半自動鉆床課程設(shè)計

1、專業(yè)綜合訓(xùn)練說明書設(shè)計題目： 半自動鉆床 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 成 績： 時 間： 名目一、 設(shè)計要求 -02二、 原動機的選擇 -04三、設(shè)計工作原理 -05四、功能分解圖，執(zhí)行構(gòu)件動作 -07五、運動方案的選擇 -09六、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 -12七、機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖）-16八、工作循環(huán)圖 -18九、 對設(shè)計結(jié)果進行分析與爭辯 -19十、 參考文獻 -20計 算 與 說 明主要結(jié)果一、 設(shè)計要求1.1設(shè)計題目設(shè)計加工所示工件12mm孔的半自動鉆床。進刀機構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降，送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機構(gòu)使被加工工件牢靠固定。半自動

2、鉆床凸輪軸設(shè)計數(shù)據(jù) 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/mm電動機轉(zhuǎn)速/(r/min)工作節(jié)拍（生產(chǎn)率）/（件/min）A403015145011.2設(shè)計任務(wù)1.半自動鉆床至少包括凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)；2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比安排，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；3. 圖紙上畫出半自動鉆床的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖；4.凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機構(gòu)的工作要求，自選從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖；計 算 與 說 明主要結(jié)果5.設(shè)計計算其他機

3、構(gòu)；6.編寫設(shè)計計算說明書；1.3設(shè)計提示1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計者只需考慮動力頭的進刀（升降）運動。2. 除動力頭升降機構(gòu)外，還需要設(shè)計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)運動循環(huán)要求見下表。3. 可接受凸輪軸的方法安排協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。機構(gòu)運動循環(huán)要求表 10203045607590105270300360送料快進休止快退休止定位休止快進休止快退休止進刀休止快進快進快退休止計 算 與 說 明主要結(jié)果二、 原動機的選擇2.1原動機的分類原動機的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：A 一次原動機 此類原動機是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機，汽油機，汽輪機和燃

4、汽機等。B二次原動機 此類原動機是將發(fā)電機等能機所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機，液壓馬達，氣壓馬達，汽缸和液壓缸等。選擇原動機時需考慮的因素：1：考慮現(xiàn)場能源的供應(yīng)狀況。2：考慮原動機的機械特性和工作制度與工作相匹配。3：考慮工作機對原動機提出的啟動，過載，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速和把握等方面的要求。4：考慮工作環(huán)境的影響。5：考慮工作牢靠，操作簡易，修理便利。6：為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，須考慮經(jīng)濟成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護成本。綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。計 算 與 說 明主要結(jié)果三、 設(shè)計工作原理3.1機構(gòu)的

5、工作原理該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的凸輪機構(gòu)把握送料，定位，和進刀等工藝動作，最終由凸輪機 通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運動,這樣動力頭也就能帶動刀具平穩(wěn)地上下移動從而保證了較高的加工質(zhì)量，簡圖如下：3.2傳動機構(gòu)的選擇和工作原理（1）傳動機構(gòu)的作用1：把原動機輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。2：把原動機輸出的速度降低或提高，以適應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的需要。3：用原動機進行調(diào)速不經(jīng)濟和不行能時，接受變速傳動來滿足執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常調(diào)要求4：把原動機輸出的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變5：實現(xiàn)由一個或多個動力機驅(qū)動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機構(gòu)。6

6、：由于受機體的外形，尺寸的限制，或為了平安和操作便利，執(zhí)行計 算 與 說 明主要結(jié)果機構(gòu)不宜與原動機直接連接時，也需要用傳動裝置來聯(lián)接。（2）傳動機構(gòu)選擇的原則1：對于小功率傳動，應(yīng)在考慮滿足性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡潔的傳動裝置，盡可能降低初始費用。2：對大功率傳動，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動的效率，節(jié)省能源，降低運轉(zhuǎn)費用和修理費用。3：當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)要求變速時，若能與動力機調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或接受定傳動比的傳動裝置；當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)要求變速范圍大。用動力機調(diào)速不能滿足機械特性和經(jīng)濟性要求時，則應(yīng)接受變傳動比傳動；除執(zhí)行機構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量接受有級變速。 4：執(zhí)行機構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能消滅過載，這時應(yīng)

7、加過載愛護裝置。5：主，從動軸要求同步時，應(yīng)接受無滑動的傳動裝置。6：動裝置的選用必需與制造水平相適應(yīng)，盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)傳動裝置，加減速器，變速器和無級變速器等。計 算 與 說 明主要結(jié)果四、 功能分解圖，執(zhí)行機構(gòu)動作4.1功能分解圖如下圖4.2執(zhí)行構(gòu)件的選擇1.減速傳動功能選用經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結(jié)構(gòu)簡潔,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，故我們這里就接受行星輪系來實現(xiàn)我設(shè)計的傳動。2.定位功能由于我們設(shè)計的機構(gòu)要有間歇往復(fù)的運動，有當(dāng)凸輪由近休到遠(yuǎn)休運動過程中,定位桿就阻擋了工件滑動，當(dāng)凸輪由遠(yuǎn)休到近休運動過程中可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位機構(gòu)的回位,

8、等待送料,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。、3.進料功能計 算 與 說 明主要結(jié)果進料也要要求有肯定的間歇運動，我們可以用復(fù)位彈簧來實現(xiàn)，然后通過桿件連續(xù)作用于加工原件上的力來實現(xiàn)建工元件的連續(xù)傳遞，實現(xiàn)進料。4.進刀功能 接受凸輪的循環(huán)運動,推動滾子使?jié)L子搖擺一個角度,通過杠桿的搖擺弧度放大原理將滾子搖擺角度進行放大.可增大刀具的進給量,在杠桿的另一端焊接一個 圓弧齒輪,圓弧齒輪的搖擺實現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動,齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動實現(xiàn)進刀.計 算 與 說 明主要結(jié)果五、運動方案的選擇5.1 減速機構(gòu)：定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =750傳動比很大，要用多級傳動。如圖：5.2 進刀機

9、構(gòu)接受一個搖擺滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪齒條機構(gòu).由于我們用一個搖擺滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪機構(gòu)，當(dāng)進刀的時候，凸輪在推程階段運行，很簡潔通過機構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性.。計 算 與 說 明主要結(jié)果5.3 送料系統(tǒng)：接受凸輪機構(gòu)實現(xiàn)送料的快進、休止、快退、休止，先由主軸轉(zhuǎn)動帶動凸輪將工件運至加工位置，然后由彈簧的回復(fù)力士桿件帶動凸輪回到原位置，實現(xiàn)一個運動過程，此后，凸輪往復(fù)循環(huán)運動，實現(xiàn)送料的連續(xù)。5.4 定位系統(tǒng)： 定位系統(tǒng)接受的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，由于定位系統(tǒng)要有間歇，所以就要

10、使用凸輪機構(gòu)，但假如是平底推桿從動件，則凸輪就計 算 與 說 明主要結(jié)果會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會很大，也不求實際，所以就接受一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足我們的實際要求了。計 算 與 說 明主要結(jié)果六、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算6.1 送料凸輪機構(gòu)機構(gòu)接受如下分析凸輪機構(gòu)接受直動滾子端面柱體凸輪，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)進料功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機構(gòu)簡潔緊湊。具體設(shè)計如下:設(shè)計基圓半徑r0=20mm,凸輪轉(zhuǎn)角=0-30,送料機構(gòu)快進,推桿行

11、程h=40mm;凸輪轉(zhuǎn)角=30-45,送料機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=45-90, 送料機構(gòu)快退,推桿行程h=-40mm;凸輪轉(zhuǎn)角=90-360, 送料機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;6.2 進刀機構(gòu)的設(shè)計1.凸輪擺桿機構(gòu)的設(shè)計：(1).由進刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動；計 算 與 說 明主要結(jié)果(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，凸輪擺桿從動件的搖擺就可以實現(xiàn)弧形齒條的來回?fù)u擺，從而實現(xiàn)要求；接受滾子盤行凸輪，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)律全都；(3).弧形齒條所轉(zhuǎn)

12、過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設(shè)計步驟如下：1.依據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長度d=65mm，最大擺角為18,凸輪轉(zhuǎn)角=0-55,=0;凸輪轉(zhuǎn)角=55-270，刀具快進，=18凸輪轉(zhuǎn)角=270-300,=0凸輪轉(zhuǎn)角=300-3602.設(shè)計圓形齒條,依據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計出圓形齒輪的半徑r=l/,由=18, l=15mm，3.得到r=47.78mm，2進刀連桿機構(gòu)：依據(jù)要求，進刀機構(gòu)工作行程為15 mm，可取BCDE四桿機構(gòu)的極位夾角為10度，則由得K=1.12，急回特性不是很明顯，對進刀機構(gòu)來說并無影響。各桿尺寸：AB=7

13、5 BC=30.2 CD=88 DE=11.5 BE=100 EF=47.78計 算 與 說 明主要結(jié)果以上尺寸滿足要求。6.3 定位凸輪推桿機構(gòu)的設(shè)計：凸輪機構(gòu)接受直動滾子盤行凸輪，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(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機構(gòu)簡潔緊湊。具體設(shè)計如下:設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=30凸輪轉(zhuǎn)角=0-15,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=25-30,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=30mm;凸輪轉(zhuǎn)角=30-50,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=50

14、-90,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-30mm;凸輪轉(zhuǎn)角=90-360 ,定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0mm;設(shè)計偏心距e=30的緣由是由于此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為30故如此設(shè)計。6.4 行星輪系的計算:用行星輪系傳動傳動比 =n輸入/n輸出 =725 傳動比很大，要用多級傳動。然后由主軸輸出，在經(jīng)過帶輪傳遞到凸輪軸。計 算 與 說 明主要結(jié)果選用如圖所示的行星輪傳動，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機構(gòu)與齒輪系傳動機構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下表： 皮帶輪參數(shù) 名稱皮帶輪1皮帶輪2半徑（mm）50100齒輪參數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（）齒數(shù)（個）直徑（mm）齒輪1220145145齒輪2220181181齒輪2

15、2202525齒輪32202020計 算 與 說 明主要結(jié)果七、機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖）綜上所述各機構(gòu)方案擇優(yōu)形成如下的機械系統(tǒng)運動方案組合。機械系統(tǒng)方案E1E2E3變速機構(gòu)A2A1A1送料機構(gòu)B3B1B2定位機構(gòu)C1C2C1進刀機構(gòu)D2D1D1方案1的設(shè)計矩陣為E1=A2 B3 C1 D2鉆床的變速裝置接受定軸齒輪變速，由于設(shè)計要求傳動比=n輸入/n輸出 =1450/1=1450 ,格外大，此時再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速。 機構(gòu)的送料裝置接受由凸輪與四桿機構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，此組合機構(gòu)既可以滿足設(shè)計要求同時相對于其他的滿足同樣要求的機構(gòu)又具有尺寸小和運動牢靠的特點。盤形凸輪機構(gòu)把轉(zhuǎn)

16、動動力輸入給四桿機構(gòu)中的一個桿件從而轉(zhuǎn)化為這個桿件的往復(fù)運動，此機構(gòu)中的四桿機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，由此雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運動。同時設(shè)計凸輪尺寸來滿足滑塊的間歇運動和快慢交替的變速運動。 機構(gòu)的定位機構(gòu)由凸輪機構(gòu)結(jié)合四桿機構(gòu)的死點來夾住工件，并按要求設(shè)計凸輪的外形尺寸以滿足定位機構(gòu)同樣滿足間歇運動和休止。機構(gòu)的進刀機構(gòu)由輪機構(gòu)和扇形齒與齒條協(xié)作，中間接受連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)搖擺，在通過齒輪傳遞給齒條，增加兩個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)牢靠。優(yōu)化方案的設(shè)計矩陣為E2=A1 B1 C2 D1。半自動鉆床的變速機構(gòu)接受行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，相比單純的接受齒輪

17、傳動，次方法的選用更加經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結(jié)構(gòu)簡潔,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，占據(jù)空間也較小。計 算 與 說 明主要結(jié)果送料裝置假如接受凸輪滑塊機構(gòu)，雖然可以實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運動，但是不能夠保證滑塊能夠?qū)崿F(xiàn)間歇休止并且協(xié)作好其他機構(gòu)。 接受C2 類型的定位裝置可以滿足設(shè)計要求，但是整個半自動鉆床的空間尺寸有限這樣的設(shè)計務(wù)必會占用較大的空間從而使材料的使用增多，鋪張了材料。 進刀機構(gòu)接受D1時候能夠滿足設(shè)計要求，但是機構(gòu)構(gòu)件之間缺乏穩(wěn)定的傳動，對制造出的工件精度很難保證質(zhì)量。 更具鉆床每分鐘完成一個工件的鉆孔的設(shè)計要求，并且選用能夠供應(yīng)間歇運動的機構(gòu)，以及結(jié)

18、合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡潔、緊湊、制造便利、低成本等性能指標(biāo)，選取設(shè)計方案E1/。實際接受的半自動鉆床運動方案如下圖所示：計 算 與 說 明主要結(jié)果八、工作循環(huán)圖 鉆床進刀 鉆孔和退刀為一個運動循環(huán)。應(yīng)當(dāng)保證鉆床在鉆孔運動循環(huán)中，定位裝置和送料裝置和鉆頭在時間和凸輪轉(zhuǎn)動角度上相互協(xié)調(diào)。依據(jù)半自動鉆床各執(zhí)行機構(gòu)的運動要求，繪制機構(gòu)系統(tǒng)的運動循環(huán)圖如下： 30 60送料定位 30 60 10 90 進刀 90 180 270 360 （7.55s） （15s） （22.5s） （30s） 計 算 與 說 明主要結(jié)果九、對設(shè)計結(jié)果進行分析爭辯通過本次課程設(shè)計，我感受到了設(shè)計過程中的艱辛。設(shè)計之初感覺根本無處下手，后來通過查閱資料以及在同學(xué)和老師的的熱心掛念下，依據(jù)任務(wù)書和指導(dǎo)書上的要求，結(jié)合自己平常所學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)最終順當(dāng)?shù)赝瓿闪吮敬螜C械設(shè)計課程設(shè)計。在此我要誠意地感謝我的老師和我的同學(xué)。由于時間關(guān)系，本次課程設(shè)計還存在一些不足。在計算方面，計算的數(shù)據(jù)比較粗糙以及有些機構(gòu)和零部件的計算沒有，例如軸和軸承部分的計算就省去了。模型仿真也存在瑕疵，模型可能比較粗糙，導(dǎo)致仿真的效果一般。通過這次課程設(shè)計，我對本學(xué)期學(xué)習(xí)的機械設(shè)計課程有了更好的理解，也對以前學(xué)習(xí)的機械原理課程