机电一体化课程设计
专业班级 机械实验班 学生姓名 李跃辉 学 号 20101196
指导老师 陈 飞
目 录
一、机动转台的总体要求
二、机械系统改造方案
三、系统总体方案的确定与论证
四、控制系统设计
五、课程设计心得体会
参考文献
一、机动转台的总体要求
一、机动转台的工作要求
机动转台要能够进料输料，要求能在工作平面内实现上下移动和旋转90°，解决生产线上零件回位问题。
二、转台功能划分
总功能：实现生产线上零件回位问题。 功能分析： 1、主要功能：
（1）进料功能。为使零件平稳的输送到指定位置，必须由机动转台上辊筒滚动通过摩擦来带动零件到指定位置。
（2）升降功能。转台能在工作平面内垂直升降，把零件由一个垂直面带到另一个工作面上。
（3）旋转功能。转台能在工作平面内旋转90°，从而实现零件的回位问题。
（4）输料功能。与进料相反，转台能通过辊筒带动零件从转
台输送到下一个工作位置。 2、辅助功能：
限位检测。转台通过限位装置能检测共建是否到位，根据工件的到位情况来实行下一动作。到辊筒带动零件到工作台通过限位装置能使其到达指定位置从而停止进料。转台开始上升通过安全位置检测
时开始旋转上升到指定位置时停止上升，将料输出。整个过程都是通过位置检测来实现的。
三、自动化水平。
转台在工作平面内能自动进料，升降以及旋转基本能实现半自动化。
二、机械系统改造方案
一、旋转工作台传动改造方案。
图一
该方案的工作过程：电动机正转经联轴器带动蜗轮蜗杆使工作转台
090旋转，当转到后，电动机停转，电动机反转时，工作转台回到原
来的位置。
该部分方案的不足之处以及其改进方案：
1、该方案中采用三相异步电动机不合理。在工作中电机需频繁启动，很容易使电机损坏。
解决方案：在联轴器后面加装槽轮机构，将三相异步电动机用液压马达代替。
① 槽轮机构
由槽轮带动涡轮蜗杆转动，从而转动工作台。其工作原理为拨销盘以不变的转速旋转，拨销转过2时，槽轮转过相邻两槽间的夹角为2，在拨销转过其余的部分时，即2（），槽轮静止不动，直到拨销进入下一个槽内，又重复以上循环，这样就将拨销盘的连续
运动变为槽轮的间歇运动。
图二 图三 其优点：(1)结构简单，工作可靠，效率较高;
(2)在进入和脱离啮合时运动较平稳，能准确控制转动的角度; (3)转位迅速，从动件能在较短的时间内转过较大的角度; (4)槽轮转位时间与静止时间之比为定值。与方案一相比，避免了电机的频繁启动，直选首先设置好时间节拍即可，保护了电机的及电路，降低了事故发生的频率。
② 压马达时将液压转换成机械能，不会因频繁启动而烧坏，而且液压马达能够实现正反转。但是液压系统比较昂贵而且难以维修。
2、图四为原方案中的联轴器，这种联轴器用在同轴度较高的位置，而在这没有必要。由于存在轴向窜动，可以考虑弹性柱销联轴器。另外防止工作过程中发生卡死故障，导致烧坏电机并且有可能引发安全事故，可采用安全销的联轴器。
图四 图五
改进方案：用安全销代替，如图五，原理当输出轴扭矩过大时，安全销会自动切断，已达到保护电机的效果。还可以在电动机后加一个带传动机构，当发生卡死时，带轮会出现打滑，如图六。
图六
3、如图七为原方案中轴端盖与工作平台的位置关系，但由于已经有一对正向的角接触轴承对轴进行了定位，端盖就造成了轴向的过定位，导致轴向力增大。
图七 改进后的方案：如图八
图八
4、如图九为原方案中转台的导轨部分，该方案沟槽内部不方便能润滑，且旋转时摩擦较大，加工业不经济。
图九 改进方案：
（1） 使用三角形—平面组合导轨如图9.1，结构工艺性较好且
磨损后可自行补偿，润滑方便，但承载能力不如原方案。 （2） 使用双三角形导轨如图9.2，与原方案相比，导轨槽位V
型槽，可储存润滑剂，加工方便，结构简单，降低了摩擦阻力，方向精度高，对温度变化不敏感，工艺性好但磨损
后难以自行补偿。
图9.1 图9.2图9.3
(3) 使用圆柱滚子导轨如图9.3，与原方案相比，工艺性好，
承载能力更强，导向性好，但磨损较严重。
综上所述，方案（1）在这里最好。
5、如图十为原方案中轴的轴承部分。该方案轴承的下端没有挡油环，故润滑脂很容易漏出来，且会有杂质进入润滑脂中影响软化效果。
图十
改进方案：如图10.1，下端面加挡油环，润滑时将润滑油滴入轴承，影响轴承
的运转和寿命，左端增加了一个隙缝密封，在密封隙里加入润滑脂，在提高密封效果的同时防止了杂质进入轴承，以免损坏轴承。
图10.1
6、如图十一为原方案中机电转台传动部分的方案。 该方案整体绘图比例方面减速器尺寸偏小。动机轴端与减速器的安装方式为嵌入式，
这样不好装，对同轴度的要求较高，除非位置理想，配合较松。不能正反转，达不到工作要求。辊筒带动工件平稳进料，应该选用大传动比的减速器。
图十一
改进方案：在电动机和减速器中间加入离合器，当需要电动机停转时启动离合器，使电动机一直空转，起到保护电机的作用。可以采用谐波齿轮减速器，得到较大的传动比，采用谐波齿轮减速器。结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高。同时联轴器可以采用小凸台定位。
二、物料传输机械部分的改进
1、如图十二在本方案中，当工件到达挡板后电机还会转动，使辊筒与工件之
间则会产生较大摩擦力。
改进方案：使用限力式辊筒，内轴与外套会因摩擦力增大而脱离。当工件到达挡板后，电机转动但辊筒外表面不会转动。
图十二
2、如图十三为辊轴的固定部分，调心轴承的的尺寸与工字钢显得不合适。
图十三
改进方案：如图13.1，将工字钢用角钢代替，调心轴承装在辊轴的内部，链
轮套在辊轴外面，其中轴不能相对角钢转动。
图13.1
一、执行部件改造方案
工作原理： 液压缸工作使工作台上升，直至超过挡板后，电动机的启动带动涡轮蜗杆，使工作台旋转90，该方案用液压缸与驱动工作台上升，太复杂且液压缸精度要求高，造价昂贵，工作效率不高，耗能大，转动部分采用电动机带动涡轮蜗杆，从而使工作台旋转90，较复杂且涡轮蜗杆造价高，不经济。 1、改进方案一（图三）
本方案的工作原理：液压缸工作使杆支撑工件上升，到工作台高
于挡板，杆刚好到达直线凹槽顶端，杆开始沿曲槽上升旋转到曲槽顶直线断丝时，刚好旋转90，然后杆沿直线上升使工作台直线上升到指定高度。与原方案相比：都用了液压缸，但缺少了电动机带动涡轮蜗杆使工作台旋转，用曲槽代替，结构简单，节约成本，相比第一种方案好。
图三
2、改进方案二（图四）
此方案的工作原理：丝杆轴的旋转可使其在水平方向的移动，使支撑杆伸张和收缩，从而使工作台的上下移动。
图四
方案比较：与前两种方案相比较，用丝杆代替液压缸实现工作台的升降，结构简单，节约成本，操作方便，但不能同时实现工作台的旋转，只能通过别的机构实现。 3、改进方案三（图五）
方案分析：利用液压缸使撑杆带动工作台上升，当上升超过挡板时，通过滚珠丝杠时工作台边上升边旋转，到一定高度后工作台净上升至指定平面。工作台下降原理相反。该方案结构简单，但液压缸需要自锁装置。
图五
二、支撑改进方案。
原方案(图六)分析:轴端盖与轴下端轴承导致过定位，使的工作台
的压力大部分施加在轴，轴刚度不够容易被破坏。
图 六
改进后（图七）
图七
方案分析：改进后，工作台由导轨支撑，轴受力较小，寿命加长。而且轴下轴承也可以选用角接触球轴承。
三、导向和机构改进方案。
1、 导轨部分 原方案（图八）
图八
方案分析：该方案沟槽内部不方便能润滑，且旋转时摩擦较大。加工业不经济，所以得改进。
1、改进后的方案一（图九）
图九
方案分析：与原方案相比，导轨槽位V型槽，可储存润滑剂，加
工方便，结构简单，加工成本低，降低了摩擦阻力，方向精度高，对温度变化不敏感，工艺性好。但承载能力稍差。 2、改进方案二（如下图）
图十
方案分析：采用滚针导轨副，承载能力比滚珠导轨副高近十倍，
刚度也比滚珠导轨副高；但是滚针对导轨面的平行度误差比较敏感且容易侧向移动和滑动，加剧磨损。 3、改进方案三（如下图）
图十一
方案分析：采用三角与平面组合的滚珠导轨，摩擦阻力小，较原方案便于润滑，比前两种方案更容易加工，且装配精度比前两种方案较低。但承载能力较差，刚度低，经常工作的滚珠接触部位，容易出现凹坑 使导轨副丧失精度。
三、构造及及其它方面的方案改进。
原方案（如图）
图十二
方案分析：由三相异步电动机通过减速机构再带动辊筒转动，使
工件达到指定位置，有挡板定位。挡板定位不够精确，并且会对挡板产生较大冲击力，当工件到达挡板后电机还会转动，使辊筒与工件之间则会产生较大摩擦力。 改进方案（如图十三）
图十三
方案分析：将辊筒用限力式辊筒，当工件到达挡板后，电机转动但辊筒外表面不会转动。将调心轴承改装到辊筒内部，链轮装在辊筒外面，如上图，采用角钢支撑固定使结构更加简单可靠。
三、系统总体方案的确定与论证
一、分析与对比可能的驱动方案
1.进、出料
可能方案：
1)、工作台旋转90°，电动机正反转带动辊筒转动实现进、 出料通过离合器来实现辊筒的转停。（离合器可以改成槽轮或 蜗型 凸轮等间歇运动机构，同样也能实现辊筒的转停） 2）、工作台旋转270°，电动机正转，通过离合器来控制 辊筒的转停，从而实现料的进、出。（离合器可以改成槽轮或 蜗型凸轮等间歇运动机构同样也能实现辊筒的转停） 方案分析与比较：方案2简单，且不需反复使电动机正反转，但根据设计要求，工作台在指定范围内要求旋转90°，故方案2不满足要求 。液压系统造价昂贵，且维修困难，综合考虑选用方案1为最佳。
2.工作台的升降与旋转 可能驱动方案：
1.利用电动机通过齿轮齿条、链轮、同步带等传动机构 带动工作台的升降，同时通过电动机带动带动蜗轮蜗杆、 或锥齿轮实现工作台的旋转。
2、利用液压缸使工作台实现工作台升降，通过电动机
带动带动蜗轮蜗杆、或锥齿轮实现工作台的旋转。
3、利用电动机带动丝杠转动从而使工作台上升（图四），
通过电动机带动带动蜗轮蜗杆、或锥齿轮实现工作台的旋
转。
4、利用液压缸使撑杆沿凸轮凹槽轨道边上升边旋转，
从而推动工作台边上升边旋转到指定平面时刚好转90°。
（图三）
5、利用液压缸使撑杆通过丝杠边上升边旋转，从而使
工作台边上升边旋转，到指定平面时刚好转过90°。（图
五）
方案分析与比较：方案1，纯电动机带动，载重能力差；方案2，
蜗轮蜗杆和液压系统造价昂贵；方案3，载重能力差。方案4，凸轮
凹槽结构复杂容易卡死。综合考虑方案4最佳，用液压系统同时实现
工作台上升与旋转，载重能力好，丝杠传动比凸轮凹槽好，系统稳定
可靠性高。
最佳方案（如下图）：
进、出料由电动机带动辊筒正反转实现，工作台的旋转与升降有
液压缸推动撑杆使工作台上升的同时旋转,至工作面的时候刚好旋转
90°。
四、控制系统设计
1、工件传送控制
工件传送只需控制电机正反转即可，采用接触器联锁的正反转控
制。电气图如下
a. 控制原理：
当按下正转启动按钮SB1后，电源相通过热继电器FR的动断接点、
停止按钮SB3的动断接点、正转启动按钮SB1的动合接点、反转交流
接触器KM2的常闭辅助触头、正转交流接触器线圈KM1，使正转接触
器KM1带电而动作，其主触头闭合使电动机正向转动运行，并通过接
触器KM1的常开辅助触头自保持运行。反转启动过程与上面相似，只
是接触器KM2动作后，调换了两根电源线U、W相（即改变电源相序），
从而达到反转目的。
b、互锁原理 ：
接触器KM1和KM2的主触头决不允许同时闭合，否则造成两相电
源短路事故。为了保证一个接触器得电动作时，另一个接触器不能得
电动作，以避免电源的相间短路，就在正转控制电路中串接了反转接
触器KM2的常闭辅助触头，而在反转控制电路中串接了正转接触器
KM1的常闭辅助触头。当接触器KM1得电动作时，串在反转控制电路
中的KM1的常闭触头分断，切断了反转控制电路，保证了KM1主触头
闭合时，KM2的主触头不能闭合。同样，当接触器KM2得电动作时，
KM2的常闭触头分断，切断了正转控制电路，可靠地避免了两相电源
短路事故的发生。这种在一个接触器得电动作时，通过其常闭辅助触
头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁（或互锁）。实现联锁
作用的常闭触头称为联锁触头（或互锁触头）。
2、工作台升降和旋转控制
工作台升降和旋转采用三位四通电磁阀控制液压回路，如图
工作原理：当有压力油进入时，回油路的单向阀被打开，压力油
进入工作液压缸。但当三位四通电磁换向阀（Y型）处于中位或液压
泵停止供油时，两个液控单向阀把工作液压缸内的油液密封在里面，
使液压缸停止在该位置上被锁住。（如果工作液压缸和液控单向阀都
具有良好的密封性能，即使在外力作用下，回路也能使执行元件保持
长期锁紧状态）。
在图示位置时，由于Y型三位四通电磁换向阀处于中位，A、B、T口
连通，P口不向工作液压缸供油，保持压力，缸两腔连通。此时，液
压泵输出油液经溢流阀流回油箱，因无控制油液作用，液控单向阀A，
B关闭，液压缸两腔均不能进排油，于是，活塞被双向锁紧。要使活
塞向上运动，则需使换向阀1DT通电，左位接入系统，压力油经液控
单向阀A进入液压缸，同时也进入液控单向阀B的控制油口K，打开
阀B，使液压缸右腔回油经阀B及换向阀流回油箱，同时工作液压缸
活塞向右运动。当换向阀右位接通，液控单向阀B开启，压力油打开
阀A的控制口K，工作液压缸向下行，回油经阀A和换向阀T口流回
油箱。
当工件在工作台上定位后，液压缸上升带动工作台旋转上升，当转
到90度后，
可以通过液压缸控制工作台高度。工件加工完后，液压缸回油带动工
作台下降且旋转。
2、全自动控制方案
在按加工需要工作台首尾两端各安装一个传感器脉冲开关SB1、
SB2和导轨上下各安装一个传感器脉冲开关SB3、SB4，且每个开关均
有手动控制装置。用PLC控制，其接线图如图
图中接触器KM1控制电机正转；接触器KM2控制电机反转；接触
器KM3控制三位四通电磁阀左位得电，即液压缸上升；接触器KM4控
制三位四通电磁阀右位得电，即液压缸下降；
工作原理：按下启动按钮SB1，线圈KM1得电，KM1主触头闭合，电
机正转；当工件接触到工作台尾端传感器，SB2闭合，延时1秒，线
圈KM2得电，KM2主触头闭合，电磁阀左位得电，液压缸上升；当导
轨滑块接触导轨上端传感器，SB3闭合，延时50秒，等待工件加工
后，线圈KM3得电，KM3主触头闭合，电磁阀右位得电，液压缸下降；
当导轨滑块接触导轨下端传感器，SB4闭合，延时一秒，线圈KM4得
电，KM4主触头闭合，电机反转；当工件接触到工作台首端传感器，
SB5闭合，延时5秒，返回前面操作。
其梯形图如图
五、课程设计心得体会
通过此次课程设计，我深刻地体会到机电一体化系统的设计，是
多学科的交叉与综合，涉及了大学课程里的大部分知识，是对过去所
学知识的一次复习、巩固和实际的操作，强化训练了我们的学科融合
的思维能力，进一步加强了我们对机电一体化系统设计技术总体思
想，初步了解到了设计一个机电一体化系统的方法，培养了一个机电
工程师应具备的思维能力。在设计中我学到了很多从书本上无法体会
的东西。学习实践技能得到明显的提高，使自己的综合能力得到进一
步的提高，从而为自己毕业后更快地适应社会工作打下良好的基础。
但我们还需要在实践中不断的学习，提高，掌握新概念、新技术、将
来才能成为机电一体化的复合人才。与此同时，在此次课程设计中我
也认识到自身在某些方面的不足，还存在许多知识漏洞，希望在以后
的学习中能够不断完善。
参考文献
[1]吴宗泽、罗圣国. 机械设计课程设计手册. 4版： 高等教育出 版社，2012.
[2]张建民. 机电一体化. 3版: 高等教育出版社，2007.
[3]濮良贵、纪名刚. 机械设计. 8版：高等教育出版社，2006.
[4]潘存云、唐进元. 机械原理. 1版： 中南大学出版社，2011.
[5]贺尚红. 液压与气压传动. 1版： 中南大学出版社，2011.
[6]邓星钟. 机电传动控制. 4版: 华中科技大学出版社，2007.
机电一体化课程设计
专业班级 机械实验班 学生姓名 李跃辉 学 号 20101196
指导老师 陈 飞
目 录
一、机动转台的总体要求
二、机械系统改造方案
三、系统总体方案的确定与论证
四、控制系统设计
五、课程设计心得体会
参考文献
一、机动转台的总体要求
一、机动转台的工作要求
机动转台要能够进料输料，要求能在工作平面内实现上下移动和旋转90°，解决生产线上零件回位问题。
二、转台功能划分
总功能：实现生产线上零件回位问题。 功能分析： 1、主要功能：
（1）进料功能。为使零件平稳的输送到指定位置，必须由机动转台上辊筒滚动通过摩擦来带动零件到指定位置。
（2）升降功能。转台能在工作平面内垂直升降，把零件由一个垂直面带到另一个工作面上。
（3）旋转功能。转台能在工作平面内旋转90°，从而实现零件的回位问题。
（4）输料功能。与进料相反，转台能通过辊筒带动零件从转
台输送到下一个工作位置。 2、辅助功能：
限位检测。转台通过限位装置能检测共建是否到位，根据工件的到位情况来实行下一动作。到辊筒带动零件到工作台通过限位装置能使其到达指定位置从而停止进料。转台开始上升通过安全位置检测
时开始旋转上升到指定位置时停止上升，将料输出。整个过程都是通过位置检测来实现的。
三、自动化水平。
转台在工作平面内能自动进料，升降以及旋转基本能实现半自动化。
二、机械系统改造方案
一、旋转工作台传动改造方案。
图一
该方案的工作过程：电动机正转经联轴器带动蜗轮蜗杆使工作转台
090旋转，当转到后，电动机停转，电动机反转时，工作转台回到原
来的位置。
该部分方案的不足之处以及其改进方案：
1、该方案中采用三相异步电动机不合理。在工作中电机需频繁启动，很容易使电机损坏。
解决方案：在联轴器后面加装槽轮机构，将三相异步电动机用液压马达代替。
① 槽轮机构
由槽轮带动涡轮蜗杆转动，从而转动工作台。其工作原理为拨销盘以不变的转速旋转，拨销转过2时，槽轮转过相邻两槽间的夹角为2，在拨销转过其余的部分时，即2（），槽轮静止不动，直到拨销进入下一个槽内，又重复以上循环，这样就将拨销盘的连续
运动变为槽轮的间歇运动。
图二 图三 其优点：(1)结构简单，工作可靠，效率较高;
(2)在进入和脱离啮合时运动较平稳，能准确控制转动的角度; (3)转位迅速，从动件能在较短的时间内转过较大的角度; (4)槽轮转位时间与静止时间之比为定值。与方案一相比，避免了电机的频繁启动，直选首先设置好时间节拍即可，保护了电机的及电路，降低了事故发生的频率。
② 压马达时将液压转换成机械能，不会因频繁启动而烧坏，而且液压马达能够实现正反转。但是液压系统比较昂贵而且难以维修。
2、图四为原方案中的联轴器，这种联轴器用在同轴度较高的位置，而在这没有必要。由于存在轴向窜动，可以考虑弹性柱销联轴器。另外防止工作过程中发生卡死故障，导致烧坏电机并且有可能引发安全事故，可采用安全销的联轴器。
图四 图五
改进方案：用安全销代替，如图五，原理当输出轴扭矩过大时，安全销会自动切断，已达到保护电机的效果。还可以在电动机后加一个带传动机构，当发生卡死时，带轮会出现打滑，如图六。
图六
3、如图七为原方案中轴端盖与工作平台的位置关系，但由于已经有一对正向的角接触轴承对轴进行了定位，端盖就造成了轴向的过定位，导致轴向力增大。
图七 改进后的方案：如图八
图八
4、如图九为原方案中转台的导轨部分，该方案沟槽内部不方便能润滑，且旋转时摩擦较大，加工业不经济。
图九 改进方案：
（1） 使用三角形—平面组合导轨如图9.1，结构工艺性较好且
磨损后可自行补偿，润滑方便，但承载能力不如原方案。 （2） 使用双三角形导轨如图9.2，与原方案相比，导轨槽位V
型槽，可储存润滑剂，加工方便，结构简单，降低了摩擦阻力，方向精度高，对温度变化不敏感，工艺性好但磨损
后难以自行补偿。
图9.1 图9.2图9.3
(3) 使用圆柱滚子导轨如图9.3，与原方案相比，工艺性好，
承载能力更强，导向性好，但磨损较严重。
综上所述，方案（1）在这里最好。
5、如图十为原方案中轴的轴承部分。该方案轴承的下端没有挡油环，故润滑脂很容易漏出来，且会有杂质进入润滑脂中影响软化效果。
图十
改进方案：如图10.1，下端面加挡油环，润滑时将润滑油滴入轴承，影响轴承
的运转和寿命，左端增加了一个隙缝密封，在密封隙里加入润滑脂，在提高密封效果的同时防止了杂质进入轴承，以免损坏轴承。
图10.1
6、如图十一为原方案中机电转台传动部分的方案。 该方案整体绘图比例方面减速器尺寸偏小。动机轴端与减速器的安装方式为嵌入式，
这样不好装，对同轴度的要求较高，除非位置理想，配合较松。不能正反转，达不到工作要求。辊筒带动工件平稳进料，应该选用大传动比的减速器。
图十一
改进方案：在电动机和减速器中间加入离合器，当需要电动机停转时启动离合器，使电动机一直空转，起到保护电机的作用。可以采用谐波齿轮减速器，得到较大的传动比，采用谐波齿轮减速器。结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高。同时联轴器可以采用小凸台定位。
二、物料传输机械部分的改进
1、如图十二在本方案中，当工件到达挡板后电机还会转动，使辊筒与工件之
间则会产生较大摩擦力。
改进方案：使用限力式辊筒，内轴与外套会因摩擦力增大而脱离。当工件到达挡板后，电机转动但辊筒外表面不会转动。
图十二
2、如图十三为辊轴的固定部分，调心轴承的的尺寸与工字钢显得不合适。
图十三
改进方案：如图13.1，将工字钢用角钢代替，调心轴承装在辊轴的内部，链
轮套在辊轴外面，其中轴不能相对角钢转动。
图13.1
一、执行部件改造方案
工作原理： 液压缸工作使工作台上升，直至超过挡板后，电动机的启动带动涡轮蜗杆，使工作台旋转90，该方案用液压缸与驱动工作台上升，太复杂且液压缸精度要求高，造价昂贵，工作效率不高，耗能大，转动部分采用电动机带动涡轮蜗杆，从而使工作台旋转90，较复杂且涡轮蜗杆造价高，不经济。 1、改进方案一（图三）
本方案的工作原理：液压缸工作使杆支撑工件上升，到工作台高
于挡板，杆刚好到达直线凹槽顶端，杆开始沿曲槽上升旋转到曲槽顶直线断丝时，刚好旋转90，然后杆沿直线上升使工作台直线上升到指定高度。与原方案相比：都用了液压缸，但缺少了电动机带动涡轮蜗杆使工作台旋转，用曲槽代替，结构简单，节约成本，相比第一种方案好。
图三
2、改进方案二（图四）
此方案的工作原理：丝杆轴的旋转可使其在水平方向的移动，使支撑杆伸张和收缩，从而使工作台的上下移动。
图四
方案比较：与前两种方案相比较，用丝杆代替液压缸实现工作台的升降，结构简单，节约成本，操作方便，但不能同时实现工作台的旋转，只能通过别的机构实现。 3、改进方案三（图五）
方案分析：利用液压缸使撑杆带动工作台上升，当上升超过挡板时，通过滚珠丝杠时工作台边上升边旋转，到一定高度后工作台净上升至指定平面。工作台下降原理相反。该方案结构简单，但液压缸需要自锁装置。
图五
二、支撑改进方案。
原方案(图六)分析:轴端盖与轴下端轴承导致过定位，使的工作台
的压力大部分施加在轴，轴刚度不够容易被破坏。
图 六
改进后（图七）
图七
方案分析：改进后，工作台由导轨支撑，轴受力较小，寿命加长。而且轴下轴承也可以选用角接触球轴承。
三、导向和机构改进方案。
1、 导轨部分 原方案（图八）
图八
方案分析：该方案沟槽内部不方便能润滑，且旋转时摩擦较大。加工业不经济，所以得改进。
1、改进后的方案一（图九）
图九
方案分析：与原方案相比，导轨槽位V型槽，可储存润滑剂，加
工方便，结构简单，加工成本低，降低了摩擦阻力，方向精度高，对温度变化不敏感，工艺性好。但承载能力稍差。 2、改进方案二（如下图）
图十
方案分析：采用滚针导轨副，承载能力比滚珠导轨副高近十倍，
刚度也比滚珠导轨副高；但是滚针对导轨面的平行度误差比较敏感且容易侧向移动和滑动，加剧磨损。 3、改进方案三（如下图）
图十一
方案分析：采用三角与平面组合的滚珠导轨，摩擦阻力小，较原方案便于润滑，比前两种方案更容易加工，且装配精度比前两种方案较低。但承载能力较差，刚度低，经常工作的滚珠接触部位，容易出现凹坑 使导轨副丧失精度。
三、构造及及其它方面的方案改进。
原方案（如图）
图十二
方案分析：由三相异步电动机通过减速机构再带动辊筒转动，使
工件达到指定位置，有挡板定位。挡板定位不够精确，并且会对挡板产生较大冲击力，当工件到达挡板后电机还会转动，使辊筒与工件之间则会产生较大摩擦力。 改进方案（如图十三）
图十三
方案分析：将辊筒用限力式辊筒，当工件到达挡板后，电机转动但辊筒外表面不会转动。将调心轴承改装到辊筒内部，链轮装在辊筒外面，如上图，采用角钢支撑固定使结构更加简单可靠。
三、系统总体方案的确定与论证
一、分析与对比可能的驱动方案
1.进、出料
可能方案：
1)、工作台旋转90°，电动机正反转带动辊筒转动实现进、 出料通过离合器来实现辊筒的转停。（离合器可以改成槽轮或 蜗型 凸轮等间歇运动机构，同样也能实现辊筒的转停） 2）、工作台旋转270°，电动机正转，通过离合器来控制 辊筒的转停，从而实现料的进、出。（离合器可以改成槽轮或 蜗型凸轮等间歇运动机构同样也能实现辊筒的转停） 方案分析与比较：方案2简单，且不需反复使电动机正反转，但根据设计要求，工作台在指定范围内要求旋转90°，故方案2不满足要求 。液压系统造价昂贵，且维修困难，综合考虑选用方案1为最佳。
2.工作台的升降与旋转 可能驱动方案：
1.利用电动机通过齿轮齿条、链轮、同步带等传动机构 带动工作台的升降，同时通过电动机带动带动蜗轮蜗杆、 或锥齿轮实现工作台的旋转。
2、利用液压缸使工作台实现工作台升降，通过电动机
带动带动蜗轮蜗杆、或锥齿轮实现工作台的旋转。
3、利用电动机带动丝杠转动从而使工作台上升（图四），
通过电动机带动带动蜗轮蜗杆、或锥齿轮实现工作台的旋
转。
4、利用液压缸使撑杆沿凸轮凹槽轨道边上升边旋转，
从而推动工作台边上升边旋转到指定平面时刚好转90°。
（图三）
5、利用液压缸使撑杆通过丝杠边上升边旋转，从而使
工作台边上升边旋转，到指定平面时刚好转过90°。（图
五）
方案分析与比较：方案1，纯电动机带动，载重能力差；方案2，
蜗轮蜗杆和液压系统造价昂贵；方案3，载重能力差。方案4，凸轮
凹槽结构复杂容易卡死。综合考虑方案4最佳，用液压系统同时实现
工作台上升与旋转，载重能力好，丝杠传动比凸轮凹槽好，系统稳定
可靠性高。
最佳方案（如下图）：
进、出料由电动机带动辊筒正反转实现，工作台的旋转与升降有
液压缸推动撑杆使工作台上升的同时旋转,至工作面的时候刚好旋转
90°。
四、控制系统设计
1、工件传送控制
工件传送只需控制电机正反转即可，采用接触器联锁的正反转控
制。电气图如下
a. 控制原理：
当按下正转启动按钮SB1后，电源相通过热继电器FR的动断接点、
停止按钮SB3的动断接点、正转启动按钮SB1的动合接点、反转交流
接触器KM2的常闭辅助触头、正转交流接触器线圈KM1，使正转接触
器KM1带电而动作，其主触头闭合使电动机正向转动运行，并通过接
触器KM1的常开辅助触头自保持运行。反转启动过程与上面相似，只
是接触器KM2动作后，调换了两根电源线U、W相（即改变电源相序），
从而达到反转目的。
b、互锁原理 ：
接触器KM1和KM2的主触头决不允许同时闭合，否则造成两相电
源短路事故。为了保证一个接触器得电动作时，另一个接触器不能得
电动作，以避免电源的相间短路，就在正转控制电路中串接了反转接
触器KM2的常闭辅助触头，而在反转控制电路中串接了正转接触器
KM1的常闭辅助触头。当接触器KM1得电动作时，串在反转控制电路
中的KM1的常闭触头分断，切断了反转控制电路，保证了KM1主触头
闭合时，KM2的主触头不能闭合。同样，当接触器KM2得电动作时，
KM2的常闭触头分断，切断了正转控制电路，可靠地避免了两相电源
短路事故的发生。这种在一个接触器得电动作时，通过其常闭辅助触
头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁（或互锁）。实现联锁
作用的常闭触头称为联锁触头（或互锁触头）。
2、工作台升降和旋转控制
工作台升降和旋转采用三位四通电磁阀控制液压回路，如图
工作原理：当有压力油进入时，回油路的单向阀被打开，压力油
进入工作液压缸。但当三位四通电磁换向阀（Y型）处于中位或液压
泵停止供油时，两个液控单向阀把工作液压缸内的油液密封在里面，
使液压缸停止在该位置上被锁住。（如果工作液压缸和液控单向阀都
具有良好的密封性能，即使在外力作用下，回路也能使执行元件保持
长期锁紧状态）。
在图示位置时，由于Y型三位四通电磁换向阀处于中位，A、B、T口
连通，P口不向工作液压缸供油，保持压力，缸两腔连通。此时，液
压泵输出油液经溢流阀流回油箱，因无控制油液作用，液控单向阀A，
B关闭，液压缸两腔均不能进排油，于是，活塞被双向锁紧。要使活
塞向上运动，则需使换向阀1DT通电，左位接入系统，压力油经液控
单向阀A进入液压缸，同时也进入液控单向阀B的控制油口K，打开
阀B，使液压缸右腔回油经阀B及换向阀流回油箱，同时工作液压缸
活塞向右运动。当换向阀右位接通，液控单向阀B开启，压力油打开
阀A的控制口K，工作液压缸向下行，回油经阀A和换向阀T口流回
油箱。
当工件在工作台上定位后，液压缸上升带动工作台旋转上升，当转
到90度后，
可以通过液压缸控制工作台高度。工件加工完后，液压缸回油带动工
作台下降且旋转。
2、全自动控制方案
在按加工需要工作台首尾两端各安装一个传感器脉冲开关SB1、
SB2和导轨上下各安装一个传感器脉冲开关SB3、SB4，且每个开关均
有手动控制装置。用PLC控制，其接线图如图
图中接触器KM1控制电机正转；接触器KM2控制电机反转；接触
器KM3控制三位四通电磁阀左位得电，即液压缸上升；接触器KM4控
制三位四通电磁阀右位得电，即液压缸下降；
工作原理：按下启动按钮SB1，线圈KM1得电，KM1主触头闭合，电
机正转；当工件接触到工作台尾端传感器，SB2闭合，延时1秒，线
圈KM2得电，KM2主触头闭合，电磁阀左位得电，液压缸上升；当导
轨滑块接触导轨上端传感器，SB3闭合，延时50秒，等待工件加工
后，线圈KM3得电，KM3主触头闭合，电磁阀右位得电，液压缸下降；
当导轨滑块接触导轨下端传感器，SB4闭合，延时一秒，线圈KM4得
电，KM4主触头闭合，电机反转；当工件接触到工作台首端传感器，
SB5闭合，延时5秒，返回前面操作。
其梯形图如图
五、课程设计心得体会
通过此次课程设计，我深刻地体会到机电一体化系统的设计，是
多学科的交叉与综合，涉及了大学课程里的大部分知识，是对过去所
学知识的一次复习、巩固和实际的操作，强化训练了我们的学科融合
的思维能力，进一步加强了我们对机电一体化系统设计技术总体思
想，初步了解到了设计一个机电一体化系统的方法，培养了一个机电
工程师应具备的思维能力。在设计中我学到了很多从书本上无法体会
的东西。学习实践技能得到明显的提高，使自己的综合能力得到进一
步的提高，从而为自己毕业后更快地适应社会工作打下良好的基础。
但我们还需要在实践中不断的学习，提高，掌握新概念、新技术、将
来才能成为机电一体化的复合人才。与此同时，在此次课程设计中我
也认识到自身在某些方面的不足，还存在许多知识漏洞，希望在以后
的学习中能够不断完善。
参考文献
[1]吴宗泽、罗圣国. 机械设计课程设计手册. 4版： 高等教育出 版社，2012.
[2]张建民. 机电一体化. 3版: 高等教育出版社，2007.
[3]濮良贵、纪名刚. 机械设计. 8版：高等教育出版社，2006.
[4]潘存云、唐进元. 机械原理. 1版： 中南大学出版社，2011.
[5]贺尚红. 液压与气压传动. 1版： 中南大学出版社，2011.
[6]邓星钟. 机电传动控制. 4版: 华中科技大学出版社，2007.