半自动钻床结构.docx
- 文档编号:26611972
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:229.78KB
半自动钻床结构.docx
《半自动钻床结构.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《半自动钻床结构.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
半自动钻床结构
《半自动钻床结构设计》
课程设计说明书
专业班级:
姓名:
学号:
指导教师:
设计时间:
物理与电气工程学院
年月日
—、扌商要3
二、设计任务及要求3
1)设计题目及原始数据3
2)设计方案提示4
3)设计要求5
三、设计原理5
四、机构选择及其原理6
五、机构运动方案比较7
六、执行机构设计过程及尺寸计算13
七、系统机构运动总体方案图18
八、总结18
九、参考文献18
r摘要
1)摘要
随着科学技术、工业水平的不断发展和人们的生活条件的不断改善,消费者的价值观念也随之变化很快,市场需求出现多样化的特征,机械产品种类11益增多。
例如,各种金屈切削机床、仪器仪表、重型机械、轻工机械、纺织机械、石油化工机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备、办公设备、家用电器以及儿童玩具等等。
同时,这些机械产品的寿命周期也缩短。
企业为了贏得市场,必须不断开发符合市场需求的产品。
新产品的设计与制造,其中设计是产品开发的第一步,是决定产品的性能、质量水平、市场竞争力的最主要因素。
机械产品的设计是对产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计等进行分析计算,并将其转化为具体的描述以作为制造的工作过程。
其中机械产品的工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式等内容都作为机械原理课程学习内容。
机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性教学环节,在培养学生的机械综合设计能力及创新意识与能力方而起着重要作用。
本次课程设计设计的是半自动钻床结构设计,该机构中包括齿轮机构,平而连杆机构和凸轮机构等。
半向动能实现送料,定位和钻孔的一体化功能,分别由送料机构,定位机构和进刀机构以及电动机组成。
2)关键词:
齿轮机构、凸轮机构、平面连杆机构、送料、定位、进刀
二、设计要求及任务
1)设计题目及原始数据
半自动能实现送料,定位和钻孔的一体化功能。
设计加工如图所示工件的半自动钻床。
送料机构将加匸工件推入加工位置并由定位机构使加工工件可靠固定,最终由进刀机构负责动刀头的升降进行钻孔工作。
方案号
进料机构工作行程
Inin
定位机构工作行程
Innl
动力头工作行程
Inm
电动机转速r∕ιnιn
工作节拍(生产率)
件∕min
B
35
25
20
1400
2
2)设计方案提示
1.钻头需由动力头克接驱动,只需考虑动力头的升降运动。
2.需要考虑送料机构,定位机构和进刀机构间的循环。
各机构运动循环见下表:
3.可采用凸轮轴的方法分配协调各机构的运动。
凸轮轴转角
10°
20°30°
45°
60°75°
90°
105°-270°
300°
360°
送料
快进
休止
快进
休止
定位
休止
快进
休止
快退
休止
进刀
休止
快进
慢进
快退
休止
3)设计要求
1.半自动钻床机构至少包括齿轮机构,凸轮机构和半面连杆机构在内的三种机构。
2.设计传动系统并确定传动比分配。
3.凸轮机构的计算以及按凸轮机构的工作要求,自选从动件的运动规律,确定基圆半径,校核最大压力角和最小曲率半径。
4.
设计计算其他机构。
送料、夹紧定位、进刀要协调工作
(依靠凸轮机构)
半门动钻床的工作原理是利用钻头的旋转和进刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸。
工艺动作由送料、定位、钻孔三部分组成。
各机构由同一电机驱动,运动由电动机经减速装置分成两路,一路随着传动系统传送动力到送料机构和定位机构,分别带着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。
另一路直接传送动力到钻头,控制钻头的进退,即该系统由电动机驱动,通过变速传动将电动机的转速降到主轴上的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,最后由凸轮推动四杆机构,通过齿轮传动带动齿条上下半稳地运动,这样动力头也能带动刀具半稳地上下移动从而保证较高的加工质量。
四、机构的选择及其原理
根据前述设计要求,送料机构应该做往复运动,并且必须保证工作行程屮有快进、休止和快退过程,定位机构也有休止、快进和快退过程,进刀机构有快进、慢进、快退和休止过程。
此外三个机构之间还要满足随着凸轮轴转角不同完成动作的过程不同且相互配合。
这些运动要求不一定完全能够达到,但必须保证三者之间相互满足凸轮不同角度时候配件完好,以及送料机构的往复运动和进刀机构的往复循环及各个机构的间歇运动。
1.减速机构
在满足设计要求的情况下,应该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,故这里就采用行星轮系來实现传动。
2.送料机构
进料只需把料送到,无需间歇,加上为了方便进行运动分析,因此采用了六杆机构(正置曲柄摇杆机构)。
3.定位机构
由于我们设计的机构要有间歇往复的运动,当凸轮由远休到近休运动过程中,可通过两侧的弹赞实现定位,定位杆就阻止了工件滑动,当凸轮由近休到远休运动过程中,等待送料,凸轮循环运动完成每加工一工件实现定位一次。
4.夹紧功能
在工件送到后,须得夹紧,然后才能加工,为了实现这一功能,我们采用盘型凸轮滚子推杆机构,推杆顶端加一V型槽,从近休到远休,实现夹紧,远休到近休,由弹赞实现复位。
5.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,可增大刀具的进给最,在杠杆的另一端焊接一扇齿,扇齿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,从而
实现进刀功能。
五、机构运动方案的比较
方案的分析与比较
A.减速机构:
行星轮系:
由于电动机转速是1400r∕Inin,而设计要求主轴转速为2r∕min,利用行星轮进行大比例的降速,然后利用圆锥齿轮实现方向的转换。
如图1
图1
a)减速对比机构:
定轴轮系;传动比二n(输入)∕n(输出)=700,传
动比很大,要用多级传动。
如图2
图2
总结:
由于电动机的转速是1400r∕min,而设计要求的主轴转速为2r∕min,定轴轮系所用的齿轮半径大,齿数多,齿轮体积庞大,传动效率低,安装不便,且不经济,所以宜采用体积小,结构紧凑,传动比大,效率高,比较经济的行星轮系。
B.送料机构:
六杆机构:
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间跆•离有点大,故一般四杆机构很难实现这种远距离的运动。
再加上四杆机构在本设计中的尺寸很小。
所以考虑到所设计的机构能够稳定的运行,因此优先选用六杆机构。
由于本设计中送料机构不需要有间歇,所以不需要凸轮机构。
如图3
图3
b)送料机构对比机构:
曲柄滑块;如图1-4
总结:
由于我们设计的送料方案中,送料时间与回程时间相等,不用考虑快进慢回、间歇,且由于设计的钻床在空间上传动轴之间的距离大,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轴线尺寸上很小。
所以考虑到所设计的机构能否稳定地运行,因此优先选用了如3所示的六杆机构。
说明:
曲柄逆吋针转动,机构送料,送到后,曲柄继续转,滑块退出,以此循环。
C.定位机构:
凸轮机构;定位机构采用的是一个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。
相对于对比机构节省材料,较为方便。
如图5
图5
C)定彳立机构对上匕机构:
弹力急回间歇机构:
如图6
图6
总结:
弹力急回间歇机构來代替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,乂能节省材料,所以还是选直动滚子从动件盘型凸轮來完成定位。
说明:
远休到近休,先有一段空行程,然后由弹赞夹紧,并保持设计所需要的定位时间,然后近休到远休,定位杆退出,以此循环。
D.夹紧机构:
凸轮机构:
如图7
图7
d)夹紧机构对比机构:
不完全齿轮+齿条机构:
如图8
不完全齿轮+齿条
图8
总结:
一开始我们采用不完全齿轮+齿条机构,这虽然能满足设计要求,但是与凸轮机构相比,有一些缺点,首先,凸轮好加工,价格便宜,能较好地满足系统的要求,而齿轮齿条则难加工,并且性能不如凸轮好,所以我们最终采用凸轮机构。
说明:
凸轮近休到远休,实现夹紧,并保持夹紧时间,然后凸轮回程,由弹费完成复位,以此循环。
E.进刀机构:
凸轮+齿扇机构:
采用的是一个摆动滚子从动盘形凸轮
來传递齿轮齿条机构,当进刀阶段时,凸轮在推程阶段,很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合,带动刀头来完成钻孔,摆杆转动的輛度也等于齿廓转动的幅度两个齿轮來传动也具有稳定性。
如图9
e)进刀机构对比机构:
凸轮+齿条机构:
如图10
图10
总结:
凸轮+齿条机构虽然能满足设计要求,但是与组合机构相比,存在不耐用的缺点,为了延长使用寿命,我们小组采用组合机构。
说明:
凸轮近休到远休,实现空行程和加工,远休到近休,由弹赞实现。
六、执行机构设计过程及尺寸计算
K送料机构机构采用如下分析
此为正置曲柄摇杆机构,即为夹角为0,即行程速比系数为1,无急回运动,画图如下:
/777777777
此为正置曲柄摇杆机构,极位夹角为0,即行程速比系数为1,无急回运动,画图如下:
A点位置由功能轴和工作台的距离决定,取A点位坐标原点,我们假设曲柄AB为7,以AB为原点画半径为7的圆,乂根据设il耍求将此曲柄摇杆设i∣为正置曲柄摇杆,故在水平两位置BI(左圆圆心)利B2(右圆圆心)取两个极限位置,并假设连杆BC为30,以Bl为圆心画半径30的圆,以B2为圆心画半径为30的圆,两园与水平线交予CI和C2两点(图中2个圆与绿线交点),做ClC2的中垂线,则D点在C1C2的中垂线上。
由公式H=LlXDE-DC,由此可得,DE与DC的比列为2.5,取DC为40mm,则DE的尺寸定下来,为100≡,D点的坐标也定下来,得AD为49.51mm:
最后数据为AB=7nuιι;BC=3Onmi;DE=IOOinm;EF=60nmι∕为适应程序,须大一些):
AD=49.5ImnI。
计算过程:
θ=180o×(K-1)÷(K+1)其中0为极位夹角,K为行程速度变化系
H=2×LlXDE÷DC;H=35nιm
Ll取「mm,DE÷DC=2.5,DC取4Omm,DE=IOOnIm;
又
Ll×Ll÷LO×LO=L2×L2+L3×L3
其中LI:
曲柄长度L2:
连杆长度L3:
摇杆长度(DC段)L0:
机架长度
取L2=3Omni;L3=40nιni;算得LO=49.51mm,考虑到实际加工,
取机架长度LO为50≡o
2、定位凸轮数据
凸轮机构采用直动滚子盘行凸轮,且为力封闭凸轮机构,利用弹簧力來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,就可以使推杆实现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ι*0=70mm,偏心距e=0,滚子半径r=15nιm
凸轮转角入=0~100。
°,定位机构休止,推杆行程h=0;
凸轮转角入=IOO-174°,定位机构快进,推杆行程h=3Onmi;
凸轮转角入=174o-186o,定位机构休止,推杆行程h=0;
凸轮转角入=186。
〜260。
定位机构快退,推杆行程h=-3Onln1;
凸轮转角入=260。
~360°,定位机构休止,推杆行程Ii=0;
3、夹紧凸轮数据
设计基圆半径TO=90mrn,偏心距e=0,滚子半径ι*=15nιm;
凸轮转角入入=0〜168。
夹紧机构休止,推杆行程h=0;
凸轮转角入=168o-198o,夹紧机构快进,推杆行程h=15nmι;
凸轮转角入=198。
〜324。
,夹紧机构休止,推杆行程h=0;
凸轮转角入=324。
~360。
夹紧机构快退,推杆行程h=-15mnι;
进刀凸轮+摆杆机构数据
仃).由进刀规律,我们设计了凸轮+摆杆机构,乂以齿轮齿条的啮合来实现刀头的上下运动;
(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,利用弹赏力來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:
(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rθ=15nιm,中心距A=30mnι,摆杆长度d=60nmι,最大摆角P为17°,刀具总行程H=(17÷360)×2×π×100≈29.7nmι
凸轮转角入=OO-150o,β=0°;
凸轮转角入=150。
〜185.71。
,刀具快进,β=4.4%行程HI=7.7mm;
凸轮转角入=185.71。
~288。
;刀具加工工件,β=12.6°,行程H2=22mm;凸轮转角入=288o-360o,β=0%刀具由弹簧牵引退回,行程H=29.7mm
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=m×z÷2=100mm;m=2:
z(全齿)=100,现在取得齿数大于17°对
应的齿数,也就是17÷360×100=4.72≈5齿,可以取20齿。
小齿轮m=2;Z=20;T=2OmniO
D-
行星轮系的计算:
1>用定轴轮系传动
i=n(输入)÷n(输出)=00
3、用行星轮系传动
皮带轮IRI=90OnIn1;皮带轮2R2=1400mm:
ZI=29;Z2=30;Z3=31;Z4=30传动比i4H=1/900
由于我们B组是2个每秒,所以须得再加一个增速一倍的齿轮。
Z5=50,
Z6=25,Z4与Z5联在一根轴上,Z6接另外一根轴(带动凸轮的轴)
七、系统机构运动总体方案图
八、总结
经过两周的努力,我们小组终于将机械原理课程设计做完了。
在这次设计过程中,我们小组遇到了很多问题。
当题目下来时,我们都是一头雾水。
于是我们开始分工,每个人在网上和图书馆里找资料。
并在老师的悉心抬导下,我们确定了最终的方案。
尽管这次作业的过程是有点曲折,但是我们的收获还是很大的。
不仅仅掌握了连杆机构和凸轮机构以及齿轮传动的机构设计步骤和方法,还对AUtOCAD>Word这些软件更加的熟练了。
对我们来说,增加了我们对机构的感性认识,空间认识,空间理论知识等。
同时还增加了同学和老师之间的交流。
在设计过程中体现出的□身的不足需要我们在以后的学习中加以改进和补充,我们相信在以后的设计中会拿出更好的作品。
九、参考文献
1、《机械原理》第八版,主编:
孙桓陈作模葛文杰高等教育出版社
2、《机械原理课程设计手册》主编:
牛鸣歧王保民重庆大学出版社
3、《机械设计》第九版,主编:
濮良贵陈国定吴立言高等教育出版社
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 半自动 钻床 结构