半自動鉆床 課程設計報告書

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1、 課程設計說明書 課程名稱：半自動鉆床 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 班級： 學號： 姓名： 指導老師： 2017年01月06日 11 / 12 目錄： 一、課程設計要求2 二、所設計的機構(gòu)工作原理4 三、功能分解圖和執(zhí)行機構(gòu)動作6 五、機構(gòu)運動總體方案圖〔機構(gòu)運動簡圖11 六、執(zhí)行機構(gòu)設計過程及尺寸計算12 七、機構(gòu)組合15 八、工作循環(huán)圖16 九、設計總結(jié)17 一、課程設計要求 1.設計題目 設計加工圖1所示工件ф12mm孔的半自動鉆床。進刀機構(gòu)負責動力頭的升降.送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置

2、.并由定位機構(gòu)使被加工工件可靠固定。 圖1 加工工件 圖2 半自動鉆床設計數(shù)據(jù)參看表3。 方案號 進料機構(gòu) 工作行程 mm 定位機構(gòu) 工作行程 mm 動力頭 工作行程 mm 電動機轉(zhuǎn)速 r/mm 工作節(jié)拍〔生產(chǎn)率 件/min A 40 30 15 1450 1 B 35 25 20 1400 2 C 30 20 10 960 1 表3 半自動鉆床凸輪設計數(shù)據(jù) 2.設計任務 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設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 3 圖紙

3、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)的設計計算。按各凸輪機構(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設計計算其他機構(gòu)。 6編寫設計計算說明書。 7學生可進一步完成：凸輪的數(shù)控加工.半自動鉆床的計算機演示驗證等。 3.設計提示 1鉆頭由動力頭驅(qū)動.設計者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.還需設計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)運動循環(huán)要求見表4。 3可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。 表4 機構(gòu)運動循環(huán)要求

4、凸輪軸 轉(zhuǎn)角 10o 20o 30o 45o 60o 75o 90o 105o～270o 300o 360o 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 快進 快進 快退 休止 二、所設計的機構(gòu)工作原理 1.機構(gòu)的工作原理 該系統(tǒng)由電機驅(qū)動.通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的2r/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 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

5、較高的加工質(zhì)量.具體的選擇原理和工作原理如下： 2.機構(gòu)的選擇原理 〔1原動機的分類： 原動機的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類： 1一次原動機 此類原動機是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能.因此稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機.汽油機.汽輪機和燃汽機等。 2二次原動機 此類原動機是將發(fā)電機等能機所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能.因此稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機.液壓馬達.氣壓馬達.汽缸和液壓缸等。 〔2選擇原動機時需考慮的因素： 1考慮現(xiàn)場能源的供應情況。 2考慮原動機的機械特性和工作制度與工作相匹配。 3考慮工作機對原動機提出的啟動.過載.運

6、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.操作簡易.維修方便。 6為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益.須考慮經(jīng)濟成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護成本。 綜上所述.在半自動鉆床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。 3.傳動機構(gòu)的選擇和工作原理 〔1傳動機構(gòu)的作用 1>把原動機輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。 2>把原動機輸出的速度降低或提高.以適應執(zhí)行機構(gòu)的需要。 3>用原動機進行調(diào)速不經(jīng)濟和不可能時.采用變速傳動來滿足執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常調(diào)要求 4把原動機輸出的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變 5實現(xiàn)由一個或多個動力機驅(qū)動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機構(gòu)。 6

7、由于受機體的外形.尺寸的限制.或為了安全和操作方便.執(zhí)行機構(gòu)不宜與原動機直接連接時.也需要用傳動裝置來聯(lián)接。 〔2傳動機構(gòu)選擇的原則 1>對于小功率傳動.應在考慮滿足性能的需要下.選用結(jié)構(gòu)簡單的傳動裝置.盡可能降低初始費用。 2>對大功率傳動.應優(yōu)先考慮傳動的效率.節(jié)約能源.降低運轉(zhuǎn)費用和維修費用。 3當執(zhí)行機構(gòu)要求變速時.若能與動力機調(diào)速比相適應.可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當執(zhí)行機構(gòu)要求變速范圍大。用動力機調(diào)速不能滿足機械特性和經(jīng)濟性要求時.則應采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機構(gòu)要求連續(xù)變速外.盡量采用有級變速。 4執(zhí)行機構(gòu)上載荷變化頻繁.且可能出現(xiàn)過載.這時應加過載保護裝置

8、。 5主.從動軸要求同步時.應采用無滑動的傳動裝置。 6>動裝置的選用必須與制造水平相適應.盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的標準傳動裝置.加減速器.變速器和無級變速器等。 三、功能分解圖和執(zhí)行機構(gòu)動作 1.功能分解圖如下圖 圖3 2.執(zhí)行構(gòu)件的選擇 〔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)我設計的傳動。 〔2定位功能 由于我們設計的機構(gòu)要有間歇往復的運動.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

9、送料,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。、 〔3進料功能 進料也要要求有一定的間歇運動.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來傳遞.再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運動實現(xiàn)進料。 〔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,齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動實現(xiàn)進刀. 四、運動方案的選擇與比較 1.方案的分析與比較 〔1減速機構(gòu)：由于電動機的轉(zhuǎn)速是1450r/min.而設計要求的主軸

10、轉(zhuǎn)速為2r/min.利用行星輪進行大比例的降速.然后用圓錐齒輪實現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。 圖4-1 〔2對比機構(gòu)：定軸輪系傳動；傳動比=n輸入/n輸出=700 傳動比很大.要用多級傳動。如圖4-2. 圖4-2 <3> 進刀機構(gòu)： 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。 圖4-3 〔4對比機構(gòu)：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

11、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)。 圖4-4 〔5送料系統(tǒng)：采用一個六桿機構(gòu)來代替曲柄滑塊機構(gòu).由于設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)在本設計中在尺寸上很小。所以考慮到所設計的機構(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)。如圖4-5。 圖4-5 〔6對比機構(gòu)：所選用的對比四桿機構(gòu)如下圖<圖4-6>.由于在空間上軸與軸之間的

12、距離較大.但選用下來此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機構(gòu)。 圖4-6 〔7定位系統(tǒng)：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.它就可以滿足我們的實際要求了。 圖4-7 〔8對比機構(gòu)：采用彈力急回間歇機構(gòu)來代替偏置直動滾子從動件盤型凸輪.它是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復運動。這樣也可以完成實際要求.但是為了使設計的機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊.又能節(jié)省材料.所以還是選偏置直動滾子從動件盤型凸輪來完成定位

13、。 圖4-8 五、機構(gòu)運動總體方案圖〔機構(gòu)運動簡圖 根據(jù)前面表3-3中實線連接的方案的運動簡圖確定本設計中半自動鉆床的總體方案圖如圖5-1 圖5-1 六、執(zhí)行機構(gòu)設計過程及尺寸計算 1．送料機構(gòu)采用如下分析 送料連桿機構(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12度.則由.得K=1.14.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：〔如圖6-1 AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8 該尺寸可以滿足設計要求.即滑塊的左右運動為40.ABCD的極位

14、夾角為12度。 圖6-1 2.凸輪擺桿機構(gòu)的設計： <1>由進刀規(guī)律.我們設計了凸輪擺桿機構(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。具體設計步驟如下： 1根據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設計凸輪基圓半徑r0=40mm.中心距A=80mm.擺桿長度d=65mm.最大擺角β為18°, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60°

15、,β=0°; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=60°-270°.刀具快進.β=5°. 凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°； 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°.β=0° 2設計圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設計出圓形齒輪的半徑r=l/β,由β=18°, l=20mm. 3得到r=63.69mm.如圖6-2 圖6-2 3.凸輪推桿機構(gòu)的設計： 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.而且響應快速.機構(gòu)簡單緊湊。具體設計如下: 設計基圓半徑r0=40mm,偏心距

16、e=25 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-100°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=100°-285°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=25mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=285°-300°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-25mm; 設計偏心距e=25的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位.其定位桿的行程為25故如此設計。 4．行星輪系的計算: 〔1用定軸輪系傳動 傳動比=n輸入/n輸出=700 傳動比很大.要用多級傳動。 〔2用行星輪系傳動 圖6-3 Z1=35 Z2=20

17、Z2’=20 Z3=35 傳動比iH3=700 根據(jù)行星輪傳動公式：i〔H3=1-i<31>H=1-Z2’Z1/Z3Z2 由i<1H>=1-Z2'Z1/Z3Z2.考慮到齒輪大小與傳動的合理性.經(jīng)過比較設計皮帶傳動機構(gòu)與齒輪系傳動機構(gòu)的相應參數(shù)如下表： 皮帶輪參數(shù) 名稱 皮帶輪1 皮帶輪2 半徑〔mm 100 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)〔mm 壓力角〔° 齒數(shù)〔個 直徑〔mm 齒輪1 2 20 35 70 齒輪2 2 20 20 40 齒輪2’ 2 20 20 40 齒輪3 2 20 35 70 七、機構(gòu)組合 上述各

18、機構(gòu)方案擇優(yōu)形成如下的機械系統(tǒng)運動方案組合。 機械系統(tǒng)方案 E1 E2 E3 變速機構(gòu) A2 A1 A1 送料機構(gòu) B3 B1 B2 定位機構(gòu) C1 C2 C1 進刀機構(gòu) D2 D1 D1 方案1的設計矩陣為E1={A2 B3 C1 D2} 鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速.由于設計要求傳動比=n輸入/n輸出 =1450/1=1450 ,非常大.此時再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速。 機構(gòu)的送料裝置采用由凸輪與四桿機構(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。盤形凸輪機構(gòu)把轉(zhuǎn)動動力輸入給

19、四桿機構(gòu)中的一個桿件從而轉(zhuǎn)化為這個桿件的往復運動.此機構(gòu)中的四桿機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu).由此雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)滑塊的往復運動。同時設計凸輪尺寸來滿足滑塊的間歇運動和快慢交替的變速運動。 機構(gòu)的定位機構(gòu)由凸輪機構(gòu)結(jié)合四桿機構(gòu)的死點來夾住工件.并按要求設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。 方案2的設計矩陣為E2={A1 B1 C2 D1}。 半自動鉆床的變速機構(gòu)采用行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變.相比單純的采用

20、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。 送料裝置如果采用凸輪滑塊機構(gòu).雖然可以實現(xiàn)滑塊的往復運動.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構(gòu)。 采用C2 類型的定位裝置可以滿足設計要求.但是整個半自動鉆床的空間尺寸有限這樣的設計務必會占用較大的空間從而使材料的使用增多.浪費了材料。 進刀機構(gòu)采用D1時候能夠滿足設計要求.但是機構(gòu)構(gòu)件之間缺乏穩(wěn)定的傳動.對制造出的工件精度很難保證質(zhì)量。 更具鉆床每分鐘完成一個工件的鉆孔的設計要求.并且選用能夠提供間歇運動的機構(gòu).以及結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡

21、單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標.選取設計方案E1/。實際采用的半自動鉆床運動方案如下圖所示： 1電動機 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 八、工作循環(huán)圖 鉆床進刀、鉆孔和退刀為一個運動循環(huán)。應該保證鉆床在鉆孔運動循環(huán)中.定位裝置和送料裝置和鉆頭在時間和凸輪轉(zhuǎn)動角度上相互協(xié)調(diào)。根據(jù)半自動鉆床各執(zhí)行機構(gòu)的運動要求.繪制機構(gòu)系統(tǒng)的運動循環(huán)圖如下： 九、設計總結(jié) 通過本次為期一周的機械原理課程設計.在感受到了設計過程的艱辛的同時也收獲了豐富的經(jīng)驗。相比于在機械

22、工程方面的感性直觀認識的認識實習和金工實習.本次課程設計則主要集中于理性的分析和設計思考。從開始的感覺無處下手.到在老師的悉心指導和組員們的幫助下.根據(jù)任務書和指導書上的要求.并結(jié)合的理論知識和查閱大量資料的順利完成課程設計任務。 機械原理是研究機械中機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動.以及機器的結(jié)構(gòu)、受力、質(zhì)量和運動的學科。人們一般把機構(gòu)和機器合稱為機械。機構(gòu)是由兩個以上的構(gòu)件通過活動聯(lián)接以實現(xiàn)規(guī)定運動的組合體。機器是由一個或一個以上的機構(gòu)組成.用來做有用的功或完成機械能與其他形式的能量之間的轉(zhuǎn)換。其作為機械類或近機械類中重要的一門專業(yè)基礎課.對于后續(xù)的專業(yè)學習有著重要的作用。本次課程設計使我更加深入地了解

23、了一些簡單機構(gòu)的元件的作用.更加深入地接觸到了關(guān)于機械原理和設計等的要領和技能。 在設計內(nèi)容繁多的情況中.我深深地體會到了能夠熟練地運用CAD等繪圖軟件無疑在設計效率上更勝一籌.同時操作CAD也成為了一種在機械專業(yè)的基本技能。 其次.本次課程設計無形中要求將理論知識融入實踐設計中.并涉及到用自己所掌握的理論知識逐個解決在機械設計中遇到的各種問題。在以后的學習工作中.應具備嚴謹?shù)膽B(tài)度和著眼實踐的思想。同時應逐漸培養(yǎng)堅韌的精神.以在繁瑣的機構(gòu)設計過程中保持良好的心態(tài)。通過不斷地實踐實習鞏固已有的理論基礎知識.以便在此基礎上進行創(chuàng)造性的機械設計.得到更為高效、便捷、經(jīng)濟的機械系統(tǒng)。 最重要的是.通過本次課程設計讓我體驗了如何將理論知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)實際所需。讓我更早接觸機械設計有關(guān)的要領和技能.為以后的機械設計課程設計和畢業(yè)設計打好了基礎.更值得一提的是為我們以后走出學校走向崗位奠定良好的基石。