平尺刻線機(jī)設(shè)計(jì)-機(jī)械設(shè)計(jì)與制造主體實(shí)踐

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1、課 程 設(shè) 計(jì)（ 課 程 實(shí) 習(xí) ） 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造主體實(shí)踐(一) 院（系、部）： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 姓 名： 劉志宏 同組成員： 尤景澤 江輝 王吉仁 班 級(jí)： 機(jī)132 指導(dǎo)教師簽名： 徐 林 林 2015年 7 月 10 日·北京 目錄 1.1機(jī)器的功能和設(shè)計(jì)要求…………………………………………3 1.2工作原理和工藝動(dòng)作…………………………………………… 4 1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和評(píng)定………………………………………5 1.

2、4擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖…………………………………………………12 1.5 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖……………………………………………12 1.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺度設(shè)計(jì)………………………………………13 1.7 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………18 1.8 設(shè)計(jì)結(jié)果得分析…………………………………………………20 1.9參考文獻(xiàn)…………………………………………………………20 2.0設(shè)計(jì)體會(huì)…………………………………………………………20 1.1平尺刻線機(jī)設(shè)計(jì) 一、工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程 在很多具有定量要求的相對(duì)移動(dòng)和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的零件上，需要有指示相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)量的刻

3、度線。平尺刻線機(jī)主要用于有相對(duì)移動(dòng)零件的刻線工作?？潭染€長(zhǎng)度按十進(jìn)制規(guī)律分為三種，分別指示一、五和十，并依次重復(fù)出現(xiàn)。圖1所示的鋼板尺就是用平尺刻線機(jī)加工的。顯然在加工時(shí)，平尺每送進(jìn)1 mm，刻刀刻線一次，且能自動(dòng)改變刻線長(zhǎng)度。因 圖1 鋼板尺 此，平尺刻線機(jī)主體工作機(jī)構(gòu)是刻線機(jī)構(gòu)（主運(yùn)動(dòng)）和平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)（輔助運(yùn)動(dòng)）。 二、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 (1)平尺毛坯的輪廓尺寸(圖6-14)為：1040×30mm(長(zhǎng)×寬)。 (2)要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻出不同長(zhǎng)度的線條：短線10mm；中線13mm；長(zhǎng)線18mm。相鄰兩條刻線之間的距離為1mm。從零起隔四條短線刻一條中線，隔九條刻

4、線刻一條長(zhǎng)線，然后依次重復(fù)。 (3)刻線深度為0.5mm，深度要均勻，為防止刀具磨損，要求反行程有抬刀運(yùn)動(dòng)。 (4)刻線速度：每秒鐘刻一條線。 (5)行程速度變化系數(shù)K≥1.2。 (6)為擴(kuò)大刻線機(jī)的應(yīng)用范圍，要求線條長(zhǎng)度可調(diào)(短、中、長(zhǎng)三種長(zhǎng)度的比例可不變)。 (7)刻線機(jī)在工作過(guò)程中主動(dòng)軸的角速度不均勻系數(shù)?？叹€時(shí)的切削力。 三、設(shè)計(jì)方案提示 (1) 在刻線機(jī)構(gòu)中需要考慮抬刀運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)改變線條長(zhǎng)度的機(jī)構(gòu)及其它一些必要的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 (2)根據(jù)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行傳動(dòng)計(jì)算，可初選電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n＝1450 r/min。通過(guò)傳動(dòng)比計(jì)算確定主運(yùn)動(dòng)和送進(jìn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中各

5、級(jí)傳動(dòng)比的分配。 (3) 刻線機(jī)構(gòu)為了保證刻線質(zhì)量，應(yīng)盡可能使刻刀在刻線行程內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)。抬刀機(jī)構(gòu)必須與刻線機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，即在刻線完成點(diǎn)抬刀，在刻線起始點(diǎn)落刀。為保證落刀時(shí)刀尖不碰到平尺坯上，刻刀在刻入尺坯前應(yīng)有一定距離的空程，在設(shè)計(jì)時(shí)主運(yùn)動(dòng)的行程應(yīng)考慮這段距離（可取為3～4mm）。 (4) 自動(dòng)改變行程長(zhǎng)度的附加機(jī)構(gòu)必須與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，即每進(jìn)給四次，第五次行程由短程變?yōu)橹谐?，再進(jìn)給四次短程，第五次時(shí)變?yōu)殚L(zhǎng)程，完成一次循環(huán)。顯然在進(jìn)給機(jī)構(gòu)和行程控制機(jī)構(gòu)之間，需要一個(gè)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)的控制。這一計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)要求簡(jiǎn)單實(shí)用，靈活可靠，且必須是一種純機(jī)械式的設(shè)計(jì)方案。 (5)根據(jù)對(duì)刻線機(jī)

6、工作循環(huán)的載荷變化規(guī)律和各構(gòu)件的估計(jì)質(zhì)量以及各傳動(dòng)系統(tǒng)的估算阻力，對(duì)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行力分析，求出機(jī)械系統(tǒng)一個(gè)循環(huán)的等效阻力矩變化規(guī)律，并近似以其平均值計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)功率，選擇合適的電動(dòng)機(jī)功率。 四、設(shè)計(jì)任務(wù) （1） 根據(jù)工藝動(dòng)作要求擬定并繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖； （2） 進(jìn)行刻線機(jī)構(gòu)和平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)的選型； （3） 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇； （4） 根據(jù)選定的原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案，分配傳動(dòng)比，并在圖紙上畫(huà)出傳動(dòng)方案圖； （5） 對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算； （6） 對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，畫(huà)出運(yùn)動(dòng)線圖，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬； （7） 畫(huà)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖

7、； （8） 進(jìn)行飛輪設(shè)計(jì)； （9） 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 1.2.三運(yùn)動(dòng)分析 1.運(yùn)動(dòng)要求：實(shí)現(xiàn)“抬刀—刻線－抬刀－刻線”的運(yùn)動(dòng)。 2.功能分析：刻線機(jī)主要由抬刀機(jī)構(gòu)、刻線機(jī)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成。抬 刀機(jī)構(gòu)用于刻線時(shí)將刀具壓下；刻線機(jī)構(gòu)用于刻線，刻線機(jī)構(gòu)要有急回特性：進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔以及改變刻線長(zhǎng)度。 六．機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案擬定 1.刻線機(jī)構(gòu)的方案選定 方案一： 此方案為六桿機(jī)構(gòu)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合。 主要優(yōu)點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)副為低副，磨損小，且制作簡(jiǎn)便，可以傳遞遠(yuǎn)距離的動(dòng)作。 主要缺陷：慣性力和慣性力矩不易平衡，設(shè)計(jì)比高副機(jī)構(gòu)復(fù)雜，有時(shí)為了滿足需要需要增

8、加運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目，會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)誤差，影響傳動(dòng)精度。 方案二： 刀具工作臺(tái)下的圓柱體實(shí)現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓柱外表面開(kāi)槽，通過(guò)槽位置的設(shè)定和工作臺(tái)下桿和槽的配合實(shí)現(xiàn)可控的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和其急回特性，上右圖就為展開(kāi)的圓柱外圓槽曲線。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可實(shí)現(xiàn)可控往復(fù)運(yùn)動(dòng)的功能要求，且有急回特性。 缺點(diǎn)：此方案需要的圓柱體較大，效率低，磨損問(wèn)題較為嚴(yán)重，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，較為危險(xiǎn)。 方案三: 通過(guò)凸輪控制載刀臺(tái)的水平方向的前后刻線運(yùn)動(dòng)從而完成刻線。 主要優(yōu)點(diǎn)： 只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞纯墒箯膭?dòng)件實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，完全可以實(shí)現(xiàn)刀具在刻線時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)。并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，工作可靠。

9、缺點(diǎn)：凸輪為高副接觸，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。 綜合上面的分析，由于刻線機(jī)構(gòu)大部分為低速機(jī)構(gòu)，又要求精度較高，且結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，同時(shí)要求刻線時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)。(2)與（3）比較,圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪徑向尺寸比盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪徑向尺寸要小得多，所需凸輪活動(dòng)空間也小。但是它的軸向尺寸卻增大了，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還應(yīng)根據(jù)允許的空間大小，最后決定選擇方案（3） 2抬刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案一 此方案存在明顯不足：由于是靠彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)抬刀落刀的，所以刻線深度容易存在較大誤差。 方案二 用此連桿機(jī)構(gòu)會(huì)增大機(jī)構(gòu)所占空間，且比較復(fù)雜。 方案三 仍采用凸輪機(jī)構(gòu)完成抬刀落刀運(yùn)動(dòng)，且能完全控制

10、刀具運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)構(gòu)緊湊。 綜上，選取方案3為抬刀機(jī)構(gòu)。 3 工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案的選用 方案一 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與外棘輪組合機(jī)構(gòu)，通過(guò)右面的棘輪把間歇的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞出去。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力較小，運(yùn)動(dòng)靈活，利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)右輪的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但不緊湊。 方案二 差動(dòng)螺旋可實(shí)現(xiàn)尺坯的先后運(yùn)動(dòng)，但在改變尺坯左右方向上局限性很大，因?yàn)橐淖兛潭鹊拈L(zhǎng)度，所以這種方法不適用。 方案三 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與外棘輪組合機(jī)構(gòu)，通過(guò)右面的棘輪把間歇的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞出去。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力較小，運(yùn)動(dòng)靈活，，利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)右輪的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但不緊湊。 綜上，這里選擇方案三。

11、 同時(shí)工作臺(tái)上安放塔輪來(lái)實(shí)現(xiàn)改變刻線長(zhǎng)度 塔輪造型如下圖 工作時(shí)刀具從內(nèi)向外刻線，刻短線時(shí)水平桿抵在內(nèi)圓上，每刻四個(gè)短線，水平桿抵在中圓上，鋼尺平臺(tái)向刀具（圖中是向右）移動(dòng)刻出中線；同理刻出長(zhǎng)線。 這里，用一個(gè)棘輪控制塔輪的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)（具體說(shuō)明在總體設(shè)計(jì)方案后面）。 四整體方案設(shè)計(jì)1 整體方案設(shè)計(jì)2 整體方案3 備注（右側(cè)工作臺(tái)工作原理） 具體說(shuō)明如下圖 電動(dòng)機(jī)帶著曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與外棘輪組合機(jī)構(gòu)，通過(guò)右面的棘輪把間歇的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞出去，傳遞給塔輪，使它 配合工作臺(tái)間歇運(yùn)動(dòng)。 塔輪的具體構(gòu)造 方案論證，對(duì)于1方案，有用到彈簧機(jī)構(gòu)，所以不差比較大，不適合，對(duì)于

12、2方案主要研究的是機(jī)構(gòu)走刀的左右形成問(wèn)題，但考慮到刻度機(jī)在刻線時(shí)有一個(gè)勻速前行的過(guò)程，很顯然塔輪上面的凸起溝槽不能夠是刻線機(jī)在工作時(shí)按照既定方案勻速刻線，所以排除第2方案，最終確定第3方案。 1.3機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖為 1.4刻線機(jī)構(gòu)兩凸輪輪廓參數(shù)的確定 刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡如下： 說(shuō)明：（1）刀具分為水平方向和豎直方向的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)。 （2）刀具水平運(yùn)動(dòng)抬刀后要有急回運(yùn)動(dòng)。 （3）刀具水平勻速運(yùn)動(dòng)的距離為最長(zhǎng)刻線的長(zhǎng)度18mm，這樣保證了刻線的均勻。這里靠載鋼尺的工作臺(tái)的左右移動(dòng)完成刻線長(zhǎng)度的改變，靠鋼尺進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成刻線。 （4）黑線為刀具黃線為刀具運(yùn)動(dòng)軌跡藍(lán)線為刻線。 （5）我們考慮

13、了刻刀在刻入尺坯前應(yīng)有的空程距離，這段距離大概3到4mm 1.5控制水平運(yùn)動(dòng)的凸輪 1. 控制刀具水平運(yùn)動(dòng)凸輪輪廓（對(duì)心尖頂從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)）的設(shè)計(jì) 這里采用解析法 第一步：設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律： 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)定： 凸輪轉(zhuǎn)角為? 角速度ω為 (4*л/3)rad/s = 240度/s Vmax=V刻線=24mm/s 行程速比系數(shù)K=2.6 t工作=1.083s t回程=5/12s Hmax=22mm H刻線=18mm 速度v解析式如下： 0≤?≤2л v1=12-12cos(9?/2) 0≤?≤2л/9 v2=24 2л/9≤?

14、≤11л/9 V3=12-12cos(9?/2-9л/2) 11л/9≤?≤13л/9 V4=cos(?-л)- 13л/9≤?≤2л 位移s的解析式如下： S1=9?/л-2sin(9?/2)/л 0≤?≤2л/9 S2=18?/л-2 2л/9≤?≤11л/9 S3=9?/л+9-2sin(9?/2) 11л/9≤?≤13л/9 S4=22+11sin(18?/5-26л/5)/л-198(?-13л/9)/5/л) 13л/9≤?≤2л 加速度a的解析式如下： a1=72лsin(9?/2) 0≤?≤2л/9 a2

15、=0 2л/9≤?≤11л/9 a3=-72лsin(9?/2-11л/2) 11л/9≤?≤13л/9 a4=-72лsin(18?/5-26л) 13л/9≤?≤2л 第二步： 設(shè)計(jì)凸輪曲線輪廓 凸輪基圓半徑的選擇方法： 1. 采用理論計(jì)算. Rmin=√((ds/d?e/tgα-s)2+) α=[α]=30度 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Rmin>=30mm 這里選取基圓半徑Ro=50mm 2. 控制抬刀的凸輪（對(duì)心尖頂盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)）曲線輪廓的設(shè)計(jì)（使用圖解法） 這里基圓半徑r=20mm(經(jīng)由前面計(jì)算得到） H=3.5mm 位移s

16、的解析式如下： S1=?-лsin(л?) 0≤?≤ S2= ≤?≤11л/9 S3=лsin(9?-11л)-л?+ 11л/9≤?≤13л/9 S4=0 13л/9≤?≤2л 速度v的解析式如下： V1=л-лcos(?) 0≤?≤ V2=0 ≤?≤ 11л/9 V3=21cos(9?-11л)-21 11л/9≤?≤13л/9 V4=0

17、 13л/9≤?≤2л 加速度a的解析式如下： a1=sin(?) 0≤?≤ a2=0 ≤?≤11л/9 a3=-252лsin(9?-11л) 11л/9≤?≤13л/9 a4=0 13л/9≤?≤2л 將各段分5份使用’反轉(zhuǎn)法 ’ 畫(huà)出輪廓曲線 曲線輪廓見(jiàn)下圖 1.6塔輪機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) 塔輪中的最外有效直徑差值（綠色的外圓與黃圓）為（18-10）x2，即差值為10，塔輪黃色和紅色 的圓有效直徑差值

18、為（13-10）x2, 即差值為6,最內(nèi)部的紅色圓的直徑可以適當(dāng)選擇，只需使刻線長(zhǎng)短滿足差值一半。 CAD成圖 1.7 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 刻線機(jī)構(gòu)主軸轉(zhuǎn)速n1=40r/min 進(jìn)給間歇機(jī)構(gòu)主軸轉(zhuǎn)速n2=80r/min 首先選擇電動(dòng)機(jī)，常用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)如下表： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定 取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比ib=2～4，齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比ig=3～5，則傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為： i=ibig=(2～4)×(3～5)=6～20 故得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為： n=80x(6~20)=480-1600r/min 查表，選擇選用Y90L-4的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/m 取帶傳

19、動(dòng)的傳動(dòng)比為4.兩個(gè)傳動(dòng)比分別為刻線機(jī)構(gòu)i1=37.5, 進(jìn)給機(jī)構(gòu)i2=18.75 傳動(dòng)圖 如 各個(gè)齒輪的齒數(shù)見(jiàn)上圖。 1.8設(shè)計(jì)結(jié)果的分析 機(jī)器的應(yīng)用可以充分利用，節(jié)省了成本，大大提高了生產(chǎn)效率。 平尺刻線機(jī)代替了以往的人工作業(yè)，提高了機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率，節(jié)省了人力及時(shí)間，改善了人們的作業(yè)環(huán)境。 本設(shè)計(jì)采用一般思路應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)控制刻線和抬刀，用塔輪機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)配合完成定時(shí)、定量的進(jìn)料動(dòng)作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不復(fù)雜，理論上達(dá)到了刻線要求及其它相應(yīng)工作條件。理論上本機(jī)使用價(jià)值高，經(jīng)濟(jì)效益高，由于本設(shè)計(jì)沒(méi)有做試驗(yàn)，對(duì)其實(shí)際的可行性程度還不能確定。 1.9參考文獻(xiàn) [1] 材料力

20、學(xué)（第五版）.高等教育出版社. [2] 江帆主編.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2012:12 [3] 北京理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室編.機(jī)械制圖.6版.北京：高等教育出版社，2007.7 [4] 簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.5 2.0設(shè)計(jì)體會(huì) 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要一步一步循序漸進(jìn)地去做。首先要了解要做什么機(jī)器要完成什么工作，接著去分析欲完成其工作的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，然后去想做該運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)能有哪些，在之前的課程設(shè)計(jì)中我們沒(méi)有很深刻的理解這一點(diǎn)，加之上學(xué)期有電子實(shí)習(xí)，沒(méi)有按時(shí)請(qǐng)教老師，導(dǎo)致了方案遲遲沒(méi)有確定和完成，我們?nèi)詧?jiān)持最初方案，并不斷改正，這期間有很多問(wèn)題，但得到了徐老師和竇老師的理解和幫助，在此感謝各位老師的寬容。在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的尺寸時(shí)，我們?nèi)シ治鲞\(yùn)動(dòng)規(guī)律是否符合工作的過(guò)程。再去檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，能否正常工作，滿足一些要求。 每個(gè)步驟都記錄，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中會(huì)有很多的錯(cuò)誤和未知因素（未想到的因素）的干擾，出現(xiàn)這些問(wèn)題時(shí)要經(jīng)常翻回去重新計(jì)算、分析，甚至是重新設(shè)計(jì)方案。 這次課設(shè)是對(duì)我們的一次深刻歷練，我們一定汲取教訓(xùn)，爭(zhēng)取在日后的機(jī)械其他課程中逐漸彌補(bǔ)不足和缺陷，再次感謝竇老師和徐老師的認(rèn)真批閱和指正！