機(jī)械原理課程設(shè)計--半自動鉆床

1、機(jī)械原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：半自動鉆床設(shè)計 2013年 月 日目錄一、設(shè)計任務(wù)書 4二、工作原理和工作動作分解 6三、根據(jù)工藝動作和協(xié)議要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖 7四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型五、機(jī)械運(yùn)動方案的選擇和評定3六、機(jī)械傳動系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)3七、半自動鉆床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖6八、凸輪機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計7九、定位凸輪速度與加速度分析9十、心得體會11參考文獻(xiàn)12半自動鉆床方案設(shè)計（方案B）2.1設(shè)計題目設(shè)計加工圖1所示工件12mm孔的半自動鉆床。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降，送料機(jī)構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機(jī)構(gòu)使被加工工件可靠固定。圖1 加工工件半自動鉆床設(shè)計數(shù)據(jù)參看表3。表3 半自動鉆床凸輪設(shè)計

2、數(shù)據(jù)方案號進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程mm定位機(jī)構(gòu)工作行程mm動力頭工作行程mm電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/mm工作節(jié)拍（生產(chǎn)率）件/minA40301514501B35252014002C30201096012.2設(shè)計任務(wù)1.半自動鉆床至少包括凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)。2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。3. 圖紙上畫出半自動鉆床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖和運(yùn)動循環(huán)圖。4.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求，自選從動件的運(yùn)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(shí)際廓線值。畫出從動件運(yùn)動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。5.設(shè)計計算其他機(jī)構(gòu)。6.編寫設(shè)計計算說明書。7.學(xué)生

3、可進(jìn)一步完成：凸輪的數(shù)控加工，半自動鉆床的計算機(jī)演示驗(yàn)證等。2.3設(shè)計提示1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計者只需考慮動力頭的進(jìn)刀（升降）運(yùn)動。2. 除動力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需設(shè)計送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求見表4。3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動。表4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求凸輪軸轉(zhuǎn)角10º20º30º45º60º75º90º105º270º300º360º送料快進(jìn)休止快退休止定位休止快進(jìn)休止快退休止進(jìn)刀休止快進(jìn)快進(jìn)快退休止1.工作原理和工藝動作分解 根據(jù)任務(wù)書的要求，該機(jī)械的進(jìn)

4、刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降，送料機(jī)構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機(jī)構(gòu)將加工工件可靠固定。三個執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式為：(1)動力頭完成往復(fù)（鉛垂上下）直線運(yùn)動，下移到最低點(diǎn)后立刻上移。在下移之前有一段時間是休止的，這段時間正好用于送料和定位。動力頭的行程是20mm。若機(jī)構(gòu)主動作一轉(zhuǎn)完成一個運(yùn)動循環(huán)，則上沖頭位移線圖的形狀大致如圖1-1所示。圖1-1 動力頭位移線圖(2)送料機(jī)構(gòu)做水平的往復(fù)運(yùn)動，工作行程是35mm。開始送料機(jī)構(gòu)先迅速的把胚料送到加工臺，稍作停頓后立刻返回，在工件的加工過程中保持休止。其位移線圖大致如圖1-2所示。圖1-2送料機(jī)構(gòu)位移線圖(3)定位機(jī)構(gòu)也是在水平面做往復(fù)運(yùn)動，在工件

5、加工的時候?qū)ぜ鸸潭ǖ淖饔?。行程?5mm。其位移線圖大致如圖1-3所示。圖1-3定位機(jī)構(gòu)位移線圖2.根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖擬定運(yùn)動循環(huán)圖的目的是確定各機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以利于設(shè)計、裝配和調(diào)試。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)每完成一個運(yùn)動循環(huán)，以該主動件的轉(zhuǎn)角作為橫坐標(biāo)（0,360），以各構(gòu)件執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo)做出曲線。運(yùn)動循環(huán)圖的位移曲線主要著眼于運(yùn)動的起迄位置，根據(jù)上述表述作出半自動鉆床的運(yùn)動循環(huán)圖如圖2-1所示。圖2-1 半自動鉆床的運(yùn)動循環(huán)圖3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型1. 減速傳動功能為使成本降低，減小機(jī)構(gòu)的體積，并且提高傳動效率，簡化結(jié)構(gòu)，增大傳動比，所以我們選擇采用行星輪來實(shí)現(xiàn)

6、我設(shè)計的傳動。2. 定位功能由于我們設(shè)計的機(jī)構(gòu)要有間歇往復(fù)的運(yùn)動，有當(dāng)凸輪由近休到遠(yuǎn)休運(yùn)動過程中定位桿就阻止了工件滑動，當(dāng)凸輪由遠(yuǎn)休到近休運(yùn)動過程中可通過兩側(cè)的彈簧實(shí)現(xiàn)定位機(jī)構(gòu)的回位，等待送料凸輪的循環(huán)運(yùn)動完成了此功能。3. 進(jìn)料功能進(jìn)料也要要求有一定的間歇運(yùn)動，我們用圓錐齒輪來實(shí)現(xiàn)換向，然后通過齒輪傳動，再在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)料。4. 進(jìn)刀功能采用凸輪的循環(huán)運(yùn)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(jìn)行放大.可增大刀具的進(jìn)給量，在杠桿的另一端焊接一個圓弧齒抵圓弧齒輪的擺動實(shí)現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動，齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運(yùn)動實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀.根

7、據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能圖可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣如圖3-1。由圖3-1所示的形態(tài)學(xué)矩陣可以求出半自動鉆床系統(tǒng)運(yùn)動方案數(shù)為：圖3-1半自動鉆床的功能-技術(shù)矩陣圖4.機(jī)械運(yùn)動方案的選擇和評定(1) 減速機(jī)構(gòu):由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是1400r/min,而設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，利用星輪進(jìn)行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。如圖4-1。.圖4-1行星輪系減速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖 對比機(jī)構(gòu):定軸輪系傳動;傳動比=n輸入/n輸出=700傳動比很大，要用多級傳動。如圖4-2。圖4-2定軸輪系減速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖(2) 動力頭工作機(jī)構(gòu) 采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因?yàn)槲覀冇靡粋€擺動滾子

8、從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)刀的時候，凸輪在推程階段運(yùn)行，很容易通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。 圖4-3動力頭工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖 對比機(jī)構(gòu)：也是采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu)但比法案一簡單。但是沒有杠桿，不能滑動很大的范圍。如圖4-4。圖4-4對比機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖（3）送料機(jī)構(gòu):采用一個四桿機(jī)構(gòu)來代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于設(shè)計的鉆床在空間上傳動軸之問的距離有點(diǎn)大，再加上用四桿機(jī)構(gòu)在本設(shè)計中在尺寸上很小.所以考慮到所設(shè)計的機(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運(yùn)行因此優(yōu)先選用了如下圖的四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)

9、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(jī)構(gòu)。如圖4-5。.圖4-5送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖對比機(jī)構(gòu)：比法案一簡單，但是滑塊滑動距離有限。如圖4-6。圖4-6對比機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖（4）定位機(jī)構(gòu):定位系統(tǒng)采用的是一個對心直動平底從動件盤型凸輪，因?yàn)槎ㄎ幌到y(tǒng)要有間歇，所以就要使用凸輪機(jī)構(gòu)。如圖4-7。圖4-7定位機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖 對比機(jī)構(gòu)：對比的定位和夾緊機(jī)構(gòu)和法案一不同，效率等也有所差別。如圖4-8。如圖4-8對比機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖5.機(jī)械傳動系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)1.送料機(jī)構(gòu)采用如下分析送料連桿機(jī)構(gòu):采用如下機(jī)構(gòu)米送料，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)丁作行程為35mm,各桿尺寸(如圖5-1)：AB=70 BC=

10、17.5 CD=26.25 DA=52.5 DE=8.75圖5-1送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖 2.動力頭機(jī)構(gòu)采用如下分析:(1).由進(jìn)刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機(jī)構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實(shí)現(xiàn)刀頭的上下運(yùn)動。(2).用凸輪擺桿機(jī)構(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實(shí)現(xiàn)弧形齒條的來回擺動，從而實(shí)現(xiàn)要求:采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸.刀具的運(yùn)動規(guī)律就與凸輪擺桿的運(yùn)動規(guī)律一致;(3).弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運(yùn)動的的距離。其具體體設(shè)計步驟如下:1.根據(jù)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律，鉆空深度為18mm，則弧形齒條以18mm來回滑動設(shè)計凸輪基圓半徑r

11、0=40mm，中心距A=80mm,擺桿長度d=65mm,最大擺角為。凸輪轉(zhuǎn)角, 。凸輪轉(zhuǎn)角。刀具快進(jìn)，。凸輪轉(zhuǎn)角。刀具快退。凸輪轉(zhuǎn)角，。“2.設(shè)計圓形齒條，根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角，設(shè)計出圓形齒輪的半徑由，=20mm。3.得到r=63. 69mm。3.定位機(jī)構(gòu)采用如下分析:凸輪機(jī)構(gòu)采用直動平底從動件盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)構(gòu)，利用彈簧力來使平底與凸輪保持接觸，實(shí)現(xiàn)定位功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到我們所需要的運(yùn)動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下：設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25mm。凸輪轉(zhuǎn)角，定位機(jī)構(gòu)休止，推桿行程h=0mm。凸

12、輪轉(zhuǎn)角，定位機(jī)構(gòu)快進(jìn)，推桿行程h=25mm。凸輪轉(zhuǎn)角，定位機(jī)構(gòu)休止，推桿行程h=0mm。凸輪轉(zhuǎn)角，定位機(jī)構(gòu)快退，推桿行程h=25mm。凸輪轉(zhuǎn)角，定位機(jī)構(gòu)休止，推桿行程h=0mm。4.行星輪系的計算：用行星輪系傳動，如圖5-2.圖5-2行星輪系的運(yùn)動簡圖Z1=35 Z2=20 Z2,=20 Z3=35 傳動比iH3=700 根據(jù)行星輪傳動公式:i H3=1-iH31=1-Z2' Z1/Z3Z2由i1H=1-Z2'Z1/Z3Z2，考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機(jī)構(gòu)與齒輪系傳動機(jī)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下表:6.半自動鉆床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖綜合各個機(jī)構(gòu)選型，做出半自動鉆床的總體

13、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，如圖6-1所示圖6-1半自動鉆床的總體機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖總得來說該機(jī)構(gòu)首先通過減速機(jī)構(gòu)達(dá)到工作要求的轉(zhuǎn)速，然后將進(jìn)料、定位以及動力頭機(jī)構(gòu)的凸輪。動力頭機(jī)構(gòu)由對心直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)通過杠桿控制弧形齒條的的運(yùn)動，再由弧形齒條與齒輪、齒輪和齒條的嚙合傳動控制鉆頭的來回往復(fù)運(yùn)動。定位機(jī)構(gòu)則由彈簧是平底從動件始終緊貼凸輪，形成力封閉。再由平底通過連桿滑塊的配合，把凸輪的輪廓所表示出的運(yùn)動形式以平底的運(yùn)動表示出來，從而獲得預(yù)期的夾緊工件的運(yùn)動。送料機(jī)構(gòu)則是由一個圓盤與連桿滑塊的配合，使滑塊做往復(fù)的運(yùn)動，從而使其上的工件不斷的送到加工位置。因?yàn)榍瑝K是偏心安置的，所以存在急回特性，這提高了

14、生產(chǎn)率。整個過程就是工件被送料機(jī)推入加工位置，此時定位機(jī)構(gòu)將被加工的工件可靠的固定住，鉆頭同時下降進(jìn)行鉆削，送料機(jī)構(gòu)也同時后退。加工完成后鉆頭退回，這時新的工件被送料機(jī)構(gòu)推入，從而重復(fù)的進(jìn)行加工。7.凸輪機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計（同組的陳富，黃鵬程，胡巧利做送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、動力頭機(jī)構(gòu)運(yùn)動） 1.定位凸輪和夾緊凸輪因?yàn)槎ㄎ粰C(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)是同步的，所以定位機(jī)構(gòu)的凸輪和夾緊機(jī)構(gòu)的凸輪是一樣的。圖7-1為定位凸輪和夾緊凸輪設(shè)計結(jié)果?；鶊A半徑R0=40mm 滾子半徑Rt =10mm 偏心距e=25mm 轉(zhuǎn)速w=2r/min 中心距A=80mm 擺桿長L=65mm 。圖7-1定位凸輪的設(shè)計圖示圖6-2和6-3為

15、定位凸輪的輪廓圖(7-2內(nèi)包絡(luò)線圖，7-3外包絡(luò)線圖)圖7-2定位凸輪的內(nèi)包絡(luò)線圖7-3定位凸輪的外包絡(luò)線2.進(jìn)刀凸輪進(jìn)刀凸輪類型設(shè)計結(jié)果如圖7-4，凸輪運(yùn)動分段如圖7-5?；鶊A半徑R0=40，滾子半徑Rt=10 偏心距e=25 轉(zhuǎn)速w=1圖7-4進(jìn)刀凸輪的設(shè)計圖示進(jìn)刀凸輪的輪廓線設(shè)計如圖7-5(內(nèi)包絡(luò)線)和圖7-6(外包絡(luò)線)圖7-5進(jìn)刀凸輪的內(nèi)包絡(luò)線以及運(yùn)動分析圖7-6進(jìn)刀凸輪的外包絡(luò)線以及運(yùn)動分析8.定位凸輪速度與加速度分析（分析一個位置）定位凸輪的各參數(shù)如下： 基圓半徑R0=40mm，滾子半徑Rt=10mm 偏心距e=25mm 轉(zhuǎn)速w=2r/min其內(nèi)包絡(luò)線和外包絡(luò)線的加速度和速度及位

16、移分析如圖8-1和8-2：圖8-1定位凸輪的內(nèi)包絡(luò)線的運(yùn)動分析簡圖圖8-2定位凸輪的外包絡(luò)線的運(yùn)動分析簡圖11.設(shè)計總結(jié)一個星期的課程設(shè)計很快就過去了，雖然過程非常的辛苦，但是總的說來我得到了極大的收獲。經(jīng)歷了之前的認(rèn)識實(shí)習(xí)和金工實(shí)習(xí)，我對機(jī)械行業(yè)有了一定的感性的直觀上的認(rèn)識，而這次的課程設(shè)計則更多的給我理性上的認(rèn)識，從更高的層面認(rèn)識機(jī)械專業(yè)。經(jīng)過課程設(shè)計,我對機(jī)械設(shè)計有了最初的一些印象。剛開始的時候，因?yàn)樽约簭膩頉]有接觸過機(jī)械設(shè)計，只是學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的機(jī)械原理知識，所以感覺無從下手。后來在老師的耐心指導(dǎo)下，我在圖書館翻閱了各種資料，在網(wǎng)上也參考了很多這方面的資料，終于找到了下手的方法。由于這次的

17、設(shè)計內(nèi)容比較的多，所以我深深的感受到了合作的重要性。在設(shè)計中我和同組的同學(xué)經(jīng)常會遇到很多問題，自己根本沒有辦法解決，這時我們都會在一起討論商量對策，這使我們的設(shè)計速度快了很多，也少走了很多的彎路。因?yàn)橐鲌D的原因，這次設(shè)計讓我好好的復(fù)習(xí)了之前學(xué)過的CAD以及WORD，同時提醒了我CAD對我們機(jī)械專業(yè)的重要性。因?yàn)楹芏嗖僮骷记晌叶歼€不會，所以一個很簡單的圖，往往要做很久，甚至根本做不出來，這告訴我我以前學(xué)習(xí)的只是皮毛，自己還是要多多的練習(xí)和自學(xué)才可以。我相信在未來的發(fā)展中計算機(jī)輔助設(shè)計將是每個設(shè)計人員必備的素質(zhì)。這次學(xué)習(xí)最重要的就是我第一次學(xué)會了如何把理論知識融入實(shí)踐，如何用學(xué)過的知識逐個的解決自己在設(shè)計中遇到的各種問題。這對我以后參加設(shè)計工作