四工位机床相关资料
本次设计的目的是通过四工位专用机床的传动系统和分动箱的设计将本科阶段所学的知识进行一次融会贯通，并在此基础上学习一些与题目相关的新知识。专用机床适用于大批量生产，它能够大大的提高生产效率。进而降低了制造成本。多工位专用机床采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，改善劳动条件。本次毕业设计的题目是四工位专用机床的传动系统和分动箱的设计，四工位专用机床一次完成钻孔、扩孔和铰孔三道工序。这次设计主要工作分为三部分。第一，对四工位专用机床的传动系统进行方案设计，在方案设计对机床进行了功能分析了解了机床要完成那些动作。对机床的机械运动循环进行了设计，确保各运动部件之间不存在运动干涉，而且要留有一定的安全时间间隔。对机床的各运动部件进行了方案选型，并最终确定了机床传动系统的方案。第二，对四工位专用机床的分动箱进行了技术设计。包括分动箱中所有传动零件（齿轮、轴、轴承和键）的设计和校核，以及分动箱箱体的设计。第三，对四工位专用机床的分动箱进行了三维设计，用PRO/E对分动箱的所用零件进行了三维设计。三维设计能够使设计者对所设计的产品有一个更直观的了解，而且更容易发现二维设计中不易发现的错误。尤其是对复杂零件的设计，例如分动箱的箱体，通过三维设计可清楚的了解箱体上的各种工艺结构以及其复杂的内部和外部结构，这样就可以使设计者准确掌握所设计的产品。采用三维设计大大的提高了设计效率，减少了错误发生的概率。对分动箱进行装配设计，可以通过软件的干涉检查功能了解装配体中是否存在干涉。如在装配后发现个别零件有错误可直接打开零件进行修改，修改的结果就会在装配体中直接体现出来。三维设计可以用PRO/E的三维零件直接生成二维工程图，而且对三维零件做的任意些该会自动在二维工程图中体现出来。这样就使得三维零件，二维工程图以及三维装配体的同步一致性。同时用PROE 可以对所做的零件、组件进行动态仿真，可以了解各运动零部件的运动干涉情况。
方案设计
已知条件
1. 工件厚度45 mm 。 2. 工件材料 HT200 。
3. 完成工序：钻孔，扩孔，铰孔。 4. 孔的尺寸及精度 φ25H7。 5. 孔的表面粗糙度 Ra3.2 。 6. 成产率每小时75件。 工件如图
1
图1 工件图
对机床进行功能分析
1. 设计一次完成：钻孔，扩孔，铰孔3道工序的四工位专用机床。 2. 该机床有四个工位：拆装工件（Ⅰ），钻孔（Ⅱ），扩孔（Ⅲ），铰孔（Ⅳ） 3. 该机床的主要功能如下：完成了三个运动。刀具的旋转运动A1，完成切削运动。工作台的间歇转动A2，每次转90°，每转一圈完成一个工作循环。主轴箱的往复直线运动A3，完成进退刀运动。
功能示意图如图2
图2 功能示意图
设计要求和主要参数
1. 由零件加工工艺可得到如下数据和要求：
对主轴箱移动（A3）的要求：做出主轴箱移动示意图如图
3
图3 主轴箱移动示意图
60⨯60
=48s 由生产率可知完成一个工作循环的时间是： T =
75
由图3可看出主轴箱移动经过了下面4个阶段：
原始位置：刀具距工件的距离S=65mm。 快速进给：S 1=60mm，t 1=6s,v1=10mm/s。 慢进切削：S 2=60mm,t2=30s,v2=2mm/s。 快速退回：S 3=120mm,t3=12s,v3=10mm/s。 2. 对刀具切削运动的要求：
钻削：切削速度16-24 m/min ,进给量 0.4-0.8 mm/r ,n=221.4-332.2 r/min ,
取 n=300 r/min f=0.4 mm/r 。
扩孔：切削速度10-18 m/min , 进给量 0.2-0.25 mm/r ,n=128.87-232.0 r/min ,取 n=200 r/min f=0.4 mm/r 。
铰孔：切削速度2-10m/min ,进给量 0.8-1.5 mm/r ,n=25.47-127.4 r/min , 取 n=100r/min f=0.4 mm/r 。
查[10]《组合机床设计第一册机械部分》大连组合机床研究所编 机械工业出版社 3. 工件的拆装时间不小于 10s tc=30+12/2=36s>10s 4. 生产效率：理论生产效率 Gth=75 件/h
四工位专用机床的功能结构图
对四工位专用机床的总功能进行分解，可得到功能结构图如图4.
床
四工位专用机床的机械运动循环情况
1. 完成一个工作循环的时间T=48 s 。 2. 工作台回转情况：
工作台静止的时间：t 4=t2+t3/2=30+12/2=36s>10s,满足拆装工件的要求。
工作台静止的时间包括：切削时间t 2和快退行程前半段的时间t 3/2。为防止运动干涉，最终取t 4=36+2=38s。
工作台转动的时间：t 5=t1+t3/2=6+12/2=12s，工作台转动时间包括：快
进时间t 1和快退行程的后半段时间t 3/2。最终取t 5=12-2=10s。刀具不在工件里时工作台才能转动。
工作台的转动速度n w =1/4t5=1/40=0.025r/s=1.5r/min。
由上面数据可作出四工位专用机床运动循环表，见表1.
四工位专用机床运动循环表
由表可看出：主轴箱和工作台的运动情况，各行程的起讫时间和持续过程，主轴箱和工作台的运动协调情况，为防止运动干涉即防止刀具在工件内时工作台转动，留出了Δt 1=3.5s和Δt 2=1.5s的缓冲时间。
运动选型与方案选定
由四工位专用机床的功能结构图可作出四工位专用机床功能转换图，见图
5.
a) 刀具运动功能转换图
b)工作台和主轴箱的运动功能转换图 四工位专用机床的功能转换图
由图5运动功能转换图可看出下面的一些问题：
1. 本机床采用两台电动机驱动：电动机1驱动刀具转动；电动机2驱动工作台间歇转动及主轴箱的往复移动。这种驱动方式叫独立驱动。采用这种驱动方式的原因是：本机床传动系统较复杂，采用独立驱动，可使运动链简化，减少传动机构，传动件，运动副的数目。进而减轻了机床的重量，对传动装置的布置、安装、调整、维修都有好处。
2. 使刀具转动的运动系统有2个分功能：减速、分动。使工作台间歇转动和主轴箱往复移动的传动系统有5个分功能：减速A 、减速B 、分动、变连续转动为间歇转动、变转动为移动。这里之所以采用2级减速是由于速比i=nd /nw =960/1.5=640.一级减速传动系统无法实现。另外采用两级减速，一级采用带传动，有过载保护缓冲减震作用。
选择关键的5个分功能：减速A （A ）、减速B （B ）、分动（C ）、变连续转动为间歇转动（D ）、变转动为移动（E ），为它们选择功能载体，作出四工位专用机
床的形态学矩阵，见表2.
表2 四工位专用机床的形态学矩阵
由表2可看出，由形态学矩阵可得到的技术方案的总数为: N=5×5×1×5×5=625 个
删除不合理的方案以及没有实际意义的方案，可以从中选出两个可行的方案：
方案1：A5+B1+C1+D5+E1
即：摆线针轮传动+带传动+齿轮传动+槽轮传动+移动推杆圆柱凸轮机构 方案2：A1+B5+C1+D4+E3
即：带传动+行星齿轮传动+齿轮传动+不完全齿轮传动+摆动推杆盘形凸
轮与摆动滑块机构
方案的机构运动简图
方案一
方案二
对两方案进行比较选出较优秀的方案
方案1：采用槽轮机构将连续转动变为间歇转动，结构简单。加工制造方便，分动箱的往复运动采用圆柱凸轮机构，传动平稳，运动规律容易实现。加工制造方便。
方案2：采用不完全齿轮将连续转动变为间歇转动，结构也较简单，但不完全齿轮的加工较复杂。分动箱的往复运动采用盘形凸轮机构和摆动滑块机构。盘形凸轮的廓线的确定比圆柱凸轮的廓线确定要复杂一些。
经比较得出方案1的传动系统较好。