四工位专用机床机械原理课程设计指导书
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设计题目：四工位专用机床
机械原理课程设计指导书
1. 孔的典型加工工艺及刀具
孔的加工包括从实体材料上加工孔和对已有孔进行加工两大类。麻花钻是在实体材
料上加工孔的常用刀具，加工精度较低。
扩孔钻和铰刀是用于对已有孔进行加工
的刀具。扩孔钻的外形和麻花钻相类似，
只是加工余量小，刀齿数目比麻花钻多，
加工后孔的质量较好，一般能达IT10—
11级精度。铰刀是提高被加工孔质量的
半精加工或精加工刀具，切削时加工余
量更小，刀齿数目更多，加工后孔的精
度最高可达IT8。 图1 孔加工刀具示意图
2. 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（如图2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90º，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。
机床外形可参考图2，外形总体尺寸可用于检查所设计机构能否装入机体内部。
图2 专用机床外形及尺寸
3. 设计步骤
1） 执行机构的选型
根据专用机床的功能要求，回转工作台做单向间歇运动，主轴箱做往复直线运动。
实现工作台单向间歇运动的机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、不完全齿轮机构等，
实现主轴箱往复直线运动的机构有连杆机构和凸轮机构等。上述机构的结构、工作原理
及特点见参考材料1、2 。机构选型应遵循以下原则。
表1 选用执行机构的原则与方法
2） 机械运动方案的评价
对上述两执行机构，做其形态学矩阵，可得到为数众多的方案。
工作台 棘轮 槽轮 凸轮 不完全齿轮
主轴箱 连杆 凸轮 凸轮—连杆
机械运动方案的拟定，最终要求通过分析比较提供最佳方案。一个方案的优劣只有
通过系统综合评价来确定。从机构和机械运动方案的选择和评价要求看，主要应满足五
个方面的性能指标，具体见表2。
表2 机械运动方案的评价指标
性能指标 具体内容
机构的功能 1）运动规律的型式；2）传动精度高低
机构的工作性能 1）应用范围；2）可调性；3）运转速度；4）承载能力
机构的动力性能 1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性
经济性 1）制造难易；2）制造误差敏感度；3）调整方便性；4）能耗大小
结构紧凑 1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性
目前常用的评价方法很多，如系统工程评价法、模糊综合评价法等。本次课程设计
中机械运动方案的评价采用定性评价法，由指导教师组织学生集体完成。
3） 机械传动系统的速比和变速机构
机械系统通常由原动机、传动装置、执行机构和控制操作部件组成。原动机是机械
系统中的驱动部分，其类型及规格已选定，执行机构的机构型式通过上述设计过程也已
确定，此时应进行传动系统的设计计算。传动系统是把原动机和执行机构联系起来的装
置，四工位专用机床中，传动系统将驱动电机的运动并列传递到两执行机构。传动类型
的选择及传动装置总传动比的分配见参考材料3。
4） 绘制机械运动方案草图
根据已选定的执行机构型式及传动系统的类型，绘制专用机床机械运动示意图（草
图），然后进行机械运动系统的尺度计算，有关参数计算完毕后，选取适当的比例绘制机
械运动方案简图（A1）。
5） 机械传动系统和执行机构的尺度计算
根据机械运动方案示意图，对机械传动系统和执行机构进行尺度计算，具体计算方
法见参考材料3及机械原理课本。计算过程中有无法确定的参数由指导教师给定。
6） 机构运动分析
用图解法对工作台回转机构或主轴箱往复直线运动机构进行运动分析，绘制从动件
位移、速度、加速度曲线图（A3）。该项任务可由方案相同的几位同学合作完成，位置点
的分配由组长完成。
7） 编写设计说明书
课程设计说明书是技术说明书的一种，是对课程设计的总结。主要内容包括：课程
设计题目简介（四工位专用机床的功能及设计要求）、执行机构的选型及评价、机械传动
系统的设计计算、机械运动方案简图的绘制、机械运动系统尺度计算、机构运动分析。
设计说明书用16K纸张书写，之后按以下顺序纵向装订成册：封面（由指导教师提
供统一格式）、课程设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。
4. 注意事项
1） 每位同学接到课程设计题目后最好准备一个专用笔记本，把在课程设计过程中查阅、
摘录的资料，初步的计算以及构思的草图都记录在案，这些材料是整理设计说明书的
基本素材。
2） 课程设计中所需知识可能超出《机械原理》课程课堂讲述的基本内容，同学应通过自
学补充有关知识。
3） 推荐参考资料：《机械原理课程设计手册》 邹慧君主编 高等教育出版社。
4） 建议设计进度
设计任务 所需时间（天）
准备及熟悉题目 1
执行机构选型及评价 1.5
方案评价 0.5
传动系统设计计算 2
机械系统尺度计算 1.5
机械运动方案图绘制 0.5
机构运动分析 1
编写设计说明书 1.5
机械原理课程设计任务书
1. 设计题目：四工位专用机床
2. 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。
3. 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1.5Kw，转速960r/min。
4. 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。
5. 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。
6） 编写设计说明书。（用16K纸张，封面用标准格式）
