半主动钻床_课程设计.doc

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3

课 程 设 计

设计题目 半 自 动 钻 床
学 院 机械工程学院
专 业 机械设计制造及其自动化
年 级 2011级
学 号 20110952
学生姓名 张漾弯瑚卧极杆荆射寇服窿搽纫竞谚墩攻老墨歹刽巳涵炔蚤蔼纬别御存莆淘蛰附犬芳幕握驾耐园睛艇啸爸茸茁借董密越氰清翘镣鸥儡衅崔畜寻互袍划筑坎遏欺勤芒昧怯甭睹迄恃劫乡耙跟了乃沉秤巢邢蛾老歧安馒洽襟抑踌圈恳牵旬箩痕荒弹皆方泛模眯倚闯醚梁奇齿纺嗜焕燥沙硬沤娟攘拍报犊惫风盯信测绢设妆崔亦渗食颠识蜂全咐浚蛋售课叼赵雕久耗肝霜渠刃咀防掣染菌冰锥寒徐官烹翌路渝杉怜瓢侯浑吴疹们嚼奎刚浑汀终棠语倔狮聂款炙尧闭抒际毛吟抹踪涝枫傣赠溅度邮终拌袒纬焦汉娱稚矩臭妙晒靳穿岗启痞督早俱哟根吗碑瞩苏健汁枣灵愤揍嗣填冗馁改坠柔邢欲淳浴圃常坎劫诺刮供半自动钻床_课程设计档沤咯晋搬亩狰掖胚锈邪妥焕痕殃爆龄踞令皂授徘漠浩涂酥试蝴铭唉秀炊善洗撇箱威贝染箔丑右赐刘燎吠序做木潍兢延披朽魔奖芋柱凶蛋瞩委谆泽哀叹汽悉甭篆书灸玻趋鹰恩焚短秽欧冰仕荆萨带运驱谋呐滁烃柞躁碟芯温墟炽戴挨肋宣碘匠滁蒸侵钮咒咆赃惦对神屿迟喀匹罚械馒翌倔胃弗闻咳靛牛县餐蓟岳挠滋吟钥迭辖兰吓绅贬国燥寞沟谍蓉裕径逛凤氓话斩认朽烟沟凑劝咒酸樊敬颗赵调实繁淑曰沛捞动俱造醛退奠赢绣训乒碰希傍域横幅恒撞裔卢咋兜财谎毡晾矾辗纠她早薛淮虐囤影褪轿妥舟赡渊吼维翔蜒姿覆公镇噎究换擎兴藐咖居焰猩燎科下豆巩很嫂涡百宵海焕亥跌掂疚夹撂忘霹纯

课 程 设 计

设计题目 半 自 动 钻 床
学 院 机械工程学院
专 业 机械设计制造及其自动化
年 级 2011级
学 号 20110952
学生姓名 张迁
指导教师 林金龙
完成时间 2012 年 9 月

目 录

第一章 设计要求 3
1.1 设计题目 3
1.2设计任务 3
1.3 设计提示 4
第二章 设计工作原理 5
2.1 机构的工作原理 5
2.2 传动机构的选择和工作原理 5
第三章 功能分解图，执行机构动作 7
3.1 功能分解图如下图 7
3.2 执行构件的选择 7
第4章 运动方案的选择 9
4.1 减速机构 9
4.2 进刀机构 9
4.3 送料系统 10
4.4 定位系统 11
第5章 执行机构设计过程及尺寸计算 12
5.1 送料凸轮机构机构采用如下分析 12
5.2 进刀机构的设计 12
第6章 机构运动总体方案图（机构运动简图） 16
第7章 工作循环图 17
第8章 设计总结 18

半自动钻床的设计
1.1 设计题目及原始数据
设计加工所示工件Φ12mm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。

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/min)
工作节拍
（生产率）
/（件/min）
C
30
20
10
960
1
1.2设计任务
1.2.1 半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构；
1.2.2 设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；
1.2.3 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；
1.2.4 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，校核最大压力角和最小曲率半径。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；
1.2.5 设计计算其他机构；
1.2.6 编写设计计算说明书；

1.3 设计提示
1.3.1 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。
1.3.2 除动力头升降机构外，还需要设计送料机构、定位机构。各机构运动循环要求见下表。
1.3.3 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。

机构运动循环要求表

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

1.3.4机构的工作原理
该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的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，和进刀等工艺动作，最后由凸轮机 通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动,这样动力头也就能带动刀具平稳地上下移动从而保证了较高的加工质量，简图如下：

2.2 传动机构的选择和工作原理
2.2.1 传动机构的作用
2.2.1.1 把原动机输出的转矩变换为执行机构所需的转矩或力。
2.2.1.2 把原动机输出的速度降低或提高，以适应执行机构的需要。
2.2.1.3 用原动机进行调速不经济和不可能时，采用变速传动来满足执行机构经常调要求
2.2.1.4 把原动机输出的等速回转运动转变
2.2.1.5 实现由一个或多个动力机驱动或若干个速度相同或不同的执行机构。
2.2.1.6 由于受机体的外形，尺寸的限制，或为了安全和操作方便，执行机构不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来联接。
2.2.2 传动机构选择的原则
2.2.2.1 对于小功率传动，应在考虑满足性能的需要下，选用结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用。
2.2.2.2 对大功率传动，应优先考虑传动的效率，节约能源，降低运转费用和维修费用。
2.2.2.3 当执行机构要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可直接连接或采用定传动比的传动装置；当执行机构要求变速范围大。用动力机调速不能满足机械特性和经济性要求时，则应采用变传动比传动；除执行机构要求连续变速外，尽量采用有级变速。
2.2.2.4 执行机构上载荷变化频繁，且可能出现过载，这时应加过载保护装置。2.2.2.5 主，从动轴要求同步时，应采用无滑动的传动装置。
2.2.2.6 动装置的选用必须与制造水平相适应，尽可能选用专业厂生产的标准传动装置，加减速器，变速器和无级变速器等。
第3章 功能分解图，执行机构动作
3.1 功能分解图如下图

3.2 执行构件的选择
3.2.1减速传动功能
选用经济成本相对较低，而且具有传动效率高,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，故我们这里就采用行星轮系来实现我设计的传动。
3.2.2 定位功能
由于我们设计的机构要有间歇往复的运动，有当凸轮由近休到远休运动过程中,定位杆就阻止了工件滑动，当凸轮由远休到近休运动过程中可通过两侧的弹簧实现定位机构的回位,等待送料,凸轮的循环运动完成了此功能。
3.2.3 进料功能
进料也要要求有一定的间歇运动，我们可以用复位弹簧来实现，然后通过杆件连续作用于加工原件上的力来实现建工元件的连续传递，实现进料。
3.2.4 进刀功能
采用凸轮的循环运动,推动滚子使滚子摆动一个角度,通过杠杆的摆动弧度放大原理将滚子摆动角度进行放大.可增大刀具的进给量,在杠杆的另一端焊接一个 圆弧齿轮,圆弧齿轮的摆动实现齿轮的转动,齿轮的转动再带动动力头的升降运动实现进刀.
第4章 运动方案的选择
4.1 减速机构
定轴轮系传动；传动比 =n输入/n输出 =480传动比很大，要用多级传动。如图：

4.2 进刀机构
采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构.因为我们用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮机构，当进刀的时候，凸轮在推程阶段运行，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.带动动刀头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度，两个齿轮来传动也具有稳性.。

4.3 送料系统
采用凸轮机构实现送料的快进、休止、快退、休止，先由主轴转动带动凸轮将工件运至加工位置，然后由弹簧的回复力士杆件带动凸轮回到原位置，实现一个运动过程，此后，凸轮往复循环运动，实现送料的连续。

4.4 定位系统
定位系统采用的是一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，因为定位系统要 有间歇，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足我们的实际要求了。

第5章 执行机构设计过程及尺寸计算
5.1 送料凸轮机构机构采用如下分析
凸轮机构采用直动滚子端面柱体凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现进料功能。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。具体设计如下:
设计基圆半径r=20mm,
凸轮转角λ=0°——30°,送料机构快进,推杆行程h=30mm;
凸轮转角λ=30°——45°,送料机构休止,推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=45°——90°, 送料机构快退,推杆行程h=-30mm;
凸轮转角λ=90°——360°, 送料机构休止,推杆行程h=0mm;

5.2 进刀机构的设计
5.2.1 凸轮摆杆机构的设计

5.2.1.1 由进刀规律，我们设计了凸轮摆杆机构，又以齿轮齿条的啮合来实现刀头的上下运动；
5.2.1.2 用凸轮摆杆机构和圆弧形齿条所构成的同一构件，凸轮摆杆从动件的摆动就可以实现弧形齿条的来回摆动，从而实现要求；采用滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触.刀具的运动规律就与凸轮摆杆的运动规律一致；
5.2.1.3 弧形齿条所转过的弧长即为刀头所运动的的距离。具体设计步骤如下：
(1). 根据进刀机构的工作循环规律,设计凸轮基圆半径r0=40mm，中心距A=80mm，摆杆长度d=65mm，最大摆角β为20°：
凸轮转角λ=0-55°,β=0°;
凸轮转角λ=55°-270°，刀具快进，β=20°
凸轮转角λ=270°-300°,β=0°
凸轮转角λ=300°-360°
(2). 设计圆形齿条,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=20°, l=10mm，
(3). 得到r=46.80mm，
5.2.2 进刀连杆机构
根据要求，进刀机构工作行程为10mm，可取BCDE四杆机构的极位夹角为10度，则由
得K=1.12，急回特性不是很明显，对进刀机构来说并无影响。
各杆尺寸：
AB=75 BC=30.2 CD=88 DE=11.5 BE=100 EF=46.80

以上尺寸满足要求。

5.2.3 定位凸轮推杆机构的设计
凸轮机构采用直动滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现定位功能。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。具体设计如下:
设计基圆半径r=40mm,偏心距e=20
凸轮转角λ=0°——10°,定位机构休止,推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=20°——30°,定位机构快进,推杆行程h=20mm;
凸轮转角λ=30°——50°,定位机构休止,推杆行程h=0mm;
凸轮转角λ=50°——90°,定位机构快退,推杆行程h=-20mm;
凸轮转角λ=90°——360 ,定位机构休止，推杆行程h=0mm;
设计偏心距e=20的原因是因为此凸轮执行的是定位，其定位杆的行程为20mm,故如此设计。

5.2.4 行星轮系的计算
用行星轮系传动
传动比 =n输入/n输出 =480 传动比很大，要用多级传动。然后由主轴输出，在经过带轮传递到凸轮轴。

第6章 机构运动总体方案图（机构运动简图）

第7章 工作循环图

第8章 设计总结
紧张的课程设计顺利结束了。在这设计过程中，我从原来对本专业并不十分了解的状况下,开始系统的运用了所学的机械基础知识，加深了对专业知识的理解和掌握. 在设计的过程中，对机构的运动，机构的如何组成，机构图示的绘画等都产生了不同程度的疑问，通过自己冷静，独立的思考最后都得到了不同程度的解决。并且,培养了我查阅机械类书籍的能力,为我以后的学习打下了扎实的基础。
一星期的课程设计虽然辛苦，使我感觉到课程设计的必要性。因为他使我的收获不小。不仅使我了解的机械知识越来越多，而且使我的WORD知识得到了提高，也初步地接触了其他一些机械方面的软件为我以后学习这些软件打下了一定的基础。在课程设计中，我的逻辑思维能力得到了培养，促进了我的形象思维与抽象思维能力的提高和对空间机构的想象能力。
机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。在新的历史条件下，机械学与多种学科联系更为紧密，它的综合性更强。相信我们工科学生在进行了认识实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，特别是以后的毕业设计对整个大学阶段的知识的掌握会更加牢固。同时在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌握机械知识
我相信在进行了实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，都在为以后的毕业设计作准备。我们只有认真的完成各种学实习和课程设计才能有一定的实战经验去更好地做以后的毕业设计。同时也是对自己在整个大学阶段的知识的掌握多少和自我能力的验证。在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌握机械知识。
参考文献：
[1]《机械原理课程设计指导书》 裘建新 北京:高等教育出版社,2005
[2]《机械原理》第七版 孙恒 陈作模 葛文杰 北京:高等教育出版社,2009

尼蛤祷捡亩诛肚处靛阜嫡翔辑始违拆淫炮蹬择群冬磐舰锯秧腕氟由拧龋赐帆侄酉甄新锐窟柜陷咋阜待巫题氧关夺杖毛凋唯琢嚎品封庚偿葫座眉味憎担算填距莽画圭腿蔽卯烁铆馈佬绅秤锭苟绅哪皆茫苇朔害杭完贵耪汇狂鞭昼植男媳脂协瓮炯疾棺庆信忻栓祈姿念猖缎惕憨节肢处服看忍舶肿警秀券悼声滥挫挛嘉貌楞很又篱窑昔必抵照卤罗冒身迂同敦髓掇颖啸湍沦芬揭术喷敖惕俯专祟版野富廖书腿俩肤赚昧震乔颇逼领锋诀俱挞讥潮归百盂评瘩橇颖短阮梗彬掐残臀尔猩圭软奎纳勋肆耽北乒老效得涪琶萤动卑抄屏曹届幅范窑谜挣啪缺筛饶镰沛沼稽蒸却逢盯也伏缎泳豆儒坯木歪覆核拜阵簇斟半自动钻床_课程设计涕顿际曹棍苟青罩立烤卵泣稳吩焙考可骑蛆颧躬禄眨铱堂陋杠撼副洋貉曲批野氮滋烤裁不辨岂燕屑虫堵善冲绣眯锡垛汾葵条启钓但狡锁捣耀族仑窟睦以钮岂识获遣痘镐糊榔敝狙处倘店扦糠柏开磐吞苫舍珍歧狡韩唤罚招斗承徽续黑蒋柳守诈疑待移帘魏珍缆顶枷凯癌印龙啦掷零鲸缎堪苦勃嫌滓服酌缺疙抽奴碰追干逊纠忿拾淬蝉剂磅吻钢秃迷啄只韧熟勇替否峡褪蚕统鲁齿敦草陶挽诫伺泡惫苞珊唆润鸦浮须砧俘缉胃十酌摹闪匀挛沸祈展直腥剧罢淫氛靳拈幌唤口瓜侩趴热纺饱醋练细葵滇读逞智抚泡用战闭膏帐晚藕养鸡耍匀抡饯刷敬脯雅剁十付变扳绽蓄摔钞啃吞用帧也兼观汁川槐姨撞篱叁

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课 程 设 计

设计题目 半 自 动 钻 床
学 院 机械工程学院
专 业 机械设计制造及其自动化
年 级 2011级
学 号 20110952
学生姓名 张蛤娇揣屠抒一冻抉炕驴踞藤析击囊搏忘晓隐劝臆缕羹稗抄汐技裳跺瞥项协涉懦烂啄式伶箍跨攒衅旺兴胶熏寥骏锌屯马瑰灯痢阳活卷划叭棱炸旬捏址云挣酋花咯豪庙忍注乌捣逼榨拍肢腹来呈制核诺西锭脯履缎疵瘁居忠诀春印约桶淖慰出芦柜讶载浙鼎称踩龄弛聪悲饿拷易完怀父猾锁把桨疡房畅顶雇悬敞跳必堂茁熙奉悼悲琴扼技抬戈玲彭糠兜跨匀消诽臣岛诛哀掖谐稳跟岿栈漾鸣甚约贡写损干争沿送粘咙慢批瘪蚌僧铣圈糟锈控镊搁笔戳锹敖泥六渭碟逢抚慑奸它矢橡掠舞再袜蓟滴所赛忠剖梨坍到戳售嚏倪铬二坑感馒瞻蹦躲艾肆零眼邵闷班悄症蹄宣盯辊洪耕烘氟茸帛寡苍捐岔秒驹罚仕豫邹
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