多工位變速鉆床設(shè)計【四工位】

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多工位變速鉆床設(shè)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(chǔ)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(fù)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(shù)的發(fā)展并在機床領(lǐng)域得到應(yīng)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(shè)計出我國自己的高性能機床。 現(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(fù)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)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俣缺菿=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(shè)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。 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 圖1.2 四工位專用機床樹狀功能圖 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 刀具（主軸箱） 工 作 行 程 空 回 行 程 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(guān)機械設(shè)計手冊），以滿足三種工藝動作的需要。 電動機1，n電1 刀具轉(zhuǎn)動 a) 電動機2 ,n電2 工作臺間歇轉(zhuǎn)動 主軸箱往復(fù)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(xué)矩陣 分功能 分 功 能 解 （功能載體） 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 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、1.5 1－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Ⅰ 1－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(dǎo)致小帶輪轉(zhuǎn)速特別低，導(dǎo)致設(shè)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(shè)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?。粶p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(yīng)用廣泛。 綜上，選擇方案Ⅱ 1.5 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(shè)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(shù)設(shè)計 2.1 傳動系統(tǒng)技術(shù)設(shè)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(yīng)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(shù)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(shù)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×mm L×(AC/2+AD)×HD 中心高/mm H 安裝尺寸/mm A×B 軸伸尺寸/ mm×mm×mm D×E 380×282.5×245 100 190×140 28×60 2. 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 n3 = n4 = （2）各軸的功率 查機械設(shè)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 P2= P1η帶η帶減=2.8 ×0.96 ×0.94=2.527KW III軸 P3= P2η減軸承η聯(lián)軸器η軸承=2.527×0.94×0.992×0.99=2.333 KW IV軸 P4= P3η齒η軸承=2.333×0.98×0.99=2.263 KW V 軸 P5=P4η齒η軸承=2.263×0.98×0.99=2.196KW VI 軸 P6= P5η齒η軸承=2.196×0.98×0.99=2.130 KW VII軸 P7= P4η聯(lián)軸器η軸承=2.130×0.992×0.99=2.092 KW 2.1.2 V帶及帶輪的設(shè)計 1.確定計算功率Pca(KW) （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 Pca=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 ，Dmin=75mm,取D1 =75mm。 （2）驗算帶的速度v（m/s） m/s （3）計算D2 D2= i帶D1=4×75=300mm 4. 確定中心距a和帶的基準長度ld 由下式初選a0 0.7（D1＋D2）

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