机械原理课程设计半自动钻床说明书

机械原理课程设计说明书 设 计 题 目：半自动钻床 专 业 机械设计制造及其自动化 学号姓名 蒋朝伟 35 王鹏伟 36 莫森 34 周海浩 20 张昊昉 08 班 级 机制131 指导教师 郁 倩 完成日期

目录 设计任务书………………………………………………1 1. 工作原理分析……………………………………………4 2. 功能分解及工艺动作……………………………………4 功能分解图…………………………………………4 工艺动作……………………………………………5 3. 原始数据及计算…………………………………………5 原始数据处理………………………………………5 拟定运动循环图……………………………………7 4. 方案设计思路及讨论改进………………………………8 方案设计思路………………………………………8 方案讨论改进………………………………………10 5. 执行机构的设计…………………………………………14 行星轮的计算………………………………………14 送料机构分析………………………………………16 动力头机构分析……………………………………16 定位机构分析………………………………………18 夹紧机构分析………………………………………18 6. 总机评价…………………………………………………19 7.设计感想…………………………………………………20 8.参考文献…………………………………………………21 设计任务书 见稿纸

1. 工作原理分析 半自动钻床的工作原理是利用转头的旋转和进刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形状。工艺动作过程由送料 定位 钻孔三部分组成。各个机构的运动由同一电机驱动，运动由电动机经过减速装置后分为两路，一路随着传动传动皮带传送动力到定位机构和送料机构，分别带动凸轮做转动控制四杆机构对工件的定位和带动凸轮四杆机构控制推杆做往复直线运动。另一路直接传动到钻头的进退刀机构，控制钻头的进退。 2、功能分解及工艺动作 功能分解图如下 工艺动作 基本运动为：推杆的往复直线运动，定位机构的间歇运动和钻头的往复运动。 此外，还要满足传动性能要求： 1 送料 、定位、 进刀机构在凸轮轴不同转角时候快慢行程不同。 2 各个机构之间的配合相互有序，满足凸轮轴转角对应的性能要求。 3、原始数据及计算 原始数据处理 根据任务书的要求，该机械的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，并由定位机构与夹紧将加工工件可靠固定。四个执行构件的运动形式为： (1)动力头完成往复（铅垂上下）直线运动，下移到最低点后立刻上移。在下移前一段时间是快速趋近15mm，这段时间正好用于送料和定位。动力头的行程是。若机构主动作一转完成一个运动循环，则上冲头位移线图的形状大致如图3-1所示。 (2)送料机构做水平的往复运动，工作行程是40mm。开始送料机构先迅速的把胚料送到加工台，稍作停顿后立刻返回，在工件的加工过程中保持休止。其位移线图大致如图3-2所示。

(3)定位机构也是在水平面做往复运动，在工件加工的时候对工件起定位的作用。行程是30mm。其位移线图大致如图3-3所示。

(4)夹紧机构也是在水平面做往复运动，在工件加工的时候对工件起紧固的作用。行程是14mm。其位移线图大致如图3-4所示。

根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。 进刀机构每完成一个运动循环，以该主动件的转角作为横坐标（0,360），以各构件执行构件的位移为纵坐标做出曲线。运动循环图的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置，根据上述表述作出半自动钻床的运动循环图如图3-5所示。 4、方案设计思路及讨论改进 方案设计思路 减速传动功能 根据设计要求，需要将电机转速1450rpm降速至5rpm。小组讨论得出三种方案：①采用皮带轮减速；②采用圆柱直齿轮减速；③采用行星轮减速。为使成本降低，减小机构的体积，并且提高传动效率，简化结构，增大传动比，所以我们选择行星轮来实现减速。 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抵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 进料功能 进料也要要求有一定的间歇运动，我们用圆锥齿轮来实现换向，然后通过齿轮传动，再在齿轮上安装一个直动滚子从动件盘型凸轮机构来实现进料。 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。 夹紧功能 夹紧过程是需要间歇往复运动，利用凸轮机构的远休止实现金刀过程中对工件的紧固。 方案的讨论改进 减速机构: 由于电动机的转速是1450r/min,而设计要求的主轴转速为5r/min，利用星轮进行大比例的降速，然后用圆锥齿轮实现方向的转换。如图4-1。.

图4-1行星轮系减速机构的运动简图 对比机构:定轴轮系传动;传动比=n输入/n输出=290传动比很大，要用多级传动。如图4-2。 图4-2定轴轮系减速机构的运动简图 动力头工作机构 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。

图4-3动力头工作机构的运动简图 对比机构：也是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但比法案一简单。但是没有杠杆，不能滑动很大的范围。如图4-4。 图4-4对比机构的运动简图 送料机构: 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4-5。 .

图4-5送料机构运动简图 对比机构：比法案一简单，但是滑块滑动距离有限。如图4-6。 图4-6对比机构的运动简图 定位机构: 定位系统采用的是一个对心直动平底从动件盘型凸轮，因为定位系统要有间歇，所以就要使用凸轮机构。如图4-7。

图4-7定位机构的运动简图 对比机构：对比的定位和夹紧机构和方案一不同，效率等也有所差别。如图4-8。 如图4-8对比机构的运动简图 5、执行机构的设计 行星轮系的计算： 采用用行星轮系减速，如图5-1.

图5-1行星轮系的运动简图 Z1=20 Z2=18 Z2,=20 Z3=22 传动比iH3=100 根据行星轮传动公式:i H3=1-iH31=1-Z2' Z1/Z3Z2 由i1H=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: 送料机构采用如下分析 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40mm，

可取ABCD4杆机构的极位夹角为12度，则由 得K=，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） 图5-2 AB= BC= CD=60 DA=60 CE=40 EF=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度动力头机构采用如下分析: 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。 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; 弧形齿条所转过的弧长即为刀头所运动的的距离。其具体体设计步骤如下: （1）.根据进刀机构的工作循环规律，快速趋近为15mm，钻孔深度为，则弧形齿条以来回滑动设计。凸轮基圆半径r0=40mm，中心距A=80mm,摆杆长度

d=65mm,最大摆角为18o。

凸轮转角0-60, 0o。 凸轮转角60-120。刀具快进，=6。 凸轮转角120-300。刀具钻孔，=18。 凸轮转角300360oo，刀具快退0o。“ （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/rl 由18o，l=。 （3）.得到r=。

.定位机构采用如下分析: 凸轮机构采用直动平底从动件盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使平底与凸轮保持接触，实现定位功能。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到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： 基圆半径R0=40mm 偏心距e=30mm 转速w=5r/min 中心距A=80mm 摆杆长L=65mm

凸轮转角0-20，定位机构快进，推杆行程h=30mm。 凸轮转角20-60，定位机构休止，推杆行程h=0mm。 凸轮转角60-90，定位机构快退，推杆行程h=30mm 凸轮转角90-360，定位机构休止，推杆行程h=0mm。 设计偏心距e=30mm的原因是因为此凸轮执行的是定位，其定位杆的行程为30mm，故如此设计。 夹紧机构采用如下分析: 凸轮机构采用直动平底从动件盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使平底与凸轮保持接触，实现定位功能。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到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,偏心距e=14mm。

凸轮转角0-60，定位机构快进，推杆行程h=14mm。。