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12 屆畢業(yè)設(shè)計 平尺刻線機(jī)設(shè)計 說明書 學(xué)生姓名 劉 康 樂 學(xué) 號 8031208115 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化 班 級 12 1 指導(dǎo)教師 劉 媛 媛 日 期 2012 5 塔里木大學(xué)教務(wù)處制 目錄 1 緒 論 3 1 1 選題的意義和目的 3 1 2 本課題的研究現(xiàn)狀 3 1 3 本課題需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 4 1 4 方案的確定 4 2 總體設(shè)計 5 2 1 機(jī)型 5 2 2 工作原理 5 2 3 總體配置 6 2 4 基本設(shè)計參數(shù) 6 2 5 進(jìn)料槽 6 2 6 抬刀機(jī)構(gòu) 6 3 動力性能計算 6 3 1 主工作動力的選擇 6 4 主要工作部件的設(shè)計計算 8 4 1 設(shè)計要求 8 4 2 刀架軸的尺寸設(shè)計以及校核 8 4 3 立軸的設(shè)計 10 4 4 摩擦輪鎮(zhèn)壓彈簧的選擇 10 4 5 摩擦輪力的計算 11 4 6 凸輪的設(shè)計 12 4 7 齒輪軸上齒輪齒條副的傳動比 13 4 8 摩擦輪軸的設(shè)計 13 4 8 1 軸的定位和材料的選取說明 13 4 9 刻線周期的確定 15 4 10 不完全齒輪的設(shè)計 17 5 其他零部件 18 5 1 水平軸 18 圖 5 1 水平軸 18 5 2 刻線刀示意圖 18 5 3 工作臺示意圖 19 5 4 軸承的選取 參見參考資料 1 第 64 頁 19 5 5 鍵的選取 根據(jù)設(shè)計的需要 見參考資料 1 第 53 頁 19 5 6 水平軸復(fù)位彈簧的選取 19 6 結(jié)論 19 致 謝 20 參考文獻(xiàn) 21 1 緒 論 1 1 選題的意義和目的 人們在認(rèn)識我們所生活的大自然到改造我們生活的大自然 由表及里 逐一深入 從 外及內(nèi) 顏色 形狀 大小 尺寸以及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 長度測量就顯現(xiàn)出它的重要性 長 度 的 測 量 是 最 基 本 的 測 量 最 常 用 的 工 具 是 刻 度 尺 可 是 在 最 開 始 是 不 存 在 刻 度 尺 的 最早有記載的人為標(biāo)準(zhǔn)來自古埃及 埃及人曾用質(zhì)地堅硬的花崗巖制作了一根長度標(biāo)尺 它的長度是法老的小臂 肘到中指 的距離 因此又叫 腕尺 雖然這個標(biāo)準(zhǔn)確定得 相當(dāng) 隨意 卻解決了重要問題 比如 金字塔的準(zhǔn)確施工得到了保證 隨意定義長度標(biāo)準(zhǔn)的并不僅限于國外 中國的情況也基本類似 史書記載 在遠(yuǎn)古時 期 中國人便 布手知尺 身高為丈 邁步定畝 古人中指中節(jié)之長被定義為 一寸 直到現(xiàn)在 中醫(yī)的針灸還沿用這個標(biāo)準(zhǔn) 中國最早的長度標(biāo)尺是安陽殷墟出土的商尺 這 把骨尺由獸骨磨成 長 17 厘米 上面標(biāo)刻著等長的 10 個單位 到了春秋戰(zhàn)國時期 各國 諸侯各自定義自己領(lǐng)土內(nèi)的長度標(biāo)準(zhǔn) 這個王的手掌 那個王的小腿 都紛紛派上用場 使得長度標(biāo)準(zhǔn)極為混亂 給國與國之間的交流造成了極大不便 到秦始皇統(tǒng)一度量衡時 王侯的身體部位才退出歷史舞臺 從而我們是很迫切的需要一種有準(zhǔn)確刻度線的丈量儀器 而刻線又成了一個問題 人工的誤差是很大的 在工業(yè)和科技日新月異的最近一個世紀(jì) 人們就設(shè)計出了刻線機(jī) 并且不斷改進(jìn) 本課題通過機(jī)械化刻線 可以達(dá)到準(zhǔn)確度高 精確度高 減少了勞動力 提高了生產(chǎn) 效率 降低成本 本課題在研究時遇到的一些技術(shù)問題 通過認(rèn)真分析以解決 在今后的 設(shè)計類的工作中也有一定的經(jīng)驗(yàn)可循 1 2 本課題的研究現(xiàn)狀 平尺刻線機(jī)國內(nèi)研究現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 有的刻線機(jī)上采用了激光刻線機(jī)由光刻代替機(jī)械刻劃 可在工 作臺移動的情況下完成動態(tài)刻線 刻線精度大為提高 國內(nèi)比較成熟的激光刻線機(jī)廠家例 如北京博奧嘉華激光科技有限公司生產(chǎn)的 BVD50 系列激光刻線機(jī) 平尺刻線機(jī)國外研究現(xiàn)狀 國外現(xiàn)在有的刻線機(jī)大部分是電腦中控下的激光刻線機(jī) 例如 OK KX50A 激光刻線 機(jī)采 用 光 刻 代 替 機(jī) 械 刻 劃 可 在 工 作 臺 移 動 的 情 況 下 完 成 動 態(tài) 刻 線 刻 線 精 度 大 為 提 高 克 服 了 傳 統(tǒng) 照 相 腐 蝕 工 藝 費(fèi) 時 費(fèi) 力 的 缺 點(diǎn) 高 速 高 效 一 次 完 成 刻 線 字 符 商 標(biāo) 等 內(nèi) 容 全 程 電 腦 控 制 精 度 高 速 度 快 最 大 限 度 的 降 低 了 產(chǎn) 品 不 合 格 率 使 用 靈 活 方 便 即 可 成 批 量 生 產(chǎn) 又 可 滿 足 少 量 加 工 等 多 種 需 求 絕 對 環(huán) 保 無 任 何 污 染 是 現(xiàn) 代 化 生 產(chǎn) 工 藝 的 主 流 支 持 單 公 制 單 英 制 雙 公 制 雙 英 制 公 英 制 英 公 制 等 標(biāo) 新 型 支 持 丁 字 型 拐 角 型 圓 型 等 各 種 特 殊 量 具 類 型 支 持 用 戶 自 定 義 的 其 它 非 標(biāo) 類 的 平 面 或 圓 柱 面 的 量 具 速 度 快 刻 線 清 晰 精 度 高 永 不 磨 損 制 圖 方 便 快 捷 可 根 據(jù) 需 要 隨 意 制 作 各 種 尺 寸 形 狀 圖 標(biāo) 的 量 具 三 維 數(shù) 控 除 主 運(yùn) 動 外 其 它 兩 維 運(yùn) 動 也 是 自 動 調(diào) 整 可 以 快 速 準(zhǔn) 備 的 對 焦 定 位 對 已 生 產(chǎn) 過 的 型 號 電 腦 自 動 記 憶 位 置 及 其 刻 線 參 數(shù) 以 后 生 產(chǎn) 可 直 接 調(diào) 用 不 必 再 調(diào) 焦 定 位 1 3 本課題需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題是刻線部分的抬刀機(jī)構(gòu)和刻線機(jī)構(gòu) 還有平尺的進(jìn) 給機(jī)構(gòu) 解決刻線不準(zhǔn)確 不方便 保證刻線刀的工作效果 結(jié)合目前的研究條件 此平 尺刻線機(jī)采用類似立式銑床的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)刻線與抬刀動作 這種結(jié)構(gòu)簡單 易于設(shè)計 傳 動效率高 同時容易理解 本課題的主要動力來源刻刀 由主電動機(jī)通過減速器帶動整體 完成刻線 然后由抬刀電動機(jī)通過減速器連接到齒輪齒條副 在通過立柱上的絲杠螺紋副 完成抬刀下刀動作 最后由進(jìn)料電動機(jī)通過減速器連接到不完全齒輪連到摩擦輪軸 由摩 擦輪帶動平尺前進(jìn)完成進(jìn)料動作 進(jìn)行下一周期的刻線工序 1 4 方案的確定 在翻閱和查找國內(nèi)外的相關(guān)資料和信息 經(jīng)過調(diào)查分析 我們發(fā)現(xiàn)刻線方式有以下幾 種 1 工作間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu) 首先 間歇性進(jìn)給機(jī)構(gòu)大致有 a 槽輪機(jī)構(gòu) b 不完全齒輪機(jī)構(gòu) c 棘輪機(jī)構(gòu) d 組合機(jī)構(gòu) 首先 槽輪機(jī)構(gòu)外形尺寸小 機(jī)械效率高 能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位 但是相對于不 完全齒 實(shí)現(xiàn)進(jìn)給時結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜 而且制造及裝配的精度要求高 其傳動時尚存在柔性沖擊 只 能用于速度不太高的場合 且轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié) 不完全齒輪機(jī)構(gòu)可設(shè)計的參數(shù)較多 易滿足 不同停歇要求 但是 不完全齒輪機(jī)構(gòu)和普通齒輪機(jī)構(gòu)的區(qū)別 不僅在從齒輪的分布 上 而且在嚙合傳動中 當(dāng)首齒進(jìn)入嚙合及末齒退出過程中 齒輪并非在實(shí)際嚙合線上嚙 合 因此在此過程中不能確保定傳動比傳動 由于從動輪每次轉(zhuǎn)動開始和終止時 角速度 有突變 故存在剛性沖擊 若將不完全齒輪直接和調(diào)節(jié)進(jìn)給的下層工作臺相連 則會造成 較大的進(jìn)給誤差 棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 制造方便和運(yùn)動可靠 并且棘輪轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)等優(yōu) 點(diǎn) 但其缺點(diǎn)是傳動動力小 工作時有沖擊和噪聲 不僅如此 傳動力不足則會對工作臺 的進(jìn)給產(chǎn)生影響 從而影響整個工序 基于以上機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 故考慮組合機(jī)構(gòu) 不完全齒輪與螺旋機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)簡單 進(jìn) 給精度高傳動力較大 易于制造加工 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu) 圖 1 1 2 刻線機(jī)構(gòu) 常見的王府機(jī)構(gòu)有 a 凸輪推桿機(jī)構(gòu) b 四桿機(jī)構(gòu) c 不完全齒輪與環(huán)形齒條 凸輪推桿機(jī)構(gòu)中 能通過凸輪的輪廓曲線實(shí)現(xiàn)推程 休止 回程 推程與回程使刀具 沿直線運(yùn)動 休止能起到間接性的作用 從而機(jī)構(gòu)亦能達(dá)到刀具的間歇性往復(fù)運(yùn)動 但凸 輪與推桿的接觸為先接觸 而刻線是刀具收的力比較大 凸輪壓力大 易磨損 由于不完全齒輪能實(shí)現(xiàn)所需的間歇性運(yùn)動 而環(huán)形齒條能實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動 不完全齒輪 與環(huán)形齒條配合也為實(shí)現(xiàn)刀具的間歇性往復(fù)運(yùn)動提供另一條途徑 搭載計算過程中因?yàn)辇X 數(shù)等參數(shù)比較難于計算 無法做到恰到好處的嚙合 且也無法實(shí)現(xiàn)抬刀運(yùn)動 只能保證刀 在一個方向上運(yùn)動 刻線的直線行程 四桿機(jī)構(gòu)選擇性相對較大 是的四桿機(jī)構(gòu)不能被忽略考慮 在對一 些常用的四桿機(jī)構(gòu)的分析過程中 我們發(fā)現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)普遍類似 且功能單一 基于以上考慮 采用凸輪推桿機(jī)構(gòu)組合螺旋上升機(jī)構(gòu)完成刻線和抬刀動作 此機(jī)構(gòu)結(jié) 構(gòu)簡單 易于實(shí)現(xiàn) 2 總體設(shè)計 2 1 機(jī)型 該機(jī)器屬于專用型小型機(jī)器 借鑒立式銑床的原理進(jìn)行設(shè)計 雖然定位為小型機(jī)器 但其結(jié)構(gòu)尺寸還要根據(jù)具體的配套電動機(jī)來定 2 2 工作原理 工作過程 刻線機(jī)主要由壓刀機(jī)構(gòu) 刻線機(jī)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成 壓刀機(jī)構(gòu)用 于刻線時將刀具壓下 刻線完成之后 通過齒條齒輪副和絲杠螺紋副使刀具自動起落 避 免平尺磨損 刻線機(jī)構(gòu)用于控制刻線及刻線長度 進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔 2 3 總體配置 經(jīng)過多次的討論和研究 確定平尺刻線機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 包括臺刀機(jī)構(gòu) 刻線機(jī)構(gòu)和平 尺進(jìn)給機(jī)構(gòu)等組成 圖 2 1 刻線機(jī)主要部件示意圖 1 工作臺 2 端蓋螺釘 3 水平軸 4 定尺條 5 螺紋筒 6 刀架軸 7 固定螺母 8 鍵 9 立軸 絲桿 齒輪軸 10 刀體 11 定位螺母 12 墊片 13 壓緊彈簧 14 摩擦輪 機(jī)器主要由工作臺 電動機(jī) 凸輪 水平軸 定尺條 立柱 螺紋筒 刀體 以及不 挖版權(quán)齒輪 壓緊裝置和摩擦輪構(gòu)成 2 4 基本設(shè)計參數(shù) 刻線深度 mm 0 5 刻線時間 s 1 刻單線力 N 1000 2 5 進(jìn)料槽 平尺為 1040 30 mm 平尺刻線機(jī)主要用來實(shí)現(xiàn)自動刻線 刻線要求為每隔 1 毫米刻一條線 刻線長度有 10 毫米 13 毫米 18 毫米三種類型 前四次刻線每次刻線長度為 10 毫米 第五次刻線長度 為 13 毫米 第六至第九次刻線長度為 10 毫米 第十次刻線長度為 18 毫米 以后依此類 推 刻線機(jī)主要由壓刀機(jī)構(gòu) 刻線機(jī)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成 壓刀機(jī)構(gòu)用于刻線時將 刀具壓下 刻線完成之后 通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)和絲杠螺紋副使刀具自動抬起 避免平尺磨 損 刻線機(jī)構(gòu)用于控制刻線及刻線長度 進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔 2 6 抬刀機(jī)構(gòu) 抬刀機(jī)構(gòu)是由如圖 2 1 所示 定尺條 4 與齒輪軸 9 上的齒輪嚙合使傳動方向改變 然 后通過絲杠 9 到螺紋筒 5 到刀架軸 6 完成抬刀下刀動作 刻線完成后水平軸在回位彈簧的 作用下回位 從而齒輪齒條副以及上面的絲杠螺紋副反向運(yùn)動完成回程運(yùn)動 3 動力性能計算 3 1 主工作動力的選擇 基于設(shè)計是從最末端的工作部位開始的 所以從工作部位的零件開始校核計算 動力的配套適應(yīng)性應(yīng)符合拖拉機(jī)的額定功率大于機(jī)具在作業(yè)中所消耗的功率這一原則 圖 3 1 減速機(jī)的型號與標(biāo)記 圖 3 2 減速機(jī)的安裝形式 圖 3 3 減速機(jī)的電機(jī)接線盒位置 機(jī)具在作業(yè)中要消耗的功率 P1 作業(yè)中機(jī)具消耗的功率主要刻線刀在受牽引破開平尺消耗的功率 P 組成 刻線消耗的功率 P 刻 刻線刀克服平尺阻力所消耗的功率 P 按下式計算 刻 3 1 1 3 10810 pFvW 刻 刻 刻 行 機(jī)具行進(jìn)速度 mm s 可按 18mm s 就是按照每秒完成刻線動作一次 刻線刀所受工作阻力為 3 1 2 nN 刻 單 線 式中 n 每次刻線的條數(shù) 刻每條線所需要的力F單 線 相應(yīng)于作業(yè)功率 拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)應(yīng)具有的功率 P 開 拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)的額定功率應(yīng)較作業(yè)消耗功率大一些 有所貯備 另外再考慮到動力傳 輸?shù)臋C(jī)械效率 因此減速機(jī)應(yīng)具有的功率為 3 1 3 3 1080 9 162WPv 刻 刻刻 實(shí) 式中 減速機(jī)滾動阻力系數(shù) 這里取 0 12 機(jī)組總的機(jī)械效率 現(xiàn)在按 0 9 計 將各有關(guān)值代入公式 考慮到回位彈簧所消耗的功率 參考圖 3 1 3 2 3 3 可選擇FAZ32Y1 45PMC 4 主要工作部件的設(shè)計計算 4 1 設(shè)計要求 刻線力 1000N 每條線 行走速度 sm18 v 平尺長度 L 1040mm 每行走 11mm 就是要刻線 10mm 所需時間約為 4 秒鐘 所以 每分約刻線 150mm 4 2 刀架軸的尺寸設(shè)計以及校核 圖 4 1 刀架軸 水平面支撐反力 12HF 10 0tFN 4 2 1 150tN 4 2 2 水平面的彎矩 1 7518 2aHLMFNm 4 2 3 轉(zhuǎn)矩 20 35tdT 4 2 4 22 eaHMT 4 2 5 22 187 5 0 6135 9Nm 最小直徑 310 ebMd 339 5 6 4 2 6 考慮到鍵槽對軸的削弱 將 值增大 5 故d 1 053 2m 4 2 7 刀架軸的受力分析 圖 4 2 4 3 立軸的設(shè)計 圖 4 3 立軸 齒輪軸 絲杠軸 立軸的受力計算 轉(zhuǎn)矩 4 3 1 50216 3tFTNml 1 按強(qiáng)度要求 應(yīng)使 4 3 2 3 0 2TWd 故軸的直徑 4 3 3 333160270 2 m 2 按扭轉(zhuǎn)剛度要求 應(yīng)使 4 3 4 4 TlGd 按題意 在軸的全長上 故30lm 180orad 4 3 5 344423629 5 1Tldm 故該軸的直徑取決于剛度要求 圓整后可取 d 4 3 6 4 4 摩擦輪鎮(zhèn)壓彈簧的選擇 由工作抬的尺寸可選彈簧 YA GB T 2089 19942 570 表 4 1 彈簧參數(shù) 線徑 2 5mm 彈簧中經(jīng) 25mm 自由高度 70mm 材料 60Si2Mn 表面處理 涂漆 類型 右旋圓柱螺旋壓縮彈簧 取彈簧的勁數(shù) 7kNm 設(shè)計彈簧壓縮量是 10mm 圖 4 4 彈簧 4 5 摩擦輪力的計算 圖 4 5 摩擦輪 因設(shè)計的需要 摩擦輪的直徑取 輪轂款 輪轂外援為一層250dm 20bm 橡膠 使摩擦力盡可能的大 摩擦力的計算 由 4 4 1 及胡可定律可得單個彈簧的彈力 4 5 1 107FkxN 單 則四個彈簧的總彈力為 4 5 2 4 280彈 總 單 考慮到摩擦輪及摩擦輪軸和座套等的重量 約為 m 3kg 故總的鎮(zhèn)壓力為 4 5 3 G31FmgN 總 彈 總 彈 總 由于要使尺子在摩擦力的作用下向前運(yùn)動 則可以想到 平尺的上表面是與摩擦輪的 外緣橡膠接觸的 摩擦力打 平尺的下表面直接與工作臺的進(jìn)料槽接觸 且與光滑的鐵質(zhì) 平面接觸 為了是下表面懂得摩擦力盡可能的小 在適量的加入潤滑油 待刻線完成后予 以清理 則可知鐵 鐵之間的摩擦因數(shù) 鐵 橡膠之間的摩擦因數(shù) 4 5 4 0 5 0 6 膠 可知 4 5 5 F31 N 總摩 下 4 5 6 68總摩 上 膠 可得平尺前進(jìn)的驅(qū)動力為 4 5 7 F15 70 驅(qū) 摩 上 摩 下 故摩擦輪的轉(zhuǎn)矩為 4 5 8 3270 Nm21 TR 驅(qū)摩 輪 4 6 凸輪的設(shè)計 圖 4 6 凸輪 凸輪廓線 cosin isbsdxRy 直 角 坐 標(biāo) 4 6 1 2 arctn xy 極 坐 標(biāo) 4 6 2 注 1 參變量中 的增量根據(jù)精度要求而定 通常取 左右 1 2 2 移動平動件平底的長度為 max 50 sd 3 上式中 為推程運(yùn)動角 為基圓半徑 bR 凸輪材料應(yīng)能滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求 對于在低速 輕載 平穩(wěn)傳動中 凸輪可采 用中碳鋼制造 中速 中載時應(yīng)采用中碳鋼淬火處理 而本設(shè)計中刻線傳動部分屬于低速 輕載 較平穩(wěn)的傳動 所以應(yīng)采用中碳鋼 4 7 齒輪軸上齒輪齒條副的傳動比 為了保證在作業(yè)時連續(xù)工作 則要求傳動部分要有可靠的傳動比 無滑動 又由于在刻 線傳動部分所傳動的功率小 速率小 所以所要求的齒輪齒條副的動比非常的嚴(yán)格 要滿 足相應(yīng)要求 經(jīng)計算 該部分的鏈傳動比 i 1 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)手冊 該傳動比完全 滿足要求 4 8 摩擦輪軸的設(shè)計 圖 4 7 摩擦輪軸 材料 45 鋼許用應(yīng)力 60Mpa mDdDWtT 025 3 1605 12806 3 取 4 8 1 m28 校核 小pa1 ax 7 13 4 maxzW 于 Mp10 確定軸徑 D28 4 8 1 軸的定位和材料的選取說明 軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼 由于碳鋼比合金鋼價格便宜 對應(yīng)力集中 的敏感性較低 同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度 所 以本設(shè)計采用 45 號鋼作為軸的材料 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運(yùn)動 軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn) 的要求者外 都必須進(jìn)行軸向和周向定位 以保證其準(zhǔn)確的工作位置 軸的校核 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算 用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸的精確計算 也可用于既受彎矩又受扭矩 的軸的計算 其強(qiáng)度條件為 4 8 2 MpandpWT 32 0 15 9 6 式中 為軸的扭切應(yīng)力 為轉(zhuǎn)矩 為抗扭截面系數(shù) TkwWT3m 對圓截面 為傳遞的功率 為軸的轉(zhuǎn)速 為3 6 d nin rd 軸的直徑 為許用扭切應(yīng)力 所以 把相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式中得 m pa MpandWT 1 205 48 120 15 92 0 15 9 636 4 8 3 由于軸的選材為 45 號鋼 所以查表可知 45 號鋼的許用扭切應(yīng)力為 3 經(jīng)校核設(shè)計的軸符合要求 可以正常工作 下圖為軸的彎矩和扭矩圖 圖 4 8 的彎矩圖和扭矩圖 4 9 刻線周期的確定 構(gòu)造和工作原理刻線抬刀機(jī)構(gòu)由工作臺 水平軸平推桿 凸輪 固定齒條 刻線刀架 立軸 螺紋套筒等組成 如圖 4 8 所示 圖 4 9 抬刀刻線機(jī)構(gòu) 1 工作臺 2 水平軸平推桿 3 凸輪 4 固定齒條 5 刻線刀架 6 立軸 7 螺紋套筒 8 刻線槽 凸輪 3 從近休止點(diǎn)開始轉(zhuǎn)動的時候 水平軸推桿 2 在凸輪的推動下向左運(yùn)動 當(dāng)運(yùn)動 到控制抬刀的固定齒條處時 帶動位于水平軸的立軸 齒輪軸 上的齒輪轉(zhuǎn)動 立軸上段 是表面有螺紋的絲杠 然后帶動螺紋套筒 7 下降 當(dāng)刻刀正好下降到刻線槽 8 的指定刻線 位置時立軸下端的齒輪正好走完了齒條 停止下刀 至此凸輪的下刀行程走完 然后凸輪 繼續(xù)轉(zhuǎn)動 推動水平軸開始刻線行程 完成之后就開始了回復(fù)行程 以上運(yùn)動反過來進(jìn)行 這樣就完成了一次刻線動作 其中包括了抬刀動作簡單明了 表 4 2 抬刀機(jī)構(gòu)的基本數(shù)據(jù) 凸輪推程角 180 凸輪抬刀降刀行程角 2 凸輪刻線行程角 60 凸輪轉(zhuǎn)速 2 minr 凸 升降刀行程 40mm 刻線行程 20mm 可得 刻線周期 3s 齒條嚙合長度為 40mm 軸齒輪的分度圓直徑為 32mm 齒輪模數(shù)為 3 刻線速度 18 vms刻 螺紋絲杠副螺距 14mm 4 10 不完全齒輪的設(shè)計 a 不完全齒輪機(jī)構(gòu) b 摩擦輪 圖 4 10 4 10 1 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)計算 由摩擦輪控制進(jìn)料量可得 每次進(jìn)料 11mm 相對于摩擦輪轉(zhuǎn)動 的圓心角 算略 5 故 不完全齒輪機(jī)構(gòu)所對應(yīng)的間歇進(jìn)給量為 可得5 從動輪布滿時的齒數(shù)為 4 10 1 236075z 由于齒數(shù)太密集 壓力角為 故 主動輪僅設(shè)計單齒 即 所承受轉(zhuǎn)矩較 1z 小 可以滿足要求 4 10 2 摩擦輪動力驅(qū)動機(jī)的選取 摩擦輪轉(zhuǎn)矩為 4 10 2 15 02Nm 1 9375TFR 摩 摩 下 摩 圖 3 1 圖 3 2 和圖 3 3 可選擇減速機(jī)型號為 4 10 3 FAZ32Y 10 54PMC 5 其他零部件 5 1 水平軸 圖 5 1 水平軸 5 2 刻線刀示意圖 圖 5 2 刻線刀 圖 5 3 刀體刀刃的布局 5 3 工作臺示意圖 圖 5 4 工作臺 5 4 軸承的選取 參見參考資料 1 第 64 頁 5 5 鍵的選取 根據(jù)設(shè)計的需要 見參考資料 1 第 53 頁 5 6 水平軸復(fù)位彈簧的選取 YA 4 5 10 5 65 2LH GB T2089 1994B級 圖 5 5 壓縮彈簧 6 結(jié)論 機(jī)器的應(yīng)用可以充分利用 節(jié)省了成本 大大提高了生產(chǎn)效率 平尺刻線機(jī)代替了以往的人工作業(yè) 提高了機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率 節(jié)省了人力及時 間 改善了人們的作業(yè)環(huán)境 本設(shè)計采用巧妙的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)控制刻線和抬刀 用摩擦輪配合不完全齒輪機(jī)構(gòu)完成 定時 定量的進(jìn)料動作 結(jié)構(gòu)簡單不復(fù)雜 理論上達(dá)到了刻線要求及其它相應(yīng)工作條件 理論上本機(jī)使用價值高 經(jīng)濟(jì)效益高 由于本設(shè)計沒有做試驗(yàn) 對其實(shí)際的可行性程度還 不能確定 致 謝 本次設(shè)計是在劉媛媛老師的悉心指導(dǎo)與嚴(yán)格要求下進(jìn)行的 從設(shè)計 論文 的選題 方案的設(shè)計 具體的測繪與繪圖到論文撰寫的每個環(huán)節(jié) 都凝聚著劉老師的心血和汗水 劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 開拓創(chuàng)新的工作作風(fēng)及對事業(yè)的奮進(jìn)執(zhí)著精神 都將使我銘記在 心 并時刻激勵著我不斷追求勇往直前 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時光已經(jīng)接近尾聲 在此我想對我的母校 我的父母親人們 我的老師 和同學(xué)們 表達(dá)我由衷的謝意 感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī) 會 讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高 塔里木大學(xué)四季如春的校園 美麗如詩的風(fēng)景都深深的留在 了我的記憶里 四年珍貴的學(xué)習(xí)期間 讓我的知識體系更加完善 思想觀念更加成熟 整 體素質(zhì)得到了極大的鍛煉 自強(qiáng)不息 求真務(wù)實(shí) 的校訓(xùn)我將銘記于心 在未來的學(xué)習(xí)和 工作中躬身踐行 再次 感謝我的同學(xué)們 在畢業(yè)設(shè)計過程中得到了他們無私的幫助 以及許多啟發(fā)性的指 導(dǎo)和建議 在此向所有支持 關(guān)心 幫助我的人表示由衷的感謝 祝他們永遠(yuǎn)健康 幸福 最后 感謝我的父母親人們對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持 使我能順利完成本科學(xué)業(yè) 參考文獻(xiàn) 1 吳宗澤 機(jī)械原理課程指導(dǎo)書 第 1 版 北京 高等教育出版社 2005 29 30 2 徐穎主編 機(jī)械設(shè)計手冊 2 版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 6 3 東北工學(xué)院 機(jī)械零件設(shè)計手冊 冶金工業(yè)出版社 1980 4 西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計 第七版 高等教育出版社 5 龔淮義 機(jī)械設(shè)計圖冊 高等教育出版社 第三版 6 吳宗澤 機(jī)械課程設(shè)計手冊 高等教育出版社 7 北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué) 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué) 農(nóng)業(yè)出版社 第二版 1994 8 單輝祖 材料力學(xué) 第二版 高等教育出版社 9 大連理工大學(xué)工程圖學(xué)研究室編 機(jī)械制圖 6 版 北京 高等教育出版社 2007 7 10 強(qiáng)毅 設(shè)計制圖試用標(biāo)準(zhǔn)手冊 北京 科學(xué)出版社 2000 1 開題報告
1. 平尺刻線機(jī)課題的來源及研究目地和意義。
1.1 課題來源
人們在認(rèn)識我們所生活的大自然到改造我們生活的大自然，由表及里，逐一深入，從外及內(nèi)，顏色、形狀、大小、尺寸以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。長度測量就顯現(xiàn)出它的重要性，長度的測量是最基本的測量，最常用的工具是刻度尺。可是在最開始是不存在刻度尺的，最早有記載的人為標(biāo)準(zhǔn)來自古埃及。埃及人曾用質(zhì)地堅硬的花崗巖制作了一根長度標(biāo)尺，它的長度是法老的小臂（肘到中指）的距離，因此又叫“腕尺”。雖然這個標(biāo)準(zhǔn)確定得 相當(dāng)隨意，卻解決了重要問題，比如：金字塔的準(zhǔn)確施工得到了保證。
隨意定義長度標(biāo)準(zhǔn)的并不僅限于老外，中國的情況也基本類似。史書記載，在遠(yuǎn)古時期，中國人便“布手知尺”、“身高為丈”、“邁步定畝”。古人中指中節(jié)之長被定義為“一寸”，直到現(xiàn)在，中醫(yī)的針灸還沿用這個標(biāo)準(zhǔn)。中國最早的長度標(biāo)尺是安陽殷墟出土的商尺。這把骨尺由獸骨磨成，長17厘米，上面標(biāo)刻著等長的10個單位。到了春秋戰(zhàn)國時期，各國諸侯各自定義自己領(lǐng)土內(nèi)的長度標(biāo)準(zhǔn)。這個王的手掌，那個王的小腿，都紛紛派上用場，使得長度標(biāo)準(zhǔn)極為混亂，給國與國之間的交流造成了極大不便。到秦始皇統(tǒng)一度量衡時，王侯的身體部位才退出歷史舞臺。從而我們是很迫切的需要一種有準(zhǔn)確刻度線的丈量儀器，而刻線又成了一個問題。人工的誤差是很大的，在工業(yè)和科技日新月異的最近一個世紀(jì)，人們就設(shè)計出了刻線機(jī)，并且不斷改進(jìn)。
1.2 研究的目地
長刻線機(jī)用來刻劃有一定距離精度要求的平行線紋。普通長刻線機(jī)用於刻制一般線紋尺；高精度長刻線機(jī)能刻制光學(xué)儀器和高精度機(jī)床的精密線紋尺、光柵尺、感應(yīng)同步器或游標(biāo)卡尺等，刻線精度在0.001～0.005毫米之間。本課題的研究目的在于用所學(xué)的機(jī)械方面的專業(yè)課設(shè)計一款平尺刻線機(jī)，從新體會機(jī)械代替手工的優(yōu)點(diǎn)。
1.3 意義
本課題通過機(jī)械化刻線，可以達(dá)到準(zhǔn)確度高、精確度高。減少了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，降低成本，本課題在研究時遇到的一些技術(shù)問題，通過認(rèn)真分析以解決，在今后的設(shè)計類的工作中也有一定的經(jīng)驗(yàn)可循。
2 平尺刻線機(jī)在國內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀及分析。
2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有的刻線機(jī)上采用了激光刻線機(jī)由光刻代替機(jī)械刻劃，可在工作臺移動的情況下完成動態(tài)刻線，刻線精度大為提高，國內(nèi)比較成熟的激光刻線機(jī)廠家例如北京博奧嘉華激光科技有限公司生產(chǎn)的BVD50系列激光刻線機(jī)。
2.2 國外現(xiàn)狀
國外現(xiàn)在有的刻線機(jī)大部分是電腦中控下的激光刻線機(jī)。例如OK-KX50A 激光刻線機(jī)采用光刻代替機(jī)械刻劃，可在工作臺移動的情況下完成動態(tài)刻線，刻線精度大為提高?？朔藗鹘y(tǒng)“照相-腐蝕”工藝費(fèi)時，費(fèi)力的缺點(diǎn)，高速、高效，一次完成刻線、字符、商標(biāo)等內(nèi)容。全程電腦控制，精度高、速度快，最大限度的降低了產(chǎn)品不合格率。使用靈活方便，即可成批量生產(chǎn)，又可滿足少量加工等多種需求。絕對環(huán)保，無任何污染，是現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的主流。支持單公制、單英制、雙公制、雙英制、公英制、英公制等標(biāo)新型。支持丁字型、拐角型、圓型等各種特殊量具類型。支持用戶自定義的其它非標(biāo)類的平面或圓柱面的量具。速度快,刻線清晰、精度高、永不磨損。制圖方便快捷，可根據(jù)需要隨意制作各種尺寸、形狀、圖標(biāo)的量具。三維數(shù)控，除主運(yùn)動外其它兩維運(yùn)動也是自動調(diào)整，可以快速準(zhǔn)備的對焦，定位。對已生產(chǎn)過的型號，電腦自動記憶位置及其刻線參數(shù)，以后生產(chǎn)可直接調(diào)用，不必再調(diào)焦，定位。
幾種劃絲機(jī)械都取得了其工作范圍的成功，有很多機(jī)構(gòu)和創(chuàng)新的想法是值得借鑒的，特別是與本課題同類的6HZ-25型蜜棗劃絲機(jī)，很多機(jī)構(gòu)對完成本課題有很大的啟發(fā)作用，本課題參考借鑒6HZ-25型蜜棗劃絲機(jī)的沖壓機(jī)構(gòu)，再結(jié)合自身的特點(diǎn)改進(jìn)可達(dá)到本課題預(yù)期要求的目標(biāo)。國外的切片機(jī)構(gòu)都達(dá)到自動化水平，在研究本課題的同時要好好學(xué)習(xí)國外先進(jìn)思想及思想。
3 對課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
3.1任務(wù)要求
刻線機(jī)構(gòu)（主運(yùn)動）的設(shè)計，平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)（輔助運(yùn)動）的設(shè)計；傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計。通過具體的CAD圖紙和相關(guān)設(shè)計說明，確保支持的進(jìn)給、刀具刻線的間隔和各傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計合理。
3.2可行性分析
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，先得明確作業(yè)對象的特性即平尺的結(jié)構(gòu)特性，并根據(jù)其特性草擬方案，試選原動機(jī)，傳動機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)。比如在選擇原動機(jī)時要參考五點(diǎn)原則：
（1） 現(xiàn)場能源供應(yīng)條件。
（2） 工作機(jī)載荷特性及其工作制度。
（3） 工作機(jī)對起動，平穩(wěn)性，過載能力，調(diào)速和控制等方面的要求。
（4） 原動機(jī)是否工作可靠，操作與維修簡便，是否要防塵，防暴，防腐等。
（5） 原動機(jī)初始成本與維護(hù)費(fèi)用。
本設(shè)計采用電動機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是躁聲小，初始成本低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，維護(hù)要求較少。傳動系統(tǒng)是將原動機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞到工作機(jī)的中間裝置。傳動系統(tǒng)的基本任務(wù)是將原動機(jī)輸出的速度降低或增大，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，采用變速傳動來滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常變速的要求，將原動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)矩和力，將原動機(jī)輸出的等速需安裝運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的各種運(yùn)動形態(tài)，實(shí)現(xiàn)由一個或原動機(jī)驅(qū)動若干個相同或不相同速度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；谏鲜鰞?nèi)容再結(jié)合本設(shè)計的特點(diǎn)，我選用齒輪和曲柄連桿機(jī)構(gòu)做傳動裝置。再選用偏心輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)配合完成平尺刻線過程，通過選用以上機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)課題的任務(wù)要求。
4 本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1 重點(diǎn)研究
本課題要重點(diǎn)研究的是怎樣實(shí)現(xiàn)劃絲機(jī)構(gòu)與推動機(jī)構(gòu)的時間協(xié)調(diào)關(guān)系，即推桿每推一次平尺，刻線刀開始工作同時推桿往回運(yùn)動至起點(diǎn)準(zhǔn)備下一次運(yùn)動，而刻線刀在推桿回到起點(diǎn)位置的同時正好完成一次刻線，推桿再一次推動平尺進(jìn)入刻線槽時刻線刀退回原來位置，此時正好完成一個工作周期。
4.2 關(guān)鍵問題
本課題的關(guān)鍵問題關(guān)于平尺的刻線問題，依據(jù)平尺的特性，本設(shè)計專門針對平尺在夾持好的情況下進(jìn)給周期和刻線刀的周期協(xié)調(diào)好，這就需要在凸輪和連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計上確定好周期。只有很好的周期配合、進(jìn)給配合以及夾緊才能達(dá)到刻線的深度及準(zhǔn)確度。
4.3 解決的方法
針對怎樣能使進(jìn)料與刻線兩個動作協(xié)調(diào)，我選擇槽輪機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu)，在偏心輪轉(zhuǎn)過一定角度時槽輪也轉(zhuǎn)過一定角度，偏心輪帶動沖劃裝置向下運(yùn)動，此時槽輪機(jī)構(gòu)帶動送料機(jī)構(gòu)到達(dá)預(yù)定位置，沖劃裝置也到這個位置，由沖劃裝置完成沖劃，即達(dá)到動作的協(xié)調(diào)。針對平尺夾緊刻線問題，我采用刻線模裝置，此裝置可根據(jù)不同尺寸平尺更換不同刻線模，同時也有夾緊作用，使平尺在刻線時有很好的定位。
5. 完成本課題所必須的工作條件及解決的方法。
5.1工作條件
指導(dǎo)教師一名，電腦一臺（必須有windows辦公軟件，CAD制圖軟件，proe三維制圖軟件）設(shè)計地點(diǎn)（如實(shí)驗(yàn)室），機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計等各種相關(guān)專業(yè)書籍及機(jī)械設(shè)計手冊等工具書。
5.2 解決方法
指導(dǎo)教師由學(xué)院分配，電腦自備能滿足要求，設(shè)計地點(diǎn)由學(xué)院提供，各種書籍可自備或者到圖書館借。
6.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計劃。
6.1 工作方案
平尺槽輪機(jī)構(gòu)------偏心輪機(jī)構(gòu)設(shè)計------動力系統(tǒng)設(shè)計-----電動機(jī)選擇
6.2 進(jìn)度計劃
第1周——第2周 文獻(xiàn)檢索、社會調(diào)研、資料分析及總結(jié)；
第3周——第4周 設(shè)計方案的確定；
第5周——第6周 交開題報告；
第7周——第9周 初次交電子版畢業(yè)設(shè)計Auto CAD 圖；
第10周—— 第11周 修改Auto CAD 圖；
第12周 交畢業(yè)設(shè)計說明書；
第13周 修改畢業(yè)設(shè)計說明書；
第14周 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
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