四工位专用机床说明书
课程设计说明书题目：四工位专用机床
院（系）：机电工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
学生姓名：车功才
学号：
指导教师：匡兵
职称：副教授
2013.
目录
（1）工作原理及工艺动作过程 (3)
（2）原始数据及设计要求 (3)
（3）设计方案提示 (3)
（4）设计任务 (3)
(1)电机型号的选择 (4)
(2)运动分析 (4)
(3)运动循环图 (4)
(4）四工位专用机床的机构选型 (4)
1）方案一 (5)
槽轮机构和圆柱凸轮机构的组合
2）方案二 (6)
槽轮机构和盘形凸轮机构的组合
3）方案三 (6)
不完全齿轮机构与凸轮连杆机构组合
(5）方案选择 (6)
(1)槽轮机构的设计 (7)
(2）减速器的传动计算 (8)
(3)凸轮的设计 (9)
5
1 设计任务
（1）工作原理及工艺动作过程
四工位专用机床是在四个工位Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（如附图3所示）上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（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。
附图3 四工位专用机床
（2）原始数据及设计要求
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刀具切出量，如附图4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）机床生产率每小时约60件。
4）执行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，转速
960r/min。
附图4 刀具工作过程（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）主轴箱的往复移动，可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、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=60s，刀具匀速送进60mm所需时间t匀=30s，刀具其余移动（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需30s。回转工作台静止时间为40s，因此足够工件装卸所需时间。
（4）设计任务
1）按工艺动作过程拟定运动循环图。
2）进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的选型。并进行机械运动方案的评价和选择。
3）根据电机参数和执行机构运动参数进行传动方案的拟订。
4）画出机械运动方案图。（A1）
5）机械传动系统和执行机构的尺度计算。
1）编写设计说明书。（用A4纸张，封面用标准格式）
2 运动方案的拟订
(1)电机型号的选择
根据任务书应选用功率为，转速为960r\min的交流异步电机，但是没有完全符合该要求的电机，我查看了网上资料和Y系列电机常用型号对照表
对于电机的选择，主要的参考指标有以下几点：
1）原动机的启动、过载、运转平稳性、调速和控制等方面是否满足要求；
2）工作环境的影响；
3）工作是否可靠，操作是否简易，维修是否方便；
4）额定功率是否满足负载需要；
5）工作是否可靠，操作是否简易，维修是否方便
经过比较最后我选用了型号为Y100L---6
（3）运动循环图
对于四工位专用机床，其运动循环图主要是确定回转台的间歇转动机构和主轴箱进、退
2）方案一
槽轮机构和圆柱凸轮机构的组合
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。
2）方案二
槽轮机构和盘形凸轮机构的组合
方案二中，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盘形凸轮机构，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。
3）方案三
不完全齿轮机构与凸轮连杆机构组合
方案中三，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。
(5）方案选择
回转台间歇运动机构：
选为槽轮机构，因为槽轮机构结构简单，传动平稳，间歇过程位置锁定。
主轴箱往复机构机构：
方案一属于圆柱凸轮机构──属空间凸轮机构，其特点是凸轮与从动件之间的相对运动为空间运动，适用于从动件的运动平面与凸轮回转轴线平行的场合。缺点是不宜用于从动件摆角较大的场合，且结构和凸轮轮廓曲线的设计较平面凸轮机构复杂，易磨损，凸轮加工困难。但是造价低。
方案二盘形凸轮机构──均属于平面凸轮机构，其特点是凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动，凸轮轮廓曲线的设计较空间凸轮机构简单。当主动凸轮作定轴转动时，采用盘形凸轮机构。
方案三不完全齿轮-齿条机构，进给精度高，寿命长，但造价高。
通过上面的对比后，我决定采用方案二，同时可以把行星轮的位置做一些优化。（如下图所示）
3 机构尺寸设计
(1)槽轮机构的设计
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，得出如下参数。
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2α=180°*(1-2/z)=90°
5）槽间角2β=360/Z=90°
6）主动件到圆销中心半径R1=a sinβ=75√2=106mm
7）R1与a的比值λ=R1/a=sinβ=√2/2
8）槽轮外圆半径R2=√(a cosβ2+r2)=107mm
9）槽轮槽深h≧α(λ+cosβ-1)+r=取h= 80mm
10）运动系数k=(z-2)/(2z) = ( n= 1,为圆销数)
根据上述得出下图
(2）减速器的传动计算
根据选定的驱动电机的转速和四工位专用机床的生产能力，可知其机械传动系统的参数如下：总传动比k=940/(60/60)=940
槽轮的转速n=60/60=1r/min
行星轮简图如下：
拟定Z1=25, Z2=26, Z2'=25,Z3=24,模数M均为6.
i（H/31）=（ω1-ωH）/(ω3-ωH)=(ω1-ωH)/(-ωH)=(Z2*Z3)/(Z1*Z2')=624/625 可以得到
i（H1）=625
然后在用蜗杆将传动传给齿轮，可以算得后面两个齿轮传动比为940/625=即可。此时令
Z4=30, Z5=20便可。此时齿轮啮合的最大中心距ɑ=（M/2）*（25+26）=306mm
机构的最大尺寸为2*306=612mm。完全符合尺寸要求。
(3)凸轮的设计
我使用了soildwork软件中的插件Toolbox生成了对应的凸轮机构生成了如下图的凸轮机构
然后导出得到CAD图
4 凸轮机构运动分析
5 设计小结
刚开始弄课设的时候那真是无从下手，后来一步一步摸索着，遇到问题就查书或者上网找资料，虽然大一的时候有学过CAD，但是由于后来没怎么用过，所以忘得七七八八了。这次的课设让我进一步掌握CAD软件，在画齿轮的时候也有自己去学了一点solidwork软件。
在这里首先感谢匡老师的严格要求和悉心指导，由于我是参加完电赛后做的课设，时间比较紧，所以此设计存在诸多不足之处，有些地方考虑不够周到，这些问题都有待进一步解决，希望给予老师指正和修改意见。
网络资源
参考文献
【1】裘建新主编《机械原理课程设计指导书》高等教育出版社
【2】陈作模等主编《机械原理》高等教育出版社