半自動鉆床說明書

1、目錄設(shè)計任務(wù)書-21.設(shè)計工作原理- 42.功能分解圖，執(zhí)行機構(gòu)動作分解圖 - 63.運動方案的選擇與比較 - 94.機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖） - 105.工作循環(huán)圖- 166.執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 - 187.凸輪設(shè)計分段圖.輪廓圖.設(shè)計結(jié)果 - 218.機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程 - 259.程序清單（主程序和子程序） - 2610. 十一運行結(jié)果及運動線圖 - 3111. 設(shè)計總結(jié)- 3212 參考資料- 33設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)設(shè)計加工所示工件？12mm 孔的半自動鉆床。進刀機構(gòu)負責動力頭的升降，送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機構(gòu)使被加工工件

2、可靠固定。、設(shè)計要求及方案提示要求設(shè)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，設(shè)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(gòu)外，還需要設(shè)計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)運動循環(huán)要求見下表。3.可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。機構(gòu)運動循環(huán)要求表10o20o30o45o60o75o90o105o270o300o360o送料快進休止快退休止定位休止快進休止快退休止*304進刀休止快進快進快退休止、設(shè)計任務(wù)1. 半自動鉆床至少包括凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)；2. 設(shè)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

3、機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖；4.凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機構(gòu)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、畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖；5. 設(shè)計計算其他機構(gòu)；6. 編寫設(shè)計計算說明書；際廓線值。、所設(shè)計的機構(gòu)工作原理機構(gòu)的工作原理：該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的2r/min, ,與傳動軸相連的各機構(gòu)控制送料，定位，和進刀等工藝動作，最后由凸輪機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，具體的選擇原理和工作原理如下：.機的

4、選擇原理（1 1）原動機的分類原動機的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：A A 一次原動機此類原動機是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機，汽油機，汽輪機和燃汽機等。B B 二次原動機此類原動機是將發(fā)電機等能機所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機，液壓馬達，氣壓馬達，汽缸和液壓缸等。（2 2）選擇原動機時需考慮的因素：1：考慮現(xiàn)場能源的供應(yīng)情況。2: :考慮原動機的機械特性和工作制度與工作相匹配。3: :考慮工作機對原動機提出的啟動，過載，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速和控制等方面的要求。4: :考慮工作環(huán)境的影響。5: :

5、考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。6:為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，須考慮經(jīng)濟成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護成本。綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。1 1. .傳動機構(gòu)的選擇和工作原理(1)(1)傳動機構(gòu)的作用1: :把原動機輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。2: :把原動機輸出的速度降低或提高，以適應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的需要。3: :用原動機進行調(diào)速不經(jīng)濟和不可能時，采用變速傳動來滿足執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常調(diào)要求4: :把原動機輸出的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變5: :實現(xiàn)由一個或多個動力機驅(qū)動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機構(gòu)。6: :由于受機體的外形，尺寸的限制，或為了安全和操作方便，執(zhí)行

6、機構(gòu)不宜與原動機直接連接時，也需要用傳動裝置來聯(lián)接。(2)傳動機構(gòu)選擇的原則1: :對于小功率傳動，應(yīng)在考慮滿足性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡單的傳動裝 置，盡可能降低初始費用。2: :對大功率傳動，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動的效率，節(jié)約能源，降低運轉(zhuǎn)費用和維修費用。3: :當執(zhí)行機構(gòu)要求變速時，若能與動力機調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當執(zhí)行機構(gòu)要求變速范圍大。用動力機調(diào)速不能滿足機械特性和經(jīng)濟性要求時，則應(yīng)采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量采用有級變速。4: :執(zhí)行機構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應(yīng)加過載保護裝置。5: :主，從動軸要求同步時，應(yīng)采用無滑動的傳動裝置

7、。6: :動裝置的選用必須與制造水平相適應(yīng)，盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的標準傳 動裝置，加減速器，變速器和無級變速器等。功能分解圖，執(zhí)行機構(gòu)動作功能分解圖如下圖送件位鉆其里定緊將工件定位功能圖3-1二繪制機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能工件的定位夾緊功能 2滑塊送料功能，工件的鉆孔功圖3-2運動分支動幗下三.執(zhí)行構(gòu)件的選擇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(jié)構(gòu)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(shè)計的傳動。2?定位功能由于我們設(shè)計的機構(gòu)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

8、中可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位機構(gòu)的回位，等待送料，凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。、3.進料功能進料也要要求有一定的間歇運動，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來傳遞，再在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)，用從動件滾子推桿的直線往復運動實現(xiàn)進料。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(zhuǎn)動，齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動 實現(xiàn)進刀.四.用形態(tài)學矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)運動方案根據(jù)系統(tǒng)的運動轉(zhuǎn)換功能圖（圖3-2）可構(gòu)成形態(tài)學矩陣

9、如表（表3-3）。由表3-3所示的形態(tài)學矩陣可以求出半自動鉆床系統(tǒng)運動方案數(shù)為：3X3X3X3X3X3=729根據(jù)功能原理，工藝分解過程及執(zhí)行機構(gòu)的選擇，確定了以下運動方案,三?運動方案的選擇與比較方案的分析與比較：(1)減速機構(gòu)：由于電動機的轉(zhuǎn)速是1450r/min, ,而設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，利用行 星輪進 行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。(3)對比機構(gòu)：對比機構(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.(3)進刀機構(gòu)米用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪齒條機構(gòu) ？因為我們用一 個擺動 滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳

10、遞齒輪機構(gòu)， 當進刀的時候，凸輪在推 程階段運行， 很容易通過機構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合帶動動刀頭來完成鉆 孑 L,L,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對比機構(gòu):在擺桿上加一個平行四邊行四桿機構(gòu)，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當 力卩了四桿機構(gòu)以后并沒有達到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機構(gòu)，為了使機構(gòu)結(jié)構(gòu)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(gòu)。(5)送料系統(tǒng):采用一個六桿機構(gòu)來代替曲柄滑塊機構(gòu)，由于設(shè)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(gòu)很難實現(xiàn)這種遠距離的運動。再加上用四桿機構(gòu)在本設(shè)計中在尺寸上很小。所以考

11、慮到所設(shè)計的機構(gòu)能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機構(gòu)來實現(xiàn)。由于本設(shè)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(gòu)。如圖4-5。圖 4-44-4圖4-5(6)對比機構(gòu)：所選用的對比四桿機構(gòu)如下圖(圖4-6)，由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但選用下來此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機構(gòu)圖4-6(7)定位系統(tǒng):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(gòu)，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(gòu)的結(jié)構(gòu)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，它就可以滿足我們的實際要求了。圖

12、4-7(8)對比機構(gòu)：采用彈力急回間歇機構(gòu)來代替偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復運動。這樣也可以完成實際要求，但是為了使設(shè)計的機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能節(jié)省材料，所以還是選偏置直動滾子從 動件盤型凸輪來完成定位。圖 4-84-8四.機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖）根據(jù)前面表3-3中實線連接的方案的運動簡圖確定本設(shè)計中半自 動鉆床的總體方案圖如圖5-1圖5-1五.工作循環(huán)圖圖5-1所示的機械系統(tǒng)方案的執(zhí)行件需要進行運動協(xié)調(diào)設(shè)計其運動循環(huán)如圖6-1凸輪軸轉(zhuǎn)角0 00? ?1000 0100? ?1500 0150? ?2700 0270? ?3000 0300? ?360送

13、料快進快退定位休止快進休止快退進刀休止快進慢進休止快退1.送料機構(gòu)機構(gòu)采用如下分析送料連桿機構(gòu)：采用如下機構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進料機構(gòu)工作行程為ABCD4干機構(gòu)的極位夾角為12度，則由 v v - -180些衛(wèi)K K +1+1得K=1.14, ,急回特性不是很明顯，但對送料機構(gòu)來說并無影響。各桿尺寸：( (如圖6-1) )AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8該尺寸可以滿足設(shè)計要求，即滑塊的左右運動為40, ABCD勺極位夾角為、.八.執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算40mm可取12度。2. 凸輪擺桿機構(gòu)的設(shè)計：(1).由進刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機構(gòu)，又以

14、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(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(gòu)，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(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設(shè)計步驟如下：1.根據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計凸輪基圓半徑r=40mm中心距A=80mm擺桿長度d=65mm最大擺角B為18,凸輪轉(zhuǎn)角入=0-60,B=0;凸輪轉(zhuǎn)角入=60 -270。，刀具快進，B=5, ,凸輪轉(zhuǎn)角入=270 -300 ; ;凸輪轉(zhuǎn)角入=300 -360

15、, ,B=02.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r=l/B,由B=18, l=20mm,3.得到r=63.69mm如圖7-2圖7-23 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(shè)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(yīng)快速，機構(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=25凸輪轉(zhuǎn)角入=0 -100,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=100 -285,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=25mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=285 -300,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=300 -360

16、,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-25mm;設(shè)計偏心距e=25的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為25故如此設(shè)計。4.行星輪系的計算：(1 )用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(2)用行星輪系傳動i（H3）=1-i（31）H=1-Z21/Z3Z2根據(jù)行星輪傳動公式:由i（1H）=1-Z2Z1/Z3Z2，考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機構(gòu)與齒輪系傳動機構(gòu)的相應(yīng)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12.203570齒輪22202040齒輪2220204

17、0齒輪32203570七.凸輪設(shè)計分段圖輪廓圖和設(shè)計結(jié)果定位凸輪圖8-1為定位凸輪分段圖和設(shè)計結(jié)果圖凸輪類型* *後子攙動趴動件盤形凸輸機構(gòu)基園半徑【Ro轅子#SRt轉(zhuǎn)速w中心距A擺桿長L1401065運動規(guī)律選樺：1：靜止 _2;等速運動規(guī)律3:等加速等減速運動規(guī)律4：簡諧運奇規(guī)律弘擺線運動規(guī)律凸輪轉(zhuǎn)角（度）畫備洼：轉(zhuǎn)角和站鎖為換度！升程的0 pj?升程和必須先10!井段狀態(tài)：0KCanc&l圖8-1陽】籌速運動覿律一饕第60.同 升程山皿No2揺 線運動規(guī)律轉(zhuǎn)角210?0升程540No3機線運動規(guī)律一轉(zhuǎn)角30. 010升程1工叩Mo4齡止_日八50.00_升程-16.00OKCan

18、cel圖8-2和8-3為定位凸輪的輪廓圖( (8-2內(nèi)包絡(luò)線圖，8-3外包絡(luò)線圖)圖 8-2但袴ram =:604速廢(V) mm/s =:6OS 加 J? CA) mra/s/EzO. 0C圧力希度)二:6曲弗率半毎nun -： 42.7凸輪位務(wù)埠燭、二：18 乩位移(s) rnm=:CL 0 5=；6 S力口J?,(A) mni/s/s=；0, 0S壓力埠 C 度=:1, 07破舉半包 mm-14 3- E凸輕位穆軸 f 皮=:140.圖8-31.進刀凸輪進刀凸輪類型設(shè)計結(jié)果如圖8-4，凸輪運動分段如圖8-5.凸輪類型士滾子直動從動件盤形凸輪機構(gòu)基園半徑Pol40滾子半衙Rt10館心距罔2

19、51訛算步長5升程（血升程八必碩為0!運動規(guī)律選擇；:靜止2:等速運動規(guī)律3=等加遽等毎規(guī)運動規(guī)律L?昭甲71岳參嘯（3-4-5）分段狀態(tài):NoNo等速運動規(guī)律轉(zhuǎn)A100. 00升程0?0。NO2崔線運動機律轉(zhuǎn)角185. 00升程茨. .血N。3擂線運動規(guī)律轉(zhuǎn)角15.00升程D4D擺No4No4 線運動規(guī)律_ _轉(zhuǎn)甬覘00AA-25.000KCancel凸輪分段數(shù)1第凸輪聘箱（廈）備注：鴨角和也貞為兀曠0K |圖8-4，圖8-5位移mm速度V Ws-: 13. E加速度（A） mn/E/s= ；_10.=113. S曲空半輪rran凸乾世 二；44.E移用：度=!E15.圖 8-6圖 8-7進

20、刀凸輪的輪廓線設(shè)計如圖8-6（內(nèi)包絡(luò)線）和圖8-7（外包絡(luò)線）您穆mm:6.邁怪V ffim/ft:13.加速BE tA) mm/e/E屯 10.壓力帶廈:!?. 1曲車半牡mm：61, C凸輪儉樓角f虞:170,八.機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程框圖圖 9-19-1十.運行結(jié)果及曲線圖1 運行結(jié)果如圖 11-1Fil=vE (m/S)= N fe/S2)= g皂 g:a3 (radl/S)- oneAa4 (rad/S)= Apsilon3 Gra.4/S )= epsilon4 6?n d/SFi.l= xE(m)= vl6n /s)=?辺 (p/S2 (radl/S)=onega4 (r

21、ai/S)= epsilon3 (rad/S J=啊 silon4Gr *.4/5)=08n2H509*CK2003TE-i021.74S7?B68906A2E-t)3 -2.236976271 41 394E-D4 -1.T35168059tfi353EA02.0S1K4D421183412.1393341929015E-03-1.9T11 SSBffi 】866SE- D4108.472? 68186586971-A021.34018O4T113641E-03-2. &255Z754310B28E-C4013420399966BS4乙8I83D9442T50G9E-O22.5*6708173