平尺刻線機(jī)-課程設(shè)計(jì)說明書-終極版

1、 課 程 設(shè) 計(jì)（ 課 程 實(shí) 習(xí) ）機(jī)械設(shè)計(jì)與制造主體實(shí)踐(一) 院（系、部）：機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 姓 名：周 天 宇 同組成員：沈戊坤 梁磊 李東 金明旭 班 級：機(jī)電132 指導(dǎo)教師簽名： 徐 林 林 2015年 7 月 10 日·北京目錄1.1 機(jī)器的功能和設(shè)計(jì)要求 31.2 工作原理和工藝動作 41.3 擬定運(yùn)動循環(huán)圖 51.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和評定 61.5 機(jī)械運(yùn)動方案示意圖101.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺度設(shè)計(jì)111.7 機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)241.8 運(yùn)動仿真261.9 飛輪設(shè)計(jì)272.0 設(shè)計(jì)結(jié)果得分析292.1 參考文獻(xiàn)292.2 設(shè)計(jì)體會291.1 機(jī)器的功能和設(shè)計(jì)

2、要求在很多具有定量要求的相對移動和相對轉(zhuǎn)動的零件上，于是需要有指示相對移動或轉(zhuǎn)動量的刻度線。平尺刻線機(jī)主要用于有相對移動零件的刻線工作。本課題設(shè)計(jì)通過機(jī)械化刻線，可以達(dá)到準(zhǔn)確度高、精確度高。減少了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，降低成本，并且在研究時(shí)遇到的一些技術(shù)問題，通過認(rèn)真分析以解決，在今后的設(shè)計(jì)類的工作中也有一定的經(jīng)驗(yàn)可循。1 機(jī)器的功能：平尺刻線機(jī)刻出的刻度線長度按十進(jìn)制規(guī)律分為三種，分別指示一、五和十，并依次重復(fù)出現(xiàn)（如圖1.1所示）。顯然在加工時(shí)，平尺每送進(jìn)1 mm，刻刀刻線一次，且能自動改變刻線長度。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，平尺刻線機(jī)整體工作應(yīng)分為三種：(1) 刀具刻線工作（主工作）(2) 刀

3、架升降工作（輔助工作）(3) 平尺送進(jìn)工作（輔助工作） 2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求：(1) 平尺毛坯的輪廓尺寸為：1040×30mm(長×寬)。 (2) 要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻出不同長度的線條：短線10mm；中線13mm；長線18mm。相鄰兩條刻線之間的距離為1mm。從零起隔四條短線刻一條中線，隔九條刻線刻一條長線，然后依次重復(fù)。 (3) 刻線深度為0.5mm，深度要均勻，為防止刀具磨損，要求反行程有抬刀運(yùn)動。 (4) 刻線速度：每秒鐘刻一條線。(5) 行程速度變化系數(shù)K1.2。(6) 為擴(kuò)大刻線機(jī)的應(yīng)用范圍，要求線條長度可調(diào)(短、中、長三種長度的比例可不變)。(7) 刻

4、線機(jī)在工作過程中主動軸的角速度不均勻系數(shù)?？叹€時(shí)的切削力為1.2 工作原理和工藝動作1 工作原理：平尺刻線機(jī)主要用于有相對移動零件的刻線工作?？潭染€長度按十進(jìn)制規(guī)律分為三種，分別指示一、五和十，并依次重復(fù)出現(xiàn)。圖1所示的鋼板尺就是用平尺刻線機(jī)加工的。顯然在加工時(shí)，平尺每送進(jìn)1 mm，刻刀刻線一次，且能自動改變刻線長度。因此，平尺刻線機(jī)主體工作機(jī)構(gòu)是刻線機(jī)構(gòu)（主運(yùn)動）和平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)（輔助運(yùn)動）。2 工藝動作：為了完成在上述三種整體工作，平尺刻線機(jī)應(yīng)該完成以下五個(gè)工藝動作：(1) 落刀（準(zhǔn)備進(jìn)入工作水平面）(2) 進(jìn)刀（第一次刻線）(3) 抬刀（退回準(zhǔn)備水平面）(4) 退刀（第二次刻線保證刻線均勻

5、，并回到第二步開始位置）(5) 進(jìn)刻度尺上述五個(gè)動作中：進(jìn)刀、退刀為刀具刻線工作；落刀、抬刀為刀架升降工作；進(jìn)刻度尺為平尺送進(jìn)工作。因此，平尺刻線機(jī)重點(diǎn)考慮三個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：刀具刻線機(jī)構(gòu)，刀架升降機(jī)構(gòu)和刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。平尺刻線機(jī)的運(yùn)動傳遞路線（如圖1.2所示）：1.3 擬定運(yùn)動循環(huán)圖運(yùn)動循環(huán)圖主要是確定刀具、刀架、刻度尺三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動的先后順序、相位，以便進(jìn)行設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。將刀具、刻度尺、刀架三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件按照空間運(yùn)動可分為X、Y、Z三個(gè)方向（如圖1.3所示）：刀架升降運(yùn)動在Z軸方向（正向抬刀，負(fù)向落刀）；刀具刻線運(yùn)動在X軸方向（正向進(jìn)刀，負(fù)向退刀）；平尺送進(jìn)運(yùn)動在Y軸方向（正向

6、送進(jìn)）。分析五個(gè)工藝動作，刀具刻線（往復(fù)）運(yùn)動是最主要的運(yùn)動。因此，平尺刻線機(jī)的刀具刻線機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu)，并設(shè)定刀具在最高位置時(shí)為運(yùn)動的起點(diǎn)位置，也是一個(gè)運(yùn)動循環(huán)的終點(diǎn)位置。此時(shí)刻度尺、刀架的位移為零，并以此作為運(yùn)動循環(huán)圖橫坐標(biāo)的起點(diǎn)，循環(huán)周期為360°。（如圖1.4所示）1.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和評定1 整體選型形態(tài)學(xué)矩陣根據(jù)刀具、刀架、刻度尺這三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的動作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以選擇（如表1.1所示）的常用機(jī)構(gòu)，構(gòu)成機(jī)構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣。可以求出平尺刻線機(jī)的機(jī)械運(yùn)動方案數(shù)目為： 刀具刻線機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)凸輪推桿機(jī)構(gòu)不完全齒輪和齒條機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)刀架升降機(jī)構(gòu)平底凸輪機(jī)構(gòu)刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)

7、構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu) 表1.1 構(gòu)成機(jī)構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣2 刀具刻線機(jī)構(gòu)評定I方案說明：通過三種形狀、大小不同的凸輪來控制刀具的左右移動，再通過一個(gè)凸輪來控制刀具的抬刀，下刀運(yùn)動，推過控制凸輪的推程與回程，來控制刀具的急回速比K1.2。（圖1.5）方案評價(jià)：通過三個(gè)凸輪來控制刀具左右移動，難以控制它們之間的轉(zhuǎn)速比，容易發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，而且容易發(fā)生失真的現(xiàn)象，所以我們不采用這套方案。 II方案說明：這套方案是通過一套組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刻刀的進(jìn)刀、退刀動作，同時(shí)通過凸輪槽的形狀實(shí)現(xiàn)滑塊的勻速運(yùn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刀具的勻速運(yùn)動。同時(shí)也可以滿足急回速比K1.2。（圖1.6）方案評價(jià)：該方案主要

8、通過一個(gè)凸輪來控制進(jìn)刀運(yùn)動，此凸輪的形狀會過于復(fù)雜，所以我們不采用這套方案。III方案說明：這種方案通過一個(gè)凸輪來控制刀具的進(jìn)刀、退刀運(yùn)動，另一個(gè)凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運(yùn)動，并通過凸輪的推程與回程來控制刀具的急回速比K1.2。（圖1.7）方案評價(jià)：該方案可滿足全部刻線的功能要求，同時(shí)可以使進(jìn)刀動作平穩(wěn)，采用兩個(gè)凸輪控制進(jìn)刀、退刀，凸輪的設(shè)計(jì)也不會過于復(fù)雜。所以我們決定采用這套方案。 3 刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)評定槽輪機(jī)構(gòu)外形尺寸小，機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位，但是相對于不完全齒來說實(shí)現(xiàn)進(jìn)給時(shí)結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜；而且制造及裝配的精度要求高，其傳動時(shí)尚存在柔性沖擊，只能用于速度不太高的場合

9、，且轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)。不完全齒輪機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)的參數(shù)較多，易滿足不同停歇要求。但是，不完全齒輪機(jī)構(gòu)和普通齒輪機(jī)構(gòu)的區(qū)別，不僅在從齒輪的分布上，而且在嚙合傳動中，當(dāng)首齒進(jìn)入嚙合及末齒退出過程中，齒輪并非在實(shí)際嚙合線上嚙合，因此在此過程中不能確保定傳動比傳動。由于從動輪每次轉(zhuǎn)動開始和終止時(shí)，角速度有突變，故存在剛性沖擊。若將不完全齒輪直接和調(diào)節(jié)進(jìn)給的下層工作臺相連，則會造成較大的進(jìn)給誤差。棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和運(yùn)動可靠，并且棘輪轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是傳動動力小、工作時(shí)有沖擊和噪聲。不僅如此，傳動力不足則會對工作臺的進(jìn)給產(chǎn)生影響，從而影響整個(gè)工序。（圖1.8）基于以上機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺

10、點(diǎn)，故考慮組合機(jī)構(gòu)槽輪與螺旋機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)簡單、進(jìn)給精度高傳動力較大，易于制造加工。(如圖1.9所示)這套方案采用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺的間歇進(jìn)給，當(dāng)撥盤做連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，槽輪做間歇式轉(zhuǎn)動，槽輪機(jī)構(gòu)可以帶動螺旋絲杠間歇轉(zhuǎn)動，來實(shí)現(xiàn)工作臺的間歇進(jìn)給，控制撥盤的轉(zhuǎn)速與螺旋絲杠的導(dǎo)程可實(shí)現(xiàn)每秒進(jìn)給量為1mm。方案評價(jià)：槽輪機(jī)構(gòu)尺寸小，外形簡單，機(jī)械效率高，傳動較為平穩(wěn)。至于其缺點(diǎn)通過螺旋機(jī)構(gòu)配合改善，得到的組合機(jī)構(gòu)更加穩(wěn)定，所以我們決定采用這套方案。1.5 機(jī)械運(yùn)動方案示意圖按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動系統(tǒng)，畫出平尺刻線機(jī)的機(jī)械運(yùn)動方案示意圖（如圖2.0所示）。1.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺度設(shè)計(jì) 在凸輪的設(shè)計(jì)

11、中，欲滿足行程速度變化系數(shù)K1.2，即一個(gè)運(yùn)動周期內(nèi)工作時(shí)轉(zhuǎn)過的角度大于等于非工作時(shí)的1.2倍，以下的凸輪設(shè)計(jì)采取K=1.5滿足設(shè)計(jì)要求。1 刀具刻線機(jī)構(gòu)的尺寸綜合及運(yùn)動分析I刻短線凸輪：采用直動平底從動件盤形凸輪（平底），因?yàn)檗D(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動規(guī)律參數(shù)大小分析：運(yùn)動規(guī)律分析：形狀尺寸分析：II刻中、長線凸輪：采用直動從動件盤形凸輪（尖端），壓力角小于40°，因?yàn)檗D(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動規(guī)律參數(shù)大小分析：運(yùn)動規(guī)律分析： 形狀尺寸分析：通過滿足壓力角40°，確定 此處凸輪基圓半徑取50mm2 刀架升降機(jī)構(gòu)的尺寸綜合及運(yùn)動分析刀架凸輪：采用直動平底從動件盤形凸輪（平底），

12、因?yàn)檗D(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動規(guī)律參數(shù)大小分析：運(yùn)動規(guī)律分析：形狀尺寸分析：3 刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的尺寸綜合及運(yùn)動分析I刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)采用單圓銷槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)周期性間歇轉(zhuǎn)動，如圖3.1所示。已知主動撥盤的轉(zhuǎn)速為60/min，中心距144mm，按工位要求槽數(shù)6。槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算：(1) 槽間角22，。(2) 槽輪運(yùn)動角21，。(3) 圓銷回轉(zhuǎn)半徑1，R1=asin2=144×sin30°72mm。(4) 槽輪半徑2，R2=acos2=144×cos30°125mm。(5) 鎖止弧張角，。(6) 圓銷半徑，取。(7) 槽輪齒頂厚，取5。(8

13、) 鎖止弧半徑，。(9) 槽輪槽深，。取70mm。(10) 運(yùn)動系數(shù)，。(11) 1與的比值，。(12) 槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析槽輪角位移：槽輪角速度：槽輪角加速度：其中，。計(jì)算結(jié)果列于表3.1。表3.1槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析1222-60-304.65049E-1622.79288-50-29.44150.73875387430.7584-40-27.51571.7270248440.63007-30-23.7942.99473645150.20605-20-17.8784.45150582952.58459-10-9.706485.743261736.55439006.2831853070109.

14、7064815.7432617-36.55442017.877994.451505829-52.58463023.793982.994736451-50.2064027.515741.72702484-40.63015029.441460.738753874-30.758460304.65049E-16-22.7929槽輪的角速度2，角加速度2隨主動件轉(zhuǎn)角1的變化曲線，如圖3.2所示。II刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)采用螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化平動螺旋機(jī)構(gòu)螺桿與螺母采取鋼對鋼梯形螺紋，摩擦系數(shù)f值為0.110.17，牙型角。取絲杠直徑d=16mm，長度L=1200mm-驗(yàn)算是否自鎖：，不發(fā)生自鎖1.7

15、 機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 電動機(jī)的選擇確定原動機(jī)的功率其中，為工作機(jī)要求的功率；為由電動機(jī)到工作機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總效率。工作機(jī)要求的功率主要為執(zhí)行構(gòu)件在單位時(shí)間里克服工作阻力所作的功。在平尺刻線機(jī)中,主要為在單位時(shí)間里刻刀刻線時(shí)克服工作阻力所作的功。則其中，為刻刀刻線時(shí)的工作阻力，主要發(fā)生在刻線的整個(gè)行程中，且假定為均勻阻力，整個(gè)過程阻力為1000N。為刻刀的的運(yùn)動速度，可以通過得凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析得到。由上式可以算得刻刀在不同位置時(shí)，消耗的功率，列于表3.2?？梢娮畲笾禐?瓦左右。參考抬刀機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以及機(jī)器中運(yùn)動副間的摩擦損失，參照電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)選擇YSK-50-4電機(jī)。輸出功率50、轉(zhuǎn)速6

16、70 r/min。表3.2刻刀在不同位置消耗的功率（刻18mm）1FrVcPw335.710000.520350.520349336.610001.005241.005237337.510001.421621.42162338.410001.741121.741122339.310001.941971.94197340.210002.010472.010475341.110001.941971.94197342.010001.741121.741122342.910001.421621.42162343.810001.005241.005237344.710000.520350.5203493

17、45.610000.0000002 速比分配驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速為670r/min，刻線機(jī)構(gòu)刻線的最小轉(zhuǎn)速為6r/min，則機(jī)械傳動系統(tǒng)的總傳動比為：采用一級皮帶傳動、一級和二級齒輪傳動，他們的傳動比為：皮帶傳動：傳動比為3.72圓柱齒輪傳動：齒輪1與齒輪6的傳動比為3，取。 齒輪1與齒輪2的傳動比為3，取。 齒輪2與齒輪3的傳動比為1，取。 齒輪2與齒輪4的傳動比為2，取。 齒輪4與齒輪5的傳動比為5，取3 轉(zhuǎn)速 皮帶轉(zhuǎn)速：圓柱齒輪轉(zhuǎn)速：齒輪6轉(zhuǎn)速為： 齒輪2轉(zhuǎn)速為： 齒輪3轉(zhuǎn)速為： 齒輪4轉(zhuǎn)速為： 齒輪5轉(zhuǎn)速為：4 機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從原動電機(jī)到用于刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)，用于刀具刻線機(jī)構(gòu)以及

18、刀架升降機(jī)構(gòu)采用分路傳動，所用的傳動機(jī)構(gòu)及傳遞路線如圖所示。電機(jī)帶傳動齒輪傳動刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)刀具刻線機(jī)構(gòu)刀架升降機(jī)構(gòu)1.8 運(yùn)動仿真 采用working model軟件進(jìn)行刀具刻線工作和刀架升降工作的運(yùn)動仿真由于粗略仿真多少存在系統(tǒng)誤差和客觀因素影響，不過結(jié)果大致符合要求1.9 飛輪設(shè)計(jì)刻線時(shí)刀具工作受到阻力的影響，造成機(jī)器的速度波動，必須通過加飛輪的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于機(jī)器的第一級傳動選擇了皮帶傳動，所以飛輪只能安裝在帶傳動后面的齒輪傳動的高速軸上，即以齒輪傳動的高速軸為等效構(gòu)件，如圖2.0所示。軸的轉(zhuǎn)速n=670/3.72=180r/min，取平尺刻線機(jī)的許用速度波動系數(shù)=0.02

19、，以滿足刻線機(jī)在工作過程中主動軸的角速度不均勻系數(shù)。1 計(jì)算等效力矩和最大盈虧功平尺刻線機(jī)的能量消耗，主要來自刀具刻線時(shí)消耗的能量。因此，可以忽略其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及各構(gòu)件慣性力的影響，只考慮刀具的工作阻力F。F=1000N，=0.02，運(yùn)動穩(wěn)定循環(huán)周期T=6阻力力矩Mr如圖所示，阻力力矩做功A=0.50902J驅(qū)動力矩Md=A/6=0.027 N*m最大盈虧功Wmax=0.32238J2 計(jì)算飛輪的轉(zhuǎn)動慣量3 確定飛輪的尺寸對于如圖4.1所示的輪形飛輪，其轉(zhuǎn)動慣量可用下式表示其中，D為飛輪輪緣的平均直徑，m為飛輪的質(zhì)量可以算得由公式 其中，為飛輪材質(zhì)的密度。（取=7800kg/m3，D=400mm,H=35mm）可以算得2.0 設(shè)計(jì)結(jié)果的分析機(jī)器的應(yīng)用可以充分利用，