半自動鉆床結(jié)構(gòu)

1、半自動鉆床結(jié)構(gòu)設計課程設計說明書專業(yè)班級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 設計時間: 物理與電氣工程學院 年 月 日目錄一、 摘要.3二、 設計任務及要求.31)設計題目及原始數(shù)據(jù).32)設計方案提示.43）設計要求.5三、設計原理.5四、機構(gòu)選擇及其原理.6五、機構(gòu)運動方案比較.7六、執(zhí)行機構(gòu)設計過程及尺寸計算.13七、系統(tǒng)機構(gòu)運動總體方案圖.18八、總結(jié).18九、參考文獻.18一、 摘要1) 摘要隨著科學技術(shù)、工業(yè)水平的不斷發(fā)展和人們的生活條件的不斷改善，消費者的價值觀念也隨之變化很快，市場需求出現(xiàn)多樣化的特征，機械產(chǎn)品種類日益增多。例如，各種金屬切削機床、儀器儀表、重型機械、輕工機械、

2、紡織機械、石油化工機械、交通運輸機械、海洋作業(yè)機械、鋼鐵成套設備、辦公設備、家用電器以及兒童玩具等等。同時，這些機械產(chǎn)品的壽命周期也縮短。企業(yè)為了贏得市場，必須不斷開發(fā)符合市場需求的產(chǎn)品。新產(chǎn)品的設計與制造，其中設計是產(chǎn)品開發(fā)的第一步，是決定產(chǎn)品的性能、質(zhì)量水平、市場競爭力的最主要因素。機械產(chǎn)品的設計是對產(chǎn)品的功能、工作原理、系統(tǒng)運動方案、機構(gòu)的運動與動力設計等進行分析計算，并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造的工作過程。其中機械產(chǎn)品的工作原理、系統(tǒng)運動方案、機構(gòu)的運動與動力設計、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸、力和能量的傳遞方式等內(nèi)容都作為機械原理課程學習內(nèi)容。機械原理課程設計是機械原理課程的一個重要實踐性教學

3、環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學生的機械綜合設計能力及創(chuàng)新意識與能力方面起著重要作用。本次課程設計設計的是半自動鉆床結(jié)構(gòu)設計，該機構(gòu)中包括齒輪機構(gòu)，平面連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等。半自動能實現(xiàn)送料，定位和鉆孔的一體化功能，分別由送料機構(gòu)，定位機構(gòu)和進刀機構(gòu)以及電動機組成。2) 關(guān)鍵詞：齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、平面連桿機構(gòu)、送料、定位、進刀二、 設計要求及任務1) 設計題目及原始數(shù)據(jù)半自動能實現(xiàn)送料，定位和鉆孔的一體化功能。設計加工如圖所示工件的半自動鉆床。送料機構(gòu)將加工工件推入加工位置并由定位機構(gòu)使加工工件可靠固定，最終由進刀機構(gòu)負責動刀頭的升降進行鉆孔工作。方案號進料機構(gòu)工作行程mm定位機構(gòu)工作行程mm動力頭工作行程m

4、m電動機轉(zhuǎn)速r/mm工作節(jié)拍（生產(chǎn)率）件/minB352520140022) 設計方案提示1. 鉆頭需由動力頭直接驅(qū)動，只需考慮動力頭的升降運動。2. 需要考慮送料機構(gòu)，定位機構(gòu)和進刀機構(gòu)間的循環(huán)。各機構(gòu)運動循環(huán)見下表：3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)的運動。3) 設計要求1. 半自動鉆床機構(gòu)至少包括齒輪機構(gòu)，凸輪機構(gòu)和平面連桿機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)。2. 設計傳動系統(tǒng)并確定傳動比分配。3. 凸輪機構(gòu)的計算以及按凸輪機構(gòu)的工作要求，自選從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角和最小曲率半徑。4. 設計計算其他機構(gòu)。三、 設計原理送料機構(gòu)功能定位機構(gòu)功能送料、夾緊定位、進刀要協(xié)調(diào)工作（依

5、靠凸輪機構(gòu)）進刀退刀機構(gòu)功能變速齒輪機構(gòu)原動機輸出量半自動鉆床的工作原理是利用鉆頭的旋轉(zhuǎn)和進刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸。工藝動作由送料、定位、鉆孔三部分組成。各機構(gòu)由同一電機驅(qū)動，運動由電動機經(jīng)減速裝置分成兩路，一路隨著傳動系統(tǒng)傳送動力到送料機構(gòu)和定位機構(gòu)，分別帶著凸輪做轉(zhuǎn)動控制四桿機構(gòu)對工件的定位和帶動凸輪四桿機構(gòu)控制推桿做往復直線運動。另一路直接傳送動力到鉆頭，控制鉆頭的進退，即該系統(tǒng)由電動機驅(qū)動，通過變速傳動將電動機的轉(zhuǎn)速降到主軸上的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，最后由凸輪推動四桿機構(gòu)，通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運動，這樣動力頭也能帶動刀具平

6、穩(wěn)地上下移動從而保證較高的加工質(zhì)量。四、 機構(gòu)的選擇及其原理根據(jù)前述設計要求，送料機構(gòu)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(gòu)也有休止、快進和快退過程，進刀機構(gòu)有快進、慢進、快退和休止過程。此外三個機構(gòu)之間還要滿足隨著凸輪軸轉(zhuǎn)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(gòu)的往復運動和進刀機構(gòu)的往復循環(huán)及各個機構(gòu)的間歇運動。1. 減速機構(gòu)在滿足設計要求的情況下，應該選用經(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，故這里就采用行星輪

7、系來實現(xiàn)傳動。2. 送料機構(gòu)進料只需把料送到，無需間歇，加上為了方便進行運動分析，因此采用了六桿機構(gòu)（正置曲柄搖桿機構(gòu)）。3. 定位機構(gòu)由于我們設計的機構(gòu)要有間歇往復的運動，當凸輪由遠休到近休運動過程中，可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位，定位桿就阻止了工件滑動，當凸輪由近休到遠休運動過程中，等待送料，凸輪循環(huán)運動完成每加工一工件實現(xiàn)定位一次。4. 夾緊功能在工件送到后，須得夾緊，然后才能加工，為了實現(xiàn)這一功能，我們采用盤型凸輪滾子推桿機構(gòu)，推桿頂端加一v型槽，從近休到遠休，實現(xiàn)夾緊，遠休到近休，由彈簧實現(xiàn)復位。5. 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

8、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扇齒，扇齒的擺動實現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動，齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動，從而實現(xiàn)進刀功能。五、 機構(gòu)運動方案的比較方案的分析與比較A. 減速機構(gòu)：行星輪系；由于電動機轉(zhuǎn)速是1400r/min，而設計要求主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，利用行星輪進行大比例的降速，然后利用圓錐齒輪實現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。如圖1 圖1a) 減速對比機構(gòu)：定軸輪系；傳動比=n(輸入)/n(輸出)=700，傳動比很大，要用多級傳動。如圖2圖2 總結(jié)： 由于電動機的轉(zhuǎn)速是1400r/min，而設計要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，定軸輪系所用的齒輪半徑大，齒數(shù)多，齒輪體積龐大，傳動效率低

9、，安裝不便，且不經(jīng)濟，所以宜采用體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，效率高，比較經(jīng)濟的行星輪系。B. 送料機構(gòu)：六桿機構(gòu)；采用一個六桿機構(gòu)來代替曲柄滑塊機構(gòu)，由于設計的鉆床在空間上傳動軸間距離有點大，故一般四桿機構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠距離的運動。再加上四桿機構(gòu)在本設計中的尺寸很小。所以考慮到所設計的機構(gòu)能夠穩(wěn)定的運行，因此優(yōu)先選用六桿機構(gòu)。由于本設計中送料機構(gòu)不需要有間歇，所以不需要凸輪機構(gòu)。如圖3圖3b) 送料機構(gòu)對比機構(gòu)：曲柄滑塊；如圖1-4 圖4總結(jié)：由于我們設計的送料方案中，送料時間與回程時間相等，不用考慮快進慢回、間歇，且由于設計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離大，故一般四桿機構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠距離的

10、運動。再加上用四桿機構(gòu)在本設計中在軸線尺寸上很小。所以考慮到所設計的機構(gòu)能否穩(wěn)定地運行，因此優(yōu)先選用了如3所示的六桿機構(gòu)。說明：曲柄逆時針轉(zhuǎn)動，機構(gòu)送料，送到后，曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)，滑塊退出，以此循環(huán)。C. 定位機構(gòu):凸輪機構(gòu)；定位機構(gòu)采用的是一個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)。相對于對比機構(gòu)節(jié)省材料，較為方便。如圖5 圖5c) 定位機構(gòu)對比機構(gòu)：彈力急回間歇機構(gòu)；如圖6圖6總結(jié)：彈力急回間歇機構(gòu)來代替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，但是為了使設計的機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能節(jié)省材料，所以還是選直動滾子從動件盤型凸輪來

11、完成定位。說明：遠休到近休，先有一段空行程，然后由彈簧夾緊，并保持設計所需要的定位時間，然后近休到遠休，定位桿退出，以此循環(huán)。D. 夾緊機構(gòu)：凸輪機構(gòu)；如圖7圖7d) 夾緊機構(gòu)對比機構(gòu)：不完全齒輪+齒條機構(gòu)；如圖8圖8 總結(jié)：一開始我們采用不完全齒輪+齒條機構(gòu)，這雖然能滿足設計要求，但是與凸輪機構(gòu)相比，有一些缺點，首先，凸輪好加工，價格便宜，能較好地滿足系統(tǒng)的要求，而齒輪齒條則難加工，并且性能不如凸輪好，所以我們最終采用凸輪機構(gòu)。說明：凸輪近休到遠休，實現(xiàn)夾緊，并保持夾緊時間，然后凸輪回程，由彈簧完成復位，以此循環(huán)。E. 進刀機構(gòu)：凸輪+齒扇機構(gòu)；采用的是一個擺動滾子從動盤形凸輪來傳遞齒輪齒條

12、機構(gòu)，當進刀階段時，凸輪在推程階段，很容易通過機構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合，帶動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)定性。如圖9 圖9e) 進刀機構(gòu)對比機構(gòu)：凸輪+齒條機構(gòu)；如圖10圖10 總結(jié)：凸輪+齒條機構(gòu)雖然能滿足設計要求，但是與組合機構(gòu)相比，存在不耐用的缺點，為了延長使用壽命，我們小組采用組合機構(gòu)。說明：凸輪近休到遠休，實現(xiàn)空行程和加工，遠休到近休，由彈簧實現(xiàn)。六、 執(zhí)行機構(gòu)設計過程及尺寸計算1、 送料機構(gòu)機構(gòu)采用如下分析此為正置曲柄搖桿機構(gòu)，即為夾角為0，即行程速比系數(shù)為1，無急回運動，畫圖如下： 此為正置曲柄搖桿機構(gòu)，極位夾角為0，即行程速比系數(shù)為1

13、，無急回運動，畫圖如下： A點位置由功能軸和工作臺的距離決定，取A點位坐標原點，我們假設曲柄AB為7，以AB為原點畫半徑為7的圓，又根據(jù)設計要求將此曲柄搖桿設計為正置曲柄搖桿，故在水平兩位置B1（左圓圓心）和B2（右圓圓心）取兩個極限位置，并假設連桿BC為30，以B1為圓心畫半徑30的圓，以B2為圓心畫半徑為30的圓，兩園與水平線交予C1和C2兩點（圖中2個圓與綠線交點），做C1C2的中垂線，則D點在C1C2的中垂線上。由公式H=L1×DE÷DC,由此可得，DE與DC的比列為2.5，取DC為40mm，則DE的尺寸定下來，為100mm，D點的坐標也定下來，得AD為49.51m

14、m；最后數(shù)據(jù)為AB=7mm;BC=30mm;DE=100mm;EF=60mm;（為適應程序，須大一些）；AD=49.51mm。計算過程：=180°×K-1÷K+1其中為極位夾角，K為行程速度變化系H=2×L1×DE÷DC;H=35mmL1取7mm， DE÷DC=2.5，DC取40mm，DE=100mm;又 L1×L1+L0×L0=L2×L2+L3×L3其中L1：曲柄長度 L2：連桿長度 L3：搖桿長度（DC段） L0：機架長度取L2=30mm;L3=40mm; 算得L0=49.51mm

15、，考慮到實際加工，取機架長度L0為50mm。2、 定位凸輪數(shù)據(jù)凸輪機構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪，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，實現(xiàn)定位功能。只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿實現(xiàn)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(gòu)簡單緊湊。具體設計如下:設計基圓半徑r0=70mm,偏心距e=0,滾子半徑r=15mm凸輪轉(zhuǎn)角=0100°°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0;凸輪轉(zhuǎn)角=100174°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=30mm;凸輪轉(zhuǎn)角=174°186°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0;凸輪轉(zhuǎn)角=186°

16、260°,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-30mm;凸輪轉(zhuǎn)角=260°360°，定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0;3、夾緊凸輪數(shù)據(jù)設計基圓半徑r0=90mm,偏心距e=0,滾子半徑r=15mm;凸輪轉(zhuǎn)角=0168°,夾緊機構(gòu)休止,推桿行程h=0;凸輪轉(zhuǎn)角=168°198°,夾緊機構(gòu)快進,推桿行程h=15mm;凸輪轉(zhuǎn)角=198°324°,夾緊機構(gòu)休止,推桿行程h=0;凸輪轉(zhuǎn)角=324°360°,夾緊機構(gòu)快退,推桿行程h=-15mm;進刀凸輪+擺桿機構(gòu)數(shù)據(jù)(1).由進刀規(guī)律，我們設計了凸輪+擺桿機構(gòu)，又以齒

17、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。具體設計步驟如下： 1.根據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設計凸輪基圓半徑r0=15mm，中心距A=30mm，擺桿長度d=60mm，最大擺角為17°, 刀具總行程H=17÷360×2××10029.7mm;凸輪轉(zhuǎn)角=0°150&

18、#176;,=0°凸輪轉(zhuǎn)角=150°185.71°，刀具快進，=4.4°，行程H1=7.7mm;凸輪轉(zhuǎn)角=185.71°288°；刀具加工工件，=12.6°，行程H2=22mm;凸輪轉(zhuǎn)角=288°360°，=0°，刀具由彈簧牽引退回，行程H=29.7mm。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r=m×z÷2=100mm；m=2；z(全齒）=100，現(xiàn)在取得齒數(shù)大于17°對應的齒數(shù)，也就是17÷360×100=4.725齒，可以取20齒。小齒輪m=2;z=20;r=20mm。行星輪系的計算:1、用定軸輪系傳動i=n(輸入)÷n(輸出)=7003、 用行星輪系傳動皮帶輪1R1=900mm；皮帶