湖北民族學(xué)院機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)半自動鉆床

1、機(jī)械電子工程機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書半自動鉆床的設(shè)計(jì) 院 系： 理 學(xué) 院 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué) 號： 021141207 姓 名： 李 謙 指導(dǎo)老師： 楊永明 目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)···································

2、;···········21.1 設(shè)計(jì)題目·····································&#

3、183;······21.2 設(shè)計(jì)任務(wù)··········································

4、;··21.3 設(shè)計(jì)提示············································32 工作原理及功能分析&#

5、183;···································33 設(shè)計(jì)方式選擇·············

6、;·····························43.1 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)···················&

7、#183;······················43.2 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖·························&

8、#183;············43.3 凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算···································&

9、#183;··43.4 凸輪的輪廓線········································53.5 從動件（推桿的運(yùn)動規(guī)律）··

10、83;··························53.5 凸輪的數(shù)控加工·····················

11、83;················54 主運(yùn)動機(jī)構(gòu)選型································

12、;········54.1 減速傳動功能及設(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······

13、83;·······················64.3 送料機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算························

14、;······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)傳動方案·············

15、·························96 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析和數(shù)控加工······················

16、83;·······106.1 凸輪的運(yùn)動仿真······································106.2 推桿的運(yùn)動規(guī)律（

17、函數(shù)線）·····························116.3 凸輪的數(shù)控加工··················&

18、#183;···················117 總結(jié)·····························&

19、#183;····················128 參考文獻(xiàn)····························

20、;··················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 表1 半自動鉆床凸輪設(shè)計(jì)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/minD4020159602 表2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求凸輪軸轉(zhuǎn)角

21、10º20º30º45º60º75º90º105º270º300º360º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1.2 設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)計(jì)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(jì)算出理論廓線、實(shí)際廓線值。畫出從動件運(yùn)動規(guī)律線

22、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.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計(jì)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(jì)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。2 工作原理及功能分解半自動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。工藝動作過程由送料、定位夾緊、進(jìn)刀三部分組成。各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動由同一電動機(jī)驅(qū)動，運(yùn)動由電動機(jī)經(jīng)過減速裝置后分為兩路，一路隨著傳動系統(tǒng)傳送動力到定位夾緊機(jī)構(gòu)和進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，分別

23、帶動凸輪做轉(zhuǎn)動控制連桿對工件的定位和通過齒輪帶動齒條和動力頭做往復(fù)直線運(yùn)動。另一路直接傳動到送料機(jī)構(gòu)，控制的送料機(jī)構(gòu)的進(jìn)退。即該系統(tǒng)由電動機(jī)驅(qū)動，通過變速傳動將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由960r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的凸輪機(jī)構(gòu)控制送料，定位夾緊和進(jìn)刀等工藝動作。其中動力頭由凸輪機(jī)構(gòu)通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運(yùn)動，則動力頭可帶動鉆頭平穩(wěn)地上下移動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。三個執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式為：1、進(jìn)刀機(jī)構(gòu)動力頭做垂直的往復(fù)直線運(yùn)動，下移到最低點(diǎn)后立刻上移。在下移之前有一段休止時間，此段時

24、間則用于送料和定位夾緊。其中動力頭的快進(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，工作行程是40mm。初始時，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，在工件的加工過程中對工件起固定的作用。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)分為四個大的模塊，根據(jù)每個模塊功能需求的不同，我們結(jié)合現(xiàn)有的知識和一些參考資料，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)的三個原則（1）功能設(shè)計(jì)（2）質(zhì)量（3）優(yōu)化設(shè)

25、計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終定下了每個模塊最佳的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。然后對各個方案逐個進(jìn)行分析和計(jì)算，最終將各個功能模塊組成整個機(jī)構(gòu)循環(huán)系統(tǒng)。3.2 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖 確定各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案后，使用autoCAD將機(jī)構(gòu)簡圖繪制出來，并標(biāo)注各點(diǎn)。3.3 凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算圖2 凸輪設(shè)計(jì)工具軟件界面使用SolidWorks中麥迪凸輪設(shè)計(jì)工具，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對符合要求的凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.4 凸輪的輪廓線通過對凸輪不同工作階段的設(shè)定、每個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、從動件運(yùn)動規(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)動凸輪插件生成凸輪的輪廓線。3.5 從動件（推桿的運(yùn)動規(guī)

26、律）從動件在凸輪的轉(zhuǎn)動過程中運(yùn)動。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，給凸輪一個轉(zhuǎn)速，同時給推桿和凸輪之間設(shè)置一個接觸，計(jì)算并運(yùn)行仿真。接著，在生成圖解模塊中，添加對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)動機(jī)構(gòu)選型4.1 減速傳動功能及設(shè)計(jì)計(jì)算選用的裝置具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大的特點(diǎn)，可滿足具有較大傳動比的工作要求。可以考慮先利用帶傳動進(jìn)行一級降速，同時有過載保護(hù)的作用。 采用定軸輪系減速傳動。由于傳動比=

27、輸入轉(zhuǎn)速/輸出轉(zhuǎn)速=960/2=480，傳動比過大，為使每級齒輪傳動比稍小且穩(wěn)定，故用二級減速傳動。其中帶傳動起過載保護(hù)作用。通過改變帶傳動比例可以改變輸出轉(zhuǎn)速為1或2。圖3 減速傳動系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖Z1=20，Z2=80，Z3=20，Z4=100；則齒輪傳動比i14=(Z2 Z4)/(Z1 Z3)=12。蝸輪蝸桿傳動比i0=36。其中，帶傳動的皮帶輪1半徑50mm，皮帶輪2半徑100mm，即ip=2。綜上所述，減速傳動機(jī)構(gòu)的傳動比i=i14×i0×ip=864960。表3 齒輪參數(shù) 模數(shù)（mm）壓力角（°）齒數(shù)（個）直徑（mm）齒輪12202040齒輪2220601

28、20齒輪32202040齒輪4220802604.2 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)計(jì)算采用一個直動滾子從動件盤行凸輪機(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，凸輪在推程階段運(yùn)行，其通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合，進(jìn)而帶動動力頭完成鉆孔。導(dǎo)桿垂直移動的距離即為齒輪弧轉(zhuǎn)動的角度，且齒輪齒條傳動具有穩(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/，由=18°，l=20mm，得到r=63.69mm兩相同齒輪

29、設(shè)計(jì)：模數(shù)m=2，齒數(shù)z=25，壓力角=20°齒條設(shè)計(jì)：m=2，z=40，=20°凸輪設(shè)計(jì)：基圓半徑r=80mm，由sin=D/r=80/113=0.708，最大壓力角=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)算圖6 送料機(jī)構(gòu)簡圖 采用一個直動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來完成送料機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動。通過凸輪機(jī)構(gòu)和導(dǎo)桿滑塊實(shí)現(xiàn)送料時的快進(jìn)、休止和快退的動作。由于采用了杠桿，故其能夠完成送料的較大傳動距離。其中彈簧起到復(fù)位作用。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)

30、凸輪設(shè)計(jì)：基圓半徑rb=80mm由sin=D/r=80/120=0.667，即最大壓力角=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)算采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)。通過凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位夾緊時的休止、快進(jìn)及夾緊和快退的動作。由于采用了杠桿，夾緊裝置可對工件施加較大的夾緊力保證完成定位夾緊的功能。圖8 定位夾緊機(jī)構(gòu)簡圖定位機(jī)構(gòu)如圖D1所示，定位機(jī)構(gòu)行程為30mm圖5 送料機(jī)構(gòu)簡圖各桿尺寸如下：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rb=80mm由sin=D/r=80/100=0.8，即最大壓力角=53°圖9 定位夾緊機(jī)構(gòu)中凸輪輪