设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构

目录

第一章课程设计题目简介及设计要求 (1)

1、课程设计题目简介 (1)

2、原始数据和设计要求 (2)

3、设计任务 (2)

第二章机械运动方案设计 (2)

第三章机械总体结构设计 (3)

1、原动机构 (4)

2、传动机构 (4)

3、执行部分总体部局 (4)

第四章机械传动系统设计 (6)

1、涡轮蜗杆减速器 (6)

2、外啮合行星齿轮减速器 (6)

第五章执行机构和传动部件的机构设计 (8)

1、方案设计 (8)

2、方案比较 (8)

第六章主要零部件的设计计算 (12)

1、减速机构设计 (12)

2、圆柱凸轮进刀机构设计 (15)

3、回转工作台机构设计 (16)

4、圆柱凸轮定位销机构设计 (19)

第七章最终设计方案和机构简介 (20)

1、方案选择 (20)

2、方案简介及运动分析 (21)

第八章设计小结 (23)

第九章参考资料 (24)

第一章课程设计题目简介及设计要求

一、设计题目简介

设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构。工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置：位Ⅰ装卸工具，位Ⅱ钻孔，位Ⅲ扩孔，位Ⅳ铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应是钻头、扩孔钻和铰刀。刀具由专用电机带动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左移送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、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90°，然后主轴箱再次左移。这时。对其中的一个工件来说，都进入了下一个工位的加工。依次循环四次，一个工件就完成了装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。

二、原始数据和设计要求

1、刀具顶部离开工件表面65mm，快速移动送进60mm接近工件

后，匀速送进60mm（前5mm为刀具接近工件时的切入量，工件孔深45mm，后10mm为刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的的平均速比（行程速比系数）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、机床生产率为每小时约60件。

4、机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图。

5、传动系统电机为交流异步电动机功率1.5Kw，转速960r/min。

三、设计任务

1、进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的选型。并进行机械运动方案的评价和选择

2、根据电机参数和执行机构运动机构参数进行传动方案的拟定

3、对选择的反感进行尺寸设计（A3）

4、在A3号图纸上画出最终方案的机构运动简图

5、用Solidworks软件对机构进行运动仿真

6、编写设计说明书。（用A4纸张）

根据专用机床的工作过程和规律可得其运动循环图如下：

钻头头进

匀

速60°

快

钻

0°240°

进

钻头

快

退

工作

台

转动

307.4°

位销插

入

定

定

位

销拔出工作

台静止凸

轮

钻3

97.4°

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：

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。

机构运动循环图

机床工作运动模型

一、原动机构：

原动机选择交流异步电动机，电动机额定功率P=1.5KW,满载转速n=960r/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960/1。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

960/1。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。

第四章 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：

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：

min /1r min /960r n =

主轴

电机n

外啮合行星轮系减速机构

涡轮蜗杆减速机构

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