平尺刻线机运动设计方案

1 平尺刻线机运动设计方案 一、 工作原理及工艺动作过程 在很多 具 有定量要求的相对移动和相对转动的零件 上， 需要有指示相对移动或转动 量 的刻度线 。平尺 刻线机 主要用于有 相对移动零件的 刻线工作。刻 度线长度按十进制规律分为三 种， 分别指示一、五和十，并依次重复出现 。图 1 所示的 钢板尺 就是用平尺刻线机加工的。显然在加工时，平尺每送进 1 刀刻线一次，且能自动改变刻线长度。因 此，平尺刻线机主体工作机构是刻线机构（主运动）和平尺送进机构（辅助运动）。 二 、原始数据 及设计 要求 (1) 平尺毛坯的轮廓尺寸 (图 1)为： 1040 30 宽 )。 (2) 要求在平尺 毛坯 上按一定规律刻出不同长度的线 条： 短线10线 13线 18邻两条刻线之间的距离为 1从零起 隔 四条短线刻一条中线， 隔 九条刻线刻一条长 线 ，然后依次 重复。 图 1 钢板尺 2 (3) 刻线深度为 度要均匀，为防止刀具 磨损， 要求反行程有 抬 刀运动 . (4) 行程速度变化系数 K (5) 刻线机构为了保证刻线质量，应尽可能使刻刀在刻线行程内匀速运动。抬刀机构必须与刻线机构运动协调，即在刻线完成点抬刀，在刻线起始点落刀。为保证落刀时刀尖不碰到平尺坯上，刻刀在刻入尺坯前 应有一定距离的空程，在设计时主运动的行程应考虑这段距离（可取为 3 4 （ 6）自动改变行程长度的附加机构必须与进给运动联系起来，即每进给四次，第五次行程由短程变为中程，再进给四次短程，第五次时变为长程，完成一次循环 。 显然在进给机构和行程控制机构之间，需要一个计数机构来实现循环的控制。这一计数机构要求简单实用，灵活可靠，且必须是一种纯机械式的设计方案。 三 运动分析 实现 “抬刀 刻线抬刀刻线”的运动。 刻线机主要由抬刀机构、刻线机构以及进给机构三部分组成。抬刀 机构用于刻线时将刀具压下；刻线机构用于刻线，刻线机构要有急回特性。；进给机构用于控制刻线间隔以及改变刻线长度。 四 机构运动方案 拟 定 3 方案一： 此方案为六杆机构，曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构的组合。主要优点为：运动副为低副，磨损小，且制作简便，可以传递远距离的动作。 主要缺陷：惯性力和惯性力矩不易平衡，设计比高副机构复杂，有时为了满足需要需要增加运动副的数目，会产生运动误差，影响传动精度。 方案二： 工作台 4 刀具工作台下的圆柱体实现匀速转动，在圆柱外表面开槽，通过槽位置的设定 和工作台下杆和槽的配合实现可控的往复运动和其急回特性，上图就为展开的圆柱外圆槽曲线。 优点：结构简单且可实现可控往复运动的功能要求，且有急回特性。 缺点：此方案需要的圆柱体较大，效率低，磨损问题较为严重，运动过程中可能会出现卡死现象，较为危险。 方案三 5 通过凸轮控制载刀台的水平方向的前后刻线运动从而完成刻线。主要优点：只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现任意预期的运动规律，完全可以实现刀具在刻线时匀速运动。并且结构简单，紧凑，工作可靠。缺点：凸轮为高副接触，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难， 费用较高。 综合上面的分析，由于刻线机构大部分为低速机构，又要求精度较高，且结构紧凑，工作可靠，同时要求刻线时匀速运动。所以最后决定选择方案（ 3）的凸轮刻线机构。 2 抬刀机构的方案选定 方案一 工作台 6 此方案存在明显不足：由于是靠弹簧来实现抬刀落刀的，所以刻线深度容易存在较大误差。 方案二 此方案与上面同样存在刻线深度精度不够的问题。 方案三 用此连杆机构会增大机构所占空间，且比较复杂。 方案四 7 仍采用凸轮机构完成抬刀落刀运动，且能完全控制刀具运动规律，结构紧凑。 综上，选取方案四为抬刀机构。 3 工作台进给机构方案的选用 方案一 8 简单的槽轮机构就可以实现间歇的转动，带动丝杆间歇转动，来实现工作台的间歇进给 优点：同样具有结构简单，传力较小，运动灵活的优点。 缺点：磨损较严重。 方案二 曲柄摇杆机构与外棘轮组合机构，通过右面的棘轮把间歇的转动传递出去。优点：结构简单，传力较小，运动灵活，利用曲柄摇杆机构可实现右轮的往复转动。缺点：结构简单但不紧凑。 9 综上，这里选择方案二。 4 工作台上安放塔轮来实现改变刻线长度 塔轮造型如下图 工作时刀具从内向外刻线，刻短线时水平杆抵在内圆上，每刻 四个短线，水平杆抵在中圆上，钢尺平台向刀具（图中是向右）移动刻出中线；同理刻出长线。 这里，用一个棘轮控制塔轮的间歇转动。 10 工作台每进给一次拨动此棘轮转动一次，并传递给塔轮，使它配合工作台间歇运动。 综上，机构整体运动为下图 11 五 机构的运动循环图为 六 刻线机构两凸轮轮廓参数的确定 刀具的运动轨迹如下： 说明：（ 1）刀具分为水平方向和竖直方向的两个分运动。 12 （ 2） 刀具水平运动抬刀后要有急回运动。 （ 3） 刀具水平匀速运动的距离为最长刻线的长度 18样保证了刻线的均匀。这里靠载钢尺的工作台的左右 移动完成刻线长度的改变，靠钢尺进给运动完成刻线。 （ 4） 黑线为刀具 黄线为刀具运动轨迹 蓝线为刻线 。 心尖顶从动件盘型凸轮机构）的设计 这里采用解析法 第一步：设计从动件的运动规律： 运动参数的设定： 凸轮转角为 角速度为 (4* /3)s = 240 度 /s 刻线 =24mm/s 行程速比系数 K= t 回程 =5/12s 2 H 刻线 =18度 v 解析式如下： 02 2/2) 02 /9 4 2 /911 /9 2/22) 11 /913 /9 2641892 位移 / /2)/ 02 /9 13 8/ 2 /911 /9 / +9/2) 11 /913 /9 2+118/55)/ 9)/5/ ) 13/92 加速度 2 /2) 02 /9 2 /911 /9 72 /22) 11 /913 /9 72 8/5 13 /92 写入 见附录 第二步： 设计凸轮曲线轮廓 凸轮基圆半径的选择方法： (ds/e/+ 2e ) =30度 代入数据计算得 30 使用诺顿图 14 这里选取基圆半径 0凸轮轮廓曲线见后面附录） 心尖顶盘型凸轮机构）曲线轮廓的设计（使用图解法） 这里基圆半径 r=20由前面计算得到） H=位移 91023500009102200000 ) 01000009910271000009910211 /9 7 +49111 /913 /9 13 /92 速度 973061400000 9102200000) 010000099102 10000099102 11 /9 15 1 11 /913 /9 13 /92 加速度 p 9102200000) 010000099102 1000009910211 /9 252 11 /913 /9 13 /92 画出其位移 将各段分 5份使用 反转法 画出轮廓曲线 曲线轮廓见下图 16 七 传动机构方案的设计 刻线机构主轴转速 0r/进给间歇机构主轴转速 0r/先选择电动机，常用的电动机型号如下表： 17 电动机转速确定 取带传动的传动比 4，齿轮传动的传动比 5，则传动装置的总传动比为： i=2 4)(3 5)=6 20 故得电动机的转速范围为 ： n=80x(620)=480表，选择 选用 500r/m 取带传动的传动比为 进给机构 传动图 如 18 各个齿轮的齿数见上图。 19 八 附录： 1 控制水平运动的凸轮的 位移程序： x=0:* y=(9/pi*pi*x/2).*(x=0&x=2*&x=11*&x=13*&x=0&x=2*9&x=11*&x=13*&x=0&x=2*&x=11*&x=13*&x=0&x=99102/100000&x=11*&x=13*&x=0&x=99102/100000&x=11*&x=13*&x=0&x=99102/100000&x=11*&x13*); x,y) on 转角 度） ) 加速度 a（毫米每二次方秒） ) 加速度运动规律 ) 其图像为： 在这里附上数据表： 表一控制水平方向运动的凸轮（用于解析法） 凸轮转角（角度值） 廓线坐标 X（毫米） 廓线坐标 Y（毫米） 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 24 90 57 00 10 20 30 40 50 60 70 80 66 190 00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 00 10 20 30 40 50 60 0 表二 控制竖直方向运动的凸轮（用于图解法） 凸轮转角（角度值） 位移 (从基圆开始毫米） 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 00 25 110 20 30 40 50 60 70 80 90 00 10 20 30 40 50 60 0 270 0 280 0 290 0 300 0 310 0 320 0 330 0 340 0 350 0 360 0 附加的六杆机构运动分析课程设计 一 六杆机构的尺寸及示意图 26 二解析法 5, 0,5,0,X=65,Y=65. （ 1） 曲柄摇杆机构的运动分析 位移分析： )1)+) )+Y=） +); 由此式子可以解出 ， 令 23L - 22L + )si n(1( 2 + )c o s(1( 2 ) +) 可以得出 27 =2)11/()111( 222 =Y+对上式求导可得 3的转速 2 和 3 如下 c s L 2= 2和 角加速度 c s L 2 s i i i (2)摇杆滑块机构的运动分析 按照上面同样的方法可以得到 4 杆和滑块 5 的位置 速度 加速度 位移分析 =)c o )( c o 22 S=度分析 c s s s i i ss i i 3 2222利用 解 程序如下： 5; 0; 5; 0; 28 X=65; Y=65; q=5; j=80; t(1)=0; d=1*j; i=1:360 g=i*d; A1=+(t(1)2+(Y+l1*t(1)2; *t(1); *X+l1*t(1); m=2*B1+12+)/(+2*Y+13*m)t(1)/w(i,:)=t(1) ta m; t(1)=t(1)+d; i=1:360 u(2)=(d; A=w(i,2),l3*w(i,3);w(i,2),l3*w(i,3); B=l1*q*u(2);l1*q*u(2); om=)*B; ); ); i,:)=u(2) i=1:360 u(3)=(d; ps=*w(i,3)/(l3*w(i,3)+S5=l4*l3*w(i,3); S6(i,:)=u(3) 5; ,2,1); 6(:,1)/j,3); 转角（角度） ); 位移（毫米） ); i=1:360 u(4)=(d; l4*45(i,2),0;45(i,2),1; 29 l3*i,3)*w(i,3);i,3)*w(i,3); o=2)*o4=o(1); o(2); v6(i,:)=u(4) o4 ,2,2); ,1)/j,3); 转角（角度） ); 速度（毫米每秒） ); i=1:360 u(5)=(d; w(i,2),l3*w(i,3);w(i,2),l3*w(i,3); q2*l1*u(5)+(i,2)2*l2*w(i,2)-(i,3)2*l3*w(i,3);*l1*u(5)-(i,2)*l2*w(i,2)+(i,3)2*l3*w(i,3); oa=3)*a2=); a3=); i,:)=u(5) a2 i=1:360 u(6)=(d; l4*45(i,2),0;45(i,2),1; (i,3)*l3*w(i,3)+(i,3)2*l3*w(i,3)-(i,2)2*l4*45(i,2);-(i,3)*l3*w(i,3)+(i,3)2*l3*w(i,3)+(i,2)2*l4*45(i,2);