凸轮设计说明.doc

设计的目的1、通过设计使学生综合运用有关课程的知识，巩固、深化、扩展有关机械设计方面的知识，树立正确的设计思想。2、培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握简单机械的一般设计方法和步骤。3、提高学生的有关设计能力，如计算能力、绘图能力等，使学生熟悉设计资料的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。4、掌握NC典型零件的加工方法设计内容：设计一凸轮机构，使凸轮机构从动件位移曲线符合下图：原始数据：h分别为（单位）2347设计要求：1、 采用无纸化绘制出凸轮机构的总装图和零件图，零件图数量不得少于5张。2、 按照设计要求，用NC机床加工出所需的零件，并把它组装起来，达到设计要求。3、 编写二到三个典型零件的加工工艺和NC加工程序。4、 编写设计任务书一套。目录绪论第一章、 从动件运动规律第二章、凸轮机构的类型分析及确定一、对凸轮的类型分析1.1 盘形凸轮的概念1.2 移动凸轮的概念1.3 圆柱凸轮的概念 二、对从动件分析 2.1 尖顶从动件概念分析 2.2 滚子从动件概念分析2.3 平底从动件概念分析三、 对运动形式的分析3.1 直动从动件分析3,2 摆动从动件分析四、凸轮机构的类型确定第三章 对凸轮轮廓的设计一、对基圆半径设计与确定二、凸轮轮廓的曲线绘制第四章、机架的设计与作用一、机架的作用二、机架的设计第五章、凸轮机构的材料选择第六章、数控加工程序一、对尖顶从动件数控编程1.1 加工工艺路线分析1.2、数控编程程序编写二、对凸轮手柄数控编程加工工艺路线分析2.2、数控编程程序编写三、 对底盘的数控编程3.1、加工工艺路线分析3.2、数控编程程序编写结束语致谢参考文献 绪论凸轮机构的特点及应用凸轮机构是使从动件作预期规律运动的高副机构。主要用于转换运动形式，它可以将凸轮的转动，转化为从动件的连续，或间隙的往复移动或摆动；或者将凸轮的移动变化为从动件的移动或摆动。凸轮以其结构简单紧凑，被广泛应用于各种自动机床或自动装置.但由于凸轮从动件是高副接触，压强较大，易磨损，凸轮轮廓线的制造精度对动力影响很敏感。即凸轮机构只能用于功率不大，从动件行程或摆角不大的场合。凸轮机构的组成和类型凸轮机构一般有凸轮、从动件和机构三个构件组成凸轮的类型;盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。从动件的类型：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件。 第一章 从动件的运动规律1.1由凸轮机构从动件位移且曲线可得该从动件作等速运动规律，等速运动规律指该从动件的速度为常数时运动规律采用这种运动规律时，从动件的位移S与凸轮转角成正比 如图可知，位移曲线为一过原点的倾斜直线，同时可得出位移、速度以及加速度之间的关系，且可得出运动线图的表达式。S=h/oV=h/oa=0由图知，从动件开始的瞬时速度由零变为h/o，其加速度a=(h/o-0)/0=+同理，在推程的瞬时速度由h/o突变为零，其加速度为-，在这两个位置上由加速度引起的惯性里理论上为无穷大，而实际上，由于材料的弹性变形，加速度和惯性力不会达到无穷大，不过会引起强烈的冲击，这种冲击称为刚性冲击，且这种冲击运动规律适合低速轻载的场合第二章、确定凸轮机构的类型1、 对凸轮类型分析1.1 盘形凸轮这种凸轮是绕固定轴转动且具有变化向径的盘形构件，它是凸轮的基本形式，盘形凸轮机构的从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动，盘形凸轮机构的结构较于简单，且应用也比较广泛，但推杆的行程不能太大，否则凸轮的径向尺寸变化过大造成凸轮机构的动力学特性变差。1.2 移动凸轮它是看作轴心在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它是一个具有曲线轮廓的作往直线的构件，当移动凸轮作直线往复运动时可推杆在同一运动，有时也常将此种凸轮固定而使推杆连同其支架相对于此凸轮运动1.3 圆柱凸轮凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上，它可视为将移动凸轮卷成圆柱体而得，在圆柱凸轮机构中，凸轮固定轴转动而从动件的从动件的运动平面与凸轮轴平行一、 对从动件分析。2.1 尖顶从动件概念分析 这种从动件的结构最简单，但容易磨损。只宜用于手里很小，速度很低的场合2.2 滚子从动件该从动件端部有可以自由回转的滚子，以减少摩擦和磨损能传递较大的磨损，它是一种常用的类型，但结构较复杂，端部重量较大，故不宜用于高速的场合2.3 平底从动件不计摩擦时凸轮对从动件的作用始终垂直于擦平底，因此有效推力较大，平底与凸轮接触形成油膜的条件较好，传动效率高，故常用与高速的场合，但平底不能与内凹或直线轮廓相配。二、 对运动形式分析3.1 直动从动件 该从动件运动过程中可作直线往复移动的构件3.1.1对心直动从动件：在直动从动件中如果轨迹通过凸轴心的构件且该从动件运动简单易制作。3.1.2 偏置直动从动件：在直动从动件中如果轨迹不能通过凸轮轴心的构件且存在偏置量e的构件，同时该构件比较简单、制造、安装精度高。3.2 摆动从动件该从动件运动过程中可绕定轴摆动的构件四、凸轮机构的类型确定根据设计任务书从动件的运动规律可知：凸轮机构的从动件运动规律是等速运动规律。等速运动规律只适用于低速、轻载的场合。选用结构比较简单的盘形尖顶直动凸轮机构。 h=2第三章、对凸轮轮廓设计一、 对基圆半径设计与确定 4.1 对心尖顶直动从动件中推程角o=90从动件在推程时按等速、等加速、等减速及按正弦加速度、余弦加速度运动，其行程h=2mm，取凸轮机构的许用压力角=30根据诺模图可确定其最小基圆半径，即h/rb=0.6,由此可近似的确定最小基圆半径为r min=h/0.6=2/0.63.3333mm即取r min=25mm。4.2 如下图所示，对心尖顶盘形凸轮机构以角速度逆时针方向转动，从动件受载荷Q凸轮加给从动件的作用力F,压力角为，基圆半径为rb,从动件瞬时速度为V，位移为S，接触电B，凸轮轮廓的法线n-n ， 不考虑运动副的摩擦将里F分解为 Fx=Psin Fy=Pcos其中Fy克服载荷Q是推动从动件运动的有效驱动力，Fx是道路的正压力在导路中产生产生摩擦阻力的有害分力，显然越大，Fx越大，Fx越小，从动件运动越费劲当达到临界压力角时，无论用力F多大，都不能推动从动件，即发生自锁，凸轮机构被卡死且与凸轮尺寸的关系过凸轮轴心O作直线Ox垂直于从动件的运动方向，根据三心定理得：则该直线与法线n-n的交点P就是凸轮与从动件的相对瞬时，因此得OP=V/=ds/dtdt/d=ds/d由直角三角形OBP得tan=OP/OB=V/r=V/(S+SO)d又因为 r=rb+s;所以 rb=V/（ tan ）-s=ds/ dtan-S故凸轮基圆半径rb越大，压力角 越小，反之，rb越小， 越大2、 凸轮轮廓曲线绘制设计对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓，已知从动件的运动规律如右图所示，凸轮以角速度按顺时针方向转动，基圆半径rb=25mm，行程h=4mm，根据反转法原理设计出凸轮轮廓曲线且步骤如下：2.1 取长度比例尺uL=0.001m/mm，画出基圆和从动件尖顶离轴心O最近是从动件的初始位置，如图左所示，从动件与凸轮轮廓在点BO(CO)杰出的位置，2.2 在基圆上自OCO开始，沿的反方向量取推程角o=90远休止角s=30，回程角o=60和近休止角s=180，并将推程运动角和回程运动角各分成若干等分，如图左中各分成四等分得C1、C2、2.3 过凸轮轴心O作上述各等分点的射线OC1、OC2、这些射线是反转后从动件在个个位置的曲线。2.4 将从动件的位移曲线上的推程角和回程运动角扽得分成作图中对应区间相同的份数，得等分点1，2过各等分点分别做垂直于横坐标轴的直线，它们与位移曲线相交于1、2则11、22为凸轮在相应转角位置时，从动件的位移量。2.5 在各射线OC1、OC2的延长线上从基圆开始向外分别量取位移量C1B1=11、C2B2=22 于是B1、B2各点2.6 将B0、B1、B2各点连接成光滑的曲线，此曲线即为所求的凸轮轮廓2.7 根据6-18图a中o=90与等速运动标尺上h/rb=0.6两点以直线相连，该直线交max的标尺与20，于是max=20对于直动从动件的推程许用压力角=30-38因此该凸轮机构的最大压力角max 30-38第4章 、机架的设计与作用1 机架的作用一方面，凸轮机构的组成由从动件、凸轮和机架，因而机架是凸轮组成不可缺少，同时，运用机架对设计凸轮机构固定起着重要作用，保证了凸轮机构能够正常的运转，同时对凸轮机构的设计增添了美观，另一方面，凸轮机架的设计可以观察到凸轮的运动轨迹，从而进一步算出凸轮的行程2、 机架的设计如图所示，底座为一长abc=846012mm， 第五章 凸轮机构的材料选择试验证明：相同金属材料比不同金属的粘着倾向大；单相材料、塑性材料比多相材料脆性材料的粘着倾向大。为减轻粘着磨损的程度推荐采用材料匹配有;(1)铸钢青铜；淬硬非淬硬钢；非淬硬钢 黄铜巴氏合金；淬硬钢；青铜黄铜非淬硬钢尼龙及积层热压树脂。 禁忌的材料匹配是：非淬硬钢青铜，非淬硬钢尼龙及积层树脂；淬硬钢-硬青铜；淬硬镍钢淬硬镍钢因为是低速轻载凸轮选用钢调质，从动件接触处选用钢表面淬火第六章、 数控加工程序1.数控编程1.1 加工工艺路线分析先进行粗加工，将转速设为450r/min，X方向残余量为0.5，Z方向的残余量为0.2，根据G71指令进行走直线，将转速设为900in，进行精加工，及工件加工完成1.2 数控编程程序书写建立如图所示的坐标系X-Z O0001：N0010 T0101;N0020 M03 S450;N0030 G99 F0.2;N0040 X42.0 Z2.0;N0050 G71 U1.5 R1.0;N0060 G71 P70 Q90 U0.5 W0.2 F0.2;N0070 G00 X0.0 M03 S900N0080 G01 X10.0 Z-10.0;N0090 Z-74.0;N0100 G70 P70 Q90;N0110 G00 X100.0;N0120 Z100.0;N0130 T0202;N0140 M03 S250;N0150 G00 X42.0;N0160 Z-74.0N0170 G01 X0.0 F0.15;N0180 G00 X100.0;N0190 Z100.0;N0200 M30; %2.轮手柄数控编程2.1、加工工艺路线分析粗加工阶段，将转速提到450r/min, X方向的残余量为0.5，Z方向的残余量为0.2 先加工右端走圆弧指令，将转速提到900r/min进行精加工，待右端加工完成，主轴停止，将加工左端，根据G71指令走直线， 切退刀槽 ，车螺纹 工件加工完成。2.2 数控加工程序编写右端O0002 N0010 T0101;N0020 M03 S450N0030 G00 X50 Z2.0;N0040 G71 U1.5 R1.0;N0050 G71 P60 Q120 U0.5 W0.2 F0.2;N0060 G00 X0.0 M03 S900;N0070 G01 Z0.0 F0.15;N0080 G03X7.0 Z-3.5 R3.5;N0090 G03 X15.0 Z-10.0 R15.0;N0100 X15.0 Z-14.0 R15.0;N0110 G02 X12.0 Z-20.0 R15.0;N0120 X16.0 Z-29.0 R15.0;N0130 G00 X100.0;N0140 Z100.0;N0150 M30; %左端O0003N0010 T0101;N0020 M03 S450N0030 G00 X50.0 Z2.0;N0040 G71 U1.5 R1.0;N0050 G71 P60 Q80 U0.5 W0.2 F0.2;N0060 G00 X8.0 M03 S900;N0070 G01 Z2.0 F0.2;N0080 G01 Z-19.0;N0100 G00 X100;N0110 Z100;N0120 M30;%00004N0010 T0202;2号刀为割螺纹刀N0020 M03 S120;N0030 G00 X50.0;N0040 Z-19.0;N0050 G01 X8.0 F0.2;N0060 G00 X100.0;N0070 Z100.0;N0080 M30;%00005N0010 T0303;N0020 M03 S120;N0030 G00 X50.0;N0040 Z2.0;N0050 G92 X9.4 Z-19.0 F0.2;N0060 X9.0;N0070 X8.7;N0080 X8.7;N0090 G00 X100.0;N0100 Z100.0;N0110 M30;%三、 对底座的加工3.1 加工工艺路线分析粗加工阶段，将转速提到450r/min，Z方向的残余量为0.2，将转速提到900r/min进行精加工.上表面加工O0006N0010 T01;N0020 G90 G54 S450 M03;N0030 G00 X-50;Y-42;Z-1.5N0040 M98 P1001 F150;N0050 G01 Z-2.8;N0060 M98 P1001;N0070 G00 X100; Y100; Z100;N0020 S900 F200;N0030 G00 X-50;Y-42;Z-3;N0060 M98 P1001;N0070 G00 X100; Y100; Z100;N0080 M30; %O1001N0010 G01 X50; Y-24; X-50; Y-18; X50;Y-12;X-50;Y-6;X50;Y0;X-50Y6;X50;Y12;X-50;Y18;X50;Y24;X-50;Y30;X50;N0020 G00 Z100; X-50; Y-30;N0030 M99; %结束语经过了两个月的学习，我终于完成了工程机械凸轮设计。从开始接到设计题目到设计方案的确定，再到设计说明书的完成，每走一步对于我来说都是新的尝试和挑战。这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。通过这次设计我开始独立的学习和探索，查看相关的资料和书籍，让自己头脑模糊的大概到逐渐清晰，使自己的设计逐步完善起来，每一次改进都使我收益颇丰。虽然我的设计不是很成熟，还有很多不足之处，但是我付出了自己的劳动，这是我引以自豪的地方，我相信只有经历过的人才会明白其中的酸甜苦辣。这次做设计的经历也使我终身受益，我感受到做设计是要真正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。没有学习就不可能有研究的能力，对自己的研究就不会有所突破，那也就不叫设计，希望这次经历能让我在以后的工作学习中激励我继续进步。致 谢在毕业设计期间，无论是确定工作方案、收集资料还是撰写论文，我都得到了廖老师的全力帮助和耐心指导