四工位专用机床设计

§4.5 专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构设计

一、设计题目

设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构。

图4.19 专用机床外形及尺寸

工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置(图4.19)，工位Ⅰ是装卸工件，Ⅱ是钻孔，Ⅲ是扩孔，Ⅳ是铰孔。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。刀具由专用电机带动绕其自身的轴线转动。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、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。

二、原始数据和设计要求

(1) 刀具顶端离开工件表面65mm(图4.20)，快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60 mm(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。回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)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)生产率为每小时约74件。

(4)机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图4.19。

三、方案设计与选择

图4.20 运动循环图

图4.21 专用机床方案之一

图4.22 专用机床方案之二

图4.23 专用机床方案之三

回转工作台作单向间歇运动，每次转过90º；主轴箱往复移动各120mm，在工作行程中有快进和慢进两段，回程为快退(急回行程)。

实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构等，此外，还可采用某些组合机构；实现主轴箱往复急回运动的机构有连杆机构和凸轮机构等，两套机构均

由一个电机带动，故工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。图4.21、4.22、4.23所示为其中的三个方案。图4.21、4.22中，工作台回转机构为槽轮机构，图4.23中为不完全齿轮机构其余方案可由设计者自己构思。

选择方案时，特别要注意以下几个方面：

(1) 工作台回转以后是否有可靠的定位功能，主轴箱往复运动的行程在120mm以上，所选机构是否能在给定空间内完成该运动要求。

(2) 机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下，传动链是否尽可能短，且制造、安装简便。

(3) 加工对象的尺寸变更后，是否有可能方便地进行调整或改装。

四、设计步骤

1. 方案设计

根据设计题目提出的要求构思和选择方案，见上节所述。

2．确定行程时间

根据生产率要求及刀具匀速进给的要求和K值，确定工作行程和回程时间。

3．选择电机及总传动比

确定执行机构(工作台回转机构和主轴箱往复运动机构)主动作的转速；选择电机及其转速；确定电机到执行机构的总传动比及各级传动比，并选择相应各级机构的类型。

4．拟订机构运动循环图

按选定的方案，拟定机构的运动循环图。

5．机构设汁

设计工作台转位机构及其定位装置；设计主轴箱往复运动机构。

6．机构运动分析

用解析法对执行机构进行运动分析。

7．编写设计说明书

说明书包括设计题目、原始数据和设计要求、方案设计及选择、机构设计的有关参数选择、设计和计算结果及其评价等。

五、工作量建议

(1) 本题设计时间为2周。

(2) 完成2号或3号图纸四张。内容为：最后确定的机构方案及运动循环图（如图4.20所示)；设计工作台回转机构及主轴箱往复运动机构(保留作图辅助线)；用解析法对工作台回转机构或主轴箱往复运动机构进行运动分析，绘出从动件的位移、速度、加速度曲线图，应附计算程序及打印结果。

(3) 编写设计说明书。