0079-四工位專(zhuān)用機(jī)床設(shè)計(jì),四工位,專(zhuān)用,機(jī)床,設(shè)計(jì) 四工位專(zhuān)用機(jī)床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 (1) 刀具頂端離開(kāi)工件表面65mm(圖1)，快速移動(dòng)送進(jìn)60mm接近工件后，勻速送進(jìn)60 mm(前5mm為刀具接近工件時(shí)的切入量，工件孔深45mm，后10mm為刀具切出量)，然后快速返回?；爻毯凸ぷ餍谐痰钠骄俦?行程速度變化系數(shù))K＝2。 (2) 刀具勻速進(jìn)給速度為2mm/s；工件裝、卸時(shí)間不超過(guò)10s (3) 生產(chǎn)率為每小時(shí)約75件。 (4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)裝入機(jī)體內(nèi)，機(jī)床外形尺寸見(jiàn)圖1。 (5) 傳動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min，功率為1.5Kw。 2 工藝動(dòng)作分解及機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圈 2.1 工藝動(dòng)作分解 本四工位專(zhuān)用機(jī)床主要有兩個(gè)執(zhí)行構(gòu)件——回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和主軸箱。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸箱作來(lái)回移動(dòng)。 由生產(chǎn)率可求出一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)所需時(shí)間 ： 刀具勻速送進(jìn)60mm所需時(shí)間，刀具其余移動(dòng)內(nèi)（包括快速送進(jìn)60mm，快速返回120mm）共需18s。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)截止時(shí)間為36s，因此足夠工件的裝、卸所需時(shí)間。 2.2 機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圈 其機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)情況如表所示。 表 機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)情況 執(zhí)行構(gòu)件 運(yùn)動(dòng)情況 刀具 主軸箱 工作行程 返回行程 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(tái) 轉(zhuǎn)位 靜止 轉(zhuǎn)位 3 機(jī)構(gòu)選型和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的確定 3.1 機(jī)構(gòu)選型 四工位專(zhuān)用機(jī)床的主輪箱往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)和回傳工作臺(tái)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可由下表所列來(lái)選擇。 表 四工位專(zhuān)用機(jī)床機(jī)構(gòu)的選擇情況 刀具 （主軸箱） 圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán) 形凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪一連桿機(jī)構(gòu) 平面連桿機(jī)構(gòu) 工件回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 槽 輪 機(jī) 構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 3.2 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的確定 根據(jù)表所列的機(jī)構(gòu)形態(tài)矩陣，可以組合成的四工位專(zhuān)用機(jī)床的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案有12種。不完全齒輪機(jī)構(gòu)沖擊性大，容易引起振動(dòng)；凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不易定位，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)都能夠?yàn)闄C(jī)構(gòu)；槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)定位，其沖擊性相對(duì)較小，所以工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用槽輪機(jī)構(gòu)。另外，由于兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并且機(jī)床主軸箱有確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以主軸箱往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)選用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，容易保證主軸箱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)速比和變速機(jī)構(gòu)[11] 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為1.5KW、轉(zhuǎn)速為1000r／min。由生產(chǎn)率要求，主軸箱移動(dòng)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件轉(zhuǎn)速為1.25r／min。因此機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為：，其傳動(dòng)系統(tǒng)采用四級(jí)：第一級(jí)V帶傳動(dòng)（=4）、第二級(jí)用行星輪系傳動(dòng)（=25）、第三級(jí)用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)（=4）、第四級(jí)采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)（）。 5 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 主軸箱移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用槽輪機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖如下圖所示。 圖 四工位機(jī)床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 6 對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和各機(jī)構(gòu)的尺度計(jì)算 6.1 計(jì)算各級(jí)傳動(dòng)效率、轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩 查表可得各種傳動(dòng)的傳動(dòng)效率[6]：帶傳動(dòng)=0.97 齒輪傳動(dòng)=0.98 滾動(dòng)軸承=0.99 行星輪系=0.904 6.1.1 傳動(dòng)效率： 第一級(jí)傳動(dòng)： 第二級(jí)傳動(dòng)： 第三級(jí)傳動(dòng)： 第四級(jí)傳動(dòng)： 6.1.2 各軸轉(zhuǎn)速： 軸I： 軸II： 軸III： 軸IV： 6.1.3 輸出功率： 軸I： 軸II： 軸III： 軸IV： 6.1.4 輸出轉(zhuǎn)矩： 軸I： 軸II： 軸III： 軸IV： 6.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)[1] 電機(jī)功率P=1.5KW，轉(zhuǎn)速n=1000r/min傳動(dòng)比為=4。 6.2.1 確定計(jì)算功率 查表可得工作情況系數(shù)=1.1，故 =P=1.11.5KW=1.65KW 6.2.2 選擇V帶的帶型 根據(jù)、n選取A型。 6.2.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速v 1) 粗選小帶輪的基準(zhǔn)直徑=75mm。 2）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。 6.2.4 確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 1）粗定中心距=300mm。 2）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為=1250mm。 3)計(jì)算實(shí)際中心距a 6.2.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角 6.2.6 計(jì)算帶的根數(shù) 1）計(jì)算單根V帶的額定功率。 由=75和n=1000r/min，查表得到=0.9576KW。 根據(jù)n=1000r/min，=4和A型帶，查表得。 查表得包角修正系數(shù)及V帶的長(zhǎng)度系數(shù)=1.01，于是 2） 計(jì)算V帶的根數(shù)z 取2根。 6.2.7 計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值 查表得A型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.1kg/m，所以 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力。 6.2.8 計(jì)算壓軸力 壓軸力的最小值為 6.2.9 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大帶輪，安裝帶輪的軸的直徑為d=25mm。由，所以大帶輪采用孔板式。帶輪的寬度通過(guò)查手冊(cè)可得B=2f+e=2×10+15=35mm。 ， ， ， 小帶輪直徑=100mm，電機(jī)軸軸徑d=20mm。采用腹板式結(jié)構(gòu)。寬度B=35mm。 ， ， 6.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)[1] 6.3.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 輸入功率,小齒輪轉(zhuǎn)速n=10r/min，傳動(dòng)比為=4。由于軸向力很小，可忽略不計(jì)，故采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 ①選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1）機(jī)床對(duì)轉(zhuǎn)位要求比較嚴(yán)格，精度較高，故選用6級(jí)精度（GB 10095-88） 2）材料選擇。由手冊(cè)選小齒輪材料為40Cr（調(diào)制）硬度為280HBS，大齒輪 選用45鋼（調(diào)制）硬度為240HBS，二者硬度差為40HBS 。 3）初選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。 ② 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即 （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值 1）試選取載荷系數(shù)。 2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 3）查手冊(cè)選取齒寬系數(shù)：由于兩支承相對(duì)小齒輪做不對(duì)稱(chēng)布置，故， 查手冊(cè)選取材料的彈性系數(shù)。 4）按齒面硬度查手冊(cè)得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；。 5）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：按照工作壽命15年（設(shè)每年工作300天），兩班制計(jì)算。 6）查手冊(cè)取接觸疲勞壽命系數(shù)；。 7）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1 。 （2）計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 2） 計(jì)算圓周速度v。 3）計(jì)算齒寬b。 4）計(jì)算齒寬與齒高之比。 模數(shù) 齒高 5)計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù)v=0.0057m/s,6級(jí)精度，由手冊(cè)查得動(dòng)載系數(shù)。 直齒輪， 由手冊(cè)查得使用系數(shù).50； 由手冊(cè)查得6級(jí)精度，小齒輪作懸臂布置，。由b/h=5.370，查手冊(cè)得 6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 （3）計(jì)算模數(shù)。 ③ 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值 1）查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限； 2） 查手冊(cè)得彎曲疲勞壽命系數(shù)； 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 4）計(jì)算載荷系數(shù)。 5)查取齒形系數(shù) 6)查取應(yīng)力校正系數(shù) 7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值較大。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度計(jì)算得的模數(shù)1.243并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值（取稍大點(diǎn)的值）m=2mm。 ④ 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算中心距 （2）計(jì)算分度圓直徑 （3）計(jì)算齒輪寬度 取， （4）齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸 小齒輪采用實(shí)心結(jié)構(gòu) 大齒輪采用腹板式結(jié)構(gòu) 1）小齒輪（齒輪1）的尺寸 z=20 =40mm m=2 d=25mm =30mm ha=ha*m=1×2=2mm hf=( ha*+c*)m=(1+0.25)×2=2.5mm h=ha+hf=2+2.5=4.5mm da=d1＋2ha=45.4mm df=d1－2hf=36.4mm p=πm=6.28mm s=πm/2=3.14×2/2=3.14mm e=πm/2=3.14×2/2=3.14mm c=c*m=0.25×2=0.5mm 2）大齒輪（齒輪2）的尺寸 由軸可 得 z2=80 m=2 =25mm d=50mm ha=ha*m=1×2=2mm hf=(1＋0.5)×2=2.5mm h=ha+hf=2+2.5=4.5mm da=d2＋2ha=164mm df=d1－2hf=155mm p=πm=6.28mm s=πm/2=3.14×2/2=3.14mm e=πm/2=3.14×2/2=3.14mm c=c*m=0.25×2=0.5mm ，取C=10mm 6.3.2 軸III至軸IV的低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 輸入功率,小齒輪轉(zhuǎn)速n=2.5r/min，傳動(dòng)比為=2。 具體計(jì)算過(guò)程略?？紤]到整體結(jié)構(gòu)尺寸以及軸上零件的互不干涉情況，定中心距為a=180mm，齒輪模數(shù)為m=2。所以齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： ①小齒輪（齒輪3）：分度圓直徑為d=120mm。 ②大齒輪（齒輪4）： 分度圓直徑d=240mm。 6.3.3 軸III至軸VI的低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 輸入功率,小齒輪轉(zhuǎn)速n=2.5r/min，傳動(dòng)比為=2。 具體計(jì)算過(guò)程略?？紤]到整體結(jié)構(gòu)尺寸以及軸上零件的互不干涉情況，定中心距為a=250mm，齒輪模數(shù)為m=2。所以齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： ①小齒輪（齒輪5）：分度圓直徑d=169mm。 ②大齒輪（齒輪6）分度圓直徑d=338mm。 6.3.4 齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì) ①齒輪做成雙聯(lián)齒輪（齒輪22-66），模數(shù)為m=1，齒數(shù)分別為z1=22，z2=66。分度圓直徑d1=22mm，d2=66mm。其具體結(jié)構(gòu)尺寸如下所示： ②齒條 一個(gè)齒條與圓柱凸輪機(jī)構(gòu)中的小凸輪相連，另外一齒條在主軸箱上，這里就不重復(fù)說(shuō)明了。 6.4 行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)[5]/[7] 輸入功率，輸入轉(zhuǎn)速，輸入轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)比=25。 6.4.1 輪系的選擇 根據(jù)傳動(dòng)比要求，選擇2K-H行星齒輪傳動(dòng)。其傳動(dòng)比范圍為1～50 ，最佳使用范圍為5～25。其傳動(dòng)效率為0.904 其傳動(dòng)比計(jì)算公式為。由i=25確定各齒輪齒數(shù)為： 。 取模數(shù)m=2，各齒輪的分度圓直徑為： 6.4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)齒頂圓直徑時(shí)，做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪；當(dāng)齒頂圓直徑時(shí)，做成腹板式結(jié)構(gòu)）可得： ① 齒輪a分度圓直徑為34mm，做成實(shí)心結(jié)構(gòu)，材料為40Cr（調(diào)制），齒輪寬為B=30mm。結(jié)構(gòu)尺寸如下： ② 齒輪b齒頂圓直徑，做成腹板式結(jié)構(gòu)，齒輪材料選用45鋼（調(diào)制），各參數(shù)如下： ③ 齒輪c和齒輪d做成雙聯(lián)齒輪，材料為40Cr（調(diào)制），具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： ④ 行星架做成軸與連桿相連的形式，軸徑為20mm，其具體結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖： 6.5 槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[4] 由機(jī)床的整體安裝高度為850mm以及其他傳動(dòng)的中心距可得槽輪機(jī)構(gòu)的中心距為a=150mm。由機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求可知，槽輪的槽數(shù)Z=4，主動(dòng)撥盤(pán)的圓銷(xiāo)數(shù)n=1。其具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 6.5.1 撥盤(pán)： 6.5.2 槽輪： 6.6 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[4] 6.6.1 圓柱凸輪的參數(shù)： 通常直動(dòng)滾子從動(dòng)件的圓柱凸輪的許用壓力角[]=25度-35度。過(guò)理論廓曲線上任意一點(diǎn)做法線nn, nn與y軸的夾角即為機(jī)構(gòu)的壓力角。因此基圓柱半徑必須滿足：半徑大于等于最大速度比上角速度與許用壓力角正弦的積。即公式 另外大速度，可減小圓柱凸輪的行程，故在18a/b處兩齒輪的齒數(shù)比值為3，由此計(jì)算得出其半徑為95.44mm。由于圓柱凸輪的行程經(jīng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)擴(kuò)大了3倍，而主軸箱的總位移為120mm，所以圓柱凸輪的行程為40mm。 經(jīng)過(guò)考慮取半徑為125mm，長(zhǎng)度取80mm。 6.6.2 主凸輪輪廓線及其運(yùn)動(dòng)曲線 ①快進(jìn)行程0—45度，五次多項(xiàng)式曲線； ②工進(jìn)行程45—170度，一次多項(xiàng)式曲線 170—195度，五次多項(xiàng)式曲線； ③快回行程195—292.5度，正弦加速度曲線； ④近休292.5—360度。 位移和輪廓線 速度線（上圖） 加速度線(上圖) 6.6.3 滾子---齒條 6.7 各級(jí)軸的設(shè)計(jì)[1] 6.7.1 軸I設(shè)計(jì)： ① 選擇軸的材料及其熱處理 由于傳遞的功率不大，對(duì)其重量和尺寸也無(wú)特殊要求故選擇常用材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理. ② 估計(jì)軸徑 按功率P=1.44KW,轉(zhuǎn)速為n=240r/min初估軸的直徑,查表得=103至126,考慮到安裝聯(lián)軸器的軸段僅受扭矩作用.取=110則: Dmin= 軸的最小直徑顯然是安裝行星齒輪的地方，即=20mm。 ③ 初選軸承 軸選軸承為6006型深溝球軸承。 根據(jù)軸承確定軸安裝軸承的直徑為: D=30mm 即=30mm。 ④ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）各軸直徑的確定 初估軸徑后,句可按軸上零件的安裝順序,從右端開(kāi)始確定直徑.該軸軸段I安裝帶輪，直徑應(yīng)小于軸承的安裝直徑，故該段直徑為25mm。III段為軸肩，為了便于安裝軸承，取=36mm。 2）各軸段長(zhǎng)度的確定 軸段I的長(zhǎng)度為帶輪的寬度及帶輪和軸承之間定位用的套筒的長(zhǎng)度之和，=45mm。II、IV段安裝軸承，軸承寬度為13mm，考慮到軸承的定位，長(zhǎng)度應(yīng)略小于軸承的寬度，故=11mm。V段安裝齒輪和套筒，長(zhǎng)度應(yīng)為齒輪寬度與套筒長(zhǎng)度之和，=37mm。III段為軸肩，考慮到軸的總長(zhǎng)度，所以定為=83mm。所以軸的總長(zhǎng)度為187mm。 3）軸上零件的周向固定 為了保證良好的對(duì)中性，齒輪與軸選用過(guò)盈配合H7/r6。與軸承內(nèi)圈配合軸選用k6，齒輪與帶輪均采用A型普通平鍵聯(lián)接，（寬×高×長(zhǎng)）分別為6×6×25 GB1096-1979及鍵8×7×28 GB1096-1979。 4）.軸上倒角與圓角 為保證軸承內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面，根據(jù)軸承手冊(cè)的推薦，取軸肩圓角半徑為1mm。其他軸肩圓角半徑均為1mm。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB6403.4-1986，軸的左右端倒角均為1×45。 ⑤軸的強(qiáng)度校核 1）做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖中,。經(jīng)過(guò)計(jì)算得， 2）畫(huà)出彎矩圖 3）畫(huà)出扭矩圖 4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)扭矩圖以及周單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得，因，故安全。 6.7.2 軸II的設(shè)計(jì) 其設(shè)計(jì)方法同軸I，具體過(guò)程不再重復(fù)。軸的各個(gè)數(shù)據(jù)如下： 軸的最左端通過(guò)連桿與行星架H相連,往右依次安裝行星輪系中的齒輪b、軸承、高速級(jí)齒輪傳動(dòng)中的小齒輪1。 軸上零件的周向固定：為了保證良好的對(duì)中性，齒輪與軸選用過(guò)盈配合H7/r6。與軸承內(nèi)圈配合軸選用k6，連桿與齒輪均采用A型普通平鍵聯(lián)接，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為8×7×6 GB1096-1979及鍵8×7×25 GB1096-1979。 6.7.3 軸III的設(shè)計(jì) 其具體尺寸如下圖所示： 軸上零件的軸向固定：從左往右的第一段安裝齒輪3，選用普通A型平鍵，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為8×7×18 GB1096-1979。第三段和第八段安裝軸承。第六段安裝齒輪2，選用普通A型平鍵，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為14×9×18 GB1096-1979。最后一段安裝齒輪5，選用普通A型平鍵，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為8×7×25 GB1096-1979 6.7.4 軸IV的設(shè)計(jì) 軸上零件的周向固定：從左往右第三段安裝槽輪機(jī)構(gòu)中的撥盤(pán)，選用普通A型平鍵，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為12×8×40 GB1096-1979。第六段安裝齒輪4, 選用普通A型平鍵，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為10×8×18 GB1096-1979。 6.7.5 軸V的設(shè)計(jì) 軸上零件的周向固定：從左往右第三段安裝槽輪，選用普通A型平鍵，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為12×8×18 GB1096-1979 。 6.7.6 軸VI的設(shè)計(jì) 軸上零件的周向固定：從左往右第一段安裝齒輪6，選用普通A型平鍵，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為8×7×18 GB1096-1979。第五段安裝圓柱凸輪，選用普通A型平鍵，（寬b×高h(yuǎn)×長(zhǎng)L）分別為14×9×70 GB1096-1979。 6.8 床身及主軸箱設(shè)計(jì) 6.8.1 床身設(shè)計(jì) 根據(jù)各級(jí)傳動(dòng)的中心距，配合機(jī)床整體的外形尺寸，將其垂直安裝在床身上，按照前面的方案簡(jiǎn)圖，布置軸承的支撐位置，其具體機(jī)構(gòu)尺寸如下圖所示，這里主要說(shuō)明一下，導(dǎo)軌為閉式雙三角形導(dǎo)軌，俯視圖上開(kāi)的槽為主軸箱上的齒條安裝、運(yùn)動(dòng)所需，前視圖上，導(dǎo)軌下方布置了四個(gè)肋板，加強(qiáng)床身的強(qiáng)度及剛度。另外從床身側(cè)壁上引出了一根軸，用以安裝好、齒輪齒條機(jī)構(gòu)中的雙聯(lián)齒輪22-66。從床身頂部安裝了以滑軌，用以支撐齒條的直線運(yùn)動(dòng)。 6.8.2 主軸箱設(shè)計(jì) 主軸箱上有專(zhuān)用電機(jī)，用以帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)。電機(jī)帶動(dòng)主軸箱中的一個(gè)大齒輪與三個(gè)小齒輪嚙合，使刀具旋轉(zhuǎn)。主軸箱上還有與導(dǎo)軌相配合的滑槽，滑槽頂部開(kāi)有一小凹槽，減小摩擦，方便潤(rùn)滑。其具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 7 各機(jī)構(gòu)零件的三維建模 7.1 軸I零件建模 7.1.1 軸I建模[8] 通過(guò)【圓柱】命令，指定矢量（Y軸），指定點(diǎn)為原定，輸入直徑25mm，高度45mm，創(chuàng)建圓柱體。用同樣的方法在前一段圓柱體的頂部圓心位置創(chuàng)建軸I尺寸的圓柱體，得到如下圖所示的模型： 鍵槽：在需要?jiǎng)?chuàng)建鍵槽的地方插入基準(zhǔn)平面，然后再基準(zhǔn)平面上用【鍵槽】創(chuàng)建鍵槽。選擇矩形鍵槽（圖a），接下來(lái)選擇放置的面，即剛剛插入的基準(zhǔn)平面，接受默認(rèn)邊，選擇一段圓柱作為水平參考，得到圖示的鍵槽參數(shù)輸入對(duì)話框（圖b），確定之后，選擇第四個(gè)【垂直】（圖c），用以定位鍵槽。選擇如圖所示的Y-Z平面（圖d）與鍵槽豎直中心用以確定鍵槽的水平位置，選擇X-Z平面用以確定鍵槽的前后位置，最終得到鍵槽。用同樣的方法得到另一個(gè)鍵槽。如下圖e所示： 圖a 圖b 圖c 圖d 圖e 最后再經(jīng)過(guò)【倒斜角】，得到完整的軸。 7.1.2 帶輪建模 ①大帶輪 先按照帶輪的寬度創(chuàng)建一個(gè)圓柱體，在圓柱的端面上創(chuàng)建草圖，按照尺寸畫(huà)出兩個(gè)同心圓，進(jìn)行拉伸求差，得到端面上的凹槽；在凹槽底面插入基準(zhǔn)點(diǎn)，用【孔】命令創(chuàng)建孔，再通過(guò)【實(shí)例特征】中的【圓形陣列】，得到腹板上的孔； V帶槽的創(chuàng)建：在Y-Z平面上創(chuàng)建草圖，在帶輪的圓周面上相應(yīng)的位置畫(huà)出帶槽的截面形狀，退出草圖，進(jìn)行【掃略】，截面圖形選擇剛剛畫(huà)的草圖，引導(dǎo)線選擇帶輪圓柱底面的輪廓圓形，定位方式選擇矢量方向，指定矢量選擇底面圓形，確定后求差得到帶槽。經(jīng)過(guò)倒斜角、創(chuàng)建鍵槽后得到如圖所示的帶輪。 ②小帶輪 7.1.3 齒輪a建模[9] 通過(guò)專(zhuān)用的齒輪插件進(jìn)行齒輪的創(chuàng)建。輸入具體的參數(shù)得到相應(yīng)的齒輪，再經(jīng)過(guò)腹板、孔及鍵槽的創(chuàng)建得到完整的齒輪。如圖： 7.1.4 鍵的建模 按照鍵的尺寸在草圖上畫(huà)出其輪廓圖，退出草圖，進(jìn)行拉伸，得到鍵。 7.2 軸II零件建模 7.2.1 軸II建模 7.2.2 齒輪c-d建模 7.2.3 齒輪1建模 7.2.4 連桿、行星架建模 7.3 軸III零件建模 7.3.1 軸III建模 7.3.2 齒輪建模 齒輪2 齒輪3 齒輪5 7.4 軸IV零件建模 7.4.1 軸IV建模 7.4.2 齒輪建模 7.4.3 槽輪撥盤(pán)建模 7.5 軸V零件建模 7.5.1 軸V建模 7.5.2 槽輪建模 7.6 軸VI零件建模 7.6.1 軸VI建模 7.6.2 齒輪建模 7.6.3 圓柱凸輪建模 7.7床身級(jí)其他零件建模 7.7.1 床身建模 7.7.2 主軸箱建模 7.7.3 齒輪齒條建模 7.7.4 工作臺(tái)建模 7.7.5 其他零件建模 電機(jī) V 帶 主軸刀具，專(zhuān)用電機(jī)等 8 裝配 8.1 軸I裝配 8.1.1 帶輪及鍵的裝配 ①鍵的裝配 打開(kāi)UGNX 5.0，新建一個(gè)裝配文件z-zhou 1，一絕對(duì)原點(diǎn)的方式添加軸I，然后開(kāi)始裝配軸上的零件。用【添加組件】命令，添加鍵1，定位方式選擇配對(duì)，選擇鍵的底面和鍵槽的底面配對(duì)，然后將建的側(cè)面與鍵槽相對(duì)應(yīng)的側(cè)面以及鍵的圓柱面與鍵槽對(duì)應(yīng)的圓柱面進(jìn)行配對(duì)，最后得到鍵的裝配模型如圖a所示。 圖 a ②帶輪的裝配 以配對(duì)的方式添加帶輪，配對(duì)條件依次為： 配對(duì)：帶輪的輪轂的圓柱面->安裝帶輪的軸圓柱面 配對(duì)：帶輪鍵槽的側(cè)面->鍵上相應(yīng)的側(cè)面 距離：帶輪的外端面->軸的端面，距離為2mm 如圖所示b： 圖 b 8.1.2 齒輪及鍵的裝配 一配對(duì)的方式添加齒輪及鍵，鍵2的裝配方法如上所示。 齒輪的配對(duì)條件如下： 配對(duì)：齒輪的軸孔圓柱面->軸上相應(yīng)的圓柱面 配對(duì)：鍵槽的側(cè)面->鍵的側(cè)面 距離：齒輪的端面->軸的端面 如下圖c所示： 圖 c 8.1.3 軸承的裝配 添加軸承6006，將軸承孔的圓柱面與軸上相應(yīng)的圓柱面及軸承端面與軸肩的端面進(jìn)行配對(duì)。 最終得到軸I的總的裝配模型，如圖d所示： 圖 d 8.2 軸II裝配 軸II上的零件有：連桿、行星架、齒輪c-d、齒輪1、2個(gè)軸承6007、鍵 8.3 軸III裝配 軸III上的零件有：齒輪2、齒輪3、齒輪5、兩個(gè)軸承6008、鍵3、鍵10。 8.4 軸IV裝配 軸IV上的零件有：槽輪撥盤(pán)、齒輪4、兩個(gè)軸承6006、鍵6、鍵7。 8.5 軸V裝配 軸V上的零件有：槽輪、兩個(gè)軸承6006、鍵8。 8.6 軸VI裝配 軸VI上的零件有：齒輪6、圓柱凸輪、兩個(gè)軸承6007、鍵4、鍵9。 8.7 整體裝配 透明顯示： 9 運(yùn)動(dòng)仿真[3] 將裝配好的機(jī)床模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。單擊【開(kāi)始】按鈕，選擇【運(yùn)動(dòng)仿真】，進(jìn)入仿真模塊。右擊【運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器】上的裝配文件名，選擇【新建仿真】，在彈出的環(huán)境對(duì)話框中選擇【動(dòng)力學(xué)】，單擊【確定】。然后再?gòu)棾龅摹緳C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副向?qū)А繉?duì)話框中單擊【否】按鈕，自己添加連桿。 9.1 添加連桿 單擊【插入】，選擇【連桿】，進(jìn)行連桿添加。將床身、傳動(dòng)電機(jī)、齒輪b、和所有軸承設(shè)為固定連桿L001；電機(jī)軸、小帶輪設(shè)為連桿L002；大帶輪、軸I及鍵、齒輪a設(shè)為連桿3；將行星架、連桿、軸II及鍵、齒輪1設(shè)為連桿L004；將齒輪c-d設(shè)為連桿L005；將軸III及鍵、齒輪2、齒輪3、齒輪5設(shè)為連桿L006；將軸IV及鍵、槽輪撥盤(pán)、齒輪4設(shè)為連桿L007；將軸V及鍵、槽輪、工作臺(tái)設(shè)為連桿L008；將軸VI及鍵、齒輪6、圓柱凸輪設(shè)為連桿L009；將齒條-滾子設(shè)為連桿L010；將齒輪22-66設(shè)為連桿L011；將主軸箱及專(zhuān)用電機(jī)設(shè)為連桿L012；將專(zhuān)用電機(jī)軸及上的齒輪設(shè)為連桿L013；將三組刀具、刀柄及其上的齒輪分別設(shè)為連桿L014、L015、L016； 9.2 添加運(yùn)動(dòng)副 9.1.1 旋轉(zhuǎn)副 選擇【插入】/【運(yùn)動(dòng)副】，在L001的電機(jī)與電機(jī)軸之間加旋轉(zhuǎn)副，第一個(gè)連桿選擇小帶輪輪廓邊緣的圓周，這樣就完成了“選擇連桿”（L002）、“指定原點(diǎn)”（圓心）、“指定方位”（圓所在平面的法線）三個(gè)步驟。第二個(gè)連桿選擇床身，單擊【應(yīng)用】按鈕，完成旋轉(zhuǎn)副J002的添加。 同樣的方法添加后面的旋轉(zhuǎn)副。 9.1.2 滑動(dòng)副 選擇【插入】/【運(yùn)動(dòng)副】，在導(dǎo)軌與主軸箱之間添加滑動(dòng)副。第一個(gè)連桿選擇導(dǎo)軌的一個(gè)橫向棱邊，這樣就完成了“選擇連桿”（導(dǎo)軌）、“指定原點(diǎn)”（鼠標(biāo)位置點(diǎn)）、“指定方位”（導(dǎo)軌棱邊方向）三個(gè)步驟。第二個(gè)連桿選擇主軸箱，單擊應(yīng)用按鈕就完成了滑動(dòng)副的添加。 同樣的方法在兩個(gè)齒條與床身之間添加兩個(gè)滑動(dòng)副。 9.1.3 齒輪副 選擇【齒輪副】，在帶傳動(dòng)及各組齒輪傳動(dòng)上添加齒輪副。選擇齒輪傳動(dòng)中的另個(gè)齒輪各自的旋轉(zhuǎn)副，輸入相應(yīng)的傳動(dòng)比，單擊確定，完成齒輪副的添加。 9.1.4 3D接觸器 在槽輪機(jī)構(gòu)、圓柱凸輪機(jī)構(gòu)之間添加碰撞。右擊【運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器】上的仿真項(xiàng)目motion-1，選擇【新建連接器】/【3D接觸】，在彈出的【3D接觸】對(duì)話框中輸入數(shù)值（如圖）。 在【接觸體】中分別選擇滾子和凸輪，在二者之間添加碰撞。 9.3 設(shè)置運(yùn)動(dòng) 右擊電機(jī)與電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)副J002，選擇【編輯】，在驅(qū)動(dòng)類(lèi)型中選擇【恒定】，在初速度中填寫(xiě)電機(jī)轉(zhuǎn)速6000（）。同樣的方法給專(zhuān)用電機(jī)設(shè)置驅(qū)動(dòng)。 9.4 運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真 右擊【運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器】上的仿真項(xiàng)目motion-1，選擇新【建解算方案】，在彈出的對(duì)話框中，時(shí)間設(shè)置為48s，步數(shù)設(shè)置為100,單擊【確定】。 右擊【運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器】上新建立的解算方案Solution-1，選擇【求解】，進(jìn)行仿真計(jì)算。 計(jì)算完成后，選擇【動(dòng)畫(huà)】，進(jìn)行動(dòng)畫(huà)查看。 10 仿真結(jié)果與分析 針對(duì)仿真結(jié)果，主要做以下兩方面的分析： 10.1 主軸箱運(yùn)動(dòng)分析 題目對(duì)主軸箱的運(yùn)動(dòng)要求為： ① 刀具頂端離開(kāi)工件表面65mm(圖1)，快速移動(dòng)送進(jìn)60mm接近工件后，勻速送進(jìn)60 mm(前5mm為刀具接近工件時(shí)的切入量，工件孔深45mm，后10mm為刀具切出量)，然后快速返回。回程和工作行程的平均速比(行程速度變化系數(shù))K＝2。 ② 刀具勻速進(jìn)給速度為2mm/s。 10.1.1 主軸箱位移圖 從圖中可以看出，主軸箱的位移為120mm。主軸箱從圖中標(biāo)記位置開(kāi)始快速送進(jìn)60mm，位移曲線為一段拋物線AB;然后主軸箱勻速送進(jìn)60mm，位移曲線為一段近似的直線BC；接下來(lái)主軸箱快速后退，位移曲線為一段拋物線CDA。從圖中結(jié)果可以得出，設(shè)計(jì)結(jié)果基本滿足要求。 10.1.2 主軸箱速度圖 從圖中可以看出，主軸箱從圖中標(biāo)記位置開(kāi)始，先快速向右移動(dòng)60mm后以2mm/s的速度向右移動(dòng)，所以速度曲線如圖所示先為近似的一條加速直線，然后逐漸減速，為一條減速直線，當(dāng)速度減小到2mm/s的時(shí)候保持勻速運(yùn)動(dòng)，如圖中速度波動(dòng)不大的一條曲線。最后，主軸箱快速后退120mm，速度先升高后降低，速度曲線如圖所示。 速度基本滿足設(shè)計(jì)要求。 10.1.3 主軸箱加速度圖 10.2 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)分析 對(duì)工作臺(tái)的要求是：主軸箱每來(lái)回移動(dòng)一次，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)90°。并且工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)與主軸箱的移動(dòng)不發(fā)生干涉。 工作臺(tái)的角度位移圖： 從圖中可以看出，工作臺(tái)在主軸箱每一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，只回轉(zhuǎn)一次90°。與主軸箱的位移圖進(jìn)行對(duì)比，兩者之間并沒(méi)有發(fā)生干涉，滿足要求。 通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真及其結(jié)果可以看出此次設(shè)計(jì)基本滿足要求。機(jī)床的整體及各部分尺寸在給定范圍內(nèi)；通過(guò)裝配，未發(fā)現(xiàn)零件之間有干涉情況；機(jī)床的各個(gè)機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系達(dá)到運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。符合設(shè)計(jì)要求，此次設(shè)計(jì)是成功的！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 紀(jì)名剛等.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.2006年 北京 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