機械原理課程設計半自動鉆床講解

1、機械原理課程設計說明書設計題目：半自動鉆床設計者 ： xxx 指導教師： cq 2010-11-17目錄1.設計要求 32. 功能分解 43. 執(zhí)行機構選擇與比較 54. 機械系統(tǒng)運動方案的選擇 165. 工作循環(huán)圖 166. 尺寸計算 167. 運動簡圖 248. 總結 259. 參考資料 25設計要求半自動鉆床機能夠實現(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大于等于 40mm，動力鉆頭工作行程大于 18mm， 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

2、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

3、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)調各機構運動。機構運動循環(huán)要求10o20o 30o45o60o 75o 90o105o 270o300o360o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

4、進慢進快退休止功能分解功能分解圖：原動機輸出能變速齒輪機構進料機構功能進料、加緊定位、進夾緊定位機構功能 退刀要協(xié)調工作（依靠凸輪機構）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 同一電機驅動， 運動由電動機經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)由電機驅動，通過變速傳動將電機的 960r/min 降到

5、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量?；具\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

6、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。可以考慮利用行星輪進行大比例的降速，然后采用蝸輪變向?？紤]到

7、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

8、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，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

9、力傳遞給進料機構。 可以在 齒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

10、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 ,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

11、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 行凸輪機構。對比方案三：采用不完全齒輪其中只要 2r3.14

12、 A角的度數(shù)除以 36018mm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

13、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足間歇運動和休止。機構的進刀機構由輪機構和扇

14、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180 (K 1)K1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的極位夾角為在 AutoCAD上畫圖

15、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 , 設計凸輪基圓半徑r 0=40mm， 中心距BI=80mm，擺桿長度 AB=65mm凸輪轉角 =0-60, 休止;凸

16、輪轉角 =60-270 ，刀具快進。凸輪轉角 =270-300 ，刀具快退；凸輪轉角 =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， 滿足加工要求， 而且響應快速，機構簡單緊湊。 具體設計如下 :AB=BC=ED=40mm,BD=8。mm設計基圓半徑 r=40mm,偏心

17、距 e=0凸輪轉角 =90 -10 , 定位機構休止 ,推桿行程 h=0mm;凸輪轉角 =10 -30 , 定位機構快進 ,推桿行程 h=5mm;凸輪轉角 =30 -50 , 定位機構休止 ,推桿行程 h=0mm;凸輪轉角 =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：Z1=30 Z2=15 Z2=20 Z3= 40 傳動比 iH3=960根據(jù)行星輪傳動公式：i（ H3）=Z2 Z 3【 Z 2（ Z2 + Z3） Z2（ Z2+Z1 ）】， 考慮到齒輪大小與傳動的合理性， 經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）100100齒輪參數(shù)模數(shù)（ mm）壓力角（）齒數(shù)（個）直徑（ mm）齒輪 12.203060齒輪 22201530齒輪 22202040齒輪 32204080七 機構運動簡圖八 總結 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