榫槽成型半自动切削机机械设计.docx

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榫槽成型半自动切削机机械设计

RevisedbyJackonDecember14,2020

榫槽成型半自动切削机机械设计

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

九、机械运动方案的拟定与比较…………………………………7

一十、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

5、设计数据：

推杆工作载荷F1=2000N；（本机械理论可达2275N）

端面切刀工作载荷F2=10000N；（本机械理论可达12000N）

生产率=10（件/min）

五、功能分解

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

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,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：

曲柄滑块

凸轮

蜗轮蜗杆

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

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

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）。

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。

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°330360°

分配轴转角

夹紧机构

送

料

夹

紧

50°80°

铣切机构

铣

切

端

面

100°230°

推杆机构

推

向

榫

槽

刀

退

杆

复

位

运动循环图（直线式）

运动循环图（同心圆图）

0°30°100°

夹料机构

50°80°

铣切机构

100°230°

推杆机构

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，也就是满足规定的传动比即可。

在本机械的设计中，因为个转动机构需要等同的角速度来保证运动的连贯和协调，故各对齿轮均为两完全相同的齿轮配合。

铣刀的滑块导杆由向下所需的位移和推杆到来前所留的时间确定。

推杆的计算相对比较烦琐，在保证推动木料的水平位移同时，还要考虑机架和主动轮位置要求。

参考文献：

1、《机械原理课程设计手册》高等教育出版社　　　邹慧君　主编

2、《机械原理课程设计》　　　　　机械工业出版社　　　曲继方　主编

3、《机械原理课程设计》上海科学技术文献出版社

周明溥曹志奎金孟浩　主编

4、《机构设计——实用构思图册》《机构设计——实用构思图册》

[日]藤森洋三　主编

5、《机械原理教程》清华大学出版社　　申永胜　主编

网址：

心得体会

两周的机械原理课程设计就要结束了，回想一下，从刚开始的毫无头绪到今天的设计完工，心里有着说不出来的高兴。

在这里我学到了很多东西：

团队精神，勤于思考，不轻易放弃，勇于提问，不断探索——

在一个集体活动中团队精神是必不可少的。

我们这一个队一共有5个人，在设计中，我们共同探讨，出现问题，我们共同协商解决，在设计中我们遇到了许多困难，但我们并没有退缩，而是互相鼓励，认真研究出最优方案。

我想，在这里，单靠某一个人是不行的，三个臭皮匠胜过一个诸葛亮，每个人的见解合在一起，总能达到预想不到的效果。

业精于勤荒于嬉，勤于思考是成功的关键。

上大学已经两年了，回想这两年似乎都在应付考试，每学一门课就想着能过就好了，没有真正的去学过一门课，更不用说勤于思考了。

来到设计室，看到同学们各个都捧着书查阅资料互相讨论，有的甚至忙到晚上11点才回去，仿佛又使我回到了高中，怀念那时一起奋斗。

我想我不该这样对待我的大学生活，我应该努力学好我该学的。

遇到困难不要轻易放弃，最终成功会属于你。

在设计的过程中出现了许多困难，方案一改再改，图纸一擦再擦，数据一变再变，这里都渗透着许多时间和心血，只求更好点。

有时改变一下真的需要很大的勇气，因为有时一个改动牵涉着全局，这样带来了很大的工作量，之前的努力也白费了，但是这样我们获得了成功，获得了成长，这才是我们最想要的。

在困难面前有一个法宝，那就是好问。

对我来说，从小到大，遇到困难就自己一个劲的去想，先出来最好，想不出来就算了。

可是在设计中不同了，有许多许多东西我不明白，但是不解决根本就无法往下进行，提问于是成了我的法宝，在老师同学的帮助下我学到了许多东西，我也节省了许多时间。

设计在于完美，那就要不断探索。

对于一个设计者每个人都有自己的设计方案，在所有的方案中总有着优劣之分，这也是一个设计是否能被采用的关键。

所以在我们的设计中就要不断的去探索，探索最佳方案。

在这两周里，感觉自己真的成了一名设计师，即使自己的设计不是很完善，但我学到的东西却是我觉得最好的东西，使我受到了很大的启发。

在我今后的人生里我会更加严格要求自己，不断完善自己，将来做一名出色的工程师。

凸轮机构程序

#include<>

#include<>

#definepiacos（-1）

doublechange1（doubletheta）

{

theta=theta*pi/180;

if（theta>=（2*pi））

theta-=（2*pi）;

elseif（theta<0）

theta+=（2*pi）;

returntheta;

}

doublechange2（doubletheta）

{

theta=theta*180/pi;

if（theta>=360）

theta-=360;

elseif（theta<0）

theta+=360;

returntheta;

}

voidmain（）

{

doublerb,thetat,thetah,h,w,thetas1;

doublefi,s,v,a,k1,rf,x,y;

cout<<"基圆:

";cin>>rb;

cout<<"推程角:

";cin>>thetat;

cout<<"回程角:

";cin>>thetah;

cout<<"停歇角:

";cin>>thetas1;

cout<<"从动杆高度:

";cin>>h;

cout<<"角速度:

";cin>>w;

doublet;

for（fi=0;fi

{

s=h*（fi/thetat-sin（2*pi*fi/thetat）/2*pi）;

v=h*w*（1-cos（2*pi*fi/thetat））/thetat;

a=2*pi*h*w*w*sin（2*pi*fi/thetat）/（thetat*thetat）;

k1=-h*cos（2*pi*fi/thetat）/thetat;

rf=atan（fabs（k1）/（s+rb））;

rf=change2（rf）;

t=change1（fi）;

x=（rb+s）*sin（t）+k1*cos（t）;

y=（rb+s）*cos（t）-k1*sin（t）;

cout<<"s="<

cout<<"v="<

cout<<"a="<

cout<<"rf="<

cout<<"x="<

cout<<"y="<

cout<

}

for（fi=thetat;fi

{

cout<<"s="<

cout<<"v=0"<

cout<<"a=0"<<'\t';

cout<<"rf=0"<

t=change1（fi）;

x=（rb+s）*sin（t）+k1*cos（t）;

y=（rb+s）*cos（t）-k1*sin（t）;

cout<<"x="<

cout<<"y="<

cout<

}

}