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1、 第 1 页机械原理课程设计说明书设计题目：半自动钻床设计者 ：彭松指导教师： 彭子梅2012-12-20 第 2 页目录1.课程设计任务书-12.设计要求-33. 功能分解-44. 执行机构选择与比较-55. 机械系统运动方案的选择-176. 工作循环图-187. 尺寸计算-168. 运动简图 -249. 总结-26 第 0 页机械原理课程设计任务书 题号 03半自动钻床一、工作原理及工艺动作过程要求设计加工所示工件 12mm 孔的半自动钻床。输送待钻孔的圆盘工件至指定位置，待夹紧钻孔后将工件推走。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。
2、被加工工件外形如下图所示: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。3. 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。 第 1 页三、设计任务1、根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 2、按工艺动作过程拟定运动循环图。 3、构思系统运动方案(至少2个以上)，进行方案评价，选出较优方案。4、对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 5、对送料机构进行运动学分析。6、绘制系统机械运动方案简图（3号图）。7、完成设计说明书的编写。 半自动钻床凸轮设计数据表数据代号进料机构工作行程mm定位机构工作行程mm钻头快
3、速趋近行程 1mm钻头快速切削行程 2mm电动机转速r/mm工作节拍（生产率）件/min齿轮模数1 40 30 15 25 1450 1 22 40 25 10 30 1400 2 2.53 40 20 13 20 960 1 34 40 20 15 20 1400 1 35 40 30 10 25 1100 2 46 40 25 15 30 960 1 2 第 2 页一 设计要求半自动钻床机能够实现送料、定位、和孔的一体化功能。由零件尺寸知道设计要求的机床的进料机构工作行程等于 40mm，动力钻头工作行程等于 20mm，电动机转速 960r/min，每分钟 1 件构件加工好。半自动钻床机由送
4、料机构，定位机构，进刀机构以及电动机组成。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，最终由进刀构负责动力头的升降来进行钻孔工作。选择送料机构时要考虑到被加工的构件的形状，送料机构要以直线、间隙、定量地将要加工的构件送入加工台，可用来回往复移动构件走直线轨迹段推构件向前进，用定位机构来定住构件的要被加工的位置，加紧之后再钻，打好孔之后再退刀，退出时可以用送料机构送的构件推出加工台，以此来实现循环加工。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的机构运动方案简图和运动循环图
5、；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；要求设计该半自动钻床的送料、定位、及进刀的整体传动系统。其中：1.钻头由动力头驱动，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。3.采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。机构运动循环要求 第 3 页二 功能分解功能分解图： 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
6、作过程由送料、定位、钻孔三部分组成。各个机构的运动由同一电机驱动，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。另一路直接传动到钻头的进退刀机构，控制钻头的进退，既该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的960r/min 降到主轴的 1r/min，与传动轴相连的各机构控制送料、定位、和进刀等工艺动作，最后由凸轮机构推动四杆机构，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。基本运动为：推杆的往复直线运动，定位机构的间歇运动和
7、钻头的往复运动。此外，还要满足传动性能要求：1 送料、定位、进刀机构在凸轮轴不同转角时候快慢行程不同。2 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。10 20 30 45 60 75 90 105270 300 360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 慢进 快退 休止原动机输出能量 变速齿轮机构 进料机构功能夹紧定位机构功能进刀退刀机构功能进料、加紧定位、进退刀要协调工作（依靠凸轮机构） 第 4 页机械系统运动转换功能：三 执行机构的选择根据前述设计要求，送料机构应该做往复运动，并且必须保证工作行程中有快进、休止和快退过程。定位机构
8、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.减速传动功能选用经济成本相对较低，而且具有传动效率高,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，故我们这里就采用行星轮系来实现我设计的传动。方案一：A1 由于电动机的转速是 960r/min，而选用设计要求的主轴转速为1r/min。可以考虑利用行星轮进行大比例的降速，然后采用蜗轮变向。考虑到蜗轮
9、传动效率较低可以采用锥齿轮变向。 第 5 页对比方案二：定轴轮系传动；传动比 =n 输入/n 输出=960 传动比很大，要用多级传动。2.定位功能由于我们设计的机构要有间歇往复的运动，有当凸轮由近休到远休运动过程中,定位杆就阻止了工件滑动，当凸轮由远休到近休运动过程中可通过两侧的弹簧实现定位机构的回位,等待送料,凸轮的循环运动完成了此功能，并且定位机构的工作行程要求是 20mm。方案一：该定位系统利用了杆机构的增力作用，可以提供足够的力来加紧零件，选取凸轮作为原动件实现间歇定位的要求。 第 6 页对比方案二：该定位系统利用四杆机构中死点的积极作用，选取凸轮结合夹紧机构共同作用达到定位机构和间歇
10、定位的要求。对比方案三：该定位系统采用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，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足实际要求了。 第 7 页对比方案四：采用一对凸轮机构相向放置，凸轮推压导杆，定位零件，凸轮满足了间歇定位的要求对比方案五：选用凸轮作为原动件，利用杠杆的转动，带动导杆运动，将零件夹紧 第 8 页3.进料功能进料也要要求有一定的间歇运动，并且其工作行程不小于 40mm，我们可以用圆锥齿轮来实现换向，然后通过和齿轮的啮合将动力传
11、递给进料机构。可以在齿轮上安装一个直动滚子从动件盘型凸轮机构,用从动件滚子推杆的直线往复运动实现进料但机构的空间结构不好。方案一：采用一个四杆机构通过齿轮弧带动齿条，齿条推动零件实现进料功能。由于本设计送料时不要求在传动过程中有间歇，所以不需要使用凸轮机构。 第 9 页对比方案二：采用一个六杆机构来代替曲柄滑块机构，由于设计的钻床在空间上传动轴之间的距离有点大，故一般四杆机构很难实现这种远距离的运动。再加上用四杆机构在本设计中在尺寸上很小。所以考虑到所设计的机构能否稳定的运行因此优先选用了如下图的六杆机构来实现。由于本设计送料时不要求在传动过程中有间歇，所以不需要使用凸轮机构。 第 10 页对
12、比方案三：采用曲柄滑块机构，空间结构很紧凑，机构简单。AB=20mm、BC=30mm，D 端推动待加工零件。 A 处连接传动轴对比方案四：采用凸轮来完成进料，靠弹簧复位，要求凸轮比较大，不利于远距离的运动传递。凸轮太大，其基半径为 10mm，导程为 40mm。A 处连接传动轴。对比方案五：凸轮作为原动件，通过杠杆和铰接在滑块上的横杆来推动待加工零件，弹簧起到复位作用 第 11 页4.进刀功能 采用凸轮的循环运动,推动滚子使滚子摆动一个角度,通过杠杆的摆动弧度放大原理将滚子摆动角度进行放大.可增大刀具的进给量,在杠杆的另一端焊接一个 圆弧齿轮,圆弧齿轮的摆动实现齿轮的转动,齿轮的转动再带动动力头的升降运动实现进刀方案一：采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，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.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，两个齿轮来传动也具有稳性。
