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文檔簡介
1、<p><b> 設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b> 設(shè)計任務(wù):</b></p><p> 1 按工藝動作過程擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖</p><p> 2 進行回轉(zhuǎn)臺間歇機構(gòu),主軸箱道具移動機構(gòu)的選型,并進行機械運動方案評價和選擇</p><p> 3 按選定的電動機和執(zhí)行
2、機構(gòu)的運動參數(shù)進行機械傳動方案的擬定</p><p> 4 對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸設(shè)計</p><p> 5 在2號圖紙上畫出最終方案的機構(gòu)運動簡圖</p><p> 6 編寫設(shè)計計算說明書</p><p><b> 設(shè)計要求:</b></p><p> 1 從刀具頂端離開工件
3、表面65mm位置,快速移動送進了60mm后,在勻速送進60mm(5mm刀具切入量,45mm工件孔深,10mm刀具切出量),然后快速返回?;爻毯凸ぷ餍谐痰乃俦认禂?shù)K=2。</p><p> 2 生產(chǎn)率約每小時60件。</p><p> 3 刀具勻速進給速度2mm/s,工件裝、卸時間不超過10s。</p><p> 4 執(zhí)行機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。</p>
4、<p><b> 機械運動方案設(shè)計</b></p><p> 根據(jù)專用機床的工作過程和規(guī)律可得其運動循環(huán)圖如下:</p><p> 該專用機床要求三個動作的協(xié)調(diào)運行,即刀架進給、卡盤旋轉(zhuǎn)和卡盤的定位。其工作過程如下: </p><p> 要確保在刀具與工件接觸時卡盤固定不動,刀具退出工件到下次接觸工件前完成卡盤旋轉(zhuǎn)動作。幾個
5、動作必須協(xié)調(diào)一致,并按照一定規(guī)律運動。</p><p><b> 機械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b> 一、原動機構(gòu):</b></p><p> 原動機選擇Y132S-4異步電動機,電動機額定功率P=5.5KW,滿載轉(zhuǎn)速n=1440r/min。</p><p><b>
6、 二、傳動機構(gòu):</b></p><p> 傳動系統(tǒng)的總傳動比為i=n/n6,其中n6為圓柱凸輪所在軸的轉(zhuǎn)速,即總傳動比為1440/1。采用渦輪蝸桿減速機構(gòu)(或外嚙合行星減速輪系)減速。</p><p> 三、執(zhí)行部分總體部局:</p><p> 執(zhí)行機構(gòu)主要有旋轉(zhuǎn)工件卡盤和帶鉆頭的移動刀架兩部分,兩個運動在工作過程中要保持相當精度的協(xié)調(diào)。因此,
7、在執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計過程中分為,進刀機構(gòu)設(shè)計、卡盤旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和減速機構(gòu)設(shè)計。而進刀機構(gòu)設(shè)計歸結(jié)到底主要是圓柱凸輪廓線的設(shè)計,卡盤的設(shè)計主要是間歇機構(gòu)的選擇。</p><p> 在執(zhí)行過程中由于要滿足相應(yīng)的運動速度,因此首先應(yīng)該對于原動機的輸出進行減速。下面先討論減速機構(gòu)傳動比的確定:由于從刀具頂端離開工件表面65mm位置,快速移動送進了60mm后,在勻速送進60mm(5mm刀具切入量,45mm工件孔深,10mm刀具切
8、出量),然后快速返回。要求效率是60件/小時,刀架一個來回(生產(chǎn)1個工件)的時間應(yīng)該是1分鐘。根據(jù)這個運動規(guī)律,可以計算出電機和工作凸輪之間的傳動比為1440/1。兩種方案的傳動比計算,參考主要零部件設(shè)計計算。</p><p> 下面討論執(zhí)行機構(gòu)的運動協(xié)調(diào)問題:有運動循環(huán)圖可知,裝上工件之后,進刀機構(gòu)完成快進、加工、退刀工作,退后卡盤必須旋轉(zhuǎn)到下一個工作位置,且在加工和退刀的前半個過程中卡盤必須固定不動,由于卡
9、盤的工作位置為四個,還要滿足間歇和固定兩個工作,于是選擇單銷四槽輪機構(gòu)(或棘輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)與定位銷協(xié)調(diào))解決協(xié)調(diào)問題,具體實現(xiàn)步驟參考“回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計”。由于進刀機構(gòu)的運動比較復(fù)雜,因此要滿足工作的幾個狀態(tài),用凸輪廓線設(shè)計的辦法比較容易滿足。廓線的設(shè)計參考主要零部件設(shè)計計算。</p><p><b> 機械傳動系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p> 1、渦輪蝸
10、桿減速器:</p><p> 采用如圖機構(gòu),通過渦輪蝸桿加上一個定軸輪系實現(xiàn)了:</p><p> 2、外嚙合行星齒輪減速器:</p><p> 采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動,實現(xiàn)傳動比:</p><p> 3、定軸輪系減速器:</p><p> 采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動,實現(xiàn):<
11、;/p><p> 主要零部件的設(shè)計計算</p><p><b> 減速機構(gòu)設(shè)計:</b></p><p> 方案一:渦輪蝸桿減速機構(gòu)</p><p><b> 結(jié)構(gòu)圖如下:</b></p><p> 1、蝸桿:m=5mm d=40mm(機械原理,p346,表10-7)
12、</p><p> 2、渦輪:(d=mz) m=5mm z2=20 d2=100mm z4=36 d4=180mm</p><p> 3、齒輪:此齒輪機構(gòu)的中心距a=135mm,模數(shù)m=5mm,采用標準直齒圓柱齒輪傳動,z5=18,z6=36,ha*=1.0,(d=mz,d5=90mm,d6=180mm)</p><p><b> 4、傳動
13、比計算:</b></p><p> 方案二:外嚙合行星齒輪減速器:</p><p><b> 結(jié)構(gòu)圖如下:</b></p><p> 圖示z1=10, z2=36, z3=18, z4=21, z5=20, z6=17, z7=14, z8=40</p><p> 傳動比計算:i18=i12iH6i7
14、8</p><p> 其中i12= -z2 /z1=-36/10</p><p><b> iH6=1/i6H</b></p><p><b> 所以 </b></p><p> 又i78=-z8/z7=-40/12</p><p><b> 所以<
15、;/b></p><p> 方案三:定軸輪系減速器</p><p> 圖示z1=17, z2=51, z3=12, z4=60, z5=12, z6=72, z7=13, z8=52,z9=12, z10=48,z11=48</p><p> 傳動比計算:i111==1440</p><p> 二、圓柱凸輪進刀機構(gòu)設(shè)計:<
16、/p><p><b> 1、運動規(guī)律:</b></p><p> 刀具運動規(guī)律:刀具快速進給60mm,勻速進給60mm(刀具切入量5mm,工件孔深45mm,刀具余量10mm),快速退刀。因為刀具勻速進給的速度為2mm/s,由此可得勻速進給的時間為30s,設(shè)快速進給的時間為x,快速退刀的時間為y,又因為其回程和工作的速比系數(shù)K=2,所以可得下列方程:</p>
17、<p> 30+x=2y (1)</p><p> 30+x+y=60 (2)</p><p> (1)(2)兩個方程聯(lián)立可以得出,x=10s , y=20s</p><p> 因此可以得出如下圖所示的刀架運動規(guī)律圖:</p><p> 60°
18、 240°</p><p><b> 2、凸輪廓線設(shè)計:</b></p><p> 進刀機構(gòu)的運動有凸輪的廓線來實現(xiàn),進刀的方向為安裝凸輪的軸的軸線方向,根據(jù)運動的特性,凸輪選擇圓柱凸輪,按照運動規(guī)律設(shè)計其廓線如下:</p><p> 回轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)設(shè)計:</p><p> 回轉(zhuǎn)工作臺的運動規(guī)律:
19、四個工作位置,每個工作位置之間相差90°,在工作過程中,旋轉(zhuǎn)90°,停止定位,進刀加工,快速退刀后,旋轉(zhuǎn)90°,進行下一個循環(huán)。在加工和退刀的前半段(即刀具與工件有接觸)時,必須將工作臺固定,由于卡盤的工作位置為四個,還要滿足間歇和固定兩個工作,1、采用單銷四槽槽輪機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:</p><p> 槽輪機構(gòu)中,當圓銷沒有進入槽輪的徑向槽時,由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外
20、凸鎖止弧卡住,故槽輪固定不動;當圓銷進入徑向槽時,鎖止弧的自鎖段被松開,槽輪在圓銷作用下旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)了間歇運動。因為卡盤每次旋轉(zhuǎn)90°,所以選擇四槽均布槽輪,剛好實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°的要求。</p><p> 2、采用棘輪機構(gòu),其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:</p><p> 機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu)來作為主動件,有運動循壞圖中可知:</p><p><b&
21、gt; 于是得:K>2.2</b></p><p> 所以極位夾角大于等于67.5°</p><p> 因此滿足停留時間的于轉(zhuǎn)動時間之間的比例關(guān)系,要求棘輪每次旋轉(zhuǎn)90°,因此搖桿的擺角也為90°。</p><p> 3、采用不完全齒輪機構(gòu),其結(jié)構(gòu)如下圖所示:</p><p> 不完全
22、齒輪的設(shè)計也是為了滿足間歇運動,不完全齒輪上有1/4上有齒,因此在嚙合過程中,有齒的1/4帶動完全齒輪旋轉(zhuǎn)90°,之后的270°由于沒有齒嚙合,完全齒輪不轉(zhuǎn)動,該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,在低速(1r/min)的轉(zhuǎn)動中可與忽略齒輪嚙合時的沖擊影響。故也能實現(xiàn)運動規(guī)律。</p><p> 圓柱凸輪定位銷機構(gòu)設(shè)計:</p><p> 由機構(gòu)運動循環(huán)圖可以看出,定位銷一共有兩個工作位
23、置,刀具在與工件接觸前必須將主軸固定住,刀具離開工件后到再次接觸前(即卡盤旋轉(zhuǎn)時)定位銷必須拔出。由于本機床中采用了槽輪機構(gòu),該機構(gòu)有固定功能,定位銷的主要作用是輔助定位,起保險作用!其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示</p><p> 執(zhí)行機構(gòu)和傳動部件的機構(gòu)設(shè)計</p><p><b> 一、方案設(shè)計</b></p><p> 根據(jù)該機床包含兩個執(zhí)行
24、機構(gòu),即主軸箱移動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。主軸箱移動機構(gòu)的主動件是圓柱凸輪,從動件是刀架,行程中有勻速運動段(稱工作段),并具有急回特性。要滿足這些要求,需要將幾個基本機構(gòu)恰當?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。實現(xiàn)上述要求的機構(gòu)組合方案可以有許多種。</p><p> 1、減速機構(gòu)的方案有:</p><p> ?、?、渦輪蝸桿減速機構(gòu)</p><p> ?、啤⑼鈬Ш闲行禽?/p>
25、系減速機構(gòu)</p><p> ⑶、定軸輪系減速機構(gòu)</p><p> 2、刀架規(guī)律性運動的方案有:</p><p> ?、拧A柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動:</p><p> ?、啤⒈P型凸輪—尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動</p><p> 3、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)方案:</p><p> ?、?、單銷四
26、槽槽輪機構(gòu)</p><p><b> ?、?、棘輪機構(gòu)</b></p><p><b> ?、?、不完全齒輪機構(gòu)</b></p><p> 4、定位銷方案:采用圓柱凸輪機構(gòu)實現(xiàn)</p><p><b> 二、方案比較</b></p><p><b&
27、gt; ?、?、減速機構(gòu)</b></p><p> 1、渦輪蝸桿減速器方案分析:</p><p> 此方案采用最普通的右旋阿基米德蝸桿。采用蝸桿傳動的主要原因有:</p><p> ?、?、傳動平穩(wěn),振動、沖擊和噪聲均較小;</p><p> ?、啤⒛芤詥渭墏鲃荧@得較大的傳動比,故結(jié)構(gòu)比較緊湊;</p><p&
28、gt; ?、?、機構(gòu)返行程具有自鎖性;</p><p> 本方案通過較為簡單的渦輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)了:</p><p> 的大傳動比。滿足了機構(gòu)要求的性能指標,而且結(jié)構(gòu)緊湊,節(jié)約空間。本方案存在的不足:由于渦輪蝸桿嚙合齒間的相對滑動速度較大,使得摩擦損耗較大,因此傳動效率較低,易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高的現(xiàn)象。磨損也較嚴重。解決的辦法是可以采用耐磨的材料(如錫青銅)來制造渦輪,但成本較高。<
29、/p><p> 2、外嚙合行星齒輪減速器方案分析:</p><p> 該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動,所選輪系為外嚙合行星齒輪系,采用齒輪機構(gòu)的原因是其在各種機構(gòu)中的運用比較廣泛,且制造過程簡單,成本較低,并且具有功率范圍大,傳動效率高,傳動比精確,使用壽命長,工作安全可靠等特點。方案中齒輪系為復(fù)合輪系,實現(xiàn)了:</p><p> 的大傳動比。且具有較高的傳
30、動效率。本方案中存在的不足是,齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊,占用空間較大。</p><p> 3、定軸輪系減速器方案分析:</p><p> 該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動,所選輪系為定軸輪系,采用該機構(gòu)的原因是運用廣泛,制造過程簡單,成本較低,并且具有功率范圍大,傳動效率高,傳動比精確,使用壽命長,工作安全可靠等特點。方案中輪系為定軸輪系,實現(xiàn)了:</p><p&g
31、t; 的大傳動比。本方案中存在的不足是,齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊,占用空間較大。</p><p> ?、妗⒌都芤?guī)律性運動機構(gòu)</p><p> 1、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動:</p><p> 該方案采用圓柱凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成,采用凸輪機構(gòu),是因為該機構(gòu)只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線,就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律,而且機構(gòu)簡單緊湊,但其不足在于凸輪
32、廓線與推桿之間為點,線接觸,易磨損。</p><p> 2、盤型凸輪—尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動:</p><p> 使用盤行凸輪機構(gòu)首先需要加圓錐齒輪等機構(gòu)將軸的傳動方向轉(zhuǎn)變,然后設(shè)計凸輪的廓線。此方案中凸輪的廓線設(shè)計中,其導程是旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù),在計算中難求得精確導程,因此凸輪廓線設(shè)計較復(fù)雜。故不考慮此方案。</p><p> ?、?、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)</p
33、><p> 1、單銷四槽槽輪機構(gòu)</p><p> 該方案采用槽輪機構(gòu),是因為該機構(gòu)構(gòu)造簡單,外形尺寸小,其機械效率高,并能較平穩(wěn)地,間歇地進行轉(zhuǎn)位。本方案中的不足在于在槽輪機構(gòu)的傳動過程中往往存在著柔性沖擊,故常用于速度不太高的場合。此機床中屬于低速旋轉(zhuǎn),因此槽輪機構(gòu)能夠滿足要求。</p><p><b> 2、棘輪機構(gòu)</b></p
34、><p> 該方案采用棘輪機構(gòu),是因為該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,運動可靠,而且棘輪軸每次轉(zhuǎn)過的角度可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié),與曲柄搖桿機構(gòu)配合使用使其具有急回特性。本方案中的不足在于棘輪機構(gòu)在工作時有較大的沖擊和噪音,而且運動精度較差,常用于速度較低和載荷不大的場合。此機床中屬于低速旋轉(zhuǎn),沖擊可以忽略,對于精度要求不是太高,因此該機構(gòu)能夠滿足要求。</p><p> 3、不完全齒輪機構(gòu):&
35、lt;/p><p> 該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動,此機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,加工安裝容易實現(xiàn),由于其中含標準件,有很好的互換性,有精確的傳動比,所以在工作過程中精度較高。此機構(gòu)的不足是由于在進入嚙合時有沖擊,會產(chǎn)生噪聲,齒輪在磨損過程中會對精度有一定影響。但是對于低速旋轉(zhuǎn)機構(gòu),此機構(gòu)能夠滿足使用要求。</p><p> ?、?、圓柱凸輪定位銷機構(gòu)</p><p> 該
36、方案采用圓柱凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成,采用凸輪機構(gòu),是因為該機構(gòu)只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線,就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律,而且機構(gòu)簡單緊湊。本方案中主要存在的不足在于凸輪廓線與推桿之間為點,線接觸,易磨損。</p><p> 最終設(shè)計方案和機構(gòu)簡介</p><p><b> 方案選擇:</b></p><p> 經(jīng)過方案分析與
37、比較,該機構(gòu)最終選擇如下方案組合:</p><p> 1、電機選擇Y132S-4型異步電動機。該電動機額定功率P=5.5KW,滿載轉(zhuǎn)速n=1440r/min。扭矩和功率均能滿足工作要求。</p><p> 2、傳動、減速機構(gòu)采用蝸輪蝸桿減速機構(gòu)。蝸輪蝸桿的最大優(yōu)點就是能實現(xiàn)大傳動比,結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間較小,傳動平穩(wěn),振動、沖擊和噪聲均較小,并且反行程能自鎖。使用該機構(gòu)對于機床的支撐外型
38、和外觀造型設(shè)計有很大優(yōu)勢。</p><p> 3、進刀方案選擇圓柱凸輪進刀。使用圓柱凸輪的主要原因是設(shè)計方便,通過廓線的設(shè)計可以完成比較復(fù)雜的進刀動作,圓柱凸輪的廓線較盤形凸輪簡單,操作方便。</p><p> 4、卡盤轉(zhuǎn)動選擇不完全齒輪機構(gòu)。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,較之其他機構(gòu)加工安裝容易實現(xiàn),由于其中含標準件,有很好的互換性,有精確的傳動比,所以在工作過程中精度較高。還有使用該機構(gòu)最大的優(yōu)
39、點是傳動比具有可分性,在中心距發(fā)生變化的情況下傳動比也能保持不變,保證了機床精度。</p><p> 5、定位主要采用圓柱凸輪定位銷機構(gòu)。凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成,采用凸輪機構(gòu),是因為該機構(gòu)只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線,就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律,而且機構(gòu)簡單緊湊,更便于設(shè)計。</p><p> 二、方案簡介及運動分析:</p><p> 根據(jù)上述
40、選擇的方案可得如下圖所示的機構(gòu)運動簡圖</p><p> 工作過程:電機12輸出1440r/min的轉(zhuǎn)速,由蝸輪蝸桿減速機構(gòu)將速度減為1r/min帶動凸輪10轉(zhuǎn)動,由凸輪廓線的特性帶動主軸箱完成快進、勻速、快退的運動過程。同時定位齒輪1將運動傳導不完全齒輪4和凸輪2,使工件每分鐘旋轉(zhuǎn)90°(15秒旋轉(zhuǎn),45秒間歇),通過2的廓線設(shè)計,使得旋轉(zhuǎn)完間歇期間由定位銷定住,在旋轉(zhuǎn)的期間定位銷松開。這樣就滿足了
41、機床的工作要求。</p><p><b> 參考資料</b></p><p> 1、孫桓,陳作模等主編.機械原理.第六版.北京:高等教育出版社,2001</p><p> 2、王三民主編.機械原理與設(shè)計課程設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2005</p><p> 3、王三民主編.機械原理課程設(shè)計.西北工業(yè)大學講義,200
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