機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)之半自動(dòng)鉆床

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書目錄第一章設(shè)計(jì)要求 第二章功能分解第三章機(jī)構(gòu)對比選用第四章機(jī)構(gòu)組合第五章傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)第六章運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)第七章 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .第八章方案的評價(jià)參考資料 .第一章概述及其設(shè)計(jì)要求1.1功能要求半自動(dòng)鉆床機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)送料、定位、和孔的一體化功能。設(shè)計(jì)要求的機(jī)床的進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程大于等于40mn,動(dòng)力鉆頭工作行程大于18mm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1450r/min，每分鐘1件構(gòu)件加工好。半自動(dòng)鉆床機(jī)由送料機(jī)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)，進(jìn)刀機(jī)構(gòu)以及電動(dòng)機(jī)組成。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，最終由進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動(dòng)力頭的升 降來進(jìn)行鉆孔工作10o20o30o45o60o75o

2、90o105o 270o300o360o選擇送料機(jī)構(gòu)時(shí)要考慮到被加工的構(gòu)件的形狀，送料機(jī)構(gòu)要以直線、間隙、定量地將 要 加 工 的 構(gòu) 件送入加工臺，可用來回往復(fù)移動(dòng)構(gòu)件走直線軌跡段推構(gòu)件向前進(jìn)，用定位機(jī)構(gòu)來定住構(gòu) 件的要被加工的位置，加緊之后再鉆，打好孔之后再退刀，退出時(shí)可以用送料機(jī)構(gòu)送的構(gòu) 件推出加工臺，以此來實(shí)現(xiàn)循環(huán)加工。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求1. 半自動(dòng)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(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配，并在圖紙上畫出傳動(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)方案簡圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；4. 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。按各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求，自選從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，

3、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(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；5. 設(shè)計(jì)計(jì)算其他機(jī)構(gòu)；6. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書;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)慢進(jìn)快退休止1.3方案提示要求設(shè)計(jì)該半自動(dòng)鉆床的送料、定位、及進(jìn)刀的整體傳動(dòng)系統(tǒng)。其中：1. 鉆頭由動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)，設(shè)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。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)。1.4設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及工件尺寸加工工件第二章功能分解半自動(dòng)鉆床的工作原理是利用轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)

4、和進(jìn)刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形 狀。工藝動(dòng)作過程由送料 定位 鉆孔三部分組成。各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng) 由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速裝置后分為兩路，一路隨著傳動(dòng)傳動(dòng)皮帶傳送動(dòng)力到定位機(jī)構(gòu)和送料機(jī) 構(gòu)，分別帶動(dòng)凸輪做轉(zhuǎn)動(dòng)控制四桿機(jī)構(gòu)對工件的定位和帶動(dòng)凸輪四桿機(jī)構(gòu)控制推桿做往復(fù) 直線運(yùn)動(dòng)。另一路直接傳動(dòng)到鉆頭的進(jìn)退刀機(jī)構(gòu)，控制鉆頭的進(jìn)退。基本運(yùn)動(dòng)為：推桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，定位機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動(dòng)和鉆頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)此外，還要滿足傳動(dòng)性能要求:1送料 定位 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)在凸輪軸不同轉(zhuǎn)角時(shí)候快慢行程不同。2各個(gè)機(jī)構(gòu)之間的配合相互有序，滿足凸輪軸轉(zhuǎn)角對應(yīng)的性能要求。第三章機(jī)構(gòu)選用根據(jù)前述設(shè)計(jì)要求，送料機(jī)構(gòu)應(yīng)該做往

5、復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且必須保證工作行程中有快進(jìn)、休止 和快退過程。定位機(jī)構(gòu)也有休止、快進(jìn)、快退過程。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)有快進(jìn)和慢進(jìn)、快退和休止 過程。此外三個(gè)機(jī)構(gòu)之間還要滿足隨著凸輪軸轉(zhuǎn)角不同完成動(dòng)作的過程不同且相互配合。 這些運(yùn)動(dòng)要求不一定完全能夠達(dá)到，但必須保證三者之間相互滿足凸輪不同角度時(shí)候配合 完好，以及送料機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的往復(fù)循環(huán)及各個(gè)機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動(dòng)。I變速機(jī)構(gòu)：方案一：A1由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是1450r/min，而選用設(shè)計(jì)要求的主軸轉(zhuǎn)速為1r/min 可以考慮利用行星輪進(jìn)行大比例的降速，然后采用蝸輪變向。方案二：A2利用定軸輪系傳動(dòng)；傳動(dòng)比=n輸入/n輸出=1450/1=1450 ,因?yàn)閭鲃?dòng)比

6、很大, 所以要用多級傳動(dòng)。II送料機(jī)構(gòu)的選型:方案一：B1直接采用凸輪滑塊機(jī)構(gòu)，并且在輪同軸的齒輪組合中加入不完全齒輪以滿足間 歇休止運(yùn)動(dòng)要求。方案二：B2采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)既有快慢變化的運(yùn)動(dòng)又有休止的間歇運(yùn)動(dòng)。方案三：B3采用一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)來代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于設(shè)計(jì)的鉆床在空間上傳動(dòng)軸之間 的距離有點(diǎn)大，故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)。再加上用四桿機(jī)構(gòu)在本設(shè)計(jì)中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運(yùn)行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)m定位機(jī)構(gòu)選型方案一：C1利用四桿機(jī)構(gòu)中死點(diǎn)的積極作用，選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到定位機(jī) 構(gòu)和間歇定位的要求。方案二：C

7、2定位系統(tǒng)采用的是一個(gè)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪，因?yàn)槎ㄎ幌到y(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(dòng)件，則凸輪就會失真，若 增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會很大，也不求實(shí)際，所以就采用一個(gè)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪，它就可以滿足實(shí)際要求了IV進(jìn)刀機(jī)構(gòu)方案一：D1為了達(dá)到輸出間歇運(yùn)動(dòng)同時(shí)能夠做到循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，采用凸輪機(jī)構(gòu)和扇 形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動(dòng)。先把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺 動(dòng)，在通過齒輪傳遞給齒條，增加一個(gè)齒輪的目的是為了使傳動(dòng)更加的平穩(wěn)可靠。方案二：D2采用一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因?yàn)槲覀冇靡粋€(gè) 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪

8、機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)刀的時(shí)候，凸輪在推程階段運(yùn)行，很容易通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動(dòng)齒輪齒條嚙合帶動(dòng)動(dòng)刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度也是 等于齒廓轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度，兩個(gè)齒輪來傳動(dòng)也具有穩(wěn)性。第四章機(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(yùn)動(dòng)方案組合機(jī)械系統(tǒng)方案E1E2E3變速機(jī)構(gòu)A2A1A1送料機(jī)構(gòu)B3B1B2定位機(jī)構(gòu)C1C2C1進(jìn)刀機(jī)構(gòu)D2D1D1方案1的設(shè)計(jì)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(jì)要求傳動(dòng)比=n輸入/n輸出=1450/仁1450 ,非常大，此時(shí)再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動(dòng)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)的組合結(jié)構(gòu)，此組合機(jī)構(gòu)既可以滿足設(shè)計(jì)要求同時(shí)

9、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(yùn)動(dòng)可靠的特點(diǎn)。盤形凸輪機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn) 動(dòng)動(dòng)力輸入給四桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)桿件從而轉(zhuǎn)化為這個(gè)桿件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)設(shè)計(jì)凸輪尺寸來滿足滑塊的 間歇運(yùn)動(dòng)和快慢交替的變速運(yùn)動(dòng)。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(diǎn)來夾住工件，并按要求設(shè)計(jì)凸輪的外形 尺寸以滿足定位機(jī)構(gòu)同樣滿足間歇運(yùn)動(dòng)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(dòng)。先把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力 轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動(dòng)，在通過齒輪傳遞給齒條，增加兩個(gè)齒輪的目的是為了使傳動(dòng)更 加的平穩(wěn)可靠。方案 2的設(shè)計(jì)矩陣為 E2=A1 B1

10、C2 D1 。半自動(dòng)鉆床的變速機(jī)構(gòu)采用行星輪可以實(shí)現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，相比單純的采用齒輪 傳動(dòng)，次方法的選用更加經(jīng)濟(jì)成本相對較低，而且具有傳動(dòng)效率高, 結(jié)構(gòu)簡單 , 傳動(dòng)比大的特點(diǎn), 可滿足具有較大傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(jì)要求，但是整個(gè)半自動(dòng)鉆床的空間尺寸有限這樣 的設(shè)計(jì)務(wù)必會占用較大的空間從而使材料的使用增多，浪費(fèi)了材料。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用D1時(shí)候能夠滿足設(shè)計(jì)要求，但是機(jī)構(gòu)構(gòu)件之間缺乏穩(wěn)定的傳動(dòng)， 對制造出的工件精度很難保證質(zhì)量更具鉆床

11、每分鐘完成一個(gè)工件的鉆孔的設(shè)計(jì)要求，并且選用能夠提供間歇運(yùn)動(dòng)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(jì)方案 E1/ 。實(shí)際 采用的半自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)方案如下圖所示：1 電動(dòng)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 皮帶半自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)簡圖第五章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)傳動(dòng)比分配 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和工件生產(chǎn)的速度，確定系統(tǒng)總的傳動(dòng)比為i=n 輸入 /n 輸出 =1450/1=1450對于定軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分，由齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度確定齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)3112 2

12、'mim=4.n仁 1450齒輪齒數(shù)：設(shè)定Z1=20,因?yàn)辇X輪1直接與電動(dòng)機(jī)連接，所以令 i12=n1/n2=Z2/Z仁4 所以 n2=362.5 z2=80令 Z2 '=20 , n 2'=n2=362.5 360i2'3=5=n2 '/n3=Z3/Z2 ' 所以 n3=72, Z3=100最后確定蝸桿齒數(shù)蝸桿轉(zhuǎn)速=n3=72,所以i=72/仁72 所以n蝸桿=1，Z蝸桿=72齒輪參數(shù)模數(shù)（mr）i壓力角（°）齒數(shù)（個(gè)）直徑（mrh齒輪14202080齒輪242080320齒輪2'4202080齒輪342072288第六章運(yùn)動(dòng)

13、協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)鉆床進(jìn)刀鉆孔和退刀為一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。應(yīng)該保證鉆床在鉆孔運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，定位裝置和送料裝置和鉆頭在時(shí)間和凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度上相互協(xié)調(diào)。 根據(jù)半自動(dòng)鉆床各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求，繪制機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如下：1凸輪擺桿進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì):(1) . 由進(jìn)刀規(guī)律，我們設(shè)計(jì)了凸輪擺桿機(jī)構(gòu)， 又以齒輪齒條的嚙合來實(shí)現(xiàn)刀頭的上下運(yùn)動(dòng)；(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(dòng)件的擺動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn) 弧形齒條的來回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，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 . 刀具的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就與凸輪擺桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致；(3) . 弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所

14、運(yùn)動(dòng)的的距離。具體設(shè)計(jì)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(jì)凸輪基圓半徑ro=4Omm中心距A=80mm擺桿長度d=65mr，i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(jì)圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計(jì)出圓形齒輪的半徑r=l/ B ,由B=18° , l=20mm ,3. 得到 r=63

15、.69mm 如圖 7-2圖 7-22 凸輪推桿滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 凸輪設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)采用直動(dòng)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(shí)現(xiàn)定位功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運(yùn)動(dòng)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(jì)如下：設(shè)計(jì)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

16、h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=300° -360 ° ,定位機(jī)構(gòu)快退,推桿行程h=-25mm;設(shè)計(jì)偏心距e=25的原因是因?yàn)榇送馆唸?zhí)行的是定位，其定位桿的行程為25故如此設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：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40mm可取ABCD桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為12度，則由180 (K 1)K 1得K=1.14,急回特性不是很明顯，但對送料機(jī)構(gòu)來說并無影響根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)的急回特性計(jì)算得各桿尺寸：AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8該尺寸可以滿足設(shè)計(jì)要求，即滑塊的左右運(yùn)動(dòng)為40, ABC啲極位夾角為12度。第八章方案評價(jià)1運(yùn)動(dòng)鏈的

17、選擇選擇帶傳動(dòng)代替原來的齒輪傳動(dòng)不僅能夠滿足動(dòng)力傳動(dòng)的要求，同樣可以節(jié)省機(jī)構(gòu)占用 空間，簡化機(jī)械的構(gòu)造，降低制造的費(fèi)用，減輕機(jī)構(gòu)的重量，有利于降低成本提高機(jī)械效率?？梢詼p少各個(gè)零件制造誤差而形成的運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)累計(jì)誤差，從而提高零件加工的工藝性和工作可靠性，提高傳動(dòng)精度。因此，在選型的時(shí)候有時(shí)寧可采用具有較小設(shè)計(jì)誤差但結(jié)構(gòu)簡單的近似機(jī)構(gòu)，而不是采用理論上沒有誤差但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。此外，為了減少 構(gòu)件的數(shù)目還有利于提高系統(tǒng)的剛性。因此此方案中采取了機(jī)構(gòu)簡單實(shí)際工作軌跡近似的 裝置代替了理論上完全達(dá)到要求而實(shí)際設(shè)計(jì)制造很不方便的機(jī)構(gòu)。2 傳動(dòng)比的分配運(yùn)動(dòng)鏈的傳動(dòng)比的分配是否合理將直接影響機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸。采用渦輪蝸桿結(jié)合定 軸齒輪結(jié)構(gòu)代替星系結(jié)構(gòu)不僅可以滿足大幅度減速的要求，同樣可以減少空間的浪費(fèi)和材 料的使用，節(jié)約成本。在安排傳動(dòng)比分配的時(shí)候運(yùn)動(dòng)鏈逐級減速，可以使得各級中間軸有 較高的轉(zhuǎn)速及較小的轉(zhuǎn)矩，從而可以使軸及軸上零件有較小的尺寸，是機(jī)構(gòu)較為緊湊。3 動(dòng)力源的選擇1：對于小功率傳動(dòng)，應(yīng)在考慮滿足性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡單的傳動(dòng)裝置，盡可 能降低初始費(fèi)用。2：對大功率傳動(dòng)，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動(dòng)的效率，節(jié)約能源，降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維修費(fèi)用。3：當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求變速時(shí)， 若能與動(dòng)力