第八章机械系统的方案设计

第一节概述

四个阶段初期规划设计(概念设计)总体方案设计结构技术设计生产施工设计(工艺设计)

重要性总体方案设计直接决定机械产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企业效益。

核心内容机械执行系统的方案设计，极富创造性和综合性。第八章机械系统的方案设计

总体方案设计内容

根据初期规划设计阶段提出的设计任务书，通过对系统的功能分析和工艺动作分解，明确各个工艺动作的工作原理，构思出满足功能要求的总体方案，并通过对方案的评价和决策，确定出既能实现系统预期功能要求，又性能优良、价格低廉的总体设计方案，完成总体方案示意图、机械系统运动简图、运动循环图和方案设计计算说明书。第二节机械执行系统的方案设计

一、执行系统的功能与设计要求

执行系统实现的功能(1)夹持例如自动生产线或自动机械中夹持工件或重物的工业机械手等。(2)运送例如自动机床的上下料机构和加工中心几个工位的工件传递系统等。(3)分度与转位例如加工齿轮时的分度机构、六角车床的刀架转位机构等。

(4)测量与检测例如对工件尺寸、形状及性能进行检验和测量的机构等。

(5)表面处理例如对工作对象表面进行喷涂、洗刷的机构等。(6)施力通过对工作对象施加力或力矩以改变工作对象的形状和尺寸，例如锻压机、剪切机、碎石机和加工机床中的机构等。

执行系统方案设计应满足的要求(1)实现预期的运动和动作(2)各构件具有足够的强度和刚度(3)各执行机构之间应动作协调

(4)机构结构合理，造型美观，便于加工与安装

(5)工作安全可靠，具有足够的使用寿命

二、执行系统方案设计的主要内容

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执行系统的功能原理设计

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执行系统的运动规律设计

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执行机构的型式设计

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执行系统的协调设计

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执行机构的尺度设计

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执行系统运动和动力分析

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执行系统的方案评价与决策

N机械执行系统方案设计过程YN改变设计策略机械预期实现的功能要求功能原理设计运动规律设计绘制执行系统运动简图构思新的运动规律改变机构参数执行机构型式设计执行系统协调设计机构尺度设计运动分析和动力分析方案评价是否满足要求改变机构型式重新构思功能原理

三、执行系统的功能原理设计

任务根据机械预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较，并根据使用要求或工艺要求，选择出既能很好地满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。功能原理设计的多方案性实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理，不同的工作原理，需要不同的工艺动作。切削运动分度运动范成运动切削运动范成原理进给运动进给运动齿轮加工设备仿形原理

1.

功能原理设计的特点(1)功能原理方案构思阶段是机械设计中最能充分发挥创造性的阶段。构思出一种崭新的工作原理就可以创造出一类新颖的机械产品，创造出新的价值。

(2)功能原理设计是否合理对产品的成败具有决定性作用，它从质的方面决定了机械的设计水平和综合性能状况。

2.

功能原理设计的创造性功能原理设计是一个极富创造性的构思过程，涉及的知识领域十分广泛，也没有某种固定的模式可以遵循。

功能原理设计的几种常用的方法

(1)分析综合法应用组合原理进行创造性设计，把机械系统预期实现的功能要求作为总功能，将其分解为一系列分功能，通过研究、分析分功能的本质，进行各分功能原理设计，然后把这些分功能原理进行综合，形成机械系统的功能原理设计方案。

(2)思维扩展法利用发散思维进行机械系统功能原理设计。在机械系统功能原理设计中，设计者的思路不应局限于机械学范围，电子学、磁学、光学、热学、仿生学等科学工作原理都应在考虑之列

(3)还原创新法机械的发明创造的原点是机械预期实现的功能，它是惟一的，而创造的起点是实现这一功能要求的方法，它有许多种。创造的原点可以作为创造的起点，但创造的起点却不能作为创造的原点。还原创新法是指跳出已有的创造起点，追根溯源到它的创造原点，紧紧围绕机械预期实现的功能预期，从创造原点出发，另辟新路，构思新的功能原理。

四、执行系统的运动规律设计根据工作原理所提出的工艺动作要求，构思出能实现该要求的各种运动规律，并从中选出最简单适用的运动规律，作为机械的运动方案，这一工作通常是通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解来进行的。运动规律设计是机械执行系统方案设计中十分关键的一步，它直接关系到机械运动实现的可能性、整机的复杂程度以及机械的工作性能，对机械的设计质量具有非常重要的影响。在设计运动规律时，应同时考虑机械的工作特性、适应性、可靠性、经济性和先进性等多方面的要求。

机械工艺动作过程分解的注意事项(1)动作最简化(2)动作可实现性(3)动作数最小(4)动作的变化规律(5)动作的控制和协调配合

加工内孔工艺动作不同分解方案镗内孔车床镗内孔镗床钻床拉床

五、执行机构的型式设计根据各执行构件所要完成的运动形式和运动规律，通过从现有的机构中进行选择、比较、组合或创造新机构来确定执行机构的型式。究竟选择哪种机构，需要考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本、外形尺寸等因素。执行机构型式设计所要解决的关键问题是：选择或创造什么样的机构来实现给定的运动。这是机械系统方案设计中最富有创造性的重要环节，直接影响到机械的工作质量、使用效果、使用寿命、结构的繁简程度和经济效益等。

(一)执行机构型式设计的基本原则1.满足执行构件的运动要求2.结构简单，运动链短精确直线导向机构近似直线导向机构

3.机构尺寸应尽可能小滑块行程为曲柄长度的4倍

4.注意运动副的选择用滚动摩擦代替滑动摩擦电动机内燃机液压马达气动马达

5.充分考虑动力源的形式

6.使执行系统有良好的传力特性和动力性能FPMdR323R121223R12FR32FR32R424MdFR4241PR32FCeFCFM摩擦力较大摩擦力较小

7.使机械操作方便，调整容易，安全可靠过载保护装置起动装置离合器误差补偿机构

摩擦传动机构

自锁机构可调机构换向装置制动装置

(二)执行机构型式设计的方法1.机构的选型(1)按照执行构件所需的运动形式和运动变换功能进行机构选型从具有相同运动形式和运动变换的机构中，按照执行构件所需的运动特性进行搜寻。当有多种机构均可满足要求时，则可根据执行机构型式设计的基本原则，对初选的机构型式进行分析和比较，从中选出较优的机构。非圆齿轮机构、双曲柄机构、转动导杆机构、单万向联轴节机构、齿轮－连杆组合机构等非匀速轴向滑移圆柱齿轮机构、混合轮系变速机构、摩擦传动机构、行星无级变速机构、挠性无级变速机构等变传动比匀速交错轴斜齿圆柱齿轮机构、准双曲面齿轮机构、蜗杆蜗轮机构交错轴双万向联轴节机构、锥齿轮机构等相交轴圆柱齿轮机构、平行四杆机构、同步齿形带机构、周转轮系、双万向联轴节机构、摩擦传动机构、摆线针轮机构、挠性传动机构、谐波传动机构等平行轴定传动比匀速连续转动机构示例运动形式常见运动形式及其对应机构

特殊形式的连杆机构、摆动从动件凸轮机构、齿轮－连杆组合机构、利用连杆曲线的圆弧段或直线段组成的多杆机构等间歇摆动棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、某些组合机构等间歇转动曲柄滑块机构、移动从动件凸轮机构、齿轮齿条机构、移动导杆机构、正弦机构、楔块机构、螺旋机构、气动、液动机构、挠性机构等往复移动往复运动运动形式常见运动形式及其对应机构

往复摆动曲柄摇杆机构、曲柄摇块机构、摆动从动件凸轮机构、双摇杆机构、摆动导杆机构、空间连杆机构、某些组合机构、摇杆滑块机构等间歇运动间歇移动棘齿条机构、摩擦传动机构、从动件做间歇往复运动的凸轮机构、反凸轮机构、气动、液压机构、移动杆有停歇的斜面机构等机构示例带传动机构、摩擦传动机构等微动、补偿双向式棘轮机构、三星轮换向机构、离合器、滑移齿轮换向机构等换向连杆近似直线机构、八杆精确直线机构、某些组合机构等直线轨迹预定轨迹运动形式常见运动形式及其对应机构

曲线轨迹利用连杆曲线实现预定轨迹的多杆机构、凸轮－连杆组合机构、齿轮－连杆组合机构、行星轮系与连杆的组合机构等特殊运动要求齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构等机构示例超越过载保护螺旋差动机构、谐波传动机构、差动轮系、杠杆式差动机构等……具体项目评价指标常用机构的性能和特点

1.运动规律和轨迹评价连杆机构组合机构齿轮机构凸轮机构运动性能工作性能任意性较差，只能实现有限个精确位置基本上任意一般为定传动比转动或移动基本上任意2.运动精度较低较高高较高3.运动速度很高较高一般较高1.应用范围2.效率一般一般广较广一般较广高较高3.可调性4.运转速度5.承载能力6.耐磨性较好较差较差较好较高很高较高高较大较大大较小好较好较好差7.可靠性可靠可靠可靠可靠具体项目评价指标常用机构的性能和特点

1.加速度峰值评价连杆机构组合机构齿轮机构凸轮机构动力性能经济性2.噪声较小较小小较大3.平稳性好较差较差较好1.制造难易程度2.制造误差敏感敏感不敏感较易较难较难容易敏感敏感3.调整方便性4.能耗大小1.尺寸2.重量较方便较麻烦较方便方便一般一般一般一般较大较小较小较小较轻较重较重较重3.结构复杂性简单复杂一般复杂较大较小小较小结构紧凑运动特性性能特点单向双向转动移动螺旋轨迹连续不连续匀速非匀速平行相交交叉运动类型运动方向运动连续运动速率轴线位置机构特征应用机构功能一种机构表达方法主要用于空气压缩机、机床等工作机上应用具有急回特性，制造容易、强度高、承载能力强机构特性性能交叉成90非匀速匀速非连续连续双向单向运动方向移动转动运动类型偏置曲柄滑块机构输出输入关系输出状态输入状态机构描述机构名称曲柄滑块机构的表达e运动特性运动连续性运动速率轴线位置

(2)按照动作功能分解与组合原理进行机构选型

运动变换和力变换的基本功能表示符号

基本功能表示符号表示符号基本功能运动形式变换运动(位移或速度)缩小运动(位移或速度)放大运动方向交替变换运动轴线变向运动合成运动分解运动脱离运动连接实现执行机构总功能的功能—技术矩阵

分功能实现分功能的对应机构U1UmUi……t11…t1j………tm1ti1tij…………………tmj

总功能的分解U(Ui

)i1，2，…，m

实现总功能的最多方案数

N

n1n2…ni…nm

i1，2，…，m有些机构具有多种分功能(如曲柄滑块机构既有运动形式变换功能，又有运动轴线变向功能)，所以，可能会出现重复方案。这种方法可提供数目众多的方案，使设计人员有广泛的选择范围。设计时，一般可先从中剔出一些明显不符合要求的方案，然后根据执行机构型式设计的基本原则，选取几个比较满意的方案。最后，采用科学的评价方法对初选方案进行评价，从中选出符合设计要求的最优方案。

举例

设计题目精锻机主机构

总功能当加压执行构件(冲头)上下运动时，能锻出较高精度的毛坯。

空间约束条件驱动轴必须水平布置。

分功能⑴运动形式变换⑵运动轴线变向⑶运动位移或速度缩小功能—技术矩阵流体机构摩擦轮机构齿轮机构螺旋、斜面机构凸轮机构连杆机构流体传动原理摩擦传动原理啮合传动原理推拉传动原理传动原理功能机构基本功能结构组合机构方案总数N63216冲头压力大，安全可靠，但传动精度差，适用于一般的锻压设备机构的综合刚度较差，但冲头具有较大压力，且可在冲压位置保持短时间停歇，适用于压印机

生产效率较低，适合用于一般大型锻压机械设备

刚度好，具有较好的增力功能，能完全满足精锻机各方面的技术要求特点DCBA方案基本功能结构序号2.机构构型的创新设计机构的构型，即先从常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构，然后在此基础上重新构造机构型式的工作。这项工作比机构的选型更具有创造性。

常用方法

(1)变异法以现有机构为基础，通过对构成机构的结构元素进行变化或改造，生成新的机构型式。常用的方法有运动倒置法、运动副变换法、局部变异法等。运动倒置O11O2312O13O232113211323改变运动副元素的形状低副变异为高副

局部变异

(2)扩展法根据机构组成原理，在选择的基本机构上连接若干基本杆组构造出新机构的方法。利用扩展法能在不改变机构自由度的情况下，增加或改善机构的功能。

要求

设计一个急回特性比较显著、运动行程比较大的急回机构，带动执行构件做往复移动。EFDHBB2ADB1基本机构ABCRPPII级组

(3)组合法基本机构由于其固有的局限性只能实现有限的运动功能和要求，对于更复杂的功能和运动要求，则常采用将几种基本机构用适当的方式组合起来，构成一个较复杂的机构，来实现基本机构很难实现的运动或动力特性。机构的组合是发明创造新机构的重要途径之一。常用的组合方式有串联组合、并联组合、反馈组合和复合组合等。

串联组合若干个单自由度的基本机构，以前一机构的输出构件作为后一机构的输入构件的方式组合。固结式串联前一机构的输出构件与后一机构的输入构件固结成一个构件。机构的固结式串联组合常用于改善输出构件的运动和动力特性，或用来实现运动或力的放大。12v412v4机构II机构I

轨迹点串联以前一机构做平面运动构件上某一点的轨迹作为输出，通过该轨迹点与后一机构的构件连接。机构的轨迹点串联组合常利用前一机构连接点的特殊运动轨迹来实现后一机构输出构件的特殊运动要求。1v51Mv5机构I机构II并联组合以一个多自由度机构作为基础机构，一个或几个单自由度基本机构(附加机构)的输出构件接入基础机构，实现运动的合成。并联组合机构既可以实现复杂的运动函数，也可以用于实现特殊的轨迹。基础机构III－差动轮系(2、3、4、H)附加机构I－定轴轮系(1、2)附加机构II－四杆机构(ABCD)H4机构I机构II1机构III2134B1CA5HED24

适当选择机构参数，可以使从动轮4做具有近似瞬时停歇的单向转动。1机构I机构IIv4vC511ABCD243Sv4基础机构II－五杆机构附加机构I－凸轮机构只要适当设计附加机构凸轮1的轮廓曲线，就可以使连杆2上点C精确实现给定轨迹S。反馈组合以一个多自由度机构为基础机构，基础机构中有一个输入运动是通过一个单自由度附加机构从该多自由度机构的输出构件反馈得到的。反馈式组合机构常用于实现一些复杂运动和对运动有特殊要求的场合。1(t)机构II机构I2(t)s3(t)v3(s3)231241(1)2(2)基础机构II－双自由度蜗杆机构附加机构I－凸轮机构校正原理

测出蜗轮副一个周期的运动误差，并以此作为设计凸轮轮廓曲线的依据。通过反馈组合后的附加运动，可以使运动误差得到相应补偿。运载组合一个机构安装在另一个机构的某一运动构件上，两机构各自完成自己的运动，其运动的叠加即为所要求的输出运动。机构I－曲柄摇块机构1、2、3、4机构II－双杆机构4、5M43215141机构II机构IvM4

六、执行系统的协调设计⑴执行系统协调设计原则

●

满足各执行机构动作先后的顺序性要求

●

满足各执行机构动作在时间上的同步性要求

●

满足各执行机构在空间布置上的协调性要求

●

满足各执行机构在操作上的协同性要求

●

各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率

●

各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高执行构件动作的协调配合●

送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压●

冲头上移一段距离后，进行下次送料动作执行构件动作的协调配合●

送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压●

冲头上移一段距离后，进行下次送料动作执行构件动作的协调配合●

送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压●

冲头上移一段距离后，进行下次送料动作执行构件动作的协调配合●

送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压折叠包装机构的两个执行构件的协调配合饼干1342饼干21左折边构件3包装纸4右折边构件折叠包装机构的两个执行构件的协调配合饼干21344折叠包装机构的两个执行构件的协调配合134饼干2折叠包装机构的两个执行构件的协调配合饼干2134折叠包装机构的两个执行构件的协调配合饼干1342MBA

两个构件不能同时位于区域MAB中，以免干涉。折叠包装机构的两个执行构件的协调配合0范成运动i00执行构件运动速度的协调配合

范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。0范成运动i00执行构件运动速度的协调配合

范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。0切削运动

执行构件运动速度的协调配合

范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。0让刀运动执行构件运动速度的协调配合

范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。0执行构件运动速度的协调配合

范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。0执行构件运动速度的协调配合

范成法加工时，刀具与齿坯之间必须保持精确的传动比。

⑵执行系统协调设计方法

●

确定机械的工作循环周期

●

确定机械在一个运动循环中各执行构件的各个行程段及其所需时间

●

确定各执行构件动作间的配合关系

⑶机械运动循环图用于描述机械在一个运动循环中各执行构件运动间相互协调配合的图。通常选取机械中某一主要的执行构件为参考构件，以生产工艺的起始点作为运动循环的起始点，据此确定其它执行构件的运动相对于参考构件的先后次序和配合关系。

机械运动循环图形式

直线式圆周式直角坐标式

退回停止冲制

直线式机械运动循环图进给冲头送料器曲柄转角

0º90º180º270º360º

圆周式工作循环图

图示单缸四冲程内燃机的工作循环图。曲轴为参考构件，转动两转为一个工作循环。

启排气门开启进气门开进气排气压缩膨胀闭进气门关火点曲轴0º

540º

360º

180º

排门闭关气直角坐标式工作循环图

饼干包装机工作循环图中，横坐标表示参考构件的转角，纵坐标表示执行构件的转角。进退

静止

静止

静止

进退

MM左执行机构1

右执行机构2

分配轴转角

0º90º180º270º360º饼干1342MBA

七、机械系统运动方案评价与决策

评价指标

●

系统功能

实现运动规律或运动轨迹、实现工艺动作的准确性

●

运动性能

运转速度、行程可调性、运动精度等

●

动力性能

承载能力、增力特性、传力特性、振动噪音等

●

工作性能

效率高低、寿命长短、可操作性、安全性、可靠性适用范围等

●

经济性

加工难易、能耗大小、制造成本等

●

结构紧凑性

尺寸、重量、结构复杂性等

评价方法

⑴评分法针对评价目标中各个项目，选择一定的评分标准和总分计分法对方案的优劣进行评价。建立评价体系选择评分方法选择评分标准对各个项目进行评分选择总分计分法，计算总分选取高分者为优选方案

总分计分法方法公式特点分值相加法

将n个评价目标评分值简单相加，计算简单、直观分值连乘法将n个评价目标评分值相乘，使各方案总分差拉开，便于比较

均值法

将相加所得结果除以评价目标系数，结果直观

相对值法

将均值法所得结果除以理想值，使Qi1，可看出与理想值的差距

加权计分法(有效值法)

将各项评分值乘以加权系数后相加，考虑了各评价目标的重要程度

评价结果的处理入选方案数设计阶段评价准则结果处理1最后阶段合理已得到最佳方案，设计结束可改进重新决定评价准则，再作评价中间阶段合理评价结束，转入下一阶段多于1最后阶段合理增加评价项目或提高评价要求再作评价中间阶段需改进若入选数太多，按上述方案改进准则再作评价合理将入选方案排序，转入下一设计阶段0任何阶段可改进放宽评价要求，再作评价合理待评设计方案质量不高需再设计

一、机械传动系统方案设计1.设计过程⑴确定传动系统总传动比⑵选择传动类型⑶拟定传动链布置方案⑷分配传动比⑸确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数⑹绘制传动系统运动简图第三节机械传动系统的方案设计

和原动机选择

2.传动类型选择类型与特点挠性(件)传动

摩擦轮传动

绳传动

圆形齿轮传动

挠性啮合传动

带传动

啮合传动

机械传动摩擦传动单级齿轮传动

齿轮系传动

同步齿形带传动

螺旋齿轮传动

蜗杆蜗轮传动

圆锥齿轮传动

圆柱齿轮传动

定轴轮系传动

周转轮系传动

链传动

非圆齿轮传动

行星轮系传动

差动轮系传动

液压、液力传动利用液压泵、阀、执行器等元件实现的传动。气压传动以压缩空气为工作介质的传动电气传动利用电动机和电气装置实现的传动按速度变化情况划分的传动类型传动类型原动机输出速度传动类型举例定传动比传动恒定齿轮传动，带、链传动，螺旋传动，不调速的电力，液压及气压传动变传动比传动有级变速恒定带塔轮的皮带传动，滑移齿轮变速箱可调电力、液压传动中的有级调速传动无级变速恒定机械无级变速器，液力耦合器及变矩器，电磁滑块离合器，磁粉离合器，流体粘性传动可调内燃机调速传动，电力、液压及气压无级调速传动周期性变速恒定非圆齿轮传动，凸轮机构，连杆机构及组合机构可调数控的电力传动

选择原则

●

执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配

●

考虑工作要求传递的功率和运转速度

●

有利于提高传递效率

●

尽可能结构简单的单级传动装置

●

考虑结构布置

●

考虑经济性

●

考虑机械安全运转条件

传动比的合理分配传动机构种类平带V带摩擦轮齿轮蜗杆链圆周速度ms52553015251512015351540减速比58157104880610最大功率kW2007501200150250500005503750常用原动机的类型及主要特点

原动机类型主要特点三相异步电动机

结构简单、价格便宜、体积小、运行可靠、维护方便、坚固耐用；能保持恒速运行及经受较频繁的启动、反转及制动；但启动转矩小，调速困难。一般机械系统中应用最多。

同步电动机

能在功率因子cos1的状态下运行，不从电网吸收无功功率，运行可靠，保持恒速运行；但结构较异步电动机复杂，造价较高，转速不能调节。适用于大功率离心式水泵和通风机等。

直流电动机

能在恒功率下进行调速，调速性能好，调速范围宽，启动转矩大；但结构较复杂、维护工作量较大、价格较高；机械特性较软、需直流电源。

二、原动机的选择常用原动机的类型及主要特点

工作介质为空气，易远距离输送、无污染，能适应恶劣环境、动作速度快；但工作稳定性较差，噪声大；输出转矩不大，传动时速度较难控制。适用于小型轻载的工作机械。气动马达

可获得很大的动力和转矩，运动速度和输出动力、转矩调整控制方便，易实现复杂工艺过程的动作要求；但需要有高压油的供给系统，油温变化较大时，影响工作稳定性；密封不良时，污染工作环境；液压系统制造装配要求高。液压马达

功率范围宽、操作简便、启动迅速；但对燃油要求高、排气污染环境、噪声大、结构复杂。多用于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。

内燃机

能精密控制系统位置和角度、体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能力，其理想的机械特性和调速特性均为直线。广泛用于工业控制、军事、航空航天等领域。

控制电动机主要特点原动机类型

第四节机械系统运动方案设计举例1.C1325自动车床刀架系统的分析功能要求自动换刀轴向进给进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613功能分解

●

让刀—转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉●

转位—转塔刀架每次转过60º进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613●

定位—转位之前拔出保证加工精度的定位销●

进、退刀—不转时，精确实现预定的进退刀运动。进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613功能分解

刀架系统的工作过程退刀压簧12→推杆13回程→齿轮6→齿条7→活动支架8向右完成退刀进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613让刀退刀的同时，齿轮1的离合器结合并开始转动→宽齿轮2→圆锥齿轮3→圆柱凸轮机构4→拔出销10；同时，曲柄5转动→支架8快速向右让刀进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613刀架系统的工作过程转位让刀快结束时，槽轮开始转位→曲柄5的后半圈→支架8向左移动完成复位进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613刀架系统的工作过程定位转位结束时，凸轮机构4的从动件推杆摆动→插入定位销10，齿轮1离合器脱开并停止运转进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613刀架系统的工作过程进给从动件13推程→齿轮6→齿条7→活动支架8向左运动完成进给进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动支架8定位销10六槽轮机构11613刀架系统的工作过程刀架系统的工作循环图定位销转塔活动支架定位拔出静止转位后退复位圆柱凸轮转角090º180º270º360º刀架系统各机构的组合方式及特点

组合方式分析组合方式主要以串联方式为主，但在I、II处采用了特殊的并联方式。进刀凸轮机构齿轮齿条机构曲柄滑块机构圆柱凸轮机构槽轮机构连杆机构圆柱齿轮机构圆锥齿轮机构活动支架进退转塔刀架转位定位销进退III

机构功能分析●

进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工件需要更换不同的凸轮●

后续串联的齿轮齿条机构用于转换运动形式并将运动放大●

后续再串联一曲柄滑块机构，以增大让刀距离●

并联槽轮机构用于实现转位●

并联曲柄滑块机构用于实现让位●

并联圆柱凸轮机构再串联连杆机构用于实现定位，且容易满足时序要求●

圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构用于改变运动方向刀架系统各机构的组合方式及特点进刀凸轮机构齿轮齿条机构曲柄滑块机构圆柱凸轮机构槽轮机构连杆机构圆柱齿轮机构圆锥齿轮机构活动支架进退转塔刀架转位定位销进退III一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。

2.多头专用钻床机械传动系统设计

设计任务设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。3020382020502010⑴运动方案选择工艺动作钻头一边旋转，同时相对于工件作移动一般的钻床多采用第一种方案，但本例是三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。

2.多头专用钻床机械传动系统设计

设计任务设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。3020382020502010三种运动方案●

钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止●

钻头旋转，工作台带动工件进给●

工作台旋转，钻头作轴向进给送料机构采取从料仓推送工件的方式⑵执行系统运动规律设计工作台送料杆料仓

三个执行构件钻头、工作台、送料杆

工艺过程

●

送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件●

夹具将工件定位并夹紧●

送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头●

工作台慢速工进；●

钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环

钻头的转速

nc1000v(d)

d钻头直径，d8mm

v切削速度，查手册45钢，可选v12.5mmin

nc500rpm

工作台为往复运动

钻孔工艺要求

●

工作台带动工件快速上移接近钻头

●

工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进给速度应减小

●

钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环

工作台一个工作循环总时间

T1

t1

t2

t3

t4

t5

24.6s

工作台每分钟工作循环数

n1

60T1

2.44

送料杆的运动为往复直动，运动循环时间与工作台相同

Ts

24.6s

工作台的行程Hf

h0

h1

h2h1

—单孔钻削深度，取h1

13mmh2

—三孔同时钻削深度，取h2

13mm

送料杆的行程取工件的两倍Hs

100mmh0

—工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0

15mm工作循环图凸轮转角090º