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1、全套CAD图纸，联系 153893706第1章 绪论1.1 机床的发展与现状金属切削机床是人类在改造自然的长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生和发展起来的。最原始的机床是依靠双手的往复运动，在工件上钻孔。随着加工对象材料的变化和社会的进步，机床的种类也随着增加，功能也越来越多。近年来，由于新技术的发展并在机床领域得到应用，使机床的发展更加迅猛。多样化、精密化、高效化、自动化是这一时代机床发展的基本特征。也就是说，机床的发展紧密迎合社会生产的多种多样和越来越高的要求。我国的机床工业是在新中国成立后建立起来的。50多年来，我国的机床工业获得了高速发展。目前我国已经形成了布局比较合理、比较完
2、善的机床工业体系。机床的性能也在逐渐提高，有些机床的性能已经接近世界先进水平。但与世界水平相比，还是有较大的差距。因此，要想缩短与先进国家的差距，我们必须开发设计出我国自己的高性能机床。现代金属切削机床的主要发展趋势是：提高机床的加工效率，提高机床的自动化程度以及进一步提高机床的加工精度和减小表面粗糙度值。1.2 机床的用途及分类钻床是孔加工用机床，主要用来加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔。在钻床上加工时，工件不动，刀具作回转主运动，同时沿轴向移动，完成进给运动。钻床可完成钻孔、扩孔 、铰孔等工作。 钻床可分为：立式钻床、卧式钻床、台式钻床、摇臂钻床，深孔钻床及其它钻床等。本次设计
3、的四工位专用钻孔机床是卧式钻床，四工位专用机床是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，如图1.1所示。它的执行机构有两个：一是装有四工位工件的回转工作台，二是装有专用电动机的带动的三把刀具的主轴箱。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90度，然后主轴箱再次左移。很明显 ，对某一个工件来 图1.1 四工位专用机床执行动作图说，要在四次工作循环后完成装 、钻、扩、铰、卸等工序。但对于专用机床来说，一个循环就有一个工件完成上述全部工序。四工位专用机床可以大批量加工零件，大大提高了工作效率和
4、自动化程度。1.3 设计要求1）刀具顶端离开工作表面65mm,快速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量).然后快速返回。回程和工作行程的平均速度比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75件/h； 4）执行机构能装入机体内。1.4 四工位专用机床的总体方案设计1.4.1工艺动作分解和机械运动循环图本机床主要有两个执行机构件回转工作台和主机箱。它可分解为下列几个工艺动作：1） 安置工件的工作台要求进给间歇转动的速度为n2（r/min）。2） 安装刀具的主轴箱能实现静止、快进、进给、快退的
5、动作。3） 刀具以速度n1（r/min）转动来切削工件。根据上述要求可画出树状功能图，如图1.2所示。四工位专用机床机床工作台间歇转动的速度为n2主轴箱进、退刀运动刀具转动速度为n1（r/min）静止快进进给快退 图1.2 四工位专用机床树状功能图由生产率可求出一个运动循环所需时间T=3600/75 s = 48s,刀具匀速送进60mm所需时间t匀=60/2 s=30 s，刀具其余移动（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需18s，回转工作台静止时间为36s，因此足够工件的装、卸所需时间。其机运动循环情况如表1.1所示。表1.1 机械运动循环情况执行构件运 动 情 况刀具（主轴箱）工
6、作 行 程空 回 行 程刀具在工件外刀具在工件内刀具在工件外回转工作台转 位静 止转 位1.4.2 四工位专用机床的机构选型和机械运动方案的评定图1.3为四工位专用机床的运动转换功能图。选用两个电动机，由三条传动来实施运动转换（其符号含义见图1.2及有关机械设计手册），以满足三种工艺动作的需要。电动机1，n电1刀具转动a) 电动机2 ,n电2 工作台间歇转动主轴箱往复移动s=s(t) b)图1.3 四工位专用机床运动转换功能图表1.2 四工位专用机床形态学矩阵分功能分 功 能 解 （功能载体）12345减速A带传动链传动蜗杆传动齿轮传动摆线针轮传动减速B带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动工作
7、台间歇转动C圆柱凸轮间歇机构弧面间歇机构曲柄摇杆棘轮机构不完全齿轮机构槽轮机构工作台间歇转动D移动推杆圆柱凸轮机构摆动推杆盘形凸轮机构摆动推杆盘形凸轮与滑块机构曲柄滑块机构六杆机构下面有两种总统布局方案可供选择：见图1.4、1.51电动机 2摆线针轮传动机构 3小带轮 4V带 5减速带轮 6，7齿轮 8槽轮机构 9回转工作台 10移动推杆圆柱凸轮机构 11刀具主轴箱图1.4 四工位专用机床总体布局方案1电动机 2小带轮 3V带 4减速带轮 5减速轴承 6，7齿轮 8，9齿轮 10不完全齿轮机构 11回转工作台 12主轴箱 13移动推杆圆柱凸轮机构图1.5 四工位专用机床总体布局方案方案采用摆线
8、针轮传动系统直接和电动机1相连来实现减速，导致小带轮转速特别低，导致设计的带轮无法满足要求，摆线针轮减速比过大，使机床结构变大，又其电动机和V带传动都在机体内部，使系统产生震动，使机器的精度降低。方案将电动机和V带传动设在机体外部，可减小机床的震动；使用减速带轮和减速轴承结合的减速方式可使机床的结构变小；减速带轮节约空间，减速轴承传动效率高，节约能源；采用的不完全齿轮机构的结构简单，工作可靠，制造容易，比槽轮机构等其他间歇运动机构应用广泛。综上，选择方案1.5 本章小节 本章简单介绍了机床的发展、现状、用途、分类以及四工位专用机床的设计要求，最后详细介绍了四工位专用机床的总体方案的选择、评定与
9、确定。第2章 四工位专用机床的技术设计2.1 传动系统技术设计2.1.1 电动机1的选择1. 电动机参数的确定电动机的功率消耗主要有两部分：一部分是工作台的转动，估计P转盘 =0.8 KW ；一部分是移动推杆圆柱凸轮机构带动工作台左右移动所消耗的功率约为P进=1.6 KW。则总功率为P总=P转盘 P进 =0.8 KW 1.6 KW = 2.4 KW。估计传动系统总机械效率总为0.85，则电动机的功率至少应为P电= P总/总=2.4/0.85=2.82 KW.由此选择Y100L24型Y系列鼠笼三相异步电动机。P额=3 KW。其主要技术数据、外形和安装尺寸见表2.1：表2.1 电动机主要技术数据、
10、外形和安装尺寸表型号额定功率/ KW满载转速r/min最大转矩（额定转矩）Y8014314202.2外形尺寸/ mmmmmmL(AC/2+AD)HD中心高/mmH安装尺寸/mmAB轴伸尺寸/ mmmmmmDE380282.524510019014028602. 确定各传动机构的传动比因n电=1420r/min，n工作机=1.25 r/min 则外总传动比为i总=n电/ n工作机=1420/1.25=1136由带传动比不易太大,故取带传动比i带=4,减速带轮传动比i带减=12.636,减速轴承的传动比i减轴承=10,齿轮6、7的传动比i6，7=2.2, 齿轮8、9的传动比i8,9=1。3. 计算
11、各轴的转速和功率（1）各轴的转速n1= n电=1420 r/minn3 =n4 = （2）各轴的功率查机械设计手册，效率取 带=0.96，齿=0.98，轴承=0.99，联轴器=0.992，减轴承=0.94，带减=0.94。电动机的输出功率估计为2.8KW.I 轴 P1=P0= 2.8KW.II 轴 P2= P1带带减=2.8 0.96 0.94=2.527KWIII轴 P3= P2减轴承联轴器轴承=2.5270.940.9920.99=2.333 KWIV轴 P4= P3齿轴承=2.3330.980.99=2.263 KWV 轴 P5=P4齿轴承=2.2630.980.99=2.196KWVI
12、 轴 P6= P5齿轴承=2.1960.980.99=2.130 KWVII轴 P7= P4联轴器轴承=2.1300.9920.99=2.092 KW2.1.2 V带及带轮的设计1.确定计算功率Pca(KW) （2.1）由此电机每天工作16个小时，载荷变动小。由参考文献6查表选取KA=1.1，又P=3KW,则 Pca=1.13KW=3.3 KW。2.选择带型根据计算的功率Pca =3.3 KW和小带轮的转速n1=1420r/min,选用普通V带A型。3.确定带轮的基准直径D1和D2（1）初选小带轮的基准直径D1。根据V带截面型，参考文献6查表选取。D1Dmin ，Dmin=75mm,取D1 =
13、75mm。（2）验算带的速度v（m/s）m/s（3）计算D2 D2= i带D1=475=300mm4. 确定中心距a和带的基准长度ld由下式初选a0 0.7（D1D2）a02（D1D2） （2.2）即 262.5a0750 取a0500mm 1614mm由参考文献6查表选取相近的ld , ld=1800mm，则 mm取a=600mm。5.验算1 保证11206.确定z z= （2.3）确定各参数1)求P0 , 由参考文献6查表, 插值法得 P0 =1.052)求, 由参考文献6查表, 插值法得=0.1653)求Ka , 由参考文献6查表,插值法得Ka=0.9145 4)求Kl , 由参考文献6查表,查得 K l =1.01z= 取z=37.求初拉力F0F0=176.43N安装时的初拉力 F=1.5F0=264.64N8.求Q Q=2ZFcos(/2)= 2ZFsin(1/2)=1559.97N9. V带轮的设计（1)带轮的材料 铸铁HT200（2)结构尺寸 小带轮采用腹板式结构 2.1.3减速带轮图2.1 外激波摆动活齿传动机构模型 图2.1为外激波摆动活齿传动的机构
