湖北民族学院机械原理课程设计半自动钻床.docx
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湖北民族学院机械原理课程设计半自动钻床
机械电子工程机械原理课程设计说明书
半自动钻床的设计
院系:
理学院
专业:
机械电子工程
学号:
021141207
姓名:
李谦
指导老师:
杨永明
目录
1设计任务··············································2
1.1设计题目············································2
1.2设计任务············································2
1.3设计提示············································3
2工作原理及功能分析····································3
3设计方式选择··········································4
3.1机构的设计··········································4
3.2机构的运动简图······································4
3.3凸轮的设计计算······································4
3.4凸轮的轮廓线········································5
3.5从动件(推杆的运动规律)·····························5
3.5凸轮的数控加工······································5
4主运动机构选型········································5
4.1减速传动功能及设计计算······························5
4.2进刀机构功能及设计计算······························6
4.3送料机构功能及设计计算······························7
4.4定位夹紧机构功能及设计计算··························8
5机械系统传动方案······································9
6机构的运动分析和数控加工······························10
6.1凸轮的运动仿真······································10
6.2推杆的运动规律(函数线)·····························11
6.3凸轮的数控加工······································11
7总结··················································12
8参考文献··············································13
1设计任务
1.1设计题目
设计加工图1所示工件ф12mm孔的半自动钻床。
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,并由定位机构使被加工工件可靠固定。
图1加工工件
表1半自动钻床凸轮设计数据
方案号
进料机构
工作行程
mm
定位机构
工作行程
mm
动力头
工作行程
mm
电动机转速
r/mm
工作节拍(生产率)
件/min
D
40
20
15
960
2
表2机构运动循环要求
凸轮轴
转角
10º
20º
30º
45º
60º
75º
90º
105º~270º
300º
360º
送料
快进
休止
快退
休止
定位
休止
快进
休止
快退
休止
进刀
休止
快进
快进
快退
休止
1.2设计任务
1.半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。
2.设计传动系统并确定其传动比分配。
3.图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图。
4.凸轮机构的设计计算。
按各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,校核最大压力角与最小曲率半径。
对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。
画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。
5.设计计算其他机构。
6.编写设计计算说明书。
7.学生可进一步完成:
凸轮的数控加工,半自动钻床的计算机演示验证等。
1.3设计提示
1.钻头由动力头驱动,设计者只需考虑动力头的进刀(升降)运动。
2.除动力头升降机构外,还需设计送料机构、定位机构。
各机构运动循环要求见表4。
3.可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。
2工作原理及功能分解
半自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形状。
工艺动作过程由送料、定位夹紧、进刀三部分组成。
各个机构的运动由同一电动机驱动,运动由电动机经过减速装置后分为两路,一路随着传动系统传送动力到定位夹紧机构和进刀机构,分别带动凸轮做转动控制连杆对工件的定位和通过齿轮带动齿条和动力头做往复直线运动。
另一路直接传动到送料机构,控制的送料机构的进退。
即该系统由电动机驱动,通过变速传动将电动机的转速由960r/min降到主轴的2r/min,与传动轴相连的凸轮机构控制送料,定位夹紧和进刀等工艺动作。
其中动力头由凸轮机构通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动,则动力头可带动钻头平稳地上下移动从而保证了较高的加工质量。
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,并由定位机构使加工工件可靠固定。
三个执行构件的运动形式为:
1、进刀机构动力头做垂直的往复直线运动,下移到最低点后立刻上移。
在下移之前有一段休止时间,此段时间则用于送料和定位夹紧。
其中动力头的快进行程为15mm,工进行程为18mm。
2、送料机构做水平的往复运动,工作行程是40mm。
初始时,送料机构迅速地将被加工工件送到指定加工位置,稍作停顿后立即返回,且其在工件的加工过程中保持休止。
3、定位夹紧机构在水平面内做近似垂直直线运动,在工件的加工过程中对工件起固定的作用。
其中夹紧装置的垂直行程为20mm。
3设计方式选择
3.1机构的设计
在机构的设计过程中,首先,我们将机构的功能设计分为四个大的模块,根据每个模块功能需求的不同,我们结合现有的知识和一些参考资料,选择出部分可行的机构。
我们始终遵循以下机械设计的三个原则
(1)功能设计
(2)质量(3)优化设计和创新设计进行设计,最终定下了每个模块最佳的机构设计方案。
然后对各个方案逐个进行分析和计算,最终将各个功能模块组成整个机构循环系统。
3.2机构的运动简图
确定各机构设计方案后,使用autoCAD将机构简图绘制出来,并标注各点。
3.3凸轮的设计计算
图2凸轮设计工具软件界面
使用SolidWorks中麦迪凸轮设计工具,根据机构运动循环要求和设计数据对符合要求的凸轮机构进行设计。
3.4凸轮的轮廓线
通过对凸轮不同工作阶段的设定、每个工作阶段的起始角度和终止角度、起始升程和终止升程的设定、从动件运动规律的选择,可以根据迈迪凸轮设计系统——平面转动凸轮插件生成凸轮的轮廓线。
3.5从动件(推杆的运动规律)
从动件在凸轮的转动过程中运动。
先在SolidWorks里面将推杆和凸轮配合,然后使用SolidWorks里面的motion分析功能,给凸轮一个转速,同时给推杆和凸轮之间设置一个接触,计算并运行仿真。
接着,在生成图解模块中,添加对推杆线性速度和位移周期性的分析,生成函数图像。
3.5凸轮的数控加工
用SolidCAM,对生成的凸轮零件进行数控仿真加工,生成加工轨迹和G代码。
4主运动机构选型
4.1减速传动功能及设计计算
选用的装置具有传动效率高、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。
可以考虑先利用带传动进行一级降速,同时有过载保护的作用。
采用定轴轮系减速传动。
由于传动比=输入转速/输出转速=960/2=480,传动比过大,为使每级齿轮传动比稍小且稳定,故用二级减速传动。
其中带传动起过载保护作用。
通过改变带传动比例可以改变输出转速为1或2。
图3减速传动系统机构简图
Z1=20,Z2=80,Z3=20,Z4=100;则齿轮传动比i14=(Z2Z4)/(Z1Z3)=12。
蜗轮蜗杆传动比i0=36。
其中,带传动的皮带轮1半径50mm,皮带轮2半径100mm,即ip=2。
综上所述,减速传动机构的传动比i=i14×i0×ip=864≈960。
表3齿轮参数
模数(mm)
压力角(°)
齿数(个)
直径(mm)
齿轮1
2
20
20
40
齿轮2
2
20
60
120
齿轮3
2
20
20
40
齿轮4
2
20
80
260
4.2进刀机构功能及设计计算
采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构并结合滑块导杆传递齿轮齿条机构。
进刀时,凸轮在推程阶段运行,其通过机构传递带动齿轮齿条啮合,进而带动动力头完成钻孔。
导杆垂直移动的距离即为齿轮弧转动的角度,且齿轮齿条传动具有稳定性。
图4进刀机构简图
进刀机构如图B1所示,快进行程15mm,工进行程18mm
各杆尺寸如下:
CD=50mm,BC=20mm,CE=50mm,EF=125mm
圆弧齿条设计如下:
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=l/β,由β=18°,l=20mm,得到r=63.69mm
两相同齿轮设计:
模数m=2,齿数z=25,压力角α=20°
齿条设计:
m=2,z=40,α=20°
凸轮设计:
基圆半径r=80mm,由sinα=D/r=80/113=0.708,最大压力角α=45°
图5进刀机构中凸轮轮廓线
4.3送料机构功能及设计计算
图6送料机构简图
采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构来完成送料机构的往复运动。
通过凸轮机构和导杆滑块实现送料时的快进、休止和快退的动作。
由于采用了杠杆,故其能够完成送料的较大传动距离。
其中弹簧起到复位作用。
送料机构如图C1所示,根据要求,进料机构工作行程为40mm
各杆尺寸如下:
AB=100mm,BC=50mm,CD=50mm
送料机构凸轮设计:
基圆半径rb=80mm
由sinα=D/r=80/120=0.667,即最大压力角α=41°
图7送料机构中凸轮轮廓线
4.4定位夹紧机构功能及设计计算
采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构。
通过凸轮机构实现定位夹紧时的休止、快进及夹紧和快退的动作。
由于采用了杠杆,夹紧装置可对工件施加较大的夹紧力保证完成定位夹紧的功能。
图8定位夹紧机构简图
定位机构如图D1所示,定位机构行程为30mm
图5送料机构简图
各杆尺寸如下:
AB=50mm,BC=100mm,CD=50mm,DG=20mm,BF=20mm
定位机构凸轮设计:
基圆半径rb=80mm
由sinα=D/r=80/100=0.8,即最大压力角α=53°
图9定位夹紧机构中凸轮轮廓线
5机械系统传动方案
6、总结
在机械原理课程设计的过程中,我真的感觉到学到了很多东西,尤其是以前只在课本上出现的一些机构的原理和分析,像齿轮传动、偏置直动滚子盘形凸轮机构,曲柄连杆、曲柄滑块机构等的相互结合使用的运动分析和相互协调搭配使用情况。
在系统各机构(减速变速机构、定位加紧机构、循环送料机构、动力头运动机构)的选择中,始终遵从以下设计准则:
图10机械系统传动方案机构简图
6机构的运动分析和数控加工
这里选取定位机构中的凸轮进行运动分析和数控加工。
6.1凸轮的运动仿真
(1)完成推杆的绘制,对凸轮和推杆进行装配。
(2)先将凸轮设定为只能绕凸轮中心轴转动,随后将推杆设定为只能上下运动的配合。
(3)给凸轮中心添加一个等速旋转马达,转速设置为20r/min(测试用速度)。
(4)给推杆头和凸轮曲面添加接触约束。
(5)运行结果,可以生成定位机构中凸轮的运动仿真效果。
图11装配的设置
图12装配体模型
6.2推杆的运动规律(函数曲线)
(1)添加结果和图解
(2)计算运动算例
这里我们选择推杆的线速度幅值和线性位移作为图解对象。
图13推杆线性速度运动规律
图14推杆线性位移运动规律
6.3凸轮的数控加工
(1)打开凸轮零件的SolidWorks界面,使用SolidCAM添加一个铣床。
(2)设定加工原点及加工过程和刀具后,可以模拟加工。
(3)根据模拟加工可以直接生成加工该凸轮的G代码。
图15数控加工定位机构中凸轮的G代码
7总结
在机械原理课程设计的过程中,我学到了很多东西,尤其是以前只在课本上出现的一些机构的原理和分析,像齿轮传动、偏置直动滚子盘形凸轮机构,曲柄连杆、曲柄滑块机构等的相互结合使用的运动分析和相互协调搭配使用情况。
在系统各机构(减速变速机构、定位加紧机构、循环送料机构、动力头运动机构)的选择中,始终在想如何将自己在课堂上面学到的东西运用到设计上面去。
通过这次课程设计,使我深入的理解了一些简单机构组件的作用与原理,为以后的实际工作奠定了基础,最重要的是通过本次课程设计让我体验了如何将课本知识转化为生产实际所需。
由衷的谢谢老师的指导。
7、参考文献
[1]孙恒,陈作模,葛文杰.普通高等教育“十一五”国家级规划教材《机械原理》第七版.北京:
高等教育出版社,2006
[2]濮良贵,纪名刚.普通高等教育“十一五”国家级规划教材《机械设计》第八版.北京:
高等教育出版社,2006
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