东北大学机械原理课程设计设计课题：四工位专用机床学生姓名：专业：机械工程及自动化班级学号：指导教师：设计时间：目录一、工作原理及工艺动作 ................................................................... - 2 -1．功能简介 ................................................................................... - 2 -2. 设计要求和原始数据 ................................................................ - 2 -3. 设计任务 .................................................................................... - 3 -二、工作循环图 ................................................................................... - 3 -三、执行机构的选型 ........................................................................... - 4 -四、机械运动方案的选择和评定 ....................................................... - 4 -五、方案结构简图 ............................................................................... - 6 -六、机械传动系统的速比和变速机构 ............................................... - 6 -1. 传动链设计 ................................................................................ - 6 -带传动: ................................................................................... - 6 -齿轮传动: ............................................................................... - 7 -2. 工作台间歇回转 ........................................................................ - 7 -槽轮机构： ............................................................................ - 7 -3. 主轴箱往复运动 ........................................................................ - 7 -不完全齿轮-齿条机构（方案一）：..................................... - 7 -圆柱凸轮机构（方案二）： .................................................. - 8 -附一：零件参数表 ............................................................................. - 10 -附二：matlab程序.............................................................................. - 12 -四工位专用机床设计一、工作原理及工艺动作1．功能简介四工位专用机床的工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置，如图1所示，工位Ⅰ是装卸工件，Ⅱ是钻孔，Ⅲ是扩孔，Ⅳ是铰孔。

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。

刀具由专用电动机带动绕其自身的轴线转动。

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、铰孔工作。

当主轴箱右移（退回）到工具离开工件后，工作台回转90°，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，一个工件就完成了装、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一次，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。

因此，四工位专用机床的执行动作有两个：（1）回转台的间歇转动；（2）主轴箱的刀具转动和移动。

2. 设计要求和原始数据（1）刀具顶端离开工件表面65mm（如图1所示），快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60mm（前5mm为刀具接近工件时的切入量，工件孔深45mm，后10mm为刀具切出量），然后快速返回。

回程和工作行程的平均速比（行程速度变化系数）K＝2。

（2）刀具匀速进给速度为2mm/s。

（3）电机采用Y180L-8型，其功率N＝11kW，转速n＝730 r/min。

（4）生产率为每小时约75件。

（5）执行机构系统应装入机体内。

图1 专用机床外形尺寸3. 设计任务（1）按工艺动作要求拟定运动循环图。

（2）进行冲压脱模机构、扫屑机构、模筒转盘间歇运动机构的选型。

（3）机械运动方案的评定和选择。

（4）按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案。

（5）画出机械运动方案示意图。

（6）选取其中两个传动机构或执行机构进行尺寸计算。

二、工作循环图对四工位专用机床的运动循环，主要是确定工作台的间歇回转和主轴箱的往复运动的先后顺序，以利于各机构的设计、装配和调试。

以主轴箱的零位角作为横坐标的起点，纵坐标表示各执行机构的起止位置。

三、执行机构的选型根据回转台和主轴箱这两个执行构件动作要求和结构特点，可以选择表2所列的常用机构。

执行机构的形态学矩阵表2四、机械运动方案的选择和评定根两个执行机构形态学矩阵，可以求出四工位专用机床的机械运动方案数为N＝4×5＝20现在按给定条件、各机构的相容性、机构简单、精度、承载力等要求选择方案如下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：方案一不完全齿轮-齿条机构，进给精度高，寿命长，但造价高。

方案二圆柱凸轮机构，结构简单，造价低；缺点是易磨损，凸轮加工困难。

一案方五、方案一结构简图六、机械传动系统的速比和变速机构1. 传动链设计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总传动比为机械传动系统为5级，第一级采用带传动，其速比为2.281；第二三四五级采用齿轮传动，传动比都为4。

584=2.281×4×4×4×4 （1）带传动:58448/60730i ===执行主轴电机总n n 小轮直径d1=100 大轮直径d2=228.125 i1=d2d1=228.125100=2.28125（2）齿轮传动:齿轮按标准中心距装配i2=i3=i4=M2×Z2M1×Z1=5×405×10=4i5=M4×Z4M3×Z3=3×803×20=42. 工作台间歇回转 槽轮机构：拨轮每周期48s 转一周；槽轮36~48s 转动，转过90°。

3. 主轴箱往复运动（1）不完全齿轮-齿条机构（方案一）：①结构示意图②齿轮的运动分析 周期为48s ：0~9s ，齿轮3与齿条啮合，齿轮1、2与齿条分离，齿条以6.67m/s 的速度向左运动60mm ；9~39s ，齿轮1与齿条啮合，齿轮2、3与齿条分离，齿条以2m/s 的速度向左运动60mm ；39~48s ，齿轮2开始与齿条啮合，齿轮1、3与齿条分离，齿条以13.33m/s 的速度向右急回120mm 。

4个齿轮都为M=3，Z=60每周期48s 转一圈3个不完全齿轮与左图右边三个齿轮同轴固定连接③零件尺寸齿轮1：M=2.5，啮合角度θ1=2π啮合时间周期 =2π3048=5π4，Z1=d1M=12.223d1=2×啮合圆弧长度θ1=2×601.25πmm =33.5577mm齿轮2：M=2.5，啮合角度θ2=2π啮合时间周期 =2π948=3π8，Z2=d2M=81.487d2=2×啮合圆弧长度θ2=2×1200.375πmm =203.7180mm齿轮3：M=2.5，啮合角度θ3=2π啮合时间周期 =2π948=3π8，Z1=d1M=40.744d3=2×啮合圆弧长度θ3=2×600.375πmm =101.8600mm（2）圆柱凸轮机构（方案二）：圆柱凸轮机构,凸轮旋转带动主轴箱左右有移动凸轮转动数值分析：附一：零件参数表附二：matlab程序x1=0:0.1:67.5;x2=67.5:0.1:292.5;x3=292.5:0.1:352.5;x4=352.5:0.1:360;s1=60*((x1/67.5)-(sin(2*pi*x1/67.5)/(2*pi)));s2=60*x2/225+43;s3=120*(1-(x3/60)+(sin(2*pi*x3/60))/(2*pi))+598;s4=0;v1=120*pi/48*(1-(cos(2*pi*x1/67.5)))/67.5;v2=120*pi/(48*225);v3=240*pi/48*((cos(2*pi*x3/60))-1)/60+0.11;v4=0;a1=120*pi*(2*pi/48)*(2*pi/48)*(sin(2*pi*x1/67.5))/(67.5*67.5);a2=0;a3=-0.24*pi*(pi/24)*(pi*24)*(sin(2*pi*x3/60))/3600-0.0015;a4=0;plot(x1,s1,'r',x2,s2,'c',x3,s3,'g',x4,s4,'k','linewidth',2)legend('s1=60*((x1/67.5)-(sin(2*pi*x1/67.5)/(2*pi)))','s2=60*x2/225+43','s3=120*(1-(x3/60)+(sin (2*pi*x3/60))/(2*pi))+598','s4=0')title('位移图像');xlabel('凸轮转动角度x');ylabel('位移s')；plot(x1,v1,'r',x2,v2,'c',x3,v3,'g',x4,v4,'k','linewidth',2)；legend('v1=120*pi/48*(1-(cos(2*pi*x1/67.5)))/67.5','v2=120*pi/(48*225)','v3=240*pi/48*((cos(2 *pi*x3/60))-1)/60+0.11','v4=0')title('速度图像');xlabel('凸轮转动角度x');ylabel('速度v')；plot(x1,a1,'r',x2,a2,'c',x3,a3,'g',x4,a4,'k','linewidth',2)legend('a1=120*pi*(2*pi/48)*(2*pi/48)*(sin(2*pi*x1/67.5))/(67.5*67.5)','a2=0;','a3=-0.24*pi*(pi/ 24)*(pi*24)*(sin(2*pi*x3/60))/3600-0.0015','a4=0')title('加速度图像');xlabel('凸轮转动角度x');ylabel('加速度a')。