1、 機械原理課程設(shè)計說明書設(shè) 計 題 目：半自動鉆床專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學號姓名 蔣朝偉 1310101135 王鵬偉 1310101136 莫森 1310101134 周海浩 1310101120 張昊昉 1310403108 班 級 機制131 指導教師 郁 倩 完成日期 2015.7.9 目錄設(shè)計任務(wù)書11. 工作原理分析42. 功能分解及工藝動作42.1功能分解圖42.2工藝動作53. 原始數(shù)據(jù)及計算53.1原始數(shù)據(jù)處理53.2擬定運動循環(huán)圖74. 方案設(shè)計思路及討論改進84.1方案設(shè)計思路84.2方案討論改進105. 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計145.1行星輪的計算145.2送料機構(gòu)分

2、析165.3動力頭機構(gòu)分析165.4定位機構(gòu)分析185.5夾緊機構(gòu)分析186. 總機評價197.設(shè)計感想208.參考文獻21設(shè)計任務(wù)書見稿紙1. 工作原理分析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，一路隨著傳動傳動皮帶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。 2、功能分解及工藝動作2.1 功能分解圖如下2.2工藝動作基本運動為：推桿

3、的往復直線運動，定位機構(gòu)的間歇運動和鉆頭的往復運動。 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。 3、 原始數(shù)據(jù)及計算 3.1原始數(shù)據(jù)處理 根據(jù)任務(wù)書的要求，該機械的進刀機構(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，并由定位機構(gòu)與夾緊將加工工件可靠固定。四個執(zhí)行構(gòu)件的運動形式為：(1) 動力頭完成往復（鉛垂上下）直線運動，下移到最低點后立刻上移。在下移前一段時間是快速趨近15mm，這段時間正好用于送料和定位。動力頭的行程是27.5mm。若機構(gòu)主動作一轉(zhuǎn)完成一個運動循環(huán)，則

4、上沖頭位移線圖的形狀大致如圖3-1所示。(2) 送料機構(gòu)做水平的往復運動，工作行程是40mm。開始送料機構(gòu)先迅速的把胚料送到加工臺，稍作停頓后立刻返回，在工件的加工過程中保持休止。其位移線圖大致如圖3-2所示。(3) 定位機構(gòu)也是在水平面做往復運動，在工件加工的時候?qū)ぜ鸲ㄎ坏淖饔?。行程?0mm。其位移線圖大致如圖3-3所示。(4) 夾緊機構(gòu)也是在水平面做往復運動，在工件加工的時候?qū)ぜ鹁o固的作用。行程是14mm。其位移線圖大致如圖3-4所示。3.2根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以利于設(shè)計、裝配和調(diào)試。 進刀機構(gòu)每完成

5、一個運動循環(huán)，以該主動件的轉(zhuǎn)角作為橫坐標（0,360），以各構(gòu)件執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標做出曲線。運動循環(huán)圖的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，根據(jù)上述表述作出半自動鉆床的運動循環(huán)圖如圖3-5所示。4、 方案設(shè)計思路及討論改進4.1方案設(shè)計思路4.1.1減速傳動功能根據(jù)設(shè)計要求，需要將電機轉(zhuǎn)速1450rpm降速至5rpm。小組討論得出三種方案：采用皮帶輪減速；采用圓柱直齒輪減速；采用行星輪減速。為使成本降低，減小機構(gòu)的體積，并且提高傳動效率，簡化結(jié)構(gòu)，增大傳動比，所以我們選擇行星輪來實現(xiàn)減速。4.1.2 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

6、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抵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4.1.3進料功能進料也要要求有一定的間歇運動，我們用圓錐齒輪來實現(xiàn)換向，然后通過齒輪傳動，再在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)進料。4.1.4 定位功能由于我們設(shè)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，等待送料凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。4.1.5 夾緊功能 夾緊過程是需要間歇往復運動，利用凸輪機構(gòu)的遠休止實現(xiàn)金刀過程中對工件的緊固。4.2方

7、案的討論改進4.2.1減速機構(gòu):由于電動機的轉(zhuǎn)速是1450r/min,而設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為5r/min，利用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。如圖4-1。.圖4-1行星輪系減速機構(gòu)的運動簡圖 對比機構(gòu):定軸輪系傳動;傳動比=n輸入/n輸出=290傳動比很大，要用多級傳動。如圖4-2。圖4-2定軸輪系減速機構(gòu)的運動簡圖4.2.2 動力頭工作機構(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

8、幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。 圖4-3動力頭工作機構(gòu)的運動簡圖 對比機構(gòu)：也是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)但比法案一簡單。但是沒有杠桿，不能滑動很大的范圍。如圖4-4。 圖4-4對比機構(gòu)的運動簡圖4.2.3送料機構(gòu):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，所以不需要使用凸輪機構(gòu)。如圖4-5。.圖4-5送料機構(gòu)運動簡圖對比機構(gòu)：比法案

9、一簡單，但是滑塊滑動距離有限。如圖4-6。 圖4-6對比機構(gòu)的運動簡圖4.2.4定位機構(gòu):定位系統(tǒng)采用的是一個對心直動平底從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要有間歇，所以就要使用凸輪機構(gòu)。如圖4-7。圖4-7定位機構(gòu)的運動簡圖 對比機構(gòu)：對比的定位和夾緊機構(gòu)和方案一不同，效率等也有所差別。如圖4-8。如圖4-8對比機構(gòu)的運動簡圖5、 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計5.1行星輪系的計算：采用用行星輪系減速，如圖5-1.圖5-1行星輪系的運動簡圖Z1=20 Z2=18 Z2,=20 Z3=22 傳動比iH3=100 根據(jù)行星輪傳動公式:i H3=1-iH31=1-Z2 Z1/Z3Z2由i1H=1-Z2Z1/Z3Z2，考

10、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:5.2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q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） 圖5-2AB=8.53BC=84.42CD=60DA=60CE=40EF=8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12度5.3動力頭機構(gòu)采用如下分析:5.3.1.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。5.3.2.用

11、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;5.3.3.弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運動的的距離。其具體體設(shè)計步驟如下:（1）.根據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律，快速趨近為15mm，鉆孔深度為27.5mm，則弧形齒條以42.5來回滑動設(shè)計。凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm,擺桿長度d=65mm,最大擺角為。凸輪轉(zhuǎn)角0-60, 。凸輪轉(zhuǎn)角60-120。刀具快進，=6。凸輪轉(zhuǎn)角120-300。刀具鉆孔，=18。凸輪

12、轉(zhuǎn)角，刀具快退?！埃?）.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由，=42.5mm。（3）.得到r=135.2mm。5.4.定位機構(gòu)采用如下分析:凸輪機構(gòu)采用直動平底從動件盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構(gòu)，利用彈簧力來使平底與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到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：基圓半徑R0=40mm 偏心距e=30mm 轉(zhuǎn)速w=5r/min 中心距A=80mm 擺桿長L=65mm 凸輪轉(zhuǎn)角0-20，定位機構(gòu)快進，推桿行程h=30mm。凸輪轉(zhuǎn)角20-60，定位機構(gòu)休止，推桿行

13、程h=0mm。凸輪轉(zhuǎn)角60-90，定位機構(gòu)快退，推桿行程h=30mm凸輪轉(zhuǎn)角90-360，定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0mm。設(shè)計偏心距e=30mm的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為30mm，故如此設(shè)計。5.5夾緊機構(gòu)采用如下分析: 凸輪機構(gòu)采用直動平底從動件盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構(gòu)，利用彈簧力來使平底與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到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：設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=14mm。凸輪轉(zhuǎn)角0-60，定位機構(gòu)快進，推桿行程h=14mm。凸輪轉(zhuǎn)角60-330，

14、定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0mm。凸輪轉(zhuǎn)角330-360，定位機構(gòu)快退，推桿行程h=14mm。6、總機評價總得來說該機構(gòu)首先通過減速機構(gòu)達到工作要求的轉(zhuǎn)速，然后將進料、定位以及動力頭機構(gòu)的凸輪。動力頭機構(gòu)由對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)通過杠桿控制弧形齒條的的運動，再由弧形齒條與齒輪、齒輪和齒條的嚙合傳動控制鉆頭的來回往復運動。定位機構(gòu)則由彈簧是平底從動件始終緊貼凸輪，形成力封閉。再由平底通過連桿滑塊的配合，把凸輪的輪廓所表示出的運動形式以平底的運動表示出來，從而獲得預期的夾緊工件的運動。送料機構(gòu)則是由一個圓盤與連桿滑塊的配合，使滑塊做往復的運動，從而使其上的工件不斷的送到加工位置。因為曲柄滑

15、塊是偏心安置的，所以存在急回特性，這提高了生產(chǎn)率。整個過程就是工件被送料機推入加工位置，此時定位機構(gòu)將被加工的工件可靠的固定住，鉆頭同時下降進行鉆削，送料機構(gòu)也同時后退。加工完成后鉆頭退回，這時新的工件被送料機構(gòu)推入，從而重復的進行加工。 7、設(shè)計感想一周時間過去 ，課程設(shè)計真的有點累。然而，當我一著手清理自己的設(shè)計成果，漫漫回味這一周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學會踏出的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多。經(jīng)過課程設(shè)計,我對機械設(shè)計有了最初的一些印象。剛開始的時候，因為自己從來沒有接觸過機械設(shè)計，只是學習了基礎(chǔ)的機械原理知識，所以感覺無從