四工位专用机床传动机构设计.docx
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四工位专用机床传动机构设计
设计任务分析…………………………………………………………
（1）
机床结构和工作原理…………………………………………………
（2）
圆柱凸轮………………………………………………………………（4）
小凸轮…………………………………………………………………（7）
定位机构………………………………………………………………（8）
槽轮机构………………………………………………………………（9）
自我鉴定………………………………………………………………（9）
附录1（五次多项式求解Ｃ程序）…………………………………（10）
附录2（圆柱凸轮Ｃ程序）……………………………………………（11）
附录3（定位凸轮C程序）……………………………………………（14）
设计任务分析
一：
工作原理及工艺动作过程
四工位专用机床是在四个工位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。
二：
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，如右图所示），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3mm/s，工件装卸时间不超过10s。
（３）机床生产率每小时约75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。
三：
任务分析
（1）为了达到进给要求，适宜用凸轮机构来控制钻头的运动。
由于刀具匀速进给速度为3mm/s，所以就要求凸轮的转速为每四十八秒一转。
（2）考虑到加工的精密稳定性，本机床的传动机构宜多采用齿轮。
并且凸轮的运动中不应出现刚性冲击，要选择合适的运动规律，如五次多项式。
（3）为实现工作台的间歇运动，可以选择槽轮机构。
（4）为保证钻头加工位置的准确，还应该设计定位机构。
（5）最后需要绘制出至少两张A1图来表达本机床的设计思想。
分别为机箱传动图、槽轮机构和定位机构既工作台转位机构和定位机构。
四：
设计流程
1.专用机床的刀具进给机构方案图及运动循环图。
2.设计工作台转位机构及定位机构方案图及运动循环图。
3.设计圆柱凸轮机构。
4.设计定位凸轮机构。
5.凸轮机构设计计算，选择和设计从动件的运动规律。
6.编写设计说明书。
机床结构和工作原理
一：
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（如下图所示），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90度，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。
二：
本机床的内部结构和相关参数。
（1）本机床采用的是每分钟1420转的交流异步电机，通过皮带传动、齿轮行星轮系和一系列的定轴轮系将转速降为每四十八秒1转，钻头的进给通过齿条传动，运动平稳。
具体结构如下：
（2）各机件类型及参数（单位mm）
编号
零件类型
属性
编号
零件类型
属性
1
插销轮
R=60
12
圆柱齿轮
模数2
齿数72
2
小凸轮
R=130h=20
13
圆柱齿轮
模数2
齿数18
3
槽轮
R=169.7
14
圆柱齿轮
模数2
齿数71
4
拨轮
R=121.6
15
圆柱凸轮
R=125L=150
5
圆柱齿轮
模数2
齿数68
16
滚子
R=15
6
圆柱齿轮
模数2
齿数17
17
小齿条
模数2
齿数14
7
圆柱齿轮
模数2
齿数17
18a/b
圆柱齿轮
模数2
Z=22/66
8
圆柱齿轮
模数2
齿数102
19
大齿条
模数2
齿数45
9
圆柱齿轮
模数2
齿数36
20
电机
2.2kw/1420转
10
圆柱齿轮
模数2
齿数142
21
带轮
Z型
D=50
11
圆柱齿轮
模数2
齿数20
22
带轮
SPZ型
D=160
23
滚子
D=16
（3）各轮的转速
电机1420转每分；22处，齿轮6为443.75转每分；杆8-11.处11.75转每分；
圆柱凸轮；小凸轮，拨轮均为48秒每转；插销轮，槽轮为48秒1/4转。
齿轮13/14采用正变位，R13=18.60674,x=0.338;R14=73.39326,x=1.3338.用来保证安装轴在同一条水平线上，利于安装。
5.6.7.8为2K-H行星轮系，该转动比为25，其效率为90.4%，且为同轴。
刀具
进程
回程
刀具在工件外
刀具在工件内
刀具在工件外
工作台
转位
静止
转位
圆柱凸轮
进程
回程
近休
定位凸轮
远休
回程
近休
进程
远休
槽轮
转动
静止
转动
（4）行程循环
圆柱凸轮
一：
圆柱凸轮的参数：
通常直动滚子从动件的圆柱凸轮的许用压力角[
]=25度-35度。
过理论廓曲线上任意一点做法线nn,nn与y轴的夹角即为机构的压力角
。
因此基圆柱半径必须满足半径大于等于最大速度比上角速度与许用压力角正弦的积。
既公式
另外大速度，可减小圆柱凸轮的行程，故在18a/b处两齿轮的比值为3，由此计算得出其半径为95.44mm，
经过考虑取半径为125mm，长度取150mm。
二：
主凸轮轮廓线及其运动曲线
凸轮廓线
（1）快进行程0—45度，五次多项式曲线；
（2）工进行程45—170度，一次多项式曲线
170—195度，五次多项式曲线；
（3）快回行程195—292.5度，正弦加速度曲线；
（4）近休292.5—360度。
（方程来自《机械原来》（孙恒陈作模葛文杰主编）（高等教育出版社））
位移和轮廓线
速度线（上图）
加速度线（上图）
位移
PHI=15,PSI=3.753079
PHI=30,PSI=14.617199
PHI=45,PSI=20.000000
PHI=60,PSI=22.000000
PHI=75,PSI=24.000000
PHI=90,PSI=26.000000
PHI=105,PSI=28.000000
PHI=120,PSI=30.000000
PHI=135,PSI=32.000000
PHI=150,PSI=34.000000
PHI=165,PSI=36.000000
PHI=180,PSI=38.755676
PHI=195,PSI=39.972656
PHI=210,PSI=39.085434
PHI=225,PSI=33.644810
PHI=240,PSI=23.061991
PHI=255,PSI=11.163046
PHI=270,PSI=2.910990
PHI=285,PSI=0.118404
PHI=300,PSI=0.000000
PHI=315,PSI=0.000000
PHI=330,PSI=0.000000
PHI=345,PSI=0.000000
PHI=360,PSI=0.000000
printanykeytographics...
速度
PHI=15,PSI=6.685200
PHI=30,PSI=7.407516
PHI=45,PSI=1.500000
PHI=60,PSI=1.500000
PHI=75,PSI=1.500000
PHI=90,PSI=1.500000
PHI=105,PSI=1.500000
PHI=120,PSI=1.500000
PHI=135,PSI=1.500000
PHI=150,PSI=1.500000
PHI=165,PSI=1.500000
PHI=180,PSI=1.953126
PHI=195,PSI=0.005931
PHI=210,PSI=-1.993546
PHI=225,PSI=-6.252020
PHI=240,PSI=-9.096655
PHI=255,PSI=-8.070049
PHI=270,PSI=-4.059062
PHI=285,PSI=-0.528666
PHI=300,PSI=0.000000
PHI=315,PSI=0.000000
PHI=330,PSI=0.000000
PHI=345,PSI=0.000000
PHI=360,PSI=0.000000
printanykeytographics...
加速度
PHI=15,PSI=3.481503
PHI=30,PSI=-2.814736
PHI=45,PSI=0.000000
PHI=60,PSI=0.000000
PHI=75,PSI=0.000000
PHI=90,PSI=0.000000
PHI=105,PSI=0.000000
PHI=120,PSI=0.000000
PHI=135,PSI=0.000000
PHI=150,PSI=0.000000
PHI=165,PSI=0.000000
PHI=180,PSI=-1.280361
PHI=195,PSI=0.000346
PHI=210,PSI=-0.917922
PHI=225,PSI=-1.042878
PHI=240,PSI=-0.266923
PHI=255,PSI=0.739619
PHI=270,PSI=1.107226
PHI=285,PSI=0.518333
PHI=300,PSI=0.000000
PHI=315,PSI=0.000000
PHI=330,PSI=0.000000
PHI=345,PSI=0.000000
PHI=360,PSI=0.000000
printanykeytographics..
小凸轮
一：
小凸轮轮廓线及其运动曲线
凸轮廓线
（1）推程0—30度，正弦加速度曲线；
（2）远休30—120度。
（3）回程120—150度，正弦加速度曲线。
（4）近休150—360度。
mm。
由于尺寸的关系取130mm。
最大压力角为
（方程来自《机械原来》（孙恒陈作模葛文杰主编）（高等教育出版社））
定位机构
为保证钻头加工位置的准确，本方案设计了定位机构，采用从工作台后面定位的方法，具体结构见下图：
槽轮机构
为实现工作台的间歇运动，本方案选择了槽轮机构。
槽轮48秒转过1/4圈，使工作台转换一个位置，完成一道工序。
具体结构如下：
外槽轮的有关尺寸：
圆销回转半径R=169.7mm，
圆销半径r=R/6=28.3mm,
槽顶高S=169.7mm，
槽底高B=38mm，
槽条h=S-B=131.7mm,
槽顶侧壁厚b=（0.6-0.8）r=19.8mm,
锁止弧半径R-r-b=121.6mm,
中心距240mm。
自我鉴定
一:
方案评议
本方案考虑到了加工的精密准确性，传动机构多采用了齿轮，钻头的进给是靠齿条驱动，相当的稳定和准确。
齿轮间的传动比都尽可能的取了较大的值，这样减少了齿轮的数量，降低了机床的成本。
另外，圆柱凸轮的进程1，3段采用了五次多项式运动规律2段采用了二次多项式运动的规律，回程采用了后半段正弦加速度运动规律，整个过程无刚性冲击，保证了运动的稳定，降低了噪声。
由于这是机械原理的课程设计课，设计过程中没有考虑各构件的强度，所以各构件的尺寸（如齿条尺寸的确定及安装间距的确定）尚须进一步的学习去完善。
二:
设计体会
本次设计的整个过程全部在计算机上进行，中途遇到了很多的问题，但在老师和同学的帮助下，我最终克服了种种困难，按期完成了作业。
作为一个设计人员，务必要有足够的耐心，去面对种种的麻烦；务必要有足够的细心，去解决一些细小的问题；务必要有足够的责任心，去设计自己的方案。
这就是我在本次设计过程中最重要的心得体会。
初次进行一次完整的设计，其中有许多的不足，还希望老师和同学们能多多批评指正，让我做得更好。
最后，向所有在本次设计过程中帮助和支持过我的老师和同学致以真诚的谢意，特别是指导我设计的田老师，谢谢你!
附录1五次多项式程序
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#include"math.h"
intcagaus（A,B,n,X）
intn;
doubleA[],B[],X[];
{
int*js,l,k,i,j,is,p,q;
doubled,t;
js=malloc（n*sizeof（int））;
l=1;
for（k=0;k<=n-2;k++）
{d=0.0;
for（i=k;i<=n-1;i++）
for（j=k;j<=n-1;j++）
{t=fabs（A[i*n+j]）;
if（t>d）{d=t;js[k]=j;
is=i;
}}
if（d+1.0==1.0）l=0;
else{if（js[k]!
=k）
for（i=0;i<=n-1;i++）
{p=i*n+k;q=i*n+js[k];t=A[p];A[p]=A[q];
A[q]=t;
}
if（is!
=k）
{for（j=k;j<=n-1;j++）
{p=k*n+j;q=is*n+j;t=A[p];A[p]=A[q];
A[q]=t;}
t=B[k];B[k]=B[is];B[is]=t;}}
if（l==0）{free（js）;printf（"fail"）;
return（0）;}
d=A[k*n+k];
for（j=k+1;j<=n-1;j++）
{p=k*n+j;A[p]=A[p]/d;}
B[k]=B[k]/d;
for（i=k+1;i<=n-1;i++）
{for（j=k+1;j<=n-1;j++）
{p=i*n+j;A[p]=A[p]-A[i*n+k]*A[k*n+j];}
B[i]=B[i]-A[i*n+k]*B[k];}}
d=A[（n-1）*n+n-1];
if（fabs（d）+1.0==1.0）{free（js）;
printf（"fail/n"）;
return（0）;}
X[n-1]=B[n-1]/d;
for（i=n-2;i>=0;i--）
{t=0.0;
for（j=i+1;j<=n-1;j++）
t=t+A[i*n+j]*X[j];
X[i]=B[i]-t;}
js[n-1]=n-1;
for（k=n-1;k>=0;k--）
if（js[k]!
=k）{t=X[k];
X[k]=X[js[k]];
X[js[k]]=t;}
free（js）;
return
（1）;}
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#include"math.h"
#definepi3.141592654
#defineypi*170/180
#definezpi*130/120
#defineapi*7.5/180
main（）
{inti;
staticdoubleA[6][6]=
{{1,y,y*y,y*y*y,y*y*y*y,y*y*y*y*y},
{1,z,z*z,z*z*z,z*z*z*z,z*z*z*z*z},
{0,a,2*a*y,3*a*y*y,4*a*y*y*y*y,5*a*y*y*y*y*y},
{0,a,2*a*z,3*a*z*z,4*a*z*z*z,5*a*z*z*z*z},
{0,0,2*a*a,6*a*a*y,12*a*a*y*y,20*a*a*y*y*y},
{0,0,2*a*a,6*a*a*z,12*a*a*z*z,20*a*a*z*z*z}
};
staticdoubleX[6],B[6]={110/3,40,1,0,0,0};
i=cagaus（A,B,6,X）;
if（i!
=0）
for（i=0;i<=5;i++）
printf（"x（%d）=%e\n",i,X[i]）;
getch（）;
}
附录2圆柱凸轮廓线程序
位移和廓线：
#include
#include
#include
#include
main（）
{
floatr,ph,ps,hp,bh,m,p,si[361];
char*s;
inti,gd=DETECT,gm,y;
r=3.141592654/180;
ph=125*r;ps=25*r;hp=97.5*r;bh=60*r;m=45*r;
for（i=0;i<=360;i++）{
p=i*r;
if（p>=m+ph+ps+hp）{
si[i]=0;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,si[i]）;
continue;
}
if（p>=m+ph+ps）{
si[i]=40-40*（p-ph-ps-m）/hp+40*（sin（360*r*（p-ph-ps-m）/hp））/（360*r）;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,si[i]）;
continue;
}
if（p>=ph+m）{
si[i]=8084.77-9391.62*p+3757.15*p*p-487.694*p*p*p-33.3693*p*p*p*p+8.98339*p*p*p*p*p;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,si[i]）;
continue;
}
if（p>=m）{
si[i]=20+（p-45*r）/7.5/r;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,si[i]）;
continue;
}
si[i]=363.2813*p*p*p-678.0476*p*p*p*p+341.3114*p*p*p*p*p;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,si[i]）;
}
printf（"printanykeytographics..."）;
getch（）;
initgraph（&gd,&gm,""）;
cleardevice（）;
line（50,400,450,400）;
line（450,400,445,395）;
line（450,400,445,405）;
line（50,400,50,100）;
line（50,100,45,105）;
line（50,100,55,105）;
outtextxy（50,450,"pressanykeytoreturn..."）;
for（i=0;i<=360;i+=30）{
s=itoa（i,s,10）;
outtextxy（i+50,405,s）;
line（i+50,400,i+50,395）;
}
for（i=30;i<=250;i+=30）{
s=itoa（i,"",30）;
outtextxy（25,400-i,s）;
line（50,400-i,55,400-i）;
}
moveto（50,400）;
setcolor（RED）;
for（i=0;i<=360;i++）{
y=si[i]*3;
lineto（i+50,400-y）;
}
for（i=0;i<=360;i++）{
y=si[i]*3;
if（fmod（i,3）==0）
circle（i+50,400-y,10）;
}
getch（）;
closegraph（）;
}
速度程序：
#include
#include
#include
#include
main（）
{
floatr,ph,ps,hp,bh,m,p,sa[361];
char*s;
inti,gd=DETECT,gm,y;
r=3.141592654/180;
ph=125*r;ps=25*r;hp=97.5*r;bh=60*r;m=45*r;
for（i=0;i<=360;i++）{
p=i*r;
if（p>=m+ph+ps+hp）{
sa[i]=0;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,sa[i]）;
continue;
}
if（p>=m+ph+ps）{
sa[i]=40*7.5*r*（cos（360*r*（p-ph-ps-m）/hp））/hp-40*7.5*r/hp;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,sa[i]）;
continue;
}
if（p>=ph+m）{
sa[i]=（-9391.62）*7.5*r+3757.15*15*r*p-487.694*22.5*r*p*p-33.3693*30*r*p*p*p+8.98339*37.5*r*p*p*p*p;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,sa[i]）;
continue;
}
if（p>=m）{
sa[i]=1.5;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,sa[i]）;
continue;
}
sa[i]=363.2813*22.5*r*p*p-678.0476*30*r*p*p*p+341.3114*37.5*r*p*p*p*p;
if（fmod（i,5）==0）
printf（"PHI=%d,PSI=%f\n",i,sa[i]）;
}
printf（"printanykeytographics..."）;
getch（）;
initgraph（&gd,&gm,""）;
cleardevice（）;
line（50,400,450,400）;
line（450,400,445,395）;
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