1、半自動鉆床結構設計課程設計說明書專業班級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 設計時間: 物理與電氣工程學院 年 月 日目錄一、 摘要.3二、 設計任務及要求.31)設計題目及原始數據.32)設計方案提示.43）設計要求.5三、設計原理.5四、機構選擇及其原理.6五、機構運動方案比較.7六、執行機構設計過程及尺寸計算.13七、系統機構運動總體方案圖.18八、總結.18九、參考文獻.18一、 摘要1) 摘要隨著科學技術、工業水平的不斷發展和人們的生活條件的不斷改善，消費者的價值觀念也隨之變化很快，市場需求出現多樣化的特征，機械產品種類日益增多。例如，各種金屬切削機床、儀器儀表、重型機械、輕工機械、

2、紡織機械、石油化工機械、交通運輸機械、海洋作業機械、鋼鐵成套設備、辦公設備、家用電器以及兒童玩具等等。同時，這些機械產品的壽命周期也縮短。企業為了贏得市場，必須不斷開發符合市場需求的產品。新產品的設計與制造，其中設計是產品開發的第一步，是決定產品的性能、質量水平、市場競爭力的最主要因素。機械產品的設計是對產品的功能、工作原理、系統運動方案、機構的運動與動力設計等進行分析計算，并將其轉化為具體的描述以作為制造的工作過程。其中機械產品的工作原理、系統運動方案、機構的運動與動力設計、機構的結構尺寸、力和能量的傳遞方式等內容都作為機械原理課程學習內容。機械原理課程設計是機械原理課程的一個重要實踐性教學

3、環節，在培養學生的機械綜合設計能力及創新意識與能力方面起著重要作用。本次課程設計設計的是半自動鉆床結構設計，該機構中包括齒輪機構，平面連桿機構和凸輪機構等。半自動能實現送料，定位和鉆孔的一體化功能，分別由送料機構，定位機構和進刀機構以及電動機組成。2) 關鍵詞：齒輪機構、凸輪機構、平面連桿機構、送料、定位、進刀二、 設計要求及任務1) 設計題目及原始數據半自動能實現送料，定位和鉆孔的一體化功能。設計加工如圖所示工件的半自動鉆床。送料機構將加工工件推入加工位置并由定位機構使加工工件可靠固定，最終由進刀機構負責動刀頭的升降進行鉆孔工作。方案號進料機構工作行程mm定位機構工作行程mm動力頭工作行程m

4、m電動機轉速r/mm工作節拍（生產率）件/minB352520140022) 設計方案提示1. 鉆頭需由動力頭直接驅動，只需考慮動力頭的升降運動。2. 需要考慮送料機構，定位機構和進刀機構間的循環。各機構運動循環見下表：3. 可采用凸輪軸的方法分配協調各機構的運動。3) 設計要求1. 半自動鉆床機構至少包括齒輪機構，凸輪機構和平面連桿機構在內的三種機構。2. 設計傳動系統并確定傳動比分配。3. 凸輪機構的計算以及按凸輪機構的工作要求，自選從動件的運動規律，確定基圓半徑，校核最大壓力角和最小曲率半徑。4. 設計計算其他機構。三、 設計原理送料機構功能定位機構功能送料、夾緊定位、進刀要協調工作（依

5、靠凸輪機構）進刀退刀機構功能變速齒輪機構原動機輸出量半自動鉆床的工作原理是利用鉆頭的旋轉和進刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸。工藝動作由送料、定位、鉆孔三部分組成。各機構由同一電機驅動，運動由電動機經減速裝置分成兩路，一路隨著傳動系統傳送動力到送料機構和定位機構，分別帶著凸輪做轉動控制四桿機構對工件的定位和帶動凸輪四桿機構控制推桿做往復直線運動。另一路直接傳送動力到鉆頭，控制鉆頭的進退，即該系統由電動機驅動，通過變速傳動將電動機的轉速降到主軸上的2r/min，與傳動軸相連的各機構控制送料、定位和進刀等工藝動作，最后由凸輪推動四桿機構，通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩地運動，這樣動力頭也能帶動刀具平

6、穩地上下移動從而保證較高的加工質量。四、 機構的選擇及其原理根據前述設計要求，送料機構應該做往復運動，并且必須保證工作行程中有快進、休止和快退過程，定位機構也有休止、快進和快退過程，進刀機構有快進、慢進、快退和休止過程。此外三個機構之間還要滿足隨著凸輪軸轉角不同完成動作的過程不同且相互配合。這些運動要求不一定完全能夠達到，但必須保證三者之間相互滿足凸輪不同角度時候配合完好，以及送料機構的往復運動和進刀機構的往復循環及各個機構的間歇運動。1. 減速機構在滿足設計要求的情況下，應該選用經濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結構簡單，傳動比大的特點，可滿足具有較大傳動比的工作要求，故這里就采用行星輪

7、系來實現傳動。2. 送料機構進料只需把料送到，無需間歇，加上為了方便進行運動分析，因此采用了六桿機構（正置曲柄搖桿機構）。3. 定位機構由于我們設計的機構要有間歇往復的運動，當凸輪由遠休到近休運動過程中，可通過兩側的彈簧實現定位，定位桿就阻止了工件滑動，當凸輪由近休到遠休運動過程中，等待送料，凸輪循環運動完成每加工一工件實現定位一次。4. 夾緊功能在工件送到后，須得夾緊，然后才能加工，為了實現這一功能，我們采用盤型凸輪滾子推桿機構，推桿頂端加一v型槽，從近休到遠休，實現夾緊，遠休到近休，由彈簧實現復位。5. 進刀功能采用凸輪的循環運動,推動滾子使滾子擺動一個角度,通過杠桿的擺動弧度放大原理將滾

8、子擺動角度進行放大，可增大刀具的進給量，在杠桿的另一端焊接一扇齒，扇齒的擺動實現齒輪的轉動，齒輪的轉動再帶動動力頭的升降運動，從而實現進刀功能。五、 機構運動方案的比較方案的分析與比較A. 減速機構：行星輪系；由于電動機轉速是1400r/min，而設計要求主軸轉速為2r/min，利用行星輪進行大比例的降速，然后利用圓錐齒輪實現方向的轉換。如圖1 圖1a) 減速對比機構：定軸輪系；傳動比=n(輸入)/n(輸出)=700，傳動比很大，要用多級傳動。如圖2圖2 總結： 由于電動機的轉速是1400r/min，而設計要求的主軸轉速為2r/min，定軸輪系所用的齒輪半徑大，齒數多，齒輪體積龐大，傳動效率低

9、，安裝不便，且不經濟，所以宜采用體積小，結構緊湊，傳動比大，效率高，比較經濟的行星輪系。B. 送料機構：六桿機構；采用一個六桿機構來代替曲柄滑塊機構，由于設計的鉆床在空間上傳動軸間距離有點大，故一般四桿機構很難實現這種遠距離的運動。再加上四桿機構在本設計中的尺寸很小。所以考慮到所設計的機構能夠穩定的運行，因此優先選用六桿機構。由于本設計中送料機構不需要有間歇，所以不需要凸輪機構。如圖3圖3b) 送料機構對比機構：曲柄滑塊；如圖1-4 圖4總結：由于我們設計的送料方案中，送料時間與回程時間相等，不用考慮快進慢回、間歇，且由于設計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離大，故一般四桿機構很難實現這種遠距離的

10、運動。再加上用四桿機構在本設計中在軸線尺寸上很小。所以考慮到所設計的機構能否穩定地運行，因此優先選用了如3所示的六桿機構。說明：曲柄逆時針轉動，機構送料，送到后，曲柄繼續轉，滑塊退出，以此循環。C. 定位機構:凸輪機構；定位機構采用的是一個直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統要有間歇，所以就要使用凸輪機構。相對于對比機構節省材料，較為方便。如圖5 圖5c) 定位機構對比機構：彈力急回間歇機構；如圖6圖6總結：彈力急回間歇機構來代替直動滾子從動件盤型凸輪，它是將旋轉運動轉換成單側停歇的往復運動。這樣也可以完成實際要求，但是為了使設計的機構結構緊湊，又能節省材料，所以還是選直動滾子從動件盤型凸輪來

11、完成定位。說明：遠休到近休，先有一段空行程，然后由彈簧夾緊，并保持設計所需要的定位時間，然后近休到遠休，定位桿退出，以此循環。D. 夾緊機構：凸輪機構；如圖7圖7d) 夾緊機構對比機構：不完全齒輪+齒條機構；如圖8圖8 總結：一開始我們采用不完全齒輪+齒條機構，這雖然能滿足設計要求，但是與凸輪機構相比，有一些缺點，首先，凸輪好加工，價格便宜，能較好地滿足系統的要求，而齒輪齒條則難加工，并且性能不如凸輪好，所以我們最終采用凸輪機構。說明：凸輪近休到遠休，實現夾緊，并保持夾緊時間，然后凸輪回程，由彈簧完成復位，以此循環。E. 進刀機構：凸輪+齒扇機構；采用的是一個擺動滾子從動盤形凸輪來傳遞齒輪齒條

12、機構，當進刀階段時，凸輪在推程階段，很容易通過機構傳遞帶動齒輪齒條嚙合，帶動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉動的幅度也等于齒廓轉動的幅度兩個齒輪來傳動也具有穩定性。如圖9 圖9e) 進刀機構對比機構：凸輪+齒條機構；如圖10圖10 總結：凸輪+齒條機構雖然能滿足設計要求，但是與組合機構相比，存在不耐用的缺點，為了延長使用壽命，我們小組采用組合機構。說明：凸輪近休到遠休，實現空行程和加工，遠休到近休，由彈簧實現。六、 執行機構設計過程及尺寸計算1、 送料機構機構采用如下分析此為正置曲柄搖桿機構，即為夾角為0，即行程速比系數為1，無急回運動，畫圖如下： 此為正置曲柄搖桿機構，極位夾角為0，即行程速比系數為1

13、，無急回運動，畫圖如下： A點位置由功能軸和工作臺的距離決定，取A點位坐標原點，我們假設曲柄AB為7，以AB為原點畫半徑為7的圓，又根據設計要求將此曲柄搖桿設計為正置曲柄搖桿，故在水平兩位置B1（左圓圓心）和B2（右圓圓心）取兩個極限位置，并假設連桿BC為30，以B1為圓心畫半徑30的圓，以B2為圓心畫半徑為30的圓，兩園與水平線交予C1和C2兩點（圖中2個圓與綠線交點），做C1C2的中垂線，則D點在C1C2的中垂線上。由公式H=L1×DE÷DC,由此可得，DE與DC的比列為2.5，取DC為40mm，則DE的尺寸定下來，為100mm，D點的坐標也定下來，得AD為49.51m

14、m；最后數據為AB=7mm;BC=30mm;DE=100mm;EF=60mm;（為適應程序，須大一些）；AD=49.51mm。計算過程：=180°×K-1÷K+1其中為極位夾角，K為行程速度變化系H=2×L1×DE÷DC;H=35mmL1取7mm， DE÷DC=2.5，DC取40mm，DE=100mm;又 L1×L1+L0×L0=L2×L2+L3×L3其中L1：曲柄長度 L2：連桿長度 L3：搖桿長度（DC段） L0：機架長度取L2=30mm;L3=40mm; 算得L0=49.51mm

15、，考慮到實際加工，取機架長度L0為50mm。2、 定位凸輪數據凸輪機構采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使滾子與凸輪保持接觸，實現定位功能。只要適當地設計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿實現我們所需要的運動規律，滿足加工要求，而且響應快速，機構簡單緊湊。具體設計如下:設計基圓半徑r0=70mm,偏心距e=0,滾子半徑r=15mm凸輪轉角=0100°°,定位機構休止,推桿行程h=0;凸輪轉角=100174°,定位機構快進,推桿行程h=30mm;凸輪轉角=174°186°,定位機構休止,推桿行程h=0;凸輪轉角=186°

16、260°,定位機構快退,推桿行程h=-30mm;凸輪轉角=260°360°，定位機構休止，推桿行程h=0;3、夾緊凸輪數據設計基圓半徑r0=90mm,偏心距e=0,滾子半徑r=15mm;凸輪轉角=0168°,夾緊機構休止,推桿行程h=0;凸輪轉角=168°198°,夾緊機構快進,推桿行程h=15mm;凸輪轉角=198°324°,夾緊機構休止,推桿行程h=0;凸輪轉角=324°360°,夾緊機構快退,推桿行程h=-15mm;進刀凸輪+擺桿機構數據(1).由進刀規律，我們設計了凸輪+擺桿機構，又以齒

17、輪齒條的嚙合來實現刀頭的上下運動；(2).用凸輪擺桿機構和圓弧形齒條所構成的同一構件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實現弧形齒條的來回擺動，從而實現要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使滾子與凸輪保持接觸.刀具的運動規律就與凸輪擺桿的運動規律一致； (3).弧形齒條所轉過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設計步驟如下： 1.根據進刀機構的工作循環規律,設計凸輪基圓半徑r0=15mm，中心距A=30mm，擺桿長度d=60mm，最大擺角為17°, 刀具總行程H=17÷360×2××10029.7mm;凸輪轉角=0°150&

18、#176;,=0°凸輪轉角=150°185.71°，刀具快進，=4.4°，行程H1=7.7mm;凸輪轉角=185.71°288°；刀具加工工件，=12.6°，行程H2=22mm;凸輪轉角=288°360°，=0°，刀具由彈簧牽引退回，行程H=29.7mm。2.設計圓形齒條,根據刀頭的行程和凸輪的擺角,設計出圓形齒輪的半徑r=m×z÷2=100mm；m=2；z(全齒）=100，現在取得齒數大于17°對應的齒數，也就是17÷360×100=4.725齒，可以取20齒。小齒輪m=2;z=20;r=20mm。行星輪系的計算:1、用定軸輪系傳動i=n(輸入)÷n(輸出)=7003、 用行星輪系傳動皮帶輪1R1=900mm；皮帶