四工位专用机床更改版Word文档下载推荐.docx
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三、原始数据及设计要求
1)刀具顶端离开工作表面65mm,快速移动送进了60mm后,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),然后快速返回。
回程和工作行程的平均速度之比K=2。
2)刀具匀速进给速度为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。
第1章概述
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、扩孔和绞孔工作的专用加工设备,其执行动作主要包括回转台的间歇转动和主轴箱的左右移动,二者相互协作、共同配合完成孔的精确加工。
针对以上功能和运动要求,对四工位专用机床的设计方案作了详细的说明,包括功能分解、运动分析、循环图的拟定、机械运动方案的选择、整体轮廓的大小设计和各机构的尺寸计算。
在运动方案的拟定上,采用形态学矩阵法,从较多选择中选出较优的方案。
在减速器的设计上,运用行星轮系传动,在保证精确传动的基础上让结构更加紧凑。
最后,对选定的运动方案作了评价和改进。
1.1机械原理课程设计的目的
1、综合利用所学的知识,培养解决生产实际问题的能力。
2、掌握一般的机械方案设计方法和步骤。
3、掌握基本机构设计方法和步骤。
4、熟悉和运用设计标准、规范及相关资料。
培养独立解决问题的能力。
1.2机械原理课程设计的任务
1、按工艺动作过程拟定运动循环图。
2、进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的选型。
3、进行机械运动方案的评价和选择。
4、根据电机参数和执行机构运动参数进行传动方案的拟订。
5、画出机械运动方案图。
6、机械传动系统和执行机构的尺度计算。
7、画出所设计机械运动方案简图。
8、编写设计说明书。
设计说明书应包括以下内容:
1)功能分解;
2)原始数据及计算;
3)简述方案设计思路及讨论、改进;
4)执行机构设计步骤或分析计算过程。
5)对所设计的结果分析讨论;
6)感想与建议。
1.3机械原理课程设计的方法
机械原理课程设计的方法主要有两种。
1.3.1图解法
运用某些几何关系式或已知条件等,通过几何作图求得结果,所需尺寸可直接从图上量取(必须严格按比例作图)。
其优点是可以将分析或设计结果清晰地表现在图样上,直观形象,便于检查结果正确与否。
其缺点是作图繁琐,精度不高,不适用对精度要求比较高或较复杂的问题。
1.3.2解析法
以机构参数来表达各构件间的函数关系,建立机构的位置方程或机构的封闭环路方程,建立求解未知量的解析式,并借助MATLAB迅速获得计算结果。
这种方法计算精度较高,能解决较复杂的问题。
第2章四工位专用机床方案设计
2.1功能分解
四工位专用机床的总功能可以分解为如下几个工艺动作:
1、安装工件的工作台要求间歇转动。
2、安装刀具的主轴箱能实行静止、快进、进给、快退的工艺动作。
3、刀具转动来切削工件。
由此可以画出如图1的四工位专用机床的动作要求图。
其中4位置为装卸位置,1位置为钻孔位置,2位置为扩孔位置,3位置为绞孔位置。
同时也可得到四工位专用机床的树状功能图如下图所示:
2.2机构的构型
1.执行机构构型
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,可选择下表所示的常用执行机构。
执行机构的形态学矩阵
功能元
功能元解
1
2
3
4
工作台间歇运动A
圆柱凸轮间歇机构
槽轮机构
曲柄摇杆棘轮机构
不完全齿轮机构
主轴箱移动B
移动推杆圆柱凸轮
移动推杆盘形凸轮
摆动推杆盘形凸轮与摆杆滑块机构
曲柄滑块机构
由排列组合的原理可以计算得到,共有:
4*4=16种执行机构选择方案。
2.传动机构选型
根据减速动作的精度和平稳行要求,列出常用的减速机构如下表所示:
减速机构的形态学矩阵
5
刀架移动C
带传动
链传动
蜗杆传动
定轴轮系
行星传动
工作台转动D
由排列组合的原理可以计算得到,共有:
5*5=25种减速机构选择方案。
2.3方案的评价
本课题对四工位专用机床进行了详细的运动设计,包括机器的功能和运动分析、循环图的拟定、执行机构和传动机构的选型、机械运动方案的选择、机械运动的简图绘制和机器整体轮廓的尺寸设计及各执行构件的尺寸设计。
方案的优点:
1.对设计课题的功能分析和运动分析较为清晰,为后续的设计奠定了良好的基础。
2.选择机械运动方案时,采用的形态学矩阵法,将对应功能的对应机构罗列下来,运用排列组合的知识计算出其方案总数,并从中择优选取运动方案。
3.精确设计了各执行构件的尺寸大小,用行星轮传动机构精确设计了减速器。
方案的缺点:
1.方案的创新设计不够好,采用机构的组合设计,在设计中未构造出新机构和新机器。
2.缺乏机械运动的仿真设计,三维软件的应用也比较欠缺。
2.4方案的确定
对于工作台间歇机构的选择,为了保持传动的平稳和精度,可以选择槽轮机构和不完全齿轮机构;
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,可选择移动推杆圆柱凸轮机构和摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。
对于传动机构的选型,考虑到传动的精确性和机构制造工艺的难度高低,减速器常选带传动、蜗杆传动和齿轮传动。
当选择方案的时候,综合评价的指标为:
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)运动精确度;
4)制造难易;
5)成本高低;
6)是否满足环境、动力源、生产条件等限制条件;
根据上述指标,综合评价上述所有的方案,选出较为合理的两个方案。
方案一:
A2槽轮机构B1移动推杆圆柱凸轮机构C3蜗杆传动D4定轴轮系传动
方案一中,电动机作为驱动机构,将动能传递给带轮,通过带轮分两路将扭矩传递给执行机构。
一路通过齿轮传动将扭矩传递给槽轮机构,使工作台作间歇转动;
另一路通过行星轮系减速后将扭矩传递给移动推杆圆柱凸轮机构,使主轴箱完成进,退刀的动作。
两路传动机构相互配合、相互合作,共同完成额定的加工功能和加工任务。
方案二:
A4槽轮机构B3摆动推杆盘形凸轮与摆动导杆机构C3蜗杆传动
方案二中,电动机作为驱动机构,将动能传递给带轮,通过带轮分两路将扭矩传递给执行机构。
一路通过齿轮传动将扭矩传递给不完全齿轮机构,使工作台作间歇转动;
另一路通过行星轮系减速后将扭矩传递给摆动推杆盘形凸轮与摆杆滑块机构,使主轴箱完成进,退刀的动作。
2.5选定方案的机构运动循环图
对于四工位专用机床,其运动循环图主要是确定回转台的间歇转动机构和主轴箱进、退刀的控制机构的先后动作顺序以及定位销的工作状态,用以协调各执行构件的动作关系,便于机器的设计、安装和调试。
下面用矩形图的表示方法对运动循环图进行拟定,如下图:
槽轮机构运动循环图
进刀机构运动循环图
定位销机构运动循环图
第三章执行机构设计
3.1执行机构的设计
1.进刀机构设计
(1)刀具运动规律:
刀具快速进给60mm,然后匀速进给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=2,所以可得下列方程x=2y
(1)30+x+y=48
(2)两个方程联立可以得出x=12s,y=6s。
(2)凸轮廓线设计:
根据刀具进给情况,绘出位移---角度图像如下:
由图可推得,在刀架运动开始和终止的瞬时,因速度有突变,所以这时推杆在理论上将出现无穷大的加速度和惯性力,因而会使凸轮机构受到极大的冲击,即刚性冲击。
因此需要构造组合运动。
可以把推杆的等速运动规律在其两端与正弦加速度运动规律组合起来,以此来获得性能较好的组合运动规律。
改进后的位移---角度图如下:
对于圆柱凸轮的尺寸设计,由于其轮廓曲线为一空间曲线,不能直接在平面上表示。
但是圆柱面可展开成平面,圆柱凸轮展开后便成为平面移动凸轮。
可得圆柱凸轮轮廓曲线的展开图即为位移---角度图所对应的轨迹。
对于盘形凸轮的尺寸设计,先确定凸轮基圆半径R。
对于盘形凸轮机构,在刀架的运动规律选定之后,该凸轮机构的压力角与凸轮基圆半径的大小直接相关。
选定凸轮的压力角为20°
,由书中公式及下图可得凸轮基圆半径r=100mm,e=20mm。
确定基圆半径r及偏心距e,然后在以e为半径的圆上,从x轴上一条直线开始,逆时针旋转等分此圆,过直线与圆的交点做圆的切线,与基圆相交,在这些点的基础上加上所在角度对应的位移,之后所得出的各点的轨迹即为盘形凸轮的廓线。
如下所示:
2.间歇机构设计
(1)槽轮机构尺寸设计
1)槽数z按工位要求选定为4
2)中心距a按结构情况确定为150mm
3)圆销半径r按结构情况确定为15m
4)槽轮每次转位时主动件的转角2α=180°
*(1-2/z)=90°
5)槽间角2β=360/Z=90°
6)主动件到圆销中心半径R1=asinβ=75√2=106mm
7)R1与a的比值λ=R1/a=sinβ=√2/2
8)槽轮外圆半径R2=√(acosβ²
+r²
)=107mm
9)槽轮槽深h≧α(λ+cosβ-1)+r=77.1mm,取h=80mm
10)运动系数k=(z-2)/(2z)=0.25
3.定位销机构设计
定位销一共有两个工作位置。
刀具在与工件接触前必须将主轴固定,刀具离开工件后到再次接触前即卡盘旋转时定位销必须拔出。
由于本机床中采用了槽轮机构,该机构有固定功能,定位销的主要作用是辅助定位,起保险作用,其结构图如下图所示:
此圆柱凸轮廓线即为定位销的位移---角度曲线,如下所示:
3.2机构运动分析
1.间歇机构
四工位专用机床的一个周期内的详细运动情况为:
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、并将加工好的工件取下)。
2.进刀机构
圆柱凸轮与盘形凸轮的位移曲线是一样的,则进刀机构的速度曲线和加速度曲线也是一样的。
由于不会使用MATLAB做出凸轮廓线,以及由凸轮廓线产生的速度加速度曲线,故参考图如下:
凸轮廓线示意图(参考)
凸轮加速度曲线图
凸轮速度曲线图
第4章原动机选用及传动类型的选择
4.1原动机的选择
选择满载转速为n=1440r/min,
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