锁粱自动成型机床切削机构设计说明书

课程设计课程名称：机械原理学院：机械工程学院专业：机自102姓名：王阳学号：1008030199年级：2010级任课教师：戴明2013年1月18日贵州大学机械工程学院课程设计成绩评定表专业及班级机自102姓名王阳学号1008030199课程设计题目锁梁自动成型机床切削机构项目项目内容权重成绩得分100～90（优）89～80（良）79～70（中）69～60（及格）<60（不及格）出勤出勤与纪律10%工作量完成设计任务的比例10%设计能力综合运用理论知识、计算机技能和外语的能力；处理工程实际问题的能力40%回答问题回答指导教师提出的问题的正确性、全面性20%设计说明书和图纸设计说明书和图纸的质量20%综合得分、等级填表人：年月日锁梁自动成型机床切削机构设计任务书一、本次课程设计要求设计出具有下列功能的机构（题号A1）锁梁自动成型机床加工锁梁（即挂锁上用于插入门扣的钩状零件）的工序为：将盘圆钢条校直、切槽、车圆头、切断和搬弯成型。本机构为该机床的搬弯成型工艺部分，由送料机构、夹紧机构和切削进给机构组合而成。切削加工原理如下图：送料夹持器1将工件7送到切削加工工位。弹簧夹头的锥套6移动，使夹紧爪5将工件7夹紧，送料夹持器1即返回。圆锥凸轮2移动，使与切槽刀杆和切断刀杆相联的摆杆3摆动，开始进刀，由于刀盘4的旋转运动，是工件被出圆槽、圆头和最后切断。圆锥凸轮2返回，摆动刀杆退刀，弹簧夹头松开工件，待送料夹持器1第二次送进时，将已切削成型的工件推出工位。二、机构设计的有关数据1．生产率10件/分2．机电输入转速：n1=700转/分3．工件尺寸：L=250㎜D1=10㎜D2=7㎜三、课程设计项目内容与要求目标分析：根据设计任务书中规定的设计任务，进行功能分析，做出工艺动作的分解，明确各个工艺动作的工作原理。创新构思：对完成各工艺动作和工作性能的执行机构的运动方案进行全面构思。对各可行方案进行运动规律设计、机构型式设计和协调设计。方案拟定：拟定总体方案，进行执行系统、传动系统、原动机的选择和基本参数设计。方案评价：对各行方案进行运动分析、力分析及有关计算、以进行功能、性能评价和技术、经济评价。方案决策：在方案评价的基础上进行方案决策，在可行方案。确认其总体设计方案，绘制系统运动简图、编写总体方案设计计算机说明书。按工艺动作设计多个组合机构的总体方案，根据评标的运动特性、传力特性、工作可靠性、结构紧凑性和制造经济性等进行分析比较，最后确定一、二个较好的方案，拟定出运动方案示意图。分解工艺动作，根据生产率绘制送料机构、定位机构和进刀机构的运动循环图。（4号图）根据生产率和电机转速，设计传动系统。用图解法对送料机构、定位机构和进刀机构进行运动设计，绘制组合机构的运动简图。（4号图）用计算机辅助设计对送料机构进行运动分析：编制计算流程框图。根据计算流程框图编制主程序，上机计算及打印结构用计算机辅助设计对凸轮机构进行设计，绘出凸轮轮廓和从动件位移曲线编写课程设计说明书。内容包括：设计题目、工艺要求、设计内容、方案选择与比较、各机构类型和运动参数的选择、机构运动设计步骤、设计结构、设计结构、传动系统设计、机构运动分析计算流程框图、主程序及计算结构、凸轮机构设计、参考资料目录和设计小结等。（20页以上）四、机械原理课程设计题目分配1.凡学号末位第二位数（即十位数）为ｌ、３的同学作锁梁自动成型机切削机构（即A1～A10）。2．.学号末位数（即个位数）为题号代号。例：学号03*****13的同学作锁梁自动成型机切削机构。题号代号为A3的数据。附表：锁梁自动成型机床切削机构设计题目数据题目代号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10生产率10121518202425283032电机转速7007508008509009501000110012001250工件长度250240225200190180160150120100工件D1101099886655工件D2776655443.53.5齿轮模数665544332.52.5目录第一章锁梁自动成型机床切削机构的功能与设计要求 6一、锁梁参数 6二、锁梁切削机构工作原理图及其解释 7三、锁梁切削机构功能分解 7第二章根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 8第三章传动机构的选择 9一、原动机的选择 9二、减速传动机构的选择 9第四章执行机构的比较与选择 11一、送料机构的选择 11二、切削材料时的夹紧机构选择 13三、切削时的进给机构的选择 15第五章绘制机构系统运动转换功能图 16第六章选定各个功能的执行机构后方案的确定 17一、方案一 18二、方案二 18三、方案三（最优方案） 19第七章机械系统运动方案简图 20第八章机构尺寸计算与设定 22一、送料机构的尺寸计算 22二、夹紧机构尺寸计算 23三、进给机构尺寸计算 24第九章总体安装尺寸 25附表一夹紧凸轮类型和基本参数 26附表二夹紧凸轮运动分段 27附表三夹紧凸轮导入PRO/E绘制 28附表四进给凸轮基本参数 29附表五进给凸轮运动分段 30附表六进给凸轮导入PRO/E绘制 31附表七PRO/E对六杆机构的位移测量 32附表八PRO/E对六杆机构的速度测量 33附表九PRO/E对六杆机构的加速度测量 34附表十PRO/E绘制锁梁自动成型机床切削机构三维视图 35课程设计总结 36参考文献资料： 37第一章锁梁自动成型机床切削机构的功能与设计要求一、锁梁参数图1-1图1-1所示为挂锁的一个零件，称为“锁梁”。锁梁自动成型机床切削机构的功能是将材料切削加工成图1-1所示的“锁梁”。设计要求和参数为：“锁梁”的形状如图1-1所示；连续自动生产；生产能力为10件/min；加工质量要达到规定的技术要求；机械系统运动方案应力求简单，可靠；二、锁梁切削机构工作原理图及其解释图1-2切削加工原理如图1-2：送料夹持器1将工件7送到切削加工工位。弹簧夹头的锥套6移动，使夹紧爪5将工件7夹紧，送料夹持器1即返回。圆锥凸轮2移动，使与切槽刀杆和切断刀杆相联的摆杆3摆动，开始进刀，由于刀盘4的旋转运动，使工件被切出圆槽，圆头和最后切断。圆锥凸轮2返回，摆动刀杆退刀，弹簧夹头松开工件，待送料夹持器1第二次进刀时，将已切削成型的工件推出工位。三、锁梁切削机构功能分解为了实现将工件切削加工成图1-1的形状，可将总功能分解为如下分功能：送料功能；材料夹紧功能；材料切削功能。其功能逻辑图如1-3所示图1-3第二章根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图执行阶段运动阶段运动时间(s)分配转角(°)送料阶段送料回程24120240夹紧阶段初始上升夹紧回程1.531.252.1671957513060切削阶段初始上升远休回程3.671.080.251220651560图1-4如图1-4所示，送料：进程0°-120°回程120°-360°。夹紧：近休355°-90°推程90°-165°远休165°-295°回程295°-355°进给：近休320°-180°推程180°-245°远休245°-260°回程260°-320°第三章传动机构的选择一、原动机的选择锁梁自动成型机床应用于大批量的生产，原动机启动频繁，切削工件需要的功率较大，应选三相电机，必须在长时间里连续工作，为满足以上要求可以选择三相异步电动机作为原动机，额定电压为380V，额定转速为700转每分。二、减速传动机构的选择机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。传动机构最常见的有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。他们的特点如表1：特点寿命应用齿轮传动承载能力和速度范围大；传动比恒定，采用卫星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损能力金属切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器等蜗杆传动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润滑良好，寿命较长；低速传动，磨损显著金属切削机床（特别是分度机构）、起重机、冶金矿山机械、焊接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短带轮直径大，带的寿命长。普通V带3500-5000h金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械链传动轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件间形成油膜能吸振，对恶劣环境有一定的适应能力，工作可靠；作用在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械等由上述几种主要的传动装置相互比较可知，由于要求外廓尺寸小，工作可靠，效率高。，故选择齿轮传动，第一级传动选择带传动，可对电动机起到过载保护的作用。其传动路线为：转速为700r/min的电动机1经皮带传到2，齿轮3传到齿轮4，齿轮5传到齿轮6，从而带动轴的转动。由于生产率为10件/分，而电动机的转速为700r/min，则i=n电/n6=700/10=70一级减速（皮带减速）i1=n1/n2=2二级减速（齿轮减速）i2=n3/n4=5三级减速（齿轮减速）i3=n5/n6=7i=i1×i2×i3=2×5×7=70如图2-1.4所示，轮一和轮二用皮带相连，其余为齿轮传动，模数m=6,D1=120mm,D2=240mm,Z3=20,Z4=100,Z5=20,Z6=140,D3=120mm,D4=600mm,D5=120mm,D6=640mm第四章执行机构的比较与选择一、送料机构的选择工件送料功能需要采用往复移动机构来实现，下面选用几个常见的可以往复移动的机构来实现。偏置曲柄滑块机构图4-1功能：图4-1是偏置曲柄滑块机构，将旋转运动转换为往复移动。当曲柄转动时，通过连杆使滑块实现往复移动，即可实现送料功能。六杆机构图4-2结构和工作原理如图4-2所示的六杆机构是由1-2-3-6组成的曲柄导杆机构和连杆4，滑块5串联成的。当曲柄1等速转动时，从动件3变速往复摆动，该机构可在曲柄1长度一定的情况下，使从动件5获得较大的行程。从动件5的往复移动，可实现其送料功能。曲柄滑块摇杆齿条机构图4-3功能：用于将旋转运动转换成有急进慢回特性的往复移动。结构和工作原理:如图所示的杆机构是由1-2-3-4组成的曲柄滑块摇杆机构和齿条4，组成的。当曲柄1等速转动时，从动件3变速往复摆动，该机构可在曲柄1长度一定的情况下，使从动件4获得较大的行程。从动件4的往复移动，可实现其送料功能。根据以上三种方案知：偏置曲柄滑块机构由于偏心距的限制，使得压力角过大，且送料行程较小，不能很好的满足送料的要求。曲柄滑块摇杆齿条机构虽然能实现快进慢退的功能，但其中的齿条机构的制造装配成本高，且占据空间大，不够合理。

六杆机构中，由于机构在运动过程中，传力性能良好通过导杆3和连杆4可以调整送料压力角和送料行程，从而获得较合适的压力角和送料行程，故选择如图4-2所示的六杆机构作为最终送料机构。二、切削材料时的夹紧机构选择通过凸轮实现夹紧管左右移动使弹簧夹头夹紧工件。用弹簧夹头进行夹紧，弹簧夹头的材料是焠火过的钢套，起夹爪有弹性，夹爪外部成锥体，在弹簧夹头的外面有一具有内锥的夹紧管，当夹紧管左右移动时，利用夹紧管与弹簧夹头的锥面实现夹紧与松开，夹紧管的左右移动由凸轮机构实现。下面选用几个备选方案来实现。1，六杆机构图4-4结构和工作原理:如图4-4所示，当曲柄AB等速转动时，从动杆BCDEF往复摆动，在架上前面的弹簧夹头部分，实现夹紧。2，凸轮机构和连杆机构图4-5结构和工作原理:如图4-5所示，当凸轮7转动时，通过直动推杆5推动摆杆2带动夹持器1做间歇往复运动。从而实现夹紧功能。根据以上2种可执行方案，经过对他们进行比较可得：六杆机构的夹紧时间很短暂，不能满足加紧时间和切削时间的合理搭配。但是合理的设计凸轮轮廓可以让夹紧机构的加紧时间与切削时间吻合，选用凸轮+连杆机构较为合适，并较为可靠，结构也较为简单，有平稳的运动特性。三、切削时的进给机构的选择通过刀具的绕工件旋转和刀具的横向切削进给运动实现飞刀切削。由于采用飞刀切槽，刀具不仅要绕工件旋转，同时还要作横向切削进给运动。为了使结构简单，当横向进给运动行程不大时，可以用弧线运动代替，弧线进给运动是间歇往复回转运动如图，回转刀架上安装有能绕回转刀架作相对转动的切槽刀杆和切断刀杆，刀杆一端与锥套组成高副联接。锥套与回转刀架为键联接，可相对回转刀架作轴向移动。加工时，锥套与回转刀架一起旋转，同时由凸轮机构试其作相对刀架的轴向移动，此时锥套与刀杆组成的高副使刀杆摆动，从而实现切槽和切断功能。下面选用几个备选方案来实现。凸轮、连杆和滑块机构图4-6功能：将旋转运动转换为刀架的间歇往复移动，从而实现刀架的进给功能。结构和工作原理:如图4-6所示，凸轮的旋转运动，通过推杆带动滑块的水平移动，滑块再通过连杆使得竖直杆左右摆动，从而使得刀架间歇往复移动，实现刀架的进给功能。此机构中，滑块处的摩擦较大，易造成机构磨损，且竖直摆杆与凸轮没有任何的封闭，使得刀架的往复移动不易实现。2,凸轮和连杆机构图4-7功能：将旋转运动转换为刀架的间歇往复移动，从而实现刀架的进给功能。结构和工作原理:如图4-7所示，凸轮7的旋转运动，带动推杆5的水平移动，通过滚子4推动竖直杆2摆动，从而使得刀架间歇往复移动，实现刀架的进给功能。其中，推杆5上的两个滚子有效地减小了系统摩擦，改善了机构的传递性能，使得机构的传递效率大大的提高，弹簧6的使用使得竖直杆2与凸轮形成力封闭，保证了竖直杆2的往复间歇摆动。使本机构具有良好的动力性能。经比较可知，图4-7所示的（凸轮+连杆机构）传递性能好，磨损较小，且竖直杆与凸轮通过弹簧形成力封闭，可保证刀架的间歇往复运动。第五章绘制机构系统运动转换功能图一、根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图如图5-1所示。功能元功能元分解123一级减速带传动齿轮传动蜗杆传动二级减速带传动齿轮传动蜗杆传动三级减速带传动齿轮传动蜗杆传动送料机构无间歇往复移动曲柄滑块机构六杆机构曲柄滑块摇杆齿轮机构夹紧套的间歇往复移动凸轮滑块连杆机构凸轮连杆机构进给锥套的间歇往复移动凸轮滑块连杆机构凸轮连杆机构图5-1二、形态学矩阵法创建机构运动方案根据机械系统运动转换功能图可构成形态学矩阵，由下表所示的形态学矩阵可求出锁梁自动成型切削系统的运动方案数为：N=3×3×3×3×2×2=324可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计者的经验等，从中选出若干个较为实际可行的方案，然后从选出的若干个方案中用评价方法选出最优方案。第六章选定各个功能的执行机构后方案的确定一、方案一二、方案二三、方案三（最优方案）①送料功能：选用六杆机构②夹紧功能：选用凸轮机构+连杆机构。机构简单，稳定，具有间歇特性。③进给功能：选用凸轮+连杆机构。机构稳定，运动具有确定性。第七章机械系统运动方案简图图7-1如图7-1所示为机械系统运动方案运动简图。电机1通过皮带2，传到3，齿轮4传到齿轮5，齿轮6传到齿轮7，从而带动曲柄8，夹紧凸轮14进给凸轮13以相同角速度转动，曲柄8通过滑块9，导杆10，连杆11，将曲柄的匀速转动转化为送料器12的往复运动；夹紧凸轮14通过滚子16，推杆19，滚子20，摆杆24将凸轮的匀速转动转化为夹紧套26的间歇往复运动；进给凸轮13通过滚子15，推杆17，滚子18，摆杆23将凸轮的匀速转动转化为进给装置的间歇往复运动。其中，弹簧21和弹簧22使摆杆24和摆杆23与对应的凸轮形成力封闭，使摆杆24和摆杆23能够进行往复间歇摆动。曲柄8，滑块9，导杆10，连杆11，滑块12构成送料机构；凸轮14，滚子16，推杆19，滚子20，摆杆24，夹紧套26，弹簧21构成夹紧机构；凸轮13，滚子15，推杆17，滚子18，摆杆23，锥套25，弹簧22构成进给机构。空间摆放位置在图中没有表示出来。夹紧凸轮14和进给凸轮13，齿轮7，曲柄8在同一轴上，齿轮5，6在同一轴上，齿轮4，3在同一轴上，空间摆放位置一致。第八章机构尺寸计算与设定一、送料机构的尺寸计算其中，由送料机构假定有如下初始条件，由于行程速比系数k=2,所以极位夹角θ=180°k-1k+1为了确保机构在运动过程中有较大的传动角γmin≥40°~50°,以及为了作图和计算的方便不妨设送料机构做大压力角为303，AC=100mm DE=100mm又因为工件长度为250mm所以有一下结论：导杆CD长度为250mm；曲柄AB长度为50mm；二、夹紧机构尺寸计算图8-12如图8-12所示，这里的推杆5与凸轮中心相对，偏心距为0，支点3位于加紧套与推杆5竖直距离的中点处，以保证推杆5的移动距离与夹紧套的移动距离相等。而推杆5和摆杆2的长度根据实际装配要求确定，只要满足其推程确定就可以了，所以这里只要确定凸轮。在设计机构时，夹紧杆5的长度为200mm,夹紧套筒1与弹簧夹头的初始距离为50mm,所以凸轮的推程和回程都可以设计为50mm。因为凸轮是与轴做成一整体所以凸轮的半径应略大于轴的半径（轴的直径为10mm,所以凸轮的基圆半径应大于5mm。根据实际生产经验，在推程时，直动杆的许用压力角α=30°。夹紧凸轮的具体参数，见附表一三、进给机构尺寸计算图8-13如图8-13所示，进给机构采用的是凸轮连杆机构。这里的推杆5与凸轮中心相对，偏心距为0，支点3位于锥套与推杆5竖直距离的中点处，以保证锥套进给距离与推杆5移动的距离相当。而推杆5和摆杆2的长度根据实际装配要求确定，只要满足其推程确定就可以了，所以这里只要确定凸轮尺寸。设计时，推杆5的长度为50mm。假设有如下初始条件：切断刀的键槽锥度为45°；切断刀的刀尖距离工件中心的初始距离为20mm；那么有以下结论：加紧凸轮的推程和回程均为20mm。（进给凸轮的具体参数与夹紧凸轮同理，见附表四至附表六）切槽刀键槽锥度θ=tan-1第九章总体安装尺寸则H=250×cos30°+100×附表一夹紧凸轮类型和基本参数附表二夹紧