1、機械原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：半自動鉆床設(shè)計者 ： xxx 指導(dǎo)教師： cq 2010-11-17目錄1.設(shè)計要求 32. 功能分解 43. 執(zhí)行機構(gòu)選擇與比較 54. 機械系統(tǒng)運動方案的選擇 165. 工作循環(huán)圖 166. 尺寸計算 167. 運動簡圖 248. 總結(jié) 259. 參考資料 25設(shè)計要求半自動鉆床機能夠?qū)崿F(xiàn)送料、 定位、和孔的一體化功能。 由零件尺寸知道設(shè) 計要求的機床的進料機構(gòu)工作行程大于等于 40mm，動力鉆頭工作行程大于 18mm， 電動機轉(zhuǎn)速 960r/min ，每分鐘 1 件構(gòu)件加工好。半自動鉆床機由送料機構(gòu)， 定位機構(gòu)， 進刀機構(gòu)以及電動機組成。 送料機構(gòu) 將被加

2、工工件推入加工位置并由定位機構(gòu)使被加工工件可靠固定， 最終由進刀構(gòu) 負責動力頭的升降來進行鉆孔工作。選擇送料機構(gòu)時要考慮到被加工的構(gòu)件的形狀，送料機構(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)移動構(gòu)件走直線軌跡段推構(gòu)件 向前進，用定位機構(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，退出時可以用送料機構(gòu)送的構(gòu)件推出加工臺，以此來實現(xiàn)循環(huán)加工。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，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；3. 圖紙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

3、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)； 要求設(shè)計該半自動鉆床的送料、定位、及進刀的整體傳動系統(tǒng)。其中：1. 鉆頭由動力頭驅(qū)動，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，還需要設(shè)計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)運動循 環(huán)要求見下表。3. 采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。機構(gòu)運動循環(huán)要求10o20o 30o45o60o 75o 90o105o 270o300o360o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

4、進慢進快退休止功能分解功能分解圖：原動機輸出能變速齒輪機構(gòu)進料機構(gòu)功能進料、加緊定位、進夾緊定位機構(gòu)功能 退刀要協(xié)調(diào)工作（依靠凸輪機構(gòu)）進刀退刀機構(gòu)功能半自動鉆床的工作原理是利用轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)和進刀切削掉工件的余料而得到工 件尺寸形狀。工藝動作過程由送料、定位、鉆孔三部分組成。各個機構(gòu)的運動由 同一電機驅(qū)動， 運動由電動機經(jīng)過減速裝置后分為兩路， 一路隨著傳動系統(tǒng)傳送 動力到定位機構(gòu)和送料機構(gòu)， 分別帶動凸輪做轉(zhuǎn)動控制四桿機構(gòu)對工件的定位和 帶動凸輪四桿機構(gòu)控制推桿做往復(fù)直線運動。 另一路直接傳動到鉆頭的進退刀機 構(gòu)，控制鉆頭的進退，既該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的 960r/min 降到

5、主軸的 1r/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， 最后由凸輪機構(gòu)推動四桿機構(gòu)，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較高的加工質(zhì)量?；具\動為：推桿的往復(fù)直線運動， 定位機構(gòu)的間歇運動和鉆頭的往復(fù)運動。 此外，還要滿足傳動性能要求：1 送料、定位、進刀機構(gòu)在凸輪軸不同轉(zhuǎn)角時候快慢行程不同。2 各個機構(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。機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能：三 執(zhí)行機構(gòu)的選擇根據(jù)前述設(shè)計要求， 送料機構(gòu)應(yīng)該做往復(fù)運動， 并且必須保證工作行程中有 快進、休止和快退過程。定位機構(gòu)也有休止、快進、快退過程。進

6、刀機構(gòu)有快進 和慢進、快退和休止過程。 此外三個機構(gòu)之間還要滿足隨著凸輪軸轉(zhuǎn)角不同完成 動作的過程不同且相互配合。 這些運動要求不一定完全能夠達到， 但必須保證三 者之間相互滿足凸輪不同角度時候配合完好， 以及送料機構(gòu)的往復(fù)運動和進刀機 構(gòu)的往復(fù)循環(huán)及各個機構(gòu)的間歇運動。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。方案一： A1 由于電動機的轉(zhuǎn)速是 960r/min ，而選用設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為 1r/min?？梢钥紤]利用行星輪進行大比例的降速，然后采用蝸輪變向。考慮到

7、蝸 輪傳動效率較低可以采用錐齒輪變向。對比方案二： 定軸輪系傳動；傳動比 =n 輸入 /n 輸出 =960傳動比很大， 要用多級傳動。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 ,等待送料 ,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能，并且定位機構(gòu) 的工作行程要求是 20mm。方案一：該定位系統(tǒng)利用了桿機構(gòu)的增力作用， 可以提供足夠的力來加緊零 件，選取凸輪作為原動件實現(xiàn)間歇定位的要求。對比方案二：該定位系統(tǒng)利用四桿機構(gòu)中死點的積極作用， 選取凸輪結(jié)合夾 緊機構(gòu)共同作用達到定位

8、機構(gòu)和間歇定位的要求。對比方案三：該定位系統(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，它就可以滿足實際要求了。對比方案四：采用一對凸輪機構(gòu)相向放置，凸輪推壓導(dǎo)桿，定位零件，凸輪 滿足了間歇定位的要求對比方案五：選用凸輪作為原動件，利用杠桿的轉(zhuǎn)動，帶動導(dǎo)桿運動，將零 件夾緊3. 進料功能進料也要要求有一定的間歇運動，并且其工作行程不小于 40mm，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將動

9、力傳遞給進料機構(gòu)。 可以在 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)進料但機構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)不好。方案一：采用一個四桿機構(gòu)通過齒輪弧帶動齒條， 齒條推動零件實現(xiàn)進料功 能。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)。對比方案二： 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

10、輪機構(gòu)。對比方案三：采用曲柄滑塊機構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)很緊湊，機構(gòu)簡單AB=20mm、BC=30mm，D 端推動待加工零件。 A 處連接傳動軸對比方案四：采用凸輪來完成進料，靠彈簧復(fù)位，要求凸輪比較大，不利于 遠距離的運動傳遞。凸輪太大，其基半徑為 10mm，導(dǎo)程為 40mm。A 處連接傳 動軸。對比方案五：凸輪作為原動件， 通過杠桿和鉸接在滑塊上的橫桿來推動待加 工零件，彈簧起到復(fù)位作用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

11、轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動 實現(xiàn)進刀方案一：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。對比方案二：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)。對比方案三：采用不完全齒輪其中只要 2r3.14

12、 A角的度數(shù)除以 36018mm即可。 A 處連接動力軸對比方案四： 利用曲柄滑塊機構(gòu)， 可以實現(xiàn)周期性的進刀退刀， 有急退急進 功能，但是動力傳動布置不方便。 A 處連接動力軸對比方案五：采用四桿機構(gòu)， 通過不完全齒輪帶動中間過度齒輪帶動齒條上對比方案六： 利用凸輪機構(gòu)推動杠桿實現(xiàn)進刀退刀功能， 因為杠桿比較細長， 不可避免的振動較大下運動，實現(xiàn)動力頭的進給，完成進刀退刀， A 處連接動力軸四 機械系統(tǒng)運動方案的選擇 若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 =960/1=960 ,非常大，此時若再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速，但是效率不 高，所以采用行

13、星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，相比單純的采用齒輪傳動， 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，再用錐齒輪變向。機構(gòu)的送料裝置采用由齒輪、 齒條與四桿機構(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。 四桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)， 不完全齒輪固結(jié)在搖桿上， 搖桿做往復(fù)運 動，帶動齒條來回運動。機構(gòu)的定位機構(gòu)由凸輪機構(gòu)結(jié)合四桿機構(gòu)的增力作用來工作， 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

14、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。五 工作循環(huán)圖六 尺寸計算1 送料機構(gòu)機構(gòu)采用如下分析送料機構(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 8.57 ，則由180 (K 1)K1得 K=1.1 ，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：(如下圖)AB=11 BC=65 CD=25.36 DA=60 DE=40.57 該尺寸可以滿足設(shè)計要求，即滑塊的左右運動為40，ABCD的極位夾角為在 AutoCAD上畫圖

15、檢驗計算2 凸輪擺桿機構(gòu)的設(shè)計(進刀退刀機構(gòu)的設(shè)計) 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r 0=40mm， 中心距BI=80mm，擺桿長度 AB=65mm凸輪轉(zhuǎn)角 =0-60, 休止;凸

16、輪轉(zhuǎn)角 =60-270 ，刀具快進。凸輪轉(zhuǎn)角 =270-300 ，刀具快退；凸輪轉(zhuǎn)角 =300-360 ，休止。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3. 得到 EF=63.69mm，4該機構(gòu)中的凸輪用繪圖軟件設(shè)計得過程截圖速度曲線3 夾緊機構(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 :AB=BC=ED=40mm,BD=8。mm設(shè)計基圓半徑 r=40mm,偏心

17、距 e=0凸輪轉(zhuǎn)角 =90 -10 , 定位機構(gòu)休止 ,推桿行程 h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角 =10 -30 , 定位機構(gòu)快進 ,推桿行程 h=5mm;凸輪轉(zhuǎn)角 =30 -50 , 定位機構(gòu)休止 ,推桿行程 h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角 =50 -90 , 定位機構(gòu)快退 ,推桿行程 h=-5mm;其凸輪為其過程為推桿的加速度：Z1=30 Z2=15 Z2=20 Z3= 40 傳動比 iH3=960根據(jù)行星輪傳動公式：i（ H3）=Z2 Z 3【 Z 2（ Z2 + Z3） Z2（ Z2+Z1 ）】， 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）100100齒輪參數(shù)模數(shù)（ mm）壓力角（）齒數(shù)（個）直徑（ mm）齒輪 12.203060齒輪 22201530齒輪 22202040齒輪 32204080七 機構(gòu)運動簡圖八 總結(jié) 通過本次課程設(shè)計感受到了設(shè)計過程中的艱辛。特別是對于從來沒有經(jīng)歷 過親身設(shè)計的我來說， 剛開始根本感覺無處下手。 在老師的悉心指導(dǎo)和們的熱心 幫助下，根據(jù)任務(wù)書和指導(dǎo)書上的要求， 結(jié)合自己平時的理論基礎(chǔ)和查閱大