機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-半自動(dòng)鉆床

《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫要求一、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求而定，一般來(lái)講包括以下幾個(gè)方面：〔1〕目錄〔標(biāo)題和頁(yè)次〕；〔2〕設(shè)計(jì)題目〔設(shè)計(jì)條件和要求〕；〔3〕全部原始數(shù)據(jù)；〔4〕機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案的擬定，〔設(shè)計(jì)思路的說(shuō)明，所選用機(jī)構(gòu)的工作原理及運(yùn)動(dòng)特性〕機(jī)構(gòu)的組合方式，進(jìn)行方案分析與評(píng)價(jià)；〔5〕機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；〔6〕機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；〔7〕采用的設(shè)計(jì)方法及其原理的簡(jiǎn)要說(shuō)明；〔8〕設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程、公式和結(jié)果。假設(shè)有計(jì)算機(jī)程序，那么應(yīng)畫(huà)出程序框圖，寫出各子程序名稱和功能；〔9〕用表格列出計(jì)算結(jié)果，并繪制出主要的運(yùn)動(dòng)曲線圖；〔10〕對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析討論，作出概括性的結(jié)論；〔11〕列出主要的參考資料。二、考前須知〔1〕設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)用鋼筆、中性筆書(shū)寫，采用統(tǒng)一的課程設(shè)計(jì)用紙；〔2〕對(duì)自成單元的內(nèi)容應(yīng)有大小標(biāo)題，做到層次清楚醒目突出；全部圖表應(yīng)統(tǒng)一編號(hào)?！?〕編寫說(shuō)明書(shū)時(shí)應(yīng)做到條理清楚、表達(dá)簡(jiǎn)明、重點(diǎn)突出、計(jì)算正確、文句通順、書(shū)寫整潔；〔4〕所用的公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注冊(cè)來(lái)源〔參考資料的編號(hào)和頁(yè)次〕；〔5〕全部計(jì)算中所用的符號(hào)和腳注必須前后一致、不能混淆；〔6〕繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)應(yīng)采用規(guī)定的符號(hào)，按比例作圖；〔7〕對(duì)計(jì)算結(jié)果應(yīng)有簡(jiǎn)明的結(jié)論。如果實(shí)際所取的數(shù)值與計(jì)算結(jié)果有較大差異，應(yīng)作必要的解釋，說(shuō)明原因；〔8〕說(shuō)明書(shū)編寫完畢后應(yīng)加上封面，裝訂成冊(cè)，并裝入課程設(shè)計(jì)專用袋目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)-----------------------------------------------------2設(shè)計(jì)工作原理--------------------------------------------------4功能分解圖，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作分解圖-----------------------6運(yùn)動(dòng)方案的選擇與比擬---------------------------------------9機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)總體方案圖〔機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖〕-----------------10工作循環(huán)圖------------------------------------------------------16執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程及尺寸計(jì)算------------------------------18凸輪設(shè)計(jì)分段圖．輪廓圖．設(shè)計(jì)結(jié)果---------------------21機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)流程------------------------25程序清單〔主程序和子程序〕------------------------------26十一運(yùn)行結(jié)果及運(yùn)動(dòng)線圖------------------------------------31設(shè)計(jì)總結(jié)----------------------------------------------------------3212參考資料----------------------------------------------------------33一、設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)加工所示工件ф12mm孔的半自動(dòng)鉆床。進(jìn)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。二、設(shè)計(jì)要求及方案提示要求設(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(jiàn)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)。一、所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)工作原理一.機(jī)構(gòu)的工作原理: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1450r/min降到主軸的2r/min，與傳動(dòng)軸相連的各機(jī)構(gòu)控制送料，定位，和進(jìn)刀等工藝動(dòng)作，最后由凸輪機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)齒條上下平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng),這樣動(dòng)力頭也就能帶動(dòng)刀具平穩(wěn)地上下移動(dòng)從而保證了較高的加工質(zhì)量，具體的選擇原理和工作原理如下：二.機(jī)的選擇原理原動(dòng)機(jī)的分類原動(dòng)機(jī)的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：A一次原動(dòng)機(jī)此類原動(dòng)機(jī)是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，因此稱為一次原動(dòng)機(jī)。屬于此類原動(dòng)機(jī)的有柴油機(jī)，汽油機(jī)，汽輪機(jī)和燃汽機(jī)等。B二次原動(dòng)機(jī)此類原動(dòng)機(jī)是將發(fā)電機(jī)等能機(jī)所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，因此稱為二次原動(dòng)機(jī)。屬于此類原動(dòng)機(jī)的有電動(dòng)機(jī)，液壓馬達(dá)，氣壓馬達(dá)，汽缸和液壓缸等。選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)需考慮的因素：1：考慮現(xiàn)場(chǎng)能源的供給情況。2：考慮原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和工作制度與工作相匹配。3：考慮工作機(jī)對(duì)原動(dòng)機(jī)提出的啟動(dòng)，過(guò)載，運(yùn)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(jiǎn)易，維修方便。6：為了提高機(jī)械系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，須考慮經(jīng)濟(jì)本錢：包括初始本錢和運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)本錢。綜上所述，在半自動(dòng)鉆床中最益選擇二次原動(dòng)機(jī)中的電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)件。三.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇和工作原理〔1〕傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用1：把原動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。2：把原動(dòng)機(jī)輸出的速度降低或提高，以適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要。3：用原動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速不經(jīng)濟(jì)和不可能時(shí)，采用變速傳動(dòng)來(lái)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常調(diào)要求4：把原動(dòng)機(jī)輸出的等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變5：實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)或假設(shè)干個(gè)速度相同或不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。6：由于受機(jī)體的外形，尺寸的限制，或?yàn)榱似桨埠筒僮鞣奖?，?zhí)行機(jī)構(gòu)不宜與原動(dòng)機(jī)直接連接時(shí)，也需要用傳動(dòng)裝置來(lái)聯(lián)接。〔2〕傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇的原那么1：對(duì)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(jiǎn)單的傳動(dòng)裝置，盡可能降低初始費(fèi)用。2：對(duì)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)，假設(shè)能與動(dòng)力機(jī)調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動(dòng)比的傳動(dòng)裝置；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求變速范圍大。用動(dòng)力機(jī)調(diào)速不能滿足機(jī)械特性和經(jīng)濟(jì)性要求時(shí)，那么應(yīng)采用變傳動(dòng)比傳動(dòng)；除執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量采用有級(jí)變速。4：執(zhí)行機(jī)構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過(guò)載，這時(shí)應(yīng)加過(guò)載保護(hù)裝置。5：主，從動(dòng)軸要求同步時(shí)，應(yīng)采用無(wú)滑動(dòng)的傳動(dòng)裝置。6：動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)裝置，加減速器，變速器和無(wú)級(jí)變速器等。二．功能分解圖，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作一．功能分解圖如下列圖圖3-2二.執(zhí)行構(gòu)件的選擇1.減速傳動(dòng)功能選用經(jīng)濟(jì)本錢相對(duì)較低，而且具有傳動(dòng)效率高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，故我們這里就采用行星輪系來(lái)實(shí)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的傳動(dòng)。2.定位功能由于我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要有間歇往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，有當(dāng)凸輪由近休到遠(yuǎn)休運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,定位桿就阻止了工件滑動(dòng)，當(dāng)凸輪由遠(yuǎn)休到近休運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可通過(guò)兩側(cè)的彈簧實(shí)現(xiàn)定位機(jī)構(gòu)的回位,等待送料,凸輪的循環(huán)運(yùn)動(dòng)完成了此功能。、3.進(jìn)料功能進(jìn)料也要要求有一定的間歇運(yùn)動(dòng)，我們可以用圓錐齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)換向，然后通過(guò)和齒輪的嚙合來(lái)傳遞，再在齒輪上安裝一個(gè)直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪機(jī)構(gòu),用從動(dòng)件滾子推桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)料。4.進(jìn)刀功能采用凸輪的循環(huán)運(yùn)動(dòng),推動(dòng)滾子使?jié)L子擺動(dòng)一個(gè)角度,通過(guò)杠桿的擺動(dòng)弧度放大原理將滾子擺動(dòng)角度進(jìn)行放大.可增大刀具的進(jìn)給量,在杠桿的另一端焊接一個(gè)圓弧齒輪,圓弧齒輪的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng),齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)再帶動(dòng)動(dòng)力頭的升降運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀.三．運(yùn)動(dòng)方案的選擇與比擬方案的分析與比擬：(1)減速機(jī)構(gòu)：由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是1450r/min，而設(shè)計(jì)要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，利用行星輪進(jìn)行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。圖4-1比照機(jī)構(gòu)：比照機(jī)構(gòu)：定軸輪系傳動(dòng)；傳動(dòng)比=n輸入/n輸出=700傳動(dòng)比很大，要用多級(jí)傳動(dòng)。如圖4-2.圖4-2(3)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)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)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)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(guò)機(jī)構(gòu)傳遞帶動(dòng)齒輪齒條嚙合.帶動(dòng)動(dòng)刀頭來(lái)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(lái)傳動(dòng)也具有穩(wěn)性。圖4-3〔4〕比照機(jī)構(gòu)：在擺桿上加一個(gè)平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)，這樣也可以來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，但是當(dāng)加了四桿機(jī)構(gòu)以后并沒(méi)有到達(dá)改善傳動(dòng)的效果，只是多增加了四桿機(jī)構(gòu)，為了使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能完成需要的傳動(dòng)，所以選擇了一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)。圖4-4〔5〕送料系統(tǒng)：采用一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)來(lái)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)先選用了如下列圖的六桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)計(jì)送料時(shí)不要求在傳動(dòng)過(guò)程中有間歇，所以不需要使用凸輪機(jī)構(gòu)。如圖4-5。圖4-5〔6〕比照機(jī)構(gòu)：所選用的比照四桿機(jī)構(gòu)如下列圖(圖4-6)，由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但選用下來(lái)此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機(jī)構(gòu)。圖4-6〔7〕定位系統(tǒng)：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，那么凸輪就會(huì)失真，假設(shè)增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會(huì)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，它就可以滿足我們的實(shí)際要求了。圖4-7〔8〕比照機(jī)構(gòu)：采用彈力急回間歇機(jī)構(gòu)來(lái)代替偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪，它是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣也可以完成實(shí)際要求，但是為了使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能節(jié)省材料，所以還是選偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪來(lái)完成定位。圖4-8四.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)總體方案圖〔機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖〕根據(jù)前面表3-3中實(shí)線連接的方案的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖確定本設(shè)計(jì)中半自動(dòng)鉆床的總體方案圖如圖5-1圖5-1五．工作循環(huán)圖圖5-1所示的機(jī)械系統(tǒng)方案的執(zhí)行件需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)其運(yùn)動(dòng)循環(huán)如圖6-1凸輪軸轉(zhuǎn)角00～10001000～15001500～27002700～30003000～3600送料快進(jìn)快退定位休止快進(jìn)休止快退進(jìn)刀休止快進(jìn)慢進(jìn)休止快退圖6-1六．執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程及尺寸計(jì)算1．送料機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)采用如下分析送料連桿機(jī)構(gòu)：采用如下機(jī)構(gòu)來(lái)送料，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為40mm，可取ABCD4桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為12度，那么由得K=1.14，急回特性不是很明顯，但對(duì)送料機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)并無(wú)影響。各桿尺寸：〔如圖6-1〕AB=8.53BC=84.42CD=60DA=60CE=40EF=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，ABCD的極位夾角為12度。圖6-12.凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：(1).由進(jìn)刀規(guī)律，我們?cè)O(shè)計(jì)了凸輪擺桿機(jī)構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來(lái)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(lái)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(lái)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(guò)的弧長(zhǎng)即為刀頭所運(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r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長(zhǎng)度d=65mm，最大擺角β為18°,凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60°,β=0°;凸輪轉(zhuǎn)角λ=60°-270°，刀具快進(jìn)，β=5°，凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°；凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°，β=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/β,由β=18°,l=20mm，3.得到r=63.69mm，如圖7-2圖7-23.凸輪推桿機(jī)構(gòu)的設(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(lái)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(jiǎn)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λ=0°-100°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角λ=100°-285°,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn),推桿行程h=25mm;凸輪轉(zhuǎn)角λ=285°-300°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角λ=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)。4．行星輪系的計(jì)算:〔1〕用定軸輪系傳動(dòng)傳動(dòng)比=n輸入