湖北民族學(xué)院機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)半自動(dòng)鉆床.

1、何 ib A 森 zf it機(jī)械電子工程機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書半自動(dòng)鉆床的設(shè)計(jì)院系：理學(xué)院專業(yè)：機(jī)械電子工程學(xué)號(hào)：021141207姓名：李謙指導(dǎo)老師：楊永明目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)21.1設(shè)計(jì)題目21.2設(shè)計(jì)任務(wù)21.3設(shè)計(jì)提示32工作原理及功能分析33設(shè)計(jì)方式選擇43.1 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)43.2機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖43.3凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算43.4凸輪的輪廓線53.5從動(dòng)件（推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律）53.5凸輪的數(shù)控加工54主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)選型54.1減速傳動(dòng)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算54.2進(jìn)刀機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算64.3送料機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算74.4定位夾緊機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算85機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)方案96機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和數(shù)控加工106.1凸輪

2、的運(yùn)動(dòng)仿真106.2推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（函數(shù)線）116.3凸輪的數(shù)控加工117總結(jié)128參考文獻(xiàn)131設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)加工圖1所示工件巾12mm孔的半自動(dòng)鉆床。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動(dòng)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加工工件表1半自動(dòng)鉆床凸輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)方案號(hào)進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程mm定位機(jī)構(gòu)工作行程mm動(dòng)力頭工作行程mm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/mm工作節(jié)拍（生產(chǎn)率）件 /minD4020159602表2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求凸輪軸轉(zhuǎn)角10o20o30o45o60o75o90o105o 270o300o360o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

3、退休止1.2設(shè)計(jì)任務(wù)1半自動(dòng)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(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。3. 圖紙上畫出半自動(dòng)鉆床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。4. 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。按各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求，自選從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。 對(duì)盤狀凸輪要用電算法計(jì)算出 理論廓線、實(shí)際廓線值。畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。5. 設(shè)計(jì)計(jì)算其他機(jī)構(gòu)。6編寫設(shè)計(jì)計(jì)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(dòng)鉆床的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證等。1.3設(shè)計(jì)提示1. 鉆頭由動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)者只需考慮動(dòng)力頭的進(jìn)刀（升降）運(yùn)動(dòng)。2. 除動(dòng)力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需設(shè)

4、計(jì)送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dòng)。2工作原理及功能分解半自動(dòng)鉆床的工作原理是利用鉆頭的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)刀切削掉工件的余料而得到 工件尺寸形狀。工藝動(dòng)作過程由送料、定位夾緊、進(jìn)刀三部分組成。各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由同一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速裝置后分為兩 路，一路隨著傳動(dòng)系統(tǒng)傳送動(dòng)力到定位夾緊機(jī)構(gòu)和進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，分別帶動(dòng)凸輪做轉(zhuǎn)動(dòng)控制連桿對(duì)工件的定位和通過齒輪帶動(dòng)齒條和動(dòng)力頭做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。另一路直接傳動(dòng)到送料機(jī)構(gòu)，控制的送料機(jī)構(gòu)的進(jìn)退。即該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過變速傳動(dòng)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由960r/min降到主軸 的2r/min，與傳動(dòng)軸相連的凸輪機(jī)

5、構(gòu)控制送料，定位夾緊和進(jìn)刀等工藝動(dòng)作。其 中動(dòng)力頭由凸輪機(jī)構(gòu)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)齒條上下平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)，則動(dòng)力頭可帶動(dòng)鉆頭平穩(wěn)地上下移動(dòng)從而保證了較高的加工質(zhì)量。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動(dòng)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)使加工工件可靠固定。三個(gè)執(zhí) 行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式為：1、進(jìn)刀機(jī)構(gòu)動(dòng)力頭做垂直的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，下移到最低點(diǎn)后立刻上移。在 下移之前有一段休止時(shí)間，此段時(shí)間則用于送料和定位夾緊。其中動(dòng)力頭的快進(jìn) 行程為15mm，工進(jìn)行程為18mm。2、送料機(jī)構(gòu)做水平的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作行程是 40mm。初始時(shí)，送料機(jī)構(gòu)迅速 地將被加工工件送到指定加工位置，稍作停頓后立即返回，且其在工件的加工過 程

6、中保持休止。3、定位夾緊機(jī)構(gòu)在水平面內(nèi)做近似垂直直線運(yùn)動(dòng)，在工件的加工過程中對(duì) 工件起固定的作用。其中夾緊裝置的垂直行程為20mm。3設(shè)計(jì)方式選擇3.1機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，首先，我們將機(jī)構(gòu)的功能設(shè)計(jì)分為四個(gè)大的模塊，根 據(jù)每個(gè)模塊功能需求的不同，我們結(jié)合現(xiàn)有的知識(shí)和一些參考資料， 選擇出部分 可行的機(jī)構(gòu)。我們始終遵循以下機(jī)械設(shè)計(jì)的三個(gè)原則 （1）功能設(shè)計(jì)（2）質(zhì)量（3） 優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終定下了每個(gè)模塊最佳的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 然后 對(duì)各個(gè)方案逐個(gè)進(jìn)行分析和計(jì)算，最終將各個(gè)功能模塊組成整個(gè)機(jī)構(gòu)循環(huán)系統(tǒng)。3.2機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖確定各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案后，使用autoCAD將機(jī)構(gòu)簡圖繪

7、制出來，并標(biāo)注各點(diǎn)。 3.3凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算使用SolidWorks中麥迪凸輪設(shè)計(jì)工具，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 對(duì)符合要求的凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖2凸輪設(shè)計(jì)工具軟件界面3.4凸輪的輪廓線通過對(duì)凸輪不同工作階段的設(shè)定、每個(gè)工作階段的起始角度和終止角度、起 始升程和終止升程的設(shè)定、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇，可以根據(jù)邁迪凸輪設(shè)計(jì)系統(tǒng) 平面轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪插件生成凸輪的輪廓線。3.5從動(dòng)件（推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律）從動(dòng)件在凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)。先在 SolidWorks里面將推桿和凸輪配合， 然后使用SolidWorks里面的motion分析功能，給凸輪一個(gè)轉(zhuǎn)速，同時(shí)給推桿和 凸輪之間設(shè)置一個(gè)接觸，計(jì)算并運(yùn)行仿真。接

8、著，在生成圖解模塊中，添加對(duì)推 桿線性速度和位移周期性的分析，生成函數(shù)圖像。3.5凸輪的數(shù)控加工用SolidCAM,對(duì)生成的凸輪零件進(jìn)行數(shù)控仿真加工，生成加工軌跡和G代碼。 4主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)選型4.1減速傳動(dòng)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算選用的裝置具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)比大的特點(diǎn)，可滿足具有較大 傳動(dòng)比的工作要求。可以考慮先利用帶傳動(dòng)進(jìn)行一級(jí)降速， 同時(shí)有過載保護(hù)的作 用。采用定軸輪系減速傳動(dòng)。由于傳動(dòng)比 =輸入轉(zhuǎn)速/輸出轉(zhuǎn)速=960/2=480,傳 動(dòng)比過大，為使每級(jí)齒輪傳動(dòng)比稍小且穩(wěn)定， 故用二級(jí)減速傳動(dòng)。其中帶傳動(dòng)起 過載保護(hù)作用。通過改變帶傳動(dòng)比例可以改變輸出轉(zhuǎn)速為 1或2。圖3減速傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡

9、圖Z仁20, Z2=80，Z3=20，Z4=100;則齒輪傳動(dòng)比 i14=(Z2 Z4)/(Z1 Z3)=12。蝸輪蝸桿傳動(dòng)比io=36。其中，帶傳動(dòng)的皮帶輪1半徑50mm,皮帶輪2半徑100mm,即ip=2。綜上所述，減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i=ii4 Xo為p=864胡60。表3 齒輪參數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（°齒數(shù)（個(gè)）直徑（mm）齒輪12202040齒輪222060120齒輪32202040齒輪4220802604.2進(jìn)刀機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算采用一個(gè)直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)并結(jié)合滑塊導(dǎo)桿傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu)。進(jìn)刀時(shí)，凸輪在推程階段運(yùn)行，其通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動(dòng)齒輪齒條嚙合， 進(jìn)而帶動(dòng)動(dòng) 力頭

10、完成鉆孔。導(dǎo)桿垂直移動(dòng)的距離即為齒輪弧轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，且齒輪齒條傳動(dòng)具 有穩(wěn)定性。圖4進(jìn)刀機(jī)構(gòu)簡圖進(jìn)刀機(jī)構(gòu)如圖B1所示，快進(jìn)行程15mm，工進(jìn)行程18mm各桿尺寸如下：CD=50mm， BC=20mm， CE=50mm， EF=125mm圓弧齒條設(shè)計(jì)如下：計(jì)圓形齒條，根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角，設(shè)計(jì)出圓形齒輪的半徑 r=l/ B，由 B =18°, l=20mm，得到 r=63.69mm兩相同齒輪設(shè)計(jì)：模數(shù) m=2，齒數(shù)z=25,壓力角a =20°齒條設(shè)計(jì)：m=2，z=40， a =20°凸輪設(shè)計(jì)：基圓半徑r=80mm，由sin a=D/r=80/113=0.708，

11、最大壓力角 a=45°圖5進(jìn)刀機(jī)構(gòu)中凸輪輪廓線4.3送料機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算采用一個(gè)直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來完成送料機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過凸輪機(jī)構(gòu)和導(dǎo)桿滑塊實(shí)現(xiàn)送料時(shí)的快進(jìn)、休止和快退的動(dòng)作。由于采用了杠桿，故圖6送料機(jī)構(gòu)簡圖送料機(jī)構(gòu)如圖C1所示，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為 40mm各桿尺寸如下：AB=100mm , BC=50mm, CD=50mm送料機(jī)構(gòu)凸輪設(shè)計(jì)：基圓半徑 =80mm由 sin a=D/r=80/120=0.667，即最大壓力角 o=41 °圖7送料機(jī)構(gòu)中凸輪輪廓線4.4定位夾緊機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算采用一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)。通過凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位

12、夾緊時(shí)的休止、快進(jìn)及夾緊和快退的動(dòng)作。由于采用了杠桿，夾緊裝置可對(duì)工件施加較大的各桿尺寸如下：AB=50mm , BC=100mm, CD=50mm, DG=20mm, BF=20mm定位機(jī)構(gòu)凸輪設(shè)計(jì)：基圓半徑b=80mm由 sin a=D/r=80/100=0.8,即最大壓力角 a=53°圖9定位夾緊機(jī)構(gòu)中凸輪輪廓線5機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)方案CDB提供動(dòng)力A4=6、總結(jié)過程P，我真的感覺到學(xué)到了很多東西,鉆頭尤其是以前只在課本上出現(xiàn)的一些機(jī)構(gòu)的原理和分析，像齒輪傳動(dòng)、F F 偏置-使機(jī)構(gòu)、滾子盤形凸輪機(jī)構(gòu)，曲柄連桿、工件力分析和相互協(xié)調(diào)搭配使用情況。 在系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)（減速變速構(gòu)）的選擇中，柄

13、滑互結(jié)合環(huán)送料機(jī)構(gòu)、動(dòng)始終遵從以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:X圖10機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)方案機(jī)構(gòu)簡 圖6機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和數(shù)控加工這里選取定位機(jī)構(gòu)中的凸輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和數(shù)控加工。6.1凸輪的運(yùn)動(dòng)仿真(1) 完成推桿的繪制，對(duì)凸輪和推桿進(jìn)行裝配。(2) 先將凸輪設(shè)定為只能繞凸輪中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 隨后將推桿設(shè)定為只能上下運(yùn) 動(dòng)的配合。(3) 給凸輪中心添加一個(gè)等速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，轉(zhuǎn)速設(shè)置為20r/min (測(cè)試用速度)(4) 給推桿頭和凸輪曲面添加接觸約束(5) 運(yùn)行結(jié)果，可以生成定位機(jī)構(gòu)中凸輪的運(yùn)動(dòng)仿真效果。®臥肉及相機(jī)祝罔4闔先驀、與布黑前旋禱馬達(dá)2:引力十爲(wèi)(-)葩技F呀-罰牛12裳呢低1 <i> -1

14、離會(huì)(2冗余甘匱給果圖11裝配的設(shè)置圖12裝配體模型6.2推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（函數(shù)曲線）（1）添加結(jié)果和圖解（2）計(jì)算運(yùn)動(dòng)算例這里我們選擇推桿的線速度幅值和線性位移作為圖解對(duì)象0.00T.ZO2.403.S44.605.00時(shí)同(sec)6.3凸輪的數(shù)控加工（1）打開凸輪零件的SolidWorks界面，使用SolidCAM添加一個(gè)銑床。（2）設(shè)定加工原點(diǎn)及加工過程和刀具后，可以模擬加工。（3）根據(jù)模擬加工可以直接生成加工該凸輪的 G代碼。圖15 數(shù)控加工定位機(jī)構(gòu)中凸輪的G代碼7總結(jié)在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的過程中，我學(xué)到了很多東西，尤其是以前只在課本上出現(xiàn)的一些機(jī)構(gòu)的原理和分析，像齒輪傳動(dòng)、偏置直動(dòng)滾子盤形凸輪機(jī)構(gòu)，曲柄連桿、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等的相互結(jié)合使用的運(yùn)動(dòng)分析和相互協(xié)調(diào)搭配使用情況。在系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)（減速變速機(jī)構(gòu)、定位加緊機(jī)構(gòu)、循環(huán)送料機(jī)構(gòu)、動(dòng)力頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)） 的選擇中，始終在想如