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397.4°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123456783、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：min/1r min /960r n =主轴电机n min/1r min /1440r n =主轴电机n min/1r min/960r n =主轴电机n min/1r min /1440r n =主轴电机n 定轴轮系减速机构第五章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：⑴、涡轮蜗杆减速机构⑵、外啮合行星轮系减速机构⑶、定轴轮系减速机构2、刀架规律性运动的方案有：⑴、圆柱凸轮实现刀架规律性移动：⑵、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：⑴、单销四槽槽轮机构⑵、棘轮机构⑶、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㈠、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：⑴、传动平稳，振动、冲击和噪声均较小；⑵、能以单级传动获得较大的传动比，故结构比较紧凑； ⑶、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：min /1r min/960r n =主轴电机n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：min /1r min/960r n =主轴电机n的大传动比。

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：min /1r min /960r n =主轴电机n的大传动比。

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。

㈡、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。

㈢、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。

㈣、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。

第六章主要零部件的设计计算一、减速机构设计：方案一：涡轮蜗杆减速机构结构图如下：涡轮蜗杆减速机构1、蜗杆：m=5mm d=40mm2、涡轮：(d=mz) m=5mm z 2=20 d 2=100mm z 4=24 d 4=120mm3、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，z 5=18,z 6=36,ha*=1.0,(d=mz,d 5=90mm,d 6=180mm)4、传动比计算：960183612412056341216=××=••=i i i i 方案二：外啮合行星齿轮减速器：结构图如下： 12345678图示z 1=10, z 2=32, z 3=18, z 4=21, z 5=20, z 6=17, z 7=14, z 8=40外啮合行星轮系减速机构传动比计算：i 18=i 12i H6i 78其中i 12= -z 2 /z 1=-36/10i H6=1/i 6H18201721-1-1-13564636××===z z z z i i H H 所以 33601721-18201820-11636=×××==H H i i 又i 78=-z 8/z 7=-40/12所以9601240-33601032-7861218=••=••=i i i i H 方案三：定轴轮系减速器由图示z 1, z 2, z 3, z 4, z 5, z 6, z 7, z 8，z 9, z 10，z 11传动比计算：i 111=109753111108642z z z z z z z z z z z z ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=960定轴轮系减速机构二、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。