四工位专用机床设计说明书

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1、四工位专用机床设计说明书 1、功能原理和设计要求1.1、工作原理 四工位专用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。：一是装有四工位工件的回转转动；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。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。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。 如表1所示跟据工艺动作推出其工作循环为： 图1四工位专用机床动作要求图 四

2、工位专用机床工作台间歇转动主轴箱进、退刀动作(快进、匀速进给、快退)刀具转动 表1 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。1.2、设计要求专用机床外形及其尺寸如图4所示。工作台有、四个工作位置，工位I是装卸工件，工位是钻孔，工位是扩孔，工位是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位、位置装钻头，位置装扩孔钻，位置装铰刀。刀具由专用电动机带动绕其自身的轴线转动。主轴箱每向左栘动送进一次，分别在四个工位上完成对应的装卸图2专用

3、机床工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移快速退回到刀具离开工件后，工作台回转90度，然后主轴箱再次左移。这时对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工。依次循环4次，一个工件完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序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刀具切出量，如右图所示），然后快速返回。回程和进程的平均速度之比K=2。 2） 刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间不超过10s。 3） 机床生产率每小时75件。 4） 执行

4、机构及传动机构能装入机体内。 5） 传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5Kw，转速960r/min。2、执行机构的选型及评价2.1、执行机构的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，可选择如下表的常用执行机构。 功能元功能元解（匹配机构）12345工作台间歇运动A圆柱凸轮间歇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B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2常用执行机构由排列组合的原理可以计算得到，共有： N=5*5=25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

5、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。2.2、执行机构的评价机械运动方案的拟定，最终要求通过分析比较提供最佳方案。一个方案的优劣只有通过系统综合评价来确定。从机构和机械运动方案的选择和评价要求来看，主要应满足五个方面的性能指标。性能指标具体内容机构的功能1）运动规律的型式；2）传动精度高低机构的工作性能1）应用范围；2）可调性；3）运转速度；4）承载能力机构的动力性能1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性经济性1）制造难易；2）制造误差敏感度；3）调

6、整方便性；4）能耗大小结构紧凑1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性表3评价指标3、机械传动系统的设计计算3.1、减速机构的选择1、涡轮蜗杆减速器：采用如图机构，通过涡轮蜗杆加上一个定轴轮系实现了： 图3涡轮蜗杆减速机构 1、蜗杆：m=5mm d=50mm2、涡轮：(d=mz) m=5mm z2=24 d2=120mm z4=20 d4=100mm3、齿轮：此齿轮机构的中心距a=135mm,模数m=5mm，采用标准直齿圆柱齿轮传动，z5=18,z6=36,ha*=1.0,(d=mz,d5=90mm,d6=180mm)4、传动比计算： 2、外啮合行星齿轮减速器：采用如图采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动

7、，实现传动比：图4外啮合行星轮系减速机构图示z1=10, z2=24, z3=18, z4=21, z5=20, z6=17, z7=14, z8=40传动比计算：i18=i12iH6i78其中i12= -z2 /z1=-24/10iH6=1/i6H所以 又i78=-z8/z7=-40/12所以 3、定轴轮系减速器：采用如图采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，实现：图5定轴轮系减速机构图示z1=17, z2=51, z3=12, z4=60, z5=12, z6=48, z7=13, z8=52，z9=12, z10=48，z11=48传动比计算：i111=9604、 机械运动方案的设计与选择 对

8、于四工位专用机床，其运动循环图主要是确定回转台的间歇转动和主轴箱进、退刀的控制机构的先后动作顺序，用以协调各执行构件的动作关系，便于机器的设计、安装和调试。下面用矩形图的表示方法对其运动循环图进行拟定，如图6：时间（秒）0s到20s20s到40s40s到60s间歇机构运动情况匀速旋转90（0s到20s）静止（20s到60s）主轴箱运动情况快进10s匀速送进60mm（10s到40s）快速回退20s图6四工位专用机床执行机构的运动循环图4.1、机械运动方案的设计方案一：图7圆柱凸轮运动方案方案一中电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮分两路将扭矩传递给执行机构。一路通过齿轮传动将扭矩传递给

9、槽轮机构，使工作台作间歇转动；另一路通过行星轮系减速后将扭矩传递给移动推杆圆柱凸轮机构，使主轴箱完成进，退刀的动作。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。 圆柱凸轮的制造成本高；行程大时，增大，运动灵活性较差；力的作用点相对导轨产生有害力矩；锁合好。方案二：图8凸轮-连杆运动方案 方案二中，电动机作为驱动机构，将动能传递给凸轮，通过凸轮分两路将扭矩传递给执行机构。一路通过齿轮传动将扭矩传递给槽轮机构，使工作台作间歇转动；另一路通过移动推杆圆柱凸轮机构，使主轴箱完成进，退刀的动作。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。 凸轮直接驱动升程大，

10、增大；凸轮机构外露，影响外观。但易更换，易改装及变换尺寸。方案三：图9槽轮-凸轮运动方案方案三中，电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮分两路将扭矩传递给执行机构。一路通过齿轮传动将扭矩传递给不完全齿轮机构，使工作台作间歇转动；另一路通过行星轮系减速后将扭矩传递给摆动推杆盘形凸轮与摆杆滑块机构，使主轴箱完成进，退刀的动作。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。放大行程，力减小，长摆杆刚度差；摆杆端部水平分速度不是匀速；摆动变移动，不易设计计算。方案四：注意凸轮锁合方式 凸轮推杆摆杆（放大行程）滑块图10凸轮-滑块运动方案方案五：注意凸轮锁合方式凸轮推杆齿条双

11、联齿轮（放大行程）齿条 （移动转动移动）图11凸轮-齿条运动方案4.2、机械运动方案的选择四工位专用机床的运动机构主要由三部分组成：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。从这些方案中剔除明显不合理的，再进行综合评价。综合评价指标为：（1） 是否满足预定的运动要求；（2） 运动链机构的顺序是否合理；（3） 运动精度；（4） 制造难易；（5） 成本高低；（6） 是否满足环境、动力源、生产条件等限制条件；根据以上综合评价指标，最后选择出一个方案： 方案一中，电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过带轮分两路将扭矩传递给执行机构

12、。一路通过齿轮传动将扭矩传递给槽轮机构，使工作台作间歇转动；另一路通过行星轮系减速后将扭矩传递给移动推杆圆柱凸轮机构，使主轴箱完成进、退刀的动作。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。 机械运动方案的的简图见附页1。5、 机械运动系统的尺寸计算5.1、运动循环图各区间时间的计算工作行程平均速度V平=240mm60s=4mms因为回程和进程的平均速度之比K=2。所以V回=6mms刀具回退时间t回=120mm6mms=20s刀具快速进给时间t快=60mm6mms=10s刀具匀速进给时间t匀=60mm2mm/s=30s回转台静止时间t静=t快+t匀=10s+30s=40s

13、5.2、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，不适合用于高速传动。结合槽轮自身的特点和本课题的设计需求，对照如图 12 所示，对其尺寸进行详细设计和拟定。 图12槽轮机构5.3、减速器传动的计算 选定电动机的的转速n=960r/min，而槽轮机构的转速n1=1r/min，整个传动机构的传动比为k =960，根据机械原理第五章轮系传动的知识，对如图13所示的行星轮系机构进行详细设计。 其中，各轮齿数拟定为为：Z1 =31，Z2 =32，Z2´=31，Z3 =30，考虑到其所占空间模数可取

14、m=3，采用正常齿制。图13行星轮系传动机构简图该机构的传动比:即 由此可得：齿轮啮合的最大中心距:则在未装外壳时机构的宽或高的最大尺寸为:上述计算表明，所选齿轮的齿数是符合传动比要求的，并且传动机构的外形小巧、结构紧凑，有着非常精确的传递性能和较高的实用性能及较为简单的工艺加工性能，符合机械传动的方案设计要求。5.4、直动推杆圆柱凸轮的尺寸设计计算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。见附页2直动推杆圆柱凸轮的尺寸

15、手工绘图。6、7、8、 图14圆柱凸轮简图 将圆柱外表面展开，得一长度为2r的平面移动凸轮机构，其移动速度为v=R，以-V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。9、 拟定圆柱凸轮的最大半径为R=50mm长度，长度L=200mm.用图纸手绘出其轮廓图。10、 6、机构运动分析机构运动的分析6.1、运动分析1）电机驱动，通过减速器与其它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°转到90°；3）间歇机构从90° 转至180 °，主轴箱完成

16、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。7、课程设计总结结为期两个星期的课程设计即将宣告结束，回首这段时间，其中的痛苦与快乐，辛酸与幸福，只有自己能够体会。 第一天上课时，我自认为这次的课程设计跟去年差不多，没有什么不同。当老师布置完任务后，我发现我错了，错的离谱。这次是让我们设计四工位专用机床，不用我们实际操作，但需要我们把设计的过程与思路写出来，也

17、就是要写设计说明书。当我看见说明书中的要求时，我心里一片茫然，执行机构的选型，机械运动方案的设计，等等，这些我根本就不会啊，我开始后悔为什么没有好好学机械原理。还有各种机构的工作原理和工作参数，根本就不会算。课程设计就那么几天，想要把那些知识都弄明白是不现实的，所以我就边从网上找资料，边算基本数据，就这样把设计说明书东平西凑的写完了。 不过在这次的课程设计中我也学到了很多，让我对设计的步骤和基本要点有了一些初步的了解，也让我培养了仔细画图和空间想象能力，也让我把以前没仔细学过的那些机构的工作原理和工作参数有了基本的掌握。同时，也让我意识到了自己专业知识的不足，以及缺乏独立思考的能力，在以后的学

18、习生活中，我会着重在这几个方面改进自己，让自己的各方面能力齐头并进，从而取得更好的成就。这学期的课程设计是机械原理，我们的题目是四工位专用机床的设计。我本以为这次肯定跟上学期电工的课程设计差不多，但是老师讲完要点和要求后，我发信自己错了，这次的课程设计我自认为是很有难度的。首先，你要对机械原理有个大概的了解，当需要用哪种机构时，你能知道其工作原理和工作参数；其次，你要有综合分析和空间想象能力，不要求有多强，但基本的分析和计算是必须的；最后，还要有一定的计算机和画图方面的知识。这次课程设计，是我对设计的步骤和一些基本要点有了初步的了解，也让我意识到了自己在专业知识方面的不足，15为期两个星期的课

19、程设计即将结束，回首这几天，几分辛酸、几分欢欣，其中的酸辣甜苦、几番滋味只有自己才能体会！不夸张的说，这几天是我在大学期间最勤奋的几天，也是最充实的几天，当然也是最累的几天。早上八点开始开工，呆在宿舍里，坐在板凳上，对着那十几英寸的屏幕，查资料、绘图、写说明书一直搞到晚上接近12点才上床睡觉，好累啊!我觉得，课程设计本事一件十分痛苦的事情，可事实偏偏与此相反，每一天早早的开始工作，时间似流水一般悄无声息的从指间流过，不知不觉一天时间就过去了。一路走来，汗水中夹杂着喜悦，耳畔淌过阵阵欢笑。两个星期的课程设计让我知道了机械设计绝不是一件简单的事情，循环图的拟定、机械运动的方案设计，机构的尺寸设计和

20、整体的结构布局等，都需要经过深思熟虑、反复思考后才能加以确定，也明白了要想做好课程设计，不仅需要严谨细致的作风，还需要认真负责的学习态度，当然，良好的团队协作精神也是少不了的。最后然痛苦，但也有欢愉，相信这次课程设计会成为我大学生活中值得回忆的一段特殊时光。188、参考文献1机械原理课程设计手册 邹慧君 主编 高等教育出版社 2机械原理教程（第二版） 申永胜 主编 清华大学出版社 3机械原理辅导与习题（第二版） 申永胜 主编 清华大学出版社4C程序设计基础（第三版） 谭浩强 主编 清华大学出版社 5工业设计机械基础 阮宝湘 主编 机械工业出版社 6新机构的创造发明 李学荣 主编 重庆出版社 7工程图学 鲁屏宇 主编 机械工业出版社0