半自動鉆床課程設(shè)計匯總

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 4、課程設(shè)計要求 1. 設(shè)計題目 圖2 設(shè)計加工圖1所示工件巾12mn?L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 半自動鉆床設(shè)計數(shù)據(jù)參

2、看表3 萬案 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/min A 40 30 15 1450 1 B 35 25 20 1400 2 C 30 20 10 960 1 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

3、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)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 10o 20o 30o 45o 60o 75o 90o 105o 270o 300o 360o 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

4、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)

5、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)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)

6、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

7、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 t 盤指#51 圓至 送件位鉆其 輸工定緊將 滑塊送料功能， 工件的宦

8、位夾 緊功能亠 工件定位功能屮 工件的鉆孔功 *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

9、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。 圖4-1 (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

10、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

11、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。 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

12、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。 (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。 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 圖5-1 六、執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 1 .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 4

13、0mm可取ABCD4干機(jī)構(gòu)的極位夾角為12度，則由v -180 (K 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=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=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)弧形齒條的來回擺動， 從而實現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，且為力 封閉凸輪

14、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=0-60 , B =0 ； 凸輪轉(zhuǎn)角入=60 -270。，刀具快進(jìn)，B =5, 凸輪轉(zhuǎn)角入=270 -300 ; 凸輪轉(zhuǎn)角入=300 -360 , 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)計出圓形齒輪的半徑 r=l/ B ,由 B =18 , l=20mm , 3）得到 r=63.69m

15、m 如圖 6-2 2 圖6-2 3.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 ,定位機(jī)構(gòu)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=-25m

16、m; 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6-3 Z1=35 Z2=20 Z2 =20 Z3=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-Z2Z1/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(mr)i 100 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)(m

17、rh 壓力角 () 齒數(shù)(個) 直徑 (mr)i 齒輪1 2 20 35 70 齒輪2 2 20 20 40 齒輪2 2 20 20 40 齒輪3 2 20 35 70 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)方案 E1 E2 E3 變速機(jī)構(gòu) A2 A1 A1 送料機(jī)構(gòu) B3 B1 B2 定位機(jī)構(gòu) C1 C2 C1 進(jìn)刀機(jī)構(gòu) D2 D1 D1 方案1的設(shè)計矩陣為E仁A2 B3 C1 D2 鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設(shè)計要求傳動比二n輸入/n輸出 =1450/仁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)的

18、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。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

19、加的平穩(wěn)可靠。 方案2的設(shè)計矩陣為E2=A1 B1 C2 D1。 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)構(gòu)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

20、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： 送料 3060 A 定位 3060 107叭 進(jìn)刀 一 180 270 360 A55s) (15s) （22 平） (30s) 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