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機(jī)械原理 課程設(shè)計 說明書 設(shè) 計 題 目：榫槽成型半自動切削機(jī) 機(jī)械工程及自動化專業(yè) ********** 設(shè)　　計　　者：********** 學(xué)　　　　　號：************ 指　導(dǎo)　老　師：********** ****年 ****月****日 目　　錄 一、 功能及原理……………………………………………………2 二、 工藝動作過程…………………………………………………2 三、 優(yōu)點(diǎn)……………………………………………………………2 四、 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求…………………………………………3 五、 功能分解………………………………………………………4 六、 運(yùn)動轉(zhuǎn)換框圖…………………………………………………５ 七、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較………………………………………5 八、 原動件的選擇…………………………………………………6 九、 機(jī)械運(yùn)動方案的擬定與比較…………………………………7 十、 傳動機(jī)構(gòu)的執(zhí)行與比較………………………………………8 十一、運(yùn)動示意圖……………………………………………………9 十二、運(yùn)動循環(huán)圖……………………………………………………10 十三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的計算………………………………………………11 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………12 心得體會………………………………………………………………13 凸輪機(jī)構(gòu)程序…………………………………………………………14 榫槽成型切削機(jī)的 功能和設(shè)計說明 一、功能及原理 榫槽成型機(jī)為木工機(jī)械，其功能就是將木質(zhì)長方形塊切削出榫槽。木料進(jìn)入工作臺后，夾料裝置將其夾緊，右端面用銑刀切平，退出銑刀，松開工件，右邊推桿推動工件向左直線移動，通過固定的榫槽刀，在工件的全長上開出榫槽。推桿把工件推出集收，隨后復(fù)位等待下一個工件。 二、工藝動作過程 l 進(jìn)料 l 夾緊 l 銑端面 l 退刀、松工件 l 推向榫槽刀成型 l 推出集收并復(fù)位 三、優(yōu)點(diǎn) 1、質(zhì)量可靠 該機(jī)械專為小型木料加工榫槽設(shè)計，如此小的工件很難手工完成切削榫槽的任務(wù)。使用中的木料榫槽需要盡可能的尺寸統(tǒng)一，人工做也很難滿足這點(diǎn)要求。機(jī)械加工時，正常情況下可以滿足上述要求，配以適時的保修，即可保證一定的精度。 2、提高工作效率 很顯然，該機(jī)械所加工的木料尺寸極小，人工加工則更顯得煩瑣和困難。然而木料的裝配中經(jīng)常使用到這種微小工件，該榫槽切削機(jī)可幫助工人大大提高工作效率。 3、機(jī)械簡單運(yùn)輸方便 整個加工結(jié)構(gòu)十分簡單，滿足了工人需要，設(shè)計時又注意到了內(nèi)部工作構(gòu)件的簡單化。這樣設(shè)計，為意外損壞后的維修提供了方便。機(jī)械的整體尺寸比較精小輕便，工人可攜帶至任意工作場所。 四、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 1、推桿在推動工件切學(xué)榫槽過程中，要求工件近似等速運(yùn)動； 2、室內(nèi)工作，載荷有輕微沖擊； 3、原動機(jī)為三相交流電動機(jī)，使用期限為10年，每年工作300天，每天工作16小時，每半年做一次保養(yǎng)，大修期為3年。 4、原始數(shù)據(jù)見下表（單位：mm）： X Y H L L2 L3 L4 L5 L6 L7 50 225 10 70 30 70 30 20 18 20 5、設(shè)計數(shù)據(jù)： 推桿工作載荷F1= 2000 N；（本機(jī)械理論可達(dá)2275N） 端面切刀工作載荷F2= 10000 N；（本機(jī)械理論可達(dá)12000N） 生產(chǎn)率= 10 （件/min） 五、功能分解 凸輪轉(zhuǎn)動擠壓壓桿產(chǎn)生豎直位移 主動輪帶動壓緊凸輪轉(zhuǎn)動 壓桿壓緊工件 送料夾緊 凸輪轉(zhuǎn)動推動銑刀向下銑切工件右端面 工件壓緊后，銑刀凸輪轉(zhuǎn)動 榫槽成型 切削機(jī) 銑切 端面 松開工件，推向榫槽刀 工件通過刀具切出榫槽被推出集收， 銑刀凸輪回程，壓桿凸輪回程 推桿將工件推向榫槽刀 推桿退回，一個生產(chǎn)周期完成 復(fù)位 在送料及夾緊機(jī)構(gòu)中，摩擦凸輪、壓桿等機(jī)構(gòu)根據(jù)它運(yùn)動特點(diǎn)提供間歇動力，實(shí)現(xiàn)間歇夾緊，靠壓桿彈簧和凸輪回程實(shí)現(xiàn)松開木料的過程。 在銑刀推切端面過程中，與壓桿固定木料原理相似。退刀時，先退刀再松開壓桿，推桿到來時確保銑刀已退出，防止意外撞擊。 在推切機(jī)構(gòu)中，木料通過榫槽刀進(jìn)行切削，主動輪以曲柄搖桿帶動推桿推動木料。使用曲柄搖桿的急回特性，在推程時低速保證輸出功率，復(fù)位時高速返回以提高效率。 六、運(yùn)動轉(zhuǎn)換框圖 七、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較 夾緊機(jī)構(gòu) A 凸輪+彈簧壓桿 蝸輪蝸桿 切削機(jī)構(gòu) B 凸輪 桿組 推桿機(jī)構(gòu) C 凸輪 桿組 通過對以上幾十種方案的嚴(yán)密分析，剔除明顯不合格的，再通過對它們是否能滿足預(yù)定軌跡的運(yùn)動要求的進(jìn)一步分析，以及對運(yùn)動鏈機(jī)構(gòu)順序是否合理，運(yùn)動精確度，制造難易，成本高低，是否滿足環(huán)境，動力源，生產(chǎn)條件等的再次考慮可知： 凸輪機(jī)構(gòu)只具有幾個很少的活動構(gòu)件，并且占據(jù)的空間較小，是一種結(jié)構(gòu)非常簡單，緊湊的機(jī)構(gòu)。其從動件的運(yùn)動取決于其輪廓線的形狀，只要適當(dāng)設(shè)計該輪廓線，就可以獲得定期的運(yùn)動規(guī)律。其缺點(diǎn)是：凸輪廓線與從動件之間是點(diǎn)或線的接觸，易與磨損，故只能用于傳動力不是太大的場合。 蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)具有可靠的自鎖作用，在壓緊木料的機(jī)構(gòu)中可以考慮使用。但在本機(jī)械設(shè)計中，整個機(jī)械體積較小，工作載荷不大，引入蝸輪蝸桿勢必加大機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，種類繁多，在運(yùn)動中有可能會出現(xiàn)急回現(xiàn)象，并且使運(yùn)動軌跡得不到保障，減小了效率。所占用的空間相對于以上兩種機(jī)構(gòu)，明顯較大。 綜上，可供選擇的方案： 方案1：A1+B1+C1 方案2：A1+B2+C1 本次設(shè)計中要求工作平穩(wěn)以及噪聲小，并且結(jié)構(gòu)緊湊，對承載能力的要求也不是很高，所以可以選擇凸輪配合彈簧壓桿來實(shí)現(xiàn)木料的夾緊和釋放，采用曲柄導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)控制端面銑刀的工作位置，利用曲柄搖桿，搖桿再以導(dǎo)桿滑塊的形式推動木料進(jìn)刀。 八、原動件的選擇 原動件是機(jī)械系統(tǒng)中的驅(qū)動部分。在榫槽成型切削機(jī)的設(shè)計中，要求原動件連續(xù)轉(zhuǎn)動，而且噪音應(yīng)該盡量小，故選擇電動機(jī)。它的輸出功率大，輸出剛度硬，同時也可以便捷地調(diào)速。如果使用交流電動機(jī)，它還有反轉(zhuǎn)性能。通常是單向回轉(zhuǎn)的。需要采用反向開關(guān)，或特殊電路反向，簡單可行。通過對機(jī)構(gòu)的分析，電動機(jī)的相關(guān)功率，電源，頻率等的綜合考慮，最終選擇的電動機(jī)為：Y90S—6型。功率為0.75KW,轉(zhuǎn)速為910轉(zhuǎn)每分鐘。通過計算可知，每完成一個榫槽的切削需要6秒鐘。 九、機(jī)械運(yùn)動方案的擬定與比較。 夾緊機(jī)構(gòu) A 凸輪+彈簧壓桿 蝸輪蝸桿 切削機(jī)構(gòu) B 凸輪 曲柄滑塊 推桿機(jī)構(gòu) C 凸輪 桿組 各個運(yùn)動機(jī)構(gòu)如下所示： 曲柄滑塊 凸輪 蝸輪蝸桿 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣： 由圖可知，共有N=2*2*2=8 種方案。 方案選擇 該方案以齒輪傳動為主，再加以凸輪，桿組共同作用，其工作原理如下： 送料夾緊機(jī)構(gòu)：通過凸輪的推程推動壓桿，為防止夾具與木料的剛性接觸而損傷木料表面，故在夾具鋼板下加2mm防滑海綿墊； 銑切機(jī)構(gòu)：木料固定，輪上曲柄轉(zhuǎn)動帶動銑刀向下銑切木料端面； 上述步驟完成后，曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動以退銑刀，壓緊凸輪開始回程，靠彈簧彈力松開木料； 推桿機(jī)構(gòu)：在主動輪的帶動下，以曲柄搖桿推木料向榫槽刀移動，使全長切完后推出加工好的木料，復(fù)位時搖桿急回而提高了效率。 該方案中，彈簧凸輪結(jié)構(gòu)緊湊，而且噪聲比較小。靠齒輪傳動，使得空間變得緊湊，從而使整個機(jī)械輕便、快捷。 方案二中用到的凸輪，其運(yùn)動軌跡難以測控，它必須和壓桿凸輪、推桿運(yùn)動相關(guān)聯(lián)。 綜上所述，方案一為佳。 十、傳動機(jī)構(gòu)的執(zhí)行與比較 方案一 方案二 方案三 方案四 Ⅰ 蝸輪蝸桿傳動 齒輪傳動 帶輪傳動 齒輪傳動 Ⅱ 齒輪傳動 帶輪傳動 帶輪傳動 齒輪傳動 Ⅲ 齒輪傳動 帶輪傳動 齒輪傳動 齒輪傳動 Ⅳ 連桿機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu) 電動機(jī)與主軸的連接可以通過帶輪傳動，也可以通過圓柱齒輪傳動。 壓緊機(jī)構(gòu)與主軸的連接可以通過帶輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動，亦可用齒輪進(jìn)行傳動。 銑切機(jī)構(gòu)則可以采用帶輪或齒輪傳動。 推桿機(jī)構(gòu)的傳動可以采用連桿。 蝸輪蝸桿傳動可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動比（可達(dá)500以上），傳動平穩(wěn)，無噪聲，傳動效率較低（一般為0.7-0.8）。帶輪的傳動可以實(shí)現(xiàn)中心距較大的兩軸間的傳動，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，成本低廉，沖擊力小，傳動平穩(wěn)，噪音小，過載時打滑，有保護(hù)安全作用。缺點(diǎn)是 存在打滑現(xiàn)象，傳動比不恒定，傳動效率低，壽命較短，軸和軸承上受壓力較大。齒輪傳動具有傳遞動力大，效率高，壽命長，傳動平穩(wěn)可靠等，但要求精度較高，成本也較高。連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)變向運(yùn)動，曲柄搖桿亦可完成轉(zhuǎn)動變移動的急回運(yùn)動形式。 綜上，我們選擇了第一種方案。 十一、運(yùn)動示意圖 十二、運(yùn)動循環(huán)圖 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 分配軸轉(zhuǎn)角 夾緊機(jī)構(gòu) 送 料 夾 緊 50 80 銑切機(jī)構(gòu) 銑 切 端 面 100 230 推桿機(jī)構(gòu) 推 向 榫 槽 刀 退 桿 復(fù) 位 運(yùn)動循環(huán)圖（直線式） 運(yùn)動循環(huán)圖（同心圓圖） 0 30 100 夾料機(jī)構(gòu) 50 80 銑切機(jī)構(gòu) 100 230 推桿機(jī)構(gòu) 上圖為榫槽成型切削機(jī)的運(yùn)動循環(huán)圖 電動機(jī)開始運(yùn)動時，帶動主齒輪轉(zhuǎn)動。此時夾緊凸輪有少許時間等待進(jìn)料。當(dāng)轉(zhuǎn)過30度時，壓緊凸輪開始壓緊木料。當(dāng)轉(zhuǎn)過20度時，端面銑刀開始切削木料右端面。當(dāng)轉(zhuǎn)過30度時，切削完成，當(dāng)轉(zhuǎn)動20度時，銑刀退出，木料被松開。隨后推桿推動木料向榫槽刀運(yùn)動，直至切出通槽推出集收后，推桿返回 十三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)計算 夾料機(jī)構(gòu)主要由齒輪，凸輪和彈簧壓桿組成，凸輪作為夾料機(jī)構(gòu)的一部分，其作用是通過半徑的變化來實(shí)現(xiàn)壓桿上下往復(fù)運(yùn)動的目的。齒輪作為傳動機(jī)構(gòu)的主要部分，由于它是個標(biāo)準(zhǔn)件，因此可以選擇一個半徑相宜的尺寸，只要能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行傳動，也就是滿足規(guī)定的傳動比即可。在本機(jī)械的設(shè)計中，因?yàn)閭€轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)需要等同的角速度來保證運(yùn)動的連貫和協(xié)調(diào)，故各對齒輪均為兩完全相同的齒輪配合。 銑刀的滑塊導(dǎo)桿由向下所需的位移和推桿到來前所留的時間確定。 推桿的計算相對比較煩瑣，在保證推動木料的水平位移同時，還要考慮機(jī)架和主動輪位置要求。 參考文獻(xiàn)： 1、《機(jī)械原理課程設(shè)計手冊》 高等教育出版社　　　鄒慧君 　主編 2、《機(jī)械原理課程設(shè)計》　　　　　機(jī)械工業(yè)出版社　　　曲繼方 　主編 3、《機(jī)械原理課程設(shè)計》 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 周明溥 曹志奎 金孟浩　 主編 4、《機(jī)構(gòu)設(shè)計——實(shí)用構(gòu)思圖冊》 《機(jī)構(gòu)設(shè)計——實(shí)用構(gòu)思圖冊》 [日]藤森洋三　 主編 5、《機(jī)械原理教程》 清華大學(xué)出版社 　　申永勝 　主編 網(wǎng)址： 1、 www.gill.com.cn 2、 www.baidu.com 3、 www.jx.com 心得體會 兩周的機(jī)械原理課程設(shè)計就要結(jié)束了，回想一下，從剛開始的毫無頭緒到今天的設(shè)計完工，心里有著說不出來的高興。在這里我學(xué)到了很多東西：團(tuán)隊精神，勤于思考，不輕易放棄，勇于提問，不斷探索—— 在一個集體活動中團(tuán)隊精神是必不可少的。我們這一個隊一共有5個人，在設(shè)計中，我們共同探討，出現(xiàn)問題，我們共同協(xié)商解決，在設(shè)計中我們遇到了許多困難，但我們并沒有退縮，而是互相鼓勵，認(rèn)真研究出最優(yōu)方案。我想，在這里，單靠某一個人是不行的，三個臭皮匠勝過一個諸葛亮，每個人的見解合在一起，總能達(dá)到預(yù)想不到的效果。 業(yè)精于勤荒于嬉，勤于思考是成功的關(guān)鍵。上大學(xué)已經(jīng)兩年了，回想這兩年似乎都在應(yīng)付考試，每學(xué)一門課就想著能過就好了，沒有真正的去學(xué)過一門課，更不用說勤于思考了。來到設(shè)計室，看到同學(xué)們各個都捧著書查閱資料互相討論，有的甚至忙到晚上11點(diǎn)才回去，仿佛又使我回到了高中，懷念那時一起奮斗。我想我不該這樣對待我的大學(xué)生活，我應(yīng)該努力學(xué)好我該學(xué)的。 遇到困難不要輕易放棄，最終成功會屬于你。在設(shè)計的過程中出現(xiàn)了許多困難，方案一改再改，圖紙一擦再擦，數(shù)據(jù)一變再變，這里都滲透著許多時間和心血，只求更好點(diǎn)。有時改變一下真的需要很大的勇氣，因?yàn)橛袝r一個改動牽涉著全局，這樣帶來了很大的工作量，之前的努力也白費(fèi)了，但是這樣我們獲得了成功，獲得了成長，這才是我們最想要的。 在困難面前有一個法寶，那就是好問。對我來說，從小到大，遇到困難就自己一個勁的去想，先出來最好，想不出來就算了。可是在設(shè)計中不同了，有許多許多東西我不明白，但是不解決根本就無法往下進(jìn)行，提問于是成了我的法寶，在老師同學(xué)的幫助下我學(xué)到了許多東西，我也節(jié)省了許多時間。 設(shè)計在于完美，那就要不斷探索。對于一個設(shè)計者每個人都有自己的設(shè)計方案，在所有的方案中總有著優(yōu)劣之分，這也是一個設(shè)計是否能被采用的關(guān)鍵。所以在我們的設(shè)計中就要不斷的去探索，探索最佳方案。 在這兩周里，感覺自己真的成了一名設(shè)計師，即使自己的設(shè)計不是很完善，但我學(xué)到的東西卻是我覺得最好的東西，使我受到了很大的啟發(fā)。在我今后的人生里我會更加嚴(yán)格要求自己，不斷完善自己，將來做一名出色的工程師。 凸輪機(jī)構(gòu)程序 #include #include #define pi acos(-1) double change1(double theta) { theta=theta*pi/180; if(theta>=(2*pi)) theta-=(2*pi); else if(theta<0) theta+=(2*pi); return theta; } double change2(double theta) { theta=theta*180/pi; if(theta>=360) theta-=360; else if(theta<0) theta+=360; return theta; } void main() { double rb,thetat,thetah,h,w,thetas1; double fi,s,v,a,k1,rf,x,y; cout<<"基圓:";cin>>rb; cout<<"推程角:";cin>>thetat; cout<<"回程角:";cin>>thetah; cout<<"停歇角:";cin>>thetas1; cout<<"從動桿高度:";cin>>h; cout<<"角速度:";cin>>w; double t; for(fi=0;fi