1、機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計習(xí)題課機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計習(xí)題課題題1：C1325自動車床刀架機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案分析過程。自動車床刀架機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案分析過程。1、功能分析、功能分析功能要求：自動換刀，并能沿工件軸向完成進(jìn)給運(yùn)動。功能要求：自動換刀，并能沿工件軸向完成進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)刀凸輪進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)刀具刀具主軸主軸轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)塔刀架9工件工件齒條齒條714壓簧壓簧12圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)4曲柄曲柄5圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動3寬齒輪寬齒輪2齒輪齒輪1活動支架活動支架8定位銷定位銷10六槽輪機(jī)構(gòu)六槽輪機(jī)構(gòu)11613獲得系統(tǒng)的各個分功能獲得系統(tǒng)的各個分功能進(jìn)刀凸進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)輪機(jī)構(gòu)刀具刀具主軸主軸轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)塔刀架9

2、工件工件齒條齒條714壓簧壓簧12圓柱凸輪機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)4曲柄曲柄5圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動3寬齒輪寬齒輪2齒輪齒輪1活動支架活動支架8定位銷定位銷10六槽輪機(jī)構(gòu)六槽輪機(jī)構(gòu)11613功能要求：功能要求：自動換刀，軸向進(jìn)給自動換刀，軸向進(jìn)給功能分解：功能分解： 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)塔刀架每次轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)塔刀架每次轉(zhuǎn)過60 ；讓刀讓刀轉(zhuǎn)位前刀架先右退，以免刀具與工件干涉；轉(zhuǎn)位前刀架先右退，以免刀具與工件干涉；定位定位通過定位銷實(shí)現(xiàn)刀架的定位；通過定位銷實(shí)現(xiàn)刀架的定位；進(jìn)、退刀進(jìn)、退刀不轉(zhuǎn)時，精確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的進(jìn)退刀運(yùn)動。不轉(zhuǎn)時，精確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的進(jìn)退刀運(yùn)動。進(jìn)刀凸進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)輪機(jī)構(gòu)刀具刀具主軸主軸轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)塔刀架9工件

3、工件齒條齒條714壓簧壓簧12圓柱凸輪機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)4曲柄曲柄5圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動3寬齒輪寬齒輪2齒輪齒輪1活動支架活動支架8定位銷定位銷10六槽輪機(jī)構(gòu)六槽輪機(jī)構(gòu)116132、刀架機(jī)械傳動系統(tǒng)的工作過程、刀架機(jī)械傳動系統(tǒng)的工作過程退刀：退刀：壓簧壓簧12推桿推桿13回程回程齒輪齒輪6齒條齒條7活動支架活動支架8向右完成退刀向右完成退刀在一組工件加工完畢后在一組工件加工完畢后進(jìn)刀凸進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)輪機(jī)構(gòu)刀具刀具主軸主軸轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)塔刀架9工件工件齒條齒條714壓簧壓簧12圓柱凸輪機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)4曲柄曲柄5圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動3過寬齒輪過寬齒輪2齒輪齒輪1活動支架活動支架8定位銷定位銷10

4、六槽輪機(jī)構(gòu)六槽輪機(jī)構(gòu)11613讓刀：讓刀：過寬齒輪過寬齒輪2圓錐齒輪圓錐齒輪3圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)4拔出銷拔出銷1010同時，曲柄同時，曲柄5 5旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架支架8快速向右運(yùn)動實(shí)現(xiàn)讓刀快速向右運(yùn)動實(shí)現(xiàn)讓刀退刀的同時，齒輪退刀的同時，齒輪1 的離合器結(jié)合并開始轉(zhuǎn)動。的離合器結(jié)合并開始轉(zhuǎn)動。進(jìn)刀凸進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)輪機(jī)構(gòu)刀具刀具主軸主軸轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)塔刀架9工件工件齒條齒條714壓簧壓簧12圓柱凸輪機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)4曲柄曲柄5圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動3寬齒輪寬齒輪2齒輪齒輪1活動支架活動支架8定位銷定位銷10六槽輪機(jī)構(gòu)六槽輪機(jī)構(gòu)11613轉(zhuǎn)位：轉(zhuǎn)位：讓刀快結(jié)束時，槽輪開始轉(zhuǎn)位讓刀快結(jié)束時，槽輪開始轉(zhuǎn)位曲

5、柄曲柄5的后半圈的后半圈支架支架8向左移動完成復(fù)位向左移動完成復(fù)位定位：定位：轉(zhuǎn)位結(jié)束時，凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位結(jié)束時，凸輪機(jī)構(gòu)4的推桿擺動的推桿擺動插入定位銷插入定位銷10之后進(jìn)入下一個循環(huán)之后進(jìn)入下一個循環(huán)進(jìn)刀凸輪進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)刀具刀具主軸主軸轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)塔刀架9工件工件齒條齒條714壓簧壓簧12圓柱凸輪機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)4曲柄曲柄5圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動3寬齒輪寬齒輪2齒輪齒輪1活動支架活動支架8定位銷定位銷10六槽輪機(jī)構(gòu)六槽輪機(jī)構(gòu)11613進(jìn)給：進(jìn)給：推桿推桿13推程推程齒輪齒輪6齒條齒條7活動支架活動支架8向左完成進(jìn)給向左完成進(jìn)給刀架機(jī)械傳動系統(tǒng)的工作循環(huán)圖：刀架機(jī)械傳動系統(tǒng)的工作循環(huán)圖：圓柱

6、凸輪轉(zhuǎn)角圓柱凸輪轉(zhuǎn)角定位銷定位銷轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)塔活動支架活動支架定位定位拔出拔出靜止靜止轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位后退后退復(fù)位復(fù)位 0 90 180 270 360 組合方式主要以組合方式主要以串聯(lián)方式串聯(lián)方式為主，但在為主，但在I、II處采用了處采用了特殊的并聯(lián)方式特殊的并聯(lián)方式。進(jìn)刀凸輪進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)齒輪齒齒輪齒條機(jī)構(gòu)條機(jī)構(gòu)曲柄滑曲柄滑塊機(jī)構(gòu)塊機(jī)構(gòu)活動支架進(jìn)退活動支架進(jìn)退圓柱凸輪圓柱凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)圓柱圓柱齒輪齒輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)圓錐圓錐齒輪齒輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位定位銷進(jìn)退定位銷進(jìn)退III3、刀架機(jī)械傳動系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的組合方式及特點(diǎn)、刀架機(jī)械傳動系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的組合方式及特點(diǎn) 1 1）

7、進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)控制整個工件的加工過程進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)控制整個工件的加工過程，不同的工件需要換不同的凸輪。，不同的工件需要換不同的凸輪。2 2）后續(xù)串聯(lián)的齒輪齒條是為了后續(xù)串聯(lián)的齒輪齒條是為了轉(zhuǎn)換運(yùn)動形式并放大轉(zhuǎn)換運(yùn)動形式并放大。3）后續(xù)再串接一個曲柄滑快機(jī)構(gòu)，）后續(xù)再串接一個曲柄滑快機(jī)構(gòu)，以增大讓刀距離以增大讓刀距離。組合方式：組合方式：機(jī)構(gòu)功用分析：機(jī)構(gòu)功用分析：進(jìn)刀凸輪進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)齒輪齒齒輪齒條機(jī)構(gòu)條機(jī)構(gòu)曲柄滑曲柄滑塊機(jī)構(gòu)塊機(jī)構(gòu)活動支架進(jìn)退活動支架進(jìn)退圓柱凸輪圓柱凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)圓柱圓柱齒輪齒輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)圓錐圓錐齒輪齒輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位定位銷進(jìn)退定位

8、銷進(jìn)退III另外一條傳動路線中另外一條傳動路線中4)4)圓柱齒輪后串接圓錐齒輪機(jī)構(gòu)使為了圓柱齒輪后串接圓錐齒輪機(jī)構(gòu)使為了改變運(yùn)動方向改變運(yùn)動方向。5)5)圓錐齒輪機(jī)構(gòu)后并接槽輪機(jī)構(gòu)使為了圓錐齒輪機(jī)構(gòu)后并接槽輪機(jī)構(gòu)使為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位。6)6)并接圓柱凸輪機(jī)構(gòu)再串接連桿機(jī)構(gòu)是為了并接圓柱凸輪機(jī)構(gòu)再串接連桿機(jī)構(gòu)是為了實(shí)現(xiàn)定位的時序要求實(shí)現(xiàn)定位的時序要求。7)7)并接曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使為了并接曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使為了實(shí)現(xiàn)讓位實(shí)現(xiàn)讓位。 該機(jī)床應(yīng)完成該機(jī)床應(yīng)完成3個運(yùn)動個運(yùn)動刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動A1（實(shí)現(xiàn)工件的切削）、（實(shí)現(xiàn)工件的切削）、工作臺的間歇轉(zhuǎn)動工作臺的間歇轉(zhuǎn)動A2及及主軸主軸箱往復(fù)直線運(yùn)動箱

9、往復(fù)直線運(yùn)動A3（完成進(jìn)刀和退刀運(yùn)動）。（完成進(jìn)刀和退刀運(yùn)動）。 題題2：設(shè)計一四工位專用機(jī)床的技術(shù)方案，通過該技術(shù)方案：設(shè)計一四工位專用機(jī)床的技術(shù)方案，通過該技術(shù)方案來一次完成：來一次完成：鉆孔鉆孔擴(kuò)孔擴(kuò)孔鉸孔鉸孔3道工序。道工序。裝拆工件裝拆工件( () )鉆孔鉆孔( () )擴(kuò)孔擴(kuò)孔( () )鉸孔鉸孔( () )工作過程中有四個工位：工作過程中有四個工位：分析：分析：圖圖1 工件工件4550H61.6 在工作臺間歇轉(zhuǎn)動的運(yùn)動中，工作臺每次轉(zhuǎn)動在工作臺間歇轉(zhuǎn)動的運(yùn)動中，工作臺每次轉(zhuǎn)動90，轉(zhuǎn)一圈，完成一個工作循環(huán)轉(zhuǎn)一圈，完成一個工作循環(huán)。 A3工作臺工作臺主軸箱主軸箱圖圖2 2 機(jī)構(gòu)功能

10、示意圖機(jī)構(gòu)功能示意圖A1A2鉆孔鉆孔擴(kuò)孔擴(kuò)孔鉸孔鉸孔裝拆工件裝拆工件()()鉆孔鉆孔()()擴(kuò)孔擴(kuò)孔()()鉸孔鉸孔()() 解：該解：該四工位專用機(jī)床四工位專用機(jī)床設(shè)計任務(wù)明確，工藝原理清楚，類似機(jī)床的技術(shù)設(shè)計任務(wù)明確，工藝原理清楚，類似機(jī)床的技術(shù)過程成熟，所以，方案設(shè)計的前過程成熟，所以，方案設(shè)計的前3步（設(shè)計任務(wù)的抽象化，確定工藝原理，步（設(shè)計任務(wù)的抽象化，確定工藝原理，確定技術(shù)過程）可以省略。確定技術(shù)過程）可以省略。 1對主軸箱移動對主軸箱移動(A3)的要求的要求 一、設(shè)計要求和主要參數(shù)一、設(shè)計要求和主要參數(shù)由零件的加工工藝，可得到如下一些設(shè)計要求數(shù)據(jù)：由零件的加工工藝，可得到如下一些

11、設(shè)計要求數(shù)據(jù)： 根據(jù)設(shè)計任務(wù)中對機(jī)床工位所提出的要求：根據(jù)設(shè)計任務(wù)中對機(jī)床工位所提出的要求：裝拆工件裝拆工件()鉆孔鉆孔()擴(kuò)擴(kuò)孔孔()鉸孔鉸孔()，作出主軸箱的移動示意圖，如圖，作出主軸箱的移動示意圖，如圖3所示。所示。圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖工件工件初始位置初始位置快速送進(jìn)快速送進(jìn)慢進(jìn)切削慢進(jìn)切削快速返回快速返回刀具刀具由圖由圖3可以看出主軸箱移動經(jīng)過了可以看出主軸箱移動經(jīng)過了4個階段：個階段：（1）初始位置；）初始位置； （2）快速進(jìn)刀；）快速進(jìn)刀；（3）慢進(jìn)切削；）慢進(jìn)切削； （4）快速退回。）快速退回。刀具離工作表面距離刀具離工作表面距離S=65mm；圖圖3 主軸箱移

12、動示意圖主軸箱移動示意圖工件工件初始位置初始位置快速送進(jìn)快速送進(jìn)慢進(jìn)切削慢進(jìn)切削快速返回快速返回刀具刀具（1）初始位置：）初始位置：圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖工件工件S=65初始位置初始位置刀具刀具S1=60mm，t1=6s，V1=10mm/s；（2）快速進(jìn)刀：）快速進(jìn)刀：圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖工件工件S=65初始位置初始位置刀具刀具快速送進(jìn)快速送進(jìn)圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖工件工件S=65初始位置初始位置刀具刀具S1=60，t1=6sS1=60，t1=6s快速送進(jìn)快速送進(jìn)圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖工件工件S=65初始位置初始位置刀具

13、刀具（3）慢進(jìn)切削：）慢進(jìn)切削：10慢進(jìn)切削慢進(jìn)切削圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖工件工件S1=60，t1=6sS=65初始位置初始位置快速送進(jìn)快速送進(jìn)刀具刀具S2=60，t2=30s45 S2=60mm，t2=30s，V2=2mm/s；(包括切前包括切前5mm，切削，切削45mm，伸出工件，伸出工件10mm)；S3=120mm，t3=12s，V3=10mm/s。（4 4）快速退回：）快速退回：10慢進(jìn)切削慢進(jìn)切削圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖工件工件S1=60，t1=6sS=65初始位置初始位置快速送進(jìn)快速送進(jìn)刀具刀具S2=60，t2=30s45S3=120mm，t3=1

14、2s快速返回快速返回圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖S2=60，t2=30s慢進(jìn)切削慢進(jìn)切削工件工件S1=60，t1=6sS=654510初始位置初始位置快速送進(jìn)快速送進(jìn)刀具刀具 5原動機(jī)為籠型三相異步電動機(jī)，要求原動機(jī)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)中原動機(jī)為籠型三相異步電動機(jī)，要求原動機(jī)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝在機(jī)體之內(nèi)；執(zhí)行構(gòu)件：刀其和工件卡具以及工件伸在外面。的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝在機(jī)體之內(nèi)；執(zhí)行構(gòu)件：刀其和工件卡具以及工件伸在外面。 2對刀具切削運(yùn)動的要求對刀具切削運(yùn)動的要求由工件的材質(zhì)以及加工工藝要求，可得刀具切削運(yùn)動的主要參數(shù)：由工件的材質(zhì)以及加工工藝要求，可得刀具切削運(yùn)動的主要參數(shù)

15、：刀具轉(zhuǎn)動速度（刀具轉(zhuǎn)動速度（ndo）n1(r/min)；刀具切削時的移動速度刀具切削時的移動速度Vdo=2mm/s=V2。3工件裝卸時間工件裝卸時間不少于不少于10s，即，即tc10s。4生產(chǎn)效率：理論生產(chǎn)率生產(chǎn)效率：理論生產(chǎn)率Gth=75件件h(由生產(chǎn)率要求決定由生產(chǎn)率要求決定)四四工工位位專專用用機(jī)機(jī)床床圖圖4 四工位專用機(jī)床樹狀功能圖四工位專用機(jī)床樹狀功能圖刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動A1（n1）工作臺間歇轉(zhuǎn)動工作臺間歇轉(zhuǎn)動A22=90，n主軸箱進(jìn)退刀運(yùn)動主軸箱進(jìn)退刀運(yùn)動A3（S，V）靜止靜止快進(jìn)快進(jìn)慢進(jìn)慢進(jìn)快退快退 對四工位專用機(jī)床的總功能進(jìn)行分解，可以得到相應(yīng)的樹狀功能圖。對四工位專用

16、機(jī)床的總功能進(jìn)行分解，可以得到相應(yīng)的樹狀功能圖。二、四工位專用機(jī)床樹狀功能圖二、四工位專用機(jī)床樹狀功能圖 該機(jī)器屬于有多個執(zhí)行構(gòu)件的周期循環(huán)工作的機(jī)械系統(tǒng)，應(yīng)對它的運(yùn)動該機(jī)器屬于有多個執(zhí)行構(gòu)件的周期循環(huán)工作的機(jī)械系統(tǒng)，應(yīng)對它的運(yùn)動循環(huán)情況加以研究。循環(huán)情況加以研究。三、機(jī)械運(yùn)動循環(huán)情況三、機(jī)械運(yùn)動循環(huán)情況1完成一個工作循環(huán)的時間完成一個工作循環(huán)的時間 )/75(48756060hsT件生產(chǎn)率sttt36212302324（1）工作臺靜止時間）工作臺靜止時間t4：2工作臺回轉(zhuǎn)情況工作臺回轉(zhuǎn)情況 滿足裝卸工件的要求。滿足裝卸工件的要求。（2）工作臺轉(zhuǎn)動時間）工作臺轉(zhuǎn)動時間t5：sttt122126

17、2315工作臺靜止時間包括切削時間工作臺靜止時間包括切削時間t2和快退時刀具在工件內(nèi)的時間和快退時刀具在工件內(nèi)的時間t3/2。ss1036 min/25. 1/0208. 01241415rsrtr（2）工作臺轉(zhuǎn)動時間：）工作臺轉(zhuǎn)動時間：sttt1221262315工作臺轉(zhuǎn)動時間包括刀具快進(jìn)工作臺轉(zhuǎn)動時間包括刀具快進(jìn)60mm和快退和快退60mm的時間。的時間。（3）工作臺轉(zhuǎn)動速度：）工作臺轉(zhuǎn)動速度：由上面數(shù)據(jù)可作出四工位專用機(jī)床運(yùn)動循環(huán)表。由上面數(shù)據(jù)可作出四工位專用機(jī)床運(yùn)動循環(huán)表。S3=120mm，t3=12s快速返回快速返回圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖S2=60，t2=30s慢進(jìn)

18、切削慢進(jìn)切削工件工件S1=60，t1=6sS=654510初始位置初始位置快速送進(jìn)快速送進(jìn)刀具刀具S3=120mm，t3=12s快速返回快速返回圖圖3 主軸箱移動示意圖主軸箱移動示意圖S2=60，t2=30s慢進(jìn)切削慢進(jìn)切削工件工件S1=60，t1=6sS=654510初始位置初始位置快速送進(jìn)快速送進(jìn)刀具刀具表表1 四工位專用機(jī)床的運(yùn)動循環(huán)表四工位專用機(jī)床的運(yùn)動循環(huán)表靜止靜止t=t2+t3/2=36s 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動t3/2=6s轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動t1=6s工作臺工作臺刀具在工件外刀具在工件外S=15+60=75mmt=75/10=7.5s刀具在工件內(nèi)刀具在工件內(nèi)S=452+102=110mmt=45/2+4

19、5/10=27s刀具在工件外刀具在工件外S=60+5=65mmt=t1+5/2=8.5s向后運(yùn)動空回行程向后運(yùn)動空回行程 S0=S3=120mm t0=t3=12s向前運(yùn)動工作行程向前運(yùn)動工作行程 SW=S1+S2=60+60=120mm tw=t1+t2=6+30=36s主軸箱主軸箱 運(yùn)運(yùn) 動動 情情 況況執(zhí)行構(gòu)件執(zhí)行構(gòu)件行程行程s（mm）時間時間t（s）68.5364248065120175240 表中數(shù)據(jù)顯示了主軸箱和工作臺的運(yùn)動情況，各行程的起止時間和持續(xù)表中數(shù)據(jù)顯示了主軸箱和工作臺的運(yùn)動情況，各行程的起止時間和持續(xù)過程以及相互協(xié)調(diào)情況，過程以及相互協(xié)調(diào)情況，為了防止刀具在工件內(nèi)時，工

20、作臺轉(zhuǎn)動，留出了為了防止刀具在工件內(nèi)時，工作臺轉(zhuǎn)動，留出了t1=2.5s和和t2=6.5s的緩沖時間的緩沖時間。 縮小縮小放大放大變換變換阻隔阻隔傳導(dǎo)傳導(dǎo)分離分離貯存貯存合并合并EAEAEAEAEAEA1A2E1AE2E 、 A 的的類型不同類型不同(EA)(EA)(EA)(EA)EA(E=A)功能轉(zhuǎn)換圖中所采用的功能元符號功能轉(zhuǎn)換圖中所采用的功能元符號四、機(jī)構(gòu)選型與方案評定四、機(jī)構(gòu)選型與方案評定 由四工位專用機(jī)床的樹狀功能圖可以作出四工位專用機(jī)床運(yùn)動的由四工位專用機(jī)床的樹狀功能圖可以作出四工位專用機(jī)床運(yùn)動的功能轉(zhuǎn)功能轉(zhuǎn)化圖化圖，在功能轉(zhuǎn)化圖中，常用，在功能轉(zhuǎn)化圖中，常用物理功能元物理功能元的

21、符號如下：的符號如下： 用物理功能元符號可得四工位專用機(jī)床功能轉(zhuǎn)化圖：用物理功能元符號可得四工位專用機(jī)床功能轉(zhuǎn)化圖： 電動機(jī)電動機(jī)1減速減速分動分動刀具轉(zhuǎn)動刀具轉(zhuǎn)動a）刀具運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換圖）刀具運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換圖圖圖5 5 四工位專用機(jī)床運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換圖四工位專用機(jī)床運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換圖電動機(jī)電動機(jī)2減速減速A減速減速B分動分動變連轉(zhuǎn)動為間轉(zhuǎn)變連轉(zhuǎn)動為間轉(zhuǎn)工作臺間歇轉(zhuǎn)動工作臺間歇轉(zhuǎn)動變轉(zhuǎn)動為移動變轉(zhuǎn)動為移動主軸箱往復(fù)移動主軸箱往復(fù)移動b）工作臺和主軸箱運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換圖）工作臺和主軸箱運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換圖 (1)機(jī)床采用機(jī)床采用獨(dú)立驅(qū)動獨(dú)立驅(qū)動的方式，利用的方式，利用2臺電動機(jī)驅(qū)動整個系統(tǒng)的運(yùn)動：電動臺電動機(jī)驅(qū)動整個

22、系統(tǒng)的運(yùn)動：電動機(jī)機(jī)1驅(qū)動刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，電動機(jī)驅(qū)動刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，電動機(jī)2驅(qū)動工作臺間歇轉(zhuǎn)動和主軸箱往復(fù)移動。驅(qū)動工作臺間歇轉(zhuǎn)動和主軸箱往復(fù)移動。由功能轉(zhuǎn)換圖可看出：由功能轉(zhuǎn)換圖可看出： 采用采用獨(dú)立驅(qū)動獨(dú)立驅(qū)動的原因：獨(dú)立驅(qū)動可簡化運(yùn)動鏈，減少傳動件數(shù)目，減輕的原因：獨(dú)立驅(qū)動可簡化運(yùn)動鏈，減少傳動件數(shù)目，減輕機(jī)床重量；傳動裝置的布局、安裝、調(diào)整、維修方便。機(jī)床重量；傳動裝置的布局、安裝、調(diào)整、維修方便。 (3)工作臺間隙轉(zhuǎn)動和主軸箱移動的傳動系統(tǒng)有工作臺間隙轉(zhuǎn)動和主軸箱移動的傳動系統(tǒng)有5個分功能：個分功能：減速減速A、減速、減速B、分動、變連續(xù)轉(zhuǎn)動為間歇轉(zhuǎn)動、分動、變連續(xù)轉(zhuǎn)動為間歇轉(zhuǎn)動和和變連

23、續(xù)轉(zhuǎn)動為往復(fù)直線運(yùn)動變連續(xù)轉(zhuǎn)動為往復(fù)直線運(yùn)動。 (2)刀具轉(zhuǎn)動的傳動系統(tǒng)有刀具轉(zhuǎn)動的傳動系統(tǒng)有2個分功能：個分功能：減速減速和和分動分動； 系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速n=1.25r/min，主軸箱移動速度，主軸箱移動速度v=210mm/s，電，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速動機(jī)的轉(zhuǎn)速nd2=1000r/min左右左右(6級電動機(jī)級電動機(jī))，速比，速比80025. 11000i 采用一級減速無法實(shí)現(xiàn)，所以，采用二級減速的方式。其中一級采用帶采用一級減速無法實(shí)現(xiàn)，所以，采用二級減速的方式。其中一級采用帶傳動，傳動平穩(wěn)，有過載保護(hù)作用。傳動，傳動平穩(wěn)，有過載保護(hù)作用。 E（變轉(zhuǎn)動（變轉(zhuǎn)動為往復(fù)直線為往復(fù)

24、直線移動）移動）D（變連續(xù)（變連續(xù)轉(zhuǎn)動為間歇轉(zhuǎn)動為間歇轉(zhuǎn)動）轉(zhuǎn)動）C（分動）（分動）B（減速（減速B）A(減速減速A)54321功能載體功能載體分功能分功能 對于所找出對于所找出5個主要的分功能，通過尋找合適的功能載體，就可以作出個主要的分功能，通過尋找合適的功能載體，就可以作出工作臺和主軸箱傳動系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)矩陣。工作臺和主軸箱傳動系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)矩陣。 表表2 四工位專用機(jī)床的形態(tài)學(xué)矩陣四工位專用機(jī)床的形態(tài)學(xué)矩陣帶滑塊的帶滑塊的六桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動推桿擺動推桿盤形凸輪盤形凸輪與擺動滑與擺動滑塊機(jī)構(gòu)塊機(jī)構(gòu)移動推桿移動推桿盤形凸輪盤形凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)移動推桿圓移動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)

25、柱凸輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)不完全齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)曲柄搖桿曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)弧面凸輪弧面凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)齒輪傳動齒輪傳動行星齒輪行星齒輪傳動傳動齒輪傳動齒輪傳動蝸桿傳動蝸桿傳動鏈傳動鏈傳動帶傳動帶傳動擺線針輪擺線針輪傳動傳動齒輪傳動齒輪傳動蝸桿傳動蝸桿傳動鏈傳動鏈傳動帶傳動帶傳動方案方案1：A5 + B1 + C1 + D5 + E1 在建立系統(tǒng)形態(tài)學(xué)矩陣的過程中，對于運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換的功能載體，可以在建立系統(tǒng)形態(tài)學(xué)矩陣的過程中，對于運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換的功能載體，可以查閱運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換解法庫，通過許多種手冊都可以查到。查閱運(yùn)動功能轉(zhuǎn)換解法庫，通過許多種手冊都可以查到。由形態(tài)學(xué)

26、矩陣可得到的設(shè)計方案數(shù)為：由形態(tài)學(xué)矩陣可得到的設(shè)計方案數(shù)為：N=55155=625 在這些方案中剔除明顯不合理的方案，再根據(jù)能否滿足功能要求，運(yùn)動在這些方案中剔除明顯不合理的方案，再根據(jù)能否滿足功能要求，運(yùn)動鏈中機(jī)構(gòu)安排是否合理，制造難易程度，經(jīng)濟(jì)性、可靠性等因素，進(jìn)行綜合鏈中機(jī)構(gòu)安排是否合理，制造難易程度，經(jīng)濟(jì)性、可靠性等因素，進(jìn)行綜合評價，選出下面兩個較優(yōu)的方案。評價，選出下面兩個較優(yōu)的方案。 帶傳動帶傳動行星齒輪傳動行星齒輪傳動齒輪分動箱齒輪分動箱不完全齒輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)擺動推桿擺動推桿盤形凸輪與擺動滑塊機(jī)構(gòu)。盤形凸輪與擺動滑塊機(jī)構(gòu)。 五較優(yōu)的方案五較優(yōu)的方案 擺線針輪擺線針輪帶傳動

27、帶傳動齒輪分軸箱齒輪分軸箱槽輪槽輪移動推桿圓柱凸輪。移動推桿圓柱凸輪。方案方案2：A1 + B5 + C1 + D4 + E3E（變轉(zhuǎn)動（變轉(zhuǎn)動為往復(fù)直線為往復(fù)直線移動）移動）D（變連續(xù)（變連續(xù)轉(zhuǎn)動為間歇轉(zhuǎn)動為間歇轉(zhuǎn)動）轉(zhuǎn)動）C（分動）（分動）B（減速（減速B）A(減速減速A)54321功能載體功能載體分功能分功能表表2 四工位專用機(jī)床的形態(tài)學(xué)矩陣四工位專用機(jī)床的形態(tài)學(xué)矩陣帶滑塊的帶滑塊的六桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動推桿擺動推桿盤形凸輪盤形凸輪與擺動滑與擺動滑塊機(jī)構(gòu)塊機(jī)構(gòu)移動推桿移動推桿盤形凸輪盤形凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)移動推桿圓移動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)柱凸輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)

28、不完全齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)曲柄搖桿曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)弧面凸輪弧面凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)齒輪傳動齒輪傳動行星齒輪行星齒輪傳動傳動齒輪傳動齒輪傳動蝸桿傳動蝸桿傳動鏈傳動鏈傳動帶傳動帶傳動擺線針輪擺線針輪傳動傳動齒輪傳動齒輪傳動蝸桿傳動蝸桿傳動鏈傳動鏈傳動帶傳動帶傳動擺線針輪擺線針輪傳動傳動齒輪傳動齒輪傳動帶傳動帶傳動移動推桿圓移動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)柱凸輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu) 根據(jù)上述的運(yùn)動方案結(jié)論，選擇合適的比例尺可以畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖作根據(jù)上述的運(yùn)動方案結(jié)論，選擇合適的比例尺可以畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖作為方案示意圖。為方案示意圖。 六方案示意圖六方案示意圖方案方案1 1移動推桿圓柱移動推桿圓柱凸

29、輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)擺線針輪擺線針輪減速器減速器槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)電動機(jī)電動機(jī)2 2電動機(jī)電動機(jī)1 1作業(yè)：畫出機(jī)構(gòu)方案作業(yè)：畫出機(jī)構(gòu)方案2的運(yùn)動簡圖。的運(yùn)動簡圖。b b、鉆頭旋轉(zhuǎn)，工作臺帶動工件進(jìn)給；鉆頭旋轉(zhuǎn)，工作臺帶動工件進(jìn)給；題題3：多頭專用鉆：多頭專用鉆床床機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計。機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計。 設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一臺自動鉆床，用來同時設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一臺自動鉆床，用來同時加工圖示零件上的三個孔，并能自動送料。加工圖示零件上的三個孔，并能自動送料。30203-820205020101 1、確定工作原理確定工作原理 鉆削工藝：鉆頭一邊旋轉(zhuǎn)，同時相對于鉆削工藝：鉆頭一邊旋轉(zhuǎn)，同時相對于工件作移動。工件作移

30、動。a a、鉆頭旋轉(zhuǎn)，同時軸向進(jìn)給，工作臺靜止；鉆頭旋轉(zhuǎn)，同時軸向進(jìn)給，工作臺靜止；三種運(yùn)動方案：三種運(yùn)動方案：c c、工作臺旋轉(zhuǎn)，鉆頭作軸向進(jìn)給；工作臺旋轉(zhuǎn)，鉆頭作軸向進(jìn)給； 一般的鉆床多采用第一種方案，但本例是三軸專用鉆床，因工件小，工作臺輕，移動工作臺比移動三軸容易。故采用第二種方案。如車床上鉆孔送料機(jī)構(gòu)可以采用從料倉推送工件的方式。送料機(jī)構(gòu)可以采用從料倉推送工件的方式。工作臺工作臺送料桿送料桿料倉料倉三個執(zhí)行構(gòu)件：鉆頭、工作臺、送料桿三個執(zhí)行構(gòu)件：鉆頭、工作臺、送料桿2、執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動設(shè)計、執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動設(shè)計1）送料桿往右推出零件，并頂出加工好的零件；）送料桿往右推出零件，并頂出加工好

31、的零件；2）夾具將工件定位，并夾緊；）夾具將工件定位，并夾緊；3）送料桿返回，工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭；）送料桿返回，工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭；4）工作臺慢速工進(jìn)；）工作臺慢速工進(jìn)；5）鉆孔結(jié)束后，工作臺快速退回，完成一個循環(huán)。）鉆孔結(jié)束后，工作臺快速退回，完成一個循環(huán)。工藝過程：工藝過程：鉆頭的轉(zhuǎn)速：鉆頭的轉(zhuǎn)速： nc=1000v/(d)式中：式中：d鉆頭直徑，鉆頭直徑，d=8 mm v切削速度，查手冊，選用切削速度，查手冊，選用45鋼，可選鋼，可選v=12.5m/min； 1)工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭；工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭； 2)工作臺改用工作進(jìn)給速度先鉆凸臺工

32、作臺改用工作進(jìn)給速度先鉆凸臺上的孔，待鉆到上的孔，待鉆到 一定深度時，三個鉆頭才一定深度時，三個鉆頭才同時鉆進(jìn)，因工作阻力增加，所以進(jìn)給速同時鉆進(jìn)，因工作阻力增加，所以進(jìn)給速度應(yīng)減??；度應(yīng)減??； 3)鉆孔結(jié)束后，工作臺快速退回，完鉆孔結(jié)束后，工作臺快速退回，完成一個循環(huán)。成一個循環(huán)。工作臺為往復(fù)運(yùn)動，鉆孔工藝要求：工作臺為往復(fù)運(yùn)動，鉆孔工藝要求：代入得：代入得： nc 500 r/min30203-82020502010設(shè)工作臺完成一個工作循環(huán)所需的時間為設(shè)工作臺完成一個工作循環(huán)所需的時間為T1T1 = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 式中：式中：t1 =(10+3)/(s1 n

33、c)=0.13 min = 7.8 s 設(shè)單孔鉆削每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為設(shè)單孔鉆削每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為 s1 =0.2 mm/r ,單孔鉆削深度為單孔鉆削深度為10mm，并考慮，并考慮3mm的提前工作量：的提前工作量： t2三孔同時鉆削時間，設(shè)進(jìn)給量為三孔同時鉆削時間，設(shè)進(jìn)給量為 s2 =0.16 mm/r，單孔鉆削深度為，單孔鉆削深度為10mm，并考慮，并考慮3mm的越程量：的越程量： t3 快速接近時間，取快速接近時間，取 t3 =1.5 s；t4 快速退回時間，取快速退回時間，取 t4 =2.5 s；t5 工作臺停歇等待更換工件時間，取工作臺停歇等待更換工件時間，取 t5 =3 s。t2 =(10+3)/

34、(s2 nc)=0.163 min =9.8 st1單孔鉆削時間；單孔鉆削時間；工作臺一個工作循環(huán)總時間：工作臺一個工作循環(huán)總時間： T1 = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 =24.6 s工作臺每分鐘工作循環(huán)數(shù)：工作臺每分鐘工作循環(huán)數(shù)： n1 = 60/T1 =2.44r/min=nf 送料桿的運(yùn)動為往復(fù)直動，循環(huán)時間與工作臺相同：送料桿的運(yùn)動為往復(fù)直動，循環(huán)時間與工作臺相同： Ts = 24.6 s工作臺的行程：工作臺的行程： Hf = h0 + h1 + h2h0 工作臺快速趨近鉆頭的運(yùn)動距離，取工作臺快速趨近鉆頭的運(yùn)動距離，取h0 =15 mm；h1 單孔鉆削深度，取單孔

35、鉆削深度，取h1 =13 mm；h2 三孔同時鉆削深度，取三孔同時鉆削深度，取h2 =13 mm。 =41 mm送料桿的行程取工件的兩倍：送料桿的行程取工件的兩倍：Hs = 100 mm送料桿的運(yùn)動與工作臺的運(yùn)動必須協(xié)調(diào)，而鉆頭的旋轉(zhuǎn)與送料桿和工作臺之間的運(yùn)動是獨(dú)立的 凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角 0 90 180 270 360 送料桿送料桿 送料送料 靜靜 止止 送料送料工作臺工作臺 停止停止 單孔鉆單孔鉆 三孔鉆三孔鉆 快退快退快快進(jìn)進(jìn)工作循環(huán)圖：工作循環(huán)圖：3、原動機(jī)的選擇、原動機(jī)的選擇類型類型交流異步感應(yīng)電動機(jī)交流異步感應(yīng)電動機(jī) 由機(jī)床的工作要求確定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)額定轉(zhuǎn)數(shù)額定轉(zhuǎn)數(shù): nn = 1440

36、 r/min4、計算運(yùn)動鏈的總傳動比、計算運(yùn)動鏈的總傳動比切削運(yùn)動鏈的總傳動比：切削運(yùn)動鏈的總傳動比： ic = nn / nc =1440/500=2.88 進(jìn)給運(yùn)動鏈的總傳動比：進(jìn)給運(yùn)動鏈的總傳動比： if = is = nn / nf =1440/2.44=563 為了減少原動機(jī)的數(shù)量，三個鉆頭共用一個原動機(jī)。為了減少原動機(jī)的數(shù)量，三個鉆頭共用一個原動機(jī)。5、機(jī)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)選型（1）切削運(yùn)動鏈的設(shè)計）切削運(yùn)動鏈的設(shè)計 鉆頭作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動鏈的總傳動比為鉆頭作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動鏈的總傳動比為2.88，不需運(yùn)動轉(zhuǎn)換，但是，不需運(yùn)動轉(zhuǎn)換，但是需要需要減速減速。 三個鉆頭應(yīng)同向旋轉(zhuǎn)，且各鉆頭之間的距離很小，即要求三個鉆頭應(yīng)同向旋轉(zhuǎn)，且各鉆頭之間的距離很小，即要求具有運(yùn)動分解具有運(yùn)動分解功能功能，其尺寸受到限制。，其尺寸受到限制。 電動機(jī)軸一般為水平放置，與鉆頭的方向不一致，即要求電動機(jī)軸一般為水平放置，與鉆頭的方向不一致，即要求具有改變運(yùn)具有改變運(yùn)動軸線方向動軸線方向的功能。的功能。 電動機(jī)與鉆頭之間有較大的傳動距離，即要求電動機(jī)與鉆頭之間有較大的傳動距離，即要求運(yùn)動鏈作遠(yuǎn)距離傳動運(yùn)動鏈作遠(yuǎn)距離傳動。 具有減速功能的傳動有：齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動。考慮到速度較高，具有減速功能的傳動有：齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動?？紤]到速度