半自動鉆床課程設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書課程名稱：半自動鉆床專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)老師：2017年01月06日目錄:一、課程設(shè)計要求2二、所設(shè)計的機(jī)構(gòu)工作原理3三、功能分解圖和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作5五、機(jī)構(gòu)運動總體方案圖（機(jī)構(gòu)運動簡圖）.10六、執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算11七、機(jī)構(gòu)組合14八、工作循環(huán)圖15九、設(shè)計總結(jié)16一、課程設(shè)計要求1 .設(shè)計題目設(shè)計加工圖1所示工件力12mmi的半自動鉆床。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的開降，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加工工件圖2半自動鉆床設(shè)計數(shù)據(jù)參看表3。力殺號進(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

2、機(jī)轉(zhuǎn)速r/mm工作節(jié)拍（生產(chǎn)率）件/minA40301514501B35252014002C3020109601表3半自動鉆床凸輪設(shè)計數(shù)據(jù)2 .設(shè)計任務(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)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。4）凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機(jī)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。5）設(shè)計計算其他機(jī)構(gòu)。6）編寫設(shè)計計算說明書。7）學(xué)生可進(jìn)一步完成：凸輪的數(shù)控加工，半自動鉆床的計算機(jī)

3、演示驗證等。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(jìn)刀（升降）運動。2）除動力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需設(shè)計送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運動循環(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)運動。表4機(jī)構(gòu)運動循環(huán)要求凸輪軸轉(zhuǎn)角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)快退休止二、所設(shè)計的機(jī)構(gòu)工作原理1 .機(jī)構(gòu)的工作原理該系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動，通過變速傳動將電機(jī)的1450r/min降到主軸的2r/min,與傳動軸相連的各機(jī)構(gòu)控制送料，定位，和進(jìn)刀等工藝動作，最后由凸輪機(jī)通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運

4、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，具體的選擇原理和工作原理如下：2 .機(jī)構(gòu)的選擇原理（1）原動機(jī)的分類：原動機(jī)的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：1）一次原動機(jī)此類原動機(jī)是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，因此稱為一次原動機(jī)。屬于此類原動機(jī)的有柴油機(jī)，汽油機(jī)，汽輪機(jī)和燃汽機(jī)等。2）二次原動機(jī)此類原動機(jī)是將發(fā)電機(jī)等能機(jī)所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，因此稱為二次原動機(jī)。屬于此類原動機(jī)的有電動機(jī)，液壓馬達(dá)，氣壓馬達(dá)，汽缸和液壓缸等。（2）選擇原動機(jī)時需考慮的因素：1）考慮現(xiàn)場能源的供應(yīng)情況。2）考慮原動機(jī)的機(jī)械特性和工作制度與工作相匹配。3）考慮工作機(jī)對原動機(jī)

5、提出的啟動，過載，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速和控制等方面的要求。4）考慮工作環(huán)境的影響。5）考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。6）為了提高機(jī)械系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，須考慮經(jīng)濟(jì)成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護(hù)成本。綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機(jī)中的電動機(jī)作為原動件。3.傳動機(jī)構(gòu)的選擇和工作原理（1）傳動機(jī)構(gòu)的作用1）把原動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。2）把原動機(jī)輸出的速度降低或提高，以適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要。3）用原動機(jī)進(jìn)行調(diào)速不經(jīng)濟(jì)和不可能時，采用變速傳動來滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常調(diào)要求4）把原動機(jī)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(jī)驅(qū)動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。6）由于受機(jī)體的外

6、形，尺寸的限制，或為了安全和操作方便，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不宜與原動機(jī)直接連接時，也需要用傳動裝置來聯(lián)接（2）傳動機(jī)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)簡單的傳動裝置,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)約能源，降低運轉(zhuǎn)費用和維修費用。3）當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求變速時，若能與動力機(jī)調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求變速范圍大。用動力機(jī)調(diào)速不能滿足機(jī)械特性和經(jīng)濟(jì)性要求時，則應(yīng)采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量采用有級變速。4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應(yīng)加過載保護(hù)裝置。5）主，從動軸要求同步時，應(yīng)采

7、用無滑動的傳動裝置。6）動裝置的選用必須與制造水平相適應(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。三、功能分解圖和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作1 .功能分解圖如下圖盤指普土圓至送件位鉆具輸工定緊將圖3工件定位功能4滑塊送料功能“2 .執(zhí)行構(gòu)件的選擇（1）減速傳動功能選用經(jīng)濟(jì)成本相對較低，而且具有傳動效率高，結(jié)構(gòu)簡單，傳動比大的特點，可滿足具有較大傳動比的工作要求，故我們這里就采用行星輪系來實現(xiàn)我設(shè)計的傳動。(2)定位功能由于我們設(shè)計的機(jī)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，定位桿就阻止了工件滑動，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(jī)構(gòu)的回位，等待送

8、料，凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。、(3)進(jìn)料功能進(jìn)料也要要求有一定的間歇運動，我們可以用圓錐齒輪來實現(xiàn)換向，然后通過和齒輪的嚙合來傳遞，再在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)，用從動件滾子推桿的直線往復(fù)運動實現(xiàn)進(jìn)料。(4)進(jìn)刀功能采用凸輪的循環(huán)運動，推動滾子使?jié)L子擺動一個角度，通過杠桿的擺動弧度放大原理將滾子擺動角度進(jìn)行放大.可增大刀具的進(jìn)給量，在杠桿的另一端焊接一個圓弧齒輪，圓弧齒輪的擺動實現(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(jìn)刀.四、運動方案的選擇與比較1.方案的分析與比較(1)減速機(jī)構(gòu)：由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是1450r/min,而設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min,利用行星

9、輪進(jìn)行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。(2)對比機(jī)構(gòu)：定軸輪系傳動；傳動比=n輸入/n輸出=700傳動比很大,要用多級傳動。如圖4-2.圖4-2(3)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)：采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機(jī)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(4)對比機(jī)構(gòu)：在擺桿上加一個平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當(dāng)加了四桿機(jī)構(gòu)以后并沒有達(dá)到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機(jī)構(gòu)，為了使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能完

10、成需要的傳動，所以選擇了一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)。圖4-4(5)送料系統(tǒng)：采用一個六桿機(jī)構(gòu)來代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于設(shè)計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離有點大，故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運動。再加上用四桿機(jī)構(gòu)在本設(shè)計中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計的機(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。由于本設(shè)計送料時不要求在傳動過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機(jī)構(gòu)。如圖4-5。(6)對比機(jī)構(gòu)：所選用的對比四桿機(jī)構(gòu)如下圖(圖4-6),由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但選用下來此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先(7)定位系統(tǒng)：定位系統(tǒng)采用的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要有間

11、歇，所以就要使用凸輪機(jī)構(gòu)，但如果是平底推桿從動件，則凸輪就會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會很大，也不求實際，所以就采用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。圖4-7(8)對比機(jī)構(gòu)：采用彈力急回間歇機(jī)構(gòu)來代替偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復(fù)運動。這樣也可以完成實際要求，但是為了使設(shè)計的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能節(jié)省材料，所以還是選偏置直動滾子從動件盤型凸輪來完成定位。圖4-8五、機(jī)構(gòu)運動總體方案圖(機(jī)構(gòu)運動簡圖)根據(jù)前面表3-3中實線連接的方案的運動簡圖確定本設(shè)計中半自動鉆床的總體方案圖如圖5-1六、執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算1

12、.送料機(jī)構(gòu)采用如下分析送料連桿機(jī)構(gòu)：采用如下機(jī)構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為40mm可取ABCD4干機(jī)構(gòu)的極位夾角為12度，則由6=180父(K-1)K+1，得K=1.14,急回特性不是很明顯，但對送料機(jī)構(gòu)來說并無影響。各桿尺寸：(如圖6-1)AB=8.53BC=84.42CD=60DA=60CE=40EF=8該尺寸可以滿足設(shè)計要求，即滑塊的左右運動為40,ABCD勺極位夾角為12度。2 .凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計:(1)由進(jìn)刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機(jī)構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動；(2)用凸輪擺桿機(jī)構(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實現(xiàn)弧形齒條的來回擺

13、動，從而實現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)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)律一致；(3)弧形齒條所轉(zhuǎn)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)根據(jù)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律，設(shè)計凸輪基圓半徑r°=40mm中心距A=80mm擺桿長度d=65mm最大擺角B為18°,凸輪轉(zhuǎn)角入=0-600,B=0凸輪轉(zhuǎn)角入=60°-2700,刀具快進(jìn)，6=5°,凸輪轉(zhuǎn)角入=270°-3000;凸輪轉(zhuǎn)角入=300°-3600,B=0°2）設(shè)計圓形齒條，根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角，設(shè)計出圓形齒

14、輪的半徑r=l/B,由B=18°,l=20mm,3）得到r=63.69mm如圖6-2a圖6-23 .凸輪推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計：凸輪機(jī)構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下：設(shè)計基圓半徑r0=40mm偏心距e=25凸輪轉(zhuǎn)角入=0°-100°,定位機(jī)構(gòu)休止，推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=100°-285°,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn)，推桿行程h=25mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=285°-300

15、°,定位機(jī)才休止，推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=300°-360°,定位機(jī)構(gòu)快退，推桿行程h=-25mm;設(shè)計偏心距e=25的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為25故如此設(shè)計。4 .行星輪系的計算：(1)用定軸輪系傳動傳動比=n輸入/n輸出=700傳動比很大，要用多級傳動(2)用行星輪系傳動圖6-3Z1=35Z2=20Z2'=20Z3=35傳動比iH3=700根據(jù)行星輪傳動公式：i(H3)=1-i(31)H=1-Z2'Z1/Z3Z2由i(1H)=1-Z2'Z1/Z3Z2,考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機(jī)構(gòu)與

16、齒輪系傳動機(jī)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(mm100100齒輪參數(shù)模數(shù)(mm壓力角(0)齒數(shù)(個)直徑(mm齒輪12203570齒輪22202040齒輪2'2202040齒輪32203570七、機(jī)構(gòu)組合上述各機(jī)構(gòu)方案擇優(yōu)形成如下的機(jī)械系統(tǒng)運動方案組合機(jī)械系統(tǒng)力條E1E2E3變速機(jī)構(gòu)A2A1A1送料機(jī)構(gòu)B3B1B2定位機(jī)構(gòu)C1C2C1進(jìn)刀機(jī)構(gòu)D2D1D1方案1的設(shè)計矩陣為E1=A2B3C1D2鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設(shè)計要求傳動比=n輸入/n輸出=1450/1=1450,非常大，此時再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速。機(jī)構(gòu)的送料裝置采用由凸輪與四桿機(jī)構(gòu)

17、的組合結(jié)構(gòu)，此組合機(jī)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(jī)構(gòu)又具有尺寸小和運動可靠的特點0盤形凸輪機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)動動力輸入給四桿機(jī)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(jī)構(gòu)中的四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，由此雙搖桿機(jī)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(jī)構(gòu)的定位機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)合四桿機(jī)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(jī)構(gòu)同樣滿足間歇運動和休止。機(jī)構(gòu)的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)由輪機(jī)構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動，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)可靠。方案2的

18、設(shè)計矩陣為E2=A1B1C2D1。半自動鉆床的變速機(jī)構(gòu)采用行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，相比單純的采用齒輪傳動，次方法的選用更加經(jīng)濟(jì)成本相對較低，而且具有傳動效率高，結(jié)構(gòu)簡單，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。送料裝置如果采用凸輪滑塊機(jī)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)間歇休止并且配合好其他機(jī)構(gòu)。采用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，浪費了材料進(jìn)刀機(jī)才采用D1時候能夠滿足設(shè)計要求，但是機(jī)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

19、每分鐘完成一個工件的鉆孔的設(shè)計要求，并且選用能夠提供間歇運動的機(jī)構(gòu)，以及結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標(biāo)，選取設(shè)計方案E1/。實際采用的半自動鉆床運動方案如下圖所示：1電動機(jī)2定軸齒輪3蝸輪4凸輪5連桿6工件毛坯7滑塊8鉆頭9齒輪10扇形齒輪11彈簧12連桿13夾具14連桿15凸輪16皮帶八、工作循環(huán)圖鉆床進(jìn)刀、鉆孔和退刀為一個運動循環(huán)。應(yīng)該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)。根據(jù)半自動鉆床各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動要求，繪制機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運動循環(huán)圖如下：九、設(shè)計總結(jié)通過本次為期一周的機(jī)械原理課程設(shè)計，在感受到了設(shè)計過程的艱辛的同時也收獲了豐富的經(jīng)驗。相比于在機(jī)械工程方面的感性直觀認(rèn)識的認(rèn)識實習(xí)和金工實習(xí)，本次課程設(shè)計則主要集中于理性的分析和設(shè)計思考。從開始的感覺