目录
一，功能原理和设计要求....................................................................................1
1）工作原理
2）设计要求
二，功能分解和运动分析
1）功能分解
2）运动分析
三，拟定运动循环图
四，执行机构选型
五，传动机构选型
六，机械运动方案的选择
七，机械运动方案简图
八，尺寸计算
1）机器整体轮廓打消的确定
2）电机的选型
3）减速器的传动设计
4）槽轮的尺寸计算
5）直动推杆圆柱凸轮的尺寸设计
九，机械运动方案的评价和改进
一，功能原理和设计要求
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，绞孔工作，它执行动作有两个：一时装有四工位工件的回转台转动；二十装有由专用电动机丹东的三把专用刀具的主轴箱的刀具的转动和移动。
2.设计要求
1）顶端离开工件表面65mm,快速移动送进了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），然后快速返回，回程和工作行程的平均速度只比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）生产率为每小时约75件。
4）执行机构系统应装入机体内。
二．功能分解和运动分析
1.功能分解
通过对工作原理和设计要求的分析可知，四工位专用机床的回转台与主轴箱的功能分为一下几个动作：
1）安装工件的回转台间歇转动。
2）安装刀具的主轴箱要完成快进，匀速进给，快速返回几个动作。
3）主轴箱上的刀具转动切削工件。
2..运动分析
设选定电动机型号为Y160M2—8，其转速n=720r/min，P=5.5km,则四工位专用机床的一个周期内的详细运动情况为：
1)电动机作为驱动，通过减速装和其他齿轮系将符合要求的转速传递给回转台上的间歇机构，使其做间歇转动，同时也将符合要求的转速传递给主轴箱下的刀具移动机构，使其做符合要求的动作。
2）当间歇机构开始第一次循环时，安装，并加紧工件，间歇机构从0°转至90°
3）间歇机构从从90°转至180°，主轴完成一次工作循环（快进，刀具匀速进给，快退）。
4）间歇机构从180°转至270°，主轴完成一次工作循环（快进，刀具匀速进给，快退）。
5）间歇机构从270°转至360°，主轴完成一次工作循环（快进，刀具匀速进给，快退），将加工好的工件取下。
三，依据运动分析和协调要求拟定运动循环图
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，退刀的控制机构的先后动作顺序，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。下边用矩形图的表示方法对其运动循环图进行拟定。
如图：
时间（秒）
0→12
12→24
24→36
36→48
间歇机构运动情况
匀速旋转90°（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
四，执行机构与传动机构选型
根据前述要求，主轴箱刀具应做往复运动，行程较大，且有一段时间内做匀速运动（进给阶段），并有急回特性；回转台做间歇转动。这些运动要求不一定都等得到满足，但必须保证当刀具做进给切削运动和回程未离开工件表面时，回转台静止未转动，这可在运动链中加入运动补偿机构，从而使两者的运动达到良好的配合。与此出发构思方案。
1，回转台间歇转动机构方案
方案一:槽轮机构。如图3—1所示槽轮机构的结构简单外形尺寸小，机械效率高，并能较平稳的，间歇的进行转位。但因传动时尚存在柔性冲击，故常用于速度不高的场合。
方案二：不完全齿轮机构。如图3—2所示，它室友齿轮机构演变而得到的一种间歇欲动机构。即在主动轮上制作出一部分齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上做出与主动轮轮齿相啮合的轮齿。当从动轮做连续回转运动时，从东轮做间歇回转运动。不完全齿轮的结构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。其缺点是有较大冲击，故质疑与低速，轻载场合。
图3—1 图3—2
方案三：棘轮机构。如图3—3所示，棘轮机构的结构简单，制造方便，运动可靠；而且棘轮机构轴每次转过角度的大小可以在交大的范围内调节，这些都是它的有点。其缺点是工作时有较大的冲击和噪声，而且运动精度较差。所以，棘轮机构常用于速度较低和载荷不大的场合。
2.主轴箱刀具移动机构方案
方案一：凹槽圆柱凸轮机构。如图3—4所示，当具有凹槽的圆柱凸轮回转时，其凹槽的侧面通过嵌于凹槽中的滚子迫使连接与主轴箱相连结的杆一起运动，是进刀和退刀的运动规律如何，则决定于凹槽曲线的形状。
凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆的到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。凸轮机构的缺点是凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损，凸轮制造困难。
方案二：盘形凸轮机构。如图3—5所示，是经过电动机带动传动带及齿轮减速后由齿轮机构直接带动及齿轮减速后，有齿轮机构直接带动的，因而其运行角速度是常量。但因为其凸轮处于机床机箱外部，并且其返程机构复杂。
方案三：凸轮连杆机构。如图3—6所示，经过电动机带动传动带及齿轮减速后由凸轮推动与主轴箱相连接的L行连杆，从而使主轴箱随凸轮决定的运动规律运动。但此机构本身L型连杆尺寸过大，不能适合的至于机箱内。
3，减速机构方案
方案一：定轴轮系减速器。 如图：3—7
传动比：N电机/N主轴=720r/min/1r/min
图3—7
方案二：采用外啮合行星齿轮减速器。如图3—8
传动比：N电机/N主轴=720r/min/1r/min
图3—8
四，机械运动方案选型
由表列4—1
功能元
功能元解（匹配机构）
1
2
3
回转台间歇运动机构
槽轮机构
不完全齿轮机构
棘轮机构
主轴箱刀具移动机构
凹槽圆柱凸轮机构
盘装凸轮机构
凸轮连杆机构
传动机构
定轴轮系减速器
外啮合行星齿轮减速器
由排列组合原理可以计算得到，共有：
N=3*3*2=18
种方案可供选择。
从这些方案中剔除明显不合理的在进行综合评价，综合评价指标为：
1）是否满足预定的运动要求。
2）运动链机构的顺序安排是否合理；
3）运动精确。
4）制造难易；
5）成本高低。
6）是否满足环境，动力源，生产条件等的限制条件；
根据以上综合评价指标，最后选择出以下较好的方案：槽轮机构+凹槽圆柱凸轮机构+外啮合行星轮减速器。
五，画出机械运动方案简图
根据上网查询资料和文件初步拟定四工位外形尺寸，画出此方案示意图
此方案中，电动机作为驱动机构，将动能传递给带轮，通过动能传递给带轮，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，是工作台作间歇转动；另一路通过行星轮系减速够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，共同和完成额定加工功能和加工任务。
六，对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算
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，本文将从整
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。考虑到
尺寸计算的难易程度和机构
的加工精度高低，下面将以
方案Ⅰ为对象，重点对其各
组成机构进行运动尺寸的计
算。
1．机器整体轮廓大小的确定
根据上网查询的资料和文件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8 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．电机的选型
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
综合考虑以上因素，并结合四工位专用机床的整体轮廓尺寸，选择型号为
Y160M 28的三相异步电动机，其额定功率为5.5kW ，最大转矩与额定转矩之
比为2.0，效率85% ，功率因素0.74，转速n = 720r / min 。
3.减速器的传动计算
选定电动机的的转速n =720r / min ，而槽轮机构和圆柱凸轮机构的转速 n1=60/48= 1.25r / min ，整个传动机构的传动比为k =576 ，故对于减速器的功能要
求为其传动比为576，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，各齿轮拟定为：z1=24,z2=25，z2'=24，z3'=23.考虑到其所占空间的模数可取m=3,采用正常齿制。
图6—1行星轮系传动机构
该机构的传动比：
I13=w1-wH/w3-wH=w1-wH/-wH=Z2Z3/Z2=575/576
即得w1-wH/-wH=575/576
由此可得iH1=576
齿轮啮合最大中心距
amax=m/2(z1+z2)=3/2(24+25)=73.5mm
则在为装外壳时机构的宽度活搞的最大尺寸为
Bmax=2amax=2*7305=147mm
上述计算表明，所选的齿轮齿数是比较符合传动比要求的，并且传动机构外形小巧，结构紧凑，有着非常精确的传递性能及较为简单的工艺性能，符合机械传动的方案设计要求。
4，槽轮的尺寸计算
结合本课题的设计的要求，如图6—3所示，对槽轮各部分尺寸进行计算。
1）槽数z 按工位要求定位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=asinβ=75tan45°=106mm
7)R1与a的比值 λ=R1/a=sinβ=
8)槽轮外圆半径 R2=
9）槽轮槽深h≥a(λ+cosβ-1)+r=77.1mm 取h=80mm
10)运动系数 k=z-2/2z=1/4(n=1,n为圆销数）
5.直动圆柱凸轮的尺寸
如图即为凹槽凸轮的简图（如图6—4），由于次凸轮的轮廓曲线为一空间曲线，不能直接在平面上表示，但圆柱面展开为平面后，次凸轮就成为一平面移动凸轮。此时可以用设计盘形凸轮轮廓曲线的方法做出圆柱凸轮的轮廓曲线展开图。
图6—4 圆柱凸轮的简图
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