插床機械原理

1、設計目錄1. 設計任務書 .31.1 設計題目 .31.2 插床簡介 31.3 設計要求及設計參數(shù) 41.4 設計任務 42. 插床工作原理及功能分解 52.1 插床工作原理 5 2.2 工作分解 63. 機構的選擇 63.1 機構的選擇參考 63.2 主執(zhí)行機構的選擇 74. 原動機的選擇 75. 擬定傳動系統(tǒng)方案 76. 繪制工作循環(huán)圖 87. 凸輪機構的設計 98. 插床導桿機構的綜合及運動分析138.1 插床導桿機構的綜合 .13 8.2 運動分析 .159. 插床導桿機構的動態(tài)靜力分析 1810. 插床創(chuàng)新設計方案 .2211心得與體會及參考文獻 .26設 計 任 務 書1.1 設計

2、題目插床機構設計1.2 插床簡介金屬切削機床，用來加工鍵槽。加工時工作臺上的工件做縱向、橫向或旋轉運動，插刀做上下往復運動，切削工件。 利用插刀的豎直往復運動插削鍵槽和型孔的直線運動機床。插床與刨床一樣，也是使用單刃刀具（插刀）來切削工件，但刨床是臥式布局，插床是立式布局。插床的生產(chǎn)率和精度都較低，多用于單件或小批量生產(chǎn)中加工內孔鍵槽或花鍵孔，也可以加工平面、方孔或多邊形孔等，在批量生產(chǎn)中常被銑床或拉床代替。普通插床的滑枕帶著刀架沿立柱的導軌作上下往復運動，裝有工件的工作臺可利用上下滑座作縱向、橫向和回轉進給運動。鍵槽插床的工作臺與床身聯(lián)成一體，從床身穿過工件孔向上伸出的刀桿帶著插刀邊做上下往

3、復運動，邊做斷續(xù)的進給運動，工件安裝不像普通插床那樣受到立柱的限制，故多用于加工大型零件（如螺旋槳等）孔中的鍵槽。 插床實際是一種立式刨床，在結構原理上與牛頭刨床同屬一類。插刀隨滑枕在垂直方向上的直線往復運動是主運動，工件沿縱向橫向及圓周三個方向分別所作的間歇運動是進給運動。插床的主參數(shù)是最大插削長度。插床是用于加工中小尺寸垂直方向的平面或直槽的金屬切削機床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。 圖1 插床示意圖1.3 設計要求及設計參數(shù)要求主執(zhí)行機構工作行程切削平穩(wěn)、壓力角較小。進給機構壓力角不超過許用值。設計參數(shù)如表1所示。插床機構設計7號題目參數(shù)題 號3主執(zhí)行機構曲柄轉速n246曲柄Lo2A（mm）

4、60插刀行程H（mm）110行程速比系數(shù)K1.6連桿與導桿之比LBC/LBO40.40力臂d(mm)100工作阻力F(N)1350導桿質量m4(kg)22導桿轉動慣量JS4(kgm2)1.2滑塊質量m6(kg)44進給機構從動件最大擺角y20°凸輪從動件桿長(mm)130推程許用壓力角a推程42°回程許用壓力角a回程42°滾子半徑rr(mm)5刀具半徑rc(mm)插刀阻力曲線如圖4所示。插刀在切入、退出工件時均有0.05H的空載行程。0.05H0.05HHSFmaxF圖2插刀阻力曲線1.4 設計任務1）完成各執(zhí)行機構的選型與設計計算，選擇原動機，擬定機械傳動方案，

5、確定各級傳動比，畫出機構運動簡圖及機械系統(tǒng)傳動方案設計圖；2）按工藝要求進行執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計，畫出執(zhí)行機構的工作循環(huán)圖；3）對主執(zhí)行機構用解析法進行運動分析，用相對運動圖解法對其中的一個位置加以驗證，并根據(jù)計算機計算結果畫出插刀位移線圖，速度線圖和加速度線圖；4）用圖解法對主執(zhí)行機構的一個位置進行動態(tài)靜力分析；5）用解析法對控制工作臺橫向進給的凸輪機構進行運動分析；6）用圖解法繪制控制工作臺橫向進給的凸輪機構的位移曲線及凸輪輪廓曲線；7）根據(jù)機電液一體化策略和現(xiàn)代控制（包括計算機控制）理論，大膽提出一種或一種以上與該機現(xiàn)有傳統(tǒng)設計不同的創(chuàng)新設計方案。2 插床工作原理及功能分解2.1 插床工作原

6、理插床是一種用于加工鍵槽、花鍵槽、異形槽和各種異性表面的金屬切削機床。如圖所示，裝有插刀的滑枕沿鉛垂方向(也可調有一定傾角)作往復直線主切削運動。工件裝夾在工作臺上，工作臺可作前后、左右和圓周方向的間歇進給運動。進給運動可手動，也可機動但彼此獨立。進給運動必須與主切削運動協(xié)調，即插刀插削時嚴禁進給，插刀返回時進給運動開始進行，并于插刀重新切人工件之前完成復位。插床的主S4A2B5341C)O4446d圖3 運動示意圖切削運動的行程長度、拄復運動速度以及進給量大小等均應手動可調。 圖3 運動示意圖2.2 功能分解1）夾緊工件動作；2）工作臺進行前后、左右和圓周方向的間歇進給運動；3）裝有插刀的滑

7、枕沿鉛垂方向(也可調有一定傾角)作具有急回特性的往復直線主切削運動，插削工件形成各種槽等自己需要的形狀。3 機構的選擇3.1 機構的選擇參考根據(jù)上訴的設計要求和工作臺需要直線往復間歇性運動和間歇性轉動，還有插刀執(zhí)行機構在回程階段應該盡可能的減少時間提高效率，因而采用具有急回特性的曲柄滑塊機構。設計內容如表2所示。插床機械設計的機構選型功能執(zhí)行構件工藝動作執(zhí)行機構插削成形插刀直線往復運動（具有急回特性）導桿機構工作換位工作臺前后，左右方向的進給運動和間歇性轉動凸輪機構棘輪機構槽輪機構不完全齒輪3.2主執(zhí)行機構的選擇方案一方案2方案3方案4方案6方案5圖4主執(zhí)行機構參考方案根據(jù)題目要求及所提供的參

8、數(shù)分析，綜合插床機構自身特點，以及機構方案選擇的相關要求，我們最終選擇的主執(zhí)行機構是方案3。因為方案3機構運動規(guī)律較為簡易，受力簡單，運動易于控制分析。同時機構的壓力角較小，有利于提高機構受力情況，并且經(jīng)過分析計算得到該機構的傳動效率較其它方案高。故最終選擇方案4.6繪制系統(tǒng)工作循環(huán)圖1）首先確定執(zhí)行機構的運功循環(huán)時間T，在此選取曲柄導桿機構作為插床的執(zhí)行機構。曲柄旋轉一周插頭就往復運動一次即一個運動循環(huán)。為了滿足效率，曲柄軸每分鐘轉速為n=46r/min，其運動時間T=60/46=1.3。 2）確定組成運動循環(huán)的各個區(qū)段，插床機械的運動循環(huán)由兩段組成，即插刀進給的工作行程及退回時的空回行程。

9、為了提高工作效率，插刀回程時間應盡可能的短，所以它必須有急回特性。取行程系速比系數(shù)K=1.6。3）確定執(zhí)行機構各個區(qū)段的運動時間及相應的分配軸轉角。插床的運動循環(huán)時，與此相對應的曲柄軸轉角（即分配軸轉角）為：工作+回程+推程=221.54°+124.62°+13.84°=360°（4）根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制機構的運動循環(huán)圖7. 凸輪機構的設計凸輪機構設計要求：按許用壓力角確定凸輪機構的基本尺寸，求出理論廓線外凸曲線的最小曲率半徑，選取滾子半徑，繪制凸輪實際廓線。以上內容已用CAD作在3號圖紙上。根據(jù)已知值，以及給定的基圓建議值，在A3圖紙上確定圓心位置。做出基

10、圓，再根據(jù)滾子半徑做出理論曲線。取一點為B點，由=95mm，從動件桿長=120mm，通過幾何做法找到點。連接，測得長度為157mm為圓心距。由主執(zhí)行機構的最大運動擺角確定得到凸輪機構的運動推程角為42°，但是由于由于插刀在切入、退出工件時均有0.05H的空載行程，所以實際凸輪推程角應為除去空載行程后的擺角，為41.54°。在此之后為了方便設計與分析，將回程角設為與推程角相等的度數(shù)，遠停角大小為0°。擺動從動件盤形凸輪機構設計基本參數(shù)見下表4：進給機構從動件最大擺角y10°凸輪從動件桿長(mm)130推程許用壓力角a推程42°回程許用壓力角a回程

11、42°滾子半徑rr(mm)5刀具半徑rc(mm)表4根據(jù)計算結果得到數(shù)值，求得各個坐標點距圓心的距離。以O2O9基線順時針每轉4°確定一個坐標點。分別以這些點為圓心做出滾子的圓，用光滑的曲線連接各個點，得到實際凸輪輪廓線，再連接滾子圓的外切點，得到理論輪廓線。接著，根據(jù)軟件中的要求，即每4°一個單位，做出各個軌跡點與O1的旋轉運動曲線。最后要做出插刀工作行程圖，由給定數(shù)據(jù)的K值算出極位夾角大小為41.54°。至此為止，凸輪機構運動分析圖基本完成了。如圖5圖5 凸輪理論廓線與滾子包絡線8插床導桿機構的綜合及運動分析曲柄轉速n2=46rad/s曲柄長度LO2

12、A=60mm插刀行程H=110mm行程速度比系數(shù)K=1.6連桿與導桿之比連桿與導桿之比LBC/LBO4=0.4力臂d(mm)=100工作阻力F(N)=1350導桿質量m4(kg)=22導桿轉動慣量JS4(kgm2)=1.2滑塊質量m6(kg)=448.1 插床導桿機構的綜合1、計算極位夾角 ，曲柄角速度w2，曲柄角加速度=180°（K-1）/（K+1）=41.54°w2= LBO42n2/=4.815rad/s2、求導桿長度LBO4，連桿長度LBC，中心距LO2O4根據(jù)插床機構結構示意圖，由幾何條件可得LBO4=H/（2sin 20.77°）=155.10mm 因

13、為LBC/LBO4=0.40，LBC= 0.40 LBO4=62.04mmLO2O4=LO2A/（2sin 20.77°）=169.20mm3、求弓形高h，導路距離Y因為LDO4=（H/2）/tan 20.77°=145.02h=（LBO4- LDO4）/2=5.08mmY= LO2O4+ LDO4+h=319.3mm8.2 運動分析對主執(zhí)行機構用解析法進行運動分析：1） 選取合適的比例長度L=3.1mm/1mm，按照指定的位置作出機構運動簡圖，如下：2）確定導桿質心S4以O4為圓心，BO4為半徑畫圓在導桿O4A方向上交點即為該導桿質心S4LO4S4=155.10mm3）

14、按照下面的順序進行速度分析VA= w2LO2A=0.289m/s取v=6.72mm/s/1mm為比例尺作速度多邊形如下圖：求導桿上與滑塊中心A重合的點大的速度VA4和A點相對倒桿4的速度VA4A3根據(jù)點的運動合成，有VA4= VA3+ VA4A3 方向：O4A O2A O4A 大?。?？ w2Lpa3v ？根據(jù)速度多邊形可得VA4= Lpa4v=0.269m/s，VA4A3= La3a4v=0.106m/sw3=w4=VA4/LO4A=1.166rad/s同理：VC= VB+ VCB方向：y O4B cB大?。?？ ？根據(jù)速度多邊形可得VC=Lpcv=0.182m/s，VCB=Lbcv=0.02

15、8m/sW5=VCB/LBC =0.45rad/s4） 下面進行加速度分析求導桿上滑塊與倒桿重影點的加速度和滑塊相對倒桿的加速度aA4A3= WLO4A=1.166×1.166×0.223=0.303m/s= WLO2A=4.815×4.815×0.06=1.391m/s=2w3VA3A2=2×1.166×0.106=0.247m/s取a=0.303m/s/10mm為比例尺作加速度多邊形如下圖由點的運動合成，有大小 WLO4A ？ WLO2A 0 2w3VA3A2 ？方向 AO4 O4A AO2 0 O4A根據(jù)加速度多邊形可得a4=aLpa4=0.409m/s=a La4n=0.248m/s角