四工位专用机床机械原理优秀课程设计.docx

目录

一． 功效分解和运动分析……………………………………………………2
二． 实施机构选型……………………………………………………………4
三． 传动机构选型……………………………………………………………5
四． 机械整体运动方案选择………………………………………………7
五． 机械运动方案简图………………………………………………………10
六． 机械运动方案计算……………………………………………………11
七． 仿真运动及图表分析……………………………………………………15
八． 课程设计小结……………………………………………………………17
九． 参考文件…………………………………………………………………18

一、功效分解和运动分析
1.功效分解
经过对设计任务了解，能够看出，四工位专用机床加工部分能够分为以下多个工艺动作:
1)安装工作台间歇转动。
2)安装刀具主轴箱应按要求进行静止、快进、进给、快退工艺动作。
3)刀具转动。
画出四工位专用机床动作要求图。其中4位置为铰孔位置，1位置为装卸工件，2位置为钻孔位置，3位置为扩孔位置。 如表1所表示依据工艺动作推出其工作循环为：

四工位专用机床
工作台间歇转动

主轴箱进、退刀动作
(快进、匀速进给、快退)
刀具转动
表1 四工位专用机床功效图
同时得到四工位专用机床树状功效图（以下图）

该专用要求机床要求三个动作协调运行，即刀架进给、卡盘旋转和卡盘定位。要确保在刀具和工件接触时卡盘固定不动，刀具退出工件到下次工作前完成卡盘旋转动作。多个动作必需协调一致，并根据一定规律运动。
2.运动分析
经过适宜减速机构和轮系机构，使工作台进行每次旋转90°间歇运动。
1.电动机作为驱动，经过减速器和其它轮系传动将符合要求转速传输给工作回转台上间歇机构，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、刀具匀速送进和快退）。
5.间歇机构从 270° 转至 360° ，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速和快退），并将加工好工件取下。
时间（s）
0-2
2-22
22-32
32-48
主轴箱运动情况
快速前进60mm
匀速前进60mm
快速退刀120mm
间歇机构运动情况
静止
顺时针转过
90°（用时3s）
静止
表2 四工位专用机床实施机构运动循环图
说明：
上图表明了工作台和主轴箱配合运动，主轴箱快速进刀60mm用时2s，匀速进刀60mm用时30s，快速回程120mm用时16s。当主轴箱快速退刀时工作台转动由0°～90°这么确保不会刀具和工件相撞，每转动90°主轴箱往返一次，转动用时12s剩下36s静止。
二、实施机构选型
依据回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构实施动作和结构特点，能够选择如表格3所表示实施机构：

匹配机构
1
2
3
回转台间歇转动运动
不完全齿轮机构
槽轮机构
棘轮机构
主轴箱刀具移动运动
凹槽圆柱凸轮
移动推杆盘形凸轮
凸轮连杆机构
表3 实施机构表
对于工作台间歇机构选择，为了保持传动平稳和精度，能够选择槽轮机构或不完全齿轮机构；而对于主轴箱移动机构选择，为了保持运动精度和尽可能降低冲击能够选择凹槽圆柱凸轮机构或移动推杆盘形凸轮和摆动滑块机构。
三、传动机构选型
由机构运动情况分析得，机构运动要求机构平稳运行，结合市场上提供电动机转速及经济性，本设计用1200r/min电动机。
整个传动机传动比为k=960,故需要分别引入减速机构来满足工作台间隙运动和主轴箱移动运动要求.
依据减速动作精度和平稳要求，列出常见减速机构：
方案一：
带传动加复合轮系减速器。

方案二：
采取外啮合行星齿轮减速器。

带传动加复合轮系传动系统优势，愈加平稳，噪声小，效率较高；相对于外啮合行星齿轮传动，带传动效率高，更换简单，降速较快，不易损坏，而且成本低。
四、机械整体运动方案选择
1.方案设计

匹配机构
1
2
3
回转台间歇运动机构
不完全齿轮机构
槽轮机构
棘轮机构
主轴箱刀具移动机构
移动推杆圆柱凸轮
移动推杆盘形凸轮
凸轮连杆机构
传动机构
带传动加复合轮系减速器
外啮合行星齿轮减速器

从以上方案中进行综合评价，综合评价指标为：
1）是否满足预定运动要求。
2）运动链机构次序安排是否合理；
3）运动正确。
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；
依据以上标准，大致能够选出三种运动方案，依次为：
方案一：
槽轮机构和移动推杆圆柱凸轮，以下图：
槽轮机构
方案二：
不完全齿轮机构和移动推杆盘形圆柱凸轮，以下图

方案三：
不完全齿轮机构和摆动推杆盘形凸轮和摆杆滑块机构，以下图

2.方案比较
综合评价优缺点：
缺点：
方案一：圆柱凸轮制造成本高；行程大时，运动灵活性较差； 力作用点相对导轨产生有害力矩。
方案二：凸轮直接驱动升程大；凸轮机构外露，影响外观。制造困难。
方案三： 放大行程，力减小，长摆杆刚度差；摆杆端部水平分速度不是匀速；摆动变移动，不易设计计算。
优点：
方案一：能够正确传动，槽轮运转稳定且正确。圆柱凸轮运行平稳、正确，能够正确控制机床主轴箱往复运动，噪声小，结构紧凑。
方案二：轻易更换，易改装及变换尺寸，传动简单功率高。
方案三；结构简单，成型后重量轻，凸轮曲线正确性好。
综合以上所述：选定方案一因为工位位置必需正确，这直接影响工件质量，而方案一能够达成这一要求。
依据以上综合评价指标，最终选择出以下很好方案：槽轮机构+凹槽圆柱凸轮机构。
五、机械运动方案简图（此图由AutoCAD制图）

此方案中，电动机作为驱动机构，将动能传输给带轮，经过带轮传动加复合轮系二级减速将速度降到1.25r/min。一路经过凹槽圆柱凸轮将动能传输给主轴箱，完成刀具进、退刀动作；另一路再经过一个带轮将动能传输给一个不完全齿轮啮合组，经过加速传输给槽轮机构，完成工作台间歇运动。两路传动机构相互配合，相互合作，共同和完成额定加工功效和加工任务。
六、机械运动方案计算
1.对于电机选择
关键参考指标有以下几点：
（1）原动机开启、过载、运转平稳性、调速和控制等方面是否满足要求；
（2）工作环境影响；
（3）工作是否可靠，操作是否简易，维修是否方便；
（4）额定功率是否满足负载需要；
（5）工作是否可靠，操作是否简易，维修是否方便
由机构运动情况分析得，机构运动要求机构平稳运行，结合市场上提供电动机转速及经济性，本设计用1200r/min电动机。
2. 减速器传动计算
因为选定电动机转速是1200r/min，而槽轮和圆柱凸轮机构转速n=60s/48s=1.25r/min。所以整个机构传动比k=1200/1.25=960，故对减速器功效要求是传动比为960，为实现这一传动比选择了带轮传动和复合轮系共同作用减速装置。
基于平稳性考虑，本减速装置采取二级逐层递减减速系统。第一级减速系统采取带传动带轮1（d=30mm）和带轮2（d=150mm），传动比为5；第二级开始采取复合轮系减速，复合轮系共由四级齿轮组组成，即齿轮1（d=40mm，z=20）和2(d=80mm，z=40)、齿轮3(d=30mm，z=15)和4(d=180mm，z=90)、齿轮5(d=40mm,z=20)和6(d=160mm，z=80)、齿轮7(d=40mm，z=20)和8(d=160mm，z=80)，各齿轮组传动比分别为2、6、4、4，即从第一级开始，总传动比为960，转速由电动机1200r/min变到输出1.25r/min。
带轮传动比为i1=150mm/30mm=5，齿轮传动比i2=80*80*90*40/（20*20*15*20）=192
所以，总传动比为
上述计算表明，所选齿轮齿数是符合传动比要求，而且传动机构外形小巧、结构紧凑，有着很正确传输性能和较高实用性能及较为简单工艺加工性能，符合机械传动方案设计要求。
3. 槽轮尺寸计算
结合本课题设计要求，对槽轮各部分尺寸进行计算
1. 槽轮槽数z 按工位要求选择z=4
2. 中心距L 选定L=100mm
3. 圆销半径r 按结构选定为r=10mm
4. 槽轮每次转位时主动件转角 2α=90°
5. 槽间角 2β=90°
6. 主动件到圆销中心半径 R1=173mm
7. 槽轮外圆半径 R2=174mm
8. 槽轮槽深 h=67mm
9. 运动系数 k=1/4
4.部分齿轮尺寸计算
1. 依据槽轮运转情况选定模数m m=2
2. 部分齿轮11半径R11=40mm z=20
3.部分齿轮12半径R12=160 z=20
5. 直动圆柱凸轮尺寸计算
图即为凹槽凸轮简图，因为次凸轮轮廓曲线为一空间曲线，不能直接在平面上表示，但圆柱面展开为平面后，次凸轮就成为一平面移动凸轮。此时能够用设计盘形凸轮轮廓曲线方法做出圆柱凸轮轮廓曲线展开图。

圆柱凸轮简图
将圆柱外表面展开，得一长度为2R平面移动凸轮机构，其移动速度为V ，以反向移动平面凸轮，相对运动不变，滚子反向移动后其中心点轨迹即为理论轮廓线，其内外包络线为实际轮廓线。V-
用AutoCAD拟合出位移线图以下图所表示，

凸轮位移线
确定圆柱凸轮最大半径为Rm=50mm，长度L=120mm，则用AutoCAD作出其尺寸轮廓图，图所表示：

圆柱凸轮轮廓图
七、仿真运动及图表分析
位移图表
（该图由solidworksmotion分析得出）
速度图表
（该图由solidworksmotion分析得出）
加速度图表
（该图由solidworksmotion分析得出）
八、课程设计小结
为期10天课程设计到这也就算结束了，在这10天中，我感觉收获颇深，从刚开始接到任务书迷茫、不知所措，到以后到图书馆、网上、问学长逐步了解，再到现在略懂一二，真正体会到了课程设计乐趣。
经过此次课程设计，我也愈加喜爱机械原理这门课，也经过课程设计，愈加好应用了理论课上所学知识，在大脑中形成了更深印象，我想这对以后工作全部有一定好处；此次课程设计也培养了我独立思索，看图，画图，熟练应用AutoCAD，UG等常见画图软件，为以后工作学习全部打下了坚实基础；另外，经过课程设计，我也略微了解了一个机构从构想，到设计，到修改，最终到试验出成品过程，对以后工作学习全部有一定帮助；在这10天短短课程设计中，同学们一起查资料，一起研究方案，选择机构运动方案，愈加加深了同学们之间友谊，也让我们知道了团结合作关键性，也让我们学会了团体协调、分工技能，而且也培养了我严谨，认真思索良好习惯。
最终，首先感谢老师们对此次课程设计大力支持和悉心指导，还有要感谢和我一起战斗过同学们主动配合和协作。这10天时间，即使辛劳但有是欢乐；即使乏味，但也有成就感。相信这次课程设计会成为我大课时段一次美好回想！
九、参考文件
1.《机械原理》孙恒等主编
2.《机械原理课程设计》王淑仁主编
3.working model教程（电子版）
4. 《工程制图AutoCAD实训教程》
5. 《solidworks从入门到精通》
6. 《工程图学》