机械原理课程设计--半自动钻床

1、机械原理课程设计一半自动钻 床GUIZHOU UNIVERSITY课程设计课程名称：机械轄学院：机械工程学院专业：机械制造及自施 姓 名：学 号：年 级：2010级任课教师：2013年1月18日贵州大学机械工程学院机械原理课程设计任务书 题号03半自动钻床一、设计题目及原始数据设计加工所示工 件d 12mm孔的半 自动钻床。进刀机 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#308/ O 12 40 *方 案 号mmmm动力 头工作 行程mm电动 机转 速 r/mm工作 节拍（生 产率）

2、件/minA40301514501B35252014002C3020109601二、设计方案提示1. 钻头由动力头驱动，设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10203045607590105270300360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3.可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。三、设计任务1. 半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在 内的三种机构；2. 设计传动系统并确定其传动比分配，并在图 纸上画出传动系统图；3. 图纸上画出半自动钻床

3、的机构运动方案简 图和运动循环图;4. 凸轮机构的设计计算。按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;5. 设计计算其他机构;6. 编写设计计算说明书;一机构的工作原理目录二.功能分解图，执行机构动作三.机构的选用四机构运动总体方案图19五执行机构设计及尺寸计算26六工作循环图23七.proe运动分析28附录26总结39参考文献40一、机构的工作原理1、机构的工作原理：该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的1450r/min降到主轴的lr/min,与传动轴相

4、连的各机构控制送料，定位，夹紧和进刀等 工艺动作，最后由凸轮机构通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动, 这样动力头也就能带动刀具平稳地上下移动从而保证了较高的加工 质量。具体的选择原理和工作原理如下:(1) 选择电动机时需考虑的因素：电动机的选择需考虑工作环境的影响；同时还要考虑是否工作可靠，操作简易，维修方便；除此 之外，为了提高机械系统的经济效益，还需考虑经济成本。(2) 传动机构的作用：把电动机输出的转矩变换为执行机构 所需的转矩或力;把电动机输出的转矩变换为执行机构所需的转矩 或力；当不可能用电动机进行调速时，釆用变速传动来满足执行机 构的调速要求；由于受机体的外形，尺寸的限制，或为了安

5、全和操 作方便，执行机构不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来联 接。(3) 传动机构选择的原则：对于小功率传动，应在考虑满足性 能的需要下，选用结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用；对 大功率传动，应优先考虑传动的效率，节约能源，降低运转费用和维 修费用；当执行机构要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可 直接连接或釆用定传动比的传动装置；当执行机构要求变速范围大, 用动力机调速不能满足机械特性和经济性要求时，则应采用变传动比 传动；除执行机构要求连续变速外，尽量采用有级变速。主，从动 轴要求同步时，应采用无滑动的传动装置；动装置的选用必须与制 造水平相适应，尽可能选用专业厂生产的标准

6、传动装置，加减速器, 变速器和无级变速器等。二、功能分解图，执行机构动作功能分解图如下图:半自动钻床的工作原理是利用转头的旋转和进刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形状。工艺动作过程由送料、定位、夹紧、钻孔三部分组成。各个机构的运动由同一电机驱动，随着传动皮带传送动10 力到定位机构、夹紧机构和送料机构，分别带动凸轮做转动控制四杆 机构对工件的定位和带动凸轮四杆机构控制推杆做往复直线运动。基本运动为：推杆的往复直线运动，定位机构与夹紧机构的间歇 运动和钻头的往复运动。送料、定位、夹紧和进刀机构在凸轮轴不同 转角时候快慢行程不同。各个机构之间的配合相互有序，满足凸轮轴 转角对应的性能要求。三、机构

7、的选用根据前述设计要求，送料机构应该做往复运动。定位机构也有休 止、快进、快退过程。进刀机构有快进和慢进、快退和休止过程。此 外三个机构之间还要满足随着凸轮轴转角不同完成动作的过程不同 且相互配合。这些运动要求不一定完全能够达到，但必须保证三者之 间相互满足凸轮不同角度时候配合完好，以及送料机构的往复运动和 进刀机构的往复循环及各个机构的间歇运动。1、变速机构：如（图3.1. 1）,由于电动机的转速是1450r/min,而选用设计 要求的主转速为lr/min。可以利用行星轮进行大比例的降速，然后 用锥齿轮变向，采用该机构的优点是机构所占的空间较小，传动链比 较短占用空间小。11（图 3.1.1

8、）对比机构：利用定轴轮系进行减速，虽然能够达到要求，但是齿轮的 配合级数过多，配合齿轮的齿数相差过尢传动链比较长，所占用的总体空间比较大，如（图3.1.2）：POT（图 3. 1.2）2、送料机构：方案一：采用对心曲柄滑块机构如下图，由于在空间上轴与轴之间的距离较大，并且曲柄回转中心的位置不一定与工作台在一个平面12内,这是釆用该种机构要考虑的首要问题;用锥齿轮可以解决该问题;优点是容易设计，加工成本低；机构简图如(图3. 2.1)：(图 3. 2. 1)对比机构：方案二：如下图，釆用槽轮机构进行送料 这种机构的优点是不需要用锥 齿轮换向，直接将主轴的转动转换成为滑块的往复运动；缺点是槽轮 的

9、加工精度要求较高，加工成本较高。机构简图见(图3. 2.2)：(1)定位系统采用的是一个对心直动滚子从动件盘型凸轮，因为定位系统要有间歇，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从 动件，凸轮容易失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构 就会很大，也不切实际，并且容易与其它机构发生干涉，所以采用一 个对心直动滚子从动件盘型凸轮，可以满足实际要求。（图3. 3.1） 为机构简图：（2）对比机构：该机构用凸轮实现从动件的间歇运动，中间采 用连杆机构进行传动，保证了传动的平稳性，但是也因为这样使得机 构增加了运动传递路径的长度。所以传递效率会比较低，实际设计加 工和组装比较困难；机构简图如（图3

10、. 3.2）：144、夹紧机构:(1)夹紧机构运动规律类似于定位机构，系统有间歇，也需要用凸轮机构，优点是利用机架的一侧作为定位基准，可以减小运动产生的误差，夹紧位置比较准确；机构简图如(图3.4.1)：15（图 3. 4. 1）（2）对比机构：该机构的运动形式和规律与（1）完全相同，不 同的是夹紧头不一样,该机构采用的是两侧同时向工件中心运动的形 式来夹紧的，该机构夹紧易出现误差，运动难控制，加工和组装的要 求比较高；机构简图如（图3. 4. 2）：（图 3. 4.2）5、进刀机构：方案一：为了达到输出间歇运动同时能够做到循环往复运动，釆 用凸轮机构和齿条，顶杆和齿条固结中间采用齿轮带动。先

11、把回转运 动动力转化为齿条的上下运动，再通过齿轮传递给连接刀具的齿条, 从而使刀具进行进刀。该机构的优点是传动链较短，易于生产加工和 组装；机构简图如（图3. 5.1）：16方案二：对比机构：釆用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构。因 为我们用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮机构,当进刀 的时候，凸轮在推程阶段运行，容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合。带动动力头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度, 两个齿轮来传动也具有稳定性。但是此种机构增加了运动传递路径。所以传递效率会比较低，综合考虑，总体设计仍采用方案一；对比机 构的机构简图如（图3. 5.2）：17（图

12、 3. 5.2）6、绘制机械系统运动转换功能，如（图36）：（图 3.6）1、根据系统的运动转换功能，由下表可以求出半自动钻床系统运动方案数为：1X2X2X2X2X2=32根据功能原理，工艺分解过程及执行机构的选择，确定了以下运动方案，如（图41）：功能元功能元解（区配机构）1 2减速1带传动减速2齿轮传动行星轮系送料推杆往复运动曲柄滑块机构凸轮机构夹紧推杆间歇往复运动连杆机构凸轮机构定位杆间歇往复运动_连杆机构仆凸轮机构刀貝的复合运动 的间歇往复运动实体效果图：见附录（图75）；6、锥齿轮传动proe效果图：见附录（图76）；7、总装配实体效果图：见附录（图7.7）o28附录:29（图4.

13、2）机械系统运动方案简图30Dialog区|凸轮分段数5_第凸轮转角(度)|60备注：转角和必须为360度!升程(mm) po升程和必须为0!分段状态：IZh! 运动规律选择：5：摆线运动规律6：多顶式(3-4-5)送动规律OKNol 静止 转角6000升程000No2等速运动规律_撐角4000_尹程10.00No3等速运动规律转角70. 00.程30.00No4静止转角13000升程000No5等速运动规律转角60. 00_尹程-40.00Cancel31? C轮机梅CAIYAI丈件厅a)妙就示u护出 看肋DRE寻？位移(S)mm連寞(V) mni/s力口速度(A) mm/s/ s 压力曲率

14、半径mm旦轮位移丹(度)图531)定位凸轮设计结果32Dialog区凸轮分段数肝第凸轮转角（度）画 升程（mm）pis分段状态：备注：转角和必须为？60度!升程和必须为0!运动规律选择：6：多项式44-5）运动规律0KN 静止转角150.00升程000No2等速运动规律转角30. 00_程10.00No3等速运动规律转角2000_升程5.00No4静止转角100.00升程000No5等速运动规律转角60升程-15. 00Cancel33丘做构C1DV比哭件叩 侈&知）務弟?a 旺）耳出ftof）D OQ R 寻？（图541）夹紧凸轮设计结果3435游跖匸別眩示 曲 6 sa SDtfQ ggg

15、j ?位務（S） mm 速度（V） mm/s 加速，庚（A） mm/s/s 压力角（度）曲率半径mm 凸轮位移角（度）=（图551）进刀凸轮设计结果36（图71）送料机构三维图And ly$ i f i n i i i on?（細5.0Ci80.0075.0070.0065.0060.0055.0050.0045.0040.000.0020.0040.00$0.0030.00lOO.OQ120.00MO.OO160.00Ano ly$ i$De f m i t ion?: :RQ$ine I fmm）（图7丄1）送料机构滑块位移曲线图372.001.501.000.505! 0.000.50-

16、1.001.50-2.00?.5OI! Iy FTHfl: |J fJ ；.0.0020.0040.00$0.00SO.00100 00120.00140.00160.00和帥）Ano lys isDe f in i tion?: :rn0$ur e2 / set）（图712）送料机构滑块速度曲线图0.30Ana I y$ i sDe f i n H i on2 （林）0.25o.?o0.150 10空 0.050.000.050.10-0.15o.?o?.5OAnd I y$ i f i n H i on2 （聘）0.0020.0040.00&0.OO30.QOIQU.OQI2O.&0ND.

17、00160.00Analy$i$Definition?:rneci$ufe3 fflim f粕（秋）（图7丄3）送料机构滑块加速度曲线图38（图72）定位机构三维效果图（图73）夹紧机构三维效果图39（图74）进刀机构三维效果图（图75）减速机构三维效果图40（图7.6）锥齿轮三维效果图4142（图77）总体三维效果图43总结通过本次的课程设计，使我对机械原理的实际应用有了很大的体 验。不同于平时我们课本所学习的知识，在实践运用中知识只成为了 工具。当然实践的应用加强了对课本知识的理解。此次课程设计碰到 了很多的问题，平时我们的学习中总是注意技巧性，但在实际应用中, 所有的数据都得自己设计，然后计算。所以对合理性要求就更高，只 是单纯的想象所得数据根本不能满足三维的画图。更主要的是我们此 次利用三维软件来进行运动分析更是让我们的知识与实践结合。在设 计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一 遍的检査终于找出了原因所在，也暴露出了我在这方面的知识欠缺和 经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再 是纸上谈兵。这次课程设计让我感受到了设计过程中的艰辛。对于从来没有经历过亲身设计的我