             ②

用数值法求得

A=26.141       θ0=118.6°

s=26.41(1-cosθπ/118.6°)

V=26.41(π÷118.6°*sinθπ/118.6°)     （0°~101°）

生产率：N件/小时  上面课设要求已给出

N=70

进刀凸轮转速n=N/60 r/min

N=70/60

 =1.167r/min

第二阶段 

b段，即 工作进给（匀速）段

s=h1+(h-h1-h2)( δ-δ1)/( δ0-δ1-δ2),代入数据最后求得

S=(95-50)÷(244.3°-101°)*（θ-101°）+50

 =0.314θ+18.3°                          （101°~244.3°）

V=2.2mm/s

工进长度： hⅡ=工件长（s）+0.5切出量(5mm) +提前量(5mm)

V工进=hⅡ/t                  δ 0Ⅱ= t×n×60       

修正段，即c段

选定修正段的凸轮角为244.3°和247.5°

S=-0.049θ²+24.2554θ-29.6.15（244.3°~247.5°）

V=-0.098θ+24.2554

第三段

d段为速度减速区段

s=h-h2[(δ0-δ)/ δ2+h2sin[π(δ0-δ)δ2]/ π

v=h2ω/δ2-h2ωcos[π(δ0-δ)/ δ2]/ δ2

S=47.75*[(1+cos(π÷122.5*（θ-247.5°）))     （247.5°~360°）

分别代入角度，0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、244.3、247.5、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360，得到的数据画成表格如下：

画出其轮廓线如下

其基圆半径为100mm，滚子半径为10mm

大致模型

具体的图形在一号纸上。

回转工作台设计

  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°，在工作过程中，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。在加工和推刀的前半段（即刀具与工件有接触）时，必须将工作台固定，由于卡盘的的工作位置为四个，还要满足间歇和固定两个工作，采用单销四槽槽轮机构，其结构图如下图所示：

K=n(1/2-1/z)

其中t为一个运动周期的时间（凸轮转一周的时间）td为运动的时间

tj=

既间隔的时间

圆销回转半径R=141.42mm，

圆销半径r=23.57mm,

槽顶高S=169.7mm，

槽底高B=38mm，

槽条h=S-B=131.7mm,

槽顶侧壁厚b=(0.6-0.8)r=19.8mm,

锁止弧半径R-r-b=98.9mm,

中心距200mm。

设圆销至槽轮回转轴心的距离为rx    L是中心距200mm。

Rsinα=rxsinφ

Rcosα=rxcosφ=L

代入数据求得rx=141.42mm

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：当圆销进入槽轮的径向槽时，锁止弧的自锁段被松开，槽轮在圆销下旋转，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。

机械传动系统设计

我使用的是定轴轮系减速器

经过复杂的代数计算

得出Z1=70  m1=0.9 

     Z2=40  m2=2          Z5’=20    m5=2

     Z3=60  m3=4          Z6=80     m6=0.8

     Z3’=20  m3’=2         Z6’=20    m6’=2

     Z4=60   m4=2          Z7=50    m7=2

     Z4’=20  m4’=2          Z7’=60    m7’=2 

     Z5=80   m5=0.8         Z8=60     m8=2

   Z8’=20     m8’=2          Z9=80     m9=0.8

其机构图在一号图纸上

轮系的传动比=（40*60*60*80*80*50*60*80）÷（70*40*20*20*20*20*20*20）=1233.957

和传动比相差1233.957-1233.93=0.0027.

评价：使用定轴系来传动，思路简单，但是存在的误差大，精度不高，所需的齿轮多，增加了制造的成本，而且不易更换零件，不是最佳的方案。

七、设计体会

      通过一周的设计和学习，我对机械原理的基础知识有了更深的了解和认识。一开始的不理解不懂得怎么运用知识，到后来通过查书、上网查资料和同学的讨论，逐渐懂得一些知识的运算。和懂得了画凸轮机构的方法，在这次课设中最难的是确定齿轮的齿数和模数和画凸轮机构时的数据公式的算出，我一开始不会算，后来静下心来，慢慢研读课本，并且请教我组的高手，最后才弄出数据。通过这次课设，我在整体上对设计也有了初步的认识。更重要的是通过这次的设计使我对团体合作有了深刻的体会，增强了我的团体意识。在设计过程中我们互相帮助，取长补短，使我们有了更大的进步。同时在设计的过程中也得到黄老师的大力支持和启发，设计过程中难免有错误和遗漏之处，希望同学和老师提出宝贵意见。