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1、课程设计课程名称： 机械原理 学 院： 机械工程学院 专 业：机械制造及自动化 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/minA40301514501B35252014002C30201096
2、01二、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
3、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； 目 录一机构的工作原理5二功能分解图，执行机构动作7三机构的选用8四机构运动总体方案图16五执行机构设计及尺寸计算18六工作循环图23七proe运动分析25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1r/min，与传动轴相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,
4、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，采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，
5、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，可直接连接或采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
6、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
7、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1r/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。 （图3.1.1）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大，传动链比较长，所占用的总体空间比较大，如（图3.1.2）： （图3.
8、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内，这是采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，采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；缺点是槽轮的加工精度要求较高，加工成本较高。机构简图见（图3.2.2）： （图3.2.2）3、定位机构：（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，
9、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： （图3.3.1）（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3.3.2）： （图3.3.2）4、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
10、产生的误差，夹紧位置比较准确；机构简图如（图3.4.1）： （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，采用凸轮机构和齿条，顶杆和齿条固结中间采用齿轮带动。先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）： （图
11、3.5.1）方案二：对比机构：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，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）： （图3.5.2）6、绘制机械系统运动转换功能，如（图3.6）： （图3.6） 四、机构运动总体方案图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：1222
12、22=32种根据功能原理，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4.1）： （图4.1）根据各机构分析，运动简图确定本设计中半自动钻床的总体方案图如下图，该图表示了上图形态学矩阵中用实线连接的方案的运动简图。电动机通过带传动将运动传递到行星轮系，传到行星架的转速为1000r/min，通过行星轮系减速后将运动传递到主轴，使主轴的转速降为1r/min；接下来通过主轴带动锥齿轮转动，再通过两次锥齿轮传动后，便可将运动传到曲柄滑块机构，从而实现送料滑块的往复运动；同时主轴也将运动传递到定位、夹紧和进刀机构的凸轮，定位凸轮将运动传递到定位杆，使定位杆实现往复运动；夹紧机构的运动跟定位机
13、构的相同；进刀凸轮将运动传到齿条，齿条再通过齿轮将运动传递给动力头，使动力头实现往复进刀运动；机械系统运动方案简图见附录（图4.2）。五、执行机构设计及尺寸计算1、减速机构计算：如（图5.1），因为传动比到达到1450：1，所以先用带传动减速，然后再用行星轮系减速。两个传送轮的半径分别设定为145和100，使的H 的转速降到1000r/min。分别设定齿轮1，2，2，3的模数为1，齿数分别为37，25，27，40。由此可算的传送比为1000：1，达到减速效果。 （图5.1）2、送料机构计算： 如（图5.2），该机构为对心曲柄滑块机构，无急回特性，极位夹角为0；任务书中进料机构即滑块的行程为40即两极位C1和C2之间的距离为40，所以B1点到B2点之间的距离为40，所以AB取20，为满足运动要求，取 BC=60;当运动开始时，即：当B点位于极位B1时，A点与极位C1点之间的距离为40，使滑块循环推动工件从而达到送料效果。 （图5.2）3、定位凸轮的设计： 如（图5
