半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)方案

1 半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)方案 1 方案設(shè)計(jì) 計(jì)要求 計(jì)題目及原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)加工所示工件 12刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動(dòng)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。 半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)參看下表。 半自動(dòng)鉆床凸輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表 方案號(hào) 進(jìn)料機(jī)構(gòu) 工作行程 位機(jī)構(gòu) 工作行程 力頭 工作行程 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/作節(jié)拍（生產(chǎn)率） 件 / 40 30 15 1450 1 B 35 25 20 1400 2 C 30 20 10 960 1 計(jì)方案提示 計(jì)者只需考慮動(dòng)力頭的進(jìn)刀（升降）運(yùn)動(dòng)。 2. 除動(dòng)力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需要設(shè)計(jì)送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求見下表。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求表 凸輪軸轉(zhuǎn)角 10 20 30 45 60 75 90 105 270 300 360 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 2 3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。 計(jì)任務(wù) 輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)； 在圖紙上畫出傳動(dòng)系統(tǒng)圖； 3. 圖紙上畫出半自動(dòng)鉆床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖； 各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求，自選從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對(duì)盤狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線、實(shí)際廓線值。畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及凸輪廓線圖； 輪的數(shù)控加工，半自動(dòng)鉆床的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證等。 作 原理 工作原理圖 該系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)變速傳動(dòng)將電機(jī)的 1400r/r/傳動(dòng)軸相連相連的各機(jī)構(gòu)控制送料，定位和進(jìn)到等工藝動(dòng)作。 經(jīng)過(guò)討論分析，我組決定進(jìn)料機(jī)構(gòu)采用曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由牛頭刨床切削機(jī)構(gòu)改裝而成的，定位機(jī)構(gòu)和進(jìn)刀機(jī)構(gòu)均采用凸輪機(jī)構(gòu)。考慮到所有的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)均在同一面上，我們先用錐齒輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向。具體運(yùn)動(dòng)示意圖如圖 1所示，送料機(jī)構(gòu)將工件送至加工位置，然后定位機(jī)構(gòu)將工件夾緊，同時(shí)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，開始鉆孔。該機(jī)構(gòu)一個(gè)比較大的特點(diǎn)就是進(jìn)刀機(jī) 構(gòu)和加緊定位機(jī)構(gòu)是是有一個(gè)齒輪加以控制的，減少了齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工，同時(shí)減少了傳輸?shù)姆e累誤差。 電機(jī) 減速箱 定位機(jī)構(gòu) 送料機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng) 分支 進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 3 圖 1 工作原理示意圖 2 運(yùn)動(dòng)循環(huán)表和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)送料、定位和進(jìn)刀方案設(shè)計(jì)出了如下圖的運(yùn)動(dòng)循環(huán)表，以使方案優(yōu)化，我們采用老師給的方案 B 進(jìn)行了設(shè)計(jì)，但是進(jìn)料行程改為 40工件的一個(gè)最大直徑，定位行程 25刀行程為 20動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 1400 轉(zhuǎn) /一分鐘制造工件 2 個(gè)。 表 1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求表 凸輪軸轉(zhuǎn)角 10 140 150 220 280 290 350 360 送料 快退 慢進(jìn) 定位 休止 快進(jìn) 休止 快退 休止 進(jìn)刀 休止 慢進(jìn) 休止 快退 休止 由運(yùn)動(dòng)循環(huán)表可以得到運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，見圖 2： 4 圖 2 機(jī)構(gòu)循環(huán)圖 3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 料機(jī)構(gòu) 料機(jī)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)是由牛頭刨床切削機(jī)構(gòu)改裝而成的，利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使得主動(dòng)件與連架桿的壓力角始終為零，用此機(jī)構(gòu)還解決了行程比較大的問(wèn)題，可以通過(guò)連桿作用將工作行程放大，機(jī)構(gòu)的急回特性可以節(jié)約時(shí)間。 5 圖 3 進(jìn)料機(jī)構(gòu)示意圖 根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為 40可取主動(dòng)導(dǎo)桿的兩個(gè)極限位置的的極位夾角為 140，則由 K=（ 360 =11/7= K=0利用圖解法設(shè)計(jì)，取比例尺 =1所示。 作圖步驟如下： 已知主動(dòng)桿兩極限位置夾角 40畫出主動(dòng)桿兩個(gè)極限位置 根據(jù)極限位置的時(shí)候曲柄和連架桿的夾角為 90 ,即 0，0，做兩條直線交與一點(diǎn) A。 由行程為 0直線分別于 與點(diǎn) 由 以測(cè)量到 2=此確定了進(jìn)料機(jī)構(gòu)的所需要的尺寸 6 圖 4 用解析法畫進(jìn)料機(jī)構(gòu) 料機(jī)構(gòu)對(duì)比機(jī)構(gòu) 對(duì)比機(jī)構(gòu)一：曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)由壓力角的限制并且導(dǎo)桿占用橫向空間比較大。 7 對(duì)比結(jié)構(gòu)二：盤形凸輪機(jī)構(gòu)（平底或滾子的） 該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，但是由于送料行程比較大，所制造的凸輪的輪廓較大。并且凸輪的制造和安裝要求比較高。 對(duì)比結(jié)構(gòu)三：圓柱凸輪機(jī) 該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)并且所占用的體積也比較小而且可以解決大行 程的問(wèn)題，但是該結(jié)構(gòu)制造和安裝技術(shù)要求比較高，制造成本也比較高。 對(duì)比機(jī)構(gòu)四：六桿機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)與組裝機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜且不易安裝，誤差積累比較大，且還要考慮壓力角的問(wèn)題，個(gè)人感覺(jué)計(jì)算還挺麻煩的。 8 位機(jī)構(gòu) 位機(jī)構(gòu) 摩擦式棘輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)凸輪位于遠(yuǎn)休的時(shí)候棘輪機(jī)構(gòu)頂在試件上。在摩擦力的作用下使得棘輪處于鎖死狀態(tài)，棘輪機(jī)構(gòu)的理論曲線是對(duì)數(shù)螺線線，這樣鎖死是在靜摩擦的作用之下，不會(huì)是工件在被加工的時(shí)候出現(xiàn)滑動(dòng)，棘輪機(jī)構(gòu)處還有一個(gè)撥動(dòng)彈簧進(jìn)行壓緊，以使得工件可以完全被壓緊，假 如說(shuō)工件的尺寸不是很規(guī)范，高度略高或者是略低，都可以在彈簧的作用下壓緊。當(dāng)接觸點(diǎn)法向方向通過(guò)棘輪的摩擦圓的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)棘輪鎖死的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)工件被壓緊，此時(shí)凸輪處于遠(yuǎn)休，當(dāng)凸輪過(guò)了遠(yuǎn)休之后，棘輪成放松狀態(tài)，工件不處于壓緊狀態(tài)。 該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是 : （ 1） 會(huì)是工件在被加工的時(shí)候出現(xiàn)滑動(dòng)； （ 2） 通過(guò)凸輪設(shè)計(jì) 3項(xiàng)式的輪廓使得工件在被壓緊的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)柔性或剛性沖擊； （ 3） 用杠桿傳動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)力的放大，但是本設(shè)計(jì)中仍采用的力矩之比為 1:1； （ 4） 采用平底機(jī)構(gòu)，是壓力角 始終為 0，提高了力的傳輸比。 9 圖 5 定位機(jī)構(gòu)示意圖 位機(jī)構(gòu)對(duì)比機(jī)構(gòu) 對(duì)比機(jī)構(gòu)一：擺動(dòng)凸輪 該機(jī)構(gòu)在彈簧作何用下實(shí)現(xiàn)加緊，難免彈簧彈力不夠使試件在被加工的時(shí)候出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦的現(xiàn)象 對(duì)比機(jī)構(gòu)二：凸輪機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)間隙運(yùn)動(dòng)，但是是靠滑動(dòng)摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)加緊試件的，試件在加工的時(shí)候可能在滑動(dòng)摩擦力的作用下發(fā)生滑動(dòng)，降低制造的工藝。 對(duì)比機(jī)構(gòu)三：平底或滾子凸輪 該機(jī)構(gòu)在凸輪遠(yuǎn)休的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)試件的加緊，但是如果說(shuō)試件制造比實(shí)際的較矮，則會(huì)造成試件不被加緊；如果試件制 造比實(shí)際的較高，則會(huì)使試件被夾的過(guò)緊。 10 刀機(jī)構(gòu) 刀機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)要求有間歇運(yùn)動(dòng)且為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以設(shè)計(jì)凸輪結(jié)構(gòu)比較合適，設(shè)計(jì)為平底凸輪比較簡(jiǎn)單，就是采用的平底凸輪機(jī)構(gòu)，這樣大大減小了機(jī)構(gòu)的制造成本；機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，減小了傳動(dòng)的積累誤差；平底設(shè)計(jì)，使得壓力角始終為零，增大力的傳輸比 圖 6 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)示意圖 刀機(jī)構(gòu)對(duì)比機(jī)構(gòu) 對(duì)比機(jī)構(gòu)一： 該機(jī)構(gòu)靠凸輪 使用的機(jī)構(gòu)雖然穩(wěn)定性能比較高，也可以通過(guò)杠桿是 凸輪輪廓得到放大，但是零件使用的比較多，積累的誤差比較大，如果將齒輪輪廓放大，同時(shí)也會(huì)是力傳輸率降低。如果設(shè)計(jì)的是滾子凸輪的還要考慮壓力角的問(wèn)題。 11 速器機(jī)構(gòu) 速器機(jī)構(gòu) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 利用二級(jí)蝸輪蝸桿來(lái)實(shí)現(xiàn)變速，將 1400r/為 2r/于傳動(dòng)比為 700，比較大，并且需要的傳輸?shù)牧匾脖容^大，我們選用的是該機(jī)構(gòu)。為了方便在實(shí)際中安裝、拆卸、維修操作方便，我們一開始用的是皮帶輪進(jìn)行傳輸動(dòng)力。途中你用模數(shù)為 2 的齒輪， 1、 3 為蝸桿， 2、4 為齒輪。參數(shù)如下： ， 0、 、 05、模數(shù)為 2 由齒輪的傳動(dòng)比的計(jì)算可以得 70043 10580314214 zz 12 速器對(duì)比機(jī)構(gòu) 對(duì)比機(jī)構(gòu)一： 2行星輪系之 該行星輪系的傳動(dòng)比可以從 幾千，但是外面的尺寸和重量很大；并且該輪系的傳動(dòng)效率很低，并且隨著遞功率 10般不用此輪系做動(dòng)力傳動(dòng)。當(dāng)行星架從動(dòng)時(shí)， i 從某一數(shù)值起會(huì)發(fā)生自鎖。 對(duì)比機(jī)構(gòu)二： 2行星輪系之 該輪系傳遞功率效率在 高，并且體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，可以用于各種工況條件下，在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣。但是單機(jī)傳動(dòng)比范圍較小，一般在 以這里要的傳動(dòng)比在 700，需要多級(jí)傳動(dòng)才可以，那樣的話就失去了它的優(yōu)越性了。 對(duì)比機(jī)構(gòu)三： 2行星輪系之 該輪系傳動(dòng)效率在 率高，且傳遞功率大、徑向尺寸小、傳動(dòng)比范圍比 i 可以是 150，一般用 525，可以用于各種工況條件，但是制造工藝比較復(fù)雜，而且由題意可以得知傳動(dòng)比為 700，要是用此輪系需要多級(jí)傳動(dòng)，且制造工藝也將更加復(fù)雜。 13 4 運(yùn)動(dòng)分析 料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 送料機(jī)構(gòu)計(jì)算公式 由余弦定理得： )90c o s (212212 222 公式 1 由正弦定理得： )90s 2s 由設(shè)計(jì)可知： 1( 公式 3 將公式 1 和公式 2 帶路公式 3 得到 )90c 21221 )90s i n(1s i nt a n)21( 22 將公式 4 在 求一次微分得到 V: 命令： t ; ;w=5; h1+l1*+w*t)/(+-2*l1*h2*+w*t),t,1) 運(yùn)行結(jié)果為： 14 *t)/(130+126*t)(1/2)/(1*t)2/(130+126*t)(1/2)*t)2/(130+126*t)(3/2)/(1*t)2/(130+126*t)(1/2)*t)/(130+126*t)(1/2)/(1*t)2/(130+126*t)(3/2)*(810*t)/(130+126*t)*t)+51030*t)3/(130+126*t)2) 將此結(jié)構(gòu)在 將 換為 ,并且將 t 替換為 /，帶入 可以運(yùn)行得到 見表 2。 將公式 4 在 進(jìn)行二次微分，可以得到加速度 a: 命令為： t ; 0;w=2/30*h1+l1*+w*t)/(+-2*l1*h2*+w*t),t,2) 運(yùn)行結(jié)果為： 583296743997440*pi*t)*(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)+19888959003231586648699840834511/9284550294640352061743431680*pi*t)*(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)*pi*t)+3866730713334079/105553116266496*pi*t)*8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)*(40/3*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)*pi*t)*5718055481141045/6597069766656*pi*t)3/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)2*102301070221449928389106432447337821311058920799/163335536122050462462419811567248741498880*pi*t)3/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(5/2)/(15 00*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)*+19888959003231586648699840834511/1856910058928070412348686336*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)*40/3*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)*pi*t)*5718055481141045/6597069766656*pi*t)3/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)2*58000960700011185/140737488355328*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(5/2)*(40/3*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)*pi*t)*5718055481141045/6597069766656*pi*t)3/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)2*20368744177664*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)*(*pi*t)2*(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)9791209299968*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)2*pi*t)*+8/9*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)*7042659012253300578844672*pi*t)4/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)3*) 處理方法和求 V 的時(shí)候一樣，最后帶入 求的 a 的相關(guān)數(shù)據(jù)，見表 2. 表 2 送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析數(shù)據(jù) x v a 0 0 5 0 5 16 30 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 20 05 10 15 20 25 17 230 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 05 10 15 20 25 30 35 40 0 20 45 50 55 60 ：為主動(dòng)件 過(guò)的角度，為從動(dòng)件 不同時(shí)刻轉(zhuǎn)過(guò)的角度， 不同時(shí)刻的長(zhǎng)度； X 為 D 點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移， V 為 D 在不同時(shí)刻的速度， 在不同時(shí)刻的加速度 18 圖 7 送料機(jī)構(gòu)位移圖 圖 8 送料機(jī)構(gòu)速度圖 19 圖 9 送料機(jī)構(gòu)加速度圖 位機(jī)構(gòu) 定位機(jī)構(gòu)推程計(jì)算公式： 3 4 50 0 02 3 410 0 0 0232120 0 0 01 0 1 5 63026032 定位機(jī)構(gòu)回程計(jì)算公式： 0 0 1 0 0 1 0 0 10 0 1 0 03 4 50 0 02 3 410 0 0 021201 0 0 100 0 1( ) ( ) ( )()1 1 0 1 5 6302603( ) ( )( ) ( 230 0 1 0 0 100) ( )2 20 凸輪輪廓計(jì)算公式： 00( ) s i n ( ) c o s ( )( ) c o s ( ) s i n ( )r s M M r s M M 圓半徑為 60底長(zhǎng)度為 80 3 定位機(jī)構(gòu)凸輪部分運(yùn)動(dòng)分析數(shù)據(jù) s x y v 0 0 0 60 0 0 5 0 5 0 5 0 5 40 5 0 5 0 5 0 25 0 75 25 0 80 25 0 85 25 0 90 25 85 0 95 25 0