四工位专用机床课程设计说明书超详细Word格式文档下载.docx
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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。
机械总体结构设计
一、原动机构:
原动机选择Y132S-4异步电动机,电动机额定功率P=5.5KW,满载转速n=1440r/min。
二、传动机构:
传动系统的总传动比为i=n/n6,其中n6为圆柱凸轮所在轴的转速,即总传动比为1440/1。
采用涡轮蜗杆减速机构(或外啮合行星减速轮系)减速。
三、执行部分总体部局:
执行机构主要有旋转工件卡盘和带钻头的移动刀架两部分,两个运动在工作过程中要保持相当精度的协调。
因此,在执行机构的设计过程中分为,进刀机构设计、卡盘旋转机构和减速机构设计。
而进刀机构设计归结到底主要是圆柱凸轮廓线的设计,卡盘的设计主要是间歇机构的选择。
在执行过程中由于要满足相应的运动速度,因此首先应该对于原动机的输出进行减速。
下面先讨论减速机构传动比的确定:
由于从刀具顶端离开工件表面65mm位置,快速移动送进了60mm后,在匀速送进60mm(5mm刀具切入量,45mm工件孔深,10mm刀具切出量),然后快速返回。
要求效率是60件/小时,刀架一个来回(生产1个工件)的时间应该是1分钟。
根据这个运动规律,可以计算出电机和工作凸轮之间的传动比为1440/1。
两种方案的传动比计算,参考主要零部件设计计算。
下面讨论执行机构的运动协调问题:
有运动循环图可知,装上工件之后,进刀机构完成快进、加工、退刀工作,退后卡盘必须旋转到下一个工作位置,且在加工和退刀的前半个过程中卡盘必须固定不动,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,于是选择单销四槽轮机构(或棘轮机构、不完全齿轮机构与定位销协调)解决协调问题,具体实现步骤参考“回转工作台设计”。
由于进刀机构的运动比较复杂,因此要满足工作的几个状态,用凸轮廓线设计的办法比较容易满足。
廓线的设计参考主要零部件设计计算。
机械传动系统设计
1、涡轮蜗杆减速器:
采用如图机构,通过涡轮蜗杆加上一个定轴轮系实现了:
涡轮蜗杆减速机构
2、外啮合行星齿轮减速器:
采用如图采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动,实现传动比:
3、定轴轮系减速器:
采用如图采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动,实现:
定轴轮系减速机构
主要零部件的设计计算
一、减速机构设计:
方案一:
结构图如下:
1、蜗杆:
m=5mmd=40mm(机械原理,p346,表10-7)
2、涡轮:
(d=mz)m=5mmz2=20d2=100mmz4=36d4=180mm
3、齿轮:
此齿轮机构的中心距a=135mm,模数m=5mm,采用标准直齿圆柱齿轮传动,z5=18,z6=36,ha*=1.0,(d=mz,d5=90mm,d6=180mm)
4、传动比计算:
方案二:
外啮合行星齿轮减速器:
外啮合行星轮系减速机构
图示z1=10,z2=36,z3=18,z4=21,z5=20,z6=17,z7=14,z8=40
传动比计算:
i18=i12iH6i78
其中i12=-z2/z1=-36/10
iH6=1/i6H
所以
又i78=-z8/z7=-40/12
所以
方案三:
定轴轮系减速器
图示z1=17,z2=51,z3=12,z4=60,z5=12,z6=72,z7=13,z8=52,z9=12,z10=48,z11=48
i111=
=1440
二、圆柱凸轮进刀机构设计:
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=2,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=10s,y=20s
因此可以得出如下图所示的刀架运动规律图:
快进
匀速
快退
刀架运动规律图
60°
240°
2、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:
进刀圆柱凸轮廓线
三、回转工作台机构设计:
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,1、采用单销四槽槽轮机构。
其结构图如下图所示:
单销四槽槽轮机构
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,有运动循坏图中可知:
于是得:
K>
2.2
所以极位夹角大于等于67.5°
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°
。
棘轮机构
3、采用不完全齿轮机构,其结构如下图所示:
不完全齿轮机构
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。
四、圆柱凸轮定位销机构设计:
由机构运动循环图可以看出,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住,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
圆柱凸轮定位销机构
辅助凸轮廓线
执行机构和传动部件的机构设计
一、方案设计
根据该机床包含两个执行机构,即主轴箱移动机构和回转台的回转机构。
主轴箱移动机构的主动件是圆柱凸轮,从动件是刀架,行程中有匀速运动段(称工作段),并具有急回特性。
要满足这些要求,需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。
实现上述要求的机构组合方案可以有许多种。
1、减速机构的方案有:
、涡轮蜗杆减速机构
、外啮合行星轮系减速机构
、定轴轮系减速机构
2、刀架规律性运动的方案有:
、圆柱凸轮实现刀架规律性移动:
、盘型凸轮—尺条实现刀架规律性移动
3、回转工作台回转机构方案:
、单销四槽槽轮机构
、棘轮机构
、不完全齿轮机构
4、定位销方案:
采用圆柱凸轮机构实现
二、方案比较
、减速机构
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:
、传动平稳,振动、冲击和噪声均较小;
、能以单级传动获得较大的传动比,故结构比较紧凑;
、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。
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:
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:
、刀架规律性运动机构
1、圆柱凸轮实现刀架规律性移动:
该方案采用圆柱凸轮机构和连杆机构串联组成,采用凸轮机构,是因为该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,而且机构简单紧凑,但其不足在于凸轮廓线与推杆之间为点,线接触,易磨损。
2、盘型凸轮—尺条实现刀架规律性移动:
使用盘行凸轮机构首先需要加圆锥齿轮等机构将轴的传动方向转变,然后设计凸轮的廓线。
此方案中凸轮的廓线设计中,其导程是旋转角度的函数,在计算中难求得精确导程,因此凸轮廓线设计较复杂。
故不考虑此方案。
、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。
、圆柱凸轮定位销机构
该方案采用圆柱凸轮机构和连杆机构串联组成,采用凸轮机构,是因为该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,而且机构简单紧凑。
本方案中主要存在的不足在于凸轮廓线与推杆之间为点,线接触,易磨损。
最终设计方案和机构简介
一、方案选择:
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Y132S-4型异步电动机。
该电动机额定功率P=5.5KW,满载转速n=1440r/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。
使用该机构对于机床的支撑外型和外观造型设计有很大优势。
3、进刀方案选择圆柱凸轮进刀。
使用圆柱凸轮的主要原因是设计方便,通过廓线的设计可以完成比较复杂的进刀动作,圆柱凸轮的廓线较盘形凸轮简单,操作方便。
4、卡盘转动选择不完全齿轮机构。
该机构结构简单,较之其他机构加工安装容易实现,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。
还有使用该机构最大的优点是传动比具有可分性,在中心距发生变化的情况下传动比也能保持不变,保证了机床精度。
5、定位主要采用圆柱凸轮定位销机构。
凸轮机构和连杆机构串联组成,采用凸轮机构,是因为该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,而且机构简单紧凑,更便于设计。
二、方案简介及运动分析:
根据上述选择的方案可得如下图所示的机构运动简图
工作过程:
电机12输出1440r/min的转速,由蜗轮蜗杆减速机构将速度减为1r/min带动凸轮10转动,由凸轮廓线的特性带动主轴箱完成快进、匀速、快退的运动过程。
同时定位齿轮1将运动传导不完全齿轮4和凸轮2,使工件每分钟旋转90°
(15秒旋转,45秒间歇),通过2的廓线设计,使得旋转完间歇期间由定位销定住,在旋转的期间定位销松开。
这样就满足了机床的工作要求。
参考资料
1、孙桓,陈作模等主编.机械原理.第六版.北京:
高等教育出版社,2001
2、王三民主编.机械原理与设计课程设计.机械工业出版社,2005
3、王三民主编.机械原理课程设计.西北工业大学讲义,2001
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