机械原理课程设计插床机械设计.doc

机械原理课程设计
设计计算说明书

设计题目 插床机械设计

设 计 任 务 书

1.1 设计题目
插床
1.2 插床简介
插床是用于加工中小尺寸垂直方向的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。
为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—插刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作垂直方向的往复直线移动，且切削时插刀的移动速度低于空行程速度，即插刀具有急回现象；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。
1.3 设计要求及设计参数
设计要求：要求主执行机构工作行程切削平稳、压力角较小。进给机构压力角不超过许用值。
设计参数如下所示：插床机构设计3号题目参数
题 号
3
主执行机构
曲柄转速n2/（r/min）
50
曲柄lO2A/mm
75
插刀行程H/mm
120
行程速比系数K
1.8
连杆与导杆之比lBC
0.55
力臂d(mm)
108
工作阻力Fmax(N)
10800
导杆质量m4(kg)
22
导杆转动惯量JS4(kgm2)
1.2
滑块质量m6(kg)
60
进给机构
从动件最大摆角ymax
20°
凸轮从动件杆长(mm)
130
推程许用压力角[a]推程
42°
回程许用压力角[a]回程
50°
滚子半径rr(mm)
15
刀具半径rc(mm)
0.08

一：主执行机构设计与分析
1：插床机械设计参数以及相关参数计算
曲柄转速n2/（r/min）
曲柄长度lO2A=75mm
插刀行程H=120mm
行程速度比系数K=1.8
连杆与导杆之比lBC=0.55
力臂d=108mm
工作阻力F=10800N
导杆4的质量m4=22kg
导杆4的转动惯量Js4=1.1
滑块6的质量m6=60
一、插床导杆机构的综合
1、计算极位夹角 、曲柄角速度、曲柄角加速度
2、求导杆长度、连杆长度、中心距
根据插床机构结构示意图，由几何条件可得

因为，

3、求弓形高、导路距离

二：主执行机构运动分析
已知：曲柄的转速n=45 rad/min ，滑块质量为50kg，导杆的质量为28kg，其质心
转动惯量为1.2 kg·，力臂d=110mm，工作阻力F=9000N。此时，曲柄AB与中心距LAC的夹角为45°，即与垂直于曲柄AB方向的夹角为45°。

（1）主执行机构速度分析.

方向 方向
大小 ？ ？ 大小 已知 ？ ？
曲柄转至当前角度对应的滑块速度：

（2）主执行机构加速度分析

方向 ？ //Lbc
大小 ？ ? ?

方向
大小 已知 ? ?

曲柄转至当前角度对应的滑块加速度：

滑块运动线图

三、凸轮机构设计与分析

1、凸轮机构相关参数的确定
已知： 从动件的最大摆角，许用压力角，从动件长度,从动件运动规律为等加速等减速运动，凸轮与曲柄共轴，数据如表1所示。

题 号
3
主执行机构
曲柄转速n2/（r/min）
50
曲柄lO2A/mm
75
插刀行程H/mm
120
行程速比系数K
1.8
连杆与导杆之比lBC
0.55
力臂d(mm)
108
工作阻力Fmax(N)
10800
导杆质量m4(kg)
22
导杆转动惯量JS4(kgm2)
1.2
滑块质量m6(kg)
60
进给机构
从动件最大摆角ymax
20°
凸轮从动件杆长(mm)
130
推程许用压力角[a]推程
42°
回程许用压力角[a]回程
50°
滚子半径rr(mm)
15
刀具半径rc(mm)
0.08

要求： 按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，求出理论廓线外凸曲线的最小曲率半径，选取滚子半径，绘制凸轮实际廓线。以上内容作在3号图纸上（参考图例5）。整理说明书。
插刀阻力曲线如图3所示。
0.05H
0.05H
H
S
Fmax
F
图3　刨刀阻力曲线
根据已知值，以及给定的基圆建议值，在A3图纸上确定圆心O2位置。做出基圆，再根据滚子半径做出理论曲线。取一点为B点，由O2B=95mm，从动件杆长O1B=140mm，通过几何做法找到O1点。连接O1O2，测得长度为160mm为中心距。由于由于插刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程，所以实际凸轮推程角应为除去空载行程后的摆角，我们计算得推程角。在此之后为了方便设计与分析，将推程角设，将回程角设为与推程角相等的度数，远停角大小为10°。
将以上的数据全部带入摆动从动件凸轮机构设计软件，计算得结果：
摆动从动件盘形凸轮机构设计基本参数见附表1.
根据计算结果德数值，求得各个坐标点距圆心的距离。以O2B为基线顺时针每转5°确定一个坐标点。分别以这些点为圆心做出滚子的圆，用光滑的曲线连接各个点，得到实际凸轮轮廓线，再连接滚子圆的外切点，得到理论轮廓线。
接着，根据软件中的要求，即每5°一个单位，做出1~16各个轨迹点与O1的旋转运动曲线。根据计算结果中的转角Φ°和 角位移ψ°两项在A3图纸右边做出从动件位移线图。连接个点做出光滑曲线。
由给定数据的K值算出极位夹角大小为51.429°。由于插刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程，最后做出相应的插刀工作行程图。
2、凸轮基本参数设置
基圆半径 rb=80 mm 3.运动规律参数
滚子半径 rt=15 mm 最大摆角 Ψ=10°
中心距 a=160 mm 推程角 Φ1=50°
摆杆长 L=140 mm 远停角 Φ2=10°
凸轮转速 n=45 rpm 回程角 Φ3=50°
刀具半径 rc=0.08 mm 近停角 Φ4=250.000°
2.运动规律选择: 初始角 Ψ0=29.995°
推程运动规律:正弦加速度 4.包络类型:内包络
回程运动规律:余弦加速度 5.设计方向:正向

凸轮理论廓线与滚子包络线

凸轮轮廓曲线与刀具中心轨迹

从动件运动规律曲线

n2=50
lO2A=75mm
H=120mm
K=1.8
lBC=0.55
d=108mm
F=10800N
m4=22kg
Js4=1.1
m6=60

rb=80 mm

a=160 mm

推程角 Φ1=50远停角 Φ2=10
回程角 Φ3=50近停角 Φ4=250.000
初始角Ψ0=29.995