半自动钻床设计方案

1 半自动钻床设计方案 1 方案设计 计要求 计题目及原始数据 设计加工所示工件 12刀机构负责动力头的升降，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。 半自动钻床设计数据参看下表。 半自动钻床凸轮设计数据表 方案号 进料机构 工作行程 位机构 工作行程 力头 工作行程 动机转速 r/作节拍（生产率） 件 / 40 30 15 1450 1 B 35 25 20 1400 2 C 30 20 10 960 1 计方案提示 计者只需考虑动力头的进刀（升降）运动。 2. 除动力头升降机构外，还需要设计送料机构、定位机构。各机构运动循环要求见下表。 机构运动循环要求表 凸轮轴转角 10 20 30 45 60 75 90 105 270 300 360 送料 快进 休止 快退 休止 定位 休止 快进 休止 快退 休止 进刀 休止 快进 快进 快退 休止 2 3. 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。 计任务 轮机构在内的三种机构； 在图纸上画出传动系统图； 3. 图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图； 各凸轮机构的工作要求，自选从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图； 轮的数控加工，半自动钻床的计算机演示验证等。 作 原理 工作原理图 该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的 1400r/r/传动轴相连相连的各机构控制送料，定位和进到等工艺动作。 经过讨论分析，我组决定进料机构采用曲柄导杆机构，该机构由牛头刨床切削机构改装而成的，定位机构和进刀机构均采用凸轮机构。考虑到所有的机构运动均在同一面上，我们先用锥齿轮进行转向。具体运动示意图如图 1所示，送料机构将工件送至加工位置，然后定位机构将工件夹紧，同时进刀机构运动，开始钻孔。该机构一个比较大的特点就是进刀机 构和加紧定位机构是是有一个齿轮加以控制的，减少了齿轮传动机构的设计和加工，同时减少了传输的积累误差。 电机 减速箱 定位机构 送料机构 运动 分支 进刀机构 3 图 1 工作原理示意图 2 运动循环表和运动循环图 根据我们设计送料、定位和进刀方案设计出了如下图的运动循环表，以使方案优化，我们采用老师给的方案 B 进行了设计，但是进料行程改为 40工件的一个最大直径，定位行程 25刀行程为 20动机转速为 1400 转 /一分钟制造工件 2 个。 表 1 机构运动循环要求表 凸轮轴转角 10 140 150 220 280 290 350 360 送料 快退 慢进 定位 休止 快进 休止 快退 休止 进刀 休止 慢进 休止 快退 休止 由运动循环表可以得到运动循环图，见图 2： 4 图 2 机构循环图 3 机构设计 料机构 料机构 该结构是由牛头刨床切削机构改装而成的，利用曲柄滑块机构使得主动件与连架杆的压力角始终为零，用此机构还解决了行程比较大的问题，可以通过连杆作用将工作行程放大，机构的急回特性可以节约时间。 5 图 3 进料机构示意图 根据要求，进料机构工作行程为 40可取主动导杆的两个极限位置的的极位夹角为 140，则由 K=（ 360 =11/7= K=0利用图解法设计，取比例尺 =1所示。 作图步骤如下： 已知主动杆两极限位置夹角 40画出主动杆两个极限位置 根据极限位置的时候曲柄和连架杆的夹角为 90 ,即 0，0，做两条直线交与一点 A。 由行程为 0直线分别于 与点 由 以测量到 2=此确定了进料机构的所需要的尺寸 6 图 4 用解析法画进料机构 料机构对比机构 对比机构一：曲柄滑块机构 该机构由压力角的限制并且导杆占用横向空间比较大。 7 对比结构二：盘形凸轮机构（平底或滚子的） 该机构可以实现间歇运动，但是由于送料行程比较大，所制造的凸轮的轮廓较大。并且凸轮的制造和安装要求比较高。 对比结构三：圆柱凸轮机 该机构能实现间歇运动并且所占用的体积也比较小而且可以解决大行 程的问题，但是该结构制造和安装技术要求比较高，制造成本也比较高。 对比机构四：六杆机构 该机构与组装机构比较复杂且不易安装，误差积累比较大，且还要考虑压力角的问题，个人感觉计算还挺麻烦的。 8 位机构 位机构 摩擦式棘轮机构 当凸轮位于远休的时候棘轮机构顶在试件上。在摩擦力的作用下使得棘轮处于锁死状态，棘轮机构的理论曲线是对数螺线线，这样锁死是在静摩擦的作用之下，不会是工件在被加工的时候出现滑动，棘轮机构处还有一个拨动弹簧进行压紧，以使得工件可以完全被压紧，假 如说工件的尺寸不是很规范，高度略高或者是略低，都可以在弹簧的作用下压紧。当接触点法向方向通过棘轮的摩擦圆的时候就会出现棘轮锁死的状态，从而实现工件被压紧，此时凸轮处于远休，当凸轮过了远休之后，棘轮成放松状态，工件不处于压紧状态。 该结构的特点是 : （ 1） 会是工件在被加工的时候出现滑动； （ 2） 通过凸轮设计 3项式的轮廓使得工件在被压紧的时候不会出现柔性或刚性冲击； （ 3） 用杠杆传动力，可以实现力的放大，但是本设计中仍采用的力矩之比为 1:1； （ 4） 采用平底机构，是压力角 始终为 0，提高了力的传输比。 9 图 5 定位机构示意图 位机构对比机构 对比机构一：摆动凸轮 该机构在弹簧作何用下实现加紧，难免弹簧弹力不够使试件在被加工的时候出现滑动摩擦的现象 对比机构二：凸轮机构 该机构可以实现间隙运动，但是是靠滑动摩擦力来实现加紧试件的，试件在加工的时候可能在滑动摩擦力的作用下发生滑动，降低制造的工艺。 对比机构三：平底或滚子凸轮 该机构在凸轮远休的时候可以实现试件的加紧，但是如果说试件制造比实际的较矮，则会造成试件不被加紧；如果试件制 造比实际的较高，则会使试件被夹的过紧。 10 刀机构 刀机构 该机构要求有间歇运动且为连续运转，所以设计凸轮结构比较合适，设计为平底凸轮比较简单，就是采用的平底凸轮机构，这样大大减小了机构的制造成本；机构简单，减小了传动的积累误差；平底设计，使得压力角始终为零，增大力的传输比 图 6 进刀机构示意图 刀机构对比机构 对比机构一： 该机构靠凸轮 使用的机构虽然稳定性能比较高，也可以通过杠杆是 凸轮轮廓得到放大，但是零件使用的比较多，积累的误差比较大，如果将齿轮轮廓放大，同时也会是力传输率降低。如果设计的是滚子凸轮的还要考虑压力角的问题。 11 速器机构 速器机构 蜗轮蜗杆机构 利用二级蜗轮蜗杆来实现变速，将 1400r/为 2r/于传动比为 700，比较大，并且需要的传输的力矩也比较大，我们选用的是该机构。为了方便在实际中安装、拆卸、维修操作方便，我们一开始用的是皮带轮进行传输动力。途中你用模数为 2 的齿轮， 1、 3 为蜗杆， 2、4 为齿轮。参数如下： ， 0、 、 05、模数为 2 由齿轮的传动比的计算可以得 70043 10580314214 zz 12 速器对比机构 对比机构一： 2行星轮系之 该行星轮系的传动比可以从 几千，但是外面的尺寸和重量很大；并且该轮系的传动效率很低，并且随着递功率 10般不用此轮系做动力传动。当行星架从动时， i 从某一数值起会发生自锁。 对比机构二： 2行星轮系之 该轮系传递功率效率在 高，并且体积小、重量轻、结构简单、制造方便，可以用于各种工况条件下，在机械传动中应用最广。但是单机传动比范围较小，一般在 以这里要的传动比在 700，需要多级传动才可以，那样的话就失去了它的优越性了。 对比机构三： 2行星轮系之 该轮系传动效率在 率高，且传递功率大、径向尺寸小、传动比范围比 i 可以是 150，一般用 525，可以用于各种工况条件，但是制造工艺比较复杂，而且由题意可以得知传动比为 700，要是用此轮系需要多级传动，且制造工艺也将更加复杂。 13 4 运动分析 料机构运动分析 送料机构计算公式 由余弦定理得： )90c o s (212212 222 公式 1 由正弦定理得： )90s 2s 由设计可知： 1( 公式 3 将公式 1 和公式 2 带路公式 3 得到 )90c 21221 )90s i n(1s i nt a n)21( 22 将公式 4 在 求一次微分得到 V: 命令： t ; ;w=5; h1+l1*+w*t)/(+-2*l1*h2*+w*t),t,1) 运行结果为： 14 *t)/(130+126*t)(1/2)/(1*t)2/(130+126*t)(1/2)*t)2/(130+126*t)(3/2)/(1*t)2/(130+126*t)(1/2)*t)/(130+126*t)(1/2)/(1*t)2/(130+126*t)(3/2)*(810*t)/(130+126*t)*t)+51030*t)3/(130+126*t)2) 将此结构在 将 换为 ,并且将 t 替换为 /，带入 可以运行得到 见表 2。 将公式 4 在 进行二次微分，可以得到加速度 a: 命令为： t ; 0;w=2/30*h1+l1*+w*t)/(+-2*l1*h2*+w*t),t,2) 运行结果为： 583296743997440*pi*t)*(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)+19888959003231586648699840834511/9284550294640352061743431680*pi*t)*(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)*pi*t)+3866730713334079/105553116266496*pi*t)*8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)*(40/3*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)*pi*t)*5718055481141045/6597069766656*pi*t)3/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)2*102301070221449928389106432447337821311058920799/163335536122050462462419811567248741498880*pi*t)3/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(5/2)/(15 00*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)*+19888959003231586648699840834511/1856910058928070412348686336*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)*40/3*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)*pi*t)*5718055481141045/6597069766656*pi*t)3/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)2*58000960700011185/140737488355328*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(5/2)*(40/3*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)*pi*t)*5718055481141045/6597069766656*pi*t)3/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)2*20368744177664*pi*t)/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(1/2)/(1*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)(3/2)*(*pi*t)2*(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)9791209299968*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)2*pi*t)*+8/9*pi*t)2/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)*7042659012253300578844672*pi*t)4/(8399065679741231/8796093022208+5143611096228209/8796093022208*pi*t)3*) 处理方法和求 V 的时候一样，最后带入 求的 a 的相关数据，见表 2. 表 2 送料机构运动分析数据 x v a 0 0 5 0 5 16 30 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 20 05 10 15 20 25 17 230 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 00 05 10 15 20 25 30 35 40 0 20 45 50 55 60 ：为主动件 过的角度，为从动件 不同时刻转过的角度， 不同时刻的长度； X 为 D 点在不同时刻的位移， V 为 D 在不同时刻的速度， 在不同时刻的加速度 18 图 7 送料机构位移图 图 8 送料机构速度图 19 图 9 送料机构加速度图 位机构 定位机构推程计算公式： 3 4 50 0 02 3 410 0 0 0232120 0 0 01 0 1 5 63026032 定位机构回程计算公式： 0 0 1 0 0 1 0 0 10 0 1 0 03 4 50 0 02 3 410 0 0 021201 0 0 100 0 1( ) ( ) ( )()1 1 0 1 5 6302603( ) ( )( ) ( 230 0 1 0 0 100) ( )2 20 凸轮轮廓计算公式： 00( ) s i n ( ) c o s ( )( ) c o s ( ) s i n ( )r s M M r s M M 圆半径为 60底长度为 80 3 定位机构凸轮部分运动分析数据 s x y v 0 0 0 60 0 0 5 0 5 0 5 0 5 40 5 0 5 0 5 0 25 0 75 25 0 80 25 0 85 25 0 90 25 85 0 95 25 0