平尺刻線機運動方案設計

1、平尺刻線機運動方案設計一、工作原理及工藝動作過程在很多具有定量要求的相對移動和相對轉(zhuǎn)動的零件上，需要有指示相對移動或轉(zhuǎn)動量的刻度線。平尺刻線機主要用于有相對移動零件的刻線工作?？潭染€長度按十進制規(guī)律分為三種，分別指示一、五和十，并依次重復出現(xiàn)。圖1所示的鋼板尺就是用平尺刻線機加工的。顯然在加工時，平尺每送進1 mm，刻刀刻線一次，且能自動改變刻線長度。因圖1 鋼板尺此，平尺刻線機主體工作機構(gòu)是刻線機構(gòu)（主運動）和平尺送進機構(gòu)（輔助運動）。二、原始數(shù)據(jù)及設計要求 (1) 平尺毛坯的輪廓尺寸(圖1)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

2、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。(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動.(4) 行程速度變化系數(shù)K1.2。(5) 刻線機構(gòu)為了保證刻線質(zhì)量，應盡可能使刻刀在刻線行程內(nèi)勻速運動。抬刀機構(gòu)必須與刻線機構(gòu)運動協(xié)調(diào)，即在刻線完成點抬刀，在刻線起始點落刀。為保證落刀時刀尖不碰到平尺坯上，刻刀在刻入尺坯前應有一定距離的空程，在設計時主運動的行程應考慮這段距離（可取為34mm）。（6）自動改變行程長度的附加機構(gòu)必須與進給運動聯(lián)系起來，即每進給四次，第五次行

3、程由短程變?yōu)橹谐蹋龠M給四次短程，第五次時變?yōu)殚L程，完成一次循環(huán)。顯然在進給機構(gòu)和行程控制機構(gòu)之間，需要一個計數(shù)機構(gòu)來實現(xiàn)循環(huán)的控制。這一計數(shù)機構(gòu)要求簡單實用，靈活可靠，且必須是一種純機械式的設計方案。三 運動分析1.運動要求： 實現(xiàn) “抬刀刻線抬刀刻線”的運動。2.功能分析：刻線機主要由抬刀機構(gòu)、刻線機構(gòu)以及進給機構(gòu)三部分組成。抬刀機構(gòu)用于刻線時將刀具壓下；刻線機構(gòu)用于刻線，刻線機構(gòu)要有急回特性。；進給機構(gòu)用于控制刻線間隔以及改變刻線長度。四 機構(gòu)運動方案擬定1. 刻線機構(gòu)的方案選定方案一：工作臺此方案為六桿機構(gòu)，曲柄搖桿機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)的組合。主要優(yōu)點為：運動副為低副，磨損小，且制作簡便

4、，可以傳遞遠距離的動作。主要缺陷：慣性力和慣性力矩不易平衡，設計比高副機構(gòu)復雜，有時為了滿足需要需要增加運動副的數(shù)目，會產(chǎn)生運動誤差，影響傳動精度。方案二：刀具工作臺下的圓柱體實現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動，在圓柱外表面開槽，通過槽位置的設定和工作臺下桿和槽的配合實現(xiàn)可控的往復運動和其急回特性，上圖就為展開的圓柱外圓槽曲線。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單且可實現(xiàn)可控往復運動的功能要求，且有急回特性。缺點：此方案需要的圓柱體較大，效率低，磨損問題較為嚴重，運動過程中可能會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，較為危險。方案三工作臺通過凸輪控制載刀臺的水平方向的前后刻線運動從而完成刻線。主要優(yōu)點：只要設計出適當?shù)耐馆嗇喞?，即可使從動件實現(xiàn)任意預期的運動

5、規(guī)律，完全可以實現(xiàn)刀具在刻線時勻速運動。并且結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，工作可靠。缺點：凸輪為高副接觸，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費用較高。綜合上面的分析，由于刻線機構(gòu)大部分為低速機構(gòu)，又要求精度較高，且結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，同時要求刻線時勻速運動。所以最后決定選擇方案（3）的凸輪刻線機構(gòu)。2 抬刀機構(gòu)的方案選定方案一此方案存在明顯不足：由于是靠彈簧來實現(xiàn)抬刀落刀的，所以刻線深度容易存在較大誤差。方案二此方案與上面同樣存在刻線深度精度不夠的問題。方案三用此連桿機構(gòu)會增大機構(gòu)所占空間，且比較復雜。方案四仍采用凸輪機構(gòu)完成抬刀落刀運動，且能完全控制刀具運動規(guī)律，結(jié)構(gòu)緊湊。綜上，選取方案四為抬刀機構(gòu)。3 工

6、作臺進給機構(gòu)方案的選用方案一 簡單的槽輪機構(gòu)就可以實現(xiàn)間歇的轉(zhuǎn)動，帶動絲桿間歇轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)工作臺的間歇進給優(yōu)點：同樣具有結(jié)構(gòu)簡單，傳力較小，運動靈活的優(yōu)點。缺點：磨損較嚴重。方案二曲柄搖桿機構(gòu)與外棘輪組合機構(gòu)，通過右面的棘輪把間歇的轉(zhuǎn)動傳遞出去。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，傳力較小，運動靈活，利用曲柄搖桿機構(gòu)可實現(xiàn)右輪的往復轉(zhuǎn)動。缺點：結(jié)構(gòu)簡單但不緊湊。綜上，這里選擇方案二。4 工作臺上安放塔輪來實現(xiàn)改變刻線長度塔輪造型如下圖工作時刀具從內(nèi)向外刻線，刻短線時水平桿抵在內(nèi)圓上，每刻四個短線，水平桿抵在中圓上，鋼尺平臺向刀具（圖中是向右）移動刻出中線；同理刻出長線。這里，用一個棘輪控制塔輪的間歇轉(zhuǎn)動。工作臺每

7、進給一次撥動此棘輪轉(zhuǎn)動一次，并傳遞給塔輪，使它配合工作臺間歇運動。綜上，機構(gòu)整體運動為下圖五 機構(gòu)的運動循環(huán)圖為六 刻線機構(gòu)兩凸輪輪廓參數(shù)的確定刀具的運動軌跡如下：說明：（1）刀具分為水平方向和豎直方向的兩個分運動。（2） 刀具水平運動抬刀后要有急回運動。（3） 刀具水平勻速運動的距離為最長刻線的長度18mm，這樣保證了刻線的均勻。這里靠載鋼尺的工作臺的左右移動完成刻線長度的改變，靠鋼尺進給運動完成刻線。（4） 黑線為刀具 黃線為刀具運動軌跡 藍線為刻線 。1. 控制刀具水平運動凸輪輪廓（對心尖頂從動件盤型凸輪機構(gòu)）的設計這里采用解析法第一步：設計從動件的運動規(guī)律：運動參數(shù)的設定：凸輪轉(zhuǎn)角為&

8、#248; 角速度為 (4*/3)rad/s = 240度/s Vmax=V刻線=24mm/s 行程速比系數(shù)K=2.6 t工作=1.083s t回程=5/12s Hmax=22mm H刻線=18mm速度v解析式如下：0Ø2v1=12-12cos(9ø/2) 0ø2/9v2=24 2/9ø11/9V3=12-12cos(9ø/2-9/2) 11/9ø13/9V4=cos(ø-)- 13/9ø2位移s的解析式如下：S1=9ø/-2sin(9ø/2)/ 0ø2/9S2=18ø/-2

9、 2/9ø11/9S3=9ø/+9-2sin(9ø/2) 11/9ø13/9S4=22+11sin(18ø/5-26/5)/-198(ø-13/9)/5/) 13/9ø2加速度a的解析式如下：a1=72sin(9ø/2) 0ø2/9a2=0 2/9ø11/9a3=-72sin(9ø/2-11/2) 11/9ø13/9a4=-72sin(18ø/5-26) 13/9ø2寫入MATLAB程序可以生成數(shù)據(jù)和圖像 見附錄第二步：設計凸輪曲線輪廓凸輪基圓半徑的選擇方

10、法：1. 采用理論計算.Rmin=(ds/døe/tg-s)2+)=30度 代入數(shù)據(jù)計算得Rmin>=30mm2 使用諾頓圖這里選取基圓半徑Ro=50mm （凸輪輪廓曲線見后面附錄）2. 控制抬刀的凸輪（對心尖頂盤型凸輪機構(gòu)）曲線輪廓的設計（使用圖解法） 這里基圓半徑r=20mm(經(jīng)由前面計算得到）H=3.5mm 位移s的解析式如下：S1=ø-sin(ø) 0øS2= ø11/9S3=sin(9ø-11)-ø+ 11/9ø13/9S4=0 13/9ø2速度v的解析式如下：V1=-cos(ø

11、) 0øV2=0 ø 11/9V3=21cos(9ø-11)-21 11/9ø13/9V4=0 13/9ø2加速度a的解析式如下：a1=sin(ø) 0øa2=0 ø11/9a3=-252sin(9ø-11) 11/9ø13/9a4=0 13/9ø2畫出其位移s圖線：將各段分5份使用反轉(zhuǎn)法畫出輪廓曲線曲線輪廓見下圖七 傳動機構(gòu)方案的設計 刻線機構(gòu)主軸轉(zhuǎn)速n1=40r/min 進給間歇機構(gòu)主軸轉(zhuǎn)速n2=80r/min首先選擇電動機，常用的電動機型號如下表：電動機轉(zhuǎn)速確定 取帶傳動的傳動比

12、ib=24，齒輪傳動的傳動比ig=35，則傳動裝置的總傳動比為： i=ibig=(24)×(35)=620 故得電動機的轉(zhuǎn)速范圍為：n=80x(620)=480-1600r/min查表，選擇選用Y90L-4的電動機轉(zhuǎn)速為1500r/m取帶傳動的傳動比為4.兩個傳動比分別為刻線機構(gòu)i1=37.5, 進給機構(gòu)i2=18.75 傳動圖 如 各個齒輪的齒數(shù)見上圖。 八 附錄：MATLAB的運行程序以及圖像1 控制水平運動的凸輪的MATLAB成效位移程序：x=0:0.01:2*pi;y=(9/pi*x-2/pi*sin(9*x/2).*(x>=0&x<2*pi/9)+(18

13、*x/pi-2).*(x>=2*pi/9&x<11*pi/9)+(9*x/pi+9-2*sin(9*x/2-9*pi/2)/pi).*(x>=11*pi/9&x<13*pi/9)+(22+11/pi*sin(18*x/5-26*pi/5)-198*(x-13*pi/9)/5/pi).*(x>=13*pi/9&x<=2*pi);plot(x,y)grid onxlabel('轉(zhuǎn)角phi(弧度）')ylabel('位移s（毫米）')title('位移運動規(guī)律')其圖像為：速度程序：x=0:0

14、.001:2*pi;y=(12-12*cos(9*x/2).*(x>=0&x<2*pi/9)+(24+0*x).*(x>=2*9&x<11*pi/9)+(12-12*cos(9*x/2-9*pi/2).*(x>=11*pi/9&x<13*pi/9)+(264/5*cos(18/5*x-26*pi/5)-264/5).*(x>=13*pi/9&x<=2*pi);plot(x,y)grid onxlabel('轉(zhuǎn)角phi(弧度）')ylabel('速度v(毫米每秒）')title(

15、9;速度運動規(guī)律')其圖像為:加速度程序為：x=0:0.001:2*pi;y=(72*pi*sin(9*x/2).*(x>=0&x<2*pi/9)+(0).*(x>=2*pi/9&x<11*pi/9)+(-72*pi*sin(9*x/2-11*pi/2).*(x>=11*pi/9&x<13*pi/9)+(-72*pi/25*sin(18/5*x-26/5*pi).*(x>=13*pi/9&x<=2*pi);plot(x,y)grid onxlabel('轉(zhuǎn)角phi(弧度）')ylabel(&

16、#39;加速度a（毫米每二次方秒')title('加速度運動規(guī)律')其圖像為：2 控制豎直方向運動的凸輪位移程序為：x=0:0.001:2*pi;y=(7/2/99102*100000*x-7/2/2/pi*sin(2*pi*x*100000/99102).*(x>=0&x<99102/100000)+(7/2).*(x>=99102/100000&x<11*pi/9)+(7/4/pi*sin(9*x-11*pi)-63/4/pi*x+91/4).*(x>=11*pi/9&x<13*pi/9)+(0).*(x&

17、gt;=13*pi/9&x<=2*pi);plot(x,y)grid onxlabel('轉(zhuǎn)角phi(弧度)')ylabel('位移s(毫米）')title('位移運動規(guī)律')其圖像為：速度程序為：x=0:0.001:2*pi;y=(14*100000*pi/99102/3-14*100000*pi/99102/3*cos(2*pi*100000*x/99102).*(x>=0&x<99102/100000)+(0).*(x>=99102/100000&x<11*pi/9)+(21*cos(9

18、*x-11*pi)-21).*(x>=11*pi/9&x<13*pi/9)+(0).*(x>=13*pi/9&x<=2*pi);plot(x,y)grid onxlabel('轉(zhuǎn)角phi（弧度）')ylabel('速度v（毫米每秒）')title('速度運動規(guī)律')其圖像為；加速度程序為：x=0:0.001:2*pi;y=(7*pi*pi*pi*16*100000*100000/9/99102/99102*sin(2*pi*100000*x/99102).*(x>=0&x<99102/1

19、00000)+(0).*(x>=99102/100000&x<11*pi/9)+(-252*pi*sin(9*x-11*pi).*(x>=11*pi/9&x<13*pi/9);plot(x,y)grid onxlabel('轉(zhuǎn)角phi（弧度）')ylabel('加速度a（毫米每二次方秒）')title('加速度運動規(guī)律')其圖像為：在這里附上數(shù)據(jù)表：表一控制水平方向運動的凸輪（用于解析法）凸輪轉(zhuǎn)角（角度值）廓線坐標X（毫米）廓線坐標Y（毫米）02.718282501011.36804948.81744820

20、19.7796446.396393027.87902242.8513194035.5072838.0870335042.34763331.9854196048.12451324.6458997052.61280116.2567598055.6212597.0473139057-2.71828210056.646825-12.74857911054.512157-22.73353812050.602383-32.35410113044.981433-41.29236914037.770507-49.24203315029.145899-55.91874116019.33494-61.070035

21、1708.610147-64.484529180-2.718282-66190-14.311413-65.510095200-25.811719-62.969391210-36.854101-58.396612220-47.077457-51.875833230-56.098252-43.523558240-63.398273-33.464209250-68.54074-22.054054260-71.378183-9.825684270-71.8580762.718282280-69.38042614.993857290-63.65540226.061407300-55.15601134.9

22、83139310-44.98143341.292369320-34.39068145.214113330-24.2808847.492282340-14.91260648.919774350-6.03006949.852183602.71828250表二 控制豎直方向運動的凸輪（用于圖解法）凸輪轉(zhuǎn)角（角度值）位移(從基圓開始毫米）00100.118314200.786774301.94788402.999994503.461862603.5703.5803.5903.51003.51103.51203.51303.51403.51503.51603.51703.51803.51903.5200

23、3.52103.52203.52303.1820422401.752500.31795826002700280029003000310032003300340035003600附加的六桿機構(gòu)運動分析課程設計一 六桿機構(gòu)的尺寸及示意圖二解析法L1=15, L2=80,L3=65,L4=70,X=65,Y=65.（1） 曲柄搖桿機構(gòu)的運動分析位移分析：L3cos()-X=L1cos(ø)+L2cos() L3sin()+Y=L1sin（ø）+L2cos();由此式子可以解出，令A1=-+B1=2L3(Y-L1sin(ø)C1=2L3(X+L1cos(ø)可以

24、得出=2atan(B1+ =arcsin(Y+L3sin-L1sinø)/L2對上式求導可得L2和L3的轉(zhuǎn)速2和3如下=再對上式求導可得到L2和L3的角加速度a2和a3=(2) 搖桿滑塊機構(gòu)的運動分析按照上面同樣的方法可以得到4桿和滑塊5的位置 速度 加速度位移分析=arctan S=L4sinø-L3sin速度分析角加速度分析三 利用MATLAB求解程序如下：l1=15;l2=80;l3=65;l4=70;X=65;Y=65;q=5;j=pi/180;t(1)=0;d=1*j;for i=1:360 g=i*d; A1=l32-l22+(Y-l1*sin(t(1)2+(Y

25、+l1*cos(t(1)2; B1=2*l3*(Y-l1*sin(t(1); C1=2*l3*(X+l1*cos(t(1); m=2*atan(B1+sqrt(B12-A12+C12)/(-A1-C1)+2*pi; ta=-asin(Y+13*sin(m)-l1*sin(t(1)/l2)+pi; w(i,:)=t(1) ta m; t(1)=t(1)+d; end for i=1:360 u(2)=(i-1)*d; A=-l2*sin(w(i,2),l3*sin(w(i,3);-l2*cos(w(i,2),l3*cos(w(i,3); B=l1*q*sin(u(2);l1*q*cos(u(2)

26、; om=inv(A)*B; om2=om(1); om3=om(2); om23(i,:)=u(2) om2 om3;end for i=1:360 u(3)=(i-1)*d; ps=atan(sqrt(l42-l32*cos(w(i,3)/(l3*cos(w(i,3)+pi; S5=l4*sin(ps)-l3*sin(w(i,3); S6(i,:)=u(3) ps S5;end subplot(2,2,1); plot(S6(:,1)/j,S6(:,3); grid on; xlabel('轉(zhuǎn)角（角度）'); ylabel('位移（毫米）'); for i=1:360 u(4)=(i-1)*d; A2=l4*sin(S45(i,2),0;-l4*cos(S45(i,2),1; B2=l3*om23(i,3)*sin(w(i,3);-l3*om23(i,3)*cos(w(i,3); o=inv(A2)*B2; o4=o(1); ov5=o(2); v6(i,:)=u(4) o4 ov5;end subplot(2,2,2); plot(v45(:,1)/j,v45(:,3); grid on; xlabel(&