機(jī)械畢業(yè)設(shè)計72課程設(shè)計半自動鉆床

題目 2 半自動鉆床 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 /min A 40 30 15 1450 1 B 35 25 20 1400 2 C 30 20 10 960 1 2.2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 10 20 30 45 60 75 90 105 270 300 360 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 三 運(yùn)動方案的選擇與比較 方案的分析與比較 ： (1) 減速機(jī)構(gòu)： 由于電動機(jī)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(jìn)行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。 圖 4-1 （ 1） 對比機(jī)構(gòu)： 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 (3) 進(jìn)刀機(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) .因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(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 （ 4） 對比機(jī)構(gòu)： 在擺桿上加一個平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當(dāng)加了四桿機(jī)構(gòu)以后并沒有達(dá)到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機(jī)構(gòu)，為了使機(jī)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(jī)構(gòu)。 方案一： D1 為了達(dá)到輸出間歇運(yùn)動同時能夠做到循環(huán)往復(fù)運(yùn)動，采用凸輪機(jī)構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運(yùn)動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺 動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加一個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。 圖 4-4 （ 5） 送料系統(tǒng)： 采用一個六桿機(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間的距離有點大，故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運(yùn)動。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)先選用了如下圖的六桿機(jī)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(jī)構(gòu)。如圖 4-5。 圖 4-5 （ 6） 對比機(jī)構(gòu)： 所 選用的對比四桿機(jī)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(jī)構(gòu)。 方案二： B2 采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)既有快慢變化的運(yùn)動又有休止的間歇運(yùn)動。 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(jī)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(jī)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 4-7 （ 8） 對比機(jī)構(gòu)： 采用彈力急回間歇機(jī)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(yùn)動轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復(fù)運(yùn)動。這樣也可以完成實際要求，但是為了使設(shè)計的機(jī)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 4-8 方案一： C1 利用四桿機(jī)構(gòu)中死點的積極作用，選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到定位機(jī)構(gòu)和間歇定位的要求。 四 .機(jī)構(gòu)運(yùn)動總體方案 圖（機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖） 根據(jù)前面表 3-3中實線連接的方案的運(yùn)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(jī)械系統(tǒng)方案的執(zhí)行件需要進(jìn)行運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計 其運(yùn)動循環(huán)如圖 6-1 凸輪軸轉(zhuǎn)角 00 1000 1000 1500 1500 2700 2700 3000 3000 3600 送料 快進(jìn) 快退 定位 休止 快進(jìn) 休止 快退 進(jìn)刀 休止 快進(jìn) 慢進(jìn) 休止 快退 圖 6-1 六 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 1送料機(jī)構(gòu)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)來送料，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為 40mm，可取 ABCD4桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為 12度，則由1 )1(180 K K 得 K=1.14，急回特性不是很明顯，但對送料機(jī)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(yùn)動為 40， ABCD的極位夾角為 12度。 圖 6-1 2.凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計： (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(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。具體設(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 ,設(shè)計凸輪基圓半徑 r0=40mm，中心距 A=80mm，擺桿長度 d=65mm，最大擺角為 18 , 凸輪轉(zhuǎn)角 =0-60 , =0 ; 凸輪轉(zhuǎn)角 =60 -270，刀具快進(jìn)， =5， 凸輪轉(zhuǎn)角 =270 -300； 凸輪轉(zhuǎn)角 =300 -360， =0 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 r=l/ ,由 =18 , l=10mm， 3.得到 r=63.69mm，如圖 7-2 圖 7-2 3.凸輪推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計： 凸輪機(jī)構(gòu) 采用直動滾 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，實現(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=25 凸輪轉(zhuǎn)角 =0 -100 ,定位機(jī)構(gòu)休止 ,推桿行程 h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角 =100 -285 ,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn) ,推桿行程 h=20mm; 凸輪轉(zhuǎn)角 =285 -300 ,定位機(jī)構(gòu)休止 ,推桿行程 h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角 =300 -360 ,定位機(jī)構(gòu)快退 ,推桿行程 h=-20mm; 設(shè)計偏心距 e=20 的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為 20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 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-i(31)H=1-Z2Z1/Z3Z2 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(jī)構(gòu)與齒輪系傳動機(jī)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） 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 35 70 齒輪 2 2 20 20 40 齒輪 2 2 20 20 40 齒輪 3 2 20 35 70 七 . 凸輪設(shè)計分段圖輪廓圖和設(shè)計結(jié)果 一 .定位凸輪 圖 8-1 為定位凸輪分段圖和設(shè)計結(jié)果圖 圖 8-1 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 圖 8-3 二 .進(jìn)刀凸輪 進(jìn)刀凸輪類型設(shè)計結(jié)果如圖 8-4，凸輪運(yùn)動分段如圖 8-5. 圖 8-4， 圖 8-5 進(jìn)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） 圖 8-6 圖 8-7 I 變速機(jī)構(gòu) 方案一： A1 由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是 1450r/min，而選用設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為 1r/min。可以考慮利用行星輪進(jìn)行大比例的降速，然后采用蝸輪變向。 機(jī)構(gòu)簡圖 送料機(jī)構(gòu)的選型： 方案一： B1 直接采用凸輪滑塊機(jī)構(gòu)，并且在輪同軸的齒輪組合中加入不完全齒輪以滿足間歇休止運(yùn)動要求。 方案二： B2 采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)既有快慢變化的運(yùn)動又有休止的間歇運(yùn)動。 方案三： B3 采用一個六桿機(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間的距離有點大，故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運(yùn)動。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)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn) 。 定位機(jī)構(gòu)選型 方案一： C1 利用四桿機(jī)構(gòu)中死點的積極作用，選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到定位機(jī)構(gòu)和間歇定位的要求。 方案二： C2 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(jī)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(jī)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，它就可以滿足實際要求了。 進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 方案一： D1 為了達(dá)到輸出間歇運(yùn)動同時能夠做到循環(huán)往復(fù)運(yùn)