四工位机床课程设计说明书

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1、课程设计任务书1. 工作原理及工艺动作过程四工位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。它的执行动作有两个：一是装有四工位工件的回转运动；二是装有专用电动机带动三把专用的主轴箱的刀具转动和移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转为机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组成一个机构系统。2. 原始数据和设计要求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刀具切入量，如图1所示），然后快速返回，回程和工作行程的平均速度之比K=2。 图1 孔加工示意图2

2、)刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装、卸时间不超过10s。3)生产率为每小时75件。4)执行机构能装入机体内。5)传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。3. 设计方案提示1)回转台的间歇转动可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。 2)主轴箱的刀具移动可采用圆柱凸轮机构、移动从动杆盘形凸轮机构、凸轮-连杆机构、平面连杆机构等。 3)由生产率可求出一个运动循环所需时间T=60/(7560)s=48s,刀具进送时间t=60/2s=30s，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,因此足够工件装卸所需时

3、间。目 录一、功能分解和运动分析1.功能分解- 1 -2.运动分析- 2 -二、执行机构选型- 3 -三、传动机构选型- 3 -四、机械运动方案的选择- 4 -1方案的设计- 4 -2、方案比较- 6 -五.画出机械运动方案简图- 9-1.机器整体轮廓大小的确定- 9 -2.减速器的传动计算- 10 -3.槽轮的尺寸计算- 11 -4.直动推杆圆柱凸轮的尺寸设计- 12 -六、仿真运动及图表分析. -13-七、课程设计小结- 14 -八、参考文献- 15 -一、功能分解和运动分析1.功能分解通过对设计任务的了解，可以看出，四工位专用机床的加工部分可以分为如下几个工艺动作：1)安装工作台的间歇转

4、动。2)安装刀具的主轴箱应按要求进行静止、快进、进给、快退的工艺动作。3)刀具转动。画出四工位专用机床的动作要求图(如图2所示)。其中4位置为装卸位置，1位置为钻孔位置，2位置为扩孔位置，3位置为绞孔位置。 如图3所示跟据工艺动作推出其工作循环为： 图2 四工位专用机床动作要求图 图3 四工位专用机床功能图 该专用要求机床要求三个动作的协调运行，即刀架进给、卡盘旋转和卡盘的定位。要确保在刀具与工件接触时卡盘固定不动，刀具退出工件到下次工作前完成卡盘旋转动作。几个动作必须协调一致，并按照一定规律运动。2.运动分析传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。通过合适的减速机

5、构以及轮系机构，使工作台进行每次旋转90的间歇运动。1） 电动机作为驱动，通过减速器与其他轮系传动将符合要求的转速传递给工作回转台上的间歇机构，使其间歇转动。2） 在间歇机构开始一次循环时，安装并夹紧工件，间歇机构从0转至90。3） 间歇机构从 90转至 180，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速送进和快退）。4） 间歇机构从180转至 270，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速送进和快退）。5） 间歇机构从 270转至 360，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速和快退），并将加工好的工件取下。 图4 四工位专用机床执行机构的运动循环图说明：上图表明工作台和主轴箱配合运动，主轴箱快

6、速进刀60mm用时2s，匀速进刀60mm用时30s，快速回程用时16s。当主轴箱快速退刀时工作台转动090这样保证刀具与工件不会相撞，每转动90主轴箱往返一次，转动用时12s剩36s静止。二、执行机构选型 根据回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的执行动作和结构特点，可以选择如表格1所示的执行机构：功能元功能元解（匹配机构）12345工作台间歇运动圆柱凸轮机构蜗杆凸轮间歇机构曲柄摇杆棘轮机构不完全齿轮机构 槽轮机构主轴箱移动移动推杆圆柱凸轮移动推杆盘形圆柱凸轮摆动推杆盘形凸轮与摆杆滑块机构 曲柄滑块机构 六杆（带滑块）机构 表1 执行机构表由排列组合的原理可以计算得到，共有：N=5x5=25

7、种执行机构选择方案。对于工作台间歇机构的选择，为了保持传动的平稳和精度，可以选择槽轮机构和不完全齿轮机构；而对于主轴箱移动机构的选择，为了保持运动的精度和尽量减少冲击可以选择移动推杆圆柱凸轮机构和摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。三、传动机构选型由机构的运动情况分析得，机构的运动要求机构平稳运行，结合市场上提供的电动机转速及经济性选定转速n=960r/min的电动机，槽轮机构以及圆柱凸轮机构的转速n=60/48=1.25r/min,整个传动机的传动比为k=768,故需要分别引入减速机构来满足工作台间隙运动和主轴箱移动的运动要求。根据减速动作的精度和平稳要求，表2列出常用的减速机构：功能元功能元解

8、（匹配机构）12345减速器1带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动减速器2带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动 表2 减速机构的形态学矩阵由排列组合的原理可以计算得到，共有：N=5x5=25种减速机构选择方案。对于传动机构的选择，考虑到传动的精确性和机构制造工艺的难度高低，减速器常选带传动、蜗杆传动和齿轮传动。四、机械运动方案的选择1方案的设计图5 运动循环图图6 专用机床方案之一图7 专用机床方案之二图8 专用机床方案之三回转工作台作单向间歇运动，每次转过90；主轴箱往复移动各120mm，在工作行程中有快进和慢进两段，回程为快退(急回行程)。实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮、槽轮、凸轮、不

9、完全齿轮机构等，此外，还可采用某些组合机构；实现主轴箱往复急回运动的机构有连杆机构和凸轮机构等，两套机构均由一个电机带动，故工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。图6、7、8所示为其中的三个方案。图6、7中，工作台回转机构为槽轮机构，图8中为不完全齿轮机构。选择方案时，特别要注意以下几个方面：1)工作台回转以后是否有可靠的定位功能，主轴箱往复运动的行程在120mm以上，所选机构是否能在给定空间内完成该运动要求。2)机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下，传动链是否尽可能短，且制造、安装简便。3)加工对象的尺寸变更后，是否有可能方便地进行调整或改装。

10、四工位专用机床的运动机构组要由三部分组成：驱动机构、传动机构和执行机构。当驱动机构确定的情况下，其机械运动方案类型由传动机构的类型和执行机构的类型决定。由前面计算的排列组合的原理可得，共有N=25x25=625种运动方案选择。2方案比较1)减速机构涡轮蜗杆减速器方案分析：此方案采用最普通的右旋阿基米德蜗杆。优点：传动平稳，振动、冲击和噪声均较小；能以单级传动获得较大的传动比，故结构比较紧凑；机构返行程具有自锁性；通过较为简单的涡轮蜗杆机构实现了大的传动比；满足了机构要求的性能指标，而且结构紧凑，节约空间。缺点：由于涡轮蜗杆啮合齿间的相对滑动速度较大，使得摩擦损耗较大，因此传动效率较低，易出现发

11、热和温升过高的现象。磨损也较严重。解决的办法是可以采用耐磨的材料（如锡青铜）来制造涡轮，但成本较高。外啮合行星齿轮减速器方案分析：该方案采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，所选轮系为外啮合行星齿轮系。优点：在各种机构中的运用比较广泛，且制造过程简单，成本较低，并且具有功率范围大，传动效率高，传动比精确，使用寿命长，工作安全可靠等特点；方案中齿轮系为复合轮系，实现了大的传动比；且具有较高的传动效率。缺点：齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。定轴轮系减速器方案分析：该方案采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，所选轮系为定轴轮系。优点：运用广泛，制造过程简单，成本较低，并且具有功率范围大，传动效率高，传动比精

12、确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。方案中轮系为定轴轮系，实现了较大的传动比。缺点：齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。2)刀架规律性运动机构圆柱凸轮实现刀架规律性移动：优点：采用圆柱凸轮机构和连杆机构串联组成，采用凸轮机构，是因为该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损。3)回转工作台回转机构单销四槽槽轮机构 优点：采用槽轮机构，是因为该机构构造简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位。缺点：在槽轮机构的传动过程中往往存在着柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。此机床中属于低速旋

13、转，因此槽轮机构能够满足要求。 不完全齿轮机构： 优点：采用不完全齿轮啮合实现间歇运动，此机构结构简单，加工安装容易实现，由于其中含标准件，有很好的互换性，有精确的传动比，所以在工作过程中精度较高。缺点：由于在进入啮合时有冲击，会产生噪声，齿轮在磨损过程中会对精度有一定影响。但是对于低速旋转机构，此机构能够满足使用要求。从这些方案中剔除明显不合理的，再进行综合评价。综合评价的指标为：1)是否满足预定的运动要求；2)运动链机构的顺序安排是否合理；3)运动精确度；4)制造难易度；5)成本高低；6)是否满足环境、动力生产、动力源等限制条件；根据以上综合评价指标，最后选择：带传动+行星传动+槽轮机构+

14、圆柱凸轮机构。五、画出机械运动方案简图圆柱凸轮运动方案，此方案中，电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮传递给行星轮系，再通过齿轮传递给主轴，主轴分两路传递给执行机构。一路通过齿轮传动将扭矩传递给槽轮机构，使工作台间歇转动；另一路直接传递给圆柱凸轮机构，带动主轴箱进行静止、快进、进给、快退的工艺动作。两路传动机构相互配合、相互合作，共同完成额定的加工功能和加工任务。 图 9 方案一圆柱凸轮运动方案 机构的运动尺寸计算包括机器的整体的轮廓尺寸、各机构的空间相对位置和各零部件的尺寸大小。对于四工位专用机床，将从整体轮廓、电机选型，减速器配置，间歇机构、移动控制机构等几个方面对其运动尺寸进行

15、计算和拟定。1.机器整体轮廓大小的确定 图10 四工位专用机床的整体轮廓尺寸 根据所学资料初步拟定四工位专用机床的外形尺寸和各机构的大体空间相对位置如图所示，用以检查并校核其内部执行机构是否能装入机体内，也是作为内部机构尺寸计算和设计的重要参考。2.减速器的传动计算选定的电动机的转速n=960r/min，而槽轮和圆柱凸轮机构的转速n=1.25r/min，整个机构的传动比k=768,故对于减速器的功能要求其传动比为768。小轮直径=80mm 大轮直径=240mmi=/=240/80=3 中心距a=240行星轮系传动各齿轮数拟定为：Z1=16，Z2=17，=16，Z3=15，Z4=25，Z5=25

16、，Z6=25Z7=25,除了所算：Z1Z2Z3齿数不一样其他齿轮齿数均一样为25，模数m=4考虑到其所占空间模数可取m=3,采用正常齿制。 图11 行星轮系传动机构简图该机构的传动比即i=256齿轮间最大中心距为a=4(16+17)/2=66mm则在未装外壳时机构的宽或高的最大尺寸为B=2x66mm=132mm上述计算表明，所选齿轮的齿数是符合传动比要求的。故符合标准3.槽轮的尺寸计算槽轮机构的优点是结构简单，制造容易，工作可靠，能准确控制转角，机械效率高。缺点主要是其在启动和停止时加速度变化大、有冲击，不适合高速转动。结合实际，对槽轮进行拟定：1） 槽数 z z=42） 中心距a a=100

17、mm3） 圆销半径r r=10mm=4） 槽轮每次转位时主动件的转角：5） 槽间角：6） 主动件到圆销中心半径： 图12 槽轮机构简图 R=asin= 173mm 7） R与 a 的比值：8）槽轮外圆半径：R=174mm9）槽轮槽深：h a(+cos-1)+r=67mm 10）运动系数： （n=1, n为圆销数）4.直动推杆圆柱凸轮的尺寸设计对于圆柱凸轮的尺寸设计，其简图如图所示，由于其轮廓曲线为一空间直线，不能直接在平面上表示。但是圆柱面可展开成平面，圆柱凸轮展开后便成为移动凸轮，因此，可以用圆盘凸轮轮廓曲线设计的原理和方法，来绘制凸轮轮廓曲线的展开图。 图13 圆柱凸轮简图将圆柱外表面展开

18、，得一长度为2R的平面移动凸轮机构，其移动速度为v=wR，以反方向移动平面凸轮，相对运动不变，滚子反向移动后其中心点的轨迹即为理论轮廓线，其内外包络线为实际轮廓线。用AutoCAD拟合出位移线图如图14所示 图14 凸轮的位移线图拟定圆柱凸轮的最大半径为R=50mm长度，长度L=200mm。用AutoCAD绘出其轮廓图，如图15所示。 图15 圆柱凸轮的轮廓图六、仿真运动及图表分析 位移图表速度图表加速度图表七、课程设计小结经过几天的努力，终于把课程设计做完了。它锻炼了我查阅资料，进行方案构思选择的能力。在设计过程中，按照指导老师发给我们的资料以及设计要求，一步一步的设计并完善我们的方案。对指

19、导老师提出需要注意的地方，也进行了仔细的考虑。虽然时间花得比较多，但最终还是完成了设计。这次的课程设计，由于理论知识没有学好，再加上平时没有什么设计经验，刚刚开始的时候，有点不知从何下手的感觉。指导老师也知道我们存在一些问题，特地花时间来指导我们，解决我们在设计中存在的问题。通过老师的指导，我们从机床的工作循环图出发，一步一步解决设计中所需的。在对设计任务有点头绪之后，回去在自己仔细想了想自己设计的步骤，把思路理清了之后，就开始慢慢的结合设计任务书一点一点的慢慢弄。再通过和同学的配合，一起计算出每一个数据，画出每一个简图，虽然当中有些困难，但在同学的帮助下，都顺利完成了。尽管自己已经付出了很大的努力了，但难免还是有些疏忽和遗漏的地方。尽管这样，但总的来说，我的收获还是很大的。这次课程设计，虽然困难重重，锻炼了我做事要仔细细心，但我更深切的体会到人与人之间的那种互相协调合作重要性。另外，在设计过程中，也学习到了很多以前不知到的东西，或许，我对课本里面的知识有了新的了解了。通过设计之后，才知道自己对书本一点都没了解，对所学的知识不能灵活运用。这次的课程设计，要感谢我们的指导老师，她为我们指点迷津，解决我们设计中的盲点，使得我们设计更加顺利。八、参考文献1.机械原理（第七版）郑文纬 吴克坚主编 高等教育出版社2.机械原理课程设计手册（第二版）邹慧君 张青主编 高等教育出版社