1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)半自動(dòng)鉆床組長 ：陳儀平組員：陳鑫 陳嘉良 曹志鵬 胡思宇 曾芳圓1：概述及其設(shè)計(jì)要求一、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)加工所示工件12mm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。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40mm，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

2、進(jìn)行鉆孔工作。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(tái)，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(tái)，以此來實(shí)現(xiàn)循環(huán)加工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(jiǎn)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，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對(duì)盤狀凸輪要用電算法計(jì)算

3、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1.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求1.3設(shè)計(jì)方案提示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)。凸輪軸轉(zhuǎn)角10203045607590105270300360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)快進(jìn)快退休止機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求表二 ：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)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

4、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)動(dòng)力到定位機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)，分別帶動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)工件的定位和帶動(dòng)六桿機(jī)構(gòu)控制推桿做往復(fù)直線動(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(duì)應(yīng)的性能要求。三：機(jī)構(gòu)的選用根據(jù)前述設(shè)計(jì)要求，送料機(jī)構(gòu)應(yīng)該做往復(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

5、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)。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?？梢钥紤]利用行星輪進(jìn)行大比例的降速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖方案二：定軸輪系傳動(dòng)；傳動(dòng)比 =n輸入/n輸出 =1450相比較于方案一，傳動(dòng)比很大，要用多級(jí)傳動(dòng)，所用齒輪較多，結(jié)構(gòu)占用空間體積大。所以選擇行星輪減速機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)方案一：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

6、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)。由于本設(shè)計(jì)送料時(shí)不要求在傳動(dòng)過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但選用下來尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機(jī)構(gòu)。 方案二：進(jìn)刀機(jī)構(gòu)方案一：從動(dòng)件盤行凸輪機(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。方案二：去掉一個(gè)平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)

7、，這樣也可以來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，但是當(dāng)加了四桿機(jī)構(gòu)以后達(dá)到改善傳動(dòng)的效果，改善了空間傳動(dòng)關(guān)系，滿足一根主軸帶動(dòng)的設(shè)計(jì)想法。所以選擇方案一IV定位機(jī)構(gòu)方案一：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(huì)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(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。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖方案二：采用彈力急回間歇機(jī)構(gòu)來代替偏置直動(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

8、是選偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪來完成定位。四：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)總體方案圖五：工作循環(huán)圖所示的機(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，則由 得K=1.14，急回特性不是很明顯，但對(duì)送料機(jī)構(gòu)來說并無影響。 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，ABCD的極位夾角為12度。六執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程及尺寸計(jì)算2.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

9、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，擺桿長度d=65mm，最大擺角為18,凸輪轉(zhuǎn)角=0-60,=0;凸輪轉(zhuǎn)角=60-270，刀具快進(jìn)，=5，凸輪轉(zhuǎn)角=270-300；凸輪轉(zhuǎn)角=300-360，=02.

10、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/,由=18, l=20mm，3.得到r=63.69mm3.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)如下計(jì)基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25凸輪轉(zhuǎn)角=0-100,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=100-285,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn),推桿行程h=25mm;凸輪轉(zhuǎn)角=285-300,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=300-360,定位機(jī)構(gòu)快退,推桿行程h=-25mm;4行星輪系的計(jì)算:Z1=69 Z2=29 Z2=21 Z3=50 傳動(dòng)比iH3=1450 根據(jù)行星輪傳動(dòng)公式：i（H3）=1/i3H=1/(1-Z2Z1/Z3Z2)=1/(1-21*69/29*50)=1450考慮到齒輪大小與傳動(dòng)的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計(jì)皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與齒輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下表：模數(shù)（mm）壓力角（）齒數(shù)（個(gè)）直徑（mm）齒輪142069276齒輪242029116齒輪24202184齒輪342050200齒輪