湖北民族学院机械原理课程设计半自动钻床

1、机械电子工程机械原理课程设计说明书半自动钻床的设计 院 系： 理 学 院 专 业： 机械电子工程 学 号： 021141207 姓 名： 李 谦 指导老师： 杨永明 目录1 设计任务···································

2、;···········21.1 设计题目·····································&#

3、183;······21.2 设计任务··········································

4、;··21.3 设计提示············································32 工作原理及功能分析&#

5、183;···································33 设计方式选择·············

6、;·····························43.1 机构的设计···················&

7、#183;······················43.2 机构的运动简图·························&

8、#183;············43.3 凸轮的设计计算···································&

9、#183;··43.4 凸轮的轮廓线········································53.5 从动件（推杆的运动规律）··

10、83;··························53.5 凸轮的数控加工·····················

11、83;················54 主运动机构选型································

12、;········54.1 减速传动功能及设计计算······························54.2 进刀机构功能及设计计算······

13、83;·······················64.3 送料机构功能及设计计算························

14、;······74.4 定位夹紧机构功能及设计计算··························85 机械系统传动方案·············

15、·························96 机构的运动分析和数控加工······················

16、83;·······106.1 凸轮的运动仿真······································106.2 推杆的运动规律（

17、函数线）·····························116.3 凸轮的数控加工··················&

18、#183;···················117 总结·····························&

19、#183;····················128 参考文献····························

20、;··················131 设计任务1.1 设计题目设计加工图1所示工件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。 图1 加工工件 表1 半自动钻床凸轮设计数据方案号进料机构工作行程mm定位机构工作行程mm动力头工作行程mm电动机转速r/mm工作节拍（生产率）件/minD4020159602 表2 机构运动循环要求凸轮轴转角

21、10º20º30º45º60º75º90º105º270º300º360º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1.2 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。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。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

22、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。7.学生可进一步完成：凸轮的数控加工，半自动钻床的计算机演示验证等。1.3 设计提示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，还需设计送料机构、定位机构。各机构运动循环要求见表4。3. 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。2 工作原理及功能分解半自动钻床的工作原理是利用钻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、进刀三部分组成。各个机构的运动由同一电动机驱动，运动由电动机经过减速装置后分为两路，一路随着传动系统传送动力到定位夹紧机构和进刀机构，分别

23、带动凸轮做转动控制连杆对工件的定位和通过齿轮带动齿条和动力头做往复直线运动。另一路直接传动到送料机构，控制的送料机构的进退。即该系统由电动机驱动，通过变速传动将电动机的转速由960r/min降到主轴的2r/min，与传动轴相连的凸轮机构控制送料，定位夹紧和进刀等工艺动作。其中动力头由凸轮机构通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动，则动力头可带动钻头平稳地上下移动从而保证了较高的加工质量。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，并由定位机构使加工工件可靠固定。三个执行构件的运动形式为：1、进刀机构动力头做垂直的往复直线运动，下移到最低点后立刻上移。在下移之前有一段休止时间，此段时

24、间则用于送料和定位夹紧。其中动力头的快进行程为15mm，工进行程为18mm。2、送料机构做水平的往复运动，工作行程是40mm。初始时，送料机构迅速地将被加工工件送到指定加工位置，稍作停顿后立即返回，且其在工件的加工过程中保持休止。3、定位夹紧机构在水平面内做近似垂直直线运动，在工件的加工过程中对工件起固定的作用。其中夹紧装置的垂直行程为20mm。3 设计方式选择3.1 机构的设计在机构的设计过程中，首先，我们将机构的功能设计分为四个大的模块，根据每个模块功能需求的不同，我们结合现有的知识和一些参考资料，选择出部分可行的机构。我们始终遵循以下机械设计的三个原则（1）功能设计（2）质量（3）优化设

25、计和创新设计进行设计，最终定下了每个模块最佳的机构设计方案。然后对各个方案逐个进行分析和计算，最终将各个功能模块组成整个机构循环系统。3.2 机构的运动简图 确定各机构设计方案后，使用autoCAD将机构简图绘制出来，并标注各点。3.3 凸轮的设计计算图2 凸轮设计工具软件界面使用SolidWorks中麦迪凸轮设计工具，根据机构运动循环要求和设计数据对符合要求的凸轮机构进行设计。3.4 凸轮的轮廓线通过对凸轮不同工作阶段的设定、每个工作阶段的起始角度和终止角度、起始升程和终止升程的设定、从动件运动规律的选择，可以根据迈迪凸轮设计系统平面转动凸轮插件生成凸轮的轮廓线。3.5 从动件（推杆的运动规

26、律）从动件在凸轮的转动过程中运动。先在SolidWorks里面将推杆和凸轮配合，然后使用SolidWorks里面的motion分析功能，给凸轮一个转速，同时给推杆和凸轮之间设置一个接触，计算并运行仿真。接着，在生成图解模块中，添加对推杆线性速度和位移周期性的分析，生成函数图像。3.5 凸轮的数控加工用SolidCAM,对生成的凸轮零件进行数控仿真加工，生成加工轨迹和G代码。4 主运动机构选型4.1 减速传动功能及设计计算选用的装置具有传动效率高、结构简单、传动比大的特点，可满足具有较大传动比的工作要求。可以考虑先利用带传动进行一级降速，同时有过载保护的作用。 采用定轴轮系减速传动。由于传动比=

27、输入转速/输出转速=960/2=480，传动比过大，为使每级齿轮传动比稍小且稳定，故用二级减速传动。其中带传动起过载保护作用。通过改变带传动比例可以改变输出转速为1或2。图3 减速传动系统机构简图Z1=20，Z2=80，Z3=20，Z4=100；则齿轮传动比i14=(Z2 Z4)/(Z1 Z3)=12。蜗轮蜗杆传动比i0=36。其中，带传动的皮带轮1半径50mm，皮带轮2半径100mm，即ip=2。综上所述，减速传动机构的传动比i=i14×i0×ip=864960。表3 齿轮参数 模数（mm）压力角（°）齿数（个）直径（mm）齿轮12202040齿轮2220601

28、20齿轮32202040齿轮4220802604.2 进刀机构功能及设计计算采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构并结合滑块导杆传递齿轮齿条机构。进刀时，凸轮在推程阶段运行，其通过机构传递带动齿轮齿条啮合，进而带动动力头完成钻孔。导杆垂直移动的距离即为齿轮弧转动的角度，且齿轮齿条传动具有稳定性。图4 进刀机构简图进刀机构如图B1所示，快进行程15mm，工进行程18mm各杆尺寸如下：CD=50mm，BC=20mm，CE=50mm，EF=125mm圆弧齿条设计如下：计圆形齿条,根据刀头的行程和凸轮的摆角,设计出圆形齿轮的半径r=l/，由=18°，l=20mm，得到r=63.69mm两相同齿轮

29、设计：模数m=2，齿数z=25，压力角=20°齿条设计：m=2，z=40，=20°凸轮设计：基圆半径r=80mm，由sin=D/r=80/113=0.708，最大压力角=45°图5 进刀机构中凸轮轮廓线4.3 送料机构功能及设计计算图6 送料机构简图 采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构来完成送料机构的往复运动。通过凸轮机构和导杆滑块实现送料时的快进、休止和快退的动作。由于采用了杠杆，故其能够完成送料的较大传动距离。其中弹簧起到复位作用。送料机构如图C1所示，根据要求，进料机构工作行程为40mm各杆尺寸如下：AB=100mm，BC=50mm，CD=50mm 送料机构

30、凸轮设计：基圆半径rb=80mm由sin=D/r=80/120=0.667，即最大压力角=41°图7 送料机构中凸轮轮廓线4.4 定位夹紧机构功能及设计计算采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构。通过凸轮机构实现定位夹紧时的休止、快进及夹紧和快退的动作。由于采用了杠杆，夹紧装置可对工件施加较大的夹紧力保证完成定位夹紧的功能。图8 定位夹紧机构简图定位机构如图D1所示，定位机构行程为30mm图5 送料机构简图各杆尺寸如下：AB=50mm，BC=100mm，CD=50mm，DG=20mm，BF=20mm定位机构凸轮设计：基圆半径rb=80mm由sin=D/r=80/100=0.8，即最大压力角=53°图9 定位夹紧机构中凸轮轮