完整word版四工位机床课程设计说明书.docx
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完整word版四工位机床课程设计说明书
江西理工大学应用科学学院
机械创新设计
（一）课程设计
说明书
图纸
（30%）
说明书
（30%）
答辩
（20%）
考勤
（20%）
总评
（100%）
专业班级：
机械103
学号：
08030511306
姓名：
王瑞
设计题目：
四工位专用机床
指导老师：
唐宏
日期：
2012.1.6
一、设计任务
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。
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），然后快速返回，回程和工作行程的平均速度之比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）生产率为每小时75件。
（4）执行机构能装入机体内。
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/（75÷60）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间。
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。
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。
时间/秒
0到12
12到24
24到36
36到48
间歇机构运动情况
匀速旋转90度
（0到12秒）
静止（12到48秒）
主轴箱运动情况
快进
12秒
匀速送进60mm（12到42秒）
快退
（6秒）
表2四工位专用机床执行机构的运动循环图
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4所示的执行机构：
功能元
功能元解（匹配机构）
1
2
3
4
5
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3执行机构表
由排列组合的原理可以计算得到，共有
N=5x5=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
选定的电动机转速n=960r/min，而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，列出常用的减速机构：
功能元
功能元解（匹配机构）
1
2
3
4
5
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4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4.20运动循环图
图4.21专用机床方案之一
图4.22专用机床方案之二
图4.23专用机床方案之三
回转工作台作单向间歇运动，每次转过90º；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4.21、4.22、4.23所示为其中的三个方案。
图4.21、4.22中，工作台回转机构为槽轮机构，图4.23中为不完全齿轮机构其余方案可由设计者自己构思。
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。
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
㈠、减速机构
①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。
采用蜗杆传动的主要原因有：
、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；
本方案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。
本方案存在的不足：
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。
②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，采用齿轮机构的原因是其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。
本方案中存在的不足是，齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。
③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，采用该机构的原因是运用广泛，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。
本方案中存在的不足是，齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。
、刀架规律性运动机构
①圆柱凸轮实现刀架规律性移动：
该方案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，但其不足在于凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损。
、回转工作台回转机构
①单销四槽槽轮机构
该方案采用槽轮机构，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。
本方案中的不足在于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转，因此槽轮机构能够满足要求。
②不完全齿轮机构：
该方案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。
此机构的不足是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+圆柱凸轮机构。
五.画出机械运动方案简图
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2方案Ⅰ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计算和拟定。
图3四工位专用机床的整体轮廓尺寸
1.机器整体轮廓大小的确定
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
=240mm
i=
/
=240/80=3中心距a=240
2）.行星轮系传动
各齿轮数拟定为：
Z1=16，Z2=17，
=16，Z3=15，Z4=25，Z5=25，Z6=25
Z7=25,除了所算：
Z1Z2
Z3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4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按工位要求选定为4
2）中心距a按结构情况确定a=150mm
3）圆销半径r按结构情况确定r=15mm
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5槽轮机构简图
7）R1与a的比值：
8）槽轮外圆半径：
9）槽轮槽深：
取h=80mm
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6圆柱凸轮简图
将圆柱外表面展开，得一长度为2Πr的平面移动凸轮机构，其移动速度为v=wR，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。
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。
六、课程设计小结
在这段课程设计的时间里，让我们初步了解了设计的步骤和一些要点，也让我培养了仔细画图和独立设计的思维，今后必将为我在机械设计这道路上铺好坚硬的石头，让我能顺利的在这大道上驰骋。
虽然在冬天做课程设计很冷，但是也培养了我们吃苦耐劳的精神。
我觉得最重要的不是设计结果，而是在设计中的我们发现问题，解决问题的过程。
七、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
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