鎖梁自動成型機(jī)床切削機(jī)構(gòu)

1、湖南科技大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計 機(jī)械原理課程設(shè)計 說明書設(shè)計題目：鎖梁自動成型機(jī)床切削機(jī)構(gòu)機(jī)電工程學(xué)院 設(shè)計者 指導(dǎo)老師： 2010年12月30日目錄第一部分 機(jī)構(gòu)設(shè)計一、鎖梁自動成型機(jī)床切削機(jī)構(gòu)的功能與設(shè)計要求2二、工作原理圖及其解釋3三、功能分解3四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比較與選擇4五、選定各個功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)9六、繪制機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖9七、機(jī)械系統(tǒng)運動方案簡圖10八、根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖11第二部分 機(jī)構(gòu)尺寸計算與設(shè)定一、送料機(jī)構(gòu)的尺寸計算13二、夾緊機(jī)構(gòu)尺寸計算13三、進(jìn)給機(jī)構(gòu)尺寸計算14 四、傳動機(jī)構(gòu)的選擇15五、總體安裝尺寸17附錄參考文獻(xiàn)18心得體會18第一部分 機(jī)構(gòu)

2、設(shè)計1、 鎖梁自動成型機(jī)床切削機(jī)構(gòu)的功能與設(shè)計要求 圖1-1.1 圖1-1.1所示為掛鎖的一個零件，稱為“鎖梁”。鎖梁自動成型機(jī)床切削機(jī)構(gòu)的功能是將材料切削加工成扳彎前“鎖梁”。設(shè)計要求和參數(shù)為：1 “鎖梁”的形狀如圖1-1.1所示；2 連續(xù)自動生產(chǎn)；3 生產(chǎn)能力為10件/min；4 加工質(zhì)量要達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求；5 機(jī)械系統(tǒng)運動方案應(yīng)力求簡單，可靠； 6 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書選擇第八題目數(shù)據(jù)；二、工作原理圖及其解釋 9 圖1-2.1 切削加工原理如上圖：送料夾持器1將工件7送到切削加工工位。彈簧夾頭的錐套6移動，使夾緊爪5將工件7夾緊，送料夾持器1即返回。圓錐凸輪2移動，使與切槽刀桿和切斷刀桿相聯(lián)

3、的擺桿3擺動，開始進(jìn)刀，由于刀盤4的旋轉(zhuǎn)運動，使工件被切出圓槽，圓頭和最后切斷。圓錐凸輪2返回，擺動刀桿退刀，彈簧夾頭松開工件，待送料夾持器1第二次進(jìn)刀時，將已切削成型的工件推出工位三、功能分解為了實現(xiàn)將工件切削加工成圖1-1.1的形狀，可將總功能分解為如下分功能：1 送料功能；2 材料夾緊功能；3 材料切削功能。其功能邏輯圖如1-3.1所示 圖1-3.1四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比較與選擇1 切削材料時的送料功能 工件送料功能需要采用往復(fù)移動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，下面選用幾個備選方案來實現(xiàn)。1) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖1-4.1 功能：將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動偏置曲柄機(jī)構(gòu)：3個可動構(gòu)件4個低副1個自由度。結(jié)構(gòu)和工作

4、原理：如圖1-4.1所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，滑塊的導(dǎo)路沒有通過了曲柄的回轉(zhuǎn)中心，稱為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動時，通過連桿使滑塊實現(xiàn)往復(fù)移動，即可實現(xiàn)送料功能。 2) 六桿機(jī)構(gòu) 圖1-4.2功能：用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成有急進(jìn)慢回特性的往復(fù)移動。結(jié)構(gòu)和工作原理:如圖1-4.2所示的六桿機(jī)構(gòu)是由1-2-3-6組成的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和連桿4，滑塊5串聯(lián)成的。當(dāng)曲柄1等速轉(zhuǎn)動時，從動件3變速往復(fù)擺動，該機(jī)構(gòu)可在曲柄1長度一定的情況下，使從動件5獲得較大的行程。從動件5的往復(fù)移動，可實現(xiàn)其送料功能。 根據(jù)以上兩種方案知，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由于偏心距的限制，使得壓力角過大，且送料行程較小，不能很好的滿足送料的要求

5、。而六桿機(jī)構(gòu)通過導(dǎo)桿3和連桿4可以調(diào)整送料壓力角和送料行程，從而獲得較合適的壓力角和送料行程， 故選擇如圖1-4.2所示的六桿機(jī)構(gòu)作為最終送料機(jī)構(gòu)。六桿機(jī)構(gòu)：5個可動構(gòu)件7個低副1個自由度。2 切削材料時的夾緊功能通過凸輪實現(xiàn)夾緊管左右移動使彈簧夾頭夾緊工件。用彈簧夾頭進(jìn)行夾緊，彈簧夾頭的材料是焠火過的鋼套，起夾爪有彈性，夾爪外部成錐體，在彈簧夾頭的外面有一具有內(nèi)錐的夾緊管，當(dāng)夾緊管左右移動時，利用夾緊管與彈簧夾頭的錐面實現(xiàn)夾緊與松開，夾緊管的左右移動由凸輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。下面選用幾個備選方案來實現(xiàn)。1) 六桿機(jī)構(gòu) 圖1-4.3功能：本機(jī)構(gòu)是把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為有急回運動的往復(fù)運動的機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)和工作原理

6、:如圖1-4.3所示，當(dāng)曲柄AB等速轉(zhuǎn)動時，從動桿BCDEF往復(fù)擺動，在架上前面的彈簧夾頭部分，實現(xiàn)夾緊。2) 凸輪機(jī)構(gòu)+連桿機(jī)構(gòu)功能：通過凸輪的轉(zhuǎn)動，通過連桿機(jī)構(gòu)使得夾持器實現(xiàn)間歇往復(fù)運動。六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和工作原理: 如圖1-4.4所示，當(dāng)凸輪7轉(zhuǎn)動時，通過直動推桿5推動擺桿2帶動夾持器1做間歇往復(fù)運動。從而實現(xiàn)夾緊功能。圖1-4.4 根據(jù)以上2種可執(zhí)行方案，經(jīng)過對他們進(jìn)行比較可得，雖然以上幾種方案都達(dá)到了運動的要求，不過，考慮到其結(jié)構(gòu)的工藝性及制造方便性，選用凸輪+連桿機(jī)構(gòu)較為合適，并較為可靠，結(jié)構(gòu)也較為簡單，有平穩(wěn)的運動特性。 切削時的進(jìn)給功能通過刀具的繞工件旋轉(zhuǎn)和刀具的橫向切削進(jìn)給運動實

7、現(xiàn)飛刀切削。由于采用飛刀切槽，刀具不僅要繞工件旋轉(zhuǎn)，同時還要作橫向切削進(jìn)給運動。為了使結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)橫向進(jìn)給運動行程不大時，可以用弧線運動代替，弧線進(jìn)給運動是間歇往復(fù)回轉(zhuǎn)運動如圖，回轉(zhuǎn)刀架上安裝有能繞回轉(zhuǎn)刀架作相對轉(zhuǎn)動的切槽刀桿和切斷刀桿，刀桿一端與錐套組成高副聯(lián)接。錐套與回轉(zhuǎn)刀架為鍵聯(lián)接，可相對回轉(zhuǎn)刀架作軸向移動。加工時，錐套與回轉(zhuǎn)刀架一起旋轉(zhuǎn)，同時由凸輪機(jī)構(gòu)試其作相對刀架的軸向移動，此時錐套與刀桿組成的高副使刀桿擺動，從而實現(xiàn)切槽和切斷功能。下面選用幾個備選方案來實現(xiàn)。1）凸輪 + 連桿機(jī)構(gòu)（如圖1-4.5）凸輪連桿機(jī)構(gòu)：6個可動構(gòu)件6個低副2個局部自由度3個高副1個自由度圖1-4.5功能：

8、將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為刀架的間歇往復(fù)移動，從而實現(xiàn)刀架的進(jìn)給功能。結(jié)構(gòu)和工作原理:如圖1-4.5所示，凸輪的旋轉(zhuǎn)運動，通過推桿帶動滑塊的水平移動，滑塊再通過連桿使得豎直桿左右擺動，從而使得刀架間歇往復(fù)移動，實現(xiàn)刀架的進(jìn)給功能。 此機(jī)構(gòu)中，滑塊處的摩擦較大，易造成機(jī)構(gòu)磨損，且豎直擺桿與凸輪沒有任何的封閉，使得刀架的往復(fù)移動不易實現(xiàn)。2）凸輪 + 連桿機(jī)構(gòu)（如圖1-4.6） 圖1-4.6功能：將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為刀架的間歇往復(fù)移動，從而實現(xiàn)刀架的進(jìn)給功能。結(jié)構(gòu)和工作原理:如圖1-4.6所示，凸輪7的旋轉(zhuǎn)運動，帶動推桿5的水平移動，通過滾子4推動豎直桿2擺動，從而使得刀架間歇往復(fù)移動，實現(xiàn)刀架的進(jìn)給功能。其中

9、，推桿5上的兩個滾子有效地減小了系統(tǒng)摩擦，改善了機(jī)構(gòu)的傳遞性能，使得機(jī)構(gòu)的傳遞效率大大的提高，彈簧6的使用使得豎直桿2與凸輪形成力封閉，保證了豎直桿2的往復(fù)間歇擺動。使本機(jī)構(gòu)具有良好的動力性能。綜上所述，經(jīng)比較可知，圖1-4.6所示的（凸輪 + 連桿機(jī)構(gòu)）傳遞性能好，磨損較小，且豎直桿與凸輪通過彈簧形成力封閉，可保證刀架的間歇往復(fù)運動。五、選定各個功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)送料功能：選用六桿機(jī)構(gòu)，如圖1-4.2所示。 夾緊功能：選用凸輪機(jī)構(gòu)+連桿機(jī)構(gòu)，如圖1-4.4所示。機(jī)構(gòu)簡單，穩(wěn)定，具有間歇特性。進(jìn)給功能：選用凸輪 + 連桿機(jī)構(gòu)，如圖1-4.6。機(jī)構(gòu)穩(wěn)定，運動具有確定性。 六、繪制機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能

10、圖1） 根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式，繪制機(jī)械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖如圖1-4.7所示。 圖1-4.72）形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機(jī)構(gòu)運動方案根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣，由下表所示的形態(tài)學(xué)矩陣可求出鎖梁自動成型切削系統(tǒng)的運動方案數(shù)為： N = 3×3×3×3×3= 243可由給定的條件，各機(jī)構(gòu)的相容性，各機(jī)構(gòu)的空間布置，類似產(chǎn)品的借鑒和設(shè)計者的經(jīng)驗等，從中選出若干個較為實際可行的方案，然后從選出的若干個方案中用評價方法選出最優(yōu)方案。七、機(jī)械系統(tǒng)運動方案簡圖 如圖1-4.8所示為機(jī)械系統(tǒng)運動方案運動簡圖。電機(jī)1通過皮帶輪傳到2，2通過軸3傳到蝸桿4，蝸桿4帶

11、動渦輪5轉(zhuǎn)動，從而帶動曲柄6，夾緊凸輪7進(jìn)給凸輪8以相同角速度轉(zhuǎn)動，曲柄6通過滑塊9，導(dǎo)桿13，連桿14，將曲柄的勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為送料器15的往復(fù)運動；夾緊凸輪7通過滾子10，推桿20，滾子21，擺桿22將凸輪的勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為夾緊套23的間歇往復(fù)運動；進(jìn)給凸輪8通過滾子11，推桿12，滾子16，擺桿17將凸輪的勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為進(jìn)給裝置的間歇往復(fù)運動。其中，彈簧19和彈簧24使擺桿17和擺桿22與對應(yīng)的凸輪形成力封閉，使擺桿17和擺桿22能夠進(jìn)行往復(fù)間歇擺動。曲柄6，滑塊9，導(dǎo)桿13，連桿14，滑塊15構(gòu)成送料機(jī)構(gòu)；凸輪7，滾子10，推桿20，滾子21，擺桿22，夾緊套23，彈簧24構(gòu)成夾緊機(jī)構(gòu)；凸

12、輪8，滾子11，推桿12，滾子16，擺桿17，錐套18，彈簧19構(gòu)成進(jìn)給機(jī)構(gòu)?？臻g擺放位置在圖中沒有表示出來。夾緊凸輪7和進(jìn)給凸輪8，渦輪5，曲柄6在同一軸上，空間擺放位置一致。 圖1-4.8八、根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖執(zhí)行階段運動階段運動時間(s)分配轉(zhuǎn)角(°) 送料階段送料回程2.00s4.00s120°240° 夾緊階段初始上升夾緊回程1.53s1.30s2.17s1.00s95°75°130°60°切削階段初始上升遠(yuǎn)休回程3.67s1.08s0.25s1.00s220°65°15&

13、#176;60°圖1-4.9如圖1-4.9所示，送料：進(jìn)程0°- 120° 回程120°- 360°。夾緊：近休355°-90° 推程 90°- 165° 遠(yuǎn)休 165°-295° 回程295°-355°進(jìn)給：近休320°-180° 推程180°-245° 遠(yuǎn)休245°-260° 回程260°-320°第二部分 機(jī)構(gòu)尺寸計算與設(shè)定1、 送料機(jī)構(gòu)的尺寸計算 圖2-1.1 如圖2-1.1所示

14、，根據(jù)工件長度L=250mm，可確定滑塊行程為250mm。為滿足送料時有快進(jìn)慢退特性，采用以上六桿機(jī)構(gòu)，取曲柄1的極位夾角為60°，則導(dǎo)桿3長250mm，曲柄長為50mm，為使送料最大壓力角為合適值30°，取DE垂直距離為45mm,則連桿4長為90mm。計算可得出 導(dǎo)桿3的擺動角度為60°，曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的壓力角恒為0°，傳動角恒為 90°；送料機(jī)構(gòu)的最大壓力角為30°，最小傳動角為60°。二、夾緊機(jī)構(gòu)尺寸計算 圖2-1.2如圖2-1.2所示，夾緊機(jī)構(gòu)采用的是凸輪連桿機(jī)構(gòu)。這里的推桿5與凸輪中心相對，偏心距為0，支點3位于加緊

15、套與推桿5豎直距離的中點處，以保證推桿5的移動距離與夾緊套的移動距離相等。而推桿5和擺桿2的長度根據(jù)實際裝配要求確定，只要滿足其推程確定就可以了，所以這里只要確定凸輪，設(shè)計凸輪尺寸見第三部分計算機(jī)調(diào)試機(jī)構(gòu)中的凸輪形狀運動調(diào)試。 三、進(jìn)給機(jī)構(gòu)尺寸計算 圖2-1.3如圖2-1.3所示，進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用的是凸輪連桿機(jī)構(gòu)。這里的推桿5與凸輪中心相對，偏心距為0，支點3位于錐套與推桿5豎直距離的2/3處，以保證錐套進(jìn)給距離是推桿5移動距離的兩倍。而推桿5和擺桿2的長度根據(jù)實際裝配要求確定，只要滿足其推程確定就可以了，所以這里只要確定凸輪，設(shè)計凸輪尺寸見第三部分計算機(jī)調(diào)試機(jī)構(gòu)中的凸輪形狀運動調(diào)試。四、傳動機(jī)構(gòu)

16、的選擇機(jī)械系統(tǒng)中的傳動機(jī)構(gòu)是把原動機(jī)輸出的機(jī)械能傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變及運動形式的改變的中間裝置。傳動機(jī)構(gòu)最常見的有齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動等。他們的特點如表1：由上述幾種主要的傳動裝置相互比較可知，由于傳動比較大，故選擇渦輪蝸桿傳動，第一級傳動選擇帶傳動， 可對電動機(jī)起到過載保護(hù)的作用。其傳動路線為 ： 轉(zhuǎn)速為700r/min的電動機(jī)經(jīng)皮帶傳動傳至軸2，軸2帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，然后通過渦輪將運動傳遞到工作軸3，即帶動軸3上的夾緊凸輪，進(jìn)給凸輪，送料曲柄同步轉(zhuǎn)動。進(jìn)而實現(xiàn)送料，夾緊，進(jìn)給的功能。由于生產(chǎn)率為10件/分，而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為700r/min，則 i = n4/ n電=

17、 10/700=1/70一級減速（皮帶減速） i1 = 130/260二級減速（渦輪蝸桿） i2= 1/35 i = i1×i2 = 130/260×1/35=1/70如圖2-1.4所示，蝸桿為單頭，左旋。渦輪也為左旋，35齒, m=6電動機(jī)皮帶輪直徑為130mm,與蝸桿同軸的皮帶輪直徑為260mm特點壽命應(yīng)用齒輪傳動承載能力和速度范圍大；傳動比恒定，采用衛(wèi)星傳動可獲得很大傳動比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求高，精度低時，運轉(zhuǎn)有噪音；無過載保護(hù)作用取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度以及抗膠合與抗磨損能力金屬切削機(jī)床、汽車、起重運輸機(jī)械、冶金礦山機(jī)械以及儀

18、器等蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機(jī)構(gòu)；傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴。制造精確，潤滑良好，壽命較長；低速傳動，磨損顯著金屬切削機(jī)床（特別是分度機(jī)構(gòu)）、起重機(jī)、冶金礦山機(jī)械、焊接轉(zhuǎn)胎等帶傳動軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短帶輪直徑大，帶的壽命長。普通V帶 3500-5000h金屬切削機(jī)床、鍛

19、壓機(jī)床、輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和紡織機(jī)械鏈傳動軸間距范圍大；傳動比恒定；鏈條組成件間形成油膜能吸振，對惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng)能力，工作可靠；作用在軸上的荷載?。贿\轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩(wěn)；鏈條工作時，特別是因磨損產(chǎn)生伸長以后，容易引起共振，因而需增設(shè)張緊和減振裝置與制造質(zhì)量有關(guān)5000-15000h農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油機(jī)械、礦山機(jī)械、運輸機(jī)械和起重機(jī)械等轉(zhuǎn)速：根據(jù)生產(chǎn)率為10件/min，而機(jī)構(gòu)設(shè)計為每轉(zhuǎn)一圈，完成一件，則轉(zhuǎn)速確定為10 r/min。圖 2-1.4五、總體安裝尺寸其中，由送料機(jī)構(gòu)知 H=154 mm, 則擺桿1的支點與加緊套的豎直距離為 1/2 H =77 mm，擺桿3的支點與錐套軸線豎直距離為 1/3 H = 102.67mm ， 夾緊推桿2長度為350 mm ，進(jìn)給推桿4的長度為 65 mm 。參考文獻(xiàn)孫恒，陳作模，葛文杰 . 機(jī)械原理【M】.