榫槽成型半自动切削机机械设计修订版
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榫槽成型半自动切削机机械设计修订版
IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
设 计 题 目：榫槽成型半自动切削机
机械工程及自动化专业 **********
设 计 者：**********
学 号：************
指 导 老 师：**********
****年 ****月****日
目 录
一、 功能及原理……………………………………………………2
二、 工艺动作过程…………………………………………………2
三、 优点……………………………………………………………2
四、 原始数据及设计要求…………………………………………3
五、 功能分解………………………………………………………4
六、 运动转换框图…………………………………………………５
七、 执行机构的选择与比较………………………………………5
八、 原动件的选择…………………………………………………6 机械原理
课程设计 说明书 九、 机械运动方案的拟定与比较…………………………………7
十、 传动机构的执行与比较………………………………………8
十一、运动示意图……………………………………………………9
十二、运动循环图……………………………………………………10
十三、执行机构的计算………………………………………………11
参考文献………………………………………………………………12
心得体会………………………………………………………………13
凸轮机构程序…………………………………………………………14
榫槽成型切削机的
功能和设计说明
一、功能及原理
榫槽成型机为木工机械，其功能就是将木质长方形块切削出榫槽。木料进入工作台后，夹料装置将其夹紧，右端面用铣刀切平，退出铣刀，松开工件，右边推杆推动工件向左直线移动，通过固定的榫槽刀，在工件的全长上开出榫槽。推杆把工件推出集收，随后复位等待下一个工件。
二、工艺动作过程
进料 夹紧
铣端面
退刀、松工件
推向榫槽刀成型
推出集收并复位
三、优点
1、质量可靠
该机械专为小型木料加工榫槽设计，如此小的工件很难手工完成切削榫槽的任务。使用中的木料榫槽需要尽可能的尺寸统一，人工做也很难满足这点要求。机械加工时，正常情况下可以满足上述要求，配以适时的保修，即可保证一定的精度。
2、提高工作效率
很显然，该机械所加工的木料尺寸极小，人工加工则更显得烦琐和困难。然而木料的装配中经常使用到这种微小工件，该榫槽切削机可帮助工人大大提高工作效率。
3、机械简单运输方便
整个加工结构十分简单，满足了工人需要，设计时又注意到了内部工作构件的简单化。这样设计，为意外损坏后的维修提供了方便。机械的整体尺寸比较精小轻便，工人可携带至任意工作场所。
四、原始数据及设计要求
1、推杆在推动工件切学榫槽过程中，要求工件近似等速运动；
2、室内工作，载荷有轻微冲击；
3、原动机为三相交流电动机，使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时，每半年做一次保养，大修期为3年。
4、原始数据见下表（单位：mm）：
X Y H L L2 L3 L4 L5 L6 L7
50 225 10 70 30 70 30 20 18 20
工 件5、设计数据：
推杆工作载荷F1= 2000 N；（本机械理论可达2275N）
端面切刀工作载荷F2= 10000 N；（本机械理论可达12000N）
生产率= 10 （件/min）
五、功能分解
主动轮压杆压紧凸轮转动挤压
在送料及夹紧机构中，摩擦凸轮、压杆等机构根据它运动特点提供间歇动力，实现间歇夹紧，靠压杆弹簧和凸轮回程实现松开木料的过程。
在铣刀推切端面过程中，与压杆固定木料原理相似。退刀时，先退刀再松开压杆，推杆到来时确保铣刀已退出，防止意外撞击。
在推切机构中，木料通过榫槽刀进行切削，主动轮以曲柄摇杆带动推杆推动木料。使用曲柄摇杆的急回特性，在推程时低速保证输出功率，复位时高速返回以提高效率。
六、运动转换框图
七、执行机构的选择与比较
夹紧机构 A 凸轮+弹簧压杆 蜗轮蜗杆 榫槽成型 送料夹铣切
松开工件，推复位 推杆将工推杆退回，一铣刀凸轮工件通过刀具工件压凸轮转动推
切削机构 B 凸轮 杆组
推杆机构 C 凸轮 杆组
通过对以上几十种方案的严密分析，剔除明显不合格的，再通过对它们是否能满足预定轨迹的运动要求的进一步分析，以及对运动链机构顺序是否合理，运动精确度，制造难易，成本高低，是否满足环境，动力源，生产条件等的再次考虑可知：
凸轮机构只具有几个很少的活动构件，并且占据的空间较小，是一种结构非常简单，紧凑的机构。其从动件的运动取决于其轮廓线的形状，只要适当设计该轮廓线，就可以获得定期的运动规律。其缺点是：凸轮廓线与从动件之间是点或线的接触，易与磨损，故只能用于传动力不是太大的场合。
蜗轮蜗杆的结构具有可靠的自锁作用，在压紧木料的机构中可以考虑使用。但在本机械设计中，整个机械体积较小，工作载荷不大，引入蜗轮蜗杆势必加大机构的复杂性。
曲柄滑块机构结构简单，种类繁多，在运动中有可能会出现急回现象，并且使运动轨迹得不到保障，减小了效率。所占用的空间相对于以上两种机构，明显较大。
综上，可供选择的方案：
方案1：A1+B1+C1
方案2：A1+B2+C1
本次设计中要求工作平稳以及噪声小，并且结构紧凑，对承载能力的要求也不是很高，所以可以选择凸轮配合弹簧压杆来实现木料的夹紧和释放，采用曲柄导杆滑块机构控制端面铣刀的工作位置，利用曲柄摇杆，摇杆再以导杆滑块的形式推动木料进刀。
八、原动件的选择
原动件是机械系统中的驱动部分。在榫槽成型切削机的设计中，要求原动件连续转动，而且噪音应该尽量小，故选择电动机。它的输出功率大，输出刚度硬，同时也可以便捷地调速。如果使用交流电动机，它还有反转性能。通常是单向回转的。需要采用反向开关，或特殊电路反向，简单可行。通过对机构的分析，电动机的相关功率，电源，频率等的综合考虑，最终选择的电动机为：Y90S—6型。功率为0.75KW,转速为910转每分钟。通过计算可知，每完成一个榫槽的切削需要6秒钟。
九、机械运动方案的拟定与比较。
夹紧机构 A 凸轮+弹簧压杆 蜗轮蜗杆
切削机构 B 凸轮 曲柄滑块
推杆机构 C 凸轮 杆组
各个运动机构如下所示：
执行机构的形态学矩阵：
由图可知，共有N=2*2*2=8 种方案。
方案选择
该方案以齿轮传动为主，再加以凸轮，杆组共同作用，其工作原理如下：
送料夹紧机构：通过凸轮的推程推动压杆，为防止夹具与木料的刚性接触而损伤木料表面，故在夹具钢板下加2mm防滑海绵垫；
铣切机构：木料固定，轮上曲柄转动带动铣刀向下铣切木料端面；
上述步骤完成后，曲柄继续转动以退铣刀，压紧凸轮开始回程，靠弹簧弹力松开木料；
推杆机构：在主动轮的带动下，以曲柄摇杆推木料向榫槽刀移动，使全长切完后推出加工好的木料，复位时摇杆急回而提高了效率。
该方案中，弹簧凸轮结构紧凑，而且噪声比较小。靠齿轮传动，使得空间变得紧凑，从而使整个机械轻便、快捷。
方案二中用到的凸轮，其运动轨迹难以测控，它必须和压杆凸轮、推杆运动相关联。
综上所述，方案一为佳。
十、传动机构的执行与比较 方案一 方案二 方案三 方案四
电动机与主轴的连接可以通过带轮传动，也可以通过圆柱齿轮传动。
压紧机构与主轴的连接可以通过带轮机构进行传动，亦可用齿轮进行传动。
铣切机构则可以采用带轮或齿轮传动。
推杆机构的传动可以采用连杆。
蜗轮蜗杆传动可以实现较大的传动比（可达500以上），传动平稳，无噪声，传动效率较低（一般为0.7-0.8）。带轮的传动可以实现中心距较大的两轴间的传动，结构简单，维护方便，成本低廉，冲击力小，传动平稳，噪音小，过载时打滑，有保护安全作用。缺点是 存在打滑现象，传动比不恒定，传动效率低，寿命较短，轴和轴承上受压力较大。齿轮传动具有传递动力大，效率高，寿命长，传动平稳可靠等，但要求精度较高，成本也较高。连杆机构可以实现变向运动，曲柄摇杆亦可完成转动变移动的急回运动形式。
综上，我们选择了第一种方案。 Ⅰ 蜗轮蜗杆传动 齿轮传动 带轮传动 齿轮传动
Ⅱ 齿轮传动 带轮传动 带轮传动 齿轮传动
Ⅲ 齿轮传动 带轮传动 齿轮传动 齿轮传动
Ⅳ 连杆机构 连杆机构 连杆机构 连杆机构
十一、运动示意图
十二、运动循环图
0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300°
330 360°
分配轴转角
夹紧机构 送
料
夹
紧
50° 80°
铣切机构 铣
切
端
面
上图为榫槽成型切削机的运动循环图
电动机开始运动时，带动主齿轮转动。此时夹紧凸轮有少许时间等待进料。当转过30度时，压紧凸轮开始压紧木料。当转过20度时，端面铣刀开始切削木料右端面。当转过30度时，切削完成，当转动20度时，铣刀退出，木料被松开。随后推杆推动木料向榫槽刀运动，直至切出通槽推出集收后，推杆返回
十三、执行机构计算
夹料机构主要由齿轮，凸轮和弹簧压杆组成，凸轮作为夹料机构的一部分，其作用是通过半径的变化来实现压杆上下往复运动的目的。齿轮作为传动机构的主要部分，由于它是个标准件，因此可以选择一个半径相宜的尺寸，只要能够准确地进行传动，也就是满足 100° 230°
推杆机构 推
向
榫
槽
刀 退
杆
复
位 0° 30° 100°
夹料机构
50° 80°
铣切机构
100° 230°
推杆机构
