1、專班學姓課程設計說明書課程名稱： 半自動鉆床業： 機械設計制造及其自動化級：號：名：指導老師：2017年01月06日目錄：一、課程設計要求 2二、所設計的機構工作原理 2三、功能分解圖和執行機構動作 4五、機構運動總體方案圖（機構運動簡圖） 6六、執行機構設計過程及尺寸計算 6七、機構組合 8八、工作循環圖 9九、設計總結 9一、課程設計要求1. 設計題目設計加工圖1所示工件巾12mm孔的半自動鉆床。進刀機構負責 動力頭的升降，送料機構將被加工工件推入加工位置， 并由定位機構 使被加工工件可靠固定。圖1加工工件圖2半自動鉆床設計數據參看表3方案號進料機構工作行程mm定位機構工作行程mm動力頭

2、工作行 程mm電動機轉速r/mm工作節 拍（生產 率）件/mi nA40301514510B35252014002C3020109601表3半自動鉆床凸輪設計數據2. 設計任務1）半自動鉆床至少包括凸輪機構、齒輪機構在內的三種機構。2）設計傳動系統并確定其傳動比分配。3）圖紙上畫出半自動鉆床的機構運動方案簡圖和運動循環圖。4）凸輪機構的設計計算。按各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，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對 盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、 實際廓線值。畫出從動件運動 規律線圖及凸輪廓線圖。5）設計計算其他機構。6）編寫設計計算說明書。7）學生可進一步完成：凸

3、輪的數控加工，半自動鉆床的計算機 演示驗證等。3. 設計提示1）鉆頭由動力頭驅動，設計者只需考慮動力頭的進刀（升降） 運動。2）除動力頭升降機構外，還需設計送料機構、定位機構。各機 構運動循環要求見表4。3）可采用凸輪軸的方法分配協調各機構運動。表4機構運動循環要求凸輪軸轉角10o20o30o45o60o75o90o105o 270o300o360o送料快進休止快退休止定位休止快進休止快退休止進刀休止快進快進快退休止二、所設計的機構工作原理1. 機構的工作原理該系統由電機驅動，通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的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

4、，最后由凸輪機通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩地運動，這樣動力頭也就能帶動刀具平穩地上下移 動從而保證了較高的加工質量，具體的選擇原理和工作原理如下：2. 機構的選擇原理（1）原動機的分類：原動機的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：1）一次原動機此類原動機是把自然界的能源直接轉變為機械能，因此稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機，汽油機，汽輪機和燃汽機等。2 ）二次原動機此類原動機是將發電機等能機所產生的各種形態的能量轉變為機械能，因此稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機，液壓馬達，氣壓馬達，汽缸和液 壓缸等。（2）選擇原動機時需考慮的因素：1）考慮現場能源的供應情況。2）考慮原動機的機

5、械特性和工作制度與工作相匹配。3）考慮工作機對原動機提出的啟動，過載，運轉平穩，調速和控制等方面 的要求。4）考慮工作環境的影響。5）考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。6）為了提高機械系統的經濟效益，須考慮經濟成本：包括初始成本和運轉 維護成本。綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。3. 傳動機構的選擇和工作原理（1）傳動機構的作用1）把原動機輸出的轉矩變換為執行機構所需的轉矩或力。2）把原動機輸出的速度降低或提高，以適應執行機構的需要。3）用原動機進行調速不經濟和不可能時，采用變速傳動來滿足執行機構經常 調要求4）把原動機輸出的等速回轉運動轉變5）實現由一個或多個動

6、力機驅動或若干個速度相同或不同的執行機構。6）由于受機體的外形，尺寸的限制，或為了安全和操作方便，執行機構不 宜與原動機直接連接時，也需要用傳動裝置來聯接。（2）傳動機構選擇的原則1）對于小功率傳動，應在考慮滿足性能的需要下，選用結構簡單的傳動裝置， 盡可能降低初始費用。2）對大功率傳動，應優先考慮傳動的效率，節約能源，降低運轉費用和維修 費用。3）當執行機構要求變速時，若能與動力機調速比相適應，可直接連接或采 用定傳動比的傳動裝置；當執行機構要求變速范圍大。用動力機調速不能滿足機 械特性和經濟性要求時，則應采用變傳動比傳動；除執行機構要求連續變速外， 盡量采用有級變速。4）執行機構上載荷變化

7、頻繁，且可能出現過載，這時應加過載保護裝置。5）主，從動軸要求同步時，應采用無滑動的傳動裝置。6）動裝置的選用必須與制造水平相適應，盡可能選用專業廠生產的標準傳動裝置，加減速器，變速器和無級變速器等。三、功能分解圖和執行機構動作1. 功能分解圖如下圖圖32. 執行構件的選擇（1）減速傳動功能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，故我們這里就采用行星輪系來實現我設計的 傳動。（2）定位功能由于我們設計的機構要有間歇往復的運動， 有當凸輪由近休到遠休運動過程 中,定位桿就阻止了工件滑動，當凸輪由遠休到近休運動過程中可通過兩側的彈 簧實

8、現定位機構的回位，等待送料，凸輪的循環運動完成了此功能。、（3）進料功能進料也要要求有一定的間歇運動，我們可以用圓錐齒輪來實現換向，然后通 過和齒輪的嚙合來傳遞，再在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機構 ，用 從動件滾子推桿的直線往復運動實現進料。（4）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 一個 圓弧齒輪，圓弧齒輪的擺動實現齒輪的轉動，齒輪的轉動再帶動動力頭的升 降運動實現進刀.四、運動方案的選擇與比較1.方案的分析與比較（1）減速機構：由于電動機的轉速是 1450r/min，而設計

9、要求的主軸轉速 為2r/min ,利用行星輪進行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實現方向的轉換。圖4-1（2）對比機構：定軸輪系傳動；傳動比=n輸入/n輸出=700傳動比很大,要用多級傳動。如圖4-2.圖4-2（3）進刀機構：采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪齒條機構.因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪機構，當進刀的時 候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機構傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉動的幅度也是等于齒廓轉動的幅度， 兩個齒輪來傳動也具有 穩性。圖4-3（4）對比機構：在擺桿上加一個平行四邊行四桿機構，這樣也可以來實現傳動，但是當加了四桿機構以后并沒

10、有達到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機構，為了使機構結構緊湊，又能完成需要的傳動，所以選擇了一個擺動滾子從 動件盤行凸輪機構。圖4-4（5）送料系統：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之間的距離有點大，故一般四桿機構很難實現這種遠距離的運動。 再加上用四桿機構在本設計中在尺寸上很小。所以考慮到所設計的機構能否穩定 的運行因此優先選用了如下圖的六桿機構來實現。 由于本設計送料時不要求在傳 動過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機構。如圖4-5。圖4-5（6）對比機構：所選用的對比四桿機構如下圖（圖4-6），由于在空 間上軸與軸之間的距離較大，但選用下來此四桿的尺寸太小

11、。 故優先 選用六桿機構。圖4-6（7）定位系統：定位系統采用的是一個偏置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，但如果是平底推桿從動件，則凸 輪就會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機構的結構就會很大，也不求實 際，所以就采用一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足我們的實際要求了。圖4-7(8)對比機構：采用彈力急回間歇機構來代替偏置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，所以還是選偏置直動滾子從動件盤型 凸輪來完成定位。圖4-8五、機構運動總體方案圖(機構運動

12、簡圖)根據前面表3-3中實線連接的方案的運動簡圖確定本設計中半 自動鉆床的總體方案圖如圖5-1圖5-1六、執行機構設計過程及尺寸計算1 .送料機構采用如下分析送料連桿機構：采用如下機構來送料，根據要求，進料機構工作行程為40mm可取ABCD4干機構的極位夾角為12度，則由- 180 (K衛K+1，得 K=1.14,急回特性不是很明顯，但對送料機構來說并無影響。各桿尺寸：(如圖6-1 )AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8該尺寸可以滿足設計要求，即滑塊的左右運動為 40, ABCD勺極位夾角為12度。圖6-12凸輪擺桿機構的設計：(1) 由進刀規律，我們

13、設計了凸輪擺桿機構，又以齒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r°=40mm中心距A=80mm擺桿長度d=65mm最大擺角B為18° ,凸輪轉角入=0-60 ° , B =0° ；凸輪轉角入=60

14、6; -270 °，刀具快進，B =5°,凸輪轉角入=270° -300 ° ;凸輪轉角入=300° -360 ° , B =0°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=l/ B ,由 B =18° , l=20mm ,3) 得到 r=63.69mm 如圖 6-2圖6-23. 凸輪推桿機構的設計：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，就可以使推桿得我們所需要的運動規律，滿足加工要求，而且響應

15、快速，機構簡單緊湊。 具體設計如下：設計基圓半徑r0=40mm偏心距e=25凸輪轉角入=0° -100 ° ,定位機構休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉角入=100° -285 ° ,定位機構快進,推桿行程h=25mm;凸輪轉角入=285° -300 ° ,定位機構休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉角入=300° -360 ° ,定位機構快退,推桿行程h=-25mm;設計偏心距e=25的原因是因為此凸輪執行的是定位，其定位桿的行程為25 故如此設計。4 .行星輪系的計算：(1) 用定軸輪系傳動傳動比=n輸入/n輸出=7

16、00傳動比很大，要用多級傳動。(2) 用行星輪系傳動圖6-3Z仁35 Z2=20 Z2 ' =20 Z3=35 傳動比 iH3=700根據行星輪傳動公式：i (H3)=1-i(31)H=1-Z2 ' Z1/Z3Z2由i（1H）=1-Z2'Z1/Z3Z2，考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經過比較設計 皮帶傳動機構與齒輪系傳動機構的相應參數如下表：皮帶輪參數名稱皮帶輪1皮帶輪2半徑（mr）i100100齒輪參數模數（mrh壓力角（°）齒數（個）直徑（mr）i齒輪12203570齒輪22202040齒輪2'2202040齒輪32203570七、機構組合上述各機

17、構方案擇優形成如下的機械系統運動方案組合機械系統方案E1E2E3變速機構A2A1A1送料機構B3B1B2定位機構C1C2C1進刀機構D2D1D1方案1的設計矩陣為E仁A2 B3 C1 D2鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設計要求傳動比=n輸入/n輸出=1450/仁1450,非常大，此時再結合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速。機構的送料裝置采用由凸輪與四桿機構的組合結構，此組合機構既可以滿足設計要求同時相對于其他的滿足同樣要求的機構又具有尺寸小和運動可靠的特 點。盤形凸輪機構把轉動動力輸入給四桿機構中的一個桿件從而轉化為這個桿件 的往復運動，此機構中的四桿機構為雙搖桿機構，由此雙搖桿機構實現滑塊的

18、往 復運動。同時設計凸輪尺寸來滿足滑塊的間歇運動和快慢交替的變速運動。機構的定位機構由凸輪機構結合四桿機構的死點來夾住工件，并按要求設計 凸輪的外形尺寸以滿足定位機構同樣滿足間歇運動和休止機構的進刀機構由輪機構和扇形齒與齒條配合， 中間采用連桿帶動。先把回 轉運動動力轉化為扇形齒的往復擺動， 在通過齒輪傳遞給齒條，增加兩個齒輪的 目的是為了使傳動更加的平穩可靠。方案2的設計矩陣為E2=A1 B1 C2 D1。半自動鉆床的變速機構采用行星輪可以實現較大幅度的速度轉變，相比單純的采用齒輪傳動，次方法的選用更加經濟成本相對較低，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

19、要求，占據空間也較 小。送料裝置如果采用凸輪滑塊機構，雖然可以實現滑塊的往復運動，但是不能 夠保證滑塊能夠實現間歇休止并且配合好其他機構。采用C2類型的定位裝置可以滿足設計要求， 但是整個半自動鉆床的空間尺 寸有限這樣的設計務必會占用較大的空間從而使材料的使用增多，浪費了材料。進刀機構采用D1時候能夠滿足設計要求，但是機構構件之間缺乏穩定的傳 動，對制造出的工件精度很難保證質量。更具鉆床每分鐘完成一個工件的鉆孔的設計要求， 并且選用能夠提供間歇運 動的機構，以及結合產品結構簡單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標，選取 設計方案E1/。實際采用的半自動鉆床運動方案如下圖所示：1電動機2定軸齒輪3蝸輪4凸輪5連桿6工件毛坯7滑塊8鉆頭9齒輪10扇形齒輪11彈簧12連桿13夾具14連桿15凸輪16皮帶八、工作循環圖鉆床進刀、鉆孔和退刀為一個運動循環。應該保證鉆床在鉆孔運動循環中， 定位裝置和送料裝置和鉆頭在時間和凸輪轉動角度上相互協調。根據半自動鉆床各執行機構的運動要求，繪制機構系統的運動循環圖如下：九、設計總結通過本次為期一周的機械原理課程設計，在感受到了設計過程的艱辛的同 時也收獲了豐富的經驗。相比于在機械工程方面的感性直觀認識的認識實習和金 工實習，本次課程設計則主要集中于理性的分析和設計思考。從開始的感覺無處