2604 多工位變速鉆床設計,多工位,變速,鉆床,設計
1工 作 臺 刀 具 主 軸 箱A1nn234機 架多工位變速鉆床設計第 1 章 緒 論1.1 機床的發(fā)展與現(xiàn)狀金屬切削機床是人類在改造自然的長期生產(chǎn)實踐中，不斷改進生產(chǎn)工具的基礎上產(chǎn)生和發(fā)展起來的。最原始的機床是依靠雙手的往復運動，在工件上鉆孔。隨著加工對象材料的變化和社會的進步，機床的種類也隨著增加，功能也越來越多。近年來，由于新技術的發(fā)展并在機床領域得到應用，使機床的發(fā)展更加迅猛。多樣化、精密化、高效化、自動化是這一時代機床發(fā)展的基本特征。也就是說，機床的發(fā)展緊密迎合社會生產(chǎn)的多種多樣和越來越高的要求。我國的機床工業(yè)是在新中國成立后建立起來的。50 多年來，我國的機床工業(yè)獲得了高速發(fā)展。目前我國已經(jīng)形成了布局比較合理、比較完善的機床工業(yè)體系。機床的性能也在逐漸提高，有些機床的性能已經(jīng)接近世界先進水平。但與世界水平相比，還是有較大的差距。因此，要想縮短與先進國家的差距，我們必須開發(fā)設計出我國自己的高性能機床?，F(xiàn)代金屬切削機床的主要發(fā)展趨勢是：提高機床的加工效率，提高機床的自動化程度以及進一步提高機床的加工精度和減小表面粗糙度值。1.2 機床的用途及分類鉆床是孔加工用機床，主要用來加工外形較復雜，沒有對稱回轉(zhuǎn)軸線的工件上的孔。在鉆床上加工時，工件不動，刀具作回轉(zhuǎn)主運動，同時沿軸向移動，完成進給運動。鉆床可完成鉆孔、擴孔 、鉸孔等工作。 鉆床可分為：立式鉆床、臥式鉆床、臺式鉆床、搖臂鉆床，深孔鉆床及其它鉆床等。本次設計的四工位專用鉆孔機床是臥式鉆床，四工位專用機床是在四個工位上分別完成相應的裝卸工件、鉆孔、擴孔、鉸孔工作，如圖 1.1 所示。它的執(zhí)行機構(gòu)有兩個：一是裝有四工位工件的回轉(zhuǎn)工作臺，二是裝有專用電動機的帶動的三把刀具的主軸箱。主軸箱每向左移動送進一次，在四個工位上分別完成相應的裝卸工件、鉆孔、擴孔、鉸孔工作。當主軸箱右移退回到刀具離開工件后，工作臺回轉(zhuǎn) 90 度，然后主軸箱再次左移。很明顯 ，對某一個工件來 圖 1.1 四工位專用機床執(zhí)行動作圖說，要在四次工作循環(huán)后完成裝 、鉆、擴、鉸、卸等工序。但對于專用機床來說，一個循環(huán)就有一個工件完成上述全部工序。四工位專用機床可以大批量加工零件，大大提高了工作效率和自動化程度。1.3 設計要求1）刀具頂端離開工作表面 65mm,快速移動送進 60mm 后，再勻速送進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?；爻毯凸ぷ餍谐痰钠骄俣缺?K=2； 2）刀具勻速進給速度為 2mm/s；工件裝、卸時間不超過 10s；3）生產(chǎn)率為 75 件/h；4）執(zhí)行機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。1.4 四工位專用機床的總體方案設計1.4.1 工藝動作分解和機械運動循環(huán)圖本機床主要有兩個執(zhí)行機構(gòu)件—回轉(zhuǎn)工作臺和主機箱。它可分解為下列幾個工藝動作：1）安置工件的工作臺要求進給間歇轉(zhuǎn)動的速度為 n2（r/min） 。2）安裝刀具的主軸箱能實現(xiàn)靜止、快進、進給、快退的動作。3）刀具以速度 n1（r/min）轉(zhuǎn)動來切削工件。根據(jù)上述要求可畫出樹狀功能圖，如圖 1.2 所示。圖 1.2 四工位專用機床樹狀功能圖四工位專用機床機床工作臺間歇轉(zhuǎn)動的速度為 n2主軸箱進、退刀運動刀具轉(zhuǎn)動速度為n1（r/min ）靜止快進進給快退電動機 1，n 電1由生產(chǎn)率可求出一個運動循環(huán)所需時間 T=3600/75 s = 48s,刀具勻速送進 60mm所需時間 t 勻 =60/2 s=30 s，刀具其余移動（包括快速送進 60mm，快速返回 120mm）共需 18s，回轉(zhuǎn)工作臺靜止時間為 36s，因此足夠工件的裝、卸所需時間。其機運動循環(huán)情況如表 1.1 所示。表 1.1 機械運動循環(huán)情況執(zhí)行構(gòu)件 運 動 情 況工 作 行 程 空 回 行 程刀具（主軸箱）刀具在工件外 刀具在工件內(nèi) 刀具在工件外回轉(zhuǎn)工作臺 轉(zhuǎn) 位 靜 止 轉(zhuǎn) 位1.4.2 四工位專用機床的機構(gòu)選型和機械運動方案的評定圖 1.3 為四工位專用機床的運動轉(zhuǎn)換功能圖。選用兩個電動機，由三條傳動來實施運動轉(zhuǎn)換（其符號含義見圖 1.2 及有關機械設計手冊） ，以滿足三種工藝動作的需要。a)工作臺間歇轉(zhuǎn)動主軸箱往復移動 s=s(t)b)圖 1.3 四工位專用機床運動轉(zhuǎn)換功能圖表 1.2 四工位專用機床形態(tài)學矩陣分 功 能 解 （功能載體）分功能1 2 3 4 5減速 A 帶傳動 鏈傳動 蝸桿傳動 齒輪傳動 擺線針輪傳動刀具轉(zhuǎn)動電動機 2 ,n 電2電 動 機 12345678910911213電 動 機 1234678035減速 B 帶傳動 鏈傳動 蝸桿傳動 齒輪傳動 行星傳動工作臺間歇轉(zhuǎn)動 C 圓柱凸輪間歇 機構(gòu) 弧面間歇 機構(gòu) 曲柄搖桿棘 輪機構(gòu) 不完全齒輪 機構(gòu) 槽輪機構(gòu)工作臺間歇轉(zhuǎn)動 D 移動推桿圓柱 凸輪機構(gòu) 擺動推桿盤形凸輪機構(gòu) 擺動推桿盤形凸輪與滑 塊機構(gòu) 曲柄滑塊 機構(gòu) 六桿機構(gòu)下面有兩種總統(tǒng)布局方案可供選擇：見圖 1.4、1.51－電動機 2－擺線針輪傳動機構(gòu) 3－小帶輪 4－V 帶 5－減速帶輪 6，7－齒輪 8－槽輪機構(gòu) 9－回轉(zhuǎn)工作臺 10－移動推桿圓柱凸輪機構(gòu) 11－刀具主軸箱圖 1.4 四工位專用機床總體布局方案Ⅰ1－電動機 2－小帶輪 3－ V 帶 4－減速帶輪 5－減速軸承 6，7－齒輪 8，9－齒輪 10－不完全齒輪機構(gòu) 11－回轉(zhuǎn)工作臺 12－主軸箱 13－移動推桿圓柱凸輪機構(gòu)圖 1.5 四工位專用機床總體布局方案Ⅱ方案Ⅰ采用擺線針輪傳動系統(tǒng)直接和電動機 1 相連來實現(xiàn)減速，導致小帶輪轉(zhuǎn)速特別低，導致設計的帶輪無法滿足要求，擺線針輪減速比過大，使機床結(jié)構(gòu)變大，又其電動機和 V 帶傳動都在機體內(nèi)部，使系統(tǒng)產(chǎn)生震動，使機器的精度降低。方案 Ⅱ?qū)㈦妱訖C和 V 帶傳動設在機體外部，可減小機床的震動；使用減速帶輪和減速軸承結(jié)合的減速方式可使機床的結(jié)構(gòu)變小；減速帶輪節(jié)約空間，減速軸承傳動效率高，節(jié)約能源；采用的不完全齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，制造容易，比槽輪機構(gòu)等其他間歇運動機構(gòu)應用廣泛。綜上，選擇方案Ⅱ1.5 本章小節(jié)本章簡單介紹了機床的發(fā)展、現(xiàn)狀、用途、分類以及四工位專用機床的設計要求，最后詳細介紹了四工位專用機床的總體方案的選擇、評定與確定。第 2 章 四工位專用機床的技術設計2.1 傳動系統(tǒng)技術設計2.1.1 電動機 1 的選擇1. 電動機參數(shù)的確定電動機的功率消耗主要有兩部分：一部分是工作臺的轉(zhuǎn)動，估計 P 轉(zhuǎn)盤 =0.8 KW ；一部分是移動推桿圓柱凸輪機構(gòu)帶動工作臺左右移動所消耗的功率約為 P 進 =1.6 KW。則總功率為 P 總 =P 轉(zhuǎn)盤 ＋ P 進 =0.8 KW＋ 1.6 KW = 2.4 KW。估計傳動系統(tǒng)總機械效率 η總 為 0.85，則電動機的功率至少應為 P 電 = P 總 /η總 =2.4/0.85=2.82 KW.由此選擇 Y100L2－4 型 Y 系列鼠籠三相異步電動機。 P 額 =3 KW。其主要技術數(shù)據(jù)、外形和安裝尺寸見表 2.1：表 2.1 電動機主要技術數(shù)據(jù)、外形和安裝尺寸表型號 額定功率/ KW 滿載轉(zhuǎn)速 r/min 最大轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩）Y801－4 3 1420 2.2外形尺寸/ mm×mm×mmL×(AC/2+AD)×HD中心高/mmH安裝尺寸 /mmA×B軸伸尺寸/ mm×mm×mmD×E380×282.5×245 100 190×140 28×602. 確定各傳動機構(gòu)的傳動比因 n 電 =1420r/min，n 工作機 =1.25 r/min 則外總傳動比為 i 總 =n 電 / n 工作機=1420/1.25=1136 由帶傳動比不易太大,故取帶傳動比 i 帶 =4,減速帶輪傳動比 i 帶減=12.636,減速軸承的傳動比 i 減軸承 =10,齒輪 6、7 的傳動比 i6，7 =2.2, 齒輪 8、9 的傳動比 i8,9=1。3. 計算各軸的轉(zhuǎn)速和功率（1）各軸的轉(zhuǎn)速n1= n 電 =1420 r/min min/09.28i/63.2402 rri ???帶 減帶 電n3 = i/1.in/198i減 軸 承n4 = i/28.i/.27,63rri?（2）各軸的功率查機械設計手冊，效率取 η帶 =0.96，η 齒 =0.98，η 軸承 =0.99，η 聯(lián)軸器 =0.992，η 減軸承 =0.94，η 帶減 =0.94。電動機的輸出功率估計為 2.8KW.I 軸 P1=P0= 2.8KW.II 軸 P 2= P1η帶 η帶減 =2.8 ×0.96 ×0.94=2.527KWIII 軸 P3= P2η減軸承 η聯(lián)軸器 η軸承 =2.527×0.94×0.992×0.99=2.333 KWIV 軸 P4= P3η齒 η軸承 =2.333×0.98×0.99=2.263 KWV 軸 P 5=P4η齒 η軸承 =2.263×0.98×0.99=2.196KWVI 軸 P6= P5η齒 η軸承 =2.196×0.98×0.99=2.130 KWVII 軸 P7= P4η聯(lián)軸器 η軸承 =2.130×0.992×0.99=2.092 KW2.1.2 V 帶及帶輪的設計1.確定計算功率 Pca(KW) PcaK?（2.1）由此電機每天工作 16 個小時，載荷變動小。由參考文獻[6]查表選取 KA=1.1，又 P=3KW,則 P ca=1.1×3KW=3.3 KW。2.選擇帶型根據(jù)計算的功率 Pca =3.3 KW 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1=1420r/min,選用普通 V 帶 A 型。3.確定帶輪的基準直徑 D1 和 D2（1）初選小帶輪的基準直徑 D1。根據(jù) V 帶截面型，參考文獻 [6]查表選取。D1≥Dmin ，D min=75mm,取 D1 =75mm。（2）驗算帶的速度 v（m/s）m/s1π nπ 754205.6061????（3）計算 D2 D2= i 帶 D1=4×75=300mm4. 確定中心距 a 和帶的基準長度 ld由下式初選 a0 0.7（D 1＋D 2）
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