半自动钻床课程设计

1、专业综合训练说明书设计题目：半自动钻床班级：姓名：学号:指导老师：成绩：时间：徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书目录一、设计要求-02二、原动机的选择-04三、设计工作原理-05四、功能分解图,执行构件动作-07五、运动方案的选择-09六、执行机构设计过程及尺寸计算-12七、机构运动整体方案图（机构运动简图）-16八、工作循环图-18九、对设计结果进行分析与谈论-191徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书十、参照文件-20计算与说明主要结果2徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书一、设计要求1。1设计题目设计加工所示工件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

2、件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。半自动钻床凸轮轴设计数据进料机构定位机构动力头电动机转速工作节拍工作行程工作行程工作行程/（r/min）（生产率）/mm/mm/mm/（件/min）A403015145011。2设计任务半自动钻床最少包含凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构；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、实质廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图；

3、计算与说明主要结果3徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书设计计算其余机构；6。编写设计计算说明书;1.3设计提示钻头由动力头驱动，设计者只要考虑动力头的进刀（起落）运动。除动力头起落机构外，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。可采纳凸轮轴的方法分配协调各机构运动。机构运动循环要求表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计算与说明主要结果4徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书二、原动机的选择2。1原动机的分类原动机的种类按其输入能量的不一样可以分为两类：一次原动机此类原

4、动机是把自然界的能源直接转变成机械能，所以称为一次原动机。属于此类原动机的有柴油机，汽油机，汽轮机和燃汽机等.二次原动机此类原动机是将发电机等能机所产生的各种形态的能量转变成机械能,所以称为二次原动机。属于此类原动机的有电动机，液压马达,气压马达，汽缸和液压缸等.选择原动机时需考虑的要素：1：考虑现场能源的供应状况。2：考虑原动机的机械特征和工作制度与工作相般配。3：考虑工作机对原动机提出的启动，过载，运行安稳,调速和控制等方面的要求.4：考虑工作环境的影响。5：考虑工作靠谱，操作简单，维修方便。6：为了提升机械系统的经济效益，须考虑经济成本：包含初始成本和运行保护成本。综上所述，在半自动钻床

5、中最益选择二次原动机中的电动机作为原动件。计算与说明主要结果5徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书三、设计工作原理3。1机构的工作原理该系统由电机驱动，经过变速传动将电机的1450r/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，和进刀等工艺动作，最后由凸轮机经过齿轮传动带动齿条上下安稳地运动,这样动力头也就能带动刀具安稳地上下挪动从而保证了较高的加工质量，简图以下：3.2传动机构的选择和工作原理（1）传动机构的作用1：把原动机输出的转矩变换为执行机构所需的转矩或力。2：把原动机输出的速度降低或提升,以适应执行机构的需要.3：用原动机进行调速不经济和不行能时,采纳变速传

6、动来满足执行机构常常调要求4：把原动机输出的等速辗转运动转变5：实现由一个或多个动力机驱动或若干个速度相同或不一样的执行机构。6:因为受机体的外形，尺寸的限制,或为了安全和操作方便，执行计算与说明主要结果6徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书机构不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来联接.(2）传动机构选择的原则1：对于小功率传动，应在考虑满足性能的需要下,采纳结构简单的传动装置，尽可能降低初始花费.2：对大功率传动，应优先考虑传动的效率，节约能源，降低运行费用和维修花费。3：当执行机构要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可直接连接或采纳定传动比的传动装置;当执行机构要求变速范围大。用

7、动力机调速不可以满足机械特征和经济性要求时，则应采纳变传动比传动;除执行机构要求连续变速外，尽量采纳有级变速.4:执行机构上载荷变化屡次，且可能出现过载，这时应加过载保护装置.5：主，从动轴要求同步时，应采纳无滑动的传动装置.6：动装置的采纳一定与制造水平相适应，尽可能采纳专业厂生产的标准传动装置,加减速器，变速器和无级变速器等.计算与说明主要结果7徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书四、功能分解图，执行机构动作4.1功能分解图以以下列图4。2执行构件的选择1.减速传动功能采纳经济成实情对较低，并且拥有传动效率高，结构简单，传动比大的特色，可满足拥有较大传动比的工作要求,故我们这里就采纳行星

8、轮系来实现我设计的传动。2。定位功能因为我们设计的机构要有间歇来去的运动，有当凸轮由近休到远休运动过程中，定位杆就阻挡了工件滑动,当凸轮由远休到近休运动过程中可经过双侧的弹簧实现定位机构的回位,等候送料，凸轮的循环运动完成了此功能。、3。进料功能计算与说明主要结果8徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书进料也要要求有必定的间歇运动,我们可以用复位弹簧来实现，而后通过杆件连续作用于加工原件上的力来实现建工元件的连续传达，实现进料。4。进刀功能采纳凸轮的循环运动，推进滚子使滚子摇动一个角度,经过杠杆的摇动弧度放大原理将滚子摇动角度进行放大。可增大刀具的进给量,在杠杆的另一端焊接一个圆弧齿轮，圆弧齿

9、轮的摇动实现齿轮的转动,齿轮的转动再带动动力头的起落运动实现进刀。计算与说明主要结果9徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书五、运动方案的选择5.1减速机构：定轴轮系传动；传动比=n输入/n输出=750传动比很大，要用多级传动。如图：5。2进刀机构采纳一个摇动滚子从动件盘行凸轮机构来传达齿轮齿条机构。因为我们用一个摇动滚子从动件盘行凸轮机构来传达齿轮机构，当进刀的时候，凸轮在推程阶段运行,很简单经过机构传达带动齿轮齿条啮合。带动动刀头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度,两个齿轮来传动也拥有稳性.。计算与说明主要结果10徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书5。3送料系统:采纳凸轮

10、机构实现送料的快进、休止、快退、休止,先由主轴转动带动凸轮将工件运至加工位置,而后由弹簧的回答力士杆件带动凸轮回到原位置，实现一个运动过程,往后，凸轮来去循环运动，实现送料的连续.5.4定位系统：定位系统采纳的是一个偏置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，但假如是平底推杆从动件,则凸轮就计算与说明主要结果11徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书会失真，若增添凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不务实质，所以就采纳一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足我们的实质要求了.计算与说明主要结果12徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书六、执行机构设计过

11、程及尺寸计算6.1送料凸轮机构机构采纳以下分析凸轮机构采纳直动滚子端面柱体凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现进料功能。只要合适地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，并且响应快速，机构简单紧凑.具体设计以下：设计基圆半径r0=20mm,凸轮转角=030,送料机构快进,推杆行程h=40mm；凸轮转角=30-45,送料机构休止，推杆行程h=0mm;凸轮转角=45-90,送料机构快退，推杆行程h=-40mm;凸轮转角=90-360，送料机构休止，推杆行程h=0mm；6。2进刀机构的设计1.凸轮摆杆机构的设计：(1）。由进刀规律，我们设计

12、了凸轮摆杆机构，又以齿轮齿条的啮合来实现刀头的上下运动；计算与说明主要结果13徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书(2）.用凸轮摆杆机构和圆弧形齿条所构成的同一构件，凸轮摆杆从动件的摇动就可以实现弧形齿条的来回摇动，从而实现要求;采纳滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触。刀具的运动规律就与凸轮摆杆的运动规律一致；3)。弧形齿条所转过的弧长即为刀头所运动的的距离。具体设计步骤以下：1。依据进刀机构的工作循环规律,设计凸轮基圆半径r0=40mm，中心距A=80mm,摆杆长度d=65mm,最大摆角为18,凸轮转角=055，=0;凸轮转角=55270，刀具快进，=18凸

13、轮转角=270300,=0凸轮转角=3003602。设计圆形齿条,依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=15mm，获取r=47.78mm，2进刀连杆机构：依据要求，进刀机构工作行程为15mm,可取BCDE四杆机构的极位夹角为10度，则由180(K1)1得K=1。12，急回特征不是很明显,对进刀机构来说并没有影响。各杆尺寸：AB=75BC=30。2CD=88DE=11。5BE=100EF=47。7814徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书计算与说明主要结果以上尺寸满足要求。6。3定位凸轮推杆机构的设计:凸轮机构采纳直动滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧

14、力来使滚子与凸轮保持接触，实现定位功能.只要合适地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求,并且响应快速，机构简单紧凑.具体设计以下:设计基圆半径r0=40mm，偏爱距e=30凸轮转角=0-15，定位机构休止，推杆行程h=0mm；凸轮转角=25-30，定位机构快进,推杆行程h=30mm；凸轮转角=3050,定位机构休止,推杆行程h=0mm；凸轮转角=50-90，定位机构快退，推杆行程h=30mm;凸轮转角=90-360，定位机构休止，推杆行程h=0mm;设计偏爱距e=30的原由是因为此凸轮执行的是定位，其定位杆的行程为30故这样设计。6。4行星轮系的计算：用行星轮

15、系传动传动比=n输入/n输出=725传动比很大,要用多级传动.而后由主轴输出，在经过带轮传达到凸轮轴.15徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书计算与说明主要结果采纳以下列图的行星轮传动,经过比较设计皮带传动机构与齿轮系传动机构的相应参数以下表：皮带轮参数名称皮带轮1皮带轮2半径（mm）50100齿轮参数模数（mm）压力角（）齿数（个）直径（mm）齿轮1220145145齿轮2220181181齿轮22202525齿轮3220202016徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书计算与说明主要结果七、机构运动整体方案图（机构运动简图)综上所述各机构方案择优形成以下的机械系统运动方案组合。机械系统方

16、案E1E2E3变速机构A2A1A1送料机构B3B1B2定位机构C1C2C1进刀机构D2D1D1方案1的设计矩阵为E1=A2B3C1D2钻床的变速装置采纳定轴齿轮变速，因为设计要求传动比=n输入/n输出=1450/1=1450，特别大，此时再结合蜗轮蜗杆传动可以大幅度降速。机构的送料装置采纳由凸轮与四杆机构的组合结构，此组合机构既可以满足设计要求同时有对于其余的满足相同要求的机构又拥有尺寸小和运动靠谱的特色。盘形凸轮机构把转动动力输入给四杆机构中的一个杆件从而转变成这个杆件的来去运动，此机构中的四杆机构为双摇杆机构，由此双摇杆机构实现滑块的来去运动.同时设计凸轮尺寸来满足滑块的间歇运动和快慢交替

17、的变速运动。机构的定位机构由凸轮机构结合四杆机构的死点来夹住工件，并按要求设计凸轮的外形尺寸以满足定位机构相同满足间歇运动和休止。机构的进刀机构由轮机构和扇形齿与齿条配合，中间采纳连杆带动.先把辗转运动动力转变成扇形齿的来去摇动，在经过齿轮传达给齿条，增添两个齿轮的目的是为了使传动更加的安稳靠谱。优化方案的设计矩阵为E2=A1B1C2D1。半自动钻床的变速机构采纳行星轮可以实现较大幅度的速度转变，相比天真的采纳齿轮传动，次方法的采纳更加经济成实情对较低，并且拥有传动效率高,结构简单，传动比大的特色,可满足拥有较大传动比的工作要求,据有空间也较小。17徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书计算与

18、说明主要结果送料装置假如采纳凸轮滑块机构,固然可以实现滑块的来去运动,但是不可以够保证滑块可以实现间歇休止并且配合好其余机构。采纳C2种类的定位装置可以满足设计要求，但是整个半自动钻床的空间尺寸有限这样的设计务必会占用较大的空间从而使资料的使用增加，浪费了资料。进刀机构采纳D1时候可以满足设计要求,但是机构构件之间缺少稳固的传动，对制造出的工件精度很难保证质量。更具钻床每分钟完成一个工件的钻孔的设计要求，并且采纳可以供应间歇运动的机构，以及结合产品结构简单、紧凑、制造方便、低成本等性能指标,选取设计方案E1/。实质采纳的半自动钻床运动方案以以下列图所示:18徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书计算与说明主要结果八、工作循环图钻床进刀钻孔和退刀为一个运动循环。应该保证钻床在钻孔运动循环中，定位装置和送料装置和钻头在时间和凸轮转动角度上互相协调。依据半自动钻床各执行机构的运动要求，绘制机构系统的运动循环图以下：3060送料定位30601090进刀90180270360（7.55s）（15s）（22.5s）（30s）19徐州