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1、徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书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： 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、机构运动总体方案图（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讨论 -19十、 参考文献 -20计 算 与 说 明主要结果一、 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件推入加工位置，并
2、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/min)工作节拍（生产率）/（件/min）A403015145011.2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，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、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图；计 算
3、 与 说 明主要结果5.设计计算其他机构；6.编写设计计算说明书；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，还需要设计送料机构、定位机构。各机构运动循环要求见下表。3. 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。机构运动循环要求表 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计 算 与 说 明主要结果二、 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同可以分为两类：A 一次原动机 此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能，因此称为一次原动机。属于此
4、类原动机的有柴油机，汽油机，汽轮机和燃汽机等。B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为机械能，因此称为二次原动机。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因素：1：考虑现场能源的供应情况。2：考虑原动机的机械特性和工作制度与工作相匹配。3：考虑工作机对原动机提出的启动，过载，运转平稳，调速和控制等方面的要求。4：考虑工作环境的影响。5：考虑工作可靠，操作简易，维修方便。6：为了提高机械系统的经济效益，须考虑经济成本：包括初始成本和运转维护成本。综上所述，在半自动钻床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
5、主要结果三、 设计工作原理3.1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 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，简图如下：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高，以适应执行机构的需要。3：用原动机进行调速不经济和不可能时，采用变速传动来满足执行机构经常调要求4：把原动机输出的等速回转运动转变5：实现由一个或多个动力机驱
6、动或若干个速度相同或不同的执行机构。6：由于受机体的外形，尺寸的限制，或为了安全和操作方便，执行计 算 与 说 明主要结果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，选用结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用。2：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。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。 4：执行机构
7、上载荷变化频繁，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，应采用无滑动的传动装置。6：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。计 算 与 说 明主要结果四、 功能分解图，执行机构动作4.1功能分解图如下图4.2执行构件的选择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。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
8、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。、3.进料功能计 算 与 说 明主要结果进料也要要求有一定的间歇运动，我们可以用复位弹簧来实现，然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递，实现进料。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.计 算 与 说 明主要结果五、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
9、大，要用多级传动。如图：5.2 进刀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，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.。计 算 与 说 明主要结果5.3 送料系统：采用凸轮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，然后由弹簧的回复力士杆件带动凸轮回到原位置，实现一个运动过程，此后，凸轮往复循环运动，实现送料的连续。5.4 定位系统： 定位系统采用的是一个偏置直动滚子从动件盘
10、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，则凸轮就计 算 与 说 明主要结果会失真，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，它就可以满足我们的实际要求了。计 算 与 说 明主要结果六、执行机构设计过程及尺寸计算6.1 送料凸轮机构机构采用如下分析凸轮机构采用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。只要适当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，而且响应快速，机构简单紧凑。具体设计如下:设计基圆半径r0=20mm,凸
11、轮转角=0-30,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(2).用凸轮摆杆机构和圆弧形齿条所构成的同一构件，凸轮摆杆从动件的摆动就可以实现弧形齿条的来回摆动，从而实现要求；采用滚子盘行凸轮，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。具体设计步骤如下：1.根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=0-55,=0;凸轮转角=55-270，刀具快进，=18凸轮转角=270-300,=0凸轮转角=300-3602.设计圆形齿条,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=15mm，3.得到r=47.78mm，2进刀连杆机构：根据要求，进刀
