湖北民族学院机械原理课程设计半自动钻床.

1、何 ib A 森 zf it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21.1设计题目21.2设计任务21.3设计提示32工作原理及功能分析33设计方式选择43.1 机构的设计43.2机构的运动简图43.3凸轮的设计计算43.4凸轮的轮廓线53.5从动件（推杆的运动规律）53.5凸轮的数控加工54主运动机构选型54.1减速传动功能及设计计算54.2进刀机构功能及设计计算64.3送料机构功能及设计计算74.4定位夹紧机构功能及设计计算85机械系统传动方案96机构的运动分析和数控加工106.1凸轮

2、的运动仿真106.2推杆的运动规律（函数线）116.3凸轮的数控加工117总结128参考文献131设计任务1.1设计题目设计加工图1所示工件巾12mm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 /minD4020159602表2机构运动循环要求凸轮轴转角10o20o30o45o60o75o90o105o 270o300o360o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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、制出来，并标注各点。 3.3凸轮的设计计算使用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。图2凸轮设计工具软件界面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

8、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

9、图Z仁20, Z2=80，Z3=20，Z4=100;则齿轮传动比 i14=(Z2 Z4)/(Z1 Z3)=12。蜗轮蜗杆传动比io=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=ii4 Xo为p=864胡60。表3 齿轮参数模数（mm）压力角（°齿数（个）直径（mm）齿轮12202040齿轮222060120齿轮32202040齿轮4220802604.2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

10、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/ B，由 B =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a =20°齿条设计：m=2，z=40， a =20°凸轮设计：基圆半径r=80mm，由sin a=D/r=80/113=0.708，

11、最大压力角 a=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，故图6送料机构简图送料机构如图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 =80mm由 sin a=D/r=80/120=0.667，即最大压力角 o=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

12、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b=80mm由 sin a=D/r=80/100=0.8,即最大压力角 a=53°图9定位夹紧机构中凸轮轮廓线5机械系统传动方案CDB提供动力A4=6、总结过程P，我真的感觉到学到了很多东西,钻头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、F F 偏置-使机构、滚子盘形凸轮机构，曲柄连杆、工件力分析和相互协调搭配使用情况。 在系统各机构（减速变速构）的选择中，柄

13、滑互结合环送料机构、动始终遵从以下设计准则:X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。®臥肉及相机祝罔4阖先蓦、与布黑前旋祷马达2:引力十爲(-)葩技F呀-罰牛12裳呢低1 <i> -1

14、离會(2冗余甘匱给果图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0.00T.ZO2.403.S44.605.00时同(sec)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