四工位专用机床设计说明书

附件：目录1.设计任务................................................1.1工作原理及工艺动作过程.............................1.2原始数据及设计要求.................................1.3孔的典型加工工艺及刀具.............................2.功能分解与运动分析......................................2.1功能分解...........................................2.2运动分析...........................................3.传动机构选型............................................4.执行机构选型............................................4.1主轴箱方案设计.....................................4.2工作台方案设计.....................................5.最终方案确定............................................6.机械运动简图............................................7.机械运动方案计算........................................7.1运动循环图各区间时间的计算.........................7.2减速器的计算.......................................7.3槽轮的尺寸计算..................................... 总结...................................................... 参考文献：................................................1.设计任务1.1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水平往复移动。

1.2原始数据及设计要求⑴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，如图①所示），然后快速返回。

回程和进程的平均速度之比为K=2。

⑵刀具的匀速给进速度为2mm/s工作装卸时间不超过10s。

⑶机床生产效率每小时约60件。

⑷执行机构及传动机构能装入机体内。

⑸传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5KW，转速960r/min。

图①1.3孔的典型加工工艺及刀具孔的加工包括从实体材料上加工孔和对已有孔进行加工两大类。

麻花钻是在实体材料上加工孔的常用刀具，加工精度较低。

扩孔钻和铰刀是用于对已有孔进行加工的刀具。

扩孔钻的外形和麻花钻相类似，只是加工余量小，刀齿数目比麻花钻多，加工后孔的质量较好，一般能达IT10—11级精度。

铰刀是提高被加工孔质量的半精加工或精加工刀具，切削时加工余量更小，刀齿数目更多，加工后孔的精度最高可达IT8。

孔加工刀具示意图2.功能分解与运动分析2.1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。

（4）安装工作台的间歇转转动。

（5）安装刀具的主轴箱应按要求进行静止，快进，快给，快退的工艺动作。

（6）刀具转动。

画出四工位专用机床的动作要求图。

四工位专用机床工作原理及外形尺寸专用机床旋转工作台有四个工作位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（如图2所示），分别对应工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔。

主轴箱上装有三把刀具，对应于工位Ⅱ的位置装钻头，Ⅲ的位置装扩孔钻，Ⅳ的位置装铰刀。

刀具由专用电动机驱动绕其自身轴线转动。

主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。

当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90o，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，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。

由于主轴箱往复一次，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。

机床外形可参考图2，外形总体尺寸可用于检查所设计机构能否装入机体内部。

图2专用机床外形及尺寸如下表所示根据工艺动作推出其工作图为：同时得到四工位专用机床的树状功能图2.2通过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。

3.传动机构选型根据设计要求（机床生产率每小时约60件，即1分钟1件，按设计原理，即为1r/min,=960，故需要分别引入减速机构要求使用960r/min的电动机，整个传动机的比为i=ω1ω2来满足工作台间歇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，列出常用减速机构。

方案一：齿轮传动如图优点：结构简单，设计方便。

缺点：根据本课程设计要求，得到的传动比率为960的齿轮传动装置。

其单个齿轮直径过大，不适合采用。

方案二：蜗轮蜗杆优点：传动比大，一般用作动力传动时,传动比5≤i≤70;结构紧凑；升角较小时可实现“自锁”，制造加工也相对简单；可实现90度的交叉轴传动。

传动比精确。

缺点：传动效率较低，一般为0.7-0.8，由于效率低，损失的功率较多因此发热严重，传递的圆周速度较小，不适于大功率的传递。

经计算i=960，所以不适合采用。

方案三：周转轮系行星齿轮箱如右图所示，特点是体积小、重量轻、传动比大，载荷均布，运转平稳，输入轴与输出轴同心，输出轴的转向不仅与主动轮的转向有关，而且与轮系中各齿轮的齿数有关。

主要缺点是结构复杂，制造精度要求高。

通过计算知齿轮齿数介于29-33之间。

根据综合比对，选用方案三。

行星轮系4.执行机构选型根据专用机床的功能要求，回转工作台做单向间歇运动，主轴箱做往复直线运动。

实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、不完全齿轮机构等，实现主轴箱往复直线运动的机构有连杆机构和凸轮机构等。

上述机构的结构、工作原理及特点见参考材料1、2。

机构选型应遵循以下原则。

表1选用执行机构的原则与方法机械运动方案的评价对上述两执行机构，做其形态学矩阵，可得到为数众多的方案。

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看，主要应满足五个方面的性能指标，具体见表2。

表2机械运动方案的评价指标4.1主轴箱方案设计方案一连杆机构优点：其运动副元素为面接触，压强较小，承载能力大，润滑好，磨损小，加工容易，且一般是几何封闭的，保证工作的可靠性。

缺点：其必须经过中间构件进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时降低机械效率。

虽然可以使用连杆机构来满足一些运动规律和一些运动轨迹的需要，但其及过程十分复杂，且一般只能近似的满足要求。

所以不能用于本设计。

方案二凸轮机构优点：可实现高速化，结构紧凑，可靠性高：缺点：不能改变运动的角度。

主轴箱主要带动刀具做直线往复运动。

故选用方案二，凸轮机构。

4.2工作台方案设计方案一采用棘轮机构，其结构图如下图所示：机构采用曲柄摇杆机构来作为主动件，有运动循坏图中可知：于是得：K>2.2所以极位夹角大于等于67.5°因此满足停留时间的于转动时间之间的比例关系，要求棘轮每次旋转90°，因此摇杆的摆角也为90°。

方案二 采用不完全齿轮机构，其结构如下图所示： 不完全齿轮的设计也是为了满足间歇运动，不完全齿轮上有1/4上有齿，因此在啮合过程中，有齿的1/4带动完全齿轮旋转90°，之后的270°由于没有齿啮合，完全齿轮不转动，该机构结构简单，在低速（1r/min ）的转动中可与忽略齿轮啮合时的冲击影响。

故也能实现运动规律。

5.最终方案确定根据前文的叙述，最终方案确定为：行星轮系+槽轮+圆柱凸轮棘轮机构不完全齿轮机构6.机械运动简图此方案中，电动机为驱动机构，将动能传递给带轮，带轮将动能传递给周转轮系，周转轮系将960r/min转变为1r/min。

一路通过轴将动能传递给凸轮机构，完成刀具的进退刀动作。

同时另一路通过轴将动能传递给槽轮机构，完成工作台的间歇运动。

两路传动机构相互配合，相互合作，共同完成额定加工功能和加工任务。

7.机械运动方案计算7.1运动循环图各区间时间的计算工作行程平均速度V平=240mm／60s=4mm／s因为回程和进程的平均速度之比K=2。

所以V回=20mm／s刀具回退时间t回=120mm／20mm／s=6s刀具快速进给时间t快=60mm／10mm／s=6s刀具匀速进给时间t匀=60mm／2mm/s=30s7.2减速器的计算由于选定电动机的转速为960r/min,而槽轮和凸轮的转速为1r/min。

整个传动机构的传动比为i=960，根据《机械原理》第五章轮系传动的知识，对如图9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=30，Z2=29，Z2′=32，Z3=33，考虑到其所占空间模数可取m=4，采用正常齿制。

该机构的传动比i1H=1−i13H=1−Z2Z3Z1Z2′=1−29∗3330∗32≈1960即i H1=1i1H=960齿轮啮合的最大中心距a max=m2(z1+z2)=42(30+29)=118mm则在未装外壳时机构的宽或高的最大尺寸为:b max=2a max=236mm行星轮系7.3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，不适合用于高速传动。