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1、徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 專業(yè)綜合訓(xùn)練說明書 設(shè)計題目： 半自動鉆床 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 成 績： 時 間： 目錄 一、 設(shè)計要求 -------------------------------------------------------02 二、 原動機的選擇 ------------

2、---------------------------------------04 三、設(shè)計工作原理 -------------------------------------------------05 四、功能分解圖，執(zhí)行構(gòu)件動作 ----------------------------07 五、運動方案的選擇 --------------------------------------------09 六、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 --------------------------12 七、機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖）---------------16 八、工作循環(huán)

3、圖 -----------------------------------------------------18 九、 對設(shè)計結(jié)果進行分析與討論 -----------------------------------------------19 十、 參考文獻 --------------------------------------------------------------------------20 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 一、 設(shè)計要求 1.1設(shè)計題目 設(shè)計加工所示工件Φ

4、12mm孔的半自動鉆床。進刀機構(gòu)負責(zé)動力頭的升降，送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機構(gòu)使被加工工件可靠固定。 半自動鉆床凸輪軸設(shè)計數(shù)據(jù) ` 進料機構(gòu) 工作行程 /mm 定位機構(gòu) 工作行程 /mm 動力頭 工作行程 /mm 電動機轉(zhuǎn)速 /(r/min) 工作節(jié)拍 （生產(chǎn)率） /（件/min） A 40 30 15 1450 1 1.2設(shè)計任務(wù) 1.半自動鉆床至少包括凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)； 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖； 3. 圖紙上畫出半自動鉆床的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖；

5、4.凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機構(gòu)的工作要求，自選從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖； 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 5.設(shè)計計算其他機構(gòu)； 6.編寫設(shè)計計算說明書； 1.3設(shè)計提示 1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計者只需考慮動力頭的進刀（升降）運動。 2. 除動力頭升降機構(gòu)外，還需要設(shè)計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)運動循環(huán)要求見下表。 3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。 機構(gòu)運動循環(huán)要求表

6、 10 20 30 45 60 75 90 105～270 300 360 送料 快進 休止 快退 休止 定位 休止 快進 休止 快退 休止 進刀 休止 快進 快進 快退 休止 計

7、 算 與 說 明 主要結(jié)果 二、 原動機的選擇 2.1原動機的分類 原動機的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類： A 一次原動機 此類原動機是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機，汽油機，汽輪機和燃汽機等。 B二次原動機 此類原動機是將發(fā)電機等能機所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機，液壓馬達，氣壓馬達，汽缸和液壓缸等。 選擇原動機時需考慮的因素： 1：考慮現(xiàn)場能源的供應(yīng)情況。 2：考慮原動機的機械特性和工作制度與工作相匹配。 3：考

8、慮工作機對原動機提出的啟動，過載，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速和控制等方面的要求。 4：考慮工作環(huán)境的影響。 5：考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。 6：為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，須考慮經(jīng)濟成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護成本。 綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 三、 設(shè)計工作原理 3.1機構(gòu)的工作原理 該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的凸輪機構(gòu)控制送料，定位，和進刀等工藝動作，最后由凸輪機 通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運動,

9、這樣動力頭也就能帶動刀具平穩(wěn)地上下移動從而保證了較高的加工質(zhì)量，簡圖如下： 3.2傳動機構(gòu)的選擇和工作原理 （1）傳動機構(gòu)的作用 1：把原動機輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。 2：把原動機輸出的速度降低或提高，以適應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的需要。 3：用原動機進行調(diào)速不經(jīng)濟和不可能時，采用變速傳動來滿足執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常調(diào)要求 4：把原動機輸出的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變 5：實現(xiàn)由一個或多個動力機驅(qū)動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機構(gòu)。 6：由于受機體的外形，尺寸的限制，或為了安全和操作方便，執(zhí)行 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 機構(gòu)不宜與原動機直接連接時，也

10、需要用傳動裝置來聯(lián)接。 （2）傳動機構(gòu)選擇的原則 1：對于小功率傳動，應(yīng)在考慮滿足性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡單的傳動裝置，盡可能降低初始費用。 2：對大功率傳動，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動的效率，節(jié)約能源，降低運轉(zhuǎn)費用和維修費用。 3：當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)要求變速時，若能與動力機調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)要求變速范圍大。用動力機調(diào)速不能滿足機械特性和經(jīng)濟性要求時，則應(yīng)采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量采用有級變速。 4：執(zhí)行機構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應(yīng)加過載保護裝置。 5：主，從動軸要求同步時，應(yīng)采用無滑動的傳動裝置。 6：動裝置的選用必須

11、與制造水平相適應(yīng)，盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)傳動裝置，加減速器，變速器和無級變速器等。 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 四、 功能分解圖，執(zhí)行機構(gòu)動作 4.1功能分解圖如下圖 4.2執(zhí)行構(gòu)件的選擇 1.減速傳動功能 選用經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結(jié)構(gòu)簡單,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，故我們這里就采用行星輪系來實現(xiàn)我設(shè)計的傳動。 2.定位功能 由于我們設(shè)計的機構(gòu)要有間歇往復(fù)的運動，有當(dāng)凸輪由近休到遠休運動過程中,定位桿就阻止了工件滑動，當(dāng)凸輪由遠休到近休運動過程中可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位機構(gòu)的

12、回位,等待送料,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。、 3.進料功能 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 進料也要要求有一定的間歇運動，我們可以用復(fù)位彈簧來實現(xiàn)，然后通過桿件連續(xù)作用于加工原件上的力來實現(xiàn)建工元件的連續(xù)傳遞，實現(xiàn)進料。 4.進刀功能 采用凸輪的循環(huán)運動,推動滾子使?jié)L子擺動一個角度,通過杠桿的擺動弧度放大原理將滾子擺動角度進行放大.可增大刀具的進給量,在杠桿的另一端焊接一個 圓弧齒輪,圓弧齒輪的擺動實現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動,齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動實現(xiàn)進刀. 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 五、運動方案

13、的選擇 5.1 減速機構(gòu)： 定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =750傳動比很大，要用多級傳動。如圖： 5.2 進刀機構(gòu) 采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪齒條機構(gòu).因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪機構(gòu)，當(dāng)進刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性.。 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 5.3 送料系統(tǒng)： 采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)送料的快進、休止、快退、休止，先由主軸轉(zhuǎn)動帶動凸輪將工件運至加工位置

14、，然后由彈簧的回復(fù)力士桿件帶動凸輪回到原位置，實現(xiàn)一個運動過程，此后，凸輪往復(fù)循環(huán)運動，實現(xiàn)送料的連續(xù)。 5.4 定位系統(tǒng)： 定位系統(tǒng)采用的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要有間歇，所以就要使用凸輪機構(gòu)，但如果是平底推桿從動件，則凸輪就 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會很大，也不求實際，所以就采用一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足我們的實際要求了。 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 六、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 6.1 送

15、料凸輪機構(gòu)機構(gòu)采用如下分析 凸輪機構(gòu)采用直動滾子端面柱體凸輪，且為力封閉凸輪機構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸，實現(xiàn)進料功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下: 設(shè)計基圓半徑r0=20mm, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-30,送料機構(gòu)快進,推桿行程h=40mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=30-45,送料機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=45-90, 送料機構(gòu)快退,推桿行程h=-40mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90-360, 送料機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 6.2 進刀機構(gòu)的設(shè)計 《1》.凸輪擺桿機構(gòu)

16、的設(shè)計： (1).由進刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動； 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 (2).用凸輪擺桿機構(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實現(xiàn)弧形齒條的來回擺動，從而實現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸.刀具的運動規(guī)律就與凸輪擺桿的運動規(guī)律一致； (3).弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設(shè)計步驟如下： 1.根據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長度d=65mm，最大擺角β為18

17、, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-55,β=0; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=55-270，刀具快進，β=18 凸輪轉(zhuǎn)角λ=270-300,β=0 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300-360 2.設(shè)計圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計出圓形齒輪的半徑r=l/β,由β=18, l=15mm， 3.得到r=47.78mm， 《2》進刀連桿機構(gòu)： 根據(jù)要求，進刀機構(gòu)工作行程為15 mm，可取BCDE四桿機構(gòu)的極位夾角為10度，則由 得K=1.12，急回特性不是很明顯，對進刀機構(gòu)來說并無影響。 各桿尺寸： AB=75 BC=30.2 CD=88 DE=11.5 BE=100 EF=4

18、7.78 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 以上尺寸滿足要求。 6.3 定位凸輪推桿機構(gòu)的設(shè)計： 凸輪機構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下: 設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=30 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-15,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=25-30,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=30mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=30-50,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸

19、輪轉(zhuǎn)角λ=50-90,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-30mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90-360 ,定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0mm; 設(shè)計偏心距e=30的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為30故如此設(shè)計。 6.4 行星輪系的計算: 用行星輪系傳動 傳動比 =n輸入/n輸出 =725 傳動比很大，要用多級傳動。然后由主軸輸出，在經(jīng)過帶輪傳遞到凸輪軸。 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 選用如圖所示的行星輪傳動，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機構(gòu)與齒輪系傳動機構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下表： 皮帶輪參數(shù) 名稱

20、 皮帶輪1 皮帶輪2 半徑（mm） 50 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)（mm） 壓力角（） 齒數(shù)（個） 直徑（mm） 齒輪1 2 20 145 145 齒輪2 2 20 181 181 齒輪2 2 20 25 25 齒輪3 2 20 20 20 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 七、機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖） 綜上所述各機構(gòu)方案擇優(yōu)形成如下的機械系統(tǒng)運動方案組合。 機械系統(tǒng)方案 E1 E2 E3 變速機構(gòu) A2 A1 A1 送料機構(gòu) B3 B1

21、 B2 定位機構(gòu) C1 C2 C1 進刀機構(gòu) D2 D1 D1 方案1的設(shè)計矩陣為E1={A2 B3 C1 D2} 鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設(shè)計要求傳動比=n輸入/n輸出 =1450/1=1450 ,非常大，此時再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速。 機構(gòu)的送料裝置采用由凸輪與四桿機構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，此組合機構(gòu)既可以滿足設(shè)計要求同時相對于其他的滿足同樣要求的機構(gòu)又具有尺寸小和運動可靠的特點。盤形凸輪機構(gòu)把轉(zhuǎn)動動力輸入給四桿機構(gòu)中的一個桿件從而轉(zhuǎn)化為這個桿件的往復(fù)運動，此機構(gòu)中的四桿機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，由此雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運動。同時設(shè)計凸輪尺寸來滿足滑

22、塊的間歇運動和快慢交替的變速運動。 機構(gòu)的定位機構(gòu)由凸輪機構(gòu)結(jié)合四桿機構(gòu)的死點來夾住工件，并按要求設(shè)計凸輪的外形尺寸以滿足定位機構(gòu)同樣滿足間歇運動和休止。機構(gòu)的進刀機構(gòu)由輪機構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加兩個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。 優(yōu)化方案的設(shè)計矩陣為E2={A1 B1 C2 D1}。 半自動鉆床的變速機構(gòu)采用行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，相比單純的采用齒輪傳動，次方法的選用更加經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結(jié)構(gòu)簡單,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，占據(jù)空間也較

23、小。 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 送料裝置如果采用凸輪滑塊機構(gòu)，雖然可以實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運動，但是不能夠保證滑塊能夠?qū)崿F(xiàn)間歇休止并且配合好其他機構(gòu)。 采用C2 類型的定位裝置可以滿足設(shè)計要求，但是整個半自動鉆床的空間尺寸有限這樣的設(shè)計務(wù)必會占用較大的空間從而使材料的使用增多，浪費了材料。 進刀機構(gòu)采用D1時候能夠滿足設(shè)計要求，但是機構(gòu)構(gòu)件之間缺乏穩(wěn)定的傳動，對制造出的工件精度很難保證質(zhì)量。 更具鉆床每分鐘完成一個工件的鉆孔的設(shè)計要求，并且選用能夠提供間歇運動的機構(gòu)，以及結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標(biāo)，選取設(shè)

24、計方案E1/。實際采用的半自動鉆床運動方案如下圖所示： 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 八、工作循環(huán)圖 鉆床進刀 鉆孔和退刀為一個運動循環(huán)。應(yīng)該保證鉆床在鉆孔運動循環(huán)中，定位裝置和送料裝置和鉆頭在時間和凸輪轉(zhuǎn)動角度上相互協(xié)調(diào)。根據(jù)半自動鉆床各執(zhí)行機構(gòu)的運動要求，繪制機構(gòu)系統(tǒng)的運動循環(huán)圖如下： 30 60 送料 定位 30 60 10 90 進刀 90 180

25、 270 360 （7.55s） （15s） （22.5s） （30s） 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 九、對設(shè)計結(jié)果進行分析討論 通過本次課程設(shè)計，我感受到了設(shè)計過程中的艱辛。設(shè)計之初感覺根本無處下手，后來通過查閱資料以及在同學(xué)和老師的的熱心幫助下，根據(jù)任務(wù)書和指導(dǎo)書上的要求，結(jié)合自己平時所學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)終于順利地完成了本次機械設(shè)計課程設(shè)計。在此我

26、要衷心地感謝我的老師和我的同學(xué)。 由于時間關(guān)系，本次課程設(shè)計還存在一些不足。在計算方面，計算的數(shù)據(jù)比較粗糙以及有些機構(gòu)和零部件的計算沒有，例如軸和軸承部分的計算就省去了。模型仿真也存在瑕疵，模型可能比較粗糙，導(dǎo)致仿真的效果一般。 通過這次課程設(shè)計，我對本學(xué)期學(xué)習(xí)的機械設(shè)計課程有了更好的理解，也對以前學(xué)習(xí)的機械原理課程以及機械專業(yè)相關(guān)課程一個綜合運用。同時也認識到自己在某些方面的知識比較欠缺，需要不斷地學(xué)習(xí)。最重要的是通過本次課程設(shè)計，我體驗了如何將理論知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)實際所需。讓我更早接觸機械設(shè)計有關(guān)的要領(lǐng)和技能，為以后的畢業(yè)設(shè)計打好了基礎(chǔ)。更為以后走出學(xué)校走向崗位奠定良好的基石。 計 算 與 說 明 主要結(jié)果 十、參考文獻 [1]濮良貴，紀名剛，機械設(shè)計[M]，北京：高等教育出版社，2006.5（1012.12重?。? [2]孫恒，陳作模，葛文杰，機械原理[M]，北京：高等教育出版社，2008. [3聞邦椿，機械設(shè)計手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2010. [4]裘建新，機械原理課程設(shè)計[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2011. 22