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1、 課程設(shè)計說明書 課程名稱：半自動鉆床 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班級： 學號： 姓名： 指導老師： 2017年01月06日 11 / 12 目錄： 一、課程設(shè)計要求2 二、所設(shè)計的機構(gòu)工作原理4 三、功能分解圖和執(zhí)行機構(gòu)動作6 五、機構(gòu)運動總體方案圖〔機構(gòu)運動簡圖11 六、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算12 七、機構(gòu)組合15 八、工作循環(huán)圖16 九、設(shè)計總結(jié)17 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ф12mm孔的半自動鉆床。進刀機構(gòu)負責動力頭的升降.送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置

2、.并由定位機構(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。 方案號 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/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)并確定其傳動比分配。 3 圖紙

3、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。 5設(shè)計計算其他機構(gòu)。 6編寫設(shè)計計算說明書。 7學生可進一步完成：凸輪的數(shù)控加工.半自動鉆床的計算機演示驗證等。 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刀〔升降運動。 2除動力頭升降機構(gòu)外.還需設(shè)計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)運動循環(huán)要求見表4。 3可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。 表4 機構(gòu)運動循環(huán)要求

4、凸輪軸 轉(zhuǎn)角 10o 20o 30o 45o 60o 75o 90o 105o～270o 300o 360o 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 二、所設(shè)計的機構(gòu)工作原理 1.機構(gòu)的工作原理 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.與傳動軸相連的各機構(gòu)控制送料.定位.和進刀等工藝動作.最后由凸輪機 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

5、較高的加工質(zhì)量.具體的選擇原理和工作原理如下： 2.機構(gòu)的選擇原理 〔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： 1一次原動機 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.汽輪機和燃汽機等。 2二次原動機 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。 〔2選擇原動機時需考慮的因素： 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

6、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。 3.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)濟和不可能時.采用變速傳動來滿足執(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

7、由于受機體的外形.尺寸的限制.或為了安全和操作方便.執(zhí)行機構(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).可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當執(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)采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機構(gòu)要求連續(xù)變速外.盡量采用有級變速。 4執(zhí)行機構(gòu)上載荷變化頻繁.且可能出現(xiàn)過載.這時應(yīng)加過載保護裝置

8、。 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)的標準傳動裝置.加減速器.變速器和無級變速器等。 三、功能分解圖和執(zhí)行機構(gòu)動作 1.功能分解圖如下圖 圖3 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)計的機構(gòu)要有間歇往復(fù)的運動.有當凸輪由近休到遠休運動過程中,定位桿就阻止了工件滑動.當凸輪由遠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,等待

9、送料,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。、 〔3進料功能 進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構(gòu),用從動件滾子推桿的直線往復(fù)運動實現(xiàn)進料。 〔4進刀功能 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減速機構(gòu)：由于電動機的轉(zhuǎn)速是1450r/min.而設(shè)計要求的主軸

10、轉(zhuǎn)速為2r/min.利用行星輪進行大比例的降速.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> 進刀機構(gòu)： 采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪齒條機構(gòu).因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪機構(gòu).當進刀的時候.凸輪在推程階段運行.很容易通過機構(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。 圖4-3 〔4對比機構(gòu)：在擺桿上加一個平行四邊行四桿機構(gòu).這樣也可以來實現(xiàn)傳

11、動.但是當加了四桿機構(gòu)以后并沒有達到改善傳動的效果.只是多增加了四桿機構(gòu).為了使機構(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構(gòu)。 圖4-4 〔5送料系統(tǒng)：采用一個六桿機構(gòu)來代替曲柄滑塊機構(gòu).由于設(shè)計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離有點大.故一般四桿機構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠距離的運動。再加上用四桿機構(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構(gòu)。如圖4-5。 圖4-5 〔6對比機構(gòu)：所選用的對比四桿機構(gòu)如下圖<圖4-6>.由于在空間上軸與軸之間的

12、距離較大.但選用下來此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機構(gòu)。 圖4-6 〔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對比機構(gòu)：采用彈力急回間歇機構(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

13、。 圖4-8 五、機構(gòu)運動總體方案圖〔機構(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 圖5-1 六、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 1．送料機構(gòu)采用如下分析 送料連桿機構(gòu)：采用如下機構(gòu)來送料.根據(jù)要求.進料機構(gòu)工作行程為40mm.可取ABCD4桿機構(gòu)的極位夾角為12度.則由.得K=1.14.急回特性不是很明顯.但對送料機構(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的極位

14、夾角為12度。 圖6-1 2.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； <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β為18°, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60°

15、,β=0°; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=60°-270°.刀具快進.β=5°. 凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°； 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°.β=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/β,由β=18°, l=20mm. 3得到r=63.69mm.如圖6-2 圖6-2 3.凸輪推桿機構(gòu)的設(shè)計： 凸輪機構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪.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?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)簡單緊湊。具體設(shè)計如下: 設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距

16、e=25 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-100°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=100°-285°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=25mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=285°-300°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°,定位機構(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6-3 Z1=35 Z2=20

17、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-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 100 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)〔mm 壓力角〔° 齒數(shù)〔個 直徑〔mm 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、機構(gòu)組合 上述各

18、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 E1 E2 E3 變速機構(gòu) A2 A1 A1 送料機構(gòu) B3 B1 B2 定位機構(gòu) C1 C2 C1 進刀機構(gòu) D2 D1 D1 方案1的設(shè)計矩陣為E1={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=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。 機構(gòu)的送料裝置采用由凸輪與四桿機構(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可靠的特點。盤形凸輪機構(gòu)把轉(zhuǎn)動動力輸入給

19、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的設(shè)計矩陣為E2={A1 B1 C2 D1}。 半自動鉆床的變速機構(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

20、齒輪傳動.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。 進刀機構(gòu)采用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.并且選用能夠提供間歇運動的機構(gòu).以及結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡

21、單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標.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 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)行機構(gòu)的運動要求.繪制機構(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。相比于在機械

22、工程方面的感性直觀認識的認識實習和金工實習.本次課程設(shè)計則主要集中于理性的分析和設(shè)計思考。從開始的感覺無處下手.到在老師的悉心指導和組員們的幫助下.根據(jù)任務(wù)書和指導書上的要求.并結(jié)合的理論知識和查閱大量資料的順利完成課程設(shè)計任務(wù)。 機械原理是研究機械中機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動.以及機器的結(jié)構(gòu)、受力、質(zhì)量和運動的學科。人們一般把機構(gòu)和機器合稱為機械。機構(gòu)是由兩個以上的構(gòu)件通過活動聯(lián)接以實現(xiàn)規(guī)定運動的組合體。機器是由一個或一個以上的機構(gòu)組成.用來做有用的功或完成機械能與其他形式的能量之間的轉(zhuǎn)換。其作為機械類或近機械類中重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課.對于后續(xù)的專業(yè)學習有著重要的作用。本次課程設(shè)計使我更加深入地了解

23、了一些簡單機構(gòu)的元件的作用.更加深入地接觸到了關(guān)于機械原理和設(shè)計等的要領(lǐng)和技能。 在設(shè)計內(nèi)容繁多的情況中.我深深地體會到了能夠熟練地運用CAD等繪圖軟件無疑在設(shè)計效率上更勝一籌.同時操作CAD也成為了一種在機械專業(yè)的基本技能。 其次.本次課程設(shè)計無形中要求將理論知識融入實踐設(shè)計中.并涉及到用自己所掌握的理論知識逐個解決在機械設(shè)計中遇到的各種問題。在以后的學習工作中.應(yīng)具備嚴謹?shù)膽B(tài)度和著眼實踐的思想。同時應(yīng)逐漸培養(yǎng)堅韌的精神.以在繁瑣的機構(gòu)設(shè)計過程中保持良好的心態(tài)。通過不斷地實踐實習鞏固已有的理論基礎(chǔ)知識.以便在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)造性的機械設(shè)計.得到更為高效、便捷、經(jīng)濟的機械系統(tǒng)。 最重要的是.通過本次課程設(shè)計讓我體驗了如何將理論知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)實際所需。讓我更早接觸機械設(shè)計有關(guān)的要領(lǐng)和技能.為以后的機械設(shè)計課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計打好了基礎(chǔ).更值得一提的是為我們以后走出學校走向崗位奠定良好的基石。