機械原理課程設計半自動鉆床.doc

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1、 機械原理課程設計 說明書 設計題目：半自動鉆床 設計者 ：彭松 指導教師： 彭子梅 2012-12-20 目錄 1. 課程設計任務書-------------------------------------------------------1 2. 設計要求--------------------------------------------------------------3 3. 功能分解-----------------------------------------------------------

2、-4 4. 執(zhí)行機構選擇與比較----------------------------------------------5 5. 機械系統(tǒng)運動方案的選擇---------------------------------------17 6. 工作循環(huán)圖---------------------------------------------------------18 7. 尺寸計算-------------------------------------------------------------16 8. 運動簡圖 ---------------------------

3、------------------------------24 9. 總結--------------------------------------------------------------------26 第 2 頁 機械原理課程設計任務書題號03 半自動鉆床 一、工作原理及工藝動作過程 要求設計加工所示工件ф12mm孔的半自動鉆床。輸送待鉆孔的圓盤工件至指定位置，待夾緊鉆孔后將工件推走。進刀機構負責動力頭的升降，送料機構將被加

4、工工件推入加工位置，并由定位機構使被加工工件可靠固定。 被加工工件外形如下圖所示: 二、設計方案提示 1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設計者只需考慮動力頭的進刀（升降）運動。 2. 除動力頭升降機構外，還需要設計送料機構、定位機構。 3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構運動。 三、設計任務 1、根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖。 2、按工藝動作過程擬定運動循環(huán)圖。 3、構思系統(tǒng)運動方案(至少2個以上)，進行方案評價，選出較優(yōu)方案。

5、4、對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸設計。 5、對送料機構進行運動學分析。 6、繪制系統(tǒng)機械運動方案簡圖（3號圖）。 7、完成設計說明書的編寫。 半自動鉆床凸輪設計數(shù)據(jù)表 數(shù)據(jù)代號 進料機構 工作行程 mm 定位機構 工作行程 mm 鉆頭快速趨近行程1 mm 鉆頭快速切削行程2 mm 電動機轉速 r/mm 工作節(jié)拍（生產(chǎn)率） 件/min 齒輪模數(shù) 1 40 30 15 25 1450 1 2 2 40 25 10 30 1400 2 2.5 3 40 20 13 20 960 1 3 4 40

6、 20 15 20 1400 1 3 5 40 30 10 25 1100 2 4 6 40 25 15 30 960 1 2 一 設計要求 半自動鉆床機能夠?qū)崿F(xiàn)送料、定位、和孔的一體化功能。由零件尺寸知道設計要求的機床的進料機構工作行程等于40mm，動力鉆頭工作行程等于20mm，電動機轉速960r/min，每分鐘1件構件加工好。 半自動鉆床機由送料機構，定位機構，進刀機構以及電動機組成。送料機構將被加工工件推入加工位置并由定位機構使被加工工件可靠固定，最終由進刀構負責動力頭的升降來進行鉆孔工作。 選擇

7、送料機構時要考慮到被加工的構件的形狀，送料機構要以直線、間隙、定量地將要加工的構件送入加工臺，可用來回往復移動構件走直線軌跡段推構件向前進，用定位機構來定住構件的要被加工的位置，加緊之后再鉆，打好孔之后再退刀，退出時可以用送料機構送的構件推出加工臺，以此來實現(xiàn)循環(huán)加工。 1.半自動鉆床至少包括凸輪機構、齒輪機構在內(nèi)的三種機構； 2.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖； 3. 圖紙上畫出半自動鉆床的機構運動方案簡圖和運動循環(huán)圖； 4.凸輪機構的設計計算。按各凸輪機構的工作要求，自選從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算

8、出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖； 5.設計計算其他機構； 要求設計該半自動鉆床的送料、定位、及進刀的整體傳動系統(tǒng)。其中： 1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，只需考慮動力頭的進刀（升降）運動。 2. 除動力頭升降機構外，還需要設計送料機構、定位機構。各機構運動循環(huán)要求見下表。 3.采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構運動。 機構運動循環(huán)要求

9、 10 20 30 45 60 75 90 105～270 300 360 送料 快進 休止 快退 休止 定位 休止 快進 休止 快退 休止 進刀 休止 快進 慢進 快退 休止 二 功能分解 功能分解圖：進料機構功能 進料、加緊定位、進退刀要協(xié)調(diào)工作（依靠凸輪機構） 變速齒輪機構 原動機輸出能量 → 夾緊定位機構功能 →

10、 → → 進刀退刀機構功能 → 半自動鉆床的工作原理是利用轉頭的旋轉和進刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形狀。工藝動作過程由送料、定位、鉆孔三部分組成。各個機構的運動由同一電機驅(qū)動，運動由電動機經(jīng)過減速裝置后分為兩路，一路隨著傳動系統(tǒng)傳送動力到定位機構和送料機構，分別帶動凸輪做轉動控制四桿機構對工件的定位和帶動凸輪四桿機構控制推桿做往復直線運動。另一路直接傳動到鉆頭的進退刀機構，控制鉆頭的進退，既該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的960

11、r/min降到主軸的1r/min，與傳動軸相連的各機構控制送料、定位、和進刀等工藝動作，最后由凸輪機構推動四桿機構，通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運動,這樣動力頭也就能帶動刀具平穩(wěn)地上下移動從而保證了較高的加工質(zhì)量。 基本運動為：推桿的往復直線運動，定位機構的間歇運動和鉆頭的往復運動。 此外，還要滿足傳動性能要求： 1 送料、定位、進刀機構在凸輪軸不同轉角時候快慢行程不同。 2 各個機構之間的配合相互有序，滿足凸輪軸轉角對應的性能要求。 機械系統(tǒng)運動轉換功能： 三 執(zhí)行機構的選擇 根據(jù)前述設計要求，送料機構應該做往復運動，并且必須保

12、證工作行程中有快進、休止和快退過程。定位機構也有休止、快進、快退過程。進刀機構有快進和慢進、快退和休止過程。此外三個機構之間還要滿足隨著凸輪軸轉角不同完成動作的過程不同且相互配合。這些運動要求不一定完全能夠達到，但必須保證三者之間相互滿足凸輪不同角度時候配合完好，以及送料機構的往復運動和進刀機構的往復循環(huán)及各個機構的間歇運動。 1.減速傳動功能 選用經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結構簡單,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，故我們這里就采用行星輪系來實現(xiàn)我設計的傳動。 方案一：A1由于電動機的轉速是960r/min，而選用設計要求的主軸轉速為1r/min?？梢钥紤]利用

13、行星輪進行大比例的降速，然后采用蝸輪變向?？紤]到蝸輪傳動效率較低可以采用錐齒輪變向。 對比方案二：定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =960傳動比很大，要用多級傳動。 2.定位功能 由于我們設計的機構要有間歇往復的運動，有當凸輪由近休到遠休運動過程中,定位桿就阻止了工件滑動，當凸輪由遠休到近休運動過程中可通過兩側的彈簧實現(xiàn)定位機構的回位,等待送料,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能，并且定位機構的工作行程要求是20mm。 方案一：該定位系統(tǒng)利用了桿機構的增力作用，可以提供足夠的力來加緊零件，選取凸輪作為原動件實現(xiàn)間歇定位的要求。 對比方案二：該定位系統(tǒng)利用四

14、桿機構中死點的積極作用，選取凸輪結合夾緊機構共同作用達到定位機構和間歇定位的要求。 對比方案三：該定位系統(tǒng)采用的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要有間歇，所以就要使用凸輪機構，但如果是平底推桿從動件，則凸輪就會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機構的結構就會很大，也不求實際，所以就采用一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足實際要求了。 對比方案四：采用一對凸輪機構相向放置，凸輪推壓導桿，定位零件，凸輪滿足了間歇定位的要求 對比方案五：選用凸輪作為原動件，利用杠桿的轉動，帶動導桿運動，將零件夾緊 3.進料功能 進料也要要求有一定的間歇運動，

15、并且其工作行程不小于40mm，我們可以用圓錐齒輪來實現(xiàn)換向，然后通過和齒輪的嚙合將動力傳遞給進料機構?？梢栽邶X輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機構,用從動件滾子推桿的直線往復運動實現(xiàn)進料但機構的空間結構不好。 方案一：采用一個四桿機構通過齒輪弧帶動齒條，齒條推動零件實現(xiàn)進料功能。由于本設計送料時不要求在傳動過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機構。 對比方案二：采用一個六桿機構來代替曲柄滑塊機構，由于設計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離有點大，故一般四桿機構很難實現(xiàn)這種遠距離的運動。再加上用四桿機構在本設計中在尺寸上很小。所以考慮到所設計的機構能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機構來

16、實現(xiàn)。由于本設計送料時不要求在傳動過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機構。 對比方案三：采用曲柄滑塊機構，空間結構很緊湊，機構簡單。AB=20mm 、BC=30mm，D端推動待加工零件。A處連接傳動軸 對比方案四：采用凸輪來完成進料，靠彈簧復位，要求凸輪比較大，不利于遠距離的運動傳遞。凸輪太大，其基半徑為10mm，導程為40mm。A處連接傳動軸。 對比方案五：凸輪作為原動件，通過杠桿和鉸接在滑塊上的橫桿來推動待加工零件，彈簧起到復位作用 4.進刀功能 采用凸輪的循環(huán)運動,推動滾子使?jié)L子擺動一個角度,通過杠桿的擺動弧度放大原理將滾子擺動角度進行放大.可增大刀具的進給量

17、,在杠桿的另一端焊接一個 圓弧齒輪,圓弧齒輪的擺動實現(xiàn)齒輪的轉動,齒輪的轉動再帶動動力頭的升降運動實現(xiàn)進刀 方案一：采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪齒條機構.因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪機構，當進刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機構傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉動的幅度也是等于齒廓轉動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。 對比方案二：在擺桿上加一個平行四邊行四桿機構，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當加了四桿機構以后并沒有達到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機構，為了使機構結構緊湊，又能完成需要的傳動，所以選擇了一個擺動滾子從動件盤

18、行凸輪機構。 對比方案三：采用不完全齒輪其中只要2r3.14A角的度數(shù)除以360≥18mm即可。A處連接動力軸 對比方案四：利用曲柄滑塊機構，可以實現(xiàn)周期性的進刀退刀，有急退急進功能，但是動力傳動布置不方便。A處連接動力軸 對比方案五：采用四桿機構，通過不完全齒輪帶動中間過度齒輪帶動齒條上下運動，實現(xiàn)動力頭的進給，完成進刀退刀，A處連接動力軸 對比方案六：利用凸輪機構推動杠桿實現(xiàn)進刀退刀功能，因為杠桿比較細長，不可避免的振動較大。 四 機械系統(tǒng)運動方案的選擇 若鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設計要求傳動比=n輸入/n輸出 =960/1=960 ,非常大，此

19、時若再結合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速，但是效率不高，所以采用行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉變，相比單純的采用齒輪傳動，次方法的選用更加經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結構簡單,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，占據(jù)空間也較小，再用錐齒輪變向。 機構的送料裝置采用由齒輪、齒條與四桿機構的組合結構，此組合機構既可以滿足設計要求同時相對于其他的滿足同樣要求的機構又具有尺寸小和運動可靠的特點。四桿機構為曲柄搖桿機構，不完全齒輪固結在搖桿上，搖桿做往復運動，帶動齒條來回運動。 機構的定位機構由凸輪機構結合四桿機構的增力作用來工作，并按要求設計凸輪的外形尺寸以滿足定位機構同樣滿

20、足間歇運動和休止。 機構的進刀機構由輪機構和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉運動動力轉化為扇形齒的往復擺動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加兩個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。 五 工作循環(huán)圖 六 尺寸計算 1送料機構機構采用如下分析 送料機構：采用如下機構來送料，根據(jù)要求，進料機構工作行程為40mm，可取ABCD4桿機構的極位夾角為8.57，則由 得K=1.1，急回特性不是很明顯，但對送料機構來說并無影響。 各桿尺寸：（如下圖） AB=11 BC=65 CD=25.36 DA=60 DE=40.57 該尺寸

21、可以滿足設計要求，即滑塊的左右運動為40，ABCD的極位夾角為8.57。 在AutoCAD上畫圖檢驗計算 2凸輪擺桿機構的設計（進刀退刀機構的設計） 由進刀規(guī)律，我們設計了凸輪擺桿機構，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動； (2).用凸輪擺桿機構和圓弧形齒條所構成的同一構件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實現(xiàn)弧形齒條的來回擺動，從而實現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸.刀具的運動規(guī)律就與凸輪擺桿的運動規(guī)律一致； (3).弧形齒條所轉過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設計步驟如下： 1.根據(jù)進刀機構的工作循環(huán)規(guī)律,設計凸輪基

22、圓半徑r0=40mm，中心距BI=80mm，擺桿長度AB=65mm 凸輪轉角λ=0-60,休止; 凸輪轉角λ=60-270，刀具快進。 凸輪轉角λ=270-300，刀具快退； 凸輪轉角λ=300-360，休止。 2.設計圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設計出圓形齒輪的半徑 3.得到EF=63.69mm， 4該機構中的凸輪用繪圖軟件設計得 過程截圖 速度曲線 3夾緊機構的設計 凸輪機構采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要

23、求，而且響應快速，機構簡單緊湊。具體設計如下:AB=BC=ED=40mm,BD=8mm。 設計基圓半徑r=40mm,偏心距e=0 凸輪轉角λ=90-10,定位機構休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉角λ=10-30,定位機構快進,推桿行程h=5mm; 凸輪轉角λ=30-50,定位機構休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉角λ=50-90,定位機構快退,推桿行程h=-5mm; 其凸輪為 其過程為 推桿的加速度： 推桿的速度： 4減速機構的設計 Z1=30 Z2=15 Z2’=20 Z3= 40 傳動比iH3=960 根據(jù)行星輪傳動公

24、式： i（H3）=Z2Z3【Z2（Z2’+ Z3）－Z2’（Z2+Z1）】，考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設計皮帶傳動機構與齒輪系傳動機構的相應參數(shù)如下表： 皮帶輪參數(shù) 名稱 皮帶輪1 皮帶輪2 半徑（mm） 100 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)（mm） 壓力角（） 齒數(shù)（個） 直徑（mm） 齒輪1 2. 20 30 60 齒輪2 2 20 15 30 齒輪2’ 2 20 20 40 齒輪3 2 20 40 800 七 機構運動簡圖 八 總

25、結 通過本次課程設計感受到了設計過程中的艱辛。特別是對于從來沒有經(jīng)歷過親身設計的我來說，剛開始根本感覺無處下手。在老師的悉心指導和們的熱心幫助下，根據(jù)任務書和指導書上的要求，結合自己平時的理論基礎和查閱大量資料才順利完成了這次機械原理課程設計在此我要衷心感謝我的老師和我的同學。 通過這次課程設計，使我加深入的理解了一些簡單機構組件的作用！以后的實際工作奠定了很好的基礎！最重要的是通過本次課程設計讓我體驗了如何將理論知識轉化為生產(chǎn)實際所需。讓我更早接觸機械設計有關的要領和技能，為以后的機械設計課程設計和畢業(yè)設計打好了基礎。更值得一提的是為我們以后走出學校走向崗位奠定良好的基石。 第 26 頁