自动机械设计.docx

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自动机械设计

自动机械设计

锁梁自动成型机床切削机构——

总体设计

年级：

2009级

班级：

机自096班

学号：

200810301633

姓名：

高俊东

总体设计

1、锁梁自动成型机床切削机构的功能与设计要求

图1-1.1

图1-1.1所示为挂锁的一个零件，称为“锁梁”。

锁梁自动成型机床切削机构的功能是将材料切削加工成扳弯前“锁梁”。

设计要求和参数为：

1　“锁梁”的形状如图1-1.1所示；

2　连续自动生产；

3　生产能力为20件/min；

4　加工质量要达到规定的技术要求；

5　机械系统运动方案应力求简单，可靠；

6　电机转数n1=1100r/min，工件尺寸：

工件长度L=150，工件D1=6，工件D2=4，齿轮模数m=3。

二、工作原理图及其解释

9

图1-2.1

切削加工原理如上图：

送料夹持器1将工件7送到切削加工工位。

弹簧夹头的锥套6移动，使夹紧爪5将工件7夹紧，送料夹持器1即返回。

圆锥凸轮2移动，使与切槽刀杆和切断刀杆相联的摆杆3摆动，开始进刀，由于刀盘4的旋转运动，使工件被切出圆槽，圆头和最后切断。

圆锥凸轮2返回，摆动刀杆退刀，弹簧夹头松开工件，待送料夹持器1第二次进刀时，将已切削成型的工件推出工位。

三、功能分解

为了实现将工件切削加工成图1-1.1的形状，可将总功能分解为如下分功能：

1　送料功能；

2　材料夹紧功能；

3　材料切削功能。

其功能逻辑图如1-3.1所示

图1-3.1

四、执行机构的比较与选择

1　切削材料时的送料功能

工件送料功能需要采用往复移动机构来实现，下面选用几个备选方案来实现。

1）偏置曲柄滑块机构

偏置曲柄滑块机构：

3个可动构件、4个低副、1个自由度。

图1-4.1

功能：

将旋转运动转换为往复移动

结构和工作原理：

如图1-4.1所示的曲柄滑块机构中，滑块的导路没有通过了曲柄的回转中心，称为偏置曲柄滑块机构。

当曲柄转动时，通过连杆使滑块实现往复移动，即可实现送料功能。

2）六杆机构

六杆机构：

5个可动构件、7个低副、1个自由度。

图1-4.2

功能：

用于将旋转运动转换成有急进慢回特性的往复移动。

结构和工作原理:

如图1-4.2所示的六杆机构是由1-2-3-6组成的曲柄导杆机构和连杆4，滑块5串联成的。

当曲柄1等速转动时，从动件3变速往复摆动，该机构可在曲柄1长度一定的情况下，使从动件5获得较大的行程。

从动件5的往复移动，可实现其送料功能。

3）曲柄滑块摇杆齿条机构

功能：

用于将旋转运动转换成有急进慢回特性的往复移动。

结构和工作原理:

如图所示的杆机构是由1-2-3-4组成的曲柄滑块摇杆机构和齿条4，组成的。

当曲柄1等速转动时，从动件3变速往复摆动，该机构可在曲柄1长度一定的情况下，使从动件4获得较大的行程。

从动件4的往复移动，可实现其送料功能。

根据以上三种方案知，偏置曲柄滑块机构由于偏心距的限制，使得压力角过大，且送料行程较小，不能很好的满足送料的要求。

曲柄滑块摇杆齿条机构虽然能实现快进慢退的功能，但其中的齿条机构的制造装配成本高，且占据空间大，不够合理，而六杆机构通过导杆3和连杆4可以调整送料压力角和送料行程，从而获得较合适的压力角和送料行程，故选择如图1-4.2所示的六杆机构作为最终送料机构。

2　切削材料时的夹紧功能

通过凸轮实现夹紧管左右移动使弹簧夹头夹紧工件。

用弹簧夹头进行夹紧，弹簧夹头的材料是焠火过的钢套，起夹爪有弹性，夹爪外部成锥体，在弹簧夹头的外面有一具有内锥的夹紧管，当夹紧管左右移动时，利用夹紧管与弹簧夹头的锥面实现夹紧与松开，夹紧管的左右移动由凸轮机构实现。

下面选用几个备选方案来实现。

1）六杆机构

图1-4.3

功能：

本机构是把旋转运动转化为有急回运动的往复运动的机构。

结构和工作原理:

如图1-4.3所示，当曲柄AB等速转动时，从动杆BCDEF往复摆动，在架上前面的弹簧夹头部分，实现夹紧。

2）凸轮机构+连杆机构

凸轮连杆机构：

6个可动构件、6个低副、3个高副、2个局部自由度、1个自由度。

功能：

通过凸轮的转动，通过连杆机构使得夹持器实现间歇往复运动。

结构和工作原理:

如图1-4.4所示，当凸轮7转动时，通过直动推杆5推动摆杆2带动夹持器1做间歇往复运动。

从而实现夹紧功能。

图1-4.4

根据以上2种可执行方案，经过对他们进行比较可得，虽然以上几种方案都达到了运动的要求，不过，考虑到其结构的工艺性及制造方便性，选用凸轮+连杆机构较为合适，并较为可靠，结构也较为简单，有平稳的运动特性。

3切削时的进给功能

通过刀具的绕工件旋转和刀具的横向切削进给运动实现飞刀切削。

由于采用飞刀切槽，刀具不仅要绕工件旋转，同时还要作横向切削进给运动。

为了使结构简单，当横向进给运动行程不大时，可以用弧线运动代替，弧线进给运动是间歇往复回转运动如图，回转刀架上安装有能绕回转刀架作相对转动的切槽刀杆和切断刀杆，刀杆一端与锥套组成高副联接。

锥套与回转刀架为键联接，可相对回转刀架作轴向移动。

加工时，锥套与回转刀架一起旋转，同时由凸轮机构试其作相对刀架的轴向移动，此时锥套与刀杆组成的高副使刀杆摆动，从而实现切槽和切断功能。

下面选用几个备选方案来实现。

1）凸轮+连杆机构（如图1-4.5）

图1-4.5

功能：

将旋转运动转换为刀架的间歇往复移动，从而实现刀架的进给功能。

结构和工作原理:

如图1-4.5所示，凸轮的旋转运动，通过推杆带动滑块的水平移动，滑块再通过连杆使得竖直杆左右摆动，从而使得刀架间歇往复移动，实现刀架的进给功能。

此机构中，滑块处的摩擦较大，易造成机构磨损，且竖直摆杆与凸轮没有任何的封闭，使得刀架的往复移动不易实现。

2）凸轮+连杆机构（如图1-4.6）

图1-4.6

功能：

将旋转运动转换为刀架的间歇往复移动，从而实现刀架的进给功能。

结构和工作原理:

如图1-4.6所示，凸轮7的旋转运动，带动推杆5的水平移动，通过滚子4推动竖直杆2摆动，从而使得刀架间歇往复移动，实现刀架的进给功能。

其中，推杆5上的两个滚子有效地减小了系统摩擦，改善了机构的传递性能，使得机构的传递效率大大的提高，弹簧6的使用使得竖直杆2与凸轮形成力封闭，保证了竖直杆2的往复间歇摆动。

使本机构具有良好的动力性能。

综上所述，经比较可知，图1-4.6所示的（凸轮+连杆机构）传递性能好，磨损较小，且竖直杆与凸轮通过弹簧形成力封闭，可保证刀架的间歇往复运动。

五、选定各个功能的执行机构后的总方案对比及最终方案确定

方案一：

方案二：

方案三：

（最优方案）

①送料功能：

选用六杆机构，如图1-4.2所示。

②夹紧功能：

选用凸轮机构+连杆机构，如图1-4.4所示。

机构简单，稳定，具有间歇特性。

③进给功能：

选用凸轮+连杆机构，如图1-4.6。

机构稳定，运动具有确定性。

六、绘制机构系统运动转换功能图

1）根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图如图1-4.7所示。

图1-4.7

2）形态学矩阵法创建机构运动传递方案

根据机械系统运动转换功能图可构成形态学矩阵，由下表所示的形态学矩阵可求出锁梁自动成型切削系统的运动传递方案数为：

N=3×3×3×3×3×3=729

可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计者的经验等，从中选出若干个较为实际可行的方案，然后从选出的若干个方案中用评价方法选出最优方案。

七、机械系统运动方案简图

如图1-4.8所示为机械系统运动方案运动简图。

电机1通过皮带2，传到3，齿轮4传到齿轮5，齿轮6传到齿轮7，从而带动曲柄8，夹紧凸轮14进给凸轮13以相同角速度转动，曲柄8通过滑块9，导杆10，连杆11，将曲柄的匀速转动转化为送料器12的往复运动；夹紧凸轮14通过滚子16，推杆19，滚子20，摆杆24将凸轮的匀速转动转化为夹紧套26的间歇往复运动；进给凸轮13通过滚子15，推杆17，滚子18，摆杆23将凸轮的匀速转动转化为进给装置的间歇往复运动。

其中，弹簧21和弹簧22使摆杆24和摆杆23与对应的凸轮形成力封闭，使摆杆24和摆杆23能够进行往复间歇摆动。

图1-4.8

八、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图

执行阶段

运动阶段

运动时间（s）

分配转角（°）

送料阶段

送料

回程

1.000s

2.000s

120°

240°

夹紧阶段

初始

上升

远休

回程

0.792s

0.333s

1.375s

0.500s

95°

40°

165°

60°

切削阶段

初始

上升

远休

回程

1.375s

1.125s

0.083s

0.417s

165°

135°

10°

50°

图1-4.9

如图1-4.9所示，

送料：

进程0°-120°回程120°-360°。

夹紧：

近休0°-95°推程95°-135°

远休135°-300°回程300°-360°

进给：

近休330°-135°推程135°-270°

远休270°-280°回程280°-330°

9、总体装配图

在这里简单地表示一下，其实就是总体设计方案图或说是机构运动简图。

1-电动机2-皮带3-齿轮4-齿轮5-齿轮6-齿轮7-齿轮8-曲柄9-滑块

10-导杆11-连杆12-送料器13-凸轮14-凸轮15-滚子16-滚子17-推杆

18-滚子19-推杆20-滚子21-弹簧22-弹簧23-摆杠24-摆杠25-圆锥凸轮

26-夹紧装置