半自动钻床

机械原理课程设计(论文)设计（论文）题目半自动钻床学院名称核技术与自动化专业名称学生姓名学生学号任课教师设计（论文）成绩教务处制2016年1月8日成都理工大学课程设计任务书课程名称：机械原理课程设计设计题目：半自动钻床的设计内容及任务一、设计的任务与主要技术参数半自动钻床机由送料机构，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，最终由进刀机构负责动力头的升降来进行钻孔工作。设计参数是：进料机构工作行程45mm；定位机构工作行程35mm；动力头工作行程20mm；电动机转速1500r／min；工作节拍2件/min；二、设计工作量要求：对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。主要参考资料[1]鸣歧王保民王振莆《机械原理课程设计手册》重庆大学出版社[2]孙桓《机械原理教材》高等教育出版社机械原理课程设计成绩考核表下表由指导教师按实际情况进行填写：考核内容所占比例得分设计方案60％说明书20％创新与发挥情况10％工作态度10％指导教师评语成绩与等级对应表优90－100良80－89中等70－79及格60－69不及格59分以下指导教师签名：2016年1月日目录1.设计题目及任务…………………………………………………………………41.1设计题目………………………………………………………………41.2设计任务………………………………………………………………42.运动方案设计………………………………………………………………………53.1整体运动方案…………………………………………………………53.2动力输入部分…………………………………………………………63.3间歇送料部分…………………………………………………………74.运动循环图………………………………………………………………………95.机构尺寸设计……………………………………………………………………245.1槽轮间歇机构的设计…………………………………………………105.2凸轮尺寸的设计………………………………………………………125.3送料机构飞轮的设计…………………………………………………176.运动分析………………………………………………………………………366.1双曲柄连杆机构运动分析……………………………………………366.2凸轮机构相关运动参数分析…………………………………………457、参考文献………………………………………………………………………231．设计题目及任务1.1设计题目：半自动钻床设计加工所示工件Φ12mm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。半自动钻床凸轮轴设计数据1.2设计方案提示1.2.1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。1.2.2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。1.2.3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10º20º30º45º60º75º90º105º～270º300º360º送料快进休止快退休止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/min)工作节拍（生产率）/（件/min）D45352015002定位休止快进休止快退休止进刀休止快进快进快退休止1.3设计任务：1.3.1、至少提出两种方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行设计。1.3.2、设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制机构运动简图。1.3.3、机械传动系统和执行机构的尺寸计算。1.3.4、编写设计报告书2.运动方案设计2.1整体运动方案2.1.1减速机构由于电动机的转速是1500r/min，而设计要求的主轴转速为2r/min，利用行星轮进行大比例的降速。如图2-3-1a方案一、图2-1-1a方案二对比机构：定轴轮系传动；传动比=n输入/n输出=750传动比很大，要用多级传动。如图2-1-1b图2-3-1b棘轮机构具有结构简单，制造方便，运动可靠，棘轮轴每次转过角度的大小可以在较大的方位内调节的优点。但是棘轮机构工作时，有较大的冲击和噪音，而且运动精度较差。2.1.2进刀机构: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。如图2-3-2a图2-1-2a方案二在摆杆上加一个平行四边行四杆机构，这样也可以来实现传动，但是当加了四杆机构以后并没有达到改善传动的效果，只是多增加了四杆机构，为了使机构结构紧凑，又能完成需要的传动，所以选择了一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构。如图2-1-2b图2-1-2b2.1.3送料系统：方案一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。如图2-1-3a。图2-1-3a方案二所选用的对比四杆机构如下图(图2-1-3b)，由于在空间上轴与轴之间的距离较大，但选用下来此四杆的尺寸太小。故优先选用六杆机构。图2-1-3b2.1.4定位系统：方案一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，它就可以满足我们的实际要求了。如图2-1-4a图2-1-4a方案二采用弹力急回间歇机构来代替偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它是将旋转运动转换成单侧停歇的往复运动。这样也可以完成实际要求，但是为了使设计的机构结构紧凑，又能节省材料，所以还是选偏置直动滚子从动件盘型凸轮来完成定位。如图(2-1-4b)图2-1-4b2.2.1机器工作原理该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的1500r/min降到主轴的2r/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。2.2.2执行构件的选择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。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。、进料功能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。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.3.机构运动总体方案图（机构运动简图）4.机构尺寸设计4.1、送料机构机构的设计送料连杆机构：采用如下机构来送料，根据要求，进料机构工作行程为45mm，可取ABCD4杆机构的极位夹角为12度，则由1)1(180KK得K=1.14，急回特性不是很明显，但对送料机构来说并无影响。各杆尺寸：（如图6-1）AB=8.53BC=84.42CD=60DA=60CE=40EF=8该尺寸可以满足设计要求，即滑块的左右运动为40，ABCD的极位夹角为12度。4.2.凸轮摆杆机构的设计4.2.1、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；4.2.2、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；4.2.3、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β为18°,凸轮转角λ=0-60°,β=0°;凸轮转角λ=60°-270°，刀具快进，β=5°，凸轮转角λ=270°-300°；凸轮转角λ=300°-360°，β=0°（2）、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/β,由β=18°,l=20mm，（3）、得到r=63.69mm，如图4.3、凸轮推杆机构的设计凸轮机构采用直动滚子盘行凸轮，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，实现定位功能。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=40mm凸轮转角λ=0°-100°,定位机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角λ=100°-285°,定位机构快进,推杆行程h=35mm;凸轮转角λ=285°-300°,定位机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角λ=300°-360°,定位机构快退,推杆行程h=-35mm;设计此凸轮执行的是定位，其定位杆的行程为35故如此设计。用行星轮系传动Z1=35Z2=20Z2’=20Z3=35传动比iH3=700根据行星轮传动公式：i（H3）=1-i(31)H=1-Z2’Z1/Z3Z2由i(1H)=1-Z2'Z1/Z3Z2，考虑到齿轮大小与传动的合理性，经过比较设计皮带传动机构与齿轮系传动机构的相应参数如下表：皮带轮参数名称皮带轮1皮带轮2半径（mm）100100齿轮参数模数（mm）压力角（°）齿数（个）直径（mm）齿轮12.203570齿轮22202040齿轮2’2202040齿轮322035705.参考文献[1]鸣歧王保民王振莆《机械原理课程设计手册》重庆大学出版社[2]孙桓《机械原理教材》高等教育出版社学生学习心得这做半自动钻床设计段时间内，我学习了很多，课本上的知识也得以更好的吸收。在一遍一遍的修改，重新校核的过程中，我知道了设计一个成品的具体流程以及应该要考虑的问题。做好一个机械产品的设计，要有足够的基础功底。这样能才在设计的过程中，知道有哪些方便是需要注意的，哪些零件应该如何设计。这次设计，也让我们学会了如何运用课本上的知识。学生（签名）：2016年1月8日诚信承诺本人郑重声明所呈交的课程报告是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同学对本文研究所做的贡献均已在报告中作了明确的说明并表示谢意。学生（签名）：任课教师评语成绩评定：任课教师（签名）：年月日